机械设计基础第2章带传动.ppt

第2章 带传动,第2章 带传动,教学基本要求:,1.了解带传动的类型、特点及应用； 2.了解V带与带轮的材料、结构及标准； 3.掌握带传动受力分析及应力分析，掌握弹性滑动与打滑的理论； 4.掌握带传动的失效形式及设计准则，掌握V带传动的设计方法； 5.了解带传动的张紧与维护重点与难点 :,1．带传动的受力及应力分析、弹性滑动与打滑； 2．带传动的失效形式、设计准则及V带传动的设计方法2.1 概述,带传动一般是由主动轮、从动轮和紧套在两轮上的传动带及机架组成原动机转动,带的传动过程(工作原理)：,主动轮转动,,驱动主动轮,从动轮转动,,带与轮的摩擦,类型,平带,V 型带,多楔带,,,摩擦型,啮合型,圆形带,普通平带,片基平带,,片基层,,覆盖层,工作面覆盖层,2．1．1 带传动的类型,1.带传动的分类,结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多类型,平型带,V 型带,多楔带,,,摩擦型,啮合型,圆形带,普通平带,片基平带,,普通Ｖ带,,窄Ｖ带,齿形Ｖ带,宽Ｖ带,应用最广泛，其传动功率大，结构简单，价格便宜由于带与带轮槽之间是V型槽面摩擦，故可以产生比平型带更大的有效拉力（约3倍）。

联组Ｖ带,大楔角Ｖ带,1.带传动的分类,,,,,,平型带,普通平带,片基平带,,普通Ｖ带,窄Ｖ带,齿形Ｖ带,宽Ｖ带,类型,V 型带,多楔带,,,摩擦型,啮合型,圆形带,,联组Ｖ带,大楔角Ｖ带,1.带传动的分类,普通V带,宽V 带,窄V带,,,,,,平型带,普通平带,片基平带,,普通Ｖ带,窄Ｖ带,齿形Ｖ带,宽Ｖ带,类型,V 型带,多楔带,,,摩擦型,啮合型,圆形带,,联组Ｖ带,大楔角Ｖ带,1.带传动的分类,兼有平带和V带的优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，用于结构紧凑而传递功率较大的场合解决多根V带长短不一而受力不均汽车发动机,能够保证严格的传动比，但对中心距及其尺寸稳定性要求较高机器人关节,V带传动,同步带传动,多楔带传动,平型带传动,圆型带传动,1)开口传动,2. 带传动的形式,2)交叉传动,3)半交叉传动,平带 圆带,两轮同向转动,两轴空间交错,带磨损快,两轮反向转动,,特点：,2．1．2 带传动的特点及应用,1）适用于中心距较大的传动；,2）带具有良好的弹性和挠性，可缓和冲击、吸收振动；,3）过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；,4）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉；,5）传动的外廓尺寸较大；,6）需要张紧装置；,7）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；,8）带的寿命较短；,9）传动效率较低；,10）较大张紧力会产生较大的压轴力，使轴和轴承受力较大；,11）不易用于高温、易燃等场合。

应用：,V带传动应用最广常应用于传动比不要求准确、功率P≤100kW、带速v=5~25m/s、传动比i≤7、传动效率η=0.90~0.95以及有过载保护的场合试验仪器,滑动轴承试验台,实例:,印刷机械,矿山机械,动平衡机,试验台,建筑机械,2.2 V带与V带轮,2．2．1 V带类型与标准,组成：,节线：弯曲时保持原长不变的一条周线节面：全部节线构成的面在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径dd抗拉体、顶胶、底胶、包布节宽：节面的宽度bpV带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld 标准长度系列详见，P14表2-2,,普通V带有：Y、Z、A、B、C、D、E等型号,已标准化,普通V带的尺寸 （φ =40˚，h/bp ≈0.7）,表2-2 V带基准长度Ld和带长修正系数KL,φ =40˚，h/bp ≈0.9的V带称为窄V带与普通V带相比，高度相同时，宽度减小1/3，而承载能力提高1.5~2.5倍，适用于传递动力大而又要求紧凑的场合此外还有，SPZ,SPA,SPB,SPC四种型号，尺寸见P13表2-1普通V带和窄V带的标记由带型、基准长度和标记号组成，如下示例：,A－1400 GB11544－89,国标代号,基准长度,v带型号,,,,,,,2．2．2 V带轮,结构,,1）V带轮的设计内容,确定带轮的材料、结构形式、轮槽、轮辐和轮毂的几何尺寸、公差和表面粗糙度以及相关技术要求。

2）带轮的材料,通常采用铸铁，常用材料的牌号为HT150和HT200转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成小功率时可用铸铝或塑料3）带轮的结构与尺寸,四种典型结构：实心式、腹板式、孔板式、轮辐式,实心式----直径小；,实心式,带轮的结构,,dh = (1.8～2)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+σ) H σ见图13 - 8 s= (0.2 ～0.3) B s2≥0.5s,腹板式,腹板式----中等直径；,实心式----直径小；,带轮的结构,,腹板式----中等直径；,dh = (1.8～2)ds d0=( dh +dr) /2 dr = da -2(h+σ) H σ查相关表 s= (0.2 ～0.3) B s1≥1.5s s2≥0.5s,孔板式,实心式----直径小；,孔板式----中等直径；,带轮的结构,,轮辐式----d>300 mm；,腹板式----中等直径；,带轮的结构,实心式----直径小；,,孔板式----中等直径；,表2-4 V带轮最小基准直径,注：V带轮的基准直径系列为20 22.4 25 28 31.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 900 1000等，单位为mm。

1）带长,,,,,2．2．3带传动的几何计算,2）小带轮包角,静止时，带两边的初拉力相等：,传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：,F1 = F2 = F0,F1 ≠ F2,F1↑ ，,F2 ↓,紧边,松边,2.3.1 带传动受力分析,2.3 带传动的理论基础,设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：,F1 – F0 = F0 – F2,,F0 = (F1 + F2 )/2,总摩擦力Ff与两边拉力F1 、F2对轴心的力矩为：,称 F1 - F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：,Fe = F1 - F2,得： Ff = F1 - F2,= Ff,Ff dd1/2- F1 dd1/2 + F2 dd1/2 =0,且传递功率与有效拉力和带速之间有如下关系：,F0 = (F1 + F2 )/2,F1 = F0 + Fe /2 F2 = F0 - Fe /2,在 F0 一定时， Ff为 有限值  Fe为有限值  F1、 F2也有限P也有限Fe = F1 - F2 = Ff,求得：,,,联立,当带与带轮之间出现打滑趋势时，摩擦力达到最大值，有效拉力也达到最大。

称为临界有效拉力，Fec,取一小段弧进行分析：,正压力：dN,两端的拉力：F 和F+dF,由力平衡条件：,摩擦力： f dN,2．3．2带传动的最大有效拉力及其影响因素,由力平衡条件：,,积分得：,,紧边和松边的拉力之比为：,柔韧体摩擦的欧拉公式,联立求解：,,,影响最大有效拉力因素：,1）预紧力F0, F0 ↑→ Fec ↑,2）包角 α↑ → 总摩擦力Ff ↑ → Fec ↑，对传动有利F0过大, → 带的磨损加剧, 加快松弛,降低寿命F0过小, → 影响带的工作能力，容易产生打滑3）摩擦系数 f↑ → Fec ↑ ，对传动有利影响 f 的因素有材料、表面状况、带的截面形状平带的极限摩擦力分析:,,N=Q,N=Q/sin(φ/2),V带的极限摩擦力分析 ：,f v---当量摩擦系数, f v >f,,Fec=N f = Q f,,在相同条件下 ，V带能传递较大的功率 或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑用 f v 代替 f 后，得以下计算公式：,,,,,2．3．3 带的应力分析,1.由紧边和松边拉力产生的拉应力,紧边拉应力：,松边拉应力：,A为带的横截面积,2.由离心力产生的拉应力,带在微弧段上产生的离心力：,离心力 Nc在微弧段两端会产生拉力 Fc。

由力平衡条件得：,离心拉应力：,3.由带弯曲产生的弯曲应力,设h为带的厚度；,dd为带轮基准直径,则有：,弯曲应力与带轮基准直径成反比， 为了避免弯曲应力过大，带轮直径不得小于最小值弯曲应力为:,E为带的弹性模量；,,4. 应力分布及最大应力,带受交变应力的作用，最大应力σmax出现在紧边与小轮的接触处5. 作用在轴上的力,由力平衡条件得静止时轴上的压力为：,2．3．4 带传动的弹性滑动、打滑和滑动率,设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：,这种因材料的弹性变形而产生的微量滑动被称为弹性滑动紧边：,松边：,∵ F1 > F2,∴ ε1 >ε2,带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速总有：v2 < v1,,,,,得从动轮的转速：,带传动的传动比：,V带传动的滑动率ε= 0.01~0.02，一般可忽略不计定义：,为滑动率若带的工作载荷进一步加大，有效拉力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种情况应当避免2．4 V带传动设计,一、失效形式：打滑、疲劳破坏,二、设计准则：不打滑、有足够的疲劳强度和使用寿命,2．4．1带传动的失效形式和设计准则,三、单根V带能传递的功率,疲劳强度条件,不打滑条件,单根带所能传递的有效拉力为：,传递的功率为：,为保证带具有一定的疲劳寿命，应使：,代入得：,在 α=π，Ld为特定长度、平稳工作条件下，计算所得 P0 称为单根带的基本额定功率。

详见下页表),实验条件：传动比i=1、包角α＝180°、特定长度、平稳的工作载荷实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正修正结果称为许用功率[P0],Kα —包角系数 (详见P25表2-9),KL —长度系数；(详见P14表2-2),∆P0 —基本额定功率增量；(详见P24-25表2-7，表2-8),2．4．2 V带传动的设计计算,一、单根V带的许用功率,表2-2 V带基准长度Ld和带长修正系数KL,表2-7 单根V带基本额定功率增量ΔP0（kw）表,,表2-8 单根窄V带基本额定功率增量ΔP0（kw）表,表2-9 小带轮包角修正系数Kα表,设计内容：确定V带的型号、长度L和根数Z、传动中心距a及带轮基准直径，结构尺寸，作用在轴上的压力及画出带轮零件图等二、V带传动的设计步骤,1.确定计算功率Pc,2.选择V带的型号,3.确定带轮基准直径及验算带速,4.初定中心距a0和初选带长L0,5.确定中心距a和基准带长Ld并验算小带轮包角,6.确定V带根数Z,7.单根V带的初拉力F0,8. 带传动作用在带轮轴上的压力FQ,2．5带传动的张紧与维护,根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；,1、张紧的目的,运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。

常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置、张紧轮张紧装置2.5.1带传动的张紧,2、张紧的方式,b、自动张紧装置,c、张紧轮装置,a、定期张紧装置,2.5.2带传动的维护,①安装时不能硬撬（应先缩小a或顺势盘上）；,。