机械设计 第九版 带传动

1、第三篇 机械传动 一一.传动的重要性：传动的重要性： 二二.机械传动分类：机械传动分类： 机械传动机械传动 按传动比 是否变化分 摩擦传动摩擦传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 啮合传动啮合传动 直接接触 靠中间件 齿轮、蜗杆及螺旋传动齿轮、蜗杆及螺旋传动 链、同步带传动链、同步带传动 定传动比传动定传动比传动 变传动比传动变传动比传动 有级变速传动有级变速传动 无级变速传动无级变速传动 按传力 方式分直接接触 靠中间件 1.调整速度：减速箱，变速器； 2.改变运动形式：回转，摆动，直线运动； 3.一台原动机带多个执行机构； 4.安全、维护、尺寸等需要（如分离、制动）。 三三.机械传动类

2、型选择概要机械传动类型选择概要 主要指标：主要指标：效率高，尺寸小，运动形式，满足生产条件和工作要求。 1.功率与效率功率与效率（ P141表2） 2.2.速度速度（ P142表3）： 速度是传动的主要运动特性之一。速度是传动的主要运动特性之一。不同的运动形式受 不同因素的限制，如动载荷、离心力、振动、发热等影响。 3.3.工作环境：工作环境：空间大小、噪声、防尘、防爆。 效率是评定传动性能的主要指标之一。效率是评定传动性能的主要指标之一。 效率低不适于大功率、经常工作的机械。 传递功率传递功率受多种因素的影响，如传动原理、承载能 力、载荷分布、工作速度、制造精度、工作效率等。 啮合传动的功率

3、大于摩擦传动； 本篇内容： 带传动 链传动 齿轮传动 蜗杆传动 第八章第八章 带传动带传动 基本要求：基本要求： 1 1）熟悉带的工作原理、传动特点及应用范围； 2 2）掌握带传动的受力分析、弹性滑动与打滑现象、失效形式、 设计准则； 3 3）掌握V带传动的设计方法以及提高带传动承载能力的措施； 4 4）了解各种类型传动带的结构形式、特点和应用，并加以比 较。着重了解平带传动V带传动的特点。 5 5）了解带传动的张紧方式和带轮的结构设计。 重重 点点： 1 1）带）带传动的工作情况分析、弹性滑动与打滑现象、失效形式、 设计准则； 2 2）提高带传动承载能力的措施； 3 3）平带传动、V带传动的

4、特点。 8-1 8-1 概概 述述 一一. .带传动的组成及工作原理：带传动的组成及工作原理： 带张紧在两带轮上，工作前带已受到预拉力的作用， 使带与带轮接触面间产生压力。工作时，主动轮通过摩 擦力使带运动，带通过摩擦力使从动轮转动。 因摩擦力摩擦力在一定范围内变动，故在一定的范围内， 随着工作阻力矩的增大，摩擦力矩也相应增大。当阻力阻力 矩大于最大摩擦力矩矩大于最大摩擦力矩时，出现打滑现象出现打滑现象，这时主动轮转 动而带和从动带轮均不动，传动失效。 v v 按带的截面形状分类有按带的截面形状分类有 平带 V带 特殊截面带 同步带 二二. . 带传动的类型：带传动的类型： 按轴的位置关系有按

5、轴的位置关系有: : 按照传动比分类：按照传动比分类： 定传动比； 有级变速； 无级变速 类型 平带 V 带 多楔带 同步带 结构 特点 结构最简 单、易于 制造 传 递 摩 擦 力大、传动 比大、结构 较紧凑 传递功率大、 摩 擦力大、 柔性好 传 动 比 准 确、轴向压 力小；但安 装 和 制 造 要求高 标准化 已标准化 已标准化 已标准化 应用 场合 传动中心 距较大 应用广泛 传递功率较大、 结构要求紧凑、 变载荷或冲击 较高线速度， 可达 50m/s。 带传动的主要类型带传动的主要类型 四四. V. V带的类型与结构带的类型与结构 普通普通V带带、窄V 带、宽 V带、大楔角 V 带

6、、汽车V带等。 三三. . 带传动的特点：带传动的特点： 1.1.中心距大。可传递多个相距较远轴之间的运动； 2.2.能缓冲减振，运转平稳无噪音； 3.3.对摩擦式传动具有过载保护作用； 4.4.不需要润滑，环境易清洁； 5.5.结构简单，维修方便，价格低廉； 6.6.适用于高速传动； 7.7.瞬时传动比不恒定，效率较低，寿命较短； 8.8.需张紧，对轴和轴承的压力大； 9.9.因摩擦易产生静电，不宜用于有易燃物场所。 % V带的类型带的类型： 抗拉体：抗拉体： 帘布：帘布：制造方便 绳芯：绳芯：柔软易弯曲有利提高寿命， 材料可为化学纤维或棉织物。 普通V带已标准化标准化。普通V 带按截面尺寸

7、由小到大的顺序 分为Y、Z、A、B、C、D、E七 种型号（各型号的截面 尺寸见P145表8-1）。 % 普通普通V V带带 组成：组成：顶胶、底胶、抗拉体、包布 相对高度 的V带称普通V带(bP带轮的节宽)。 0.7 b h P 节线：节线：当带纵向弯曲时，在带中 保持原长度不变的任一条周线； 节面：节面：由全部节线组成的面； 节宽：节宽：带的节面的宽度。用bp表示。 % 名词解释名词解释 V带的基准长度：带的基准长度：位于基准直径上周线长度。用Ld表示， 见 P145表8-2。 基准直径：基准直径： d d 节圆直径：节圆直径：V带轮上与V带节宽相对应的带轮的直径 。p d pd dd %

8、窄窄V带带 窄窄V V带按截面尺寸分为SPZ、SPA、 SPB、SPC四种型号四种型号。 相对高度 V带称窄V带。比普通V带 传递的功率大。 0.9 b h P bp 五五. . 几何计算几何计算 22 2 2 2 1 1 dd dd BCL 2 2 1 1cos 将 带入经整理得： 在角 较小的情况下，有： sin 2 12 a dd dd a dd ddaL dd dd 4 )( )( 2 2 2 12 12 2 12 2 1212 )(8)(2)(2 8 1 dddddd ddddLddLa 1d d2d d 1 o 2 o E o 12 oo 1 3 .571802180 a dd d

9、d )()( 2 cos2 1212dddd dddda 四四. .应用范围应用范围：主要用于两轴平行且转向相同的场合。以及对 传动比无精确要求的中小功率传动。 7ima10smv/255kwP50一般： 8 82 2 带传动工作情况分析带传动工作情况分析 一一. . 带传动中的力分析：带传动中的力分析： F0 F0 F0 F0 工作前：工作前：带以一定的张紧力安装在带轮上，带受初拉力F0 2001 FFFF 021 2FFF 工作时：工作时：由于带与轮的摩擦，形成紧边 和松边 20 FF 10 FF 0 222 0 1 1 1 2 1 ddd f d F d F d FT ef FFFF 2

10、1 有效拉力 kW vF P e 1000 )( 21 FFFP e 要求 以 、 分别表示带速和传递的名 义功率，则有： v 1 P 在一定的条件下，摩擦力有一极限值，如果工作阻力超过 极限值，带就在轮面上打滑，传动不能正常工作。 22 0201 ee F FF F FF 021 2FFF e FFF 21 以主动轮为隔离体：以主动轮为隔离体： Ff 二二.带传动的最大有效拉力及其影响因素：带传动的最大有效拉力及其影响因素： F1 F2F F+dF dN fdN r 现以平带为例：现以平带为例： 0 2 sin)( 2 sin d dFF d FdN 略去高阶微量 ，并考虑到 、 则有： 2

11、 sin d dF 22 sin dd 1 2 cos d fd F dF dfdF F F F 0 1 2 1 f e F F 2 1 临界条件下带的一微段受力如 图所示，有： 柔韧体摩擦的欧拉公式 返回 0 2 cos 2 cos)( d F d dFFfdN f F F 2 1 ln FQFQ FN FN FN /2 /2 QNf fFfFF平带： 2/sin22 sin2: Q NQN F FFFV带 1 1 1 21 vv v f ec f f ec e FF e e FF Qv 2 Q Nf Ff sin fF fFF 2 从上式可看出，影响有效拉力的因素有三个：从上式可看出，影响

12、有效拉力的因素有三个： 因因f v f ， f Fec ，故在相同的条件下，故在相同的条件下，V带能传递较大带能传递较大 的功率。或者说，在相的功率。或者说，在相 同的条件下，同的条件下，V带传动的结构较紧凑；带传动的结构较紧凑； 包角包角 F ec ； F0F ec 。 F0越大越好吗？越 小呢？ 2 sin ffv式中式中 v f e F F 2 1 则则 vv v ff f ec e F e e FFFF 1 1 1 1 2 1021 最大最大(临界临界)有效拉力有效拉力 三三. . 带的应力分析：带的应力分析： 1.1.离心拉应力：离心拉应力： 于是带的离心拉力为：于是带的离心拉力为：

13、 2 qvFc 离心拉应力为：离心拉应力为： 2 v A Fc c c v dF d F d F R v Rdq ccc 2 2 2 sin2)( 2 如图所示,由微段弧长的力平衡式有 1 2 c 2 1 1b max 2.2.紧、松边拉应力紧、松边拉应力： MPa A F1 1 MPa A F2 2 带的截 面面积 3.3.弯曲应力：弯曲应力： di bi d h E bd d 带的高度 cb 11max max min a bd cc 2b a b c d 结论：结论：带在变应力变应力作用下工作,疲劳破坏疲劳破坏 必然是其失效形式之一。应力以紧边开始紧边开始 绕上小带轮处最大绕上小带轮处最

14、大。 四四. 带传动弹性滑动：带传动弹性滑动： 如图所示，带自a点绕上主 动带轮时，带与带轮相切点的 速度是相等的，此时带所受拉 力最大，带的应变最大。但当 带沿弧ab继续前进时，带的拉 力逐渐减小直至F2，带的应变 也相应减小到最小，因此，带 在跟随带轮前进的同时还逐渐 向后缩，从而导致带的速度落 后于带轮的线速度。 同样的情况也发生在从动 轮上，但这时由于拉力渐增， 应变也渐增，因此带的实际速 度领先于带轮的线速度。 从动轮对主动轮速度的相对降低率称为滑动率滑动率。 1 2 1 2 1 21 1 n n d d v vv d d 1 2 2 1 )1 ( d d d d n n i 传动比

15、传动比 弹性滑动与打滑：弹性滑动与打滑：1）区别： 2）带来的后果： 外载荷增加，使得 maxfece FFF 带的磨损急剧增加、从动轮的转速急 剧下降，直至传动失效。 可以避免的 产生的原因 造成的后果 打滑的特点 打打 滑滑 21 vvv 带 即有： 8 83 3 普通普通V V带传动的设计计算带传动的设计计算 一一. . 设计准则和单根设计准则和单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率 1.1.失效形式失效形式 2 2）磨损）磨损 1 1）打滑）打滑 Fec Ffmax & 使带传动传递功率不超过许用值，转 矩一定时取较大带轮直径； & 控制初拉力F0和小轮包角1 3 3）带的疲劳破坏

16、）带的疲劳破坏 弹性滑动弹性滑动 提高V带的耐磨性 打打 滑滑 降低带轮表面的粗糙度 疲劳断裂max & 减小max，如限制V带带轮的最小直径以控 制b1,控制工作拉力和离心力； & 改变带的材料，提高。 2.设计准则设计准则 在保证不打滑的条件下在保证不打滑的条件下,使带具有一定的疲劳强度和寿命。使带具有一定的疲劳强度和寿命。 选择带的型号选择带的型号确定带的根数确定带的根数 确定带轮结构、张紧等确定带轮结构、张紧等 3.V带设计的目的：带设计的目的： 带满足疲劳强度要求的条件为： 11max cb 在满足设计准则的情况下，单根带能传递的最大功率为： 4.单根带的基本额定功率单根带的基本额定

17、功率 Kw) 1 1 ( 1000 )( 1000 vF 1ec 0 v f cb e Av P 或 cb 11 ) e 1 (1A 1 1 11 ff ec vv e FF 带的有效拉力 在在载荷平稳、包角为180o和特定带长条件下,由实验、分析计算 求得不同型号单根普通V带传递的基本额定功率P0见P151表8-4 5.实际工作条件下对实际工作条件下对P0的修正的修正 Lr KKPPP 00 包角系数，P155表8-6，1 、F 长度系数，长度系数，P145表表8-2 0 P-功率增量，计i对P0的影响，由于 1i 12dd dd 弯曲应力较小,P153表8-5 四四.V.V带传动的设计步骤

18、和方法带传动的设计步骤和方法 已知原始数据已知原始数据：P、n1、n2(i12)、传动位置要求及工作条件 设计的内容设计的内容：1 1）带：）带：规格（截面形状）、长度、根数； 2 2）传动中心距；）传动中心距； 3 3）带轮结构设计。）带轮结构设计。 4 4）张紧设计张紧设计 1.1.确定计算功率确定计算功率： 根据计算功率Pca和小带轮转速n1由P157图8-11选取。 3. 3. 带轮的基准直径带轮的基准直径： Pca= KAP 与使用工况有关，见P156表8-8 2.2.选带型：选带型： 1 12dd idd标准化（表8-9） 小带轮直径不宜太小，否则弯曲应力过大，带的寿命太 短。设计

19、中应 (P155表8-7)，较理想的情况是使 对应的带速V在1020m/s。 dmind dd 1 4.4.验算带速验算带速： sm nd v d / 100060 11 普通V带： smv/255 窄V带： smv/355 尺寸、zFvkW Fv P 1000 带速v在1020m/s较好 2 2）中心距太小,带的寿命短,同时传递的有效圆周力也小；中心 距也不能太大,否则外廓尺寸过大。合适的中心距为： 1）若环境已定，则由环境定。 5.5.确定中心距确定中心距a a与基准长度与基准长度L Ld d： 21021 27 . 0 dddd ddadd mm LL aa dd 2 0 0 0 2 1

20、2 1200 4 )( )( 2 2 a dd ddaL dd ddd L Ld,d,已已标准化(P145表8-2) 考虑到安装调整及补偿F0的需要，中心矩范围为： dd LaaLaa03. 0015. 0 maxmin 6.6.验算包角验算包角1 1： 1203 .57180 12 1 a dd dd 8.预紧力预紧力F0： 太小则传递的有效拉力小；太大则带寿命短，对轴的压力大。 2 0 )5 . 2( 500qv zvK PK F ca 7.带的根数：带的根数：10 )( 00 aa L c r c KKPP P P P z z10主要是为了使带受力均匀，结构不致太大。 为后面轴、轴承的计

21、算打基础 10.10.带轮的结构设计带轮的结构设计 2 sin2 1 0 FFp 精确： 21 FFF p 适当增大带轮直径（或提高带速）；适当增大带轮直径（或提高带速）； 适当增加带长；适当增加带长； 适当增加带的根数（一般小于适当增加带的根数（一般小于1010根）；根）； 增大包角。增大包角。 9.9.压轴力压轴力F Fp p（单根）（单根）: : %提高提高V V带承载能力的措施：带承载能力的措施： 0 F 0 F p F 0 F 0 F p F 1 F 2 F 8-4 V8-4 V带轮的设计带轮的设计 一一. .带轮的结构设计：带轮的结构设计： 1.1.设计要求设计要求： 1）质量小，

22、且质量分布均匀，高速时需作动平衡实验； 2）工艺性好； 3）无大的铸造应力； 4）轮槽的粗糙度不高于3.2，以减少磨损； 5）多根带时，各轮槽的尺寸精度应一致，使各根带受均匀。 2.2.带轮的材料带轮的材料：HT150、HT200； 高速：铸钢； 小功率：非金属、铸铝 3.3.带轮的结构：带轮的结构： V带带轮轮芯部分的结构随带轮的大小不同可以是实 心、腹板、孔板和轮辐式的，各部分的结构和尺寸见教 材或手册。 带轮的结构带轮的结构 盘式（实心式）盘式（实心式） 腹板式腹板式 孔板式孔板式 带轮结构尺寸见图8-14， 轮槽尺寸见表8-11。 （轮槽夹角40） 轮辐式轮辐式 8-5 V8-5 V带

23、传动的张紧、安装与防护带传动的张紧、安装与防护 V V带传动的张紧：带传动的张紧： 1.定期张紧装置 2.自动张紧装置 3.采用张紧轮的张紧装置 张紧轮的放置： 1）松边内侧，使带只受单向弯曲； 2）尽量靠近大带轮，避免1减小过多； 3）轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮。 V V带传动的安装：带传动的安装： V V带传动的防护：带传动的防护： 各带轮的轴线应平行（开口传动） 置于铁丝网或保护罩之内。 设 计 例 题设 计 例 题 例：例：试设计一鼓风机用普通V带传动.已知:动力机为Y系列三相 异步电机,功率P=7.5kW,转速n1=1440rpm,风机转速n2=630rpm, 每天工作1

24、6小时，希望中心距不超过700mm。 解：解： 1.计算功率：计算功率： Pca =KAP=1.27.5=9kW 2.选择带的型号：选择带的型号： 由图8-11选择A型 3.带轮直径（带轮直径（表8-6）取mmdd)140(125 1 sm nd v d /)55.10(42. 9 100060 11 )320(5 .287 1 2 1 2 dd d n n d min/)640(86.642 2 rn 取mmdd315280 2 带速合适带速合适 转速误差：转速误差： %)6 . 1%(2 2 22 n nn 4.确定带长：确定带长： mm a dddd aL dddd d )2125(2044 4 )( 2 )( 2 2 1212 0 由表8-2取：Ld=2000(2000)mm 实际中心距：实际中心距： mmLLaa dd )5.637(678)( 2 1 00 表8-4a，Po=1.93(2.27)； )955. 0(