机械设计带传动经典课件课件

1、第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装带传动在各类机械中应用广泛，下面是一些应用实例。带传动在各类机械中应用广泛，下面是一些应用实例。 带传动一般是由带传动一般是由主动轮主动轮、从动轮从动轮紧紧套在两轮上的套在两轮上的传动带传动带及及机架机架组成组成。带传动的组成带传动的组成主动轮：主动轮：T T，n n同向同向从动轮：从动轮：T T，n n反向反向 啮合传动啮合传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。拖

2、动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。 传动原理（分类）传动原理（分类） 摩擦传动摩擦传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和带传动）。便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和带传动）。平带传动平带传动平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。动中心距较大的场合应用较多。平型带平型带V带传动带传动在一般机械传动中，应用最广的带传动是带传在一般机械传动中，应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生动，在同样的张紧力

3、下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。（更大的摩擦力。（两个侧面为工作面两个侧面为工作面，楔形增压原理楔形增压原理）【补充】：移动副摩擦力【补充】：移动副摩擦力 移动副中，滑块在力移动副中，滑块在力F F的作用下移动时所受的摩擦力为的作用下移动时所受的摩擦力为Ff21 = f FN211 1）平面接触）平面接触: : FN21 = G2 2）槽面接触）槽面接触: : FN21= G / sin(/2)/2/2G摩擦力计算的通式摩擦力计算的通式: : Ff21 = fvG其中其中, ,f fv v 称为移动副的称为移动副的当量摩擦系数当量摩擦系数: :平面接触: fv = f槽面接触: fv

4、= f /sin(/2) 楔形增压原理楔形增压原理：可以看出，槽面接触的当量摩擦系：可以看出，槽面接触的当量摩擦系数要大于平面接触的当量摩擦系数。因此，在同样的正数要大于平面接触的当量摩擦系数。因此，在同样的正压力作用下槽面接触所能提供的摩擦力更大。压力作用下槽面接触所能提供的摩擦力更大。普通普通V V带带窄窄V V带带多楔带传动多楔带传动多楔带传动兼有平带传动和带传动的优点，柔韧性好、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，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。多楔带多楔带圆带传动圆带传动圆带传动：传动能力较小，一般用于轻

5、型和小型机械。圆带传动：传动能力较小，一般用于轻型和小型机械。齿形齿形V带带同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑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。径可较小。同步带传动同步带传动同步带同步带带传动特点带传动特点1 1）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；优点：优点：2 2）过载打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；）过载打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；3 3）适用于中心距较大的场合；）适用于中心距较大的场合

6、；4 4）结构简单，装拆方便，成本较低。）结构简单，装拆方便，成本较低。1 1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；缺点：缺点：2 2）传动效率低，带的寿命较短；）传动效率低，带的寿命较短；3 3）传动的外廓尺寸大；）传动的外廓尺寸大；4 4）需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；）需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；5 5）不宜用于高温、易燃等场合。）不宜用于高温、易燃等场合。传动带（传动带（V带）的结构与参数带）的结构与参数节节 宽宽pb基准直径基准直径dd当带垂至于底边弯曲时，在带中保持长度不变当带垂至于底边弯曲时，在带中保持长度不变的周线（节线）

7、所组成的面（节面）的宽度。的周线（节线）所组成的面（节面）的宽度。基准长度基准长度dL与节宽相对应的带轮直径（节径）。与节宽相对应的带轮直径（节径）。测量带轮基准直径上测量带轮基准直径上V V带的周线长度，已标准化带的周线长度，已标准化oV V带的截面尺寸带的截面尺寸第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装中心距中心距a a：带处于规定张紧力时，两轮轴线间的距离。带处于规定张紧力时，两轮轴线间的距离。带轮直径带轮直径d d1 1、d d2 2：分别指小、大带轮的分别指小、大带轮的基准直径基准直径。带

8、长带长L L：带的带的基准长度基准长度L Ld d。包角包角：分别指带与小、大带轮接触弧所对的圆心角。分别指带与小、大带轮接触弧所对的圆心角。 带传动的工作情况分析是指带传动的带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应受力分析、应力分析、运动分析力分析、运动分析。设带的总长度不变，根据线弹性假设：设带的总长度不变，根据线弹性假设：F F1 1F F0 0F F0 0F F2 2；或：或：F F1 1 F F2 22 2F F0 0；带传动尚未工作时，传动带中的带传动尚未工作时，传动带中的初拉力初拉力为为F F0 0。 带传动工作时，带传动工作时，紧边拉力紧边拉力为为F F1 1和和松边拉力松

9、边拉力为为F F2 2。 0FF1F00F02尚未工作状态 nFfF1F1F1F1222n2工作状态 1 1、紧边与松边、紧边与松边带传动的受力分析带传动的受力分析记传动带与小带轮或大带轮间总记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力摩擦力为为F Ff f，其值由带，其值由带传动的功率传动的功率P P和带速和带速v v决定。决定。 定义由负载所决定的传动带的定义由负载所决定的传动带的有效拉力有效拉力为为F Fe eP P/ /v v。 2 2、摩擦力分析、摩擦力分析以主、从动轮上的带为研究对象以主、从动轮上的带为研究对象 ，有：，有：F Fe eF Ff fF F1 1F F2 2 当当F Ff f达

10、到极限达到极限F Ffmaxfmax时，带的时，带的紧边拉力紧边拉力F F1 1与松边拉力与松边拉力F F2 2的关系的关系可用柔性体摩擦公式表示为可用柔性体摩擦公式表示为12/fFFe应用一：初拉力应用一：初拉力-所能传递的所能传递的最大最大负载？负载？应用二：负应用二：负 载载- 所需要的所需要的最小最小初拉力？初拉力？ 注意：注意：欧拉公式给出的是带传动欧拉公式给出的是带传动在临界限状态下在临界限状态下各力各力之间的关系（不计离心力）。之间的关系（不计离心力）。3 3、欧拉公式（柔韧体摩擦公式）、欧拉公式（柔韧体摩擦公式）初拉力初拉力F F0 0最大有效拉力最大有效拉力F Fec ec

11、： F Ffmaxfmax与与F F0 0成正比。成正比。F F0 0越大，带与越大，带与带轮之间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大。若带轮之间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大。若F F0 0过小，容易发生过小，容易发生打滑。但打滑。但F F0 0过大，带的寿命降低，轴和轴承受力大。过大，带的寿命降低，轴和轴承受力大。摩擦系数摩擦系数 f fv v最大有效拉力最大有效拉力F Fecec ： f f越大，越大，F Ffmaxfmax越大。摩擦系数越大。摩擦系数与带和带轮的材料、表面状况、工作环境条件有关。与带和带轮的材料、表面状况、工作环境条件有关。包角包角最大有效拉力最大有效拉力F Fece

12、c ： 越大，越大，F Ffmaxfmax越大。因越大。因增加，带增加，带与带轮间的接触弧间摩擦力总和增加，从而提高传递载荷的能力。与带轮间的接触弧间摩擦力总和增加，从而提高传递载荷的能力。112min0maxffeeeFF 虽然虽然最大有效拉力最大有效拉力取决于初拉力、包角和当量摩擦系取决于初拉力、包角和当量摩擦系数的大小，但数的大小，但实际有效拉力实际有效拉力F Fe e的数值与传动中的包角大小和的数值与传动中的包角大小和摩擦系数无关，它是由传递的功率摩擦系数无关，它是由传递的功率P P和带的速度和带的速度v v所决定的。所决定的。o【例】【例】n平带传动：平带传动：P=15kWP=15k

13、W，a=170a=170o o，f=0.3f=0.3，v=15m/sv=15m/s。n求：（求：（1 1）F Fe e （2 2）F F1 1，F F2 2 （3 3）所需的）所需的F F0 0【解】【解】（1 1） F Fe e=1000P/v=15000/15=1000N=1000P/v=15000/15=1000N（2 2） 由由 F F1 1-F-F2 2=1000 =1000 及及 Euler Euler 联立即可联立即可 1 1=(170/180)=(170/180)* *p p=2.97rad =2.97rad 注意单位！注意单位！e ef f 2.7182.7180.30.3*

14、 *2.972.972.442.44计算得：计算得：F F1 1=1694N=1694N，F F2 2=694N=694N（3 3） 由由2F2F0 0=F=F1 1+F+F2 2得，得，F F0 0=1194N =1194N 最小值！最小值！ 带传动在工作过程带传动在工作过程中带上的应力有：中带上的应力有： 拉应力：紧边拉应力、松边拉应力；拉应力：紧边拉应力、松边拉应力； 离心拉应力：带圆周运动时离心力在带中产生的拉应力；离心拉应力：带圆周运动时离心力在带中产生的拉应力； 弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。带传动的应力分析带传动的应力分析1 1、

15、拉应力、拉应力2 2、弯曲应力、弯曲应力2/bdEy d 带轮基准的直径越小，带带轮基准的直径越小，带越厚，带的弯曲应力越大。普越厚，带的弯曲应力越大。普通通V V带传动，为防止过大的弯曲带传动，为防止过大的弯曲应力，对每种型号的应力，对每种型号的V V带都规定带都规定了了最小带轮基准直径最小带轮基准直径d ddmindmin。带的弯曲应力：带的弯曲应力：3 3、离心拉应力、离心拉应力 离心力对带产生的离心拉离心力对带产生的离心拉力为（力为（q q为线密度为线密度）：）： 离心力产生的离心拉应力离心力产生的离心拉应力在带所有横剖面上相等：在带所有横剖面上相等：2/ccFAqvA2cqvF 离心

16、力离心力：只存在于带的弯曲处，方向沿半径背离圆心。：只存在于带的弯曲处，方向沿半径背离圆心。离心拉力离心拉力：存在于带的每一质点，方向沿着带长方向。：存在于带的每一质点，方向沿着带长方向。由拉力产生的由拉力产生的拉应力拉应力由离心力产生的由离心力产生的离心拉应力离心拉应力由皮带绕过带轮因弯曲而产生的由皮带绕过带轮因弯曲而产生的弯曲应力弯曲应力 三种应力共同作用，使带处在交变应力条件下工作，三种应力共同作用，使带处在交变应力条件下工作，故带易发生故带易发生疲劳破坏疲劳破坏。11maxbc位置：位置：数值：数值：带的紧边开始带的紧边开始绕上小轮处绕上小轮处交变应力最大值交变应力最大值 弹性滑动：弹

17、性滑动：带传动中因带传动中因带的弹性变形而导致的带与带的弹性变形而导致的带与带轮之间的微量相对滑动。带轮之间的微量相对滑动。主动轮主动轮: V: V带带弹性收缩弹性收缩从动轮从动轮: V: V带带弹性伸长弹性伸长 后果后果：从动轮的圆周线：从动轮的圆周线速度小于主动轮；传动效率速度小于主动轮；传动效率下降；引起带的磨损；使带下降；引起带的磨损；使带温度升高。温度升高。产生原因产生原因固有特性，不可避免固有特性，不可避免带是弹性体带是弹性体两边拉力差两边拉力差带传动的运动分析带传动的运动分析%100121vvv12)1 (vv或或)/(6000011d1smndvp)/(6000022d2smn

18、dvp其中：其中：因此，传动比为：因此，传动比为：)1 (1d2d21ddnni弹性滑动导致：从动轮的圆周速度弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v v2 2主动轮的圆主动轮的圆周速度周速度v v1 1，线速度降低线速度降低的程度可用的程度可用滑动率滑动率来表示：来表示： 当当为为1 12 2，在一般传动中可以不计。，在一般传动中可以不计。若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值F Fecec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑打滑。 打滑将使带的打滑将使带的磨损加剧磨损加剧，从动轮转速急速降

19、低，带传动，从动轮转速急速降低，带传动失效，应尽力避免。但当超载时，有失效，应尽力避免。但当超载时，有过载保护过载保护的作用。的作用。滑动弧滑动弧与与静止弧静止弧：第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装V带传动的设计1带传动的设计准则带传动的设计准则带传动的带传动的设计准则设计准则： 在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 1 1）打滑打滑：当传递的圆周力：当传递的圆周力F F超过了带与带轮间摩擦超过了带与带轮间摩擦力的总和的极限时，发生过载打滑，

20、使传动失效。力的总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。 2 2）疲劳破坏疲劳破坏：传动带在变应力的反复作用下，发生：传动带在变应力的反复作用下，发生裂纹、脱层、松散，直至断裂。裂纹、脱层、松散，直至断裂。带传动的主要失效形式带传动的主要失效形式V带传动的设计1单根单根V带的基本额定功率和额定功率带的基本额定功率和额定功率1 1、不打滑条件不打滑条件2 2、疲劳强度条件疲劳强度条件111000(1)fPFFvemax11 cb111/ cbFA或同时满足两个条件的最大功率为同时满足两个条件的最大功率为（单根单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率）101(1)10001000fFvFveP不

21、打滑不打滑11( )(1)1000bCfAve11(1)1000fAve不疲劳破坏不疲劳破坏FeFemax单根单根V V带的带的基本额定功率基本额定功率P P0 0是根据特定的实验和分析确定的。是根据特定的实验和分析确定的。特定实验条件特定实验条件： 传动比传动比i i=1=1、包角、包角180180、特定带长、平稳的工作载荷。、特定带长、平稳的工作载荷。实际工作条件实际工作条件下单根下单根V V带所能传递的带所能传递的额定功率额定功率P Pr r( (对对P P0 0修正修正) )带长修正系数带长修正系数包角修正系数包角修正系数时的功率增量时的功率增量1i000 ()LPPP KKP Pr

22、r= =V带传动的设计2带传动的设计带传动的设计 设计的设计的原始数据原始数据（已知条件）为：传动的用途和工作条件，所传（已知条件）为：传动的用途和工作条件，所传递的功率递的功率P P，主从动轮的转速，主从动轮的转速n1n1、n2n2（或传动比（或传动比i i），传动位置要求及），传动位置要求及和外廓尺寸要求，原动机类型等。和外廓尺寸要求，原动机类型等。 设计内容设计内容：确定带的类型和截型、长度：确定带的类型和截型、长度L L、根数、根数Z Z、传动中心距、传动中心距a a、带的初拉力和压轴力，带轮的基准直径、结构、尺寸和材料，张紧及带的初拉力和压轴力，带轮的基准直径、结构、尺寸和材料，张紧

23、及防护装置等。防护装置等。o中心距中心距n中心距大，增大包角，减少循环次数，提高寿命；但过大，松边中心距大，增大包角，减少循环次数，提高寿命；但过大，松边波动，降低稳定性，整体尺寸增大；波动，降低稳定性，整体尺寸增大；n中心距小，则反之。中心距小，则反之。o传动比传动比n传动比大，减小包角，可能打滑，推荐值传动比大，减小包角，可能打滑，推荐值i=25。o基准直径基准直径n直径小，速度低，拉力增大，带的根数增多；增大弯曲应力。直径小，速度低，拉力增大，带的根数增多；增大弯曲应力。n总原则：在结构允许的情况下，小带轮直径要尽可能大。总原则：在结构允许的情况下，小带轮直径要尽可能大。o带速带速n带速

24、低，拉力增大，带的根数增多；带速低，拉力增大，带的根数增多；n带速高，拉力减小，但离心拉力增大，循环次数增多。带速高，拉力减小，但离心拉力增大，循环次数增多。带传动参数的辩证选择带传动参数的辩证选择1 1、确定计算功率、确定计算功率P Pcaca 根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷，称为根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷，称为名义名义载荷载荷（如力、功率、转矩）。名义载荷是机器在平稳工作条件下作用（如力、功率、转矩）。名义载荷是机器在平稳工作条件下作用在零件上的载荷，它没有反应动力机和工作机间的在零件上的载荷，它没有反应动力机和工作机间的实际载荷随时间作实际载荷随时间作

25、用的不均匀性用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响零件受力情及其他影响零件受力情况等因素。这些因素的综合影响，常用况等因素。这些因素的综合影响，常用载荷系数载荷系数K K（或工况系数）来做（或工况系数）来做概略估计。载荷系数概略估计。载荷系数K K与名义载荷的乘积称为与名义载荷的乘积称为计算载荷计算载荷（或设计载荷），（或设计载荷），机械零件常按计算载荷进行设计计算。机械零件常按计算载荷进行设计计算。计算载荷计算载荷名义载荷名义载荷载荷系数载荷系数=x 根据根据V V带传递的带传递的名义功率名义功率P P、载荷性质、原动机种类和工作情况、载荷性质、原动机种

26、类和工作情况等确定等确定计算功率计算功率（设计功率）。（设计功率）。Pca=KAPo带传动设计中的各项功率带传动设计中的各项功率单根单根V带基本额定功率带基本额定功率P0单根单根V带额定功率带额定功率Pr所传递的名义功率所传递的名义功率P计算功率计算功率Pca x修正系数修正系数 x载荷系数载荷系数o机器所需传动带的根数确定？机器所需传动带的根数确定？PKKKPPzAL00）（2 2、选择带型、选择带型 根据带传动的设计功率根据带传动的设计功率P Pd d和小带轮转速和小带轮转速n n1 1初选带型。初选带型。3 3、确定带轮基准直径、确定带轮基准直径d dd1d1、 d dd2d2，验算带速

27、，验算带速 国家标准中规定了带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列。20、22.4、25、28、31.5、 2500带轮直径系列带轮直径系列 当其他条件不变时，带轮基准直径越小，带传动越紧凑，但带内的弯曲应力越大，导致带的疲劳强度下降，传动效率下降。选择小带轮直径应使大于最小基准直径，并取标准值。 大轮基准直径：21112(1)(1)/ddddidndn 当忽略滑动率：21112/ddddidn dn根据带的截型选择小带轮直径，验算带速后确定大带轮直径。根据带的截型选择小带轮直径，验算带速后确定大带轮直径。验算带速： 带速太高则离心力大，使带与带轮间的正压力减小，传动能力下降，易打滑。带速太低

28、则要求有效拉力F过大，使带的根数过多。一般v在525m/s之间。1 160 1000dd nvp4 4、确定中心距和带长、确定中心距和带长120120.7()2()ddddddadd22100120()2()24dddddddLaddap根据初算带长选取相近的基准长度Ld。实际中心距a：2aAAB12()48dddLddAp221()8ddddBddLaaLaa015. 003. 0minmax为调节张紧力，中心距变动范围5 5、验算小轮包角、验算小轮包角 小轮包角：小轮包角：21118057.3dddda6 6、确定带的根数、确定带的根数 带的根数带的根数z z应根据计算值圆整。应根据计算值

29、圆整。当当z z过大时过大时，应改选带轮基准直，应改选带轮基准直径或改选带型，重新设计。（径或改选带型，重新设计。（要求要求z z1010根，一般为根，一般为2 27 7根根） 一般要求小轮包角不小于：一般要求小轮包角不小于：190 120型号 Y Z A B C、D、E推荐轮槽数 1-3 1-4 1-5 1-6 3-10 7 7、确定初拉力、确定初拉力 考虑到考虑到既能发挥带的传动能既能发挥带的传动能力又能保证带的寿命力又能保证带的寿命，单根，单根V V带的带的初拉力应为为初拉力应为为1.51.5F F0min 0min （新带）（新带）-1.31.3F F0min 0min （旧带）（旧带

30、） ，但，但不应过大不应过大。20(2.5)500dKPFqvK zv201e1e21qvFFvvffec单根单根V带所需的最小初拉力为带所需的最小初拉力为（考虑（考虑离心力离心力的影响）的影响）8 8、计算压轴力、计算压轴力 为了为了设计轴和轴承设计轴和轴承，应计算，应计算V V带对轴的压力带对轴的压力F FQ Q。 F FQ Q可近似可近似地按两边初拉力的合力计算。地按两边初拉力的合力计算。102sin2QFzF第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装一、一、V V带轮设计的要求带轮设计的要求结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀。结构