机械设计带传动经典

1、第八章 带传动,8-1 概述,8-2 带传动的工作情况分析,8-3 带传动的选型计算,8-4 带轮结构设计,8-5 带传动的张紧、安装,带传动在各类机械中应用广泛，下面是一些应用实例。,带传动一般是由主动轮、从动轮紧套在两轮上的传动带及机架组成。,带传动的组成,主动轮：T，n同向,从动轮：T，n反向,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）。,传动原理（分类）,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（平带和带传动）。,平带传动,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、平型带,V带传动,在一般机械传动中，应用最广的带传动是带传动，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。（两个侧面为工作面，楔形增压原理）,【补充】：移动副摩擦力,移动副中，滑块在力F的作用下移动时所受的摩擦力为,Ff21 = f FN21,1）平面接触:,FN21 = G,2）槽面接触:,FN21= G / sin(/2),摩擦力计算的通式:,Ff21 = fvG,其中,fv 称为移动副的当量摩擦系数:,平面接触: fv = f,槽面接触: fv = f /sin(/2),楔形增压原理：可以看出，槽面接触的当量摩擦系数要大于平面接触的当量摩擦系数。因此，在同样的正压力作用下槽面接

3、触所能提供的摩擦力更大。,普通V带,窄V带,多楔带传动,多楔带传动兼有平带传动和带传动的优点，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。,多楔带,圆带传动,圆带传动：传动能力较小，一般用于轻型和小型机械。,齿形V带,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。,同步带传动,同步带,带传动特点,1）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；,优点：,2）过载打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；,3）适用于中心距较大的场合；,4）结构简单，装拆方便，成本较低。,1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；,缺点：,2）

4、传动效率低，带的寿命较短；,3）传动的外廓尺寸大；,4）需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；,5）不宜用于高温、易燃等场合。,传动带（V带）的结构与参数,节 宽,基准直径,当带垂至于底边弯曲时，在带中保持长度不变的周线（节线）所组成的面（节面）的宽度。,基准长度,与节宽相对应的带轮直径（节径）。,测量带轮基准直径上V带的周线长度，已标准化,V带的截面尺寸,第八章 带传动,8-1 概述,8-2 带传动的工作情况分析,8-3 带传动的选型计算,8-4 带轮结构设计,8-5 带传动的张紧、安装,中心距a：带处于规定张紧力时，两轮轴线间的距离。,带轮直径d1、d2：分别指小、大带轮的基准直径。,带长

5、L：带的基准长度Ld。,包角：分别指带与小、大带轮接触弧所对的圆心角。,带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应力分析、运动分析。,设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1F0F0F2； 或：F1 F22F0；,带传动尚未工作时，传动带中的初拉力为F0。,带传动工作时，紧边拉力为F1和松边拉力为F2。,尚未工作状态,工作状态,1、紧边与松边,带传动的受力分析,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。,定义由负载所决定的传动带的有效拉力为FeP/v。,2、摩擦力分析,以主、从动轮上的带为研究对象 ，有：FeFfF1F2,当Ff达到极限Ffmax时，带的紧边拉

6、力F1与松边拉力F2的关系可用柔性体摩擦公式表示为,应用一：初拉力-所能传递的最大负载？ 应用二：负 载-所需要的最小初拉力？,注意：欧拉公式给出的是带传动在临界限状态下各力之间的关系（不计离心力）。,3、欧拉公式（柔韧体摩擦公式）,初拉力F0最大有效拉力Fec ： Ffmax与F0成正比。F0越大，带与带轮之间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大。若F0过小，容易发生打滑。但F0过大，带的寿命降低，轴和轴承受力大。,摩擦系数 fv最大有效拉力Fec ： f越大，Ffmax越大。摩擦系数与带和带轮的材料、表面状况、工作环境条件有关。,包角最大有效拉力Fec ： 越大，Ffmax越大。因增加，带与

7、带轮间的接触弧间摩擦力总和增加，从而提高传递载荷的能力。,虽然最大有效拉力取决于初拉力、包角和当量摩擦系数的大小，但实际有效拉力Fe的数值与传动中的包角大小和摩擦系数无关，它是由传递的功率P和带的速度v所决定的。,【例】 平带传动：P=15kW，a=170o，f=0.3，v=15m/s。 求：（1）Fe （2）F1，F2 （3）所需的F0,【解】 （1）Fe=1000P/v=15000/15=1000N （2）由 F1-F2=1000 及 Euler 联立即可 a1=(170/180)*p=2.97rad 注意单位！ efa=2.7180.3*2.97=2.44 计算得：F1=1694N，F2

8、=694N （3）由2F0=F1+F2得，F0=1194N 最小值！,带传动在工作过程 中带上的应力有：, 拉应力：紧边拉应力、松边拉应力；, 离心拉应力：带圆周运动时离心力在带中产生的拉应力；, 弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。,带传动的应力分析,1、拉应力,2、弯曲应力,带轮基准的直径越小，带越厚，带的弯曲应力越大。普通V带传动，为防止过大的弯曲应力，对每种型号的V带都规定了最小带轮基准直径ddmin。,带的弯曲应力：,3、离心拉应力,离心力对带产生的离心拉力为（q为线密度）：,离心力产生的离心拉应力在带所有横剖面上相等：,离心力：只存在于带的弯曲处，方向沿半径背离圆心。 离心拉力

9、：存在于带的每一质点，方向沿着带长方向。,由拉力产生的拉应力,由离心力产生的离心拉应力,由皮带绕过带轮因弯曲而产生的弯曲应力,三种应力共同作用，使带处在交变应力条件下工作，故带易发生疲劳破坏。,位置：,数值：,带的紧边开始绕上小轮处,交变应力最大值,弹性滑动：带传动中因带的弹性变形而导致的带与带轮之间的微量相对滑动。,主动轮: V带弹性收缩,从动轮: V带弹性伸长,后果：从动轮的圆周线速度小于主动轮；传动效率下降；引起带的磨损；使带温度升高。,产生原因,固有特性，不可避免,带是弹性体 两边拉力差,带传动的运动分析,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

10、v1，线速度降低的程度可用滑动率来表示：,当为12，在一般传动中可以不计。,若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，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，应尽力避免。但当超载时，有过载保护的作用。,滑动弧与静止弧：,第八章 带传动,8-1 概述,8-2 带传动的工作情况分析,8-3 带传动的选型计算,8-4 带轮结构设计,8-5 带传动的张紧、安装,V带传动的设计1,带传动的设计准则,带传动的设计准则： 在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。,1）打滑：当传递的圆周力F超过了带与带轮间摩擦力的总和的极限时，发

11、生过载打滑，使传动失效。,2）疲劳破坏：传动带在变应力的反复作用下，发生裂纹、脱层、松散，直至断裂。,带传动的主要失效形式,V带传动的设计1,单根V带的基本额定功率和额定功率,1、不打滑条件,2、疲劳强度条件,同时满足两个条件的最大功率为（单根V带的基本额定功率）,不打滑,不疲劳破坏,FeFemax,单根V带的基本额定功率P0是根据特定的实验和分析确定的。,特定实验条件： 传动比i=1、包角180、特定带长、平稳的工作载荷。,实际工作条件下单根V带所能传递的额定功率Pr(对P0修正),带长修正系数,包角修正系数,时的功率增量,Pr=,V带传动的设计2,带传动的设计,设计的原始数据（已知条件）为

12、：传动的用途和工作条件，所传递的功率P，主从动轮的转速n1、n2（或传动比i），传动位置要求及和外廓尺寸要求，原动机类型等。,设计内容：确定带的类型和截型、长度L、根数Z、传动中心距a、带的初拉力和压轴力，带轮的基准直径、结构、尺寸和材料，张紧及防护装置等。,中心距 中心距大，增大包角，减少循环次数，提高寿命；但过大，松边波动，降低稳定性，整体尺寸增大； 中心距小，则反之。 传动比 传动比大，减小包角，可能打滑，推荐值i=25。 基准直径 直径小，速度低，拉力增大，带的根数增多；增大弯曲应力。 总原则：在结构允许的情况下，小带轮直径要尽可能大。 带速 带速低，拉力增大，带的根数增多； 带速高，

13、拉力减小，但离心拉力增大，循环次数增多。,带传动参数的辩证选择,1、确定计算功率Pca,根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷，称为名义载荷（如力、功率、转矩）。名义载荷是机器在平稳工作条件下作用在零件上的载荷，它没有反应动力机和工作机间的实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响零件受力情况等因素。这些因素的综合影响，常用载荷系数K（或工况系数）来做概略估计。载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷（或设计载荷），机械零件常按计算载荷进行设计计算。,根据V带传递的名义功率P、载荷性质、原动机种类和工作情况等确定计算功率（设计功率）。,Pca=KAP,带传动设计中

14、的各项功率,单根V带基本额定功率P0,单根V带额定功率Pr,所传递的名义功率P,计算功率Pca,x修正系数,x载荷系数,机器所需传动带的根数确定？,2、选择带型,根据带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1初选带型。,3、确定带轮基准直径dd1、 dd2，验算带速,国家标准中规定了带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列。,当其他条件不变时，带轮基准直径越小，带传动越紧凑，但带内的弯曲应力越大，导致带的疲劳强度下降，传动效率下降。选择小带轮直径应使大于最小基准直径，并取标准值。,大轮基准直径：,当忽略滑动率：,根据带的截型选择小带轮直径，验算带速后确定大带轮直径。,验算带速：,带速太高则离心力大，使

15、带与带轮间的正压力减小，传动能力下降，易打滑。带速太低则要求有效拉力F过大，使带的根数过多。一般v在525m/s之间。,4、确定中心距和带长,根据初算带长选取相近的基准长度Ld。,实际中心距a：,为调节张紧力，中心距变动范围,5、验算小轮包角,小轮包角：,6、确定带的根数,带的根数z应根据计算值圆整。当z过大时，应改选带轮基准直径或改选带型，重新设计。（要求z10根，一般为27根）,一般要求小轮包角不小于：,7、确定初拉力,考虑到既能发挥带的传动能力又能保证带的寿命，单根V带的初拉力应为为1.5F0min （新带）-1.3F0min （旧带） ，但不应过大。,单根V带所需的最小初拉力为（考虑离

16、心力的影响）,8、计算压轴力,为了设计轴和轴承，应计算V带对轴的压力FQ。 FQ可近似地按两边初拉力的合力计算。,第八章 带传动,8-1 概述,8-2 带传动的工作情况分析,8-3 带传动的选型计算,8-4 带轮结构设计,8-5 带传动的张紧、安装,一、V带轮设计的要求,结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀。,轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损。,各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷分布较为均匀。,二、带轮的材料,通常采用铸铁，常用材料的牌号为HT150和HT200。,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。,V带轮的典型结构有：实心式、 腹板式、 孔板式和 轮辐式。,三、结构与尺寸,带轮的基准直径定其结构形式，带的截型定其轮槽尺寸。,实心式,腹板式,孔板式,轮辐式,轮槽尺寸,第八章 带传动,8-1 概述,8-2 带传动的工作情况分析,8-3 带传动的选型计算,8-4 带轮结构设计,8-5 带传动的张紧、安装, 根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作（安装时