机械设计基础第11章齿轮传动

1、第七章第七章 F概述概述 F带传动的分类与特点带传动的分类与特点 FV V型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F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 FV V型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 第一节第一节 F概述概述 F带传动的分类与特点带传动的分类与特点 FV V型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F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 FV V型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 机械传动分类

2、及特点机械传动分类及特点 机械传动的特点主要体现在传动效率、单级传动机械传动的特点主要体现在传动效率、单级传动 比、传动功率、中心距、传动准确性、无级调速、比、传动功率、中心距、传动准确性、无级调速、 过载保护、寿命、噪声、价格等等过载保护、寿命、噪声、价格等等 机械传动分类机械传动分类 直接接触传动直接接触传动 有中间机件的传动有中间机件的传动 摩擦传动摩擦传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 绳传动绳传动 摩擦无级变速器摩擦无级变速器 摩擦无级变速器摩擦无级变速器 啮合传动啮合传动 齿轮传动齿轮传动 链传动链传动 蜗杆传动蜗杆传动 同步带传动同步带传动 螺旋传动螺旋传动 凸轮机构等凸轮

3、机构等 带传动的组成带传动的组成 p带传动利用中间挠性件将主动轴的运动和动力传给带传动利用中间挠性件将主动轴的运动和动力传给 一定距离以外的平行的从动轴。一定距离以外的平行的从动轴。 p带传动一般由主动轮、从动轮和环形传动带组成。带传动一般由主动轮、从动轮和环形传动带组成。 带传动的工作原理带传动的工作原理 p静止时，两边拉力相等静止时，两边拉力相等 p传动时，拉力大的一边称为主动边（紧边），传动时，拉力大的一边称为主动边（紧边）， 拉力小的一边为从动边（松边）拉力小的一边为从动边（松边） p靠带与带轮接触弧间的摩擦力传递运动和动力靠带与带轮接触弧间的摩擦力传递运动和动力 F1 F2 Ff 1

4、 2 F0 F0 F0 F0 第二节第二节 F概述概述 F带传动的分类与特点带传动的分类与特点 FV型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F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 FV型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 带传动的类型（带传动的类型（1） 按工作原理分类按工作原理分类 摩擦传动型带传动摩擦传动型带传动 安装时带已经被拉紧，靠带与安装时带已经被拉紧，靠带与 带轮间的摩擦力完成传动。带轮间的摩擦力完成传动。 啮合传动型带传动啮合传动型带传动 同步带 通过带轮齿与带齿的啮合完成通过带轮齿与带

5、齿的啮合完成 传动。传动。 带传动的类型（带传动的类型（2） 按带截面形状分类按带截面形状分类 平带传动平带传动：截面为扁平矩形，：截面为扁平矩形， 底面是工作面，可实现多种底面是工作面，可实现多种 形式的传动形式的传动 带传动带传动：亦称三角带，截：亦称三角带，截 面为等腰梯形，带两侧面是面为等腰梯形，带两侧面是 工作面，当量摩擦系数大，工作面，当量摩擦系数大， 承载力大，只用于开口传动承载力大，只用于开口传动 多楔带传动多楔带传动：具平、带的：具平、带的 优点优点 FV Fn nf FfF Fn Fn FV nf FfF2 VvV FfF f 2/sin 带传动的类型（带传动的类型（3）

6、按传动形式分类按传动形式分类 开口开口传动传动 两轴平行，同向回转两轴平行，同向回转 交叉交叉传动传动 两轴平行，反向回转两轴平行，反向回转 半交叉半交叉传动传动 两轴交错，不能逆转两轴交错，不能逆转 带传动的特点带传动的特点 优点优点 远距离传动远距离传动 缓冲减振，运转平稳缓冲减振，运转平稳 过载保护过载保护 结构简单，结构简单， 精度低，精度低， 成本低成本低 缺点缺点 外廓尺寸和轴上压力大外廓尺寸和轴上压力大 传动比不固定，效率低传动比不固定，效率低 带的寿命短带的寿命短 需要张紧装置需要张紧装置 不宜用于高温和易燃场合不宜用于高温和易燃场合 第三节第三节 F概述概述 F带传动的分类与

7、特点带传动的分类与特点 FV型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F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 FV型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 V型带的结构组成型带的结构组成 伸张层伸张层( (顶胶顶胶) ) 压缩层压缩层( (底胶底胶) ) 强力层强力层( (抗拉体抗拉体) ) 包布层包布层 强力层强力层( (帘布、线绳帘布、线绳) ) 填充物填充物( (橡胶、帆布橡胶、帆布) ) 外包层（耐磨耐油胶布）外包层（耐磨耐油胶布） 帘布芯帘布芯 线绳芯线绳芯 V型带的类型型带的类型 普通带：普通带

8、：Y Y、Z Z、A A、B B、C C、D D、E E 窄带：窄带：SPZSPZ、SPASPA、SPBSPB、SPCSPC 传递功率较大，允许速度传递功率较大，允许速度 和挠曲次数较高，结构紧凑和挠曲次数较高，结构紧凑 当带弯曲时当带弯曲时中性层带长不变中性层带长不变截面带楔角截面带楔角变化变化 ( (减小减小)带轮轮槽角带轮轮槽角 0 04040 V型带的截面尺寸型带的截面尺寸 带在规定的张带在规定的张 紧力下，位于带紧力下，位于带 轮基准直径上的轮基准直径上的 周线长度，即周线长度，即V 带的公称长度带的公称长度 基准直径基准直径d d d 与带节面对应的与带节面对应的 带轮的直径带轮的

9、直径 基准长度基准长度L Ld d V带轮的结构带轮的结构 结构组成结构组成 轮缘安装带轮缘安装带 轮辐联接轮缘与轮毂轮辐联接轮缘与轮毂 轮毂安装轴轮毂安装轴 轮缘轮缘 轮辐轮辐 轮毂轮毂 基本结构型式基本结构型式 实心式实心式 腹板式腹板式椭圆辐式椭圆辐式孔板式孔板式 V带轮的设计要求与材料带轮的设计要求与材料 l质量小、工艺性好、质量分布均匀、质量小、工艺性好、质量分布均匀、 内应力小、高速，静动平衡内应力小、高速，静动平衡 l工作面应精细加工工作面应精细加工 带轮设计要求带轮设计要求 带轮材料带轮材料 l灰铸铁灰铸铁HT150HT150、HT200HT200常用常用 l铸钢、焊接（钢板）

10、高速铸钢、焊接（钢板）高速 l铸铝、塑料小功率铸铝、塑料小功率 第四节第四节 F概述概述 F带传动的分类与特点带传动的分类与特点 FV型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F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 FV型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 带的受力分析带的受力分析 静止状态静止状态 工作状态工作状态 紧边拉力增加：紧边拉力增加： F F0 0F F1 1（紧边拉力）（紧边拉力） 松边拉力减少：松边拉力减少： F F0 0F F2 2（松边拉力）（松边拉力） F F1 1 F F2 2

11、1 2 F0 F0 F0 F0 两边拉力相等两边拉力相等: : F F0 0（张紧力或初拉力）（张紧力或初拉力） F1 F2 Ff 1 2 绕进主动轮的一边为紧边绕进主动轮的一边为紧边 绕出从动轮的一边为紧边绕出从动轮的一边为紧边 绕出主动轮的一边为松边绕出主动轮的一边为松边 绕进从动轮的一边为松边绕进从动轮的一边为松边 带的有效圆周力带的有效圆周力 F1 F2 1 2 考虑带为弹性体，考虑带为弹性体， 紧边拉力增加导致紧边拉长紧边拉力增加导致紧边拉长 1 松边拉力减小导致松边缩短松边拉力减小导致松边缩短 2 假定带的总长度不变假定带的总长度不变 F F1 1F F0 0F F0 0F F2

12、2F F1 1F F2 22 2F F0 0 Ff 取主动轮上的带分析取主动轮上的带分析 F F1 1r r（F F2 2F Ff f）r r F F1 1F F2 2F Ff f 有效圆周力有效圆周力F 1 1 2 2 根据胡克定律根据胡克定律 带与带轮间的摩擦力带与带轮间的摩擦力 主动轮作用于带上的摩擦力的方向与轮圆周速度方向一致主动轮作用于带上的摩擦力的方向与轮圆周速度方向一致 带作用于从动轮上的摩擦力的方向与带运动方向一致带作用于从动轮上的摩擦力的方向与带运动方向一致 紧边拉力与松边拉力的关系紧边拉力与松边拉力的关系 欧拉公式欧拉公式 eFF 21 dFN dld F+dF F d/2

13、 d/2 F2 F1 fdFN 最大有效圆周力最大有效圆周力 F F1 1F F2 22 2F F0 0 F F1 1F F2 2F Ff f F F1 1F F0 0F Ff f/2/2 F F2 2F F0 0 - -F Ff f/2 /2 eFF 21 1 1 2 0maxmax e e FFF f 0 0max max ，压紧力越大摩擦力越大，过大会加剧带的磨损压紧力越大摩擦力越大，过大会加剧带的磨损 max max ，包角包角越大，带与带轮接触弧越长，总摩擦力越大越大，带与带轮接触弧越长，总摩擦力越大 max max 问题：带传动的松边在上还是在下好？问题：带传动的松边在上还是在下好

14、？ 带传动的功率带传动的功率 P = Fv / 1000 (kw) 带速一定时，功率与有效圆周力成正比带速一定时，功率与有效圆周力成正比 带传动带传动f f 有限，有限，P P = =f f v v有限，要提高有限，要提高 P P可增大可增大v v，故宜故宜将带传动布置在高速级将带传动布置在高速级 问题：带传动适合于高速级还是低速级？问题：带传动适合于高速级还是低速级？ 第五节第五节 F概述概述 F带传动的分类与特点带传动的分类与特点 FV型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F带传动的失效形式与计算准则带传动的失效形式与计算

15、准则 FV型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 带传动工作时的应力及其分布带传动工作时的应力及其分布 由紧边和松边拉力产生的拉应力由紧边和松边拉力产生的拉应力 1 1F F1 1/A/A， 2 2F F2 2/A/A，1 12 2 带与轮接触弧处的拉应力自紧边向松边方向递减带与轮接触弧处的拉应力自紧边向松边方向递减 由带弯曲产生的弯曲应力由带弯曲产生的弯曲应力 b1 b1 2E2Eh h/ /d dd1 d1， ， b2 b2 2E2Eh h/ /d dd2 d2 仅分布于带与轮接触弧区域仅分布于带与轮接触弧区域 d dd1 d1 v带 带 v2 ， ，v1 v2 （2）带传动传动

16、比不稳定带传动传动比不稳定 F1 F2 紧边紧边 松边松边 %100 1 21 v vv 弹性滑动弹性滑动率：率： )1 ( 1 2 2 1 d d d d n n i 1 2 d d d d 带的弹性滑动（带的弹性滑动（2） 接触弧静弧滑动弧接触弧静弧滑动弧 包角静角滑动角包角静角滑动角 静弧在带绕入带轮的一侧静弧在带绕入带轮的一侧 滑动弧在带绕出带轮的一侧滑动弧在带绕出带轮的一侧 打滑打滑 l随着有效拉力增大，滑动角也增大。随着有效拉力增大，滑动角也增大。 l当传递的载荷（实际的圆周力）达到最大当传递的载荷（实际的圆周力）达到最大 有效圆周力时，皮带就会沿轮面全面滑动有效圆周力时，皮带就会

17、沿轮面全面滑动 （即滑动角等于整个包角），此为带传动（即滑动角等于整个包角），此为带传动 的失效形式之一，的失效形式之一，打滑打滑。 l打滑首先发生在小带轮处打滑首先发生在小带轮处 l打滑可以避免（控制有效拉力、提高最大打滑可以避免（控制有效拉力、提高最大 有效拉力）有效拉力） l打滑可起到过载保护作用打滑可起到过载保护作用 带传动的失效形式和设计准则带传动的失效形式和设计准则 失效形式失效形式 打滑；带的疲劳损坏打滑；带的疲劳损坏 设计准则设计准则 FF Ffmax； max= 1+ b1+ c 设计依据设计依据 保证不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强度或寿命保证不打滑的条件下，使带具有一

18、定的疲劳强度或寿命 单根带允许传递的最大功率单根带允许传递的最大功率 1000 ) 1 1 ( 1000 1 v e F Fv P 不打滑不打滑不疲劳破坏不疲劳破坏 1000 ) 1 1)( 1 Av e Cb 1000 ) 1 1 ( 1 v e A 平型带平型带 V型带型带 将上式中的摩擦系数将上式中的摩擦系数 替换成当量摩擦系数替换成当量摩擦系数 e e，得到单，得到单 根根V V型带允许传递的最大功率型带允许传递的最大功率 2 cos 2 sin e 单根带的基本额定功率单根带的基本额定功率P0 在特定条件下（平稳载荷、传动比在特定条件下（平稳载荷、传动比i i1 1、特定带长），、特

19、定带长）， 带能传递的功率带能传递的功率 m p d tvZ CL 3600 1000 ) 1 1)( 1 0 Av e P Cb 由带结构及材质决定的实验常数由带结构及材质决定的实验常数 许用应力许用应力带轮数（通常取带轮数（通常取2） 带的基准长度带的基准长度 指数（普通指数（普通V带取带取11.1）带的寿命带的寿命 教材教材p328表表31-3和和p329表表31-4 提高带传动工作能力的措施提高带传动工作能力的措施 n增大摩擦系数增大摩擦系数（材料、带速、滑动率）（材料、带速、滑动率） n增大包角增大包角（减小传动比、增大中心距、采用张紧装置）（减小传动比、增大中心距、采用张紧装置）

20、n采用新型带传动采用新型带传动 n采用高强度带材料采用高强度带材料 第七节第七节 F概述概述 F带传动的分类与特点带传动的分类与特点 FV型带与带轮的结构型带与带轮的结构 F带传动的受力分析带传动的受力分析 F带传动的应力分析带传动的应力分析 F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 FV型带传动的设计型带传动的设计 F张紧装置张紧装置 设计内容设计内容 传递的名义功率传递的名义功率P P 主动轮转速主动轮转速n n1 1 从动轮转速从动轮转速n n2 2或传动比或传动比i i 传动位置要求传动位置要求 工况条件、原动机类型等工况条件、原动机类型等 已知条件已知条件 V V带的型

21、号、长度和根数带的型号、长度和根数 带轮直径和结构带轮直径和结构 传动中心距传动中心距a a 验算带速验算带速v v 和包角和包角 计算初拉力和压轴力计算初拉力和压轴力 设计内容设计内容 设计步骤设计步骤 7 7、计算带的根数、计算带的根数 z z 2 2、根据、根据n n1 1、 P Pc c 选择带的型号 选择带的型号 3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、确定计算功率、确定计算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、验算带速、验算带速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、确定中心距、确定中心距a a 及

22、带长及带长 L Ld d 6 6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角1 1 N z z 7 7 ？ N N Y Y 8 8、确定初拉力、确定初拉力 F F0 0 9 9、计算压轴力、计算压轴力 F FQ Q 1010、带轮结构设计、带轮结构设计 设计步骤设计步骤 2 2、根据、根据n n1 1、 P Pc c 选择带的型号 选择带的型号 3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、确定计算功率、确定计算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、验算带速、验算带速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、确定中心距、确定中

23、心距a a 及带长及带长 L Ld d 6 6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角1 1 N K KA A教材教材p332p332表表31-731-7 教材教材p332p332图图31-1531-15和和p333p333 图图31-1631-16，并由，并由p319p319表表31-31- 1 1得截面尺寸得截面尺寸 设计步骤设计步骤 2 2、根据、根据n n1 1、 P Pc c 选择带的型号 选择带的型号 3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、确定计算功率、确定计算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、验算带速、验算带速v v

24、( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、确定中心距、确定中心距a a 及带长及带长 L Ld d 6 6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角1 1 N 带轮越小，弯曲应力越大带轮越小，弯曲应力越大 小带轮基准直径小带轮基准直径d dd1 d1 d dminmin 带轮越大，传动尺寸越大带轮越大，传动尺寸越大 大带轮直径大带轮直径d dd2 d2=i(1- =i(1- ) )d dd1 d1 带轮基准直径按教材带轮基准直径按教材p334p334 表表31-831-8取整取整 Y 20 Z 50 SPZ 63 A 75 SPA 90 B 125 SPB 140 C 200 SPC

25、224 D 355 E 500 dmin 设计步骤设计步骤 2 2、根据、根据n n1 1、 P Pc c 选择带的型号 选择带的型号 3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、确定计算功率、确定计算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、验算带速、验算带速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、确定中心距、确定中心距a a 及带长及带长 L Ld d 6 6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角1 1 N a a L L 1 1 a a N N t t 0 2 12 2100 42 2 a dd ddaL dd d

26、dd 初算带长初算带长 确定基准带长确定基准带长 教材教材p320表表31-2 2 0 0 dd LL aa 确定中心距确定中心距 0.55(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2) 初算中心距初算中心距 设计步骤设计步骤 2 2、根据、根据n n1 1、 P Pc c 选择带的型号 选择带的型号 3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、确定计算功率、确定计算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、验算带速、验算带速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、确定中心距、确定中心距a a 及带长及带长 L Ld d 6 6、验算主动轮的包角、验算主动轮的包角1 1 N 3 .57180 12 1 a dd 包角包角摩擦力摩擦力传动能力传动能力 1 120o 设计步骤设计步骤 7 7、计算带的根数、计算带的根数 z z 2 2、根据、根据n n1 1、 P Pc c 选择带的型号 选择带的型号 3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1 d1、 、d dd2 d2 z z 7 7 ？ N N Y Y 8 8、确定初拉力、确定初拉力 F F0 0 9 9、计算压轴力、计算压轴力 F FQ Q 1010、带轮结构设计、带