第10章带传动和链传动教案Word格式文档下载.docx
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缺点是传动比不稳定,传动装置外形尺寸较大,效率较低,带的寿命较短以及不适合高温易燃场合等。
带传动一般不宜用于大功率传动(通常不超过50kw),且多用于高速级传动。
带的工作速度一般为5~30m/s,高速带可达60m/s。
平带传动的传动比通常为3左右,最大可达6,有张紧轮时传动比可达到10。
V带传动的传动比一般不超过7,最大达到10。
10.2普通V带和V带轮
10.2.1普通V带的结构和尺寸标准
普通V带的截面呈等腰梯形,V带的横剖面结构如图10.1所示,其中图a是帘布结构,图b是线绳结构,均由下面几部分组成:
图10.1V带结构
(1)包布层:
由胶帆布制成,起保护作用;
(2)顶胶:
由橡胶制成,当带弯曲时承受拉伸;
(3)底胶:
由橡胶制成,当带弯曲时承受压缩;
(4)抗拉层:
由几层帘布或浸胶的棉线(或尼龙)绳构成,承受基本拉伸载荷。
V带已标准化,按其截面大小分为7种型号,其截面尺寸见书表10.1。
10.2.2普通V带轮的结构
V带轮是普通V带传动的重要零件,它必须具有足够的强度,但又要重量轻,质量分布均匀;
轮槽的工作面对带必须有足够的摩擦,又要减少对带的磨损。
带轮常用材料为灰铸铁HT150(v小于或等于30m/s)或HT200(v>
30m/s)。
转速较高时可用铸钢或钢板焊接结构,小功率时可用铸铝或塑料。
带轮轮槽的尺寸见书表10.2所示。
表10.2中bd表示带轮轮槽宽度的一个无公差规定值,称为轮槽的基准宽度。
通常,V带节面宽度与轮槽基准宽度重合,即bp=bd。
轮槽基准宽度所在圆称为基准圆(节圆),其直径dd称为带轮的基准直径。
铸造带轮的结构见书图10.5所示。
带轮基准直径dd<
(2.5~3)d(d为带轮轴的直径)时,可采用实心式;
dd<
300mm时,可采用腹板式,且当dd-d1>
100(d为带轮轮毂的直径)时,可采用孔板式;
dd>
300mm时,可采用轮辐式。
V带轮的结构形式及腹板(轮辐)厚度的确定可参阅机械设计手册。
10.3带传动的基本理论
10.3.1带传动的受力分析
带传动的受力分析如图10.2所示。
图10.2带传动的受力分析
设带的总长度不变,紧边拉力的增量(F1—F0)应等于松边拉力的减少量(F0—F2),即:
(10—1)
或
(10—2)
带的紧边拉力F1和松边拉力F2之差称为有效拉力F,即:
(10—3)
将式(10—3)代人式(10—1)整理可得
(10—4)
(10—5)
带的有效拉力也等于带和带轮接触面上摩擦力的总和,它决定了带传动所能传递的功率P(kW)的大小,即:
(10—6)
式中:
F——有效拉力,单位N;
v——带的速度,单位m/s。
当带传动的工作载荷超过了极限摩擦力的总和时,带将在带轮上发生全面的相对滑动,这种现象称为打滑。
打滑将使带剧烈磨损与发热,从动轮转速急剧下降直至停止,传动因此而失效。
打滑一般首先发生在小带轮上。
即将打滑时,带传动中F1与F2的关系可利用柔韧体摩擦的欧拉公式表示:
(10—7)
式中:
e——自然对数的底,e=2.718;
f——带与带轮接触面间的摩擦系数(V带为当量摩擦系数fv);
α——带在带轮上的包角,单位为rad。
将式(10—4)代人式(10—7)整理后,可得到初拉力为F0时,带所能传递的最大有效拉力为:
(10—8)
分析式(10—8)可知,带传动的最大有效拉力F与摩擦系数f、包角α和初拉力F有关。
增大f、α和F0,都可以提高带传动的工作能力,但F0过大将使带的磨损加剧,缩短带的寿命。
图10.3带与带轮间的法向压力
设平带传动与V带传动的初拉力均为F0,如图10.3所示,则平带工作时产生的摩擦力为:
(10—9)
V带工作时产生的摩擦力为:
(10—10)
式中,
——带轮轮槽角;
fv——当量摩擦系数;
f——摩擦系数;
FQ——正压力。
当轮槽角为32°
、34°
、36°
、38°
时,fv=(3.62~3.07)f,由此可知,在相同的条件下,V带的传动能力是平带的3倍以上。
所以,传递相同功率时,V带传动的结构紧凑,应用更广泛。
10.3.2带的应力分析
带传动工作时,带中的应力由三部分组成:
(1)拉应力
紧边拉应力
(10—11)
松边拉应力
(10—12)
式中,A为带的横截面面积(mm2)。
(2)离心应力
当带以速度v沿着带轮轮缘做圆周运动时,带自身的质量将产生离心力。
虽然离心力只产生在带做圆周运动的部分,但由离心力产生的离心拉力作用于带的全长。
离心应力可用下式计算:
(10—13)
q一—带单位长度的质量(kg/m)(见书表10.4);
v——带的线速度。
(3)弯曲应力
带绕在带轮上时因弯曲而引起弯曲应力,如图10.4所示,其大小由下式计算:
(10—14)
式中,h——带的高度(mm);
dd——带轮的计算直径,对于V带轮,dd为基准直径(mm);
E——带的弹性模量。
图10.4带的弯曲应力
显然,带的弯曲应力因带轮的直径不同而不同,带轮的直径越小,带的弯曲应力越大。
为了避免带的弯曲应力过大,各种型号的V带都规定了最小带轮基准直径(见书表10.5)。
带工作时的应力分布情况如图10.5所示,各截面应力的大小用自该处引出的径向线或垂直线的长短来表示。
很明显,在传动过程中,带处于变应力状态下工作,最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处,其值为:
(10—15)
在变应力的作用下,当应力循环次数达到一定值后,带将因此产生疲劳破坏而失效。
图10.5带的应力分析
10.3.3带的弹性滑动与传动比
弹性滑动导致从动轮的圆周速度v2(m/s)低于主动轮的圆周速度v1(m/s),其降低量用滑动率
表示:
(10—16)
(10—17)
(10—18)
n1、n2——分别为主、从动轮转速。
带传动的实际传动比
(10—19)
V带传动的滑动率
=0.01~0.02,一般可不考虑。
10.4V带传动的设计
设计V带传动时,一般给定的原始条件是:
传递的功率P、小带轮及大带轮的转速n1和n2(或传动比)、用途、载荷性质及工作条件等。
设计计算的主要任务是:
确定合适的V带型号、长度、根数、传动中心距、带轮的直径、结构尺寸等。
设计计算的一般步骤如下:
1.确定计算功率Pc,选择V带型号
按给定的传递功率P、载荷性质来确定计算功率Pc。
(10—20)
KA——工作情况系数,见书表10.6。
2.确定带轮的基准直径dd
带轮直径小,结构紧凑,但使带的弯曲应力增大,影响带的疲劳强度,所以要限制小带轮的基准直径dd1(见书表10.5)。
一般取ddl≥ddmin。
,dd2=dd1×
i,dd1和dd2应符合带轮基准直径系列(见书表10.7a)。
注意,当dd1和dd2选用系列值后从动轮的转速将发生变化,但一般误差应控制在±
5%以内。
3.计算V带的速度v
带速过高,离心力增大,摩擦损耗也增大,且应力循环次数增多,降低了带传动的工作能力;
带速过低,在传递相同功率时,需要的有效拉力增大,将会增多带的根数。
故带的速度一般限制在5~25m/s。
带速按下式计算:
(10—21)
若带速超出规定范围,则应重选小带轮的基准直径。
4.确定中心距a0及基准长度Ld
一般推荐按下式初步确定中心距a0。
0.7(ddl+dd2)≤a0≤2(ddl+dd2)。
(10—22)
a0选定后,根据带传动的几何关系,按下式初步确定带的基准长度Ld′
(10—23)
根据计算的Ld′,由表10.3选取接近的标准带长Ld,其实际中心距可由下式近似计算
(10—24)
为了便于安装和张紧V带,中心距一般是可调的,其变动范围:
}(10—25)
5.验算小带轮包角
小带轮包角
过小,会降低带传动的有效拉力,容易产生打滑。
一般要求
≥120°
。
包角的大小由下式计算
(10—26)
6.确定V带的根数
V带的根数可由下式计算
(10—27)
7.计算V带初拉力
保持适当的初拉力是带传动正常工作的前提。
初拉力过小,带与带轮间的摩擦力小,容易打滑;
初拉力过大,将增大轴和轴承的压力,并降低带的寿命。
初拉力由下式计算:
(10—28)
Pc——计算功率;
z——V带根数;
v——V带速度(m/s);
q——V带每米长质量(kg/m);
Kα——包角修正系数,见书表10.9。
图10.6带传动作用在轴上的载荷
8.计算作用在轴上的载荷
在设计V带轮轴及轴承时,需先确定带传动作用在轴上的载荷FQ。
若不考虑带两边的拉力差,如图10.6所示,FQ可由下式近似计算:
(10—29)
10.5带传动的安装、张紧和维护
10.5.1带传动的安装
选用V带时,要注意型号和基准长度,不要搞错。
否则会出现V带高出轮槽或者底面接触,造成传动能力降低或失去V带传动侧面工作的优点。
10.5.2常见的张紧装置
1.定期张紧装置
可采用改变中心距的方法来调节带的初拉力F0,使带重新张紧。
2.自动张紧装置
将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上,利用电动机的自重,使带轮随同电动机绕固定轴摆动,以自动保持张紧力。
3.采用张紧轮的装置
当中心距不能调节时,可采用张紧轮将带张紧。
张紧轮一般放在靠近大带轮松边的内侧。
4.改变带长
对有接头的带,常采用定期截去带长的方法使带张紧。
10.5.3带传动的维护
1.带传动装置外面应加防护罩。
V带应保持清洁,不宜在有酸、碱等对橡胶有腐蚀或促使其老化的场合工作。
2.对V带传动应进行定期检查,发现不能继续使用时应及时更换,但必须使一组V带中各根带的实际长度尽量相近。
3.带传动不需要润滑,禁止往带上加润滑油或润滑脂,应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。
10.6链传动
10.6.1链传动的特点及应用
1.链传动的组成和工作原理
如图10.7所示,链传动由主动链轮、从动链轮和链条组成。
它通过链和链轮的啮合来传递运动和动力,兼有齿轮传动和带传动的一些特点。
2.链传动的特点和应用
链传动与带传动相比,由于链传动是啮合传动,故没有弹性滑动和打滑现象,其平均传动比准确,效率较高;
无需较大的初拉力,对轴的作用力较小;
传递相同载荷时,结构更紧凑,装拆方便;
能在高温、油污、粉尘和泥沙等恶劣的环境下工作。
图10.7链传动
链传动适用的一般参数范围为:
传动功率P≤100kW,链速v≤15m/s,传动比i≤8,中心距a≤5~6m,传动效率为0.95~0.98。
10.6.2滚子链与链轮
1.滚子链的结构和标准
滚子链由滚子1、套筒2、销轴3、内链板4、外链板5组成(书图10.13)。
外链板与销轴过盈配合固结成外链节,内链板与套筒用过盈配合固结成内链节。
而销轴与套筒,套筒与滚子之间均采用间隙配合,组成两转动副,相邻的内、外链节可以相对转动,使链条具有挠性。
当链节与链轮轮齿啮合时,滚子沿链轮齿廓滚动,减轻了链与轮齿的磨损。
为了减轻链条的重量并使链板各横截面强度相近(即近似符合等强度原则),内、外链板均制成“∞”字形。
链条的零件均采用碳素钢或合金钢制成,并经热处理(硬度≥HRC40),以提高其强度和耐磨性。
滚子链相邻两链节铰链副理论中心间的距离称为节距,用p表示,它是链传动的主要参数。
节距大,则链的各部分尺寸大,传递的功率大,但重量也大,冲击和振动也随着增加。
为了控制链传动的尺寸及减小传动时的动载荷,当传动的功率较大及转速较高时,可采用小节距的双排链或多排链,双排滚子链见书图10.15。
由于多排链的制造和安装精度的影响,多排链承受载荷不均匀,故排数不宜过多,一般应不超过四排。
相邻两排链条中心线间的距离称为排距,用Pt表示。
滚子链的标记方法规定如下:
链号——排数×
链节数标准号
例:
A系列,节距31.75mm,双排,60节的滚子链标记为
20A——2×
60GB/T1243—1997
链轮齿形已标准化,设计时主要是确定其结构尺寸,合理地选择材料及热处理方法。
图10.8滚子链的接头形式
2.链轮的基本参数和主要尺寸
链轮的基本参数是配用链条的节距p、滚子外径d1、排距Pt及齿数z。
链轮的主要尺寸计算公式如下:
分度圆直径
(10—30)
齿顶圆直径
(10—31)
齿根圆直径
(10—32)
3.链轮的齿形
目前应用较广的滚子链轮端面齿形如图10.17所示,由三段圆弧(aa,ab,cd)和一段直线(bc)组成。
这种齿廓形状具有较好的啮合性能和加工性能,而且国标规定有标准齿形刀具,只需在零件工作图上注明“齿形按3RGBl244--85规定制造”即可,不必画出端面齿形。
链轮平面齿形则须在工作图中画出,且齿形和尺寸也应符合GB/T1243—1997的规定(见书图10.18和书表10.10)。
4.链轮的结构
小直径链轮采用整体式(书图10.19a),中等尺寸链轮采用孔板式如书图10.19b,大直径链轮(da>
200mm)常采用装配式结构,以便更换齿圈,装配方式可为焊接(书图10.19c),也可为螺栓连接见书图10.19d。
5.链轮的材料
在低速、轻载和平稳的传动中,链轮材料可采用中碳钢;
中速、中载传动,也可用中碳钢,但需齿面淬火使其硬度大于40HRC;
在高速重载且连续工作的传动中,最好采用合金钢齿面渗碳淬火(如采用15Cr,20Cr淬硬至50~60HRC)。
由于小链轮齿数少,啮合次数多,磨损、冲击比大链轮严重。
所以,小链轮材料及热处理要比大链轮的要求高。
选择链轮的材料,以保证轮齿具有足够的强度和耐磨性为原则。
链轮常用材料及应用范围见书表10.12。
10.6.3链传动的安装及维护
1.链传动的合理布置
链传动的布置是否合理,对链传动的工作能力及使用寿命都有较大影响。
合理布置的原则有:
(1)链轮轴线应平行,两链轮的转动平面应在同一垂直平面内;
(2)链轮中心线最好为水平或接近水平,倾角不大于45°
;
(3)应使链条的紧边在上(与带传动不同),松边在下,以免松边垂度过大时干扰链与轮齿的正常啮合。
链传动的布置参见书表10.13。
2.链传动的张紧
(1)过调整链轮中心距来张紧链轮;
(2)拆除1~2个链节,缩短链长,使链张紧;
(3)使用张紧轮张紧。
当两链轮中心连线倾角大于60°
时,应当设置张紧装置。
张紧轮常设置在链条松边外侧或内侧。
张紧最常用的方法是通过移动链轮的位置以增大两轮的中心距。
当中心距不可调时,可设张紧装置张紧,常用的张紧装置有:
1)张紧轮张紧
2)托板张紧
3.链传动的润滑
链传动的润滑是影响传动工作能力和寿命的重要因素之一,润滑良好能缓和冲击、减少铰链磨损、延长使用寿命。
润滑方式可根据链速和链节距的大小查相关手册。
润滑油应加于松边,以便润滑油渗入各运动接触面。
常用的链传动润滑剂有L-AN32、L-AN46、L-AN68油。
4.链传动的故障分析与维修
(1)链传动的失效形式
在正常的安装和润滑情况下,链传动的主要失效有以下几种:
1)链板的疲劳破坏。
链条在工作中受到应力的作用,当应力变化达到一定的循环次数后,链条各零件将发生疲劳破坏。
其中链板的疲劳破坏是链传动的主要失效形式。
2)链条铰链的磨损。
当链节进入或退出啮合时,链条的销轴与套筒相对转动产生磨损,使链条的节距增大而脱链。
磨损是开式链传动的主要失效形式。
3)销轴与套筒的胶合。
当链速过高、载荷很大或润滑不良时,销轴与套筒的工作面上将发生胶合,导致链传动失效。
4)链条的拉断。
重载或突然过载时,链条受到的拉力超过链条的静强度,将被拉断。
(2)链传动常见故障分析与维修示例见书表10.14。
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