机械设计第七章PPT课件

1、第一节 概述带传动的特点及应用带传动的主要类型V带的类型及结构第1页/共117页beltDriver pulley Driven pulley 带传动的组成带传动的组成原动机转动主动轮转动驱动主动轮从动轮转动带与轮的摩擦工作原理：利用中间挠性件(带)，靠摩擦力(或啮合)在主、从动轴间传递旋转运动和动力。一、带传动的特点及应用第2页/共117页带传动的优点 有过载保护作用 过载时带与带轮之间打滑，防止其他零件损坏。 带具有良好的弹性，有缓冲吸振作用，运行平稳无噪音。 适于远距离传动（amax=15m） 制造、安装精度要求不高，结构简单，装拆方便。第3页/共117页带传动的缺点 张紧力较大（与啮合

2、传动相比），轴上压力较大 有弹性滑动，不能保持准确的瞬时传动比。 带寿命较短 结构尺寸较大、不紧凑 带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。第4页/共117页应用：两轴平行、且同向转动的场合，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=525 m/s 传动比：imax=7 效率： 0.90.95带传动的应用 第5页/共117页第一节 概述带传动的特点及应用带传动的主要类型V带的类型及结构第6页/共117页类型摩擦型啮合型带传动的类型平带V型带多楔带圆形带Flat beltRound beltV-belt同步带传动第7页/共117页各种带传动V带平带多楔

3、带同步带圆带第8页/共117页 平带传动 横截面为扁平矩形，与带轮表面接触的带的内表面是工作表面。 平带的带体薄、软、轻，具有良好的耐弯曲性能，适用于小直径带轮传动。第9页/共117页大理石切割机-平带传动第10页/共117页带式运输机平带传动Flat Belt Conveyor 第11页/共117页发动机中的带传动第12页/共117页电影放映机-平带交叉传动第13页/共117页 V带传动 应用最广的带传动，在同样的张紧力下，带传动与平带传动相比能产生更大的摩擦力。FNNN第14页/共117页拖拉机-普通V带传动第15页/共117页 多楔带传动 兼有平带传动和带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，

4、主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。第16页/共117页Other Types of V-beltLight Duty V-Belt High Power V-Belt Double V-Belt Banded V-Belt 第17页/共117页同步带传动 是一种啮合传动，具有的优点是： 无滑动，能保证固定的传动比； 带的柔韧性好，所用带轮直径可较小； 预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小； 带的厚度小，单位长度的质量小，允许的线速度较高。 缺点：安装时中心距的要求严格，价格较贵。第18页/共117页梯形齿同步带 圆弧齿同步带 第19页/共117页双面齿同步带 对称齿 交错齿 第20页/共1

5、17页同步带带轮第21页/共117页机器人关节-同步带传动第22页/共117页VERDE V3000平开自动门第23页/共117页圆带 用于轻、小型机械，如缝纫机的皮带。第24页/共117页第一节 概述带传动的特点及应用带传动的主要类型V带的类型及结构第25页/共117页三 、V带传动的类型及结构 V带传动的类型 普通V带 窄V带 联组V带 齿形V带 大楔角V带 宽V带第26页/共117页普通V带的截面参数带的节宽bp（中性层的宽度）基准长度Ld （公称长度）：普通V带在规定的张紧力下，沿V带节宽量取的周线长度。顶宽b楔角j j = 40相对高度h /bp0.7第27页/共117页普通V带 抗

6、拉体为帘布芯或绳芯； 楔角为40度； 相对高度近似为0.7； 梯形截面无接头的环形带 第28页/共117页普通V带的截面型号A AY YZ ZE EB BC CD D第29页/共117页长度系列表第30页/共117页普通V带带轮的参数 轮槽节宽bd（轮槽的基准宽度）：带轮的轮槽与配用V带节宽相等处的槽宽。 带轮的基准直径dd ：V带轮在轮槽节宽处的直径。bd第31页/共117页V-belt pulley（V带轮）第32页/共117页普通V带传动的几何计算 基本参数： 中心距a（计算值） 带长Ld（基准长度） （标准值） 带轮基准直径dd （标准值） 包角a （计算值）带轮基准直径所在圆周第33

7、页/共117页aa2221 3 .571801212addadddddda a a aadddd2sin12 弧度单位(rad)角度单位(度)普通V带传动的几何计算第34页/共117页1212221122 cos22()2()24dddddddddLaddaddaaaaa dL = 2AB+ AC + DB221212212()2()8()8dddddddLddLdddda第35页/共117页V带的其他类型 窄V带：抗拉体为绳芯，楔角为40度，相对高度近似为0.9，梯形截面环形带。 宽V带：抗拉体为绳芯，相对高度近似为0.3梯形截面环形带。 第36页/共117页 联组V带是由几条相同的 普通V

8、带或窄带由连接层连在一起。具有良好的整体性。各条带受力均匀、运行平稳、承载传力高、使用寿命长。 大楔角V带：抗拉体为绳芯，楔角为60度的聚氨酯环形带。V带的其他类型第37页/共117页 齿形V带：抗拉体为绳芯结构，内周制成齿型的带 V带的其他类型第38页/共117页第二节 带传动工作情况分析 带传动中的力分析 带的最小初拉力和临界摩擦力 带的应力分析 带的弹性滑动与打滑第39页/共117页一、带传动中的力分析 以一定的初拉力将带张紧在两带轮上，在初拉力作用下 ，带与带轮的接触面上产生正压力，未工作时，带的两边受相同的初拉力F0。1. 工作前第40页/共117页1a压轴力0F0F带受力分析带轮受

9、力分析2sin210aFFp压轴力第41页/共117页1n1F2F1F2F主动轮从动轮2. 工作时：轮对带的摩擦力带对轮的摩擦力形成紧边：F0F1（下）松边：F0F2（上）v2n第42页/共117页1n1F2F02120012FFFFFFF假设带的总长不变F1F2 = Ff 取与带轮接触的传动带为分离体，各力对带轮轮心的力矩平衡，则有：带传动工作时，接触面上的总摩擦力带传递的功率为：12()1000FF vP2. 工作时：第43页/共117页讨论松、紧边拉力之差越大，传递的功率就越大带传递的功率为：12()1000FF vP对松、紧边拉力之差有没有限制？对带传递的功率有没有限制？第44页/共1

10、17页1n1F2F工作面上总摩擦力极限值取决于哪些因素？带与带轮接触弧长摩擦系数带与带轮的正压力带轮包角初拉力以一定的初拉力和中心距将皮带安装好以后，摩擦力极限值确定。带与带轮材料第45页/共117页1n1F2F摩擦力Ff的极限值 限制了带的松、紧边拉力之差； 限制了带的传动能力。F1F2 = Ff 工作时带传递的功率为：12()1000FF vPfcF带能够传递的最大功率为：,max1000fFvP 第46页/共117页带传动的有效圆周力带传动的有效圆周力传递一定功率对传动提出的需求12efFFFF10001000eeF vPPFv带传动的最大有效圆周力带传动的最大有效圆周力（临界有效拉力）

11、ecfcFF由带轮包角、摩擦系数和初拉力决定的确定值。又称为临界摩擦力由功率和带速决定的动态值。第47页/共117页第二节 带传动工作情况分析 带传动中的力分析 带的最小初拉力和临界摩擦力 带的应力分析 带的弹性滑动与打滑第48页/共117页二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力vPFe1000 为满足传递功率的要求，必须保证松、紧边拉力之差为 因此，对带有最小初拉力F0min的要求。带在安装时，应保证带轮的初拉力应大于最小初拉力F0min。 带轮在安装时达到的初拉力，确定了带的传动能力。若给定功率，当带速一定时，121000eecfcPFFFFFv第49页/共117页临界有效拉力=临界摩擦力临界

12、状态下（即将发生打滑时），松紧边拉力之间的关系用柔韧体欧拉公式描述：121afeFF平带摩擦系数V带当量摩擦系数小带轮包角（rad）二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力ecfcFFsin/ 2vff第50页/共117页V带的当量摩擦系数平带的摩擦力为：fFNfFQf V V带的摩擦力为： vQQffFfFNfF 2/sin2j jf v 当量摩擦系数，显然 f v f相同压轴力，V V带的摩擦力大于平带，传动能力更大压轴力sin/ 2vff第51页/共117页112fFeFa a 柔韧体欧拉公式1202FFF假定一定初拉力前提下，处于临界状态时12ecFFF102022ececFFFFFF 二、

13、带传动的最小初拉力和临界摩擦力110121fecfeFFea aa a 第52页/共117页）小带轮包角（小带轮包角（radeFFeeFFfecffec 21111111a aa aa aa a对于V带，摩擦系数f代入当量摩擦系数)2/sin(jffv二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力第53页/共117页2adF+dF2adnaddrdNfdNxF1F2FY欧拉公式的推导02cos2cos)( :002sin2sin)( :0 fdNdFddFFYdNdFddFFXa aa aa aa adNFdddFdddNdFddFdFX a aa aa aa aa aa aa a可以略去可以略去，2si

14、n22sin02sin2sin2sin:0fdNdFdfdNdFddFdFY 12cos02cos2cos2cos:0a aa aa aa a第54页/共117页欧拉公式的推导111122lnfFFfeFFa aa adFfdNFddNadFfdFa1120FFdFfdFaa2adF+dF2adnaddrdNfdNxF1F2FY第55页/共117页为什么将带传动一般设计成松边在上？松边在下，由于悬垂力作用，带比较松弛，小带轮包角小，传动效率低。松边在上，由于悬垂力作用，能够增加带的包角，提高传动效率。第56页/共117页思考题两种形式的主动轮转速相同，初拉力相同，哪种形式传递的最大功率大？d1

15、=D2，d2=D1+第57页/共117页图示塔轮平带传动，d1=D2，d2=D1，中心距a不变。设计此带传动，使其既能实现减速传动，又能实现增速传动。（1）若主动轮转速n1和传递的功率P一定，则改传动应该按减速还是按增速设计？（2）若主动轮转速n1和工作阻力矩T一定，则应按照哪种情况设计？d1D2d2D1an1思考题第58页/共117页第二节 带传动工作情况分析 带传动中的力分析 带的最小初拉力和临界摩擦力 带的应力分析 带的弹性滑动与打滑第59页/共117页1.1.拉应力AFF2211A 松边的拉应力：松边的拉应力：紧边的拉应力：紧边的拉应力：式中： A为带的横截面积（mm2） F1紧边拉力

16、（N） F2松边拉力（N）三、带的应力分析第60页/共117页2 2、弯曲应力ddddd22/dhEhEhEb dd/2h Eb min12121 ddbbddbdddddhd 设设计计要要求求：因因、带带轮轮直直径径带带高高讨讨论论： 三、带的应力分析第61页/共117页3 3、 离心拉应力由离心力所产生的拉力FcAqvAFCc2 线密度线密度qqvFc 2 离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用在带的全长。 三、带的应力分析第62页/共117页带在微弧段上产生的离心力dFNc： 2NcdFdmrdFNcddlr Ndqva a2 rqrd2)(a22()vrdqrra离心

17、力产生的拉应力离心力 FNc在微弧段两端带横截面上产生离心拉力 Fc。 F1F2Fc Fc 带的线密度第63页/共117页aadqvdFc22sin2由力平衡条件得：:22sin，得取dada2qvFc离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用在带的全长。 MPaAqvAFcc2离心拉应力： dFNcdddlr F1F2Fc Fc 离心力产生的拉应力第64页/共117页4. 4. 应力分布及最大应力max1b2c2n1n21b12离心应力拉应力弯曲应力cb11max最大应力max出现在紧边与小轮的接触处。c 2min第65页/共117页第二节 带传动工作情况分析 带传动中的力分析

18、 带的最小初拉力和临界摩擦力 带的应力分析 带的弹性滑动与打滑第66页/共117页四、带的弹性滑动与打滑1、主动轮上的弹性滑动F2F1a1b1c11a 1a1a1n从a1到b1从b1到c1F1F1F2带轮带vv主带轮带vv1a 1a静弧动角静角动弧滑动方向：与小带轮线速度方向相反第67页/共117页2. 2. 从动轮上的弹性滑动F2F1a2b2c22a 2a2a从a2到b2从b2到c2F2F2F1带轮带vv从带轮带vv2a 2a静弧动角静角动弧带的爬行方向与带轮线速度方向一致第68页/共117页3. 3. 弹性滑动的结果 效率降低、磨损、温升主带轮主带轮从带轮从带轮vv 11221122111

19、211ndndndndndvvvddddd)1 (1221ddddnni滑动率传动比2112)1 (ddddnn第69页/共117页空载时:21FF 动角1a2a为0静角11aa 22aa eF21aa aa1静角0021 aa动角2211aaaa打滑功能失效当eecFF 4. 4. 打滑的发生过程第70页/共117页弹性滑动与打滑的区别弹性滑动弹性滑动打滑打滑发生原因发生原因带有弹性，传动中两边拉带有弹性，传动中两边拉力不等，引起带的变形不力不等，引起带的变形不等。等。过载，需要传递的圆周过载，需要传递的圆周力超过最大摩擦力力超过最大摩擦力现象现象局部带在局部轮面上发生局部带在局部轮面上发生

20、滑动。滑动。整个带在轮面上滑动整个带在轮面上滑动后果后果使从动轮圆周速度低于主使从动轮圆周速度低于主动轮速度，传动比不恒定。动轮速度，传动比不恒定。使传动失效，引起带的使传动失效，引起带的全面磨损。全面磨损。防止措施防止措施弹性滑动不可避免。弹性滑动不可避免。必须避免必须避免打滑能起到过载保护的作用。打滑能起到过载保护的作用。第71页/共117页72 带传动设计概述 带传动设计准则 单根普通V带的基本额定功率P0 单根普通V带的额定功率Pr 带传动设计的参数选择 带传动的设计计算例题第三节 普通V带传动的设计计算第72页/共117页73一、 带传动设计概述 带传动设计的原始数据 带传动传递的功

21、率P 转速（ n1、n2 ）或传动比i 传动对外廓尺寸的要求 传动的工作条件第73页/共117页74 带传动设计的内容 确定带的型号、长度和根数 确定传动中心距 确定带轮基准直径及结构尺寸 确定初拉力、压轴力第74页/共117页 二、 带传动的设计准则 主要失效形式 打滑 当传递的有效圆周力F超过了带与带轮之间的摩擦力总和的极限时发生。 疲劳破坏 传动带在变应力长期作用下，因疲劳发生裂纹、脱层、松散，直至断裂。 带的工作面磨损 设计准则 在保证带传动不发生打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。第75页/共117页 带传动的强度条件11100010001(1)1(1)vvefecfPFPvFv

22、eFFea aa a cbcbAF 11111max或或不打滑条件疲劳强度条件（使带有一定的寿命）第76页/共117页三、 单根V带的基本额定功率P0带传动的最大紧边拉力1000)11)(1000)11 (1000110AveveFvFPfcbfecaa单根普通V带传动能传递的最大功率AFcb)(1max, 1cbAF111第77页/共117页 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。 单根V带基本额定功率P0是根据特定的实验和分析确定的，是V带传动设计的主要依据。 P0的实验条件是：包角180、特定长度、平稳的工作载荷。 1000)11)(10Av

23、ePfcba第78页/共117页带带型型dd1小带轮转速小带轮转速n1（r/min）400700800950120014501600200024002800Z500.060.090.100.120.140.160.170.200.220.26560.060.110.120.140.170.190.200.250.300.33630.080.130.150.180.220.250.270.320.370.41710.090.170.200.230.270.300.330.390.460.50800.140.200.220.260.300.350.390.440.500.56900.140.220

24、.240.280.330.360.400.480.540.60A750.260.400.450.510.600.680.730.840.921.00900.390.610.680.770.931.071.151.341.501.641000.470.740.830.951.141.321.421.661.872.05表84a 单根普通V带的基本额定功率P0第79页/共117页四、单根V带的额定功率LrKKPPPa)(0028 58 查表为带长系数查表为包角系数LKKa）带的基本额定功率（为单根普通kWVP0a48 查表bViP48 10查表带的基本额定功率增量时，单根普通为传动比v由于单根V带

25、基本额定功率P0是在特定条件下经实验获得的，因此，在针对某一具体条件进行带传动设计时，应根据这一具体的条件对所选定的V带的基本额定功率P0进行修正，以满足设计要求。第80页/共117页带带型型i小带轮转速小带轮转速n1（r/min）40070080095012001450160020002400A1.001.010.000.000.000.000.000.000.000.000.001.021.040.010.010.010.010.020.020.020.030.031.051.080.010.020.020.030.030.040.040.060.071.091.120.020.030.0

26、30.040.050.060.060.080.101.131.180.020.040.040.050.070.080.090.110.131.191.240.030.050.050.060.080.090.110.130.16表84b 单根普通V带的基本额定功率增量 P0第81页/共117页表85 包角修正系数K小带轮包角小带轮包角（）K小带轮包角小带轮包角（）K18017517016516015515010.990.980.960.950.930.921451401351301251200.910.890.880.860.840.82若计算值与表中数值不对应，则采用线性插值法计算211211

27、21(,) ( )()yyxxxyf xyyxxxx 第82页/共117页基准长度基准长度普通普通V带带长修正系数带带长修正系数KLYZABCDEF4000.960.874501.000.895001.020.9156063071080090010000.940.960.810.990.831.000.851.030.870.821.060.890.84 表 82 长度系数KL表第83页/共117页五、带传动的参数选择1. 中心距 a中心距大，可以增加小带轮的包角。adddd12 a a第84页/共117页85中心距大，可以减少单位时间内带的循环次数。有利于提高带的疲劳寿命。中心距大，带长增加

28、，加剧带的波动，降低带传动的平稳性，增大传动的整体尺寸。若中心距小，结构紧凑，但是单位时间内带绕转次数增加，将加剧带的磨损，降低带的疲劳寿命。d1d20d1d20.7()2()ddadd初选中心距的公式初选中心距第85页/共117页初定V带基准长度：根据L0由表8-2选取接近的基准长度Ld，然后计算实际中心距。2d2d100d1d20()2()24ddLadda 考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。中心距变动范围为：(a-0.015Ld) (a +0.03Ld)第86页/共117页2. 传动比 i带传动的传动比一般为7 i 若传动比大，则大小带轮尺寸相差悬殊，会减小小带轮的包角。当包角减小

29、到一定程度时，带传动就会打滑。第87页/共117页3. 带轮的基准直径带轮的直径过小，则带的弯曲应力大，寿命降低。带轮的直径过小，则带速小，增大带所需的有效拉力。型 号 Y Z A B C D E dmin 20 50 75 125 200 315 500表8-6 带轮的最小直径dmin第88页/共117页大带轮的基准直径dd2)1(1212dddnnd20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 25

30、0 265 280 300 315 355 375 400 425 475 500 530 560 630 670 710 750 800 900 1000dd1 、dd2：必须符合带轮的基准直径系列：第89页/共117页4. 带速vv带速过大，离心力会过大，会减小带与带轮之间的正压力，降低传动能力; ;带在单位时间内绕转次数增多，应力变化次数增多，疲劳寿命降低。v带速过小，传动功率一定时，带所需的有效圆周力会增大，所需带的根数增多，相应的会增大传动的尺寸。 当带传动的功率一定时，提高带速，可以降低带传动的有效拉力，相应减少带的根数或者截面积。之间之间在在sm /255第90页/共117页1、

31、确定计算功率 Pc KAP2、根据n1、 Pc 选择带的型号3、确定带轮基准直径dd1、dd24、确定中心距 a 及带长 Ld5、验算主动轮的包角112006、计算带的根数 zN z 过多？NY7、确定初拉力 Fi8、计算压轴力 FQ9、带轮结构设计10、带的张紧六、 普通V带传动设计过程及例题第91页/共117页92普通V带传动设计例题 设计一带式输送机第一级用的普通V带传动。原动机为Y系列三相异步电动机，功率P=4 kW，转速n1=1440r/min，传动比3.4 ，每天工作8小时。第92页/共117页9386 1.11.1 44.4AcaKPkW查查表表解题步骤（1）求计算功率第93页/

32、共117页94表8-7 带的工作情况系数第94页/共117页95带带确定选用确定选用，由图，由图，根据根据带的型号带的型号）选取普通）选取普通（ArnkWPV118min/14404 . 421 mmdmmddddddd09 8810080118 31121取取，由表，由表由图由图和和）确定带轮基准直径）确定带轮基准直径（ mmdmmiddddd31588306904 . 3212 ，取，取由表由表，解题步骤1190 14406.78/60 100060 1000dd nvm s 验算带速：5m/s25m/sv带速合适第95页/共117页9630005000200016004000200800

33、5001004003001000小带轮的转速小带轮的转速n1 ( r / min)125025000.8 1 1.25 2 3.15 4 5 8 10 16 20 30 40 50 63 80 100 200 250 普通普通V带选型图带选型图ZABCDEdd1=5071dd1=80100dd1=112140dd1=125140dd1=160200dd1=200315dd1=355400dd1=450500dd1=80100第96页/共117页97 4 ）确定带长和中心距）确定带长和中心距（821600dLmm查查表表取取，初步选定中心距初步选定中心距mma500 d1d20d1d20.7()

34、2()ddadd8105 .2830 ammaddddaLddddd16615004)90315()90315(214. 350024)()(22202121200 初定带长初定带长 解题步骤L0.99K 第97页/共117页98第98页/共117页99mmLLaad470216611600500200 计算实际中心距中心距的变化范围443515mm21118057.515290ddddaa a （5） 验算小带轮包角解题步骤第99页/共117页100a aKKPPPPPzzLcarca)()6(00 确定带的根数确定带的根数924. 015015215015592. 093. 092. 05

35、21 8899. 0,1600 281）（，用线性插值法：，用线性插值法：查表查表型带，型带，查表查表 a aa aKKALLdkWPrnmmdad064. 1120014401200145093. 007. 193. 0min/144090VA 48011）（，带，带，型型单根单根查表查表 解题步骤第100页/共117页1011450第101页/共117页102kWPbi17. 0)12001440(1200-14500.15-0.1715. 0 48, 4 . 30 查表查表传动比传动比kW13. 1)(00 a aKKPPPLr89. 313. 14 . 4 rcaPPz取 z = 4。

36、解题步骤第102页/共117页103带带型型i小带轮转速小带轮转速n1（r/min）40070080095012001450160020002400A1.131.180.02 0.040.040.050.070.080.090.110.131.191.240.03 0.050.050.060.080.090.110.130.161.251.340.03 0.060.060.070.100.110.130.160.191.351.500.04 0.070.080.080.110.130.150.190.231.511.990.04 0.080.090.100.130.150.170.220.262.000.05 0.090.100.110.150.170.190.240.29第103页/共117页1042200)5 . 2(5001000 1121)7(qvKKzvPzvPFqveeFFFVcacaecffec a aa aa aa a带所需的预紧力带