机械设计第七章课件

12023/7/291第八章带传动电子科技大学凌丹机械设计2概述带传动的工作情况分析普通V带传动的设计计算V带轮的设计4123主要内容V带传动的张紧、安装与防护5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beltDriverpulleyDrivenpulley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。带传动的缺点张紧力较大（与啮合传动相比），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。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=5~25m/s

传动比：imax=7

效率：η≈0.9~0.95带传动的应用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FlatbeltRoundbeltV-belt同步带传动各种带传动V带平带多楔带同步带圆带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。大理石切割机-平带传动带式运输机－平带传动FlatBeltConveyor发动机中的带传动电影放映机-平带交叉传动V带传动应用最广的带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动与平带传动相比能产生更大的摩擦力。FNNN拖拉机-普通V带传动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。OtherTypesofV-beltLightDutyV-Belt

HighPowerV-Belt

DoubleV-Belt

BandedV-Belt

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。梯形齿同步带圆弧齿同步带双面齿同步带对称齿交错齿同步带带轮机器人关节-同步带传动VERDEV3000平开自动门圆带用于轻、小型机械，如缝纫机的皮带。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

=40°相对高度h/bp≈0.7普通V带抗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普通V带的截面型号AYZEBCD长度系列表普通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。bdV-beltpulley（V带轮）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弧度单位(rad)角度单位(度)普通V带传动的几何计算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。联组V带是由几条相同的普通V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带的其他类型齿形V带：抗拉体为绳芯结构，内周制成齿型的Ｖ带V带的其他类型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.工作前压轴力带受力分析带轮受力分析压轴力主动轮从动轮2.工作时：轮对带的摩擦力带对轮的摩擦力形成紧边：F0↑F1（下）松边：F0↓F2（上）v假设带的总长不变F1－F2

=

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：2.工作时：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：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？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。F1－F2

=

Ff

工作时带传递的功率为：带能够传递的最大功率为：带传动的有效圆周力——传递一定功率对传动提出的需求带传动的最大有效圆周力（临界有效拉力）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二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力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，临界有效拉力=临界摩擦力临界状态下（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：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V带的当量摩擦系数平带的摩擦力为：V带的摩擦力为：fv—当量摩擦系数，显然fv>f相同压轴力，V带的摩擦力大于平带，传动能力更大压轴力柔韧体欧拉公式假定一定初拉力前提下，处于临界状态时二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力增加包角或（和）增大摩擦系数，都可提高带传动所能传递的圆周力。一定初拉力条件下，带传动的承载能力计算对于V带，摩擦系数f代入当量摩擦系数一定初拉力，打滑临界状态下，紧边拉力与松边拉力计算二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力F+dFndNxF1F2FY欧拉公式的推导欧拉公式的推导F+dFndNxF1F2FY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。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=D2，d2=D1++++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1.拉应力式中：

A为带的横截面积（mm2）

F1紧边拉力（N）

F2松边拉力（N）三、带的应力分析2、弯曲应力

dd/2h’三、带的应力分析3、离心拉应力由离心力所产生的拉力Fc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、带的应力分析带在微弧段上产生的离心力dFNc：dFNcdαdlr

离心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

带的线密度由力平衡条件得：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。离心拉应力：dFNcdαdlrF1F2Fc

Fc

离心力产生的拉应力4.应力分布及最大应力smaxs1sb2scα2n1n2α1sb1s2离心应力拉应力弯曲应力最大应力σmax出现在紧边与小轮的接触处。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四、带的弹性滑动与打滑1、主动轮上的弹性滑动F2F1a1b1c1从a1到b1从b1到c1F1F1→F2静弧动角静角动弧滑动方向：与小带轮线速度方向相反2.从动轮上的弹性滑动F2F1a2b2c2从a2到b2从b2到c2F2F2→F1静弧动角静角动弧带的爬行方向与带轮线速度方向一致3.弹性滑动的结果效率降低、磨损、温升滑动率传动比空载时:动角为0静角静角动角打滑——功能失效当4.打滑的发生过程弹性滑动与打滑的区别弹性滑动打滑发生原因带有弹性，传动中两边拉力不等，引起带的变形不等。过载，需要传递的圆周力超过最大摩擦力现象局部带在局部轮面上发生滑动。整个带在轮面上滑动后果使从动轮圆周速度低于主动轮速度，传动比不恒定。使传动失效，引起带的全面磨损。防止措施弹性滑动不可避免。必须避免打滑能起到过载保护的作用。74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75一、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76

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

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。

带传动的强度条件不打滑条件疲劳强度条件（使带有一定的寿命）三、单根V带的基本额定功率P0带传动的最大紧边拉力单根普通V带传动能传递的最大功率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α＝180°、特定长度、平稳的工作载荷。带型dd1小带轮转速n1（r/min）400700800950120014501600200024002800Z500.060.090.100.120.140.160.170.200.220.26560.060.110.120.140.170.190.200.250.300.33630.080.130.150.180.220.250.270.320.370.41710.090.170.200.230.270.300.330.390.460.50800.140.200.220.260.300.350.390.440.500.56900.140.220.240.280.330.360.400.480.540.60A750.260.400.450.510.600.680.730.840.921.00900.390.610.680.770.931.071.151.341.501.641000.470.740.830.951.141.321.421.661.872.05表8－4a单根普通V带的基本额定功率P0四、单根V带的额定功率由于单根V带基本额定功率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。带型i小带轮转速n1（r/min）40070080095012001450160020002400A1.00~1.010.000.000.000.000.000.000.000.000.001.02~1.040.010.010.010.010.020.020.020.030.031.05~1.080.010.020.020.030.030.040.040.060.071.09~1.120.020.030.030.040.050.060.060.080.101.13~1.180.020.040.040.050.070.080.090.110.131.19~1.240.030.050.050.060.080.090.110.130.16表8－4b单根普通V带的基本额定功率增量DP0表8－5包角修正系数Kα小带轮包角（°）Kα小带轮包角（°）Kα18017517016516015515010.990.980.960.950.930.921451401351301251200.910.890.880.860.840.82若计算值与表中数值不对应，则采用线性插值法计算基准长度普通V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8－2长度系数KL表五、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。87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，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。初选中心距的公式初选中心距初定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。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)2.传动比i带传动的传动比一般为

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。当包角减小到一定程度时，带传动就会打滑。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

YZABCDEdmin205075125200315500表8--6带轮的最小直径dmin大带轮的基准直径dd22022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254755005305606306707107508009001000dd1

、dd2：必须符合带轮的基准直径系列：4.带速v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。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。1、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α1≥12006、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94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=4kW，转速n1=1440r/min，传动比3.4，每天工作8小时。95解题步骤（1）求计算功率96表8-7带的工作情况系数97解题步骤验算带速：带速合适98300050002000160040002008005001004003001000小带轮的转速n1(r/min)125025000.811.2523.154581016203040506380100200250普通V带选型图ZABCDEdd1=50~71dd1=80~100dd1=112~140dd1=125~140dd1=160~200dd1=200~315dd1=355~400dd1=450~500dd1=80~10099解题步骤100101计算实际中心距中心距的变化范围443～515mm（5）验算小带轮包角解题步骤102解题步骤1031450104取z=4。解题步骤105带型i小带轮转速n1（r/min）40070080095012001450160020002400A1.13~1.180.020.040.040.050.070.080.090.110.131.19~1.240.030.050.050.060.080.090.110.130.161.25~1.340.030.060.060.070.100.110.130.160.191.35~1.500.040.070.080.080.110.130.150.190.231.51~1.990.040.080.090.100.130.150.170.220.26≥2.000.050.090.100.110.150.17