机械设计基础第8章-挠性传动课件.ppt
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- 机械设计 基础 传动 课件
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1、第第8章章 挠性传动设计挠性传动设计带传动概述带传动的几何计算及基本理论普通V带传动设计链传动概述链传动工作情况分析滚子链传动设计优点优点1 1)传动中心距较大;)传动中心距较大;2 2)带具有较好的阻尼,可缓冲、减振;)带具有较好的阻尼,可缓冲、减振;3 3)过载时带与带轮间会出现打滑,可防止损坏其他零件;)过载时带与带轮间会出现打滑,可防止损坏其他零件;4 4)结构简单、成本低廉。)结构简单、成本低廉。缺点缺点1 1)传动的外廓尺寸较大;)传动的外廓尺寸较大;2 2)需要张紧装置;)需要张紧装置;3 3)由于带的弹性滑动,不能保证传动比恒定;)由于带的弹性滑动,不能保证传动比恒定;4 4)
2、带的寿命较短;)带的寿命较短;5 5)传动效率较低;)传动效率较低;6 6)对轴和轴承的压力较大。)对轴和轴承的压力较大。带传动通常用于中、小功率电动机与工作机械之间的动力传递。带传动通常用于中、小功率电动机与工作机械之间的动力传递。目前目前V V带传动应用最广,一般带速为带传动应用最广,一般带速为v v=5=525m/s25m/s。安装时带被张紧在带轮上,这时带所受的拉力称为初拉力,它使带与带轮的接触面间产生压力。当主动轮回转时,依靠带与带轮接触面间的摩擦力拖动带运动,带又借助摩擦力拖动从动轮一起回转。一、带传动的工作原理一、带传动的工作原理由主动轮1、从动轮2和传动带3组成。带传动分摩擦型
3、传动带和啮合型传动带。n摩擦型传动带,按横截面形状可分为平带、摩擦型传动带,按横截面形状可分为平带、V V带和带和多楔带、圆带。多楔带、圆带。V带带(V belt)平带平带(Flat belt)多楔带多楔带(Poly-rib)圆带圆带(Round)当当V V带传动与平带传动的初拉力相等,即带压向带轮的压带传动与平带传动的初拉力相等,即带压向带轮的压力相同力相同 时:时:NfFfNFf fFfN2 2/sinN fF NfF 4132Y E,截面积逐渐增大,截面积逐渐增大 承载能力相应增大承载能力相应增大 传动转速相应减小传动转速相应减小 V V带的规格带的规格当带绕上带轮弯曲时,在当带绕上带轮
4、弯曲时,在带中保持原长度不变的任一条带中保持原长度不变的任一条周线称为周线称为节线节线;由全部节线构;由全部节线构成的面称为成的面称为节面节面(如图如图)。带的。带的节面宽度称为节面宽度称为节宽节宽(bp),当带,当带弯曲时,该宽度保持不变。弯曲时,该宽度保持不变。节线节线V带轮节圆(基准圆)带轮节圆(基准圆)在在V带轮上,节圆的直径称为带轮上,节圆的直径称为基基准直径准直径d。V带节线的长度称为带节线的长度称为基准长度基准长度。一、带传动的几何计算一、带传动的几何计算L=2AB+AD+BC =又2)2(2)2(cos221dda)()(2cos21221dddda222112sin21cos
5、很小addddaL4)()(222122121222121)(8)(2)(281ddddLddLaadd2sin12a a1:小带轮包角小带轮包角 a a2:大带轮包角:大带轮包角接触弧所对应的圆心角接触弧所对应的圆心角 带轮带轮包角包角(angle of wrap):dd.a0021118057 3 a aADBC安装时带须张紧,张紧力为安装时带须张紧,张紧力为初拉力初拉力(initial tension)F0带工作前:带工作前:带只受初拉带只受初拉力力F0作用作用带工作时:带工作时:带一边拉力带一边拉力增大到增大到F1;一边拉力减一边拉力减小到小到F2静止时静止时:两边拉力相等:两边拉力相
6、等,均为,均为F0传动时传动时:拉力增大的边称为紧边,力为:拉力增大的边称为紧边,力为F1 拉力减小的边称为松边,力为拉力减小的边称为松边,力为F2 紧边为绕进主动轮的一边,与带轮的转动方向有关!紧边为绕进主动轮的一边,与带轮的转动方向有关!紧边:紧边:F0F1拉力增加,带增长拉力增加,带增长 松边:松边:F0F2拉力减小,带收缩拉力减小,带收缩 带是弹性体,可认为其总长不变,则:带是弹性体,可认为其总长不变,则:紧边拉力增量紧边拉力增量 松边拉力减量松边拉力减量 即:即:故:故:F1 F 2 2 F0Ff F1 1F2 2 即带所传递的圆周力即带所传递的圆周力 FF D1以主动轮侧的带为隔离
7、体分析:以主动轮侧的带为隔离体分析:F1 F0 F/2(1)F2 F0 F/2(2)分析带在即将打滑时分析带在即将打滑时,紧边拉力紧边拉力F F1 1与松边拉力与松边拉力F F2 2的关系。得的关系。得到挠性体摩擦的基本公式,称为到挠性体摩擦的基本公式,称为欧拉公式欧拉公式:F F1 1/F F2 2=e=ef f (3 3)式中:式中:f f为带与轮面间的摩擦系数;为带与轮面间的摩擦系数;为带轮的包角为带轮的包角(rad)(rad);e e为自然对数的底为自然对数的底(e e2.718)2.718)通过上面(通过上面(1 1)、()、(2 2)、()、(3 3)式求解得)式求解得极限有效拉力
8、极限有效拉力:)11(11210limaaaffffeFeeFF(1 1)F F0 0 ,F Fflimflim 但但F F0 0,轴、轴承受力大轴、轴承受力大F F0 0,易打滑、传动能力不能充分发挥,易打滑、传动能力不能充分发挥(2 2)承载能力计算时,应以承载能力计算时,应以1 1代入进行计算代入进行计算 1 1,F Fflimflim 但但1 1,受传动比、中心距等因素限制。,受传动比、中心距等因素限制。(3 3)ff,F Fflimflim 但但ff,受材料等因素限制。,受材料等因素限制。ff limfeFFea aa a 0121三、带的应力分析三、带的应力分析1 1拉应力拉应力
9、紧边拉应力紧边拉应力:1 1F F1 1/A/A 松边拉应力松边拉应力:2 2F F2 2/A/A 式中式中A A为带的横截面积。为带的横截面积。2 2离心拉应力离心拉应力当带绕过带轮时,在微弧段上产生的离心力当带绕过带轮时,在微弧段上产生的离心力 c cF Fc c/A/A qvqv2 2/A/A 式中:式中:q q为带每米长的质量为带每米长的质量(kg/m(kg/m,见表,见表8-1)8-1);v v为带速为带速(m/s)(m/s)。3 3弯曲应力弯曲应力 b1b12Ey/d2Ey/dd1d1 b2b22Ey/d2Ey/dd2d2 式中:式中:y y为带的中性层到最外层的垂直距离为带的中性
10、层到最外层的垂直距离(mm)(mm);E E为带的弹性模量为带的弹性模量(MPa)(MPa);d d为带轮直径为带轮直径(对对V V带带轮,带带轮,d d为基准直径为基准直径)。最大应力发生在紧边与小带轮相切处最大应力发生在紧边与小带轮相切处(紧边开始绕上小带轮处)紧边开始绕上小带轮处)松边松边紧边紧边主动轮上,由于主动轮上,由于F F1 1FF2 2,带上红点滞后,带上红点滞后;故故V V1 1VV带带。从动轮上,由于从动轮上,由于F F1 1FF2 2,带上红点超前,带上红点超前;故故V V带带VV2 2。所以所以V V1 1VV2 2,我们把这,我们把这种微量的滑动现象称种微量的滑动现象
11、称为为弹性滑动弹性滑动。由于带弹性体,因而在拉力的作用下带由于带弹性体,因而在拉力的作用下带会产生弹性变形会产生弹性变形(伸长伸长)。紧边:受力紧边:受力F F1 1,变形,变形1 1 松边:受力松边:受力F F2 2,变形,变形2 2 F F1 1 F F2 2 ,1 1 2 2 F2n当外载荷增大到某一数值,若所要传递的圆周力当外载荷增大到某一数值,若所要传递的圆周力 ,带将沿整个接触弧滑动,这种现象称为带将沿整个接触弧滑动,这种现象称为打滑打滑。弹性滑动弹性滑动是由于带弹性变形引起是由于带弹性变形引起的,只要传递圆周力,就会存在的,只要传递圆周力,就会存在拉力差,就一定会发生弹性滑动,拉
12、力差,就一定会发生弹性滑动,所以所以弹性滑动是不可避免的。弹性滑动是不可避免的。打滑打滑是由过载引起的全面滑动而是由过载引起的全面滑动而不能正常工作,它是不能正常工作,它是可以和应当可以和应当避免的避免的。弹性滑动和打滑是两个不同的概弹性滑动和打滑是两个不同的概念。念。带传动的传动比带传动的传动比 由于弹性滑动是不可避免的,所以从动轮圆周速度由于弹性滑动是不可避免的,所以从动轮圆周速度v v2 2总是低于主动轮圆周速度总是低于主动轮圆周速度v v1 1。由于带的弹性滑动引由于带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率称为起的从动轮圆周速度的降低率称为滑动率滑动率,即,即:=(v=(v1 1-v-
13、v2 2)/v)/v1 1100100 由此得带传动的传动比由此得带传动的传动比:i=n i=n1 1/n/n2 2=d=d2 2/d/d1 1(1-)(1-)V V带传动的滑动率带传动的滑动率=1=12 2,其值甚微,在一般,其值甚微,在一般 计算中可不予考虑。计算中可不予考虑。1。带的主要失效形式。带的主要失效形式 打滑打滑 FFflim 疲劳损坏疲劳损坏(脱层、撕裂或拉断脱层、撕裂或拉断)2。带的设计准则。带的设计准则 保证带不打滑且具有一定的疲劳强度与保证带不打滑且具有一定的疲劳强度与寿命。寿命。六、带传动的设计条件和传动功率六、带传动的设计条件和传动功率limfFF 1111000f
14、vPFea a 01100021ffPeFvea aa a 11(1)fFea a11()cbFA bcfAvPea a 111()11000max 11cb 11cb 1111000fvPFea a 返回 一、单根普通一、单根普通V带的许用功率带的许用功率 P1是在载荷平稳、包角是在载荷平稳、包角1=2=180、带长、带长Ld 为特定长度、抗拉为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构的条件体为化学纤维绳芯结构的条件(试验条件试验条件)下得到的。下得到的。实际工作条件与上述特定条件不同时,应对实际工作条件与上述特定条件不同时,应对P1值加以修正。值加以修正。修正后得修正后得实际工作条件下单根普通实
15、际工作条件下单根普通V带的额定功率带的额定功率。P1=(P1P1)KKL 式中:式中:P1:为:为许用功率许用功率,P1:为功率增量:为功率增量(表表8-4),考虑传动比,考虑传动比i1时,带在大轮时,带在大轮上的弯曲应力较小,故在寿命相同条件下,可增大传递的功率。上的弯曲应力较小,故在寿命相同条件下,可增大传递的功率。K:为包角修正系数:为包角修正系数(表表8-5)。KL:为带长修正系数:为带长修正系数(表表8-6)。返回返回三、设计步骤和参数选择三、设计步骤和参数选择2、选择普通选择普通V带的型号带的型号 根据计算功率 和小带轮转速,按图8-12的推荐选择普通V带型号。若临近两种型号的交界
16、线时,可按两种型号同时计算,并分析比较决定取舍。1、确定设计功率、确定设计功率 Pd=KAP式中:P为传动的额定功率(kW)KA为工作情况系数(表8-7)三、设计步骤和参数选择三、设计步骤和参数选择3、确定带轮基准直径确定带轮基准直径 小带轮的基准直径dd1 应大于或等于所示的ddmin。若若d d1 1过小,则带的弯曲应力将过大而过小,则带的弯曲应力将过大而导致带的寿命降低导致带的寿命降低;反之,虽能延长带的寿命,但带传动的外廓尺寸却随之增大。根据i可得大带轮的基准直径为:dd2=i dd1(1-)dd1和dd2。带速带速v=dv=dd1d1n n1 1/60000(m/s)/60000(m
17、/s)一般应使一般应使v v在在5 525m/s25m/s的范围内。的范围内。v v,离心力离心力 ,正压力,正压力,承载能力,承载能力,易打滑,易打滑 v v,P P一定时,有效拉力一定时,有效拉力F F,带的根数,带的根数 5 5、确定中心距和带长、确定中心距和带长 初定中心距a0推荐按式0.7(d1+d2)a0 2(d1+d2),初定的基准长度Ld0 可按下式计算:根据初定的,由表8-2选取接近的基准长度Ld,再按下面公式计算所需中心距:6 6、验算包角、验算包角 118057.3(dd2-dd1)/a 一般应使1120,否则可加大中心距或增设张紧轮。BAAa28)(,8)(421221
18、dddddddBddLA021221004)()(22addddaLddddd7 7、确定带的根数、确定带的根数 8 8、确定初拉力、确定初拉力 保持适当初拉力是带传动正常工作的首要条件。初拉力不足,会出现打滑;初拉力过大将增大轴和轴承上的压力,并降低带的寿命。单根普通V带合宜的初拉力:式中:Pd为设计功率(kW);z为V带根数;v为V带速度(m/s);K为包角修正系数(表8-5);q为V带每米长的质量(kg/m,表8-1)。daLPK PzP(PP)K Ka a 1120)5.2(500qvzvKPKFdaa三、设计步骤和参数选择三、设计步骤和参数选择9、计算压轴力 为便于计算,带对轴的压力
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