机械原理与设计第六章-带传动.ppt

1、制作 杨德勇电电 子子 教教 案案机械工业出版社主编 马履中 谢俊 尹小琴（下册）（下册）第六章第六章 带传动带传动第一节第一节 概概 述述第二节第二节 带传动工作情况的分析带传动工作情况的分析第三节第三节 V V带传动的设计计算带传动的设计计算第四节第四节 带传动结构设计带传动结构设计第五节第五节 其他带传动简介其他带传动简介一、带传动的组成及工作原理由由主动带轮主动带轮1 1、从动带轮从动带轮3 3和和传动带传动带2 2以及以及机架机架组成。组成。按按传动原理传动原理分：分：摩擦传动摩擦传动和和啮合传动啮合传动第一节第一节 概概 述述摩擦带传动中，由于传动带紧套在带轮上，带与带轮之间产生的

2、摩擦力传递运动和动力。同步带传动依靠带内周的等距横向齿与带轮相应齿槽间的啮合传递运动和动力。二、带传动的类型、特点和应用（一）带传动的类型 根据带的截面形状分：平带、V带、圆带和多楔带传动点击小图看大图平带传动：结构简单、制造容易、传动效率较高、带的寿命较长，适用于较大中心距的远距离传动。V带传动：横截面为梯形，其两侧面为工作面。V带传动的工作能力较平带传动大。在一般机械中，V带传动已取代了平带传动而成为应用最广的带传动装置，故本章主要介绍 V带传动。多楔带传动：兼有平带和V带传动的优点，适于结构紧凑、传递功率较大的场合。圆带：结构简单，多用于小功率传动，如仪器和家用器械中。（二）带传动的特点

3、（三）应用范围优点：1）运行平稳，噪声小；2）能缓冲冲击载荷；3）构造简单，精度低，特别是在中心距大的地方；4）不用润滑，维护成本低；5）过载时打滑，可以保护传动系统中的其他零件。缺点：1）存在弹性滑动，效率低，传动比不准确（同步带除外）；2）带的寿命较短，且不宜于高温、易燃、易爆等场合；3）轴上的压轴力和轮廓尺寸大；带传动的应用范围很广，特别是在传动中心距大的场合，如农业机械、食品机械、汽车、自动化设备等。三、V带的类型、特点和结构帘布芯结构绳芯结构帘布芯结构绳芯结构普通带普通带窄带窄带联组带联组带宽带宽带齿形带齿形带大楔角带大楔角带V带有普通 V带、窄 V带、联组V带、齿形V带等多种类型。

4、其中普通V带和窄V带已标准化。普通V带有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。窄V带分为基准宽度制的窄V带和有效宽度制的窄V带，基准宽度制窄V带有SPZ、SPA、SPB、SPC四种型号。V带的截面尺寸见表2-6-2，带的楔角都是40。V带由包布、顶胶、抗拉体及底胶等部分构成。抗拉体用来承受基本拉力。按抗拉体的结构可分为帘布芯V带和绳芯V带两种类型。绳芯V带挠性好，抗弯强度高，适用于转速较高，带轮直径较小，要求结构紧凑场合。帘布芯V带制造方便，抗拉强度较高，但易伸长、发热和脱层。节线V带弯曲时，在带中保持原长度不变的一条周线。节宽bp由全部节线构成的面称为节面，节面的宽度称为节宽。基准直径dd与所

5、配用V带的节宽bp相对应的带轮直径。基准长度Ld 在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度，基准长度系列见表2-6-3。第二节第二节 带传动工作情况的分析带传动工作情况的分析一、带传动中的受力分析安装时，带必须以一定的预紧力F0紧套在带轮上Ffn2FfF1带工作前：带工作前：带工作时：带工作时：F0F0此时，带只受此时，带只受预紧预紧力力F0作用作用n1F2F2松边松边 退出主退出主动轮的一边动轮的一边紧边紧边 进入进入主动轮的一边主动轮的一边由于摩擦力的作用：由于摩擦力的作用：紧边拉力紧边拉力-由由 F0 增增加到加到 F1；松边拉力松边拉力-由由 F0 减减小到小到 F2。Ff 带轮

6、作用于带的摩擦力带轮作用于带的摩擦力带是弹性体，工作后可认为其总长度不变紧边拉力增量 松边拉力减量 即F1-F0 F2-F0F1 F0 F/2F2 F0 F/2由由Fe=F1 F2，得：，得：带所传递的功率为：带所传递的功率为：P 增大时，所需的Fe 加大。但Ff 不可能无限增大，有一极限值即最大摩擦力Ffmax。F1F2FfkW1000eF vP 带速带速二、带传动的最大有效拉力及其影响因素二、带传动的最大有效拉力及其影响因素带传动中，当带有打滑趋势时，摩擦力即达到极限值，也即带传动的有效拉力达到最大值。柔韧体摩擦的欧拉公式 式中，f摩擦因数（对V型带用fv代）；带在带轮上的包角（rad），

7、一般为主动轮。60180121adddd60180122adddd小轮包角：大轮包角：最大有效拉力Fec 最大有效拉力Fec与下列因素有关：（1）预紧力F0：Fec与 F0成正比。（2）包角：Fec与成正比。由于小带轮上的包角1较小，因此Fec取决于1的大小。（3）摩擦因数f：Fec与 f 成正比。f与带及带轮的材料和表面状况、工作环境等有关。此外带的单位质量q和带速v对Fec也有影响，带的q，v越大，Fec越小，故高速传动时带的质量要尽可能轻。三、带的应力分析三、带的应力分析工作时，带横截面上的应力由三部分组成：（一）拉应力A 带的横截面积带的横截面积AF22 松松边边拉拉应应力力AF11

8、紧紧边边拉拉应应力力（二）弯曲应力b式中 E带材料的弹性模量（MPa）；dd带轮基准直径（mm）；h带的高度（mm）。h越大、dd越小时，弯曲应力就越大。故带绕在小带轮上时的弯曲应力大于大带轮上的。为了避免弯曲应力过大，带轮的基准直径就不能过小。V带轮的最小基准直径见表2-6-4。（三）离心拉应力带在绕过带轮时作圆周运动，从而产生离心力，并在带中引起离心拉力FC，从而在带中引起离心拉应力，作用在整个带长上：式中 qV带的单位长度质量（kg/m）；v带的线速度（m/s）；A带的截面积（mm2）。带传动在传递动力时，带中产生拉应力、弯曲应力和离心拉应力，其应力分布如图所示。在紧边进入主动轮处带的应

9、力最大（减速传动时），其值为 带是在变应力下工作的，当应力循环次数达到一定数值后，带将产生疲劳破坏。四、弹性滑动和打滑四、弹性滑动和打滑（一）弹性滑动 带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。由于带所受的拉力是变化的，因此带弹性变形也是变化的。当带在当带在b点绕上主动轮时，带的速度点绕上主动轮时，带的速度v和和主动轮的圆周速度主动轮的圆周速度v1是相等的。但在带自是相等的。但在带自b点点转到转到c点的过程中，所受拉力由点的过程中，所受拉力由F1逐渐降到逐渐降到F2，弹性伸长量也要相应减小。这样带一面，弹性伸长量也要相应减小。这样带一面随带轮前进，一面向后收缩，因此带的速度随带轮前进，一面向

10、后收缩，因此带的速度低于主动轮的圆周速度，造成两者之间发生低于主动轮的圆周速度，造成两者之间发生相对滑动。相对滑动。在从动轮上，情况正好相反，即带的速度在从动轮上，情况正好相反，即带的速度v大于从动轮的圆周大于从动轮的圆周速度速度v2，两者之间也发生相对滑动。，两者之间也发生相对滑动。%100121vvv 由于带传动中存在着带的弹性变形的变化，导致了带与带轮之间有一定的相对速度，因此存在带与带轮间的相对滑动。这种因弹性变形而引起的相对滑动称之为带传动的弹性滑动。弹性滑动是带传动中无法避免的一种正常的物理现象。由于弹性滑动的存在，使带温度升高，降低了传动效率；从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周

11、速度v1，即产生了速度损失。这就使得带传动不能保证准确的传动比。其降低量可用滑动率来表示。)1(1221ddddnni在考虑弹性滑动的情况下，带传动的传动比为：式中 n1、n2分别为主、从动轮的转速（r/min）；dd1、dd2分别为主、从动轮的基准直径(mm)。由于过载而引起的带与带轮间全面、显著的相对运动，打滑可以避免 接触弧可分成有相对滑动（滑动弧）和无相对滑动（静弧）两部分（图2.6.8），两段弧所对应的中心角，分别称为滑动角（）和静角（）。实践证明，静弧总是出现在带进入带轮的这一边上，动弧总是发生在离开带轮的一侧。带不传递载荷时，滑动角为零，随着载荷增加，滑动角逐渐加大而静角则在减小

12、，当滑动角增大到包角时，达到极限状态，带传动的有效拉力达最大值，带就开始打滑。（二）打滑第三节第三节 V带传动的设计计算带传动的设计计算 根据带传动的工作情况分析可知，带传动的失效形式有带的打滑、疲劳断裂和磨损。带的打滑和疲劳断裂是最常见的失效形式，因此，带传动的设计准则是：既要在工作中充分发挥其工作能力而又不打滑，同时还要求传动带有足够的疲劳强度，以保证一定的使用寿命。一、带传动的失效形式、设计准则及单根一、带传动的失效形式、设计准则及单根V带的基本额定功率带的基本额定功率（一）带传动的失效形式、设计准则（二）单根V带的基本额定功率1）由疲劳强度条件得：cb11 2）由带传动不打滑条件：)1

13、1()11(11fvfveceAeFF传递的临界功率为：1000)11(10001veAvFPfvec单根V带所能传递的功率为：表2-6-8 1000)11()(10VeAPfvcb3）许用应力 1.113600vjLCLNChdm式中 j绕过带轮的数目；Lh总工作时数（h）；v带速（m/s）；m指数；Ld带的基准长度（m）；C由实验得到的常数，取决于带的材料和结构 对于一定规格、材质的带，特定试验条件下：在传动比i=1（即包角=180）、特定带长、载荷平稳条件下，在108109次的循环次数时，V带的许用应力为：当与实验条件不同时，将引入一系列的修正系数（1）KA工作情况系数，（表2-6-7）

14、（2）K包角系数，（表2-6-6）（3）KL带长系数，（表2-6-3）（4）P0功率的增量，（表2-6-9）；对于窄V带，式（2-6-28）中应以PN代替P0+P0，PN见表2-6-10。）二、设计计算和参数选择二、设计计算和参数选择（一）设计数据、设计内容A、已知的条件是：（1）传动的用途、工作情况和原动机类型；（2）传递的功率P；（3）大、小带轮的转速n2和n1；（4）对传动的尺寸要求等。B、设计计算的主要内容是确定：（1）V带的型号、长度和根数；（2）中心距；（3）带轮基准直径及结构尺寸；（4）作用在轴上的压力等。（二）设计方法及参数选择（1）确定计算功率Pca：PKPAca（2）选择V

15、带型号：式中 P传递的额定功率（kW）；KA工况系数（表2-6-7）根据计算功率Pca和小带轮转速n1选择V带型号。（3）确定带轮基准直径dd1和dd2 1）dd1dmin（表2-6-4）2）大带轮基准直径可按计算 3）大、小带轮直径一般均应按带轮基准直径系列圆整（表2-6-11）12ddidd（4）验算带的速度v100060/11ndvd带速一般在v=525m/s内为宜 v太大离心力过大，减小了带与带轮间的接触压力 降低了传动的工作能力，疲劳寿命降低，v太小 Fe(=1000P/v)过大带根数Z过多带轮宽度等尺寸增大dd1过小弯曲应力过大带寿命降低（5）确定中心距a和V带基准长度Ld 1）初

16、定中心距)(2)(7.021021ddddddadd02121204)()(22addddaLddddd2）初算的基准长度3）选定相近的基准长度Ld（表2-6-3）4）确定实际中心距a 20ddLLaa5）中心距a范围（考虑到中心距调整、补偿F0）)03.0()015.0(ddLaaLa最小中心距为dLaa015.0min最大中心距为dLaa03.0max（6）验算小带轮上的包角1 60180121adddd一般要求a1120（特殊情况允许a190）如1小于此值，可适当加大中心距a；若中心距不可调时，可加张紧轮。（7）确定V带根数z LcaKKPPPZ)(00带根数通常应小于10根（8）确定初

17、拉力F0 20)5.2(500vqKKvZPFca安装新带时的初拉力应为上述初拉力计算值的1.5倍。（9）确定作用在轴上的压力FQ 2sin2)22cos(22cos210100zFFzzFFQ第四节第四节 带传动结构设计带传动结构设计一、一、V带轮的结构设计带轮的结构设计（一）V带轮设计的要求（二）V带轮的材料质量小、分布均匀，加工工艺性及结构工艺性好、加工精度高。无过大的铸造或焊接内应力、转速高时要经过动平衡，带速小于30m/s时，带轮一般用 HT200制造，高速时要用钢材（铸钢或用钢板冲压后焊接而成）制造，速度可达45m/s。小功率时可用铝或塑料。（三）V带轮的结构图2-6-13实心式实

18、心式轮辐式轮辐式孔板式孔板式腹板式腹板式根据带轮的基准直径选择结构形式 张紧目的：保证带的传动能力。张紧方法：定期张紧定期张紧自动张紧自动张紧张紧轮张紧：张紧轮的位置张紧轮张紧：张紧轮的位置一般张紧轮放在松边的内侧靠近大轮处，使带只受单向弯曲，且对小轮上的包角影响较小。张紧轮轮槽尺寸与带轮相同，但直径小于小轮的直径。但也可放在外侧靠小带轮处。二、二、V V带传动的张紧装置带传动的张紧装置由于传动带的材料不是完全弹性体，因而带在工作一段时间后会发生塑性伸长而松弛，使张紧力降低。因此带传动需要有重新张紧的装置，以保证正常工作。第五节第五节 其他带传动简介其他带传动简介一、同步带传动的特点及应用一、

19、同步带传动的特点及应用同步带的优点：无相对滑动、带长不变，传动比稳定。带薄而轻，强度高，适合高速传动。带的柔性好可用直径较小的带轮，能获得较大的传动比传动效率高初拉力较小，故轴和轴承上所受的载荷小同步带的缺点：制造、安装精度要求高、成本高同步带的用途：主要用于要求传动比准确的中、小功率传动中，家用电器、计算机、仪器及机床、化工、石油等机械。同步带有单面有齿和双面有齿两种，简称单面带和双面带。双面带又有对称齿型（DI）和交错齿型（DII）之分（见图2.6.15）。同步带齿有梯形齿和弧形齿两类。同步带型号分为最轻型MXL、超轻型XXL、特轻型XL、轻型L、重型H、特重型XH、超重型XXH七种。在规

20、定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离称为节距，以p表示。节距是同步带传动最基本的参数。二、高速带传动二、高速带传动带速v30 m/s，高速轴转速n=1000050000 的带传动称为高速带传动。它主要用于增速以驱动机床、粉碎机、离心机及某些其它机器，其增速比一般为24，有时增速比可达8。高速带传动要求传动可靠、运转平稳、并有一定的寿命，故高速带都采用质量小、厚度薄而均匀、挠曲性好的环形平带，如麻织带、丝织带、锦纶编织带、薄型强力锦纶带、高速环形胶带等。高速带轮要求质量小而且均匀、运转时空气阻力小，通常都采用钢或铝合金制造，各表面均需精加工，并进行动平衡。为防止脱带，主、从动带轮的轮缘表面应加工出凸度，一般制成鼓形面或双锥面，轮缘表面还应加工出环形槽（下图所示），以避免运转时带与轮缘表面间形成气垫。高速带中，带的绕转次数是影响带的寿命的主要因素，因此，限制 45100 1/s。maxm