《柔性传动》PPT课件.ppt
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1、第2章 柔性传动2-1 带传动概念带传动概念2-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析2-3 V带传动的张紧、安装和维护带传动的张紧、安装和维护2-4 链传动概念链传动概念2-5 链传动的布置、张紧和润滑链传动的布置、张紧和润滑2-1 带传动概念 带传动是由固联于主动轴上的主动带轮1,固联于从动轴上的从动带轮2和张紧在两带轮上的封闭环形带3 所组成(图13-1)。当原动机驱动主动带轮回转时,由于带和带轮间的摩擦(或啮合),便拖动从动带轮一起回转,并传递一定的运动和动力。一、带传动的组成一、带传动的组成图图2-1 带传动简图带传动简图2-1 带传动概念带传动的优点:带传动的优点:适用于中心
2、距较大的;适用于中心距较大的;传动带具有良好的弹性,能缓冲吸振,尤其是传动带具有良好的弹性,能缓冲吸振,尤其是V V带没有接头,传动较平稳,噪声小;带没有接头,传动较平稳,噪声小;过载时带在带轮上打滑,可以防止其它器件损过载时带在带轮上打滑,可以防止其它器件损坏;坏;结构简单,制造和维护方便,成本低。结构简单,制造和维护方便,成本低。二、带传动的特点二、带传动的特点2-1 带传动概念带传动的缺点带传动的缺点:传动的外廓尺寸较大;传动的外廓尺寸较大;由于需要张紧,使轴上受力较大;由于需要张紧,使轴上受力较大;工作中有弹性滑动,不能准确地保持主动轴和工作中有弹性滑动,不能准确地保持主动轴和从动轴的
3、转速比关系;从动轴的转速比关系;带的寿命短;带的寿命短;传动效率降低;传动效率降低;带传动可能因摩擦起电,产生火花,故不能用带传动可能因摩擦起电,产生火花,故不能用于易燃易爆的场合。于易燃易爆的场合。图2-2 带传动的主要类型2-1 带传动概念 根据传动原理不同,带传动可分为摩擦型摩擦型和啮合型啮合型(如图2-2e)两大类。三、带传动的类型三、带传动的类型图图2-2 带传动的主要类型带传动的主要类型 根据带的截面形状,可分为平带传动平带传动、V带传动带传动、圆形带传动圆形带传动、多楔带传动多楔带传动和同步带传动同步带传动等。平带平带的横截面为扁平矩形,其工作面是与轮面相接触的内表面;V带带的横
4、截面为等腰梯形,其工作面是与轮槽相接触的两侧面,而V带与轮槽槽底并不接触。由于轮槽的楔形效应,初拉力相同时,V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力,故具有较大的牵引能力。2-1 带传动概念(一)、摩擦带传动(一)、摩擦带传动2-1 带传动概念 多楔带多楔带以其扁平部分为基体,下面有几条等距纵向槽,其工作面是楔的侧面(图 c)。这种带兼有平带的弯曲应力小和V带的摩擦力大等优点,常用于传递动力较大而又要求结构紧凑的场合。圆带圆带的牵引能力小,常用于仪器和家用器械中。啮合带是以钢丝为抗拉体,外面包覆聚氨脂或橡胶而组成。它是横截面为矩形、带面具有等距横向齿的环形传动带(图2-3)。带轮轮面也制成相应的齿
5、形,工作时靠带齿与轮齿啮合传动。由于带与带轮无相对滑动,能保持两轮的圆周速度同步,故称为同步带传动。2-1 带传动概念(二)、啮合带传动(二)、啮合带传动图图2-3 同步齿形带传动同步齿形带传动2-1 带传动概念2-1 带传动概念 它具有如下优点:传动比恒定;结构紧凑;效率较高,约为0.98;由于带薄而轻、抗拉体强度高,故带速可达40m/s,传动比可达 10,传递功率可达200 kW;因而应用日益广泛。它的缺点是:带及带轮价格较高,对制造、安装要求高。当带在纵截面内弯曲时,在带中保持原长度不变的任意一条周线称为节线(图 2-3),节线长度为同步带的公称长度。在规定的张紧力下,带的纵截面上相邻两
6、齿对称中心线的直线距离称为带节距pb,它是同步带的一个主要参数。2-2 带传动的工作情况分析一、带传动的受力分析一、带传动的受力分析 安装带传动时,传动带以一定的张紧力 F0 紧套在两轮上。由于F0 作用,带和带轮的接触面就产生了正压力。带传动不工作时,传动带两边的拉力相等,都等于F0(图2-4a)带传动工作时(图2-4b),在带与带轮的接触面间便产生了摩擦力Ff,由于摩擦力的存在,传动带两边的拉力相应发生了变化,带绕上主动轮的一边被拉紧,称为紧边紧边,其拉力由F0 增加到 F1;带绕上从动轮的一边被放松,称为松松边边,其拉力由 F0 减少到 F2。(一)带传动的工作能力分析(一)带传动的工作
7、能力分析 2-2 带传动的工作情况分析 带两边拉力之差称为带传动的有效拉力(带轮接触面上各点摩擦力的总和Ff),也就是带所传递的圆周力F。即 F=F1-F2图图2-4 带传动的受力分析带传动的受力分析 如果近似的认为带的总长度不变,则带紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2,即分析分析:由上式可知,带的两边拉力F1和F2的大小,取决于张紧力F0和带传动的有效拉力F。在带的传动能力范围内,F的大小和传动功率P及带的速度v有关。当传动功率增大时,带的两边拉力的差值F=F1F2也要相应的增大。带的两边拉力的这种变化,实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。将以上两式代入得2-2
8、 带传动的工作情况分析(2-1)(2-2)当其它条件不变且张紧力F0 一定时,这个摩擦力有一极限值(临界值)。当带有打滑趋势时,这个摩擦力正好达到极限值,带传动的有效拉力F 也就达到了最大值Fmax。如果再进一步增大带传动的工作载荷,就会出现打滑打滑。打滑打滑是带所需传递的圆周力超过带与轮面间的极限摩擦力总和时,带与带轮发生的显著的相对滑动现象。打滑将使带的磨损加剧,从动轮转速急剧降低,甚至使传动失效,应当避免。2-2 带传动的工作情况分析 如图所示,带的受力分析可导出带在即将打滑时紧边拉力F1与松边拉力F2的关系,挠性体摩擦的基本公式(欧拉公式):2-2 带传动的工作情况分析(2-3)2-2
9、 带传动的工作情况分析联解F=F1-F2和上式得:(2-4)(2-5)2-2 带传动的工作情况分析最大有效拉力最大有效拉力 Fmax Fmax 与下列几个因素有关:与下列几个因素有关:1)张紧力(初拉力)张紧力(初拉力)F F0 0 最大有效拉力Fmax与F0 成正比。F0 越大,带与带轮间的正压力越大,则传动时的最大摩擦力即最大有效拉力Fmax也越大。但F0 过大时,将使带的磨损加剧,以致过快松弛,缩短了带的工作寿命。如F0过小,则带传动的工作能力得不到充分发挥,运转时带易发生跳动和打滑。2-2 带传动的工作情况分析2)包角)包角 最大有效拉力Fmax随包角 的增大而增大。包角 越大,带和带
10、轮的接触面上所能产生的总摩擦力就越大,传动能力也就越大。故带轮包角不宜过小,要加以限制。因小轮包角 1小于大轮包角 2,故计算带传动所能传递的圆周力时,上式中应取 1。平带的极限摩擦力FNf=FQf,而V带的极限摩擦力为2-2 带传动的工作情况分析3)摩擦系数)摩擦系数f f最大有效拉力Fmax随摩擦系数f 的增大而增大。如图所示,V带传动与平带传动的初拉力相等(即带压向带轮的压力同为FQ)时,它们的法向力FN则不相同。带与带轮间的法向力带与带轮间的法向力2-2 带传动的工作情况分析 显然,f f,故在相同条件下,V带能传递较大的功率。或者说,在相同功率下,V带传动的结构较为紧凑。引用当量摩擦
11、系数的概念,以f代替f,即可将式(2-4)和(2-5)应用于V带传动。当带绕上带轮时,会受到离心力的作用。因此:带工作时受的力有工作拉力、摩擦力以及带绕上带轮时的离心力。2-2 带传动的工作情况分析 带传动工作时,带中应力由以下三部分组成:1 1、紧边和松边拉力产生的拉应力紧边和松边拉力产生的拉应力 紧边拉应力 松边拉应力(二二)带传动的应力分析带传动的应力分析2、离心力产生的拉应力、离心力产生的拉应力 如图所示,当带绕过带轮时,在微弧段dl上将产生离心力dFNc,此离心力使带中产生离心拉力 Fc=qvFc=qv2 2 (N)(N)2-2 带传动的工作情况分析 离心力只发生在带作圆周运动的部分
12、,但由此引起的拉力却作用于带的全长。故离心拉应力为 由材料力学公式得带的弯曲应力 由上式可知,b 与 y 成正比,与d成反比。当 y 一定时,d 越小,带的弯曲应力b就越大。故带绕在小带轮上时的弯曲应力b1大于绕在大带轮上时的弯曲应力b2。3、带传动的弯曲应力、带传动的弯曲应力 带绕过带轮时因弯曲变形而产生弯曲应力。V 带中的弯曲应力如图所示。2-2 带传动的工作情况分析 图2-5 所示为带的应力分布情况,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。最大应力发生在紧边与小轮的接触处。为了避免弯曲应力过大,应对带轮最小直径有一定的限制(对于V带带轮,其最小直径值见表2-2)。2
13、-2 带传动的工作情况分析图图2-5 带的应力分布图带的应力分布图 maxmax1 1+b b1 1+c c2-2 带传动的工作情况分析图图2-5 带的应力分布图带的应力分布图 由图可见,带是在变应力状态下工作的。当应力循环次数N 达到一定值后,将使带产生疲劳破坏。(2-6)最大应力可近似地表示为例例13-113-1 一平带传动,传递功率P=15kw,带v=15m/s,带在小轮上的包角1=170(2.97rad),带厚度=4.8 mm、宽度b=100mm,带的密度=110-3 kg/cm3,带与轮面间的摩擦系数f=0.3。试求:(1)传递的圆周力;(2)紧边、松边拉力;(3)离心力在带中引起的
14、拉力;(4)所需的初拉力;(5)作用在轴上的压力。解:(l)传递的圆周力2-2 带传动的工作情况分析(2)紧边、松边拉力因由式(13-8)得2-2 带传动的工作情况分析离心力引起的拉力 Fc=qv2=0.48152=108 N(3)离心力引起的拉力 这种平带每米长的质量 q=100b=100100.48110-3=0.48 kg/m2-2 带传动的工作情况分析(4)所需的初拉力 由式(13-4)带的离心力使带与轮面间的压力减小、传动能力降低,为了补偿这种影响,所需初拉力应为 此结果表明,传递圆周力1000N时,为防止打滑所需的初拉力不得小于1302N。2-2 带传动的工作情况分析(5)作用在轴
15、上的压力 如图所示,静止时轴上压力为2-2 带传动的工作情况分析作用在轴上的压力作用在轴上的压力和 由于带在工作时,带两边的拉力不同,F1 F2,因而12。2-2 带传动的工作情况分析二、带传动的运动分析二、带传动的运动分析(一)带传动的弹性滑动(一)带传动的弹性滑动 因为带是弹性体,受到拉力后要产生弹性变形。设带的材料符合变形与应力成正比的规律,则紧边和松边的单位伸长量分别为图图2-5 带传动的弹性滑动带传动的弹性滑动 如图2-5所示,带绕过主动轮1时,带的拉力由F1逐渐减小到F2,产生弹性收缩,使带一边随主动轮绕进,一边又沿轮面向后滑动,故带的速度v 低于主动轮的速度v1。2-2 带传动的
16、工作情况分析图图2-5 带传动的弹性滑动带传动的弹性滑动 绕过从动轮2时,作用在带上的拉力又由 F2增大到F1,带的弹性变形也逐渐增大,带将逐渐伸长,也会沿轮面滑动,使带一边随从动轮绕进,一边又相对于从动轮向前伸长,故带的速度 v高于从动轮的速度 v2。轮缘的箭头表示主、从动轮相对于带的滑动方向。由此得带的传动比为 因弹性滑动的影响,将使从动轮的圆周速度v2低于主动轮圆周速度v1,其降低量可用滑动率滑动率来表示2-2 带传动的工作情况分析(2-7)由于滑动率不是一个固定值,随外载荷大小的变化而变化,因而摩擦型带传动不能用于要求有准确传动比的地方。V 带传动的滑动率0.010.02,其值甚微,在
17、一般计算中可不予考虑。2-2 带传动的工作情况分析2-2 带传动的工作情况分析 这种由于带的弹性变形而引起的带在带轮上的滑动称为弹性滑动。注意带的弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。弹性滑动是由拉力差引起的,只要传递圆周力,出现紧边和松边,就一定会发生弹性滑动,所以是带传动工作时的固有特性,是不可避免的。而打滑是由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动,是可以避免的。(二)带传动的打滑(二)带传动的打滑 2-2 带传动的工作情况分析 带传动的主要失效形式主要失效形式是打滑和疲劳破坏,因此带传动的主要失效形式有主要失效形式有:因过载,松弛或张紧不足,使得带在带轮轮廓上打滑;因疲劳应力使得带产生脱层、
18、撕裂和拉断;带的工作磨损。三、三、V带传动的失效形式与计算准则带传动的失效形式与计算准则(一)带传动的失效形式(一)带传动的失效形式 2-2 带传动的工作情况分析 带传动的设计准则设计准则为:在保证带传动不打滑的条件下,具有一定的疲劳强度和使用寿命。三、三、V带传动的失效形式与计算准则带传动的失效形式与计算准则(二)带传动的计算准则(二)带传动的计算准则2-2 带传动的工作情况分析为使带传动不出现打滑现象,必须限制带所传递的有效拉力Fc不超过最大有效拉力Fcmax;为保证带有一定的使用寿命,规定了带的许用应力。V带的疲劳强度条件为:max=1+c+b1带传动不打滑所能传递的功率为:P=Fcma
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