機械基礎(chǔ) 課件 模塊6 撓性傳動

課程導入：模塊六撓性傳動

任務一

帶傳動機器人關(guān)節(jié)1-電動機2-傳動帶3-電磁離合器4-變速箱5-槽輪機構(gòu)6-鏈傳動7-信號采集器8-凸輪機構(gòu)9-齒條10-齒輪11-夾具圖6-1自動組裝機傳動系統(tǒng)圖知識目標1.掌握帶傳動的類型、特點和應用；2.掌握帶傳動的使用和維護；3.了解帶傳動的工作情況；4.掌握標準V帶傳動的設(shè)計方法。能力目標1.能夠正確使用和維護帶傳動；2.能夠設(shè)計標準V帶傳動。素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)學生標準意識和規(guī)范意識；2.培養(yǎng)學生嚴謹細心、愛崗敬業(yè)、精益求精的工匠精神。教學目標【學習重點與難點】1.帶傳動的類型、特點和應用；2.帶傳動的使用和維護；3.帶傳動的受力情況分析；4.V帶傳動的設(shè)計計算?！鞠嚓P(guān)知識】一、帶傳動的類型和應用

帶傳動以具有彈性和柔性的帶作為撓性件繞在兩個或兩個以上的帶輪上，依靠帶與帶輪之間的摩擦（平帶、V帶、圓帶、多楔帶，如圖a）或嚙合（同步帶，如圖b）將作為拉力的圓周力從主動輪傳遞到從動輪。（a）摩擦型帶傳動

（b）嚙合型帶傳動l-主動帶輪2-從動帶輪3-傳動帶帶傳動具有如下特點：（1）具有緩沖和吸振作用，傳動平穩(wěn)無噪聲；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)較大距離間兩軸的傳動；（3）通過改變帶長，能滿足不同的中心距要求。（4）由于帶與帶輪之間存在彈性滑動現(xiàn)象，摩擦型帶傳動存在傳動效率較低、傳動比不準確、帶的壽命較短等缺點。

帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比不要求準確、中小功率的遠距離傳動。一般帶傳動的傳動功率P≤50kw、帶速v=5～25m/s、傳動比i≤7，傳動距離較大的場合。在多級傳動系統(tǒng)中，通常將摩擦型帶傳動置于高速級（或直接與原動機相連），起到過載保護并減小其結(jié)構(gòu)尺寸和重量的作用。（一）摩擦型帶傳動（a）平帶傳動（b）V帶傳動（c）多楔帶傳動（d）圓帶傳動摩擦型帶傳動類型（二）嚙合型帶傳動

嚙合型帶傳動兼有摩擦型帶傳動和嚙合傳動的優(yōu)點，缺點在于同步帶及帶輪制造工藝復雜，安裝要求較高。

同步帶傳動主要用于中小功率、傳動比要求精確的場合。帶傳動的類型：二、V帶和V帶輪的結(jié)構(gòu)

V帶橫截面為梯形，工作面為兩側(cè)面，如圖所示。V帶的類型很多，主要有普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、大楔角V帶等。（一）V帶1.V帶結(jié)構(gòu)根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為包邊V帶、切邊V帶（普通切邊V帶、有齒切邊V帶和底膠夾布切邊V帶）兩種。V帶由膠帆布1（頂布2）、頂膠3、緩沖膠4、抗拉體5、底膠6、底布8（底膠夾布7）等組成。V帶結(jié)構(gòu)示意圖包邊V帶

普通切邊V帶

有齒切邊V帶

底膠夾布切邊V帶）2.V帶型號及尺寸標準普通V帶均制成無接頭的環(huán)形。在彎曲時，帶中長度和寬度均不變的一層稱為中性層，其寬度bp稱為節(jié)寬。V帶截面高度h和節(jié)寬bp的比值h/bp稱為相對高度。楔角為40°、相對高度約為0.7的V帶稱為普通V帶，應用最廣，已標準化。按截面尺寸由小到大普通V帶分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。其截面尺寸見下表。V帶截面尺寸（摘自GB/T11544-2012）mm普通V帶基準長度Ld（摘自GB/T11544-2012）mm3.V帶的標記

普通V帶的標記示例：A1430GB/T11544-2012

A―型號為A型；1430―帶基準長度為1430mm。V帶裝在帶輪上，和bp相對應的帶輪的直徑稱為基準直徑dd，見普通V帶輪輪槽截面尺寸表。V帶在規(guī)定的張緊力下位于帶輪基準直徑上的周線長度稱為基準長度Ld。它是V帶的公稱長度，用于帶傳動的幾何計算和帶的標記。普通V帶基準長度Ld如下表所示。2.帶輪材料、結(jié)構(gòu)及精度要求（1）帶輪材料

v＜25m/s時可用HT150；v=25～30m/s時，可用HT200；v＞30m/s可用鑄鋼；鋁合金帶輪和塑料帶輪常用于小功率傳動。

鑄造帶輪不允許有砂眼、裂紋、縮孔及氣泡等缺陷。（2）V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪通常由輪緣、輪輻（或腹板）、輪轂三部分組成。輪緣上制有槽，槽的結(jié)構(gòu)尺寸和數(shù)目應與所用V帶的型號、根數(shù)相對應。輪槽截面尺寸如圖所示。V帶輪按輪輻結(jié)構(gòu)不同分為四種型式。如圖所示為帶輪幾種典型結(jié)構(gòu)。當帶輪基準直徑dd≤(2.5～3)d（d為帶輪軸的直徑）時，采用實心式（圖a）；dd≤350mm時，采用腹板式（圖b）或孔板式（圖c）；dd＞350mm時，采用輪輻式（圖d）。（3）帶輪精度要求

標準GB/T11357-2020要求，傳動帶輪工作表面粗糙度值如圖所示，且不應超出圖示標注數(shù)值。傳動帶輪工作表面粗糙度值帶輪的圓跳動公差值如表6-5所示。三、帶傳動的受力情況分析（一）帶傳動的幾何關(guān)系

如圖所示，帶傳動的主要幾何參數(shù)有：中心距a、帶長Ld、帶輪基準直徑dd、包角α。小帶輪包角α1：大帶輪包角α2：其中：對于普通V帶L為基準長度Ld。V帶為基準長度：中心距：（二）帶傳動的受力分析傳動帶預緊力F0

帶傳動的受力分析緊邊拉力的增加量等于松邊拉力的減少量，即：

F1－F0=F0－F2或

F1+F2=2F0帶兩邊的拉力差F1－F2稱為帶傳動的有效拉力F，此力等于帶與帶輪接觸面上各點摩擦力的總和F?

，稱為帶傳動的圓周力，也稱為帶傳動的有效拉力。

即：F=F1-F2=Ff

綜合上述二式，得：

可見，帶兩邊拉力F1和F2的大小取決于預緊力F0和帶傳動的有效拉力F。設(shè)P為帶傳動傳遞的功率（kW），v為帶速（m/s），則帶傳遞的有效拉力為：

當F超過帶與帶輪接觸面上摩擦力的極限值Ffmax時，帶將沿輪面產(chǎn)生顯著的相對滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。

帶傳動即將打滑時，帶與帶輪間的摩擦力達到極限值，即有效拉力達到最大值，稱為最大有效拉力Fmax。

緊邊拉力F1與松邊拉力F2之間的關(guān)系可用柔韌體摩擦的歐拉公式表示，即：帶傳動的最大有效拉力Fmax為：即V帶傳動不打滑條件下所能傳遞的最大圓周力為Fmax。帶在正常傳動情況下，必須使F＜Fmax。（三）帶的應力分析

帶傳動工作時，帶中的應力有拉應力、彎曲應力、離心應力。1.拉應力

緊邊的拉應力：σ1=F1/A，松邊的拉應力；

σ2

=F2/A，如圖所示。傳動皮帶應力分布2.彎曲應力

帶繞過帶輪時，因彎曲變形而產(chǎn)生彎曲應力：式中：E—帶的彈性模量，Mpa；h—帶的橫截面高度，mm；dd—帶輪的基準直徑，mm。傳動皮帶應力分布3.離心應力

當帶繞過帶輪時，隨帶輪輪緣作圓周運動，帶本身的質(zhì)量將引起離心力：式中：m—每米帶長的質(zhì)量，kg/m；v—帶速，m/s；A—帶的橫截面積，m2。（四）帶傳動的彈性滑動與傳動比帶傳動的彈性滑動示意圖

由于彈性滑動的存在，導致從動輪的圓周速度v2低于主動輪的圓周速度v1。

彈性滑動和打滑是兩個不同的概念。彈性滑動是因帶兩邊的拉力差使帶兩邊的彈性變形不等所引起，是帶傳動正常工作時不可避免的固有特性。打滑是因過載而引起，是可以避免的。四、V帶傳動的設(shè)計計算（一）V帶傳動的失效形式和計算準則

根據(jù)帶傳動的工作情況分析可知，V帶傳動的主要失效形式有：打滑、帶疲勞破壞（脫層、撕裂或拉斷）。

傳動的設(shè)計準則：保證在帶不打滑的前提下，帶同時具有足夠的疲勞強度和使用壽命。應滿足以下要求：為由帶的疲勞壽命決定的許用應力。（二）單根V帶的基本額定功率

單根V帶所能傳遞的功率是指在一定初拉力作用下，帶傳動不發(fā)生打滑且有足夠疲勞壽命時所能傳遞的最大功率。帶傳動既不打滑又有一定疲勞壽命時單根V帶所能傳遞的功率：

在載荷平穩(wěn)、傳動比i=1（包角α=180o）、特定帶長的工作條件下，單根V帶的所能傳遞的功率稱為單根V帶的基本額定功率P1。帶所能傳遞的功率與帶的長度、帶輪的直徑、帶的型號、帶的速度等參數(shù)有關(guān)。普通A、B型V帶所能傳遞的基本額定功率P1數(shù)值如表6-7所示。

當傳動比i＞1時，由于從動輪直徑大于主動輪直徑，傳動帶繞過從動輪時所產(chǎn)生的彎曲應力低于繞過主動輪時所產(chǎn)生的彎曲應力。因此，工作能力有所提高，即單根V帶有一功率增量△P1，普通A、B型V帶△P1數(shù)值如表6-7所示。這時單根V帶所能傳遞的功率即為P1＋△P1。若實際工況下包角不等于180o、膠帶長度與特定帶長不同時，則應引入包角修正系數(shù)Kα（表6-8）和帶長修正系數(shù)KL（表6-9）。這樣，在實際工況下，單根V帶所能傳遞的額定功率為：（三）V帶傳動的設(shè)計步驟和參數(shù)選擇1.設(shè)計V帶傳動時一般需要給定的條件（1）傳動的功率P；（2）大、小帶輪的轉(zhuǎn)速n2和n1；（3）傳動的用途、工作情況和原動機類型，以及工作制度；（4）對傳動的尺寸要求等。2.V帶傳動的設(shè)計步驟和參數(shù)選擇（1）確定設(shè)計功率Pd

帶在工作時，欲傳遞的額定功率P一定時，由于傳動的用途、工作情況和原動機類型，以及工作制度等工況不同，帶傳動傳遞的功率會有變化，因此為設(shè)計安全可靠，按設(shè)計功率Pd設(shè)計：KA是工況系數(shù)，見表6-10。（2）選擇V帶型號（3）確定帶輪基準直徑dd1和dd2

一般根據(jù)V帶的型號，參考表6-4選取小帶輪基準直徑dd1并滿足dd1≥dmin，即比規(guī)定的最小基準直徑略大些。大帶輪基準直徑可按dd2=（n1/n2）×dd1計算，然后按帶輪基準直徑系列圓整，V帶帶輪基準直徑系列見表6-4。（4）驗算帶的速度（5）確定中心距a和V帶基準長度Ld

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求初定中心距a0，或根據(jù)下式選定：初選后a0，初算V帶的基準長度：

根據(jù)上式算得的值，再按表6-2選定相近的基準長度，然后再確定實際中心距a。由于V帶傳動的中心距一般是可以調(diào)整的，所以可用下式近似計算a值。

安裝V帶而必須調(diào)整，因此，最小中心距為：

如V帶的初拉力靠加大中心距獲得，則實際中心距應能調(diào)節(jié)。又考慮到使用中的多次調(diào)整，補償帶伸長所需最大中心距為：（6）驗算小帶輪上的包角如

較小，應增大中心距a或用張緊輪。（7）確定V帶根數(shù)

根據(jù)設(shè)計功率

，普通V帶的根數(shù)由下式確定：

為使每根V帶受力比較均勻，所以根數(shù)不宜太多，通常應小于10根，否則應改選V帶型號，重新設(shè)計。（8）確定初拉力

為了保證所需的傳遞功率，又不出現(xiàn)打滑，并考慮離心拉力的不利影響時，單根V帶適當?shù)某趵椋?/p>

由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的初拉力應為上述初拉力計算值的1.5倍。（9）確定作用在軸上的壓力

傳動帶的緊邊拉力和松邊拉力對軸產(chǎn)生壓力，它等于緊邊和松邊拉力的向量和。但一般多用初拉力

，由下式求得：

式中，

是小帶輪上的包角；z是V帶根數(shù)。帶傳動作用在軸上的壓力五、帶傳動的張緊、安裝和維護（一）帶傳動張緊方法及裝置

常用的張緊方法如定期張緊、自動張緊和張緊輪張緊三種。定期張緊裝置

自動張緊裝置

張緊輪張緊裝置（二）帶傳動的安裝和維護1）新舊V帶、不同廠家生產(chǎn)的V帶不能同組混用，以免各帶受力不均勻。新帶使用前，最好預先拉緊一段時間后再使用。2）安裝帶輪時，應使兩帶輪軸線保持平行，兩輪對應輪槽的中心線應重合，偏斜角度小于20′（如圖），以防帶側(cè)面磨損加劇。3）帶的張緊程度要適當，可按規(guī)定數(shù)值安裝，但在實踐中，可根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整（如圖），帶的張緊度以大拇指能按下10～15mm為宜。4）V帶在輪槽中要有一正確位置（如圖）。V帶的頂面與帶輪的外緣相平齊或略高出一點；底面與輪槽間留一定間隙。5）帶傳動裝置外面應加防護罩，以保證安全，防止帶與酸、堿或油接觸而腐蝕傳動帶。6）帶傳動不需要潤滑，禁止往帶上加潤滑油或潤滑脂，應及時清理帶輪槽內(nèi)及傳動帶上的油污。7）定期檢查膠帶，如有一根松弛或損壞則應全部更換新帶。8）帶傳動工作溫度不應超過60℃。9）如果帶傳動裝置需閑置一段時間后再用，應將傳動帶放松。教學目標知識目標1.熟悉滾子鏈傳動的失效形式；2.掌握滾子鏈傳動的主要參數(shù)的計算；3.掌握鏈傳動的維護、張緊及潤滑。能力目標1.能合理選擇滾子鏈傳動的主要參數(shù)；2.能設(shè)計滾子鏈傳動；3.能進行鏈傳動的維護、張緊及潤滑。素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)學生標準意識和規(guī)范意識；2.培養(yǎng)學生嚴謹細心、愛崗敬業(yè)、精益求精的工匠精神。模塊六撓性傳動

任務二

鏈傳動【學習重點與難點】1.滾子和鏈輪的結(jié)構(gòu)；2.滾子鏈傳動的設(shè)計計算?！鞠嚓P(guān)知識】一、鏈傳動的工作原理和特點及鏈的類型和應用

鏈傳動由小鏈輪1、大鏈輪2和鏈條3三部分組成，兩鏈輪分別安裝在相互平行的兩軸上，如圖所示。

鏈傳動靠鏈輪齒和鏈條之間的嚙合來傳遞運動和動力。

按用途不同，鏈條可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。一般機械傳動裝置中常用傳動鏈。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，傳動鏈又可分為：套筒鏈、滾子鏈、齒形傳動鏈和其他結(jié)構(gòu)鏈等。

在鏈條的生產(chǎn)與應用中，傳動用短節(jié)距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈）占有最主要的地位。通常滾子鏈的傳動功率在100kw以下，鏈速在15m/s以下。先進的鏈傳動技術(shù)已能使優(yōu)質(zhì)滾子鏈的傳動功率達5000kw，速度可達35m/s。二、滾子鏈和鏈輪（一）滾子鏈

滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)鏈板1和套筒4、外鏈板2和銷軸5分別用過盈配合固連在一起，分別稱為內(nèi)、外鏈節(jié)。滾子與套筒、套筒與銷軸均為間隙配合。當鏈條嚙入和嚙出時，內(nèi)、外鏈節(jié)做相對轉(zhuǎn)動；同時，滾子沿鏈輪輪齒滾動，可減少鏈條與輪齒的磨損。內(nèi)、外鏈板均制成“8”字形。組成鏈條的各零件，由碳鋼或合金鋼制成，并進行熱處理，以提高強度和耐磨性。

滾子鏈相鄰兩滾子中心的距離稱為鏈節(jié)距，用p表示。節(jié)距p越大，鏈條各零件的尺寸越大，所能承受的載荷越大。

滾子鏈可制成單排鏈和多排鏈，如圖所示。排數(shù)越多，承載能力越大。

滾子鏈的長度以鏈節(jié)數(shù)表示。鏈節(jié)數(shù)最好取偶數(shù)，以便鏈條連成環(huán)形時正好是內(nèi)、外鏈板相接，接頭處可用開口銷或彈簧夾鎖緊，如圖（a）所示。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)，如圖（b）所示。雙排滾子鏈結(jié)構(gòu)滾子鏈接頭形式（a）（b）

滾子鏈已標準化，分為A、B兩個系列，常用的是A系列。表6-12列出了幾種A系列滾子鏈的主要參數(shù)。設(shè)計時，要根據(jù)載荷大小及工作條件等選用適當?shù)逆湕l型號；確定鏈傳動的幾何尺寸及鏈輪的結(jié)構(gòu)尺寸。注：鏈號是用英制單位表示的節(jié)距，它是以1in/16為1個單位，而米制節(jié)距p＝鏈號數(shù)×25.4mm/16。鏈條標記方法：鏈號-排數(shù)-整鏈鏈節(jié)數(shù)標準號。例如：10A-1-70GB/T1243-2006表示A系列、節(jié)距為15.875mm、單排、70節(jié)的標準滾子鏈。（二）滾子鏈鏈輪1.滾子鏈鏈輪齒形p-弦節(jié)距，等于鏈條節(jié)距re-齒側(cè)圓弧半徑d-分度圓直徑ha-節(jié)距多邊形以上的齒高dl-滾子直徑最大值da-齒頂圓直徑ri-滾子定位圓弧半徑df-齒根圓直徑α-滾子定位角z-齒數(shù)鏈輪端面齒形2.滾子鏈鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸

滾子鏈鏈輪的基本參數(shù)有：鏈輪齒數(shù)Z；配用鏈條的節(jié)距p；配用鏈條的滾子外徑d1；配用鏈條的排距pt；

主要尺寸計算：3.鏈輪的常用結(jié)構(gòu)和材料整體式腹板式組合式

焊接式鏈輪常用的結(jié)構(gòu)形式

鏈輪的材料應能保證輪齒有足夠的強度和耐磨性。常用材料有碳素鋼如15號鋼、35號鋼、45號鋼；合金鋼如15Cr、40Cr；灰鑄鐵HT200等材料，齒面通常應熱處理，使其達到一定硬度。

由于小鏈輪嚙合次數(shù)多，磨損和沖擊也較嚴重，所用材料常優(yōu)于大鏈輪。三、鏈傳動的運動分析和受力分析（一）鏈傳動的運動分析鏈條平均線速度（簡稱鏈速）為：鏈傳動的平均傳動比：由于多邊形效應，鏈條的瞬時速度和瞬時傳動比都是變化的。鏈傳動的運動分析瞬時速度:瞬時傳動比:（二）鏈傳動的受力分析

在安裝鏈傳動時，應使鏈條受一定的初拉力。鏈傳動張緊的目的主要是使松邊不致太松，以免影響鏈條正常退出嚙合和產(chǎn)生振動、跳齒或脫鏈現(xiàn)象。

鏈在工作過程中，緊邊和松邊的拉力不等。若不計傳動中的動載荷，鏈的緊邊受到的拉力F1是由鏈傳遞的有效圓周力Ft、鏈的離心力Fc和鏈條松邊垂度引起的懸垂拉力Ff三部分組成，即：鏈的松邊所受的拉力F2由Fc及Ff兩部分組成，即:有效圓周力：離心力引起的拉力：

懸垂拉力Ff的大小與鏈條的松邊垂度及傳動的布置方式有關(guān)，在Ff’和Ff″中選用大者。懸垂拉力計算示意圖四、滾子鏈傳動的設(shè)計計算（一）鏈傳動的失效形式

1.鏈條疲勞破壞

2.鏈條鉸鏈磨損

3.鏈條鉸鏈膠合

4.鏈條過載拉斷（二）計算準則

鏈傳動的計算準則為：對于鏈速n＞0.6m/s的中、高速鏈傳動，以保證鏈抗疲勞損壞的強度條件為依據(jù)；對于鏈速n＜0.6m/s的低速鏈傳動，以防止鏈的過載拉斷的靜強度設(shè)計為依據(jù)。（三）典型的鏈傳動額定功率曲線圖符合GB/T1243-2006的A系列單排鏈條的典型承載能力圖

如圖所示是符合GB/T1243-2006的A系列單排鏈條的典型承載能力圖，即典型鏈傳動的額定功率曲線。

在獲取雙排鏈條的額定功率時，可由圖中查取的單排額定功率值PC乘以1.7得到。獲取三排鏈條的額定功率時，可由圖中查取的單排修正額定功率值PC乘以2.5得到。（四）鏈傳動的修正功率Pc

根據(jù)典型鏈傳動額定功率曲線的獲取條件，引入修正系數(shù)并按下式對名義功率P進行修正計算

Pc＝Pf1f2

f1與f2分別由表和圖查取小齒輪齒數(shù)系數(shù)（五）確定鏈型及節(jié)距p

按照小鏈輪轉(zhuǎn)速nl和修正功率PC的大小，由鏈條的承載能力圖來選取能夠滿足小鏈輪轉(zhuǎn)速和所要傳遞功率的、具有最小節(jié)距的單排鏈。當鏈輪轉(zhuǎn)速超過了最小節(jié)距單排鏈的限制時，或者要求較為緊湊的傳動布局設(shè)計時，應當考慮選擇較小節(jié)距的多排鏈。（六）確定鏈節(jié)數(shù)X

對于由兩個鏈輪組成的鏈傳動，在確定鏈條節(jié)距p并初選中心距a0的基礎(chǔ)上，使用以下公式計算鏈節(jié)數(shù)X0。

將上式計算獲得的鏈節(jié)數(shù)X0圓整為整數(shù)X，并且最好取為偶數(shù)。（七）鏈傳動的主要參數(shù)選擇與計算1.傳動比i與鏈輪齒數(shù)z

鏈傳動的傳動比一般情況下i≤7，推薦使用范圍為i=2～3.5。

GB/T1243-2006主要應用的齒數(shù)范圍為9-150齒。優(yōu)選齒數(shù)為17、19、21、23、25、38、57、76、95和114。一般情況下，通常取z1≥17，在z1=17～29之間選取，小鏈輪