机械设计带传动课件

第15章带传动本章要点：带传动的类型、工作原理及应用带传动的失效及带传动的设计带传动的安装与维护V带传动的参数选择和设计计算应掌握内容：1、组成固联于主动轴上的带轮1(主动轮)；固联于从动轴上的带轮2(从动轮)；紧套在两轮上的传动带3。§15—1带传动的类型和特点

啮合传动：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）。2．传动原理

摩擦传动：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Ｖ带传动）。3、传动特点优点：1）有过载保护作用（过载打滑)2）有缓冲吸振作用，运行平稳无噪音（带有弹性）3）适于远距离传动（中心距大）4）结构简单，制造、安装精度要求不高，维护方便缺点：1）有弹性滑动使传动比i不恒定2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大3）结构尺寸较大、不紧凑4）打滑，使带寿命较短5）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6）效率低。

二、带传动的类型1.应用:

带传动传动的功率P≤100KW，带速v=5-30m/s，平均传动比i≤7，传动效率为94%-96%。同步齿形带的带速为40-50m/s，传动比i≤10，传递功率可达200KW,效率高达98%-99%。带传动主要用于要求传动平稳,传动比要求不严格的中小功率的较远距离传动。2.类型:1)摩擦式带传动按传动带的截面形状分（1）平带：

平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。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。

（2）V带：截面形状为梯形，两侧面为工作表面。应用最广的带传动是Ｖ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。

(3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。多楔带传动兼有平带传动和Ｖ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。

（4）圆形带：横截面为圆形。只用于小功率传动。2)啮合式带传动

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;传递功率大。用于要求传动平稳,传动精度较高的场合.(强力层为钢丝绳,变形小;带轮为渐开线齿形)配气机构3)带传动传动形式

开口传动

交叉传动

半交叉传动V带有普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带、大楔角V带等。其中以普通V带和窄V带应用较广，本章主要讨论普通V带传动。

一、V带的结构和标准

1.结构:标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图所示。强力层的结构形式有帘布结构(制造方便,抗拉强度高)和线绳结构(柔韧性好,抗弯强度高,适用带轮直径小,转速较高场合)。

§15—2V带与V带轮2.标准:

按截面尺寸的不同分为Y、Z、A、B、C、D、E共7种型号，其截面尺寸已标准化。在同样的条件下，截面尺寸大则传递的功率就大3.参数和尺寸:

节宽——节面的宽度bp。相对高度——V带高度h与节宽bp之比。约为0.7(窄0.9)带轮基准直径——V带轮上与所配V带节宽bp相对应的带轮直径。基准长度——带节面长度(V带在带轮上张紧后，位于带轮基准直径上的周线长度Ld)节面——当V带受弯曲时，长度不变的中性层。

因此，与普通v带传动相比，窄v带传动具有传动能力更大、（比同尺寸普通v带传动功率大50％－150％）能用于高速传动（v=35～45m/s）、效率高（达92％～96％）、结构紧凑、疲劳寿命长等优点。目前，窄v带传动已广泛应用于高速、大功率的机械传动装置。4.带的标记:

Z1400

GB11544-89带型基准长度标准编号2.结构和尺寸二、带轮的材料与结构

1.材料:转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。小功率时可用铸铝或塑料。通常采用铸铁，常用材料的牌号为HT150和HT200。S型：实心带轮P型：腹板带轮H型：孔板带轮E型：椭圆轮幅带轮§15—3带传动的受力分析和应力分析一.带传动的受力分析设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1－F0＝F0－F2；或：F1＋F2＝2F0；记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力为Ff，其值由带传动的功率P和带速v决定。带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F0。带传动工作时，一边拉紧，一边放松，记紧边拉力为F1和松边拉力为F2。F1-F2=有效拉力F=摩擦力总和Ff

传递的功率(KW):式中:F—圆周力(N)

v—带速(m/s)带传动在工作过程中带上的应力有：二、带传动的应力分析拉应力：紧边拉应力、松边拉应力；离心应力：带沿轮缘圆周运动时的离心力在带中产生的离心拉应力；弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。为了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。槽型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm50751252006390140224工作时带在变应力工作状态下工作，随着位置的不同，应力大小在不断地变化，∴带将产生疲劳破坏。由疲劳强度条件：——带的许用拉应力三、带的弹性滑动和打滑带传动在工作时，从紧边到松边，传动带所受的拉力是变化的，因此带的弹性变形也是变化的。带传动中因带的弹性变形变化而引起的带与带轮间的局部相对滑动，称为弹性滑动。或其中：因此，传动比为：弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2＜主动轮的圆周速度v1，速度降低的程度可用滑动率ε来表示：因带传动的滑动率ε=0.01-0.02,其值不大，可不予考虑。打滑:若带的工作载荷加大，有效圆周力达到临界值Fmax后，则带与带轮间会发生明显显著全面的相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种情况应当避免。弹性滑动与打滑的区别A.现象：弹性滑动发生在绕出带轮前带与轮的部分接触长度上打滑发生在带与轮的全部接触长度B.原因：弹性滑动：带两边的拉力差，带的弹性打滑：过载C.结论：弹性滑动不可避免打滑可避免

15.4普通V带传动的设计计算15.4.1设计准则和单根V带的额定功率

根据带传动工作能力分析可知，带传动的主要失效形式有：①带在带轮上打滑，不能传递动力；②带发生疲劳破坏（经历一定应力循环次数后发生拉断、撕裂、脱层）。因此带传动的设计准则为：①带在传递规定功率时不发生打滑。②具有一定的疲劳强度和寿命。

普通V带传动的设计计算

普通V带传动的设计计算15.4.2带传动设计步骤和参数选择已知条件：传动的用途和工作情况，传递功率，主动轮和从动轮的转速以及对外廓尺寸的要求等。设计内容：确定V带的型号，长度和根数，带轮的材料，结构和尺寸，中心距以及作用在轴上的力等。

普通V带传动的设计计算1．确定计算功率

Pc

PC＝KAP

2．选择带的型号

根据计算功率和主动轮（通常是小带轮）转速选择V带型号。

设计步骤：

普通V带传动的设计计算

普通V带传动的设计计算

普通V带传动的设计计算3．确定带轮基准直径

通常小轮直径dd1不应小于表15-5所示的最小直径，并应符合带轮直径系列。带轮直径系列见表15-5。4．验算带速v大带轮直径dd2应按直径系列进行圆整。dd2＝i·dd1

普通V带传动的设计计算5．确定中心距a和胶带长度Ld初步确定中心距ao，计算出实际中心距aa＝ao＋（Ld－Ldo）／2mm由表选取和Ld0相近的标准胶带基准长度Ld。－0.015Ld

～＋0.03Ld中心距的变化范围

普通V带传动的设计计算

普通V带传动的设计计算6．验算小带轮包角17．确定胶带根数z8．计算预拉力F0和轴上压力FQ

普通V带传动的设计计算

普通V带传动的设计计算15.6带传动安装、张紧和维护15.6.1带传动的张紧和调整1.定期张紧浮动式张紧轮式2.自动张紧滑道式张紧轮式

带传动的安装、张紧和维护初拉力的测定

带传动的安装、张紧和维护

带传动的安装、张紧和维护（1）安装时，为避免带的磨损，两带轮轴必须平行，两轮轮槽必须对齐，否则将降低带的使用寿命，甚至使带从带轮上脱落。（2）胶带不宜与酸、碱或油接触，工作温度一般不应超过60℃。

带传动的安装、张紧和维护15.6.2带传动的安装与维护（3）带传动装置应加防护罩。

（4）带传动中，如果有一根过度松弛或疲劳损坏时，应全部更换新带。

带传动的安装、张紧和维护附录资料：不需要的可以删除滤波器

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。一、滤波器的分类

根据滤波器的选频作用，可将滤波器分为以下四类：

（1）低通滤波器

从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。

（2）高通滤波器

与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。06三月2023一、滤波器的分类

（3）带通滤波器

它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

（4）带阻滤波器

与带通滤波相反，阻频带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。

06三月2023一、滤波器的分类

低通滤波器和高通滤波器是滤波器两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

带通滤波器低通与高通滤波器的串联带阻滤波器低通与高通滤波器的并联

06三月2023二、理想滤波器

理想滤波器是指能使通频带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。

理想低通滤波器的频率响应函数及图形为：

06三月2023二、理想滤波器

分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数h(t)为sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在单位脉冲输入滤波器之前，即在t＜0时，滤波器就已经有响应了。显然，这是一种非因果关系，在物理上是不能实现的。由此知在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者说在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是不可能存在的。实际滤波器的频域图形不会在某个频率上完全截止，而会逐渐衰减并延伸到∞。三、实际滤波器

理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。所以，当一个信号经过实际滤波器时，其带宽B与响应建立时间T之间存在一个反比关系，即：

B·T=常数

带宽标志着滤波器的分辨力，带宽越窄，分辨力越高，但由上式可知滤波器达到稳态输出的时间会加长，反之，若想获得较快的输出，就要选择带宽较大的滤波器，但由此会导致滤波的精度下降。实际使用时，要综合考虑这两个因素。

06三月2023三、实际滤波器1、实际滤波器

实际滤波器描述的主要参数有纹波幅度、截止频率、品质因数等。下图是一个典型的实际带通滤波器：

品质因数Q：对于带通滤波器，通常把中心频率f0和带宽B之比称为滤波器的品质因数，其值越大，表明滤波器频率分辨力越高。

06三月2023三、实际滤波器2、RC调谐式滤波器

在测试系统中，信号频率相对来说不高，因此常用RC滤波器。RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件易得，所以在工程测试的领域中经常用到。

(1)一阶RC低通滤波器

RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：06三月2023三、实际滤波器2、RC调谐式滤波器(2)一阶RC高通滤波器

RC高通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：06三月2023三、实际滤波器2、RC调谐式滤波器(3)RC带通滤波器

RC带通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：06三月2023四、常用滤波器

频谱分析：将信号通过中心频率不同的多个带通滤波器，则各个滤波器的输出就反映了信号中在该通带频率范围内的量值，此过程称为信号的频谱分析，由此分析，也可摘取信号中某些特殊的频率成分。频谱分析时带通滤波器的使用方法：（1）采用中心频率可调的带通滤波器。

（2）采用一组各自中心频率固定、但又按一定规律相隔的滤波器组。06三月2023四、常用滤波器

用于频谱分析装置中的滤波器组，根据带通滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，可分为两种：

1、恒带宽比滤波器

中心频率与带宽的比值（品质因数）是不变的，称为恒带宽比带通滤波器，优点是用较少的带通滤波器个数就可以覆盖较大的频率范围，缺点是中心频率越高，带宽也越宽，高频滤波性能下降。

06三月2023四、常用滤波器1、恒带宽比滤波器恒带宽比带通滤波器为使各个带通滤波器组合起来后能覆盖整个要分析的信号频率范围，其带通滤波器组的中心频率是倍频程关系，同时带宽是邻接式的，通常的做法是使前一个滤波器的上截止频率与后一个滤波器的下截止频率相一致，如下图所示。这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为“邻接式”的。06三月2023四、常用滤波器2、恒带宽滤波器

带宽B不随中心频率而变化，称为恒带宽带通滤波器，其优点是不论带通滤波器的中心频率处在任何频段上，带宽都相同，即分辨力不随频率变化，缺点是在覆盖频率范围相同的情况下，要比恒带宽比滤波器使用较多的带通滤波器。

06三月2023第四节信号的放大为保证测量精度，要求放大电路具有如下：足够的放大倍数；高输入阻抗，低输出阻抗；高共模抑制能力；低温漂、低噪声、低失调电压和电流。说明：集成运算放大器具备上述特点。一、基本放大电路反相放大器：输入阻抗低、易对传感器形成负载效应；同相放大器：输入阻抗高、易引入共模干扰；差分放大器：不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比；二、仪器放大器典型的仪器放大电路由三个集成运放构成的，如图所示。两个输入端分别是两个集成运放Ａ１、Ａ２的同相输入端，因此输入电阻很高。Ａ３构成差分放大电路，两边电阻对称，可以消除上述远距离测量时的共模干扰。同时当Ａ１、Ａ２输出端上产生的漂移电压对称时，在Ａ３输出ｕｏ中也被消除。因此该电路有很高的共模抑制能力和较低的输出漂