機械設計：第二章?lián)闲詡鲃釉O計

1、4/3/2004,MSE 胡于進,第二章 撓性傳動設計,2-1 概 述,具有中間撓性件的傳動方式。 包括：帶傳動、鏈傳動和繩傳動,撓性傳動,工作原理,摩擦傳動,平帶、V帶、多楔帶、圓帶等,嚙合傳動,同步齒形帶、鏈傳動等,本章主要討論普通V帶傳動的設計，簡單介紹鏈傳動,一、撓性傳動的類型,4/3/2004,MSE 胡于進,第二章 撓性傳動概述,平帶的摩擦力為,V帶的摩擦力為,f v 當量摩擦系數(shù)，顯然 f v f,相同條件下，V帶的摩擦力大于平帶，傳動能力更強,二、普通V帶與平帶摩擦力之比較,4/3/2004,MSE 胡于進,三、帶傳動的幾何尺寸,V帶的基準長度 Ld,在節(jié)線層上量得的帶周長,V

2、帶輪的基準直徑 dd,與節(jié)線相對應的帶輪直徑,帶傳動幾何尺寸,1 小帶輪包角,2 大帶輪包角,1 2,a 帶傳動中心距,第二章 撓性傳動概述,節(jié)線,4/3/2004,MSE 胡于進,2-2 帶傳動的受力分析及運動分析,一、受力分析,安裝時，帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上,帶工作前,帶工作時,此時，帶只受初拉力F0作用,松邊 退出主動輪的一邊,緊邊 進入主動輪的一邊,由于摩擦力的作用,緊邊拉力 - 由 F0 增加到 F1,松邊拉力 - 由 F0 減小到 F2,Ff 帶輪作用于帶的摩擦力,第二章 撓性傳動帶傳動,4/3/2004,MSE 胡于進,F 有效拉力，即圓周力,帶是彈性體，工作后可認為其

3、總長度不變，則,緊邊拉伸增量 松邊拉伸減量,緊邊拉力增量 松邊拉力減量,因此,F1 F0 F,F2 F0 F,F0 (F1 F2) / 2,F1 F0 F/2,F2 F0 F/2,由F = F1 F2，得,帶所傳遞的功率為,v 為帶速,P 增大時， 所需的F (即Ff )加大。但Ff 不可能無限增大,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,F,Ff = F1 F2,F,4/3/2004,MSE 胡于進,f 為摩擦系數(shù)；為帶輪包角,當Ff 達到極限值Fflim 時，帶傳動處于即將打滑的臨界狀態(tài)。此時， F1 達到最大，而F2 達到最小,帶傳動即將打滑時，可推出古典的柔韌體摩擦歐拉公式,二、歐拉（Euler

4、）公式,歐拉公式反映了帶傳動喪失工作能力之前，緊、松邊拉力的最大比值,那么,F = F1 F2 F1(11/e f,F 此時為不打滑時的最大有效拉力,將F1 F0 F/2代入上式,正常工作時，有效拉力不能超過此值,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,4/3/2004,MSE 胡于進,整理后得,影響最大有效拉力F 的幾個因素,F 與F0 成正比，增大F0有利于提高帶的傳動能力，避免打滑,但F0 過大，將使帶發(fā)熱和磨損加劇，從而縮短帶的壽命,帶所能傳遞的圓周力增加，傳動,F,能力增強，故應保證小帶輪的包角1足夠大,這一要求限制了最大傳動比 i 和最小中心距 a,i,1,a,1,因為,f,F,傳動能力增加

5、,對于V帶，應采用當量摩擦系數(shù) fv 計算,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,4/3/2004,MSE 胡于進,當包角 180時,由此可見：相同條件下， V 帶的傳動能力強于平帶,三、帶傳動的應力分析,工作時，帶橫截面上的應力由三部分組成,由緊邊和松邊拉力F1 、F2 產(chǎn)生的拉應力,由離心力產(chǎn)生的拉應力,由彎曲產(chǎn)生的彎曲應力,1、拉力F1、F2 產(chǎn)生的拉應力1 、2,緊邊拉應力,1 F 1/A MPa,松邊拉應力,2 F2 /A MPa,A 帶的橫截面積,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,V 帶,平帶,4/3/2004,MSE 胡于進,則,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,2、離心力產(chǎn)生的拉應力c,設,帶

6、繞過帶輪作圓周運動時會產(chǎn)生離心力,作用在微單元弧段dl 的離,心力為dC,截取微單元弧段dl 研究，其兩端拉力Fc 為離心力引起的拉力,由水平方向力的平衡條件可知,微單元弧的質(zhì)量,帶速（m/s,帶單位長度質(zhì)量（kg/m,帶輪半徑,微單元弧對應的圓心角,dC,FC,FC,4/3/2004,MSE 胡于進,雖然離心力只作用在做圓周運動的部分弧段,即,則離心拉力 Fc 產(chǎn)生的拉應力為,注意,但其產(chǎn)生的離心拉力（或拉應力）卻作用于帶的全部，且各剖面處處相等,3、帶彎曲而產(chǎn)生的彎曲應力b,帶繞過帶輪時發(fā)生彎曲，由材力公式,節(jié)線至帶最外層的距離,帶的彈性模量,顯然,dd,b,故,b1 b2,帶繞過小帶輪時

7、的彎曲應力,帶繞過大帶輪時的彎曲應力,與離心拉應力c不同，彎曲應力b只作用在繞過帶輪的那一部分帶上,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,4/3/2004,MSE 胡于進,帶橫截面的應力為三部分應力之和,各剖面的應力分布為,最大應力發(fā)生在,緊邊開始進入小帶輪處,由此可知，帶受變應力作用，這將使帶產(chǎn)生疲勞破壞,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,4/3/2004,MSE 胡于進,兩種滑動現(xiàn)象,四、帶傳動的彈性滑動和傳動比,1、彈性滑動,打 滑,是帶傳動的一種失效形式，應避免,彈性滑動,正常工作時的微量滑動現(xiàn)象，不可避免,彈性滑動是如何產(chǎn)生的,因 F1 F2,故松、緊邊單位長度上的變形量不等,帶繞過主動輪時拉力

8、逐漸減小，帶逐漸收縮，使帶相對于主動輪的轉(zhuǎn)向向后滑動,同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在從動輪上。但情況有何不同,由此可見：彈性滑動是由彈性變形和拉力差引起的,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,v2 v1,滑動弧等于接觸弧長時轉(zhuǎn)變成打滑,所以打滑總是先出現(xiàn)在小帶輪上,4/3/2004,MSE 胡于進,彈性滑動引起的不良后果,使從動輪的圓周速度低于主動輪 ，即 v2 v1,產(chǎn)生摩擦功率損失，降低了傳動效率,引起帶的磨損，并使帶溫度升高,2、傳動比,滑動率,彈性滑動引起的從動輪圓周速度的相對降低量,傳動比,反映了彈性滑動的大小， 隨載荷的改變而改變,載荷越大，越大，傳動比的變化越大,對于V帶： 0.010.02粗略計

9、算時可忽略不計,第二章?lián)闲詡鲃邮芰斑\動分析,4/3/2004,MSE 胡于進,23 普通V帶傳動的設計,一、失效形式及設計準則,1、失效形式,打 滑,帶與帶輪之間的顯著滑動，過載引起,疲勞破損,變應力引起,2、設計準則,在保證不打滑的前提下，具有足夠的疲勞壽命,二、單根V帶的許用功率 承載能力計算,要保證帶的疲勞壽命，應使最大應力不超過許用應力,不疲勞的要求,或,第二章?lián)闲詡鲃悠胀╒帶設計,4/3/2004,MSE 胡于進,根據(jù)歐拉公式，即將打滑時的最大有效拉力為,由此得單根V帶所能傳遞的功率,不打滑的要求,則,此式包含了不打滑、不疲勞兩個條件,表62列出了在特定條件下單根普通V帶所能傳遞的

10、功率，稱為基本額定功率 P0,特定條件,傳動平穩(wěn),i 1，12,特定帶長,第二章?lián)闲詡鲃悠胀╒帶設計,4/3/2004,MSE 胡于進,實際工作條件,傳動比 i 1,從動輪直徑增大,傳動能力提高，則額定功率增加,額定功率增量為,P0 查表6-5,彎曲系數(shù)，截面尺寸大的帶，系數(shù)值越大,帶長不等于特定帶長,帶越長，單位時間內(nèi)的應力循環(huán)次數(shù)越少，則帶的疲勞壽命越長。相反，短帶的壽命短,為此，引入帶長修正系數(shù) KL,包角不等于,小帶輪包角小于，傳動能力有所下降，引入包角修正系數(shù)K 。 K1,傳動比系數(shù)，傳動比越大，系數(shù)值越大,b2 減小,第二章?lián)闲詡鲃悠胀╒帶設計,4/3/2004,MSE 胡于進,在

11、實際工作條件下，單根V帶的額定功率為,三、V帶傳動的設計計算,一）已知條件及設計內(nèi)容,傳遞的名義功率P,已知條件,主動輪轉(zhuǎn)速n1,從動輪轉(zhuǎn)速n2 或傳動比 i,傳動位置要求,工況條件、原動機類型等,V帶的型號、長度和根數(shù),設計內(nèi)容,帶輪直徑和結(jié)構(gòu),傳動中心距 a,驗算帶速 v 和包角1,計算初拉力和壓軸力,第二章?lián)闲詡鲃悠胀╒帶設計,4/3/2004,MSE 胡于進,第二章?lián)闲詡鲃悠胀╒帶設計,二）設計步驟和方法,1、確定計算功率 Pc KAP,2、根據(jù)n1、 Pc 選擇帶的型號,工況系數(shù)，查表66,3、確定帶輪基準直徑dd1、dd2,帶輪愈小，彎曲應力愈大，所以dd1 dmin,dd2 =

12、i dd1(1），圓整成標準值,4、驗算帶速v （v525m/s,N,5、確定中心距 a 及帶長 Ld,6、驗算主動輪的包角1,7、計算帶的根數(shù) z,N,z 7 ,Y,N,8、確定初拉力 F0,9、計算壓軸力 FQ,10、帶輪結(jié)構(gòu)設計,問題：帶傳動適合于高速級還是低速級,4/3/2004,MSE 胡于進,初定中心距 a0 0.7(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2,初算帶長Ld0,計算實際中心距 a,a 過?。簬Ф?易疲勞,1小,a 過大：易引起帶的抖動,圓整,取基準帶長 Ld（表64,第二章?lián)闲詡鲃悠胀╒帶設計,4/3/2004,MSE 胡于進,24 鏈傳動簡介,一、鏈傳動的類型及特

13、點,第二章?lián)闲詡鲃渔渹鲃雍喗?按用途不同，鏈分為傳動鏈、起重鏈和曳引鏈,滾子鏈應用較多，且為標準件,與帶傳動相比，鏈傳動的特點是,可在惡劣的環(huán)境下工作，壓軸力小,傳遞功率比帶傳動大，效率較高,適用的速度比帶小，v 15 m/s,瞬時速比變化，振動、噪聲大,傳動鏈常用,滾子鏈 和 齒形鏈,傳動鏈用于傳遞運動和動力,v 15m/s、P 100kW、i 8,可做成變速器，如變速自行車,4/3/2004,MSE 胡于進,第二章?lián)闲詡鲃渔渹鲃雍喗?滾子鏈的主要參數(shù)包括,p 節(jié)距，相鄰兩銷軸中心距,Lp 鏈節(jié)數(shù)，表示鏈的長度,鏈排數(shù) 滾子鏈可做成單排或多排鏈,滾子鏈分A、B兩個系列，常用A系列,鏈節(jié)數(shù)若為

14、奇數(shù)，接頭處需采用過渡鏈節(jié)，會產(chǎn)生附加彎矩,滾子鏈標記,鏈號排數(shù)鏈節(jié)數(shù) 標準編號,鏈號25.4/16鏈節(jié)距,例,10A2132 GB1243.183,常取偶數(shù)，以便首尾相連,4/3/2004,MSE 胡于進,第二章?lián)闲詡鲃渔渹鲃雍喗?二、鏈傳動的運動特性分析,1、鏈傳動的平均速度及,鏈輪抽象成正多邊形，邊長為節(jié)距 p ，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù) z,故鏈的平均速度,平均傳動比,鏈輪每轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)過的鏈長為 zp,平均傳動比,即：平均速度和平均傳動比均為常數(shù),4/3/2004,MSE 胡于進,第二章?lián)闲詡鲃渔渹鲃雍喗?假定：主動邊總處于水平位置,鏈速,則 的變化范圍,2、鏈傳動運動的不均勻性,A點圓周速度,垂直分速度,鏈節(jié)所對應的中心角,當 =1/2時,當 =0時,所以,z11v 的變化,v 的變化使鏈條抖動,4/3/2004,MSE 胡于進,第二章?lián)闲詡鲃渔渹鲃雍喗?B點圓周速度為v2，角速度2,則,故瞬時傳動比,瞬時速比及從動輪轉(zhuǎn)速周期性變化,稱為多邊形效應,由于運動的不均勻性，引起振動和沖擊，所以鏈傳動常用于速度較低的場合,在從動輪上,特例：當 z1z2、且anp，則 i 恒定,4/3/2004,MSE 胡于進,三、鏈傳動主要參數(shù)的選擇,鏈輪齒數(shù),小鏈輪齒數(shù) z1 愈多,傳動愈平穩(wěn)，動載荷減小,通常取 z1 17,且傳動比 i 越小， z1可越多,大鏈輪齒數(shù) z2 i