機械設計CH05 帶及鏈

1、第5章 帶傳動與鏈傳動設計5.1 概述5.2 帶傳動的基本理論5.3 帶傳動的設計5.4 滾子鏈鏈條與鏈輪概述1固聯(lián)于主動軸上的帶輪1(主動輪)；固聯(lián)于從動軸上的帶輪3(從動輪)；緊套在兩輪上的傳動帶2。概 述 嚙合傳動：當主動輪轉動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一 起轉動，并傳遞動力（同步帶傳動）。 1帶傳動的組成2傳 動 原 理 摩擦傳動：當主動輪轉動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉動，并傳遞動力（平帶和帶傳動） 。3帶傳動的特點結構簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖減振；摩擦式帶傳動有彈性滑動和打滑的現(xiàn)象，傳動比不穩(wěn)定。 一、帶傳動的特點、類型和應用概述24帶傳動的類

2、型平帶傳動，結構簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應用較多。在一般機械傳動中，應用最廣的帶傳動是帶傳動，在同樣的張緊力下，帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。多楔帶傳動兼有平帶傳動和帶傳動的優(yōu)點，柔韌性好、摩擦力大，主要用于傳遞大功率而結構要求緊湊的場合。同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小。概 述 概述35傳動帶的類型帶采用基準寬度制，即用帶的基準線的位置和基準寬度來確定帶在輪槽中的位置和輪槽的尺寸。傳動帶平 帶 帶多楔帶同步帶普通平帶片基平帶普通帶窄帶齒形帶寬帶帶的截面尺寸 概 述概述4在各類機械中應用廣泛，但摩擦式

3、帶傳動不適用于對傳動比有精確要求的場合。 6帶傳動的應用 概 述概述5鏈傳動是依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。 與帶傳動相比，鏈傳動能保持準確的平均傳動比，徑向壓軸力小，適于低 速情況下工作。 與齒輪傳動相比，鏈傳動安裝精度要求較低，成本低廉，可遠距離傳動。 鏈傳動的主要缺點是不能保持恒定的瞬時傳動比。 鏈傳動主要用在要求工作可靠、轉速不高，且兩軸相距較遠，以及其它不宜采用齒輪傳動的場合。 概 述二、鏈傳動的特點及應用受力分析1帶傳動的基本理論帶傳動的工作情況分析是指帶傳動的受力分析、應力分析、運動分析。帶傳動是一種撓性傳動，其工作情況具有一定的特點。一、受力分析設帶的總長度不變，根

4、據(jù)線彈性假設：F1F0F0F2；或：F1 F22F0；記傳動帶與小帶輪或大帶輪間總摩擦力為Ff，其值由帶傳動的功率P和帶速v決定。 帶傳動尚未工作時，傳動帶中的預緊力為F0。 帶傳動工作時，一邊拉緊，一邊放松，記緊邊拉力為F1和松邊拉力為F2。 定義由負載所決定的傳動帶的有效拉力為FeP/v，則顯然有FeFf。 0FF1F00F02尚未工作狀態(tài) nFfF1F1F1F1222n2工作狀態(tài) 受力分析2帶傳動的最大有效拉力Fec有多大？由歐拉公式可知：feFF211120ffeceeFF歐拉公式給出的是帶傳動在極限狀態(tài)下各力之間的關系，或者說是給出了一個具體的帶傳動所能提供的最大有效拉力Fec 。預

5、緊力F0最大有效拉力Fec 包角最大有效拉力Fec 摩擦系數(shù) f最大有效拉力Fec 切記：歐拉公式不可用于非極限狀態(tài)下的受力分析！切記：歐拉公式不可用于非極限狀態(tài)下的受力分析！由歐拉公式確定，即：取繞在主動輪或從動輪上的傳動帶為研究對象 ，有：FeFfF1F2；因此有：F1F0Fe2；F2F0Fe2；12包角的概念當已知帶傳遞的載荷時，可根據(jù)歐拉公式確定應保證的最小初拉力F0。 帶傳動的基本理論應力分析帶傳動在工作過程中帶上的應力有：分析詳見為了不使帶所受到的彎曲應力過大，應限制帶輪的最小直徑。槽 型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm 50751252006390140224二、

6、帶傳動的應力分析 拉應力：緊邊拉應力、松邊拉應力； 離心應力：帶沿輪緣圓周運動時的離心力在帶中產(chǎn)生的離心拉應力； 彎曲應力：帶繞在帶輪上時產(chǎn)生的彎曲應力。 帶傳動的基本理論運動分析三、帶傳動的運動分析帶傳動在工作時，從緊邊到松邊，傳動帶所受的拉力是變化的，因此帶的彈性變形也是變化的。帶傳動中因帶的彈性變形變化所導致的帶與帶輪之間的相對運動，稱為彈性滑動。%100121vvv12)1 (vv或)/(600011d1smndv)/(600022d2smndv其中：因此，傳動比為：1d2d21)1 (ddnni若帶的工作載荷進一步加大，有效圓周力達到臨界值Fec后，則帶與帶輪間會發(fā)生顯著的相對滑動，

7、即產(chǎn)生打滑。打滑將使帶的磨損加劇，從動輪轉速急速降低，帶傳動失效，這種情況應當避免。彈性滑動導致：從動輪的圓周速度v2主動輪的圓周速度v1，速度降低的程度可用滑動率來表示： （演示） 帶傳動的基本理論失效形式四、帶傳動的失效形式和計算準則帶傳動的主要失效形式是打滑和傳動帶的疲勞破壞。帶傳動的設計準則：在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。 帶傳動的基本理論V帶傳動的設計1帶傳動的設計一、單根V帶的許用功率帶傳動的承載能力取決于傳動帶的材質、結構、長度，帶傳動的轉速、包角和載荷特性等因素。單根V帶的基本額定功率P0是根據(jù)特定的實驗和分析確定的。實驗

8、條件：傳動比i=1、包角180、特定長度、平穩(wěn)的工作載荷。（P0） V帶傳動的設計2二、帶傳動的設計與參數(shù)選擇1. 設計的原始數(shù)據(jù)為：功率P，轉速n1、n2（或傳動比i），傳動位置要求及工作條件等。2. 設計內容：確定帶的類型和截型、長度L、根數(shù)Z、傳動中心距a、帶輪基 準直徑及其它結構尺寸等。3. 由于單根帶基本額定功率P0是在特定條件下經(jīng)實驗獲得的，因此，在針對某一具體條件進行帶傳動設計時，應根據(jù)這一具體的條件對所選定的帶的基本額定功率P0進行修正，以滿足設計要求。 帶傳動的設計V帶傳動的設計3 帶傳動的設計帶輪結構設計1V帶輪設計的要求結構工藝性好、無過大的鑄造內應力、質量分布均勻。輪槽

9、工作面要精細加工，以減少帶的磨損。各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使帶的載荷分布較為均勻。 2帶輪的材料通常采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150和HT200。轉速較高時宜采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。 小功率時可用鑄鋁或塑料。 V帶輪的典型結構有：實心式、 腹板式、 孔板式和 輪輻式。 3結構與尺寸帶輪的結構設計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結構形式。根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸。帶輪的其它結構尺寸通常按經(jīng)驗公式計算確定。（詳細介紹） 帶傳動的設計三、帶帶輪的結構設計帶傳動的張緊1 根據(jù)帶的摩擦傳動原理，帶必須在預張緊后才能正常工作；張緊的目的 運轉一定時間后，帶會松弛，為了保證帶傳動的能

10、力，必須重新張緊，才能正常工作。常見的張緊裝置有定期張緊裝置、自動張緊裝置、張緊輪張緊裝置。1、定期張緊裝置 帶傳動的設計四、帶傳動的張緊、安裝及維護帶傳動的張緊23、采用張緊輪張緊裝置張緊輪一般應放在松邊的內側，使帶只受單向彎曲。同時張緊輪應盡量靠近大輪，以免過分影響在小帶輪上的包角。張緊輪的輪槽尺寸與帶輪的相同。 2、自動張緊裝置帶傳動的設計傳動鏈的結構特點1滾子鏈鏈條與鏈輪一、傳動鏈的類型及結構 滾子鏈是由滾子、套筒、銷軸、內鏈板和外鏈板組成。 內鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈聯(lián)接； 滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。外鏈板內鏈板套筒滾子銷軸滾子鏈有單排鏈、雙排鏈、多排

11、鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，但由于精度的影響，各排的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。1、滾子鏈 傳動鏈的結構特點2鏈條的接頭處的固定形式有：用開口銷固定，多用于大節(jié)距鏈彈簧卡片固定，多用于小節(jié)距鏈設計時，鏈節(jié)數(shù)以取為偶數(shù)為宜，這樣可避免使用過渡鏈節(jié)，因為過渡鏈節(jié)會使鏈的承載能力下降。滾子鏈的規(guī)格和主要參數(shù) 滾子鏈鏈條與鏈輪傳動鏈的結構特點32、齒形鏈齒形鏈又稱無聲鏈，它是一組鏈齒板鉸接而成。工作時鏈齒板與鏈輪輪齒相嚙合而傳遞運動。與滾子鏈相比，齒形鏈傳動平穩(wěn)無噪聲承受沖擊性能好，工作可靠，多用于高速或運動精度要求較高的傳動裝置中。齒形鏈按鉸鏈結構不同可分為圓銷式、軸瓦式和滾柱式三種。齒形鏈

12、上設有導板，以防止鏈條工作時發(fā)生側向竄動。導板有內導板和外導板之分。內導板齒形鏈導向性好，工作可靠；外導板齒形鏈的鏈輪結構簡單。詳細說明6 60 0。圓銷式圓銷式軸瓦式軸瓦式滾柱式滾柱式更多說明 滾子鏈鏈條與鏈輪鏈輪的結構和材料11、鏈輪的參數(shù)和齒形鏈輪是鏈傳動的主要零件，其齒形已經(jīng)標準化。鏈輪設計的主要內容是：鏈輪的基本參數(shù)： 配用鏈條的節(jié)距 p、滾子的最大外徑 d1、排距 pt、齒數(shù)z。 確定鏈輪的結構和尺寸； 選擇鏈輪的材料和熱處理方式；鏈輪的主要尺寸見下圖，鏈輪轂孔的直徑應小于其最大許用直徑dkmax。 dgdkdfdadgd鏈輪尺寸計算公式見 滾子鏈鏈條與鏈輪二、滾子鏈鏈輪鏈輪的結構

13、和材料2鏈輪較常用的齒形是一種三圓弧一直線的齒形（如左圖所示）。圖中，齒廓上的a-a、a-b、c-d線段為三段圓弧，半徑依次為 r1、r2和 r3；b-c線段為直線段。 abcdarrr213zo2o1o31802、鏈輪的結構和材料 小直徑的鏈輪可制成整體式； 中等尺寸的鏈輪可制成孔板式； 大直徑的鏈輪可制成組裝式。 鏈輪的軸向齒廓及尺寸應符合國標GB1244-85的規(guī)定。 鏈輪的材料應能保證輪齒具有足夠的耐磨性和強度，由于小鏈輪的工作情況較大鏈輪的惡劣些，故小鏈輪通常采用較好的材料制造。整體式鏈輪整體式鏈輪孔板式鏈輪孔板式鏈輪組合式鏈輪組合式鏈輪鏈輪材料表 滾子鏈鏈條與鏈輪運動特性11、鏈傳

14、動運動的不均勻性在鏈傳動中，鏈條包在鏈輪上如同包在兩正多邊形的輪子上，正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距 p。鏈的平均速度為：1000601000602211pnzpnzv鏈傳動的平均傳動比為：1221zznni鏈條鉸鏈A點的前進分速度cos11Rvx上下運動分速度sin11Rvy動畫演示 滾子鏈鏈條與鏈輪三、鏈傳動的工作特性運動特性2由上述分析可知，鏈傳動中，鏈條的前進速度和上下抖動速度是周期性變化的，鏈輪的節(jié)距越大，齒數(shù)越少，鏈速的變化就越大。當主動鏈輪勻速轉動時，從動鏈輪的角速度以及鏈傳動的瞬時傳動比都是周期性變化的，因此鏈傳動不宜用于對運動精度有較高要求的場合。鏈傳動的不均勻性的特征，是由于

15、圍繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點所造成的，故稱為鏈傳動的多邊形效應多邊形效應。因為從動鏈輪的角速度為：coscoscos21122RRRvx所以鏈傳動瞬時傳動比為：coscos1221RRi 滾子鏈鏈條與鏈輪動載荷2、鏈傳動的動載荷鏈傳動中的多邊形效應造成鏈條和鏈輪都是周期性的變速運動，從而引起動載荷。鏈輪的轉速越高、節(jié)距越大、齒數(shù)越少，則傳動的動載荷就越大。鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對速度，也將引起沖擊和動載荷。鏈節(jié)距越大，鏈輪的轉速越高，則沖擊越強烈。鏈條前進的加速度引起的動載荷為：c1dmaF從動鏈輪的角加速度引起的動載荷為：tRJFdd222d當鏈節(jié)嚙上鏈輪輪齒的瞬間，作直線運動的

16、鏈節(jié)鉸鏈和以角速度作圓周運動的鏈輪輪齒，將以一定的相對速度突然相互嚙合，從而使鏈條和鏈輪受到?jīng)_擊，并產(chǎn)生附加動載荷。 滾子鏈鏈條與鏈輪受力分析鏈傳動在安裝時，應使鏈條受到一定的張緊力，張緊的目的主要是使松邊不致過松，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。 鏈的緊邊拉力為： fce1FFFF鏈的松邊拉力為： fc2FFF其中：Fe為有效圓周力：vPF1000eFc為離心力引起的拉力：2cqvF 在上述各式中，P 為傳遞的功率（kW)；v為鏈速(m/s)；q為單位長度鏈條的質量(kg/m)。Ff為懸垂拉力，與鏈條松邊的垂度和傳動的布置方式有關。 滾子鏈鏈條與鏈輪3、鏈傳動的受力分析設

17、計計算1四、鏈傳動的失效形式及滾子鏈傳動的額定功率曲線鏈傳動的失效形式有鏈的疲勞破環(huán)、鏈條鉸鏈的磨損、鏈條鉸鏈的膠合以及鏈條的靜力拉斷。上圖示為潤滑良好的單排鏈的額定功率曲線圖。由圖可見，在中等速度的鏈傳動中，鏈傳動的承載能力主要取決于鏈板的疲勞強度；隨著鏈輪轉速的增高，鏈傳動的多邊形效應增大，傳動能力主要取決于滾子和套筒的沖擊疲勞強度，轉速越高，傳動能力就越低，并會出現(xiàn)鉸鏈膠合現(xiàn)象，使鏈條迅速失效。0由鏈板疲勞強度限定由滾子、套筒沖擊疲勞強度限定由銷軸和套筒膠合限定額定功率P0/kW小鏈輪轉速n1 /(r/min)額定功率曲線 失效圖片滾子鏈鏈條與鏈輪設計計算2五、滾子鏈傳動的設計1鏈輪齒數(shù)

18、選擇小鏈輪齒數(shù)Z1 計算大鏈輪齒數(shù)Z2=iZ1。小鏈輪齒數(shù)Z1過少運動不平穩(wěn)嚴重。小鏈輪齒數(shù)Z1過大增大了傳動的尺寸和質量 。通常限制鏈傳動的傳動比i6，推薦的傳動比i23.5。詳細說明2確定計算功率 計算功率Pca是根據(jù)傳遞的額定功率P，并考慮工作情況來確定的。PKPAcaKA為鏈傳動的工作情況系數(shù)。3鏈的節(jié)距 鏈的節(jié)距越大，承載能力就越高，但傳動的多邊形效應也要增大，振動沖擊和噪聲也越嚴重。設計一般盡量選取小節(jié)距的鏈。 滾子鏈鏈條與鏈輪設計計算3考慮到鏈傳動的實際工作條件與標準實驗條件的不同，引入修正系數(shù)，鏈所需傳遞的功率按下式確定： PLzA0KKKPKP 式中：Kz為小鏈輪齒數(shù)系數(shù)；KL為鏈長系數(shù)；KP為多排鏈系數(shù)；鏈條節(jié)距 p可根據(jù)功率P0和小鏈輪轉速 n1由額定功率曲線選取。4鏈傳動的中心距和鏈節(jié)數(shù)鏈傳動的中心距過大或過小對傳動都會造成不利影響。設計時一般取中心距a0=(3050)p，最大取a0max=80p。 滾子鏈鏈條與鏈輪設計計算4鏈條的長度以鏈節(jié)數(shù)Lp來表示，鏈節(jié)數(shù)為：0212210p)2(22apzzzzpaL計算出的Lp應圓整為整數(shù)，最好取為偶數(shù)，鏈傳動的中心距為：212