第13章带传动设计[讲课新]

1、第13章 带传动设计,13-1 概述,13-2 带传动的理论基础,13-3 V带传动设计,13-6 V带传动设计的实例分析及设计时 应注意事项,一. 带传动的类型和种类,带传动的组成,主动带轮1,从动带轮2,环形胶带3,摩擦型带传动的工作原理 依靠带与带轮之间的 摩擦力传动运动和动力的间接摩擦传动。,8-1 概述,1小轮包角,2大轮包角,n1小轮转速 （r/min）,n2大轮转速 （r/min）,v带速 （m/s）,摩擦型带传动,啮合型带传动,摩擦型带传动利用带与带之间的摩擦力进行传动,啮合型带传动利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动,一）按工作原理分,二）按带的截面形状分,1）平带,结构简单，

2、带轮也容易制造，在传动中心距较大的场 合应用较多。,平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面相接触 的内表面。,普通V带,2）V带,V带的横截面为等腰梯形，其工作面是与轮槽相接触的两侧面，而V带与轮槽槽底并不接触。,平带的极限摩擦力为: FN f = FQ f,FN=FQ,FN f = FQ/sin(/2) f =FQf ,V带的极限摩擦力为 ：,f 当量摩擦系数, f f,带传动是应用最广的带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，传递较大的功率。,V带传动与平带传动的初拉力相等(即带压向带轮的压力同为FQ)时，它们的法向力FN则不相同。,FN=FQ/sin(/2),工作

3、面是楔的侧面，兼有平带和V带的优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，用于结构紧凑而传递功率较大的场合。,解决多根V带长短不一而受力不均。,3）多楔带,汽车发动机,4）圆带,圆带传动的传动能力较小，功率小，曲挠性更好，一般用于轻型机械、仪表、手动装置。,啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的优点吸振、i 准确，在汽车、打印机中广泛应用。,5）同步带,机器人关节,V带是无接头的环形带，其种类有普通V带、窄V带、宽V带等。,二. V带的结构及尺寸,压缩层（橡胶填充而成）,包布层（橡胶帆布构成）,伸张层（橡胶制成）,帘布结构容易制造,粗绳结构挠曲性好,一）V带的结构分析,二）V带截面型号及尺寸,.普通V

4、带、窄V带的截面型号：,2. V带截面尺寸:,bP 节宽 (节面宽度),b 顶宽,高度,带楔角， =40,带的型号大，则剖面尺寸大，带的承载能力就高。,3. V带的长度,外周长,基准长度Ld,内周长,带轮基准直径,三.带传动的特点和应用,带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小；,过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏；,适用于两轴中心距较大的传动；,结构简单，易于制造和安装，故成本低。,由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定；,传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大；,由于需要施加张紧力，轴和轴承受力较大。,应用：用于中心距较大，传动比无严格要求的场合，在多级 传动系统中通常用于高速级传动，如机

5、床中由电动机到主轴 箱的第一级传动。,1.摩擦型带传动,2.啮合型带传动,兼有带传动和啮合传动的优点，传动比准确；效率高(9899.5)；传动比较大（可达1220），允许带速高（v 40m/s）。,主要缺点：制造与安装精度要求高；中心距要求较严格；成本高。,带 长：,中心距:,小轮包角：,一. 带传动的几何计算,8-2 带传动的理论基础,二带传动的受力分析,1.带传动的有效拉力Fe,工作前：带中各处均受到一定的初拉力FO,紧边,松边,工作时：主动边被进一步 拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；另一边拉力减少到F2，称为松边。,紧边拉力与松边拉力的差值称为带传动的有效拉力Fe: Fe =F1-

6、 F2 = Ff,带传动工作时，有效拉力Fe与初拉力Fo、紧边拉力F1、松边拉力F2关系：,.离心拉力,带在微弧段上产生的离心惯性力,离心力惯性力 dFc与离心拉力 Fc相平衡,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。,式中，q为传动带线密度，kg/m； v为带速，m/s。,代入，则,两端积分,3.带传动的极限有效拉力Felim及其影响因素,带在带轮上即将打滑时：,得,低速时取v，得欧拉公式,1）初拉力F0 ,2）小轮包角1,3）摩擦系数f ,影响Felim的因素,F0，正压力，F， Felim 但F0，磨损加快，带的寿命；,1，包围弧，FFelim 1大小取决于设

7、计参数i、d1、d2及a；,f，F，Felim，f取决于 带和带轮的材料,因为带是弹性体，受到拉力后要产生弹性变形。 设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：,紧边：,松边：, F1 F2, 1 2,带绕过主动轮时 V带V1,带经过从动轮时 V2 V带,三带传动的运动分析,由于带的弹性变形而引起的带在带轮上的滑动称为弹性滑动。其大小与带传动传递的载荷成正比。,速度间关系：v1v带v2。,得从动轮的转速：,带传动的传动比：,定义：,为滑动率,总有：v2 v1,V带传动的滑动率=0.010.02，一般可忽略不计。,滑动率不是一个固定值，随外载荷大小的变化而变化，因而摩擦型带传动不能用于要

8、求有准确传动比的地方。,四. 带传动的应力分析,一）带传动工作时，带截面上的应力种类,紧边拉应力：1=F1/A MPa,松边拉应力：2=F2/A MPa,带绕过小带轮时：,式中: E 带的当量弯曲弹性模量； y 带的最外层到中性层的距离； dd2 、dd1 大小带轮节圆直径。,1.离心拉应力：c=Fc/A =qv2/A MPa离心拉应力 作用于带的全长。,带绕过大带轮时：,二) 带中应力分布情况,A,B,C,D,三）带的应力变化性质,e,1. 带中应力变化,带的最大应力发生在紧边开始绕上小轮处（A点） 大小为：max =A =C+1+b1,3 .变应力对带的影响引起带的疲劳破坏（脱层和疲劳 断

9、裂）,2. 带中应力变化性质周期性变化的循环变应力,e,五带传动的弹性滑动和打滑,一）弹性滑动及其特性,1.弹性滑动: 是带的弹性变形量的变化而引起带与带轮之间微 量相对滑动的现象，称为弹性滑动。,1) 带是弹性体，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限 内，变形：=F/EA，当带的截面积A一定时，F，,2）存在拉力差，即：紧边拉力F1大于松边拉力F2，则带在紧边的伸长量1大于松边的伸长量2。,2.弹性滑动产生原因,2.微量相对滑动，只发生在接触弧AB和CD(称为滑动弧) 。,1.摩擦型带传动正常工作时不可避免的固有特性,3弹性滑动的性质,1)降低传动效率(V带传动效率=0.91 0.96)，使

10、带与 带轮摩损增加和温度升高。,4弹性滑动对传动的影响,2)使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1， 即： v2 v1 。,3) 传动比不为常数即：,常数,二）带传动打滑,打滑当传递的有效拉力达到极限值Felim时，过载引起 的带与小带轮接面间将发生显著的相对滑动。,三）弹性滑动与打滑的本质区别,显著的相对滑动,发生在带和带轮的全部接触弧上。,是带传动正常工作时不可避免的固有特性；,是带传动的失效形式，设计时必须避免；,微量相对滑动，只发生在带离开带轮前的那部分接触弧上；,弹性滑动,打 滑,六. 带传动的失效形式和计算准则,2）疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）max 引起失效,1）过载打滑由

11、F实传Felim引起的失效,二）带传动的计算准则 带传动的计算准则是：保证带传动不打滑的前提下，充分 发挥带的传动能力，并使传动带具有足够的疲劳强度和寿命。 即应满足：,不打滑条件：F实传,疲劳强度条件：,8-3 V带传动的设计,式中： 由带的疲劳寿命决定的许用拉应力，由实验得出，在108 109 次应力循环下，V带的许用应力为：,m指数，对普通V带，m=11.1。,疲劳强度条件：,式中：C由V带的材质和结构决定 的实验常数,LdV带的基准长度，m；,jnV带绕行一周时绕过带轮的数目,thV带的预期寿命，h；,不打滑条件：F实传,一特定条件下单根V带的基本额定功率P1,将 、b、c 代入，取当

12、量摩擦系数fv=0.51,可得V带传动许用功率的计算公式：,kW,载荷平稳,1= 2 = 1800 ，即：i=1,Ld为特定长度,二）单根V带的基本额定功率P0,P0可根据V带型号、小带轮直径d1及小轮转速n1由表查出。,单根普通V带的基本额定功率P0,如：Z型V带、d1=80 mm 、n1=1420 r/min时，P0 = 0.35 kW,A型V带、d1=100 mm 、n1=1420 r/min时，P0 = 1.31 kW,100,A,1.31,1420,80,Z,0.35,式中： 额定功率增量，考虑传动比i1时，带在大带轮 上的弯曲应力较小，在相同寿命的条件下，额定 功率可比i =1时的

13、传动功率大。根据V带型号、n1 及i查表13-6。,当使用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系 数。经过修正后单根V带许用功率P0为：,二. 实际使用条件下单根V带的许用功率,K包角系数，考虑1800时对传动能力影响， 根据小带轮包角1查表13-9。,KL 长度系数，考虑带长不为特定长度时对传动能力 的影响，KL根据V带型号及基准带长Ld查表13-7。,三.V带传动正常工作条件及提高带传动承载能力的措施,一） V带传动正常工作的条件,原动机类型,工作机的载荷性质,每天工作时间,取值,KA 工况系数表13-10，取决于,若出现P能传 Pc 时，则传动不能正常工作，必须采取措 施提高V带传动

14、承载能力。,P V带传动需要传递的名义功率，一般为已知条件。,式中：Z V带的根数；,Pc V带传动的计算功率；,二）提高V带传动承载能力的措施,1. 增加V带根数：,3. 增大摩擦系数 fv铸铁带轮皮革带 =0.595， fv铸铁带轮胶带 =0.51；,4. 采用新型带：多楔带，齿形带。,3对传动位置和外部尺寸的要求。,3带轮的材料选择及结构设计。,四普通V带传动的设计及参数选择,一）普通V带传动设计的原始数据：,二）普通V带传动设计内容：,1传递的功率P，工作条件；,2主、从动轮转速n1和n2或传动比i；,1确定带的型号、长度和根数，带轮直径，传动中心距；,2计算初拉力和作用在轴上的压力；

15、,三）普通V带传动设计步骤和选择参数：,1确定计算功率Pc ： Pc=KAP kW,原动机类型（如：轻载启动）,工作机的载荷性质（如：载荷变动小）,每天工作时间（如：=8小时）,V带型号，带截面尺寸，带传动的承载能力。,2. 选择V带型号：,计算功率Pc,小带轮转速n1,注意：当选型点在两种型号交界线（图中粗实线）附近时，可以对两种型号 同时进行计算,如Pc=4.4 kW与n1=1420 r/min交点G2处，可选Z、A型带 同时计算，最后择优选定。,3确定带轮的基准直径d1和d2,1)初选小轮直径d1,d1对传动影响：,d1选择：,带速过高则离心力大，使带与带轮间的压力减小，易打滑。 因此，

16、必须限制带速vvmax.一般应使v=525m/s，最佳带 速为2025m/s。,2)验算带速v： m/s,普通V带轮最小基准直径dmin及轮槽数Z,带轮直径小时，传动尺寸紧凑，但弯曲应力大，使带的疲劳强度降低；传递同样的功率时，所需有效圆周力也大，使带的根数增多。,一般取d1dmin，并取标准值。,当传动比无要求时：可忽略滑动率，则：d2=id1,3)确定大轮直径d2：d2应根据传动比要求计算后取标准值,当要求传动比较精确时：,（一般取=0.02）,4确定中心距a和带长Ld,带长：,中心距：,O：,1)初选中心距O,O：,结构尺寸有要求时：按要求初定O； 结构尺寸无要求时：推荐0.7(d1+d

17、2)O2(d1+d2),2)初算带长Lc和确定带长Ld,初算带长Lc,按表中标准带长，选取相近的基准长度Ld标准值。如：Lc=1461 mm，可取Ld=1400 mm或取Ld=1600 mm。若Lc超出该带的长度范围，则应改变中心距或带轮直径重新设计。,尺寸小，包角1小，传动能力降低，带短，绕转次数u=V/Ld，带的疲劳寿命降低。,尺寸，带的垂度，带上下抖动加剧，传动平稳性,V带传动中心距不可调时：应按确定的基准带长Ld计算。即：,中心距变化范围： min=-0.015Ld mm ，max=+0.03Ld mm,3) 确定中心距,当V带传动中心距可调时：可近似计算：0+ mm,5确定V带根数z

18、,满足V带传动正常工作要求所需带的根数：,根据计算值圆整根数Z 。当V带根数超过表13-11中荐用的轮槽数时，应改选带轮直径或改选V带型号重新设计。,F0：,F0：,6确定初拉力F0,Ff，Felim，Fe实传Felim时，就 可能出现打滑,带中应力过大，使带过早松弛，带的使用 寿命,F0确定原则既能保证带传动传递额定功率时不打滑，又能保证V带具有一定寿命。,单根带适宜的初拉力为：,7计算带对轴的压力FQ 计算FQ的目的 用于轴和轴承设计计算,若不考虑带松紧边的拉力差和离心拉力的影响，则FQ可近似地按张紧时带两边拉力均为zF0的合力计算，即：,带传动作用于轴上的压力,四）带传动的结构设计,1.

19、带轮的结构设计,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,实心式,腹板式一,腹板式中等直径；,带轮的结构,实心式直径小；,腹板式二,腹板式中等直径；,带轮的结构,实心式直径小；,轮辐式d350 mm；,2. 带传动的张紧装置,1)定期张紧装置,通过调节螺钉来调整加大中心距，以达到张紧目的。,2）张紧轮张紧装置,有内张紧、外张紧,内张紧置于大带轮侧，松边内侧；,外张紧靠近小带轮处，松边外侧。,提倡用内张紧，延长带寿命。,3）自动张紧装置,利用电动机及摆架的自重，自动调整中心距，达到张紧的目的。,设计一带式运输机传动系统中第一级用的V带传动。已知:电动机型号为

20、Y112M-4，额定功率P=4 kW，转速n1=1440r/min，n2=400 r/min，每天运转时间不超过10h。,五设计实例分析,工况系数KA,计算功率PC（kW),选V带型号,小轮直径d1（mm）,验算带速v（m/s）,大轮直径d2（mm）,表13-10P286,V带型号图13-7,PC = KAP,表13-11及推荐标准值,V =d1n1/60000，要求 V 在525m/s,d2=d1n1/n2，应取标准值,1.1,4.4,Z型,A型,80,100,6.03,7.54,280,355,从动轮转速n2（r/min),n2 = n1d1/d2,411,406,从动轮转速误差,(n2- n2)/n2应不超0.05,+0.028,+0.015,初定中心距0（mm）,0.7 (d1+d2)0 2 (d1+d2),252 720 初定280,318.5 910 初定350,初算带长Lc（mm）,Lc=20+(d1+d2)/2+(d2-d1)2/40,1161,1461,确定基准长度（mm）,表13- 7,1250,1600,确定中心距（mm）, 0+(Ld-Lc)/2,325,420,min（mm）,min = -0.015Ld,306,396,max （mm）,max = +0.03Ld,363,468,验算包角,12