《机械设计基础》CHAP8带传动和链传动Word格式.docx
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两侧表面特点:
i≤7运行较平稳
4)多楔带传动
具有V带的特点,适合于结构紧凑、功率大、重要的场合。
5)同步齿形带传动
靠啮合传动,传动比恒定,中心距要求严格。
四、带传动的优缺点
1)适合于中心距较大的传动
2)能缓和载荷冲击;
运行平稳,无噪声;
3)过载时将引起带在带轮上打滑,因而可防止其他零件的损坏;
(具有过载保护作用)
4)结构简单,成本低廉
5)传动外廓尺寸较大
6)需要张紧装置
7)传动效率较低
8)不能保持准确的传动比
9)带的寿命较短。
五、带传动的应用范围
带传动的应用范围很广,其中V带传动应用最广。
一般带的工作速度为v=5~25m/s
传动比为i=7
传动效率为η=0.90~0.95
8-2V带和带轮
一、V带的构造与规格
V带有普通V带、窄V带和宽V带、活络V带等类型。
一般多使用普通V带,现在使用窄V带的也日见广泛。
本章主要介绍普通V带传动的设计。
普通V带为标准件,有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。
1、普通V带构造:
两种结构:
帘布芯结构线绳芯结构
都由四个层构成
1)包布层
2)顶胶层
3)抗拉体(承载层)
4)底胶层
★帘布芯结构:
承载层是胶帘布——抗拉强度较高
★线绳芯结构:
承载层是线绳——绳芯结构柔韧性好,适用于转速较高,带轮直径较小的场合。
★V带制成无接头的环形。
基准长度Ld
★V带两摩擦面间的夹角——楔角,楔角都是40°
二、V带轮的材料和结构
制造V带轮的材料可采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料,以灰铸铁应用最为广泛。
当带速v不大于25m/s时,采用HT150,v>25~30m/s时采用HT200,速度更高的带轮可采用球墨铸铁或铸钢,也可采用钢板冲压后焊接带轮。
小功率传动可采用铸铝或工程塑料。
带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。
V带轮按轮辐结构不同分为四种型式,如图8-6所示。
带轮基准直径dd≤(2.5~3)d0(d0为带轮轴直径)时可采用S型(实心带轮,图a);
dd≤300mm时可采用P型(腹板式带轮,图b);
且当dd-d1≥100mm时,可采用H型(孔板式带轮,图c);
dd>300mm时可采用E型(轮辐式带轮,图d)。
每种型式根据轮毂相对腹板(轮辐)位置不同分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等几种,带轮的结构尺寸如表8-3所示。
带轮的轮缘尺寸如表8-4所示。
表中bd表示带轮轮槽的基准宽度,通常与V带的节面宽度bp相等,即bd=bp。
基准宽度处带轮的直径称为基准直径dd,
8-3V带传动工作能力分析
1.带传递的有效拉力
F0——张紧力
F1——紧边拉力
F2——松边拉力
设带的总长度不变,则紧边拉力的增量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2,即
F0=(F1+F2)/2
根据带的受力平衡条件
其有效拉力应等于带与带轮的接触弧上摩擦力的总和。
即
F=F1-F2=Ff
在一定条件下,摩擦力有一极限值,如果工作阻力超过极限值,带就在轮面上打滑,传动不能正常工作。
以v表示带速,m/s,P表示名义传动功率,kw;
则有效拉力:
2、F1、F2和F的关系
不计带的质量
式中e——自然对数的底;
e≈2.718
μ——带与带轮间的摩擦系数
α——带在带轮上的包角;
联立解式得紧边拉力F1和松边拉力F2为:
带即将开始打滑时,带上各力沿垂直方向各力的平衡式为
3.由离心力所产生的拉力Fc
(推导略)
q一每米带长的质量,kg/m。
4、作用在轴上的压力FQ
FQ由下式确定
FQ=2ZF0sinα1/2
式中
FO——单根带的张紧力;
Z——V带根数
α1——小带轮包角
二、带的应力分析
1.紧边应力σ1、松边应力σ2
式中A一带的截面面积。
2.离心应力σc
3.弯曲应力σb
式中:
E——带的弹性模量
r——带轮半径
y——由带中性层到最外层的距离。
显然,两个带轮直径不同时,带在小带轮上的弯曲应力比大带轮大。
4、带上应力分布规律
将带上各点处的应力用一线段表示
应力分布规律图表明:
带传动工作时,带是在变应力状态下工作的,
且最大应力发生在紧边进人小带轮处。
二、带传动的弹性滑动和传动比
1.带的弹性滑动
——由于带是弹性体,受力不同时伸长量不等。
当带自b点绕上主动轮时,带的速度和带轮表面的速度
是相等的,但当它沿bC继续前进时,带的拉力由F1降低到F2,
所以带的拉伸弹性变形也要相应减小,亦即带在逐渐缩短,带的速度要落后于带轮,因此两者之间必然发生相对滑动。
同样的现象也发生在从动轮上,但情况恰好相反,在带绕上从动轮时,带和带轮具有同一速度,但当带沿前进方向时,带的拉力由F2增大到F1,带被拉长,使带的速度领先于带轮。
两者之间也必然发生相对滑动。
■——这种由于拉力的变化造成带的弹性变形的变化,所引起的带在带轮上产生的相对滑动称为带的弹性滑动。
■——弹性滑动引起了下列后果
1)从动轮的圆周速度低于主动轮;
(造成速度上的损失)
2)降低了传动效率;
3)引起带的磨损;
4)使带温度升高。
■——由于带传动是依靠摩擦力来传动的,由于摩擦力使带的两边所受的拉力不同,发生的拉伸变形不同的。
既然摩擦力是这类传动所必需的.所以弹性滑动是带传动固有的特性,是不能避免的。
弹性滑动是可以设法降低的,如:
选用弹性模量大的带材料,可以降低弹性滑动。
注意:
不能将弹性滑动和打滑混淆起来,
打滑是由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动。
打滑可以避免;
■——带传动的功率越大,弹性滑动的程度越严重。
2.传动比
由以上分析,从动轮的圆周速度低于主动轮,
为了能够反映由于弹性滑动产生的速度损失的程度,将其相对降低率,称为滑动率。
用ε表示
式中i——传动比。
ε——带传动的滑动率。
一般为1%~2%。
8-4普通V带传动设计计算
一、设计准则和单根V带的额定功率
1.设计准则
根据带传动工作能力分析可知,带传动的主要失效形式有:
①带在带轮上打滑,不能传递动力;
②带发生疲劳破坏(经历一定应力循环次数后发生拉断、撕裂、脱层)。
因此带传动的设计准则为:
①带在传递规定功率时不发生打滑,即满足式(8-7)。
②具有一定的疲劳强度和寿命,即满足式(8-5)。
2.单根V带所能传递的额定功率。
经推导可得单根V带所能传递的额定功率为:
(8-8)
v为带速m/s。
在特定带长、使用寿命、传动比(i=1、
)以及在载荷平稳条件下,通过疲劳试验测得带的许用应力
后,代入式(8-8)便可求出特定条件下的P
二、带传动设计步骤和参数选择
设计V带传动的原始数据为带传递的功率P,转速n1、n2(或传动比
)以及外廓尺寸的要求等。
设计内容有:
确定带的型号、长度、根数、传动中心距、带轮直径以及带轮结构尺寸等。
设计步骤一般为:
1.确定设计功率Pc
(8-9)
P为带传递的额定功率(KW);
KA为工况系数
2.选择V带的型号
根据设计功率Pc和主动轮转速n1由图8-8、9选择带的型号。
3.确定带轮的基准直径dd1和dd2
小带轮直径dd1应大于或等于表8-6所列的最小直径dmin。
dd1过小则带的弯曲应力
较大,反之又使外廓尺寸增大。
一般在工作位置允许的情况下,小带轮直径取得大些
减小弯曲应力,提高承载能力和延长带的使用寿命。
由式(8-6)得:
dd1、dd2均应符合带轮直径系列尺寸,见表8-5。
4.验算带速v
(8-10)
带速太高离心力增大,使带与带轮间的摩擦力减小,容易打滑;
带速太低,传递功率一定时所需的有效拉力过大,也会打滑。
一般应使
普通V带5m/s<v<25m/s
窄V带5m/s<v<35m/s
否则重选dd1。
5.确定中心距a和带的基准长度Ld
在无特殊要求时,可按下式初选中心距a0:
≤ao≤
mm(8-11)
由带传动的几何关系,可得带的基准长度计算公式:
mm(8-12)
按
查表8-2得相近的V带的基准长度Ld,再按下式近似计算实际中心距:
a≈a0+
(8-13)
当采用改变中心距方法进行安装调整和补偿初拉力时,其中心距的变化范围为
(8-14)
6.验算小带轮包角
≥
(8-15)
1与传动比
有关,
愈大(dd2-dd1)差值愈大,则
1愈小。
所以V带传动的传动比一般小于7,推荐值为2~5。
速比不变时,可用增大中心距a的方法增大
1。
7.确定V带根数z
z≥
(8-16)
Pc为设计功率,按式(8-9)计算;
P0为特定条件下单根V带所能传递的功率(KW),查表(8-7);
ΔP0为i>1时的额定功率增量(KW),查表(8-9);
K
为包角系数,考虑不是特定长度时,对传动能力的影响,查表(8-10)。
8.确定单根V带初拉力F0
(8-17)
9.计算带对轴的压力FQ
FQ
(8-18)
例8-1设计某机床上电动机与主轴箱的V带传动。
已知:
电动机额定功率P=7.5KW,转速n1=1440r/min,传动比i12=2,中心距a为800mm左右,三班制工作,开式传动。
8-5同步带传动
一、同步带传动的特点和应用
同步带是以细钢丝绳或玻璃纤维为强力层,外覆以聚氨脂或氯丁橡胶的环形带。
由于带的强力层承载后变形小,且内周制成齿状使其与齿形的带轮相啮合,故带与带轮间无相对滑动,构成同步传动。
同步带传动具有传动比恒定、不打滑、效率高、初张力小、对轴及轴承的压力小、速度及功率范围广、不需润滑、耐油、耐磨损以及允许采用较小的带轮直径、较短的轴间距、较大的速比,使传动系统结构紧凑的特点。
一般参数为:
带速v≤50m/s;
功率P≤100KW;
速比i≤10;
效率η=0.92~0.98;
工作温度-20~80℃。
二、同步带的参数、类型和规格
1.同步带的参数
(1)节距Pb与基本长度Lp。
在规定张紧力下,同步带相邻两齿对称中心线的距离,称为节距Pb。
同步带工作时保持原长度不变的周线称为节线,节线长度Lp为基本长度(公称长度),轮上相应的圆称为节圆。
如图8-10所示。
显然有Lp=Pbz。
(2)模数m。
与齿轮一样,也规定模数m=Pb/
。
2.同步带的类型和规格
同步带分为梯形齿和圆弧齿两大类,
标准同步带的标记包括:
型号、节线长度代号、宽度代号和国标号。
对称齿双面同步带在型号前加“DA”,交错齿双面同步带在型号前加“DB”。
图8-12对称双面齿和交错双面齿同步齿形带
标记示例:
聚氨酯同步带DA900H200GB/T11616-89
带宽代号200,带宽50.8mm
型号H,节距12.7mm
长度代号900,节线长2286mm
对称齿双面同步带
三、同步带轮
(1)同步带轮的材料及轮辐、轮毂结构同V带轮。
为防止齿形带工作时从带轮上脱落,一般推荐小带轮两边均有挡圈,而大带轮则无挡圈;
或大小带轮均为单面挡圈,但挡圈各在不同侧,如表8-12所示。
(2)同步带轮轮齿形状有渐开线齿廓和直边齿廓两种(用于梯形齿同步齿形带),其中渐开线齿廓的同步带轮可借用齿轮刀具展成加工,齿廓具体尺寸请参阅有关手册。
(3)周节制同步齿形带轮的宽度如表8-12所示,直径如表8-14所示。
(4)周节制同步带轮标记由带轮齿数、带型号、轮宽代号和标准代号组成。
8-6带传动的安装、张紧和维护
一、带传动的张紧与调整
带传动的张紧程度对其传动能力、寿命和轴压力都有很大的影响。
V带传动初拉力的测定可在带与带轮两切点中心加以垂直于带的载荷G使每100mm跨距产生1.6mm的挠度,此时传动带的初拉力F0是合适的(即总挠度y=1.6a/100),如图8-14所示。
对于普通V带传动,施加于跨度中心的垂直力G按下列公式计算:
新装的带G=(1.5F0+△F0)/16
运转后的带G=(1.3F0+△F0)/16
最小极限值G=(F0+△F0)/16
图8-14初拉力的测定
带传动工作一段时间后会由于塑性变形而松弛,使初拉力减小、传动能力下降,此时在规定载荷G作用下总挠度y变大,需要重新张紧。
常用张紧方法有以下几种:
1.调整中心距法
(1)定期张紧。
如图8-15所示,将装有带轮的电动机1装在滑道2上,旋转调节螺钉3以增大或减小中心距从而达到张紧或松开的目的。
图8-16为把电机装在一摆动底座2上,通过调节螺钉3调节中心距达到张紧的目的。
(2)自动张紧。
把电动机1装在如图8-17所示的摇摆架2上,利用电机的自重,使电动机轴心绕铰点A摆动,拉大中心距达到自动张紧的目的。
2.张紧轮法
带传动的中心距不能调整时,可采用张紧轮法。
图8-18a)所示为定期张紧装置,定期调整张紧轮的位置可达到张紧的目的。
图8-18b)所示为摆锤式自动张紧装置,依靠摆捶重力可使张紧轮自动张紧。
V带和同步带张紧时,张紧轮一般放在带的松边内侧并应尽量靠近大带轮一边,这样可使带只受单向弯曲,且小带轮的包角不致过分减小。
如图8-18a)所示定期张紧装置。
平带传动时,张紧轮一般应放在松边外侧,并要靠近小带轮处。
这样小带轮包角可以增大,提高了平带的传动能力。
如图8-18b)所示摆锤式自动张紧装置。
8—7传动链的类型和特点
链传动工作原理与特点
1、工作原理:
(至少)两轮间以链条为中间挠性元件的啮合来传递动力和运动。
但非共轭曲线啮合,靠三段圆弧(
)一直线啮合。
其磨损、接触应力冲击均小,且易加工。
2、组成;
主、从动链轮、链条、封闭装置、润滑系统和张紧装置等。
3、特点(与带、齿轮传动比较)
优点:
①平均速比im准确,无滑动;
②结构紧凑,轴上压力Q小;
③传动效率高η=98%;
④承载能力高P=100KW;
⑤可传递远距离传动amax=8mm;
⑥成本低。
缺点:
①瞬时传动比不恒定i;
②传动不平衡;
③传动时有噪音、冲击;
④对安装粗度要求较高。
4、应用:
适于两轴相距较远,工作条件恶劣等,如农业机械、建筑机械、石油机械、采矿、起重、金属切削机床、摩托车、自行车等。
中低速传动:
i≤8(I=2~4),P≤100KW,V≤12-15m/s,无声链Vmax=40m/s。
(不适于在冲击与急促反向等情况下采用)
链传动的主要类型
1)按工作特性分:
起重链——用于提升重物——V≤0.25m/s;
牵(线)引链——运输机械——V≤2~4m/s;
传动链——用于传递运动和动力——V≤12~15m/s。
结构简单、重量轻、价廉、适于低速、寿命长、噪音小、应用广。
2)传动链接形式分:
套筒链;
(套筒)滚子链—属标准件
选用、合理确定链轮与链条尺寸,—短节距精密滚子链;
齿形链;
成型链四种。
①套筒滚子链(结构与特点)
动配合,可相对运动,相当于活动铰链,承压面积A(投影)——宽×
长
投影组成:
5滚子;
4套筒;
3销轴;
2外链板;
1内链板
动配合。
当链节进入、退出啮合时,滚子沿齿滚动,实现滚动摩擦,减小磨损。
套筒与内链板、销轴与外链板分别用过盈配合(压配)固联,使内、外链板可相对回转。
为减轻重量、制成“8”字形,亦有弯板。
这样质量小,惯性小,具有等强度。
磨损:
——主要指滚子与销轴截面之间磨损。
而内、外板之间留有间隙,保证润滑油进入,此润滑降低磨损。
P越大,承载能力越高。
参数:
P—节距,b1—内链板间距,C—板厚,d1—滚子直径,d2—销轴直径,P—排距
当低速时也可以不用滚子——称套筒链
多排链——单排链用销轴并联——称多排链(或双排链)
排数↑→承载能力↑
但排↑→制造误差↑→受力不均↑一般不超过3~4列为宜
链接头型式:
链节数为偶数(常用)——内链板与外链板相接——弹性锁片(称弹簧卡)或大节距(称开口销)——受力较好
弹性锁片——端外链板与错轴为间隙配合
链节数为奇数——用过渡链节固联
产生附加弯矩——受力不利,尽量不用。
固联——内(外)链板与内(外)链板相接
板链—弹性好、缓冲、吸振在低速、重载、冲击和经常正反转工作情况。
安全过渡链节——弯板与销
滚子链标记:
链号—排数×
链节数标准号
套筒滚子链规格与主要参数——表
2、齿形链
各组齿形链板要错排列,通过销轴联接而成。
链板两工作侧边为直边,夹角为60°
或70°
,由链板工作边与链轮齿啮合实现传动。
齿形链设导板,以防链条轴向窜动:
内导板—导向性好;
外导板
铰链形式:
圆销式;
轴互式;
滚柱式
齿形链的齿形特点:
传动平稳、承受冲击好、齿多受力均匀、噪音较小、故称无声链。
允许速度V高,特殊设计齿形链V=40m/s,但结构较复杂、价格贵、制造较困难、也较重。
摩托车用链应用于高速机运动精度,要求较高的场合,故目前应用较少。