机械设计V带传动设计及其计算

（带传动）机械设计第五章带传动§5-1概述§5-2带传动理论基础§5-3带传动设计（V带）§5-4张紧装置§5-5其它带传动简介带传动设计实例★特点、应用★分类★带的结构、型号和长度演示1、演示2§5-1概述带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们之间的摩擦或啮合，进行两轴或多轴间运动和动力的传递。一、特点和应用1、优点2、缺点3、应用二、类型StandardV-belt1、按传动原理：摩擦和啮合。2、按带的形状:如下分类3、按传动形式分：开口传动交叉传动半交叉传动张紧轮传动见表5-11.普通V带2.平形带3.多楔带4.同步齿形带三、带的结构、型号和长度1.普通V带2、平形带3、多楔带4、同步齿形带§5-2带传动理论基础★受力分析★应力分析★带的滑动现象★失效形式和计算准则★承载能力确定F0F0α2α1O2O1预紧时1、预紧时带两边所受的力F0在带传动预紧时，带的两边只受预紧拉力F0的作用。一、受力分析F2F0(松边)F1F0(紧边)O1O2α1α2Ffn2n1FfF'f工作时2、工作时带两边所受的力F1，F2在带传动工作时，带两边的拉力F0发生变化，一边的拉力增加到F1，称为紧边拉力；另一边减小到F2，称为松边拉力。带的总长不变。因此，紧边拉力的增长量与松边拉力的减少量也相等。则有:2001FFFF0212FFF即：（1）3、带传递的有效工作力Fe2/01eFFF2/02eFFFb、有效拉力Fe由带和轮之间接触弧上摩擦力的总和Ff承受（接触弧段看）。P1000FFF21e＝－＝feFF＝由（1）、（2）两式可得：（2）a、带两边所受的力F1，F2之差即为有效拉力Fe（从动轮上看）。21eFFF－＝c、效拉力Fe与功率之间的关系（传递运动功率看）11)qυ2(FFF20fmaxemaxee当Fe↑→Ff↑，始终保证Fe＝Ff。然而，在一定条件下，Ff是有一个极限值Ffmax。当FeFfmax时，导致打滑，欧拉公式可描述这种极限状况。讨论：Fe和Ff关系2μemaxemax022μμemaxemax01qυ1F2FFFqυ1F2FFFαααeee＝－＝＝＝此时：二、应力分析)1σ2σ(22σ2)2σ1σ(11σ1.1由带绕过大轮时，拉应力由带绕过小轮时，拉应力拉应力AFFAFF)/kgq(dαqυRυ)q(RdαdC22m：①带沿弧面运动，微段dl产生离心力dC：。）中包含，，＝中包含，（作用于全带长，＝＝③离心应力：作用于整个带长离心拉力发生于圆周部分离心力（离心拉力）＝＝②根据力平衡关系：：产生离心力段①带沿弧面运动，微弧c212c212ccc2c2c22σσσqυFFFAqυAFFdCqυF2αd2αdsindαqυ2αdsinF2)/kgq(dαqυRυ)αq(RddCCmddl②在垂直方向建立力平衡关系：2.离心应力。）中包含，，＝中包含，（作用于全带长，＝＝③离心应力：作用于整个带长离心拉力发生于圆周部分离心力（离心拉力）＝＝②根据力平衡关系：：产生离心力段①带沿弧面运动，微弧c212c212ccc2c2c22σσσqυFFFAqυAFFdCqυF2αd2αdsindαqυ2αdsinF2)/kgq(dαqυRυ)αq(RddCCmddl2b1bbbσσσD2cEσD3.弯曲应力（发生于带与带轮接触的圆弧部分）E----带的弹性模量D----带轮的直径C----带边缘到中性层距离应力分布图4.最大应力：等于拉应力（包括离心应力）与弯曲应力和;最大应力发生于紧边进入小带轮处。b1cαμαμb12αμαμb11b11maxσσ1eFeA1σqυ1eFeA1σAFσσσ三、带的滑动现象21212121212211υυυυεευυεεεεAσεAσε带带滑动（逐渐伸长），沿轮面带绕过从动轮：滑动（逐渐缩短），沿轮面带绕过主动轮：②＝松边应变：＝紧边应变：①1.带的弹性滑动（固有的、不可避免的正常现象）21212121212211υυυυεευυεεεεAσεAσε带带滑动（逐渐伸长），沿轮面带绕过从动轮：滑动（逐渐缩短），沿轮面带绕过主动轮：②＝松边应变：＝紧边应变：①由于带的弹性和拉力差引起的带与带轮之间的滑动，称为弹性滑动。③后果：a.效率降低；b.带磨损；c.带温升高；d.v2v1传动比不准确％）～一般为21(111πππυυυε121212112211121iDDnnDDDnDnDn④滑动率:从动轮相对于主动轮圆周速度的降低率：2.打滑（过载失效，必须避免）①不是全部接触弧均发生相对滑动时，接触弧分为滑动弧α′和静弧α″（带进入带轮一侧）两部分。②接触弧的变化：未加载时：α′＝0α″＝α加载工作时：Fe↑α′↑α″↓载荷极限时:Fe＝Femaxα′＝αα″＝0带在带轮上全面滑动，导致带严重磨损、带的运动处于不稳定状态，这种现象称为打滑。分析：弹性滑动到打滑的发展过程③α1α2打滑发生在小带轮处四、失效形式和计算准则1.失效形式：打滑、带疲劳破坏2.计算准则：在不打滑前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。若按打滑、带疲劳破坏两种失效形式分别建立计算公式，设计公式复杂且不便应用。这里采用单根带能传递功率的方式来建立带传动的强度计算公式。（受打滑和疲劳破坏两种失效形式制约）1.单根V带在特定条件下，能传递的功率P0五、承载能力确定⑴不打滑条件下，带传递的最大载荷：)1eFF()11)(qυAσ()11)(qυF(F2emax1α21α21emaxqveeeμμ⑵保证带具有一定疲劳强度：σmax＝σ1+σb1≤[σ]取峰值σ1＝[σ]－σb1⑶不打滑且有一定的疲劳强度时，单根带传递的功率P(KW)υ)11(1000)σ-σ]σ([υ)11(1000)qυAσ(1000υFμαcb1μα21emaxeAeP⑷特定条件下单根带传递的功率P0（载荷平稳、α1＝180°i＝1、特定长度L）试验[σ]+计算P0列表。2.单根V带实际能传递功率P′P′=(P0+△P0)×KαKL⑴△P0——功率增量（i≠1→σb2↓,则相同寿命时,可以增加P）则：△P0＝0.0001△T×n1（△T：扭矩修正值，n1：主动轮转速）⑵Kα——包角系数（α180°→P↓）⑶KL——长度系数（Ld′≠Ld→P↑或P↓）Pz＝Z×P′＝Z(P0+△P0)×KαKL3.Z根带传递功率Pz§5-3带传动设计（V带）1.型号：型号＝f（Pd，n1）,按照推荐的图选取。Pd↑、n1↓（低速重载）→选截面较大的V带：C、D、E型Pd↓、n1↑（高速轻载）→选截面较小的V带：Y、Z、A型2.最小带轮直径D1大带轮直径D2和传动比i验算不宜过小也不宜过大，可参考表来选取。当D↓→σb↑→寿命↓∴规定D有最小值；当D↑→尺寸↑∴不宜过大。3.验算带速V：5～25m/s（最佳）∵P＝FV/1000,传递功率一定时，当V→F易大于Femax（打滑）当V→σc→Femax→工作能力下降传动比i的误差校验：%5Δii%50100Δ％＝实际iiiii12DD实际i实际传动比为动力传动要求因此4.中心距a和带长L：一般可按此式初定0.55（D1＋D2）+h≤a0≤2（D1＋D2）Ld↓→V/L↑(带单位时间内绕过带轮的次数↑）→寿命↓a↓α1↓→Femax↓a↑尺寸↑→工作时拍击、颤动初算带长L022mm002m01221m2122101221221120Δ8Dπ414Dπ2ΔDπ22Δ2D4)()(2π222γ2γ2112γcos)(2γ)(2π2γcos2)π(2)π(22γcos2－－＝或者－＝：③修正中心距的基准长度②根据标准，取最接近①－＝＝设ddddLLaLLaaaLaaLDDDDaDDDDaLaDDDDDDaγDγDaL22mm002m01221m2122101221221120Δ8Dπ414Dπ2ΔDπ222D4)()(2π222γ2γ2112γcos)(2γ)(2π2γcos2)π(2)π(22γcos2－－＝或者－＝：修正中心距取最接近的基准长度查标准，则有－＝＝设ddddLLaLLaaaLaaLDDDDaDDDDaLaDDDDDDaγDγDaL5.包角α1验算一般要求α1≥120°（70°V带）α1↓→Femax↓，容易打滑。o12o1o12o160DD180απ1802DD2γsin2γγ180αaaa↓→α1↓i↑（D2－D1）↑→α1↓因此要求（i≤7）引起包角的下降的因素：6.带的根数Z）否则，受力不均较严重(12~10KKPΔPPKLα00AZ2αsinZF22γcosF2ZFKPPKP:qυ)KK2.5(ZP500F100rAAd2ααd0＝＝载荷系数）—传递功率、—（＝计算功率υ7.初拉力F0和压轴力FrF0↑→磨损↑、应力↑F0↓→容易打滑计算公式：一、原因及目的带传动工作一定时间之后→带的塑性伸长、松→F0↓→重新张紧§5-4张紧装置二、方式1、定期张紧：中心距可调中心距不可调(张紧轮）2、自动张紧：中心距可调中心距不可调（张紧轮）定期张紧自动张紧三、张紧力控制带传动张紧力一般是通过在的中点加一垂直于带边的载荷G，使其产生规定挠度f来控制。（如图5-16）所示。§5-5其它带传动简介一、窄V带窄v带采用合成纤维绳和钢丝绳作为强力层，我国有标准，分为SPZ、SPA、APB、SPC四种型号。与普通V带比，传动能力，允许速度（v=35--45m/s）和挠曲次数较高，传动寿命长，结构紧凑。二、高速带传动：带速V30m/s，高速轴转速n=10000—50000r/min的带传动属于高速带传动。其带，常采用重量轻、薄而均匀的环形平带，编制带应用较多。其带轮，加工精度较高，尽量采用轻质材料且要求动平衡，为防止掉带，轮缘部分加工出凸度，图5-17所示。三、同步带传动：同步带靠啮合来传递动力，它的基本参数是节距P（或者摸数M），是在规定张紧力下相邻两齿对称中心的距离。1、特点：传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑传动效率高，可达0.98。制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。2、分类：同步带主要被分为两类，也就是梯形齿类和弧齿类，其中弧齿类同步带又能分为三个系列，分别是圆弧齿同步带、平顶圆弧齿同步带和和凹顶抛物线齿同步带。（2）弧齿同步带弧齿同步带的齿形为曲线形，这样齿高、齿根厚和齿根圆角半径更大，在受载之后应力的分布状态较好，避免齿根的应力过于集中而增加齿根的负载水平，因此弧齿同步带的齿根承载能力较好、使用寿命更长。（1）梯形齿同步带梯形齿同步带又可分为单面梯形齿同步带和双面梯形齿同步带两种子类型，一般简称为单面带和双面带。双面梯形齿同步下按照对称形式的不同还能分为两种型号，它们分别是对称齿型同步带和交错齿型同步带3、应用：弧齿同步带目前主要应用在食品、纺织、制药、印刷、造纸和汽车等行业。4、设计已知条件：1传动功率、2带轮转速，3应用场合、原动机种类、工作制度、载荷性质。计算功率Pd带型（节距Pd或摸数m）小带轮转速n1小带轮齿数Z1小带轮节圆直径d1带速V验证传动比计算i大带轮节圆直径d2大带轮齿数z2初定中心距a0带节线长度Ld及齿数zp实际中心距a小带轮啮合齿数zm设计步骤：基准额定功率（摸数制无此计算）P0带宽bs剪切应力计算（摸数制）τ压强演算（摸数制）P压轴力Fr本章结束输送机设计实例F＝5000N、v=0.4m/s、D＝300mm、载荷平稳，两班工作制。设计步骤分析：电机选择、总传动比及其分配，运动学计