第8章机械设计带传动

第8章带传动,8-1带传动的概述,8-2带传动的工作情况分析,8-3V带传动的设计计算,8-4V带轮的结构设计,8-5带传动的张紧装置,带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。,8-6同步带传动简介,8-7带传动的设计实例,8-1带传动的概述,1.带传动的组成,主动轮1、从动轮2、环形带3。,工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。,应用实例：皮带输送装置。,类型,平带,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,2.带传动的类型,潘存云教授研制,普通平带,片基平带,片基层,覆盖层,工作面覆盖层,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,普通带,窄带,齿形带,宽带,普通带是应用最广泛的一种传动带，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）。,联组带,大楔角带,2.带传动的类型,平型带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,类型,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,联组带,大楔角带,潘存云教授研制,2.带传动的类型,抗拉体,平型带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,类型,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,联组带,大楔角带,2.带传动的类型,潘存云教授研制,组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。,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。,3.V带的结构与尺寸,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d。,V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。标准长度系列详见下页表8-2，,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（=40，h/bp=0.7）,2240.8222401.101.061.00.91,2500.8425001.301.091.030.93,2800.8728001.111.050.95,3150.8931501.131.070.07,3550.9235501.171.070.97,4000.960.7940001.101.131.02,4501.000.8045001.151.04,5001.020.8150001.181.07,5600.8256001.09,6300.840.8163001.12,7100.860.8371001.15,8000.900.8580001.18,9000.920.870.8290001.21,10000.940.890.84100001.23,11200.950.910.8611200,12500.980.930.8812500,14001.010.960.9014000,16001.040.990.920.8316000,18001.061.010.950.86,Ld/mmYZLd/mm,基准长度KL基准长度KL,表8-2普通V带的长度系列和带长修正系数（GB/T13575.192）,2000.8120001.081.030.980.88,=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1.52.5倍，适用于传递动力大而又要求紧凑的场合。,b,40,4.带传动的几何关系,中心距a,包角:,因较小,代入得,带长,带长,已知带长时，由上式可得中心距,带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因带永久伸长而松弛时，还应当重新张紧。,5.带传动的特点,(1)适用于中心距较大的传动；,(2)带具有良好的挠性，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、成本低廉。,缺点：,(1)传动的外廓尺寸较大；,(2)需要张紧装置；,(3)由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；,(4)带的寿命较短；,(5)传动效率较低。,优点：,应用：两轴平行、且同向转动的场合（称为开口传动），中小功率电机与工作机之间的动力传递。,V带传动应用最广，带速v=525m/s传动比i=7效率0.90.95,6.带传动的应用实例,潘存云教授研制,试验仪器,潘存云教授研制,滑动轴承试验台,实例:,从动轮,主动轮,8-2带传动的工作情况分析,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,为了可靠工作，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。,F1F2,F1，紧边,F2松边,紧边,松边,设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：,F1F0=F0F2,F0=(F1+F2)/2,一、带传动中的力分析,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,且传递功率与有效拉力和带速之间有如下关系：,得Ff=F1-F2,=Ff,联立F0=(F1+F2)/2求得：,F1=F0+Fe/2F2=F0-Fe/2,两边拉力大小取决于预紧力F0和有效拉力Fe,传递功率增加时，有效拉力也增大两边拉力差值增大。,在F0一定时，两边拉力为有限值有效拉力也有限传递的功率也有限。那么，影响最大有效拉力的因素有哪些呢？,FfD1/2-F1D1/2+F2D1/2=0,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。,以平带为例，分析打滑时紧边拉力F1和松边拉力F2之间的关系。,取一小段弧进行分析：参数如图,正压力dN,两端的拉力F和F+dF,力平衡条件忽略离心力,水平、垂直力分别平衡,摩擦力fdN,二、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,绕性体摩擦的欧拉公式,联立求解：,因为1f,Fec=Nf=Qf,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代替f后，得以下计算公式,三、带传动的应力分析,1.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.离心力产生的拉应力,带在微弧段上产生的离心力,带工作时应力由三部分组成,离心力Nc在微弧段两端会产生拉力Fc。,由力平衡条件得,离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力确作用在带的全长。,离心拉应力,往x轴投影,3.弯曲应力当带绕过带轮时，因为弯曲而产生弯曲应力,设h为带的厚度；,D为带轮基准直径,则有,弯曲应力与带轮直径成反比，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,由材料力学公式得,E为带的弹性模量；,4.应力分布及最大应力,2,最大应力max出现在紧边与小轮的接触处。,离心应力,拉应力,5.作用在轴上的力,由力平衡条件得静止时轴上的压力为,四、带的弹性滑动与打滑,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滑动被称为弹性滑动。,紧边,松边,因为F1F2,所以12,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v2v1,得从动轮的转速,带传动的传动比,V带传动的滑动率=0.010.02，一般可忽略不计。,定义,为滑动率。,若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值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。,8-3V带传动的设计计算,一、V带的传动的设计准则,带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。,设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。,带传动的承载能力取决于传动带的材质、结构、长度，带传动的转速、包角和载荷特性等因素。,二、单根普通V带的许用功率,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,max=1+b+c,带载带轮上打滑或发生脱层、撕裂、拉断等疲劳损坏时，就不能传递动力。因此带传动的设计依据是保证带不打滑及具有一定的疲劳寿命。,1=-b-c,代入得,在=，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下计算所得P0称为单根带的基本额定功率。(详见下页表),max=1+b+c,单根窄V带的基本额定功率P0(kw),630.350.560.600.700.810.931.45,带型,710.440.720.780.921.081.251.45,800.550.880.991.151.381.602.61,900.671.121.211.441.701.983.26,900.751.211.301.521.762.023.00,1000.941.541.651.932.272.613.99,1121.161.912.072.442.863.315.15,1251.402.332.522.983.504.066.34,1401.682.813.033.584.234.917.64,1401.923.133.353.924.555.217.15,1602.474.064.375.135.986.899.52,1803.014.995.376.317.388.5011.62,2003.545.886.357.478.7410.0713.41,2244.186.977.528.8310.3311.8615.41,2245.198.8210.4310.3911.8913.26,2506.3110.2711.0212.7614.6116.26,2807.5912.4013.3115.4017.6019.49,3159.0714.8215.9018.3720.8822.92,40012.5620.4121.8425.1527.3329.40,SPZ型,SPA型,SPB型,SPC型,400730800980120014602800,小带轮节圆直径,小带轮转速n1/(r/min),带载带轮上打滑或发生脱层、撕裂、拉断等疲劳损坏时，就不能传递动力。因此带传动的设计依据是保证带不打滑及具有一定的疲劳寿命。,1=-b-c,代入得,在=，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下计算所得P0称为单根带的基本额定功率。,max=1+b+c,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,K包角系数。考虑180时对传动能力的影响，见表8-6,KL长度系数；考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响，见表82。,P0功率增量；,考虑在i1，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值详见表8-5,1.001.021.061.121.191.271.391.581.951.011.051.111.181.261.381.571.943.38,小带轮转速n1,单根窄V带额定功率的增量P0,型号,SPZ,SPA,SPB,SPC,4000.000.010.010.030.030.040.050.060.060.06,传动比i,3.39,7300.000.010.030.050.070.080.100.110.120.13,28000.000.040.100.180.240.300.350.390.430.45,4000.000.010.040.070.090.110.130.140.160.16,7300.000.020.070.120.160.200.230.260.280.30,28000.000.100.260.460.630.760.891.001.091.15,4000.000.030.080.140.190.220.260.300.320.34,7300.000.050.140.250.330.400.470.530.580.62,28000.000.200.550.961.301.571.852.082.262.40,4000.000.090.240.410.560.680.790.890.971.03,7300.000.160.420.741.001.221.431.601.751.85,28000.000.310.851.482.012.432.853.213.503.70,三、普通V带的型号和根数的确定,计算功率,KA工况系数详见表8-8P156,三、普通V带的型号和根数的确定,计算功率,KA工况系数,型号的确定:根据Pc和小带轮的转速n1，由选型图确定。,dmin,四、主要参数的选择,1.带轮直径与带速,2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254755005305606306707107508009001000,大带轮的直径dd2,dd1、dd2：必须符合带轮的基准直径系列,带速,一般应使v在525m/s的范围内。,2.中心距、带长和包角,推荐范围：0.7(dd1+dd2)a0350mm,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,e80.3120.3150.3190.425.50.5,普通V带轮的轮槽尺寸,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张紧装置,摆架式张紧装置,二、带传动的张紧方法,1.调整中心距,8-5带传动的张紧装置,(1)根据摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；,一、张紧的目的,(2)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。,张紧轮,二、带传动的张紧方法,1.调整中心距,2.采用张紧轮,3.自动张紧,自动张紧装置,组成：同步带（同步齿形带）是以钢丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。,8-6同步带传动简介,结构特点：横截面为矩形，带面具有等距横向齿的环形传动带，带轮轮面也制成相应的齿形。,传动特点：靠带齿与轮齿之间的啮合实现传动，两者无相对滑动，而使圆周速度同步，故称为同步带传动。,Pb重要参数,潘存云教授研制,优点：1.传动比恒定；,2.结构紧凑；,3.由于带薄而轻，抗拉强度高，故带速高达40m/s，传动比可达10，传递功率可达200kw；,4.效率高，高达0.98。,缺点：成本高；对制造和安装要求高。,8-7带传动的设计实例,设计某带式输送机传动系统中第一级用的窄V带传动。已知电动机型号为Y112M-4，额定功率P=4kW，转速n1=1440rpm，传动比i=3.8，一天运转时间10h。,解：1、根据计算功率选择窄V带带型,由工作情况系数表查KA,1.1,8-7带传动的设计实例,设计某带式输送机传动系统中第一级用的窄V带传动。已知电动机型号为Y112M-4，额定功率P=4kW，转速n1=1440rpm，传动比i=3.8，一天运转时间10h。,解：1、根据计算功率选择窄V带带型,由工作情况系数表查得,计算载荷,Pca=PKA=1.14=4.4,由Pca和转速n1选择带型,KA=1.1,23.155812.52031.55080125200315,2.546.31016254063100160250400,窄V带选型图,计算功率Pca/kw,SPC型,dd1=180050mm,SPA型,dd1=90180mm,SPZ型,dd1=63100mm,SPB型,dd1=14250mm,dd1=224630mm,SPZ型,8-7带传动的设计实例,设计某带式输送机传动系统中第一级用的窄V带传动。已知电动机型号为Y112M-4，额定功率P=4kW，转速n1=1440rpm，传动比i=3.8，一天运转时间10h。,解：1、根据计算功率选择窄V带带型,由工作情况系数表查得,计算载荷,KA=1.1,Pca=PKA=1.14=4.4kW,由Pca和转速n1选择带型,SPZ型窄V带,2、确定带轮直径并验算速度,最小直径不能小于63mm,选取dd1=80,选取dd2=315mm,，则dd2=idd1=304mm,=1455mm,验算带速,2、确定带轮直径并验算速度,选取：dd1=80mmdd2=315mm,带速合适。,3、几何尺寸计算,根据0.7(dd1+dd2)a0120符合要求,4、计算所需带的根数,由n1=1440rpm,dd1=80mmi=3.8查表确定P0,P0,单根窄V带的基本额定功率P0(kw),630.350.560.600.700.810.931.45,带型,710.440.720.780.921.081.251.45,800.550.880.991.151.381.602.61,900.671.121.211.441.701.983.26,900.751.211.301.521.762.023.00,1000.941.541.651.932.272.613.99,1121.161.912.072.442.863.315.15,1251.402.332.522.983.504.066.34,1401.682.813.033.584.234.917.64,1401.923.133.353.924.555.217.15,1602.474.064.375.135.986.899.52,1803.014.995.376.317.388.5011.62,2003.545.886.357.478.7410.0713.41,2244.186.977.528.8310.3311.8615.41,2245.198.8210.4310.3911.8913.26,2506.3110.2711.0212.7614.6116.26,2807.5912.4013.3115.4017.6019.49,3159.0714.8215.9018.3720.8822.92,40012.5620.4121.8425.1527.3329.40,SPZ型,SPA型,SPB型,SPC型,400730800980120014602800,小带轮节圆直径,小带轮转速n1/(r/min),查表得P0=1.6kW,1.001.021.061.121.191.271.391.581.951.011.051.111.181.261.381.571.943.38,小带轮转速n1,单根窄V带额定功率的增量P0,型号,SPZ,