机械设计第8章带传动

1、第八章第八章 带传动带传动8-1 带传动概述带传动概述 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析8-3 普通普通V带传动的设计计算带传动的设计计算 8-4 V带轮结构设计带轮结构设计8-5 带传动的张紧装置带传动的张紧装置教学要求：教学要求：1）了解带传动的类型、工作原理、特点及应用；）了解带传动的类型、工作原理、特点及应用；2）了解）了解V带与带与V带轮的结构形式；带轮的结构形式；3）掌握带传动的受力分析、应力分析、弹性滑动和打滑等基本）掌握带传动的受力分析、应力分析、弹性滑动和打滑等基本理论；理论；4）掌握带传动的失效形式、设计准则、普通）掌握带传动的失效形式、设计准则、普通V带传

2、动的设计计带传动的设计计算和参数选择原则算和参数选择原则5）了解带传动的维护和张紧。）了解带传动的维护和张紧。重点：重点：1）带传动的工作情况分析（力和应力分析、弹性滑动和打滑）带传动的工作情况分析（力和应力分析、弹性滑动和打滑）2）普通）普通V带传动的设计计算带传动的设计计算 1）弹性滑动和打滑产生的机理；）弹性滑动和打滑产生的机理；2）为何带传动一般布置在机器的高速级传动？）为何带传动一般布置在机器的高速级传动？学习本章须解决的两个问题：学习本章须解决的两个问题：8-1 带传动概带传动概 述述 组成：组成： 主动轮主动轮1、从动轮、从动轮2、传动带、传动带3 工作原理：工作原理： 靠带与带

3、轮间的靠带与带轮间的摩擦或啮合摩擦或啮合作用来传递运动和动力。作用来传递运动和动力。1n2n12潘存云教授研制vv3带传动是一种挠性传动2）啮合型带传动：）啮合型带传动：靠靠带齿与轮齿间的啮合带齿与轮齿间的啮合传递运动传递运动 (同步带传同步带传动动) 一、带传动的类型一、带传动的类型1）摩擦型带传动：）摩擦型带传动：靠带与带轮间的摩擦力传递运动靠带与带轮间的摩擦力传递运动 (平带和平带和V带传动带传动)1、按、按工作原理不同工作原理不同:2、按、按横截面形状不同横截面形状不同:1）平带）平带平带的带体平带的带体薄、软、轻薄、软、轻，具有良好的耐弯曲性能，具有良好的耐弯曲性能，适用于小直径带轮

4、传动适用于小直径带轮传动。高速运行时，带体容易散高速运行时，带体容易散热，传动平稳。热，传动平稳。2）V带带普通普通V带带窄窄V带带宽宽V带带应用最广的带传动，在同样的张紧力下，应用最广的带传动，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。 由于带与轮槽之间是由于带与轮槽之间是V型槽面摩擦，故可产生比平带更大型槽面摩擦，故可产生比平带更大的摩擦力，因而能传递较大的功率。在工业上，应用最广泛。的摩擦力，因而能传递较大的功率。在工业上，应用最广泛。FQFQFN /2 /2FN2FN2平带传动平带传动-平面摩擦平面摩擦带传动带传动-槽面摩擦槽面摩擦摩擦力

5、摩擦力: : F f = FN f = f FQFN= FQFN2FQ= 2sin /2FN=FQsin /2摩擦力摩擦力: : F f = FN ff=FQsin /2= FQ fvff v=sin /2-当量摩擦系数当量摩擦系数 40, sin /20.3 f v3 f= 3 f FQ 3）多楔带）多楔带汽车发动机汽车发动机 多多楔带楔带兼有平带柔性好和带兼有平带柔性好和带摩擦力大等优点摩擦力大等优点，用于结构紧凑，用于结构紧凑而传递功率较大的场合。而传递功率较大的场合。解决了多根解决了多根V带长短不一而受力不均带长短不一而受力不均的状况。的状况。4）同步带）同步带啮合传动啮合传动，兼有，

6、兼有带传动和齿轮传动带传动和齿轮传动的优点，的优点，吸振、吸振、i 准确准确，在汽车、，在汽车、机器人中广泛应用。机器人中广泛应用。普通带普通带窄带窄带齿形带齿形带宽带宽带联组带联组带大楔角带大楔角带二、二、V带的类型与结构带的类型与结构 V带是一种带是一种标准件标准件-应用最广应用最广普通普通V带组成：带组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。抗拉体、顶胶、底胶、包布。帘布芯结构帘布芯结构绳芯结构绳芯结构包布包布顶胶顶胶抗拉体抗拉体底胶底胶帘布结构帘布结构：抗拉强度高，制造方便抗拉强度高，制造方便。 绳芯结构绳芯结构：柔韧性好，抗弯强度高柔韧性好，抗弯强度高，适用转速较高、带轮，适用转速较高、带轮直

7、径较小的场合；直径较小的场合；但承载能力没有帘布结构的传动带高但承载能力没有帘布结构的传动带高。 V带楔角带楔角 =40； V带轮槽角带轮槽角 Fec。带将在带。带将在带轮上发生轮上发生全面的相对滑动全面的相对滑动，这种现象称为，这种现象称为打滑打滑。当带在带轮上当带在带轮上即将打滑即将打滑时，摩擦力达到时，摩擦力达到极限值极限值Fec，此时紧边和松边拉力之间，此时紧边和松边拉力之间的关系可用的关系可用欧拉公式欧拉公式来表示。来表示。 当初拉力当初拉力F0一定时，随着一定时，随着P，Fe，Ff，但摩擦力总有一，但摩擦力总有一极限值极限值Fec。故能传递的故能传递的极限功率极限功率为：为：kWv

8、FPec1000lim(P75KW)影响临界摩擦力的因素影响临界摩擦力的因素： 1）初拉力）初拉力F0，F0 Ffc 2）包角包角 Ffc Fec ，对传动有利对传动有利。F0 过大过大 带的磨损加剧带的磨损加剧, ,加快松弛加快松弛, ,降低寿命。降低寿命。F0 过小过小 影响带的工作能力，容易打滑。影响带的工作能力，容易打滑。3）摩擦系数摩擦系数 f Fec ，对传动有利。对传动有利。 当轮与带的配对材料为：胶对铸铁当轮与带的配对材料为：胶对铸铁 f 带轮带轮多用铸铁制造。多用铸铁制造。0111211ffecfcfeFFFFee220201eeFFFFFF联立：联立：三、带的应力分析三、带

9、的应力分析 1. 拉应力拉应力紧边：紧边：MPaAF11MPaAF22松边：松边：2. 离心拉应力离心拉应力MPaAqvAFcc23. 弯曲应力弯曲应力MPadhEdb2121 bbdddd2121 FF q带单位长度上的质量A带的截面面积应力分布情况示意图应力分布情况示意图 max 1 b2 c2n1n21 b1cb11max 2最大应力最大应力 max出现在出现在带的紧边开始绕上小带的紧边开始绕上小( (主动主动) )带轮处带轮处。离心拉应力拉应力变应力状态变应力状态 循环一定次数循环一定次数 疲劳破坏疲劳破坏四、四、带的弹性滑动与打滑带的弹性滑动与打滑 1. 弹性滑动产生的机理弹性滑动产

10、生的机理： 带受拉力产生弹性变形带受拉力产生弹性变形，而拉力，而拉力不同弹性变形量也不同。不同弹性变形量也不同。1）带的紧边在）带的紧边在A1点绕上主动轮时：点绕上主动轮时： 带的受力：带的受力：F1 带的速度：带的速度：v = v1 当带由当带由A1B1运动时：运动时： 带带拉力：拉力：F1F2 减小减小 带的弹性变形量带的弹性变形量减小（减小（带带收缩收缩），）， 即带一边随带轮前进，一边又向后收缩，即带一边随带轮前进，一边又向后收缩，使使带的速度：带的速度：v v12）从动轮上：正好相反，即：）从动轮上：正好相反，即： v v221vvv即有即有：B1A1C1产生的原因：产生的原因：1）

11、带具有弹性；）带具有弹性；2）紧边、松边有拉力差。）紧边、松边有拉力差。注意注意：弹性滑动是带传动不可避免的固有特性。弹性滑动是带传动不可避免的固有特性。定义：定义：由于带的由于带的弹性变形弹性变形而引起的带与带轮间的而引起的带与带轮间的微量微量相对滑动相对滑动带的弹性滑动带的弹性滑动 。1）从动轮的圆周速度从动轮的圆周速度v2低于低于主动轮主动轮v1；2）降低了传动效率；）降低了传动效率；3）引起带的磨损；）引起带的磨损；4）使带温度升高。）使带温度升高。弹性滑动会引起下列后果：弹性滑动会引起下列后果：2121dddnind理论传动比理论传动比实际传动比实际传动比)1 (1221ddddnn

12、i2. 带传动的传动比带传动的传动比：%100121vvv12)1 (vv或或)/(6000011d1smndv)/(6000022d2smndv其中：其中：通常通常 =0.01 0.02，一般工程计算可以忽略不计，则，一般工程计算可以忽略不计，则 弹性滑动导致：弹性滑动导致：从动轮的从动轮的v2主动轮的主动轮的v1，其相对降低，其相对降低率可用率可用滑动率滑动率 来表示：来表示： 传递功率传递功率P 增加，使得增加，使得Fe Fec 过载过载带的磨损加剧，从动轮转速急速下降，带的磨损加剧，从动轮转速急速下降，直至传动失效。直至传动失效。可以避免的，也必须避免。可以避免的，也必须避免。产生的原

13、因产生的原因造成的后果造成的后果打滑的特点打滑的特点打打滑滑3. 带传动的打滑带传动的打滑： 1）正常工作时：）正常工作时：Fe 1 打滑首先发生在打滑首先发生在哪个带轮哪个带轮上？上？打滑：打滑：当带传递功率所产生的载荷超过当带传递功率所产生的载荷超过临界摩擦力临界摩擦力(或或临界有效拉力临界有效拉力)时，带将在轮上全面滑动，即时，带将在轮上全面滑动，即整体打滑整体打滑。注意：注意：弹性滑动和打滑是两个弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念截然不同的概念。打滑可起到过载保护的作用。打滑可起到过载保护的作用。a）弹性滑动弹性滑动是带传动的是带传动的固有特性固有特性，是不可避免的；，是不可避免的；b

14、）打滑打滑是由于是由于过载过载引起的，是引起的，是可以避免可以避免的，而且的，而且 必须避免必须避免。8-3 普通普通V带传动的设计计算带传动的设计计算一、设计准则和单根一、设计准则和单根V带的基本额定功率带的基本额定功率P0失效形式失效形式：打滑和带的疲劳破坏打滑和带的疲劳破坏设计准则：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。为避免打滑，须限制为避免打滑，须限制有效拉力不超过临界值有效拉力不超过临界值。为保证带具有一定的疲劳强度，应使为保证带具有一定的疲劳强度，应使：带在带在临界打滑状态下临界打滑状态下的有效拉力：的有效拉力：11ma

15、x cbcb 11 )11 ()11 (11vvffeceAeFF（对于V带用 fv 代替 f ）011( )(1)10001000vecbcfF vAvPkWe单根单根V带带处于临界打滑状态时处于临界打滑状态时所能传递的功率：所能传递的功率：基本额定功率基本额定功率基本额定功率基本额定功率P0 是在是在特定的试验条件下特定的试验条件下得到的：得到的：特定条件：特定条件：1）载荷平稳；）载荷平稳； 2）包角）包角 =180 ，即，即 i=1； 3）特定带长。）特定带长。200 400 800 950 1200 1450 1600 1800 2000 2400 2800 3200 3600 40

16、00 5000 6000小带轮小带轮基准直基准直径径 d1/ mm表表8-4a 单根普通单根普通V带的基本额定功率带的基本额定功率P0（包角包角 = 、特定基准长度、载荷平稳时）特定基准长度、载荷平稳时） 型型号号ZABC50 0.04 0.06 0.10 0.12 0.14 0.16 0.17 0.19 0.20 0.22 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.3156 0.04 0.06 0.12 0.14 0.17 0.19 0.20 0.23 0.25 0.30 0.33 0.35 0.37 0.39 0.41 0.40 90 0.10 0.14 0.24 0.28 0

17、.33 0.36 0.40 0.44 0.48 0.54 0.60 0.64 0.68 0.72 0.73 0.5675 0.15 0.26 0.45 0.51 0.60 0.68 0.73 0.79 0.84 0.92 1.00 1.04 1.08 1.09 1.0 0.8090 0.22 0.39 0.68 0.77 0.93 1.07 1.15 1.25 1.34 1.50 1.64 1.75 1.83 1.87 1.82 1.5 180 0.59 1.09 1.97 2.27 2.74 3.16 3.40 3.67 3.93 4.32 4.54 4.58 4.40 4.00 1.81

18、125 0.48 0.84 1.44 1.64 1.93 2.19 2.33 2.50 2.64 2.85 2.96 2.94 2.80 2.51 1.09 140 0.59 1.05 1.82 2.08 2.47 2.82 3.00 3.23 3.42 3.70 3.85 3.83 3.63 3.24 1.29 280 1.58 2.89 5.13 5.85 6.90 7.76 8.13 8.46 8.60 8.22 6.80 4.26 小带轮转速小带轮转速 n1/( r/min)200 1.39 2.41 4.07 4.58 5.29 5.84 6.07 6.28 6.34 6.02 5.

19、01 3.23 224 1.70 2.99 5.12 5.78 6.71 7.45 7.75 8.00 8.06 7.57 6.08 3.57 450 4.51 8.20 13.8 15.23 16.59 16.47 15.57 13.29 9.64 二、单根二、单根V带的额定功率带的额定功率P PrLrKKPPP)(00P0 当当 i 1时，单根时，单根V带额定功率的增量；见表带额定功率的增量；见表8-4b式中：式中：K 包角修正系数包角修正系数， 见表见表8-5 KL 长度修正系数长度修正系数， 见表见表8-2 实际工作条件与试验条件不同实际工作条件与试验条件不同，应对表中的，应对表中的P

20、0进行修正。进行修正。实际工作条件下单根实际工作条件下单根V带的额定功率带的额定功率 Pr为：为：三、带传动的参数选择三、带传动的参数选择初选：初选： 0.7( (dd1+dd2) ) a0 2( (dd1+dd2) )1. 中心距中心距 aa 1，单位时间内单位时间内带的应力循环次数带的应力循环次数，带寿命，带寿命带容易颤动，传动的平稳性带容易颤动，传动的平稳性，传动的整体尺寸，传动的整体尺寸 7 i2. 传动比传动比 ii1 1，带传动易打滑，带传动易打滑 推荐值：推荐值：i = 2 53. 带轮的基准直径带轮的基准直径 b bKWvFPe1000smndvd/ 100060dd P给定时

21、，给定时，v ，Fe，带的根数带的根数 带轮宽度带轮宽度，各带间受力不均各带间受力不均设计时应保证：设计时应保证：dd ( dd )min见表见表8-6 槽槽 型型 Y Z A B C D E （dd）min 20 50 75 125 200 355 500表表8-6 V带轮的最小基准直径带轮的最小基准直径bdhEd 为避免为避免弯曲应力过大弯曲应力过大，应，应限制带轮的最小直径限制带轮的最小直径。4. 带速带速vv 一般一般推荐：推荐：v = 5 25 m / s vmax 30 m / s c，带的循环次数带的循环次数，带疲劳强度和寿命带疲劳强度和寿命KWvFPe1000smndvd/ 1

22、00060 P一定时，一定时，Fe，带的根数带的根数，传动尺寸传动尺寸为充分发挥带的工作能力和减少传动的总体尺寸为充分发挥带的工作能力和减少传动的总体尺寸带传动常设置在多级传动中的高速级带传动常设置在多级传动中的高速级四、带传动的设计计算四、带传动的设计计算已知条件：已知条件：P、n1、n2（或或i ）、）、传动位置要求及工作条件等。传动位置要求及工作条件等。设计内容：设计内容：确定带型、长度、根数、中心距、带轮基准直径等。确定带型、长度、根数、中心距、带轮基准直径等。1. 已知条件和设计内容已知条件和设计内容kw PKPAcaKA -工作情况系数工作情况系数，见表，见表8-72. 设计步骤和

23、方法设计步骤和方法（1） 确定计算功率确定计算功率Pca名义功率或电名义功率或电机的额定功率机的额定功率表表8 -7 工作情况系数工作情况系数载荷变载荷变动很小动很小载荷变载荷变动小动小载荷变载荷变动较大动较大载荷变载荷变动很大动很大工工 况况KA空、轻载启动空、轻载启动重载启动重载启动液体搅拌机、通风机和液体搅拌机、通风机和鼓风机、离心式水泵和鼓风机、离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机。压缩机、轻负荷输送机。每天工作小时数每天工作小时数 / / h 16 16 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5

24、 1.6 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 带式输送机、旋转式水带式输送机、旋转式水泵和压缩机、发电机、泵和压缩机、发电机、金属切削机床、印刷机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、木工机械。旋转筛、木工机械。制砖机、斗式提升机、制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械等。筛、纺织机械等。破碎机（旋转式、颚破碎机（旋转式、颚式）、磨碎机（球磨、式）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）。棒磨、管磨）。（2） 选择选择V带的型号带的型号根据根据Pcan1查图查图8-11（3）确定带轮的基

25、准直径）确定带轮的基准直径 dd 并验算带速并验算带速 v 初选小带轮的基准直径初选小带轮的基准直径 dd1由带型由带型表表8-6表表8-8选取选取 dd1ddmin 验算带的速度验算带的速度smndvd/10006011一般：一般：v = 5 25 m/s vmax 30 m/s12ddidd 计算从动轮的基准直径计算从动轮的基准直径 dd2按表按表8-8圆整为直径系列圆整为直径系列使其在画图、设计制造方面都较方便使其在画图、设计制造方面都较方便（4）确定中心距）确定中心距 a ，并选择并选择V带的基准长度带的基准长度Ld推荐：推荐： 0.7(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2) 初

26、算带长初算带长 Ld0021221004)()(22addddaLddddd 初定中心距初定中心距 a0 根据根据Ld0 查表查表8-2选取基准长度选取基准长度:LdLd0002ddLLaa中心距变动范围：中心距变动范围： ( a - 0.015 Ld ) ( a + 0.03 Ld )考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。 计算实际中心距计算实际中心距 a（5） 验算小带轮上的包角验算小带轮上的包角 1LcaKKPPPz)(00（6）确定带的根数）确定带的根数 z 10 根根改选横截面积较大的带型，可减少带的根数。改选横截面积较大的带型，可减少带的根数。21118057.3120 (90

27、)dddda至少a， 1， 可加大中心距或增加张紧轮可加大中心距或增加张紧轮。2min0)5.2(500qvzvKPKFca（7） 确定带的初拉力确定带的初拉力 F0单根单根V带所需的最小初拉力：带所需的最小初拉力：新安装的新安装的V带：带：F0 = 1.5 ( F0 )min安装时，应保证安装时，应保证F0上述数值上述数值运转后的运转后的V带：带：F0 = 1.3 ( F0 )min（8）计算带传动的压轴力）计算带传动的压轴力FPZF0ZF0 1FP2cos20zFFP由力平衡条件：由力平衡条件： FPZF0ZF0 2sin2)22cos(21010zFzF 不考虑带两边的拉力差，压轴力近似

28、按不考虑带两边的拉力差，压轴力近似按带两边的预紧力带两边的预紧力F0的合力的合力来计算：来计算：2. 带轮的材料带轮的材料常用带轮材料为铸铁：常用带轮材料为铸铁：HT150 和和 HT200。8-4 V带轮带轮结构设计结构设计3. 带轮的结构形式带轮的结构形式四种典型结构：四种典型结构：实心式、腹板式、孔板式、轮辐式实心式、腹板式、孔板式、轮辐式 1. V带轮设计的要求带轮设计的要求摩擦系数：摩擦系数： 橡胶橡胶铸铁铸铁 f =0.8 橡胶橡胶钢钢 f =0.4质量小质量小；结构工艺性好结构工艺性好；无过大的铸造内应力无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度