《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》課件-第8章

項(xiàng)目八撓性傳動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)一帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)二鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)

知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握撓性傳動(dòng)工作原理、分類、特點(diǎn)。

(2)掌握帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)主要參數(shù)。

(3)了解普通V帶傳動(dòng)及套筒滾子鏈傳動(dòng)。

能力目標(biāo)

能進(jìn)行帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)。

任務(wù)一帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)

任務(wù)導(dǎo)入已知一普通V帶傳動(dòng),主動(dòng)小帶輪的直徑dd1=140mm,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,從動(dòng)輪直徑dd2=315mm,滑動(dòng)率ε=2%。計(jì)算從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n2,并與不計(jì)入ε時(shí)的n2作比較。

任務(wù)實(shí)施

帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用廣泛的機(jī)械傳動(dòng)形式,它是在兩個(gè)或多個(gè)帶輪之間用帶作為撓性拉拽元件的一種摩擦傳動(dòng)(見圖8-1(a)),它的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速;鏈傳動(dòng)是在裝于平行軸上的鏈輪之間,以鏈條作為撓性拽引元件的一種嚙合傳動(dòng)(見圖8-1(b))。這兩種傳動(dòng)都是通過環(huán)形拽引元件,在兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳動(dòng)輪之間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的。圖8-1帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)簡圖

1.帶傳動(dòng)的類型

帶傳動(dòng)的種類很多,根據(jù)工作原理的不同,帶傳動(dòng)可分為摩擦型和嚙合型兩大類。

1)摩擦型帶傳動(dòng)

摩擦型帶傳動(dòng)利用帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按帶的橫截面形狀不同可分為:V帶傳動(dòng)(見圖8-2(a))、平帶傳動(dòng)(見圖8-2(b))、多楔帶傳動(dòng)(見圖8-2(c))和圓帶傳動(dòng)(見圖8-2(d))等四種。圖8-2摩擦型帶傳動(dòng)

(1)V帶傳動(dòng)。V帶的橫截面為等腰梯形,兩側(cè)面為工作面。在初拉力相同和傳動(dòng)尺寸相同的情況下,V帶傳動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力比平帶傳動(dòng)大很多,而且允許的傳動(dòng)比較大,結(jié)構(gòu)緊湊,故在一般機(jī)械中已取代平帶傳動(dòng)。

(2)平帶傳動(dòng)。平帶的橫截面為扁平矩形,帶內(nèi)面與帶輪接觸,相互之間產(chǎn)生摩擦力,平帶內(nèi)面為工作面。平帶有普通平帶、編織平帶和高速環(huán)形平帶等多種。常用普通平帶。

(3)多楔帶傳動(dòng)。多楔帶是在繩芯結(jié)構(gòu)平帶的基體下接有若干縱向三角形楔的環(huán)形帶。多楔帶傳動(dòng)的工作面為楔的側(cè)面,這種帶兼有平帶撓曲性好和V帶摩擦力較大的優(yōu)點(diǎn)。與普通V帶相比,多楔帶傳動(dòng)克服了V帶傳動(dòng)各根帶受力不均的缺點(diǎn),傳動(dòng)平穩(wěn),效率高,故適用于傳遞功率較大且要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合,特別是要求V帶根數(shù)較多或兩傳動(dòng)軸垂直于地面的傳動(dòng)。

(4)圓帶傳動(dòng)。圓帶的橫截面呈圓形,傳遞的摩擦力較小。圓帶傳動(dòng)僅用于載荷很小的傳動(dòng),如用于縫紉機(jī)和牙科機(jī)械中。

2)嚙合型帶傳動(dòng)

(1)同步帶傳動(dòng)。同步帶工作時(shí),利用帶上內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪齒槽的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,亦稱同步齒形帶傳動(dòng),如圖8-3所示。圖8-3同步帶傳動(dòng)

(2)齒孔帶傳動(dòng)。齒孔帶工作時(shí),利用帶上的孔與帶輪上的齒嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,如圖8-4所示。圖8-4齒孔帶傳動(dòng)

2.帶傳動(dòng)的形式

常見的帶傳動(dòng)形式有開口傳動(dòng)、交叉?zhèn)鲃?dòng)和半交叉?zhèn)鲃?dòng)等,如圖8-5所示。圖8-5傳動(dòng)形式

3.帶傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用

帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn):

①具有彈性,能緩沖、吸振,傳動(dòng)平穩(wěn),當(dāng)傳遞的中心距較小時(shí),噪聲小;

②過載時(shí),帶在帶輪上打滑,防止其他零部件損壞,起安全保護(hù)作用;

③適用于中心距較大的場合;結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,裝拆方便。

帶傳動(dòng)的主要缺點(diǎn):

①帶在帶輪上有相對(duì)滑動(dòng),沒有恒定傳動(dòng)比;

②傳動(dòng)效率低,帶的壽命較短;

③傳動(dòng)的外廓尺寸大;

④需要張緊,支承帶輪的軸及軸承受力較大;

⑤不宜用于高溫、易燃、油性較大的場所。

二、普通V帶和帶輪的結(jié)構(gòu)

1.普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標(biāo)準(zhǔn)

1)V帶的結(jié)構(gòu)普通V帶的截面為等腰梯形,為無接頭的環(huán)形帶。帶兩側(cè)工作面的夾角α稱為帶的楔角,一般α=40°。V帶由包布、頂膠、抗拉體和底膠等四部分組成,其結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。包布材料為膠帆布,頂膠和底膠材料為橡膠?？估w是V帶工作時(shí)的主要承載部分,有繩芯和簾布芯兩種。簾布芯結(jié)構(gòu)的V帶抗拉強(qiáng)度較高,制造方便;繩芯結(jié)構(gòu)的V帶柔韌性好,抗彎強(qiáng)度高,適用于轉(zhuǎn)速較高、帶輪直徑較小的場合。目前,生產(chǎn)中越來越多地采用繩芯結(jié)構(gòu)的V帶。圖8-6V帶結(jié)構(gòu)

2)普通V帶尺寸標(biāo)準(zhǔn)

V帶的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化且均制成無接頭的環(huán)形,按截面尺寸自小至大,普通V帶分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào),如表8-1所示。

表8-1普通V帶截面基本尺寸

在V帶輪上,與配用V帶節(jié)面處于同一位置的槽形輪廓寬度稱為基準(zhǔn)寬度bd?；鶞?zhǔn)寬度處的帶輪直徑稱為基準(zhǔn)直徑dd。在規(guī)定的張緊力下,V帶位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長度作為帶的基準(zhǔn)長度Ld。普通V帶基準(zhǔn)長度Ld的標(biāo)準(zhǔn)系列值及長度系數(shù)KL如表8-2所示。

2.普通V帶帶輪的結(jié)構(gòu)和材料

V帶帶輪設(shè)計(jì)的一般要求為:具有足夠的強(qiáng)度和剛度,無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力;結(jié)構(gòu)制造工藝性好,質(zhì)量小且分布均勻;各槽的尺寸都應(yīng)保持適宜的精度和表面質(zhì)量,以使載荷分布均勻和減少帶的磨損;對(duì)轉(zhuǎn)速高的帶輪,要進(jìn)行動(dòng)平衡處理。

帶輪常用材料為灰鑄鐵,當(dāng)帶速v≤30m/s時(shí),一般采用鑄鐵HT150或HT200;轉(zhuǎn)速較高時(shí)可用鑄鋼或鋼板沖壓焊接結(jié)構(gòu);小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。

帶輪輪槽的尺寸見表8-3。表中bd表示帶輪輪槽寬度的一個(gè)無公差的規(guī)定值,稱為輪槽的基準(zhǔn)寬度。通常它與V帶的節(jié)寬相重合,輪槽基準(zhǔn)寬度所在的圓稱為基準(zhǔn)圓,其值dd稱為帶輪的基準(zhǔn)直徑?；鶞?zhǔn)直徑dd按表8-4選用。

鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖8-7所示。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑dd≤(2.5~3)d(d為帶輪軸的直徑)時(shí),采用實(shí)心式;dd≤400mm時(shí),采用腹板式或孔板式;dd>400mm時(shí),采用橢圓輪輻式。圖8-7帶輪的結(jié)構(gòu)

三、帶傳動(dòng)的工作能力分析

1.帶傳動(dòng)的受力分析和應(yīng)力分析

由于V帶應(yīng)用最為廣泛,在進(jìn)行帶傳動(dòng)的工作能力分析時(shí),以V帶作為分析對(duì)象。

1)帶傳動(dòng)的受力分析帶傳動(dòng)在尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于帶緊套在帶輪上,帶在帶輪兩邊所受的初拉力相等,均為F0(見圖8-8(a))。圖8-8-帶傳動(dòng)的受力情況

帶傳動(dòng)工作時(shí),主動(dòng)輪作用在帶上的摩擦力使帶運(yùn)行,帶又通過摩擦力驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪。由于帶在主、從動(dòng)輪上所受的摩擦力方向相反(見圖8-8(b)),使帶在帶輪兩邊的拉力發(fā)生變化;帶繞進(jìn)主動(dòng)輪一邊的拉力增大,拉力由F0增至F1,被拉得更緊,稱為緊邊;繞出主動(dòng)輪的一邊拉力減小,由F0減至F2,帶有所放松,稱為松邊。假定環(huán)形帶總長不變,那么緊邊拉力增量F1-F0應(yīng)與松邊拉力減量F0-F2

相等,即F1-F0=F0-F2。

或

由式(8-5)可知,帶傳動(dòng)的最大有效圓周力不僅與摩擦系數(shù)和小帶輪包角有關(guān),而且與初拉力有關(guān)。增大摩擦系數(shù)、小帶輪包角和初拉力,則有效圓周力增大,從而增大傳動(dòng)能力。增大帶輪包角使帶與帶輪接觸弧上摩擦力的總和增大;增大初拉力,帶與帶輪間的正壓力增大,則傳動(dòng)時(shí)的摩擦力就越大,最大有效圓周力也就越大。但初拉力過大會(huì)加劇帶的磨損,致使帶過快松馳,縮短帶的使用壽命,而初拉力過小又會(huì)造成帶的工作能力不足。因此,需要正確選擇和保持帶傳動(dòng)的初拉力。

帶傳動(dòng)所能傳遞的功率為

式中:P為傳遞功率(kW);F為有效圓周力(N);v為帶的速度(m/s)。

2)帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析

帶傳動(dòng)工作時(shí)的應(yīng)力大致有三種:由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,由離心力產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力和帶繞過帶輪時(shí)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。

(2)離心拉應(yīng)力σc。

當(dāng)帶沿帶輪輪緣作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),帶上每一質(zhì)點(diǎn)都受離心力的作用。帶的離心力Fc=qv2。此力作用于整個(gè)傳動(dòng)帶,因此,它產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力σc在帶的所有橫剖面上都是相等的。即

式中:q為傳動(dòng)帶單位長度的質(zhì)量(kg/m),見表(8-1);v為帶速(m/s);A為帶的橫截面積(mm2)。

(3)彎曲應(yīng)力σb。

帶繞在帶輪上時(shí),由于彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力σb。根據(jù)材料力學(xué)公式有

式中:E為帶的彈性模量(MPa);dd為帶輪的基準(zhǔn)直徑(mm),可查表(8-4);y為帶的中性層到最外層的距離(mm);h為帶的高度(mm)。

帶工作時(shí),傳動(dòng)帶中各截面的應(yīng)力分布如圖8-9所示,各截面應(yīng)力的大小用該處引出的徑向線的長短來表示。帶中最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊剛繞入主動(dòng)輪處,其值為

式中:σb1為小帶輪帶上的彎曲應(yīng)力(MPa);σ1、σc意義同上。圖8-9傳動(dòng)帶的應(yīng)力分布

2.帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比

1)帶的彈性滑動(dòng)

帶傳動(dòng)中的帶是彈性體,它在受力情況下會(huì)產(chǎn)生彈性變形。由于帶在緊邊和松邊上所受的拉力不相等,因而產(chǎn)生的彈性變形也不相同。如圖8-10所示。圖8-10帶的彈性滑動(dòng)

2)傳動(dòng)比

彈性滑動(dòng)導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低、帶磨損、從動(dòng)輪的圓周速度低于主動(dòng)輪、傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。從動(dòng)輪圓周速度降低的相對(duì)值稱為滑動(dòng)率ε

式中:n1、n2分別為主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速(r/min)。

【例8-1】已知一普通V帶傳動(dòng),主動(dòng)小帶輪的直徑dd1

=140mm,轉(zhuǎn)速n1

=1440r/min,從動(dòng)輪直徑dd2=315mm,滑動(dòng)率ε=2%。試計(jì)算從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n2,并與不計(jì)入ε時(shí)的n2作比較。

四、普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)

1.帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

帶傳動(dòng)的主要失效形式有:

(1)帶在帶輪上打滑,不能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

(2)帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷。

(3)帶的工作面磨損。

帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是:在保證不打滑的條件下,使帶具有足夠的疲勞強(qiáng)度和一定的使用壽命。

2.單根V帶的基本額定功率和許用功率

在包角α=180°、特定帶長、工作平穩(wěn)條件下,單根普通V帶在實(shí)驗(yàn)條件下所能傳遞的功率,稱為基本額定功率,用P0表示,其值見表8-5。

在實(shí)際工作條件下,經(jīng)過修正的單根普通V帶所能傳遞的許用功率[P0]可用下式求得

式中:P0為單根普通V帶的基本額定功率(kW);Ka為小帶輪包角系數(shù)(見表8-6);KL為長度系數(shù)(見表8-2);ΔP0為單根普通V帶額定功率的增量(kW)(見表8-7)。

3.V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和傳動(dòng)參數(shù)選擇

設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)的條件一般是:已知傳遞的功率、傳動(dòng)的用途、帶輪的轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)位置及對(duì)傳動(dòng)外廓尺寸的要求等。

設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容包括:選擇合理的傳動(dòng)參數(shù),確定V帶的截型、長度和根數(shù);確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸。

普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的步驟和方法如下:

1)選擇V帶型號(hào)

V帶的型號(hào)根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1,按類型查選型圖選取。普通V帶的選型圖如圖8-11所示。

設(shè)計(jì)功率Pd為

式中:P為所需傳遞的功率kW;KA為工況系數(shù),由表8-8查取。圖8-11普通V帶選型圖

2)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2

(1)選擇小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1是最重要的自選參數(shù)。小帶輪直徑較小時(shí),傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊。但帶速低,單根帶的額定功率小,需用的V帶根數(shù)多,且?guī)У膹澢鷳?yīng)力大,壽命短。因此,dd1不能太小。表8-4中規(guī)定了帶輪的最小直徑。若傳動(dòng)尺寸不受限制,可選用較大的dd1(參考表8-5)。只有在要求傳動(dòng)結(jié)構(gòu)很緊湊時(shí),才選用dd1min。

(2)驗(yàn)算帶的速度ν。

當(dāng)傳遞功率一定時(shí),提高帶速,有效拉力將減小,可減少帶的根數(shù)。但帶速過高,離心力過大,使摩擦力減小,傳動(dòng)能力反而降低,并影響帶的壽命。因此,帶速一般應(yīng)在5~25m/s之間。為充分發(fā)揮V帶傳動(dòng)能力,應(yīng)使帶速在20m/s左右。

(3)定大輪的基準(zhǔn)直徑dd2。

計(jì)算出的dd2應(yīng)圓整成相近的帶輪基準(zhǔn)直徑系列值,并在槽型所限的dd值范圍內(nèi)(見表8-4)。

3)確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld

(1)初定中心距a0。中心距a為另一重要自選參數(shù)。a太小,帶的長度短,帶應(yīng)力循環(huán)頻率高,壽命短,而且包角a1也小,傳動(dòng)能力低。a過大,將引起帶的抖動(dòng),傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也不緊湊。初定中心距時(shí),若無安裝尺寸要求,a0可在如下范圍內(nèi)選取

(2)確定帶的基準(zhǔn)長度Ld。根據(jù)已定的帶輪基準(zhǔn)直徑和初定的中心距a0,可按下式初步計(jì)算帶傳動(dòng)所需的長度Ld0

根據(jù)Ld0由表8-2選取帶的基準(zhǔn)長度Ld。

5)計(jì)算單根V帶的初拉力F0

保證傳動(dòng)正常工作的單根V帶合適的初拉力F0

為

6)計(jì)算帶作用于軸上的力FQ

為了計(jì)算軸和軸承,需要確定帶作用在帶輪上的徑向力FQ(見圖8-12)。FQ

近似按下式計(jì)算圖8-12帶傳動(dòng)作用于軸上的力

7)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

普通V帶帶輪一般由輪緣、輪轂和輪輻三部分組成。帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括:根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式;根據(jù)帶的型號(hào)確定輪槽尺寸;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定帶輪的腹板、輪轂等結(jié)構(gòu)尺寸;繪出帶輪工作圖,并注出技術(shù)要求等。

7)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小帶輪dd1=112mm,采用實(shí)心式(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)略);大帶輪dd2=212mm,采用孔板式。取輪緣寬度B=65mm,輪轂長度L=60mm。大帶輪擬采用PⅣ型結(jié)構(gòu)形式。取軸孔徑d=40mm。按表8-1和圖8-11中的公式確定結(jié)構(gòu)尺寸。hamin=2.75mm,取hamin=3mm,輪緣外徑da2=dd2+2ha=212+2×3=218mm。取基準(zhǔn)直線至槽底深hf=9mm;取輪緣厚度δ=12mm;基準(zhǔn)寬度bd=11.0,槽楔角φ=38°。腹板厚度S=18mm。大帶輪如圖8-13所示。圖8-13大帶輪

五、帶傳動(dòng)的張緊、安裝與維護(hù)

1.帶傳動(dòng)的張緊方法

V帶在張緊狀態(tài)下工作一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生塑性變形,使初拉力減小,造成傳動(dòng)能力下降。為了保證帶傳動(dòng)的工常工作,應(yīng)定期檢查初拉力F0,當(dāng)發(fā)現(xiàn)初拉力小于允許范圍時(shí),需重新張緊。常見的張緊裝置有三類:

(1)定期張緊裝置。定期調(diào)整中心距以恢復(fù)初拉力。常見的有滑道式(見圖8-14(a))和擺架式(見圖8-14(b))兩種,均靠調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)帶的張緊程度?；朗竭m用于水平傳動(dòng)或傾斜不大的傳動(dòng)場合。

(2)自動(dòng)張緊裝置(見圖8-14(c))。將裝有帶輪的電動(dòng)機(jī)安裝在浮動(dòng)的擺架上,利用電動(dòng)機(jī)自重,使帶始終在一定的張緊力下工作

(3)張緊輪張緊裝置(見圖8-14(d))。當(dāng)中心距不可調(diào)節(jié)時(shí),采用張緊輪張緊。張緊輪一般應(yīng)設(shè)置在松邊內(nèi)側(cè),并盡量靠近大帶輪。張緊輪的輪槽尺寸與帶輪相同,直徑應(yīng)小于小帶輪的直徑。若設(shè)置在外側(cè)時(shí),則應(yīng)使其靠近小輪,這樣可以增加小帶輪的包角。

圖8-14帶傳動(dòng)的張緊

2.帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)

V帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)需要注意以下幾點(diǎn):

(1)兩輪的軸線必須安裝平行,兩輪輪槽應(yīng)對(duì)齊,否則將加劇帶的磨損,甚至使帶從帶輪上脫落。

(2)應(yīng)通過調(diào)整中心距的方法來安裝帶和張緊,帶套上帶輪后慢慢地拉緊至規(guī)定的初拉力。新帶使用前,最好預(yù)先拉緊一段時(shí)間后再使用。同組使用的V帶應(yīng)型號(hào)相同、長度相等。

(3)應(yīng)定期檢查帶,若發(fā)現(xiàn)有的帶過度松弛或已疲勞損壞時(shí),應(yīng)全部更換新帶,不能新舊并用。若一些舊帶尚可使用,應(yīng)測量長度,選長度相同的帶組合使用。

(4)帶傳動(dòng)裝置外面應(yīng)加防護(hù)罩,以保證安全;防止帶與酸、堿或油接觸而腐蝕傳動(dòng)帶,帶傳動(dòng)的工作溫度不應(yīng)超過60℃。

(5)如果帶傳動(dòng)裝置需閑置一段時(shí)間后再用,應(yīng)將傳動(dòng)帶放松。

任務(wù)二鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)

任務(wù)導(dǎo)入設(shè)計(jì)一小型帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)低速級(jí)的鏈傳動(dòng),運(yùn)動(dòng)簡圖如圖8-15所示。已知小鏈輪傳動(dòng)功率P=5.1kW,n1=320r/min,傳動(dòng)比i=3,載荷平穩(wěn),鏈傳動(dòng)中心距可調(diào),兩輪中心邊線與水平面夾角不超過30°。圖8-15運(yùn)動(dòng)簡圖

任務(wù)實(shí)施

一、鏈傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用

1.鏈傳動(dòng)的組成與類型

1)鏈傳動(dòng)的組成鏈傳動(dòng)是一種具有中間撓性件(鏈)的嚙合傳動(dòng)裝置,依靠鏈條與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它由鏈條,主、從動(dòng)鏈輪及機(jī)架組成。

2)鏈傳動(dòng)的類型

鏈的種類繁多,按用途來分,鏈可分為三大類:

(1)傳動(dòng)鏈:用于一般機(jī)械傳動(dòng)。

(2)輸送鏈:用在各種輸送裝置和機(jī)械化裝卸設(shè)備中,以輸送物品。

(3)起重鏈:用在起重機(jī)械中以提升重物。

圖8-16傳動(dòng)鏈的類型(a)滾子鏈;(b)套筒鏈;(c)彎板鏈;(d)齒形鏈在一般機(jī)械傳動(dòng)裝置中,通常應(yīng)用的是傳動(dòng)鏈。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,傳動(dòng)鏈又可分為滾子鏈、套筒鏈、彎板鏈、齒形鏈等多種,如圖8-16所示。圖8-16傳動(dòng)鏈的類型

2.鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用

鏈傳動(dòng)兼有帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。

鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn):與摩擦型帶傳動(dòng)相比,無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象,平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確,工作可靠,效率較高(封閉式鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)效率η=0.95~0.98);傳動(dòng)功率大,過載能力強(qiáng),相同工況下的傳動(dòng)尺寸小;所需張緊力小,作用于軸上的壓力小;能在高溫、多塵、潮濕、有污染等惡劣環(huán)境中工作。與齒輪傳動(dòng)相比,制造和安裝精度要求較低,成本低,易于實(shí)現(xiàn)較大中心距的傳動(dòng)或多軸傳動(dòng)。

鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn):瞬時(shí)的鏈速和傳動(dòng)比不恒定,傳動(dòng)平穩(wěn)性較差,有噪聲。

鏈傳動(dòng)適用于中心距較大又要求平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確的傳動(dòng),環(huán)境惡劣的開式傳動(dòng),低速重載傳動(dòng),潤滑良好的高速傳動(dòng)場合;不宜用于載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中。

二、滾子鏈及其鏈輪

1.滾子鏈的結(jié)構(gòu)和規(guī)格

1)滾子鏈的結(jié)構(gòu)在鏈傳動(dòng)中,滾子鏈的應(yīng)用最為廣泛。滾子鏈由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成,見圖8-17(a)。兩片外鏈板與銷軸采用過盈配合連接,構(gòu)成外鏈節(jié),見圖8-17(b)。兩片內(nèi)鏈板與套筒也為過盈配合連接,構(gòu)成內(nèi)鏈節(jié),見圖8-17(c)。銷軸穿過套筒,將內(nèi)、外鏈節(jié)交替連接成鏈條。套筒、銷軸間為間隙配合,因而內(nèi)、外鏈節(jié)可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子與套筒間亦為間隙配合,使鏈條與鏈輪嚙合時(shí)形成滾動(dòng)摩擦,以減輕磨損。鏈板制成8字形,使鏈板各截面強(qiáng)度大致相等,并減輕重量。圖8-17滾子鏈的結(jié)構(gòu)

2)鏈節(jié)數(shù)與滾子鏈的接頭形式

滾子鏈的接頭形式如圖8-18所示。當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí),內(nèi)外鏈板正好相接,可直接采用連接鏈節(jié),如圖8-18(a)所示。當(dāng)節(jié)距較小時(shí),常采用彈性鎖片鎖住連接鏈板;節(jié)距較大時(shí),止鎖件多用鋼絲鎖銷(如圖8-18(b)所示)或開口銷(如圖8-18(c)所示)。一般推薦用彈性鎖片和鋼絲鎖銷。當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí),接頭可用過渡鏈節(jié),如圖8-18(d)所示。過渡鏈節(jié)的鏈板為了兼作內(nèi)外鏈板,形成彎鏈板,工作時(shí)受附加彎曲作用,使承載能力降低20%。因此,應(yīng)盡量采用偶數(shù)鏈節(jié)。圖8-18-滾子鏈的接頭和止鎖形式

當(dāng)傳遞大功率時(shí),可采用雙排鏈(如圖8-19所示)或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于制造精度不易保證,容易受載不均,因此排數(shù)不宜過多,一般不超過4排。圖8-19雙排滾子鏈

3)滾子鏈的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格

兩相鄰銷軸中心間的距離稱為節(jié)距。節(jié)距p為鏈條的基本參數(shù)。節(jié)距越大,鏈條各零件的尺寸越大,其承載能力也越大。滾子鏈已標(biāo)準(zhǔn)化(GB1243.1—1997),按極限拉伸載荷的大小分為A、B兩個(gè)系列。部分滾子鏈規(guī)格、主要參數(shù)和尺寸見表8-9。鏈號(hào)數(shù)乘以(25.4/16)mm即為節(jié)距。

2.滾子鏈鏈輪

1)鏈輪齒形

GB1244—85規(guī)定的齒槽形狀為雙圓弧齒形,如圖8-20所示。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最大最小齒槽形狀,凡在兩者之間的各標(biāo)準(zhǔn)齒形均可采用。另外,亦可采用三圓弧一直線齒形,如圖8-21所示。鏈輪的軸向齒廓有圓弧(A型)和直線(B型)兩種(見表8-10)。圓弧形齒廓有利于鏈節(jié)的嚙入和退出。圖8-20雙圓弧齒形圖8-21三圓弧一直線齒形

2)鏈輪的尺寸參數(shù)

滾子鏈鏈輪的形狀如表8-10中的圖所示。若已知節(jié)距p、滾子外徑d1和齒數(shù)z時(shí),鏈輪的主要尺寸按表8-10中公式計(jì)算。

3)鏈輪材料

鏈輪輪齒應(yīng)具有足夠的疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐沖擊性,故鏈輪材料多采用滲碳鋼和合金鋼,如15、20、20Cr等經(jīng)滲碳淬火,熱處理后齒面硬度均在46HRC以上。高速輕載時(shí),可采用夾布膠木,使傳動(dòng)平穩(wěn),減少噪聲。

由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪多,所受沖擊和磨損也較嚴(yán)重,故應(yīng)采用較好的材料。

4)鏈輪結(jié)構(gòu)

鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖8-22所示。直徑小的鏈輪制成實(shí)心式(見圖8-22(a));中等尺寸的鏈輪做成孔板式(見圖8-22(b));直徑較大時(shí),可采用組合式結(jié)構(gòu):圖8-22(c)所示為齒圈式的焊接結(jié)構(gòu);圖8-22(d)所示是將齒圈用螺栓連接在輪心上的裝配結(jié)構(gòu),以便更換磨損的齒圈。圖8-22鏈輪的結(jié)構(gòu)

三、鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性

1.鏈傳動(dòng)的平均速度與平均傳動(dòng)比

由于鏈繞在鏈輪上,鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后這一段鏈條曲折成正多邊形的一部分(見圖8-23)。完整的正多邊形的邊長為鏈條的節(jié)距p,邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z。鏈輪每轉(zhuǎn)一圈,隨之轉(zhuǎn)過的鏈長為zp,故鏈的平均速度v為

2.鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)速度與瞬時(shí)傳動(dòng)比

如圖8-23所示,鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),繞在其上的鏈條的銷軸軸心沿鏈輪節(jié)圓(半徑為R1)運(yùn)動(dòng),而鏈節(jié)其余部分的運(yùn)動(dòng)軌跡基本不在節(jié)圓上。設(shè)鏈輪以角速度ω1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),該鏈輪的銷軸軸心A作等速圓周運(yùn)動(dòng),其圓周速度v1=R1ω1。圖8-23鏈傳動(dòng)的速度分析

3.鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷

鏈傳動(dòng)中的動(dòng)載荷主要由以下因素產(chǎn)生

由8-28式可知,當(dāng)鏈的質(zhì)量相同時(shí),鏈輪轉(zhuǎn)速越高,節(jié)距越大,則鏈的動(dòng)載荷就越大。

(2)鏈的垂直方向分速度v'周期性變化會(huì)導(dǎo)致鏈傳動(dòng)的橫向振動(dòng),它也是鏈傳動(dòng)載荷中很重要的一部分。

(3)當(dāng)鏈條的鉸鏈嚙入鏈輪齒間時(shí),由于鏈條鉸鏈作直線運(yùn)動(dòng)而鏈輪輪齒作圓周運(yùn)動(dòng),兩者之間的相對(duì)速度造成嚙合沖擊和動(dòng)載荷。

由以上分析的幾種主要原因可知,造成鏈傳動(dòng)有不平穩(wěn)現(xiàn)象、沖擊和動(dòng)載荷,這是鏈傳動(dòng)的固有特性,稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。

4.鏈傳動(dòng)的受力分析圖8-24鏈傳動(dòng)的垂度

1.鏈傳動(dòng)的失效形式

鏈傳動(dòng)的失效多為鏈條失效,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)鏈條疲勞破壞鏈傳動(dòng)時(shí),由于鏈條在松邊和緊邊所受拉力不同,故其在運(yùn)行中受變應(yīng)力作用。經(jīng)多次循環(huán)后,鏈板將發(fā)生疲勞斷裂,或套筒、滾子表面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕。在潤滑良好時(shí),疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)能力主要因素。

2)銷軸磨損與脫鏈鏈傳動(dòng)時(shí),銷軸與套筒間的壓力較大,又有相對(duì)運(yùn)動(dòng),若再潤滑不良,導(dǎo)致銷軸、套筒嚴(yán)重磨損,鏈條平均節(jié)距增大。達(dá)到一定程度后,將破壞鏈條與鏈輪的正確嚙合,發(fā)生跳齒而脫鏈。這是常見的失效形式之一。開式傳動(dòng)極易引起鉸鏈磨損,急劇降低鏈壽命。

3)銷軸和套筒的膠合在高速重載時(shí),鏈節(jié)所受沖擊載荷、振動(dòng)較大,銷軸與套筒接觸表面間難以形成中間油膜層,導(dǎo)致摩擦嚴(yán)重且產(chǎn)生高溫,在重載作用下發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)速。

4)滾子和套筒的沖擊破壞鏈傳動(dòng)時(shí)不可避免地產(chǎn)生沖擊和振動(dòng),以至滾子、套筒因受沖擊而破壞。

5)鏈條的過載拉斷低速重載的鏈傳動(dòng)在過載時(shí),鏈條易因靜強(qiáng)度不足而被拉斷。

2.功率曲線圖

鏈傳動(dòng)的承載能力受到不同失效形式的限制。試驗(yàn)研究表明,對(duì)于中等速度,潤滑良好的傳動(dòng),承載能力主要受鏈板疲勞斷裂的限制;當(dāng)小鏈輪轉(zhuǎn)速較高時(shí),承載能力主要取決于滾子和套筒的沖擊疲勞強(qiáng)度;轉(zhuǎn)速再高時(shí),則要受到銷軸和套筒抗膠合能力的限制。圖8-25所示為A系列滾子鏈的額定功率曲線?？梢钥闯?每種鏈所允許傳遞的功率均隨轉(zhuǎn)速升高而增大,達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后反而降低。折線以下為其安全區(qū)。圖8-25A系列滾子鏈(v>0.6m/s)的額定功率曲線

額定功率曲線是在規(guī)定試驗(yàn)條件下試驗(yàn)并考慮安全余量后得到的。試驗(yàn)條件為:

①兩鏈輪安裝在水平軸上并共面;

②小鏈輪齒數(shù)z=19;

③鏈長Lp=100節(jié);

④單排鏈,載荷平穩(wěn);

⑤按推薦的潤滑方式;

⑥滿載荷運(yùn)轉(zhuǎn)15000h;

⑦鏈條因磨損而引起的相對(duì)伸長量不超過3%;

⑧鏈速v>0.6m/s。

3.滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)時(shí),一般已知傳遞的功率P,小鏈輪轉(zhuǎn)速n1,大鏈輪轉(zhuǎn)速n2或傳動(dòng)比i,載荷情況和使用條件等。需確定鏈號(hào)(節(jié)距),鏈輪的齒數(shù)z1、z2,鏈節(jié)數(shù)Lp,中心距a,以及鏈輪的結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)潤滑方式等。

1)鏈傳動(dòng)主要參數(shù)的選擇

主要參數(shù)對(duì)傳動(dòng)的影響和選擇方法如下:

(1)齒數(shù)z1、z2和傳動(dòng)比i。小鏈輪齒數(shù)z1少,動(dòng)載荷增大,傳動(dòng)平穩(wěn)性差,鏈條很快磨損。因此要限制小鏈輪的最少齒數(shù)zmin,一般zmin>17。鏈速很低時(shí),z1可少至9。z1亦不可過多,否則傳動(dòng)尺寸太大。推薦z1按29-2i選取。根據(jù)鏈速選擇z1如表8-12所示。

z2=iz1,應(yīng)使z2≤zmax=120。z2過多,磨損后的鏈條更易從鏈輪上脫落。

通常,鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i≤6。推薦i=2~3.5

(2)選擇鏈條型號(hào),確定鏈的節(jié)距p。根據(jù)P0和小鏈輪的轉(zhuǎn)速n1,查圖8-25確定滾子鏈的型號(hào)和節(jié)距p。

p是鏈傳動(dòng)最主要的參數(shù),決定鏈傳動(dòng)的承載能力。在一定條件下,p越大,承載能力越高,但引起沖擊、振動(dòng)和噪聲也越大。為使傳動(dòng)平穩(wěn)和結(jié)構(gòu)緊湊,盡量使用節(jié)距較小的單排鏈。在高速、大功率時(shí),可選用小節(jié)距多排鏈。

(3)驗(yàn)算鏈速v。

當(dāng)v<0.6m/s,需進(jìn)行鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算。

2)計(jì)算額定功率P0

對(duì)于一般v>0.6m/s的鏈傳動(dòng),主要失效形式為疲勞破壞,按許用功率進(jìn)行計(jì)算。鏈傳動(dòng)的實(shí)際工作條件往往與規(guī)定的試驗(yàn)條件不同,必須對(duì)P0進(jìn)行修正。實(shí)際條件下鏈條所能傳遞的功率即許用功率[P],[P]應(yīng)不小于設(shè)計(jì)功率Pd,即

3)計(jì)算中心距a和鏈節(jié)數(shù)LP

(1)初定中心距a0。中心距大時(shí),單位時(shí)間內(nèi)鏈節(jié)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)少,磨損慢,鏈的使用壽命長。而且小鏈輪上包角較大,同時(shí)嚙合齒數(shù)較多,對(duì)傳動(dòng)有利。但中心距過大,鏈條的松邊易上下顫動(dòng)。最大中心距amax=80p。最小中心距應(yīng)保證小鏈輪上包角不小于120°。初定中心距a0時(shí),可在(30~50)p間選取。

五、鏈傳動(dòng)的布置、張緊與潤滑

1.鏈傳動(dòng)的布置

布置鏈傳動(dòng)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)最好兩輪軸線布置在同一水平面內(nèi)(見圖8-26(a)),或兩輪中心連線與水平面成45°以下的傾斜角(見圖8-26(b))。

(2)應(yīng)盡量避免垂直傳動(dòng)。兩輪軸線在同一鉛垂面內(nèi)時(shí),鏈條因磨損而垂度增大,使與下鏈輪嚙合的齒數(shù)減少或松脫。若必須采用垂直傳動(dòng)時(shí),可采用如下措施:①中心距可調(diào);②設(shè)張緊裝置;③上下兩輪錯(cuò)開,使兩輪軸線不在同一鉛垂面內(nèi)(見圖8-26(c))。

(3)主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)向應(yīng)使傳動(dòng)的緊邊在上(見圖8-26(a)、(b))。若松邊在上方,會(huì)由于垂度增大,鏈條與鏈輪齒相干擾,破壞正常嚙合,或者引起松邊與緊邊相碰。

圖8-26鏈傳動(dòng)的布置

2.鏈傳動(dòng)的安裝與張緊

1)鏈傳動(dòng)的安裝

兩鏈輪的軸線應(yīng)平行。安裝時(shí)應(yīng)使兩輪輪寬中心平面的軸向位置誤差Δe≤0.002a(a為中心距),兩輪的旋轉(zhuǎn)平面間的夾角Δθ≤0.006rad(見圖8-27)。若誤差過大,易脫鏈和增加磨損。圖8-27鏈傳動(dòng)的安裝誤差

2)鏈傳動(dòng)的張緊

(1)鏈傳動(dòng)的垂度。鏈傳動(dòng)松邊的垂度可近似認(rèn)為是兩輪公切線與松邊最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離。合適的松邊垂度推薦為y=(0.01~0.02)a,a為中心距。對(duì)于重載,經(jīng)常制動(dòng)、起動(dòng)、反轉(zhuǎn)的鏈傳動(dòng),以及接近垂直的鏈傳動(dòng),松邊垂度應(yīng)適當(dāng)減少。

(2)鏈傳動(dòng)張緊方法。張緊的目的主要是為了避免鏈條在垂度過大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動(dòng),同時(shí)也可增大包角。鏈傳動(dòng)的張緊采用下列方法:

①調(diào)整中心距。增大中心距使鏈張緊。對(duì)于滾子鏈傳動(dòng),中心距的可調(diào)整量為2p。

②縮短鏈長。對(duì)于因磨損而變長的鏈條,可去掉1、2個(gè)鏈節(jié),使鏈縮短而張緊。

③采用張緊裝置。圖8-28(a)中采用張緊輪。張緊輪一般置于松邊靠近小鏈輪處外側(cè),圖8-28(b)、(c)采用壓板或托板,適宜于中心距較大的鏈傳動(dòng)。圖8-28-鏈傳動(dòng)的張緊裝置

3.鏈傳動(dòng)的潤滑

鏈傳動(dòng)的潤滑可緩和沖擊、減少摩擦和減輕磨損,延長鏈條使用壽命。

1)潤滑方式鏈傳動(dòng)的潤滑方式可根據(jù)鏈速和節(jié)距由圖8-29選定。人工潤滑時(shí),在鏈條松邊內(nèi)外鏈板間隙中注油,每班一次;滴油潤滑時(shí),單排鏈每分鐘油杯滴油5~20滴,鏈速高時(shí)取大值;油浴潤滑時(shí),鏈條浸油深度6~12mm;飛濺潤滑時(shí),鏈條不得浸入油池,甩油盤浸油深度12~15mm,甩油盤的圓周速度大于3m/s。圖8-29建議使用的潤滑方式

2)潤滑油的選擇

潤滑油薦用全損耗系統(tǒng)用油,牌號(hào)為LAN32、LAN46、LAN68。溫度較低時(shí)用前者,開式及重載低速傳動(dòng),可在潤滑油中加入MoS2、WS2等添加劑。對(duì)于不便使用潤滑油的場合,可用潤滑脂,定期清洗和涂抹。

為了安全和清潔,鏈傳動(dòng)常加防護(hù)罩或鏈條箱。

【例8-3】設(shè)計(jì)一小型帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)低速級(jí)的鏈傳動(dòng),運(yùn)動(dòng)簡圖如圖8-30所示。已知小鏈輪傳動(dòng)功率P=5.1kW,

n1=320r/min,傳動(dòng)比i=3,載荷平穩(wěn),鏈傳動(dòng)中心距可調(diào),兩輪中心邊線與水平面夾角不超過30°。圖8-30輸送機(jī)的傳送系統(tǒng)

(3)計(jì)算所需的額定功率P0。由表8-13查