机械设计V带传动设计及其计算

1、（带传动）机机 械械 设设 计计第五章第五章 带传动带传动5-1 概述5-2 带传动理论基础5-3 带传动设计（V带）5-4 张紧装置5-5其它带传动简介 带传动设计实例 特点、应用 分类 带的结构、型号和长度演示1、演示25 -1 5 -1 概述概述 带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们之带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们之间的摩擦或啮合，进行两轴或多轴间运动和动力的间的摩擦或啮合，进行两轴或多轴间运动和动力的传递。传递。 一、特点和应用一、特点和应用 1 1 、优点、优点 2 2 、缺点、缺点3、 应用应用二、二、 类类 型型Standard V-belt1 1、按传动原理：摩擦和啮

2、合。、按传动原理：摩擦和啮合。2 2、按带的形状、按带的形状: :如下分类如下分类3 3、按传动形式分：、按传动形式分：开口传动开口传动 交叉传动交叉传动 半交叉传动半交叉传动 张紧轮传动张紧轮传动见表见表5-15-11.1. 普通普通V V带带2.2. 平形带平形带 3.3. 多楔带多楔带 4.4. 同步齿形带同步齿形带三、带的结构、型号和长度三、带的结构、型号和长度1. 普通普通V带带2 2、 平形带平形带3 3、多楔带、多楔带4 4、 同步齿形带同步齿形带 5-2 5-2 带传动理论基础带传动理论基础 受力分析受力分析 应力分析应力分析 带的滑动现象带的滑动现象 失效形式和计算准则失效形

3、式和计算准则 承载能力确定承载能力确定F F0 0F F0 02 21 1O O2 2O1预紧时预紧时1 1、预紧时带两边所受的力、预紧时带两边所受的力F F0 0 在带传动预紧时，带的两边只受预紧拉力在带传动预紧时，带的两边只受预紧拉力F F0 0的作用。的作用。一、受力分析一、受力分析F F2 2FFF0 0 ( (紧边紧边) )O O1 1O O2 21 12 2F Ff fn n2 2n n1 1F Ff fF Ff f工作时工作时2 2、工作时带两边所受的力、工作时带两边所受的力F F1 1，F F2 2 在带传动工作时，带两边的拉力在带传动工作时，带两边的拉力F F0 0发生变化，

4、一边的拉力增发生变化，一边的拉力增加到加到F F1 1，称为紧边拉力；另一边减小到，称为紧边拉力；另一边减小到F F2 2，称为松边拉力。带，称为松边拉力。带的总长不变。因此，紧边拉力的增长量与松边拉力的减少量的总长不变。因此，紧边拉力的增长量与松边拉力的减少量也相等。则有也相等。则有: :2001FFFF0212FFF即：即：（1 1）3 3、带传递的有效工作力、带传递的有效工作力FeFe2/01eFFF2/02eFFFP1000FFF21efeFF 由（由（1 1）、（）、（2 2）两式可得：）两式可得：（2 2）a a、带两边所受的力、带两边所受的力F1F1，F2F2之差即为有效拉力之差

5、即为有效拉力FeFe（从（从动轮上看）。动轮上看）。21eFFFc c、效拉力、效拉力FeFe与功率之间的关系（传递运动功率看）与功率之间的关系（传递运动功率看）11)q2(FFF20fmaxemaxee 当当F Fe e F Ff f ，始终保证，始终保证F Fe e F Ff f 。然而，在一。然而，在一定条件下，定条件下，F Ff f 是有一个极限值是有一个极限值F Ff f maxmax。当当F Fe e F Ff maxf max时，时，导致打滑，导致打滑，欧拉公式可描述这种极限状况。欧拉公式可描述这种极限状况。讨论：讨论：FeFe和和 FfFf关系关系2emaxemax022ema

6、xemax01q1F2FFFq1F2FFFeee此时：二、应力分析二、应力分析)12(222)21(111. 1由带绕过大轮时，拉应力由带绕过小轮时，拉应力拉应力AFFAFF)/kgq(dqR)q(Rd dC22m：带沿弧面运动，微段带沿弧面运动，微段dl产生离心力产生离心力dC：。）中包含，中包含，（作用于全带长，离心应力：作用于整个带长离心拉力发生于圆周部分离心力（离心拉力）根据力平衡关系：产生离心力段带沿弧面运动，微弧c212c212ccc2c2c22qFFFAqAFFdCqF2d2dsindq2dsinF2)/kgq(dqR)q(RddCCmddl在垂直方向建立力平衡关系：在垂直方向建

7、立力平衡关系：2. 离心应力离心应力。）中包含，中包含，（作用于全带长，离心应力：作用于整个带长离心拉力发生于圆周部分离心力（离心拉力）根据力平衡关系：产生离心力段带沿弧面运动，微弧c212c212ccc2c2c22qFFFAqAFFdCqF2d2dsindq2dsinF2)/kgq(dqR)q(RddCCmddl2b1bbbD2cED3 3. 弯曲应力弯曲应力（发生于带与带轮接触的圆弧部分）（发生于带与带轮接触的圆弧部分） E -E -带的弹性模量带的弹性模量D -D -带轮的直径带轮的直径C -C -带边缘到中性层距离带边缘到中性层距离应力分布图应力分布图4. 4. 最大应力：最大应力：

8、等于拉应力（包括离心应力）与弯曲应力和等于拉应力（包括离心应力）与弯曲应力和; ;最最大应力发生于紧边进入小带轮处。大应力发生于紧边进入小带轮处。b1cb12b11b11max1eFeA1q1eFeA1AF三、带的滑动现象三、带的滑动现象21212121212211AA带带滑动（逐渐伸长），沿轮面带绕过从动轮：滑动（逐渐缩短），沿轮面带绕过主动轮：松边应变：紧边应变：1.1.带的弹性滑动带的弹性滑动 （固有的、不可避免的正常现象固有的、不可避免的正常现象）21212121212211AA带带滑动（逐渐伸长），沿轮面带绕过从动轮：滑动（逐渐缩短），沿轮面带绕过主动轮：松边应变：紧边应变：v由于带

9、的由于带的弹性弹性和和拉力差拉力差引起的带与带轮之间的滑动，称为引起的带与带轮之间的滑动，称为弹性滑动弹性滑动。 后果：后果：a. a. 效率降低；效率降低；b. b. 带磨损；带磨损；c. c. 带温升高；带温升高； d. vd. v2 2vv1 1 传动比不准确传动比不准确 ）一般为21(111121212112211121iDDnnDDDnDnDn滑动率滑动率: :从动轮相对于主动轮圆周速度的降低率从动轮相对于主动轮圆周速度的降低率： 2. 2. 打滑打滑 （过载失效，必须避免）（过载失效，必须避免）不是全部接触弧均发生不是全部接触弧均发生 相对滑动时，接触弧分为滑动弧相对滑动时，接触弧

10、分为滑动弧和静弧和静弧（带进入带轮一侧）两部分。（带进入带轮一侧）两部分。 接触接触 弧的变化：弧的变化： 未加载时：未加载时： 0 0 加载工作时：加载工作时： F Fe e 载荷极限时载荷极限时: F: Fe eF Femaxemax 0 0 带在带轮上全面滑动，导致带严重磨损、带的运动处带在带轮上全面滑动，导致带严重磨损、带的运动处于不稳定状态，这种现象称为打滑于不稳定状态，这种现象称为打滑。分析：弹性滑动到打滑的发展过程分析：弹性滑动到打滑的发展过程 1 1 2 2 打滑发生在小带轮处打滑发生在小带轮处四、失效形式和计算准则四、失效形式和计算准则 1. 1. 失效形式：失效形式： 打滑

11、、带疲劳破坏打滑、带疲劳破坏2. 2. 计算准则：计算准则： 在不打滑前提下，具有一定的疲劳强度和在不打滑前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。寿命。 若按打滑、带疲劳破坏两种失效形式分别建立计若按打滑、带疲劳破坏两种失效形式分别建立计算公式，设计公式复杂且不便应用。这里采用单根带算公式，设计公式复杂且不便应用。这里采用单根带能传递功率的方式来建立带传动的强度计算公式。能传递功率的方式来建立带传动的强度计算公式。（受打滑和疲劳破坏两种失效形式制约（受打滑和疲劳破坏两种失效形式制约 ） 1. 1. 单根单根V V带在特定条件下，能传递的功率带在特定条件下，能传递的功率P P0 0五、承载能力确定五、

12、承载能力确定不打滑条件下，带传递的最大载荷：不打滑条件下，带传递的最大载荷：)1eFF()11)(qA()11)(qF(F2emax12121emaxqveee保证带具有一定疲劳强度：保证带具有一定疲劳强度： maxmax1 1+b1b1 取峰值取峰值1 1 b1b1不打滑且有一定的疲劳强度时，单根带传递的功率不打滑且有一定的疲劳强度时，单根带传递的功率P P(KW)11 (1000)-()11 (1000)qA(1000Fcb121emaxeAeP特定条件下单根带传递的功率特定条件下单根带传递的功率P P0 0（载荷平稳（载荷平稳 、 1 1 180180i i1 1、特定长度特定长度L L

13、）试验试验 + +计算计算 P P0 0列表。列表。2. 2. 单根单根V V带实际能传递功率带实际能传递功率P P P =(P P =(P0 0+ +P P0 0) )K K K KL L P P0 0 功率增量功率增量（i i 1 1b2b2 , ,则相同寿命时则相同寿命时, ,可以增加可以增加P P ） 则：则： P P0 0 0.0001 0.0001 T Tn n1 1 （ T T：扭矩修正值，：扭矩修正值，n1n1：主动轮转速）：主动轮转速） K K 包角系数包角系数 （ 18030m/sV 30m/s，高速轴转速，高速轴转速n=10000n=1000050000r/min5000

14、0r/min的的带传动属于高速带传动。其带，常采用重量轻、薄而均带传动属于高速带传动。其带，常采用重量轻、薄而均匀的环形平带，编制带应用较多。其带轮，加工精度较匀的环形平带，编制带应用较多。其带轮，加工精度较高，尽量采用轻质材料且要求动平衡，为防止掉带，轮高，尽量采用轻质材料且要求动平衡，为防止掉带，轮缘部分加工出凸度，图缘部分加工出凸度，图5-175-17所示。所示。三、同步带传动：三、同步带传动： 同步带靠啮合来传递动力，它的基本参数是节距同步带靠啮合来传递动力，它的基本参数是节距P P（或者摸数（或者摸数M M），是在规定张紧力下相邻两齿对称中心），是在规定张紧力下相邻两齿对称中心的距离

15、。的距离。1 1、特点：、特点： 传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑传动效率高，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑传动效率高，可达可达0.980.98。制造和安装精度要求较高，中心距要求较严。制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。格。 2 2、分类：、分类： 同步带主要被分为两类，也就是同步带主要被分为两类，也就是梯形齿类和弧齿梯形齿类和弧齿类类，其中弧齿类同步带又能分为三个系列，分别是圆，其中弧齿类同步带又能分为三个系列，分别是圆弧齿同步带、平顶圆弧齿同步带和和凹顶抛物线齿同弧齿同步带、平顶圆弧齿同步带和和凹顶抛物线齿同步带。步带。（2 2）弧齿同步带）弧齿同步带弧齿同步带的齿形为曲线形

16、，这样齿高、齿根厚和齿根圆弧齿同步带的齿形为曲线形，这样齿高、齿根厚和齿根圆角半径更大，在受载之后应力的分布状态较好，避免齿根角半径更大，在受载之后应力的分布状态较好，避免齿根的应力过于集中而增加齿根的负载水平，因此弧齿同步带的应力过于集中而增加齿根的负载水平，因此弧齿同步带的齿根承载能力较好、使用寿命更长。的齿根承载能力较好、使用寿命更长。（1 1）梯形齿同步带）梯形齿同步带 梯形齿同步带又可分为单面梯形齿同步带和双面梯梯形齿同步带又可分为单面梯形齿同步带和双面梯形齿同步带两种子类型，一般简称为单面带和双面带。形齿同步带两种子类型，一般简称为单面带和双面带。双面梯形齿同步下按照对称形式的不同

17、还能分为两种型双面梯形齿同步下按照对称形式的不同还能分为两种型号，它们分别是对称齿型同步带和交错齿型同步带号，它们分别是对称齿型同步带和交错齿型同步带3 3、应用：、应用： 弧齿同步带目前主要应用在食品、纺织、制药、印弧齿同步带目前主要应用在食品、纺织、制药、印刷、造纸和汽车等行业。刷、造纸和汽车等行业。4 4、设计、设计已知条件：已知条件：1 1传动功率、传动功率、2 2带轮转速，带轮转速，3 3应用场合、原应用场合、原动机种类、工作制度、载荷性质。动机种类、工作制度、载荷性质。计算功率计算功率P Pd d带型（节距带型（节距P Pd d或摸数或摸数m m）小带轮转速小带轮转速n n1 1小

18、带轮齿小带轮齿数数Z Z1 1小带轮节小带轮节圆直径圆直径d d1 1带速带速V V验证验证传动比计传动比计算算i i大带轮节大带轮节圆直径圆直径d d2 2大带轮齿大带轮齿数数z z2 2初定中心初定中心距距a a0 0带节线长度带节线长度L Ld d及齿数及齿数z zp p实际中心实际中心距距a a小带轮啮小带轮啮合齿数合齿数z zm m设计步骤：设计步骤：基准额定功率基准额定功率（摸数制无此（摸数制无此计算）计算） P P0 0带宽带宽b bs s剪切应力剪切应力计算（摸计算（摸数制）数制） 压强演压强演算（摸算（摸数制）数制）P P压轴力压轴力F Fr r本章 结束输送机设计实例输送机

19、设计实例F F5000N5000N、v=0.4m/sv=0.4m/s、D D 300mm300mm、载荷平稳载荷平稳，两班工作制两班工作制 。设计步骤分析设计步骤分析：电机选择、总传动比及其分配，运动学计算电机选择、总传动比及其分配，运动学计算一、传动装置总体设计一、传动装置总体设计二、传动件设计二、传动件设计 带带 、齿轮、齿轮 、链、链 三、装配图设计三、装配图设计 轴轴 、轴承、轴承 、键、键四、零件图设计四、零件图设计五、说明书五、说明书 1 1、类型：、类型： 选择选择Y Y系列电动机系列电动机2 2、容量：、容量： P P电电P P工工/总总2/0.832/0.83 2.412.4

20、1（KWKW） （一（一 ）、选电机）、选电机一、传动装置总体设计一、传动装置总体设计P P工工Fv/1000Fv/1000500050000.4/10000.4/10002 2 （KWKW）总总 V V带带轴承轴承齿轮齿轮轴承轴承链链轴承轴承卷筒卷筒 V V带带轴承轴承3 3齿轮齿轮链链卷筒卷筒 0.960.960.9930.9930.970.970.960.960.96 0.96 0.830.83查手册，取电机额定功率为查手册，取电机额定功率为 P Peded3KW2.41KW3KW2.41KW3 3、转速：、转速： 电机大（价高）电机大（价高） 适中适中 传动装置体积大传动装置体积大75

21、0 rpm 1000 rpm 1500 rpm 3000 rpm750 rpm 1000 rpm 1500 rpm 3000 rpm 一般带传动一般带传动2-52-5、齿轮传动、齿轮传动3-83-8、链传动、链传动1-31-3，因，因此整个传动的传动比此整个传动的传动比i i总总=6-120=6-120。rpm5 .253003.144 . 0100060Dv100060n卷n n电电= = i i总总n n电电=25.5=25.5* *（6-1206-120）=153-3060=153-3060可选电机转速：可选电机转速： 综合考虑，选择额定转速：综合考虑，选择额定转速：n n电电960rp

22、m960rpm4 4、电机选择结果：、电机选择结果： 根据以上的功率和电机转速范围，查手册最后选定电根据以上的功率和电机转速范围，查手册最后选定电机型号为：机型号为： Y132SY132S6 6 相应的主要参数为相应的主要参数为 P Peded3KW3KW、 n n电电960rpm960rpm（二）、总传动比及分配（二）、总传动比及分配1.1.总传动比总传动比 i i总总rpm5 .253003.144 . 0100060Dv100060n 65.375 .25960nn卷卷电总i2. 2. 传动比分配传动比分配636242为各部分尺寸相称：齿轮链带齿轮链带链齿轮带总iiiiiiiiii14.

23、 45 . 36 . 265.375 . 36 . 2链带总齿轮链带iiiiii选取：选取： （三）、运动学计算（各轴（三）、运动学计算（各轴P P、n n、T T）1.1. P P1 1 P P电电2.41KW2.41KW P P2 2 P P1 1 V V带带2.412.410.960.962.31KW2.31KW P P3 3 P P2 2 轴承轴承齿轮齿轮2.312.310.990.990.970.972.22KW2.22KW P P4 4 P P3 3 轴承轴承 链链2.222.220.990.990.96 0.96 2.11KW2.11KW 2. n2. n1 1n n电电960r

24、pm960rpm n n2 2n n1 1/ /i i V V带带=960/2.6=369.2rpm=960/2.6=369.2rpm n n3 3n n2 2/ /i i 齿齿= 369.2/4.14=89.2rpm= 369.2/4.14=89.2rpm n n4 4n n3 3/ /i i 链链=89.2/3.5=25.5rpm=89.2/3.5=25.5rpm3.790.22NM25.52.11109.55nP109.55T237.68NM89.22.22109.55nP109.55TNM75. 95369.22.31109.55nP109.55T23.97NM9602.41109.5

25、5nP109.55T34434333333223231131(一一)、带传动设计、带传动设计已知 ： P12.41KW、i2.6（n1960rpm、n2369.2rpm）、载荷平稳 、 两班制二、传动件设计二、传动件设计一、带型号一、带型号P40 图48 ： P1=2.41KWPdKAP1 1.12.412.65KW n1960rpm （P39表44：KA1.1）A型二、带轮计算直径二、带轮计算直径 vP40 表45或表46 ：v A型：Dmin75mmv 取D1 100mm 则 D2 D1 i1002.6 =260mm （圆整 ，取尾数为0或5）2.校验传动比误差Check the erro

26、r of speed ratio)DD(%50100%512实际实际iiiiiiii3.校验速度 Check peripheral velocity111,/5/255/02. 510006096010014. 3100060DsmsmsmnD则增大若合适三、确定长度Ld和中心距a Length of belt and centre-to-centre distance1.Owing to： 0.55（D1D2）+ha2 （D1D2） 初取 a0 D1D2 100+260360mmv2.确定带长度mm1250L3438P13033604)100260()260100(236024)()(22d

27、2212210，取表根据mmaDDDDaLmm335mm5 .3332130312503602LL0d0取aaa3. 求实际中心距a The final centre-to-centre distance 4. 校验包角1 Check the arc of contact）可以增大中心距（如果合适aa,1201202 .1516033500126018060DD180o1ooooo12o1)12103Z.93. 010445P92. 09444P1.2T8444PKW115. 09602 . 10001. 0nT0001. 0KW95. 074429 . 293. 092. 0)115. 095. 0(65. 2)(10000（取：表：表：表：表LLdKKPPPKKPPPZ四、确定带根数Z Numbers of belt)12103Z.9