机械设计基础第八章-机械挠性传动课件.ppt

1、第八章械挠性传动 主编 齿轮传动的传动件是刚性构件，它具有传递运动相对准确的特点，但也有易于发生冲击载荷的缺点。挠性传动则不同，它们传递运动的准确性虽不如齿轮传动，但却具有一定的吸振能力。构成传动的构件之一为允许挠曲变形构件的传动称为挠性传动，如带传动与链传动就是由主、从动轮与包绕在它们外面的挠性件(带或链)组成的，是典型的挠性传动。它们适用于较大中心距的运动与动力传递，其平均传动比与主、从动轮的直径成反比，瞬时传动比不恒定。第八章机械挠性传动图8-1带传动的组成一、带传动的组成图8-1所示为V带传动装置，带传动是由主动小带轮1，从动大带轮2和传动带3及机架(轮轴的支承，省略图示)组成的。二、

2、带传动的类型图8-2同步齿形带传动 按传动原理，带传动可分为摩擦传动和啮合传动两类。图8-2所示为啮合传动类的同步齿形带传动，它克服了带传动弹性滑动对传动比的影响，适用于传递较大功率的场合。二、带传动的类型图8-3平带传动 摩擦传动类是带传动的主要类型，主要有平带传动(图8-3)，V带传动(图8-1)两种。在工程中，V带传动应用最广。V带的类型很多，如图8-4所示，除普通V带外，还有窄V带、齿形V带、联组V带、接头V带和双面V带等，其中以普通V带和窄V带最为常用。本章主要介绍普通V带。二、带传动的类型图8-4各种类型的V带a)窄V带b)大楔角V带c)齿形V带d)联组V带e、f)接头V带g)双面

3、V带二、带传动的类型图8-5V带截面结构a)帘布结构b)线绳结构1顶胶层2抗拉层3底胶层4包布层 如图8-5所示，普通V带的截面呈梯形，由包布层、顶胶层、底胶层和抗拉层(强力层)组成。抗拉层又有帘布结构和线绳结构两种。前者由几层帘布(纬线较稀的织物)，后者由一层线绳组成。线绳结构的抗拉能力较高些，故适用于带轮直径较小、转速较高的场合，且寿命较长。抗拉层的材料有棉质，也有尼龙、人造丝等化学纤维，后者强度较高。第二节带传动的工作原理和工作能力分析一、工作原理二、带传动的受力分析三、带的应力四、带的弹性滑动一、工作原理图8-6带传动的工作原理a)不工作时b)工作时 如图8-6a所示，安装时，传动带即

4、以一定的张紧力F0紧套在两轮上。由于F0的作用，带与带轮的接触面产生正压力。带不工作时，传动带两边的拉力相等，都等于F0。带传动工作时(图8-6b)，设主动轮以n1的转速顺时针转动，由于正压力的存在，轮1对带的摩擦力方向与转动方向相同，从而驱动传动带运动；同理，传动带对从动轮2的摩擦二、带传动的受力分析图8-7带传动的受力分析 如图8-6所示，带传动工作时，由于带的总长近似不变，当下侧紧边拉力增加带的伸长量，与上侧松边拉力减小带缩短量相同，均为l，故紧边拉力增量F1-F0与松边拉力减量F0-F2相等，均为F，即如图8-7所示，带传动的有效圆周力Ft由下式求得带传动传递的功率P(kW)为 可以证

5、明，带在出现打滑趋势而尚未打滑的临界状态时，带的紧边拉力F1与松边拉力F2之间满足柔性体的欧拉公式式中e自然对数的底(e=2.71828)；f摩擦因数，对V带，用当量摩擦因数fv代替f；工作时，带与带轮接触弧所对的圆心角，简称包角，单位为rad。将式(8-1)、式(8-2)和式(8-4)联立，可导得带传动的最大有效圆周力Fmax由于最大有效圆周力取决于较小摩擦力的小带轮包角1，故式(8-5)中应用1代替。由式(8-5)可知，最大有效圆周力Fmax与下列因素有关：(1)张紧力F0最大有效圆周力Fmax与张紧力F0成正比，张紧力F0增大，摩擦力增大，带传动的承载能力提高；但张紧力过大，易使传动带磨

6、损加剧，以致过快松弛，缩短带的工作寿命。张紧力F0太小，则带传动的工作能力不能充分发挥，易发生打滑。(2)包角最大有效圆周力Fmax随包角的增大而增大，这是因为包角增大会使摩擦力也增大。带轮包角应予限制，使小轮包角1120。(3)摩擦因数f摩擦因数大，则摩擦力也大，从而提高最大有效圆周力Fmax。摩擦因数与带及带轮的材料和表面状况、工作环境条件有关。应当指出，试图用增大带轮表面粗糙度的方法提高带传动承载能力的做法是不可取的。三、带的应力图8-8带工作时的应力分布情况示意图如图8-8所示，带传动工作时，带上存在三个应力：(1)拉应力1和2由紧、松边拉力F1、F2引起，1=F1/A，2=F2/A，

7、其中A(mm2)为带的截面积。(2)离心应力l当带以初速度v(m/s)沿带轮轮缘作圆周运动时，带本身的质量将引起离心力Fl(N)，则由Fl引起的离心应力l(MPa)为(3)弯曲应力b带绕在带轮上时要产生弯曲应力。由工程力学知识可知，弯曲应力大小与受弯的曲率半径有关，较小曲率半径小带轮上的弯曲应力b1(MPa)较大，其大小为式中h带的高度，单位为mm；dd1小带轮的基准直径，单位为mm，参见表8-4；E带的弹性模量,单位为MPa。如图8-8所示，带中的最大应力发生在带的紧边绕入小带轮处，此处的最大应力可近似地表示为四、带的弹性滑动图8-9带的弹性滑动 因为带是弹性件，受拉后会产生弹性变形。而带工

8、作时，带的紧边与松边拉力不同，因而带的弹性变形也不同。如图8-9所示，当带在紧边刚绕入小轮时，带与小带轮在A(A)处重合，转过1角时，虽然传动带拉力逐渐减小，带亦逐步回缩，但不明显，故认为带轮上的B与带上的B仍近似重合，max，带重新正常工作。带的弹性滑动，使小带轮的速度v1大于带的速度v，而带的速度v又大于大带轮的速度v2。带传动弹性滑动的影响可以用滑动率表示 随载荷大小的不同，滑动率约在0.010.02之间变化。在不考虑弹性滑动时，带传动的传动比为考虑弹性滑动时 由于滑动率不是一个固定值，随外载荷大小的变化而变化，因而摩擦型带传动不能用于要求准确传动比的场合，使带传动的应用受到很大限制。正

9、因如此，近年来才发展出啮合型同步齿形带，并日益广泛地应用于工程中。第三节普通V带的标准及其传动设计简介一、普通V带的标准 普通V带按其截面大小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，它们均制成无接头环形带。抗拉层的结构分为制造较为方便的帘布芯V带和柔韧性较好、抗弯强度高的绳芯V带两种类型。当带受弯曲时，顶胶伸长，而底胶缩短，只有在两者之间的中性层长度不变，称为节面。节面的宽度称为节宽bp。当带弯曲时，该宽度保持不变。V带的高度h与节宽之比(h/bp)称为相对高度。普通V带的相对高度约为0.7。一、普通V带的标准表8-2V带的截面尺寸(摘自GB/T 115441997)及V带轮缘尺寸(摘自GB/

10、T 13575.22008)一、普通V带的标准一、普通V带的标准二、V带传动设计简介 V带传动的设计主要应确定：V带的型号；V带的公称长度Ld1、Ld2；V带传动的安装中心距a；V带的根数z；V带轮的结构。设计V带传动的原始条件一般为：传递功率P，转速n1、n2(或传动比i12)，传动位置要求和工作条件。主要设计步骤简介如下：(1)确定计算功率Pc由于载荷性质和每天运转时间长短等多种因素的影响，故名义功率P应修正为计算功率Pc，即式中KA工作情况系数，见表8-5。二、V带传动设计简介二、V带传动设计简介图8-10普通V带型号的选择图(2)选择带的型号根据计算功率Pc、小带轮转速n1，由图8-1

11、0选取带的型号。(3)确定带轮的基准直径dd1、dd2根据带的型号，参考表8-4，先选取dd1，然后用公式计算dd2=i12dd1。注意，应使小带轮基准直径dd1ddmin。为提高V带的寿命，在(4)确定中心距a和带的基准长度Ld如果带的中心距未限定，可先选中心距a0，一般取选取a0后，由下式初步计算所需带的长度Ld 计算所得Ld还需根据表8-3选取相近的标准系列值作为选定的带的实际长度Ld，然后根据下式计算实际的中心距a 考虑到安装调整和补偿张紧力的需要(如带伸长、松弛后的张紧)。中心距的变动范围为(5)验算小轮包角1小轮包角1()由下式验算有些情况下，许用包角也可为90。(6)确定带的根数

12、z计算的基本思路是用计算功率Pc除以所选型号单根V带能传递的许用功率P，即得带的根数。一般单根带在标准试验条件下的许用功率，称为基本额定功率P0。但实际上，单根带能传递的功率还与传动比i、包角、长度Ld等多种因素有(7)V带轮的设计带轮的设计主要是选择材料，根据带轮基准直径的大小选择结构形式，根据带的型号确定轮缘尺寸(表8-2)。其他结构尺寸的确定可参照图8-11所列的经验公式计算。例8-1试设计某机床传动系统的V带传动。原动机功率P=10kW，n=1460r/min，传动比i12=4，每天工作10h，=120。第四节链传动一、链传动的组成及应用二、传动链的类型及滚子链的结构三、链轮的结构和材

13、料四、链传动的平均速度与传动比五、链传动的失效形式六、链传动主要参数选择七、链传动的设计简介一、链传动的组成及应用图8-12链传动的组成1、2链轮3链 如图8-12所示，链传动由链轮1、2和中间挠性件链3组成的。链轮上制有特殊形状的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。在前述链传动与带传动工作特点的比较中已知，链传动具有结构紧凑，传动效率高，能在较恶劣环境下工作的优点，因而常用于两轴相距较远、传动功率较大、平均传动比要求保持不变的场合，目前多应用于石油化工机械、轻工机械、矿山机械、农业机械和机床等机械传动中。二、传动链的类型及滚子链的结构图8-13齿形链a)链结构b)啮合传动1轴瓦2轴

14、销3链板 常用的传动链主要有滚子链和齿形链两种。其中，滚子链传动应用最为广泛。一般所说的链传动即指滚子链传动。图8-13所示为齿形链，它由铰链连接的齿形板组成，传动平稳性较高，噪声较小，承受冲击的性能较好，故允许在较高的速度下工作。二、传动链的类型及滚子链的结构图8-14滚子链的结构a)链的主要几何尺寸b)8字形链板c)过渡链板1滚子2套筒3销轴4内链板5外链板 如图8-14a所示，滚子链由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4和外链板5所组成。内链板4与套筒2之间、外链板5与销轴3之间分别用过盈配合固定连接。滚子1与套筒2之间、套筒2与销轴3之间均为间隙配合，它们之间可自由转动，这样可减轻齿廓磨损

15、。二、传动链的类型及滚子链的结构图8-15双排链 当传递大载荷时，可采用双排链(图8-15)或多排链。多排链的承载能力与排数成正比。但由于精度的影响，各排链所受载荷不易均匀，故排数不宜过多。如图8-14所示，滚子链与链轮啮合的基本参数是节距p、滚子外径d1和内链节内宽b1，对多排链则还有排距pt(图8-15)。其中节距p是滚子链的主要参数，节距增大时，链条中的各零件的尺寸也相应增大，可传递的功率二、传动链的类型及滚子链的结构 滚子链已标准化，其结构和基本参数已在国标中作了规定，设计时可根据载荷大小及工作条件选用。滚子链又分为A、B两个系列，我国主要采用A系列。滚子链规格和主要参数见表8-6。滚

16、子链的标记为例如：08A188GB/T 12432006表示A系列、8号链、节距12.7mm、单排、88节的滚子链。三、链轮的结构和材料图8-16三圆弧一直线齿槽形状链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已标准化。链轮的设计主要是确定其结构及尺寸、选择材料和热处理方法。链轮的基本参数是配用链条的节距p、滚子外径d1、排距pt及链轮齿数z。因为滚子与链轮齿并非共轭齿形，故齿形设计具有较大的灵活性。三、链轮的结构和材料图8-17链轮结构a)实心式b)孔板式c)组合式d)焊接式 链轮的结构与链轮的直径有关。小直径可制成实心式(图8-17a)；中等直径的可制成孔板式(图8-17b)；大直径的链轮常采用齿圈可

17、更换的组合式(图8-17c)或焊接式结构(图8-17d)。齿的啮合次数多，所受的冲击较严重，故小链轮应采用较好的材料制造。三、链轮的结构和材料表8-7链轮常用材料及应用范围四、链传动的平均速度与传动比链传动的平均速度为平均传动比为五、链传动的失效形式链传动的失效多为链失效，主要有：1)链的疲劳破坏。链传动时，由于紧边与松边所受拉力不同，故运行时受交变应力作用，经多次循环后，链板发生疲劳断裂，或套筒、滚子表面出现点蚀。润滑良好时，疲劳断裂是决定链传动能力的主要因素。2)销轴磨损与脱链。链传动时，销轴与套筒间的压力较大，又有相对运动，若润滑不良，销轴与套筒易发生严重磨损，使链条平均节距增大，达到一

18、定程度后，将破坏传动的正确啮合，发生跳齿而脱链，这是常见的失效形式。3)销轴和套筒的胶合。在高速、重载时，链条所受冲击载荷、振动较大，销轴与接触表面难以维持连续的油膜，导致摩擦严重而产生高温，易发生胶合。4)滚子和套筒的冲击破坏。由于链传动的运动不平稳性等原因，不可避免地会产生冲击和振动，以致滚子和套筒受冲击而遭致破坏。5)链的过载拉断。低速、重载时，链因静强度不足而被拉断。六、链传动主要参数选择图8-18A系列滚子链(v0.6m/s)的额定功率曲线1.齿数z1、z2和传动比 小链轮齿数z1少，动载荷增大，传动平稳性差，链易磨损，故应限制小链轮的最少齿数zmin17，很低速度时，可少至9。z1也不可过大而使传动尺寸增大。一般按z129-2i2.链的节距p 节距p是链传动最主要的参数，决定链传动的承载能力。在一定条件下，p越大，承载能力越高，但引起的冲击、振动和噪声也越大。3.中心距a和链节数Lp 中心距大时链长，单位时间内链节应力循环次数少，磨损慢，链的使用寿命长，且小链轮的包角大，同时啮合齿数多，对传动有七、链传动的设计简介图8-19题8-10图