机械设计基础第12章带传动

1第12章带传动本章提示12.1概述12.2带传动工作情况的分析12.3普通V带传动的设计计算12.4V带轮的结构设计12.5普通V带传动的设计实例2本章提示1.阐述带传动的类型、特点、特性和应用。2.分析带传动的受力、应力和失效形式，确定带传动的设计准则，并重点介绍普通V带传动的设计计算方法。312.1概述一、带传动的工作原理、特点和应用二、带传动的类型三、带传动的张紧装置四、带传动的几何参数4⑴在传递同样大小功率的前提下，轴上载荷较大，传动的外廓尺寸较大；⑷过载时带与带轮间发生打滑现象，可防止损坏其它零件。⑶带具有良好的挠性，可缓冲吸振，传动平稳；12.1概述一、带传动的工作原理、特点和应用1.带传动的组成带传动由主动带轮1、从动带轮2和紧套在两轮上的传动带3所组成。2.带传动的工作原理摩擦型带传动：当主动带轮转动时，摩擦型带传动靠带与带轮间的摩擦力拖动从动带轮一起转动，啮合型带传动:依靠带和带轮间的啮合传递动力。3.摩擦型带传动的优点并传递动力。⑴适合中心距较大的传动；⑵结构简单，造价低廉；4.摩擦型带传动的缺点⑵不能保证恒定的传动比；⑶带的寿命较短；⑷有时需要张紧装置。5其工作面为与带轮接触的内表面，带和带轮间没有相对滑动，多楔带传动兼具有平带弯曲应力小和V带传动能力强的优点，常用于传递功率大且结构紧凑的场合。具有更大的传动能力。12.1概述二、带传动的类型平带的横截面为扁平矩形，平带传动结构最简单，带轮制造容易，弯曲应力小，在传动中心距较大的场合应用较多。动画V带的横截面为等腰梯形，其两侧面为工作面，V带传动传动比较大、结构较紧凑、V带多数已经标准化并大量生产，V带传动应用最广泛。动画动画同步带传动属啮合型带传动，从而实现同步传动。动画6工作一段时间后，传动带会因为永久变形而松弛，此时必须重新张紧。12.1概述三、带传动的张紧装置带传动在安装时必须将传动带张紧在带轮上，滑道式张紧装置摆架式张紧装置张紧轮张紧装置自动张紧装置张紧轮张紧装置张紧方法有定期张紧、张紧轮张紧、自动张紧。7现研究带传动中心距a、包角α、带长Ld之间的关系。α112.1概述四、带传动的几何参数aα2因为θ很小，所以则带长将以及代入或者812.2带传动工作情况的分析一、带传动的受力分析二、带的应力分析三、带的弹性滑动和打滑9拉力由F0减少到F2，12.2带传动工作情况的分析一、带传动的受力分析1.带传动的受力分析带传动尚未工作时，传动带只承受初拉力F0。n1=0n10带传动工作时，绕上主动带轮的一边被进一步拉紧，称为紧边；拉力由F0增加到F1，绕上从动带轮的一边被放松，称为松边。设带的总长度不变，则F1－F0＝F0－F2，或者F1＋F2＝2F0；根据力矩平衡有Ff＝F1－F2；又将之称为带传动的有效拉力Fe=Ff＝F1－F2。带传动所能传递的功率P为1000evFP1012.2带传动工作情况的分析一、带传动的受力分析2.平带传动的最大有效拉力根据柔性体摩擦欧拉公式，极限状态下式中：e=2.71828，f─传动带和带轮间的摩擦因数，α─包角。再由F1＋F2＝2F0以及Fe＝F1－F2，得最大有效拉力最大有效拉力Fec与以下因素有关：⑴Fec与初拉力F0成正比。但是F0过大时，带的寿命将会降低。⑵Fec随包角α增大而增大。因此应减少不利于增大包角的因素。⑶Fec随摩擦因数f增大而增大。1112.2带传动工作情况的分析一、带传动的受力分析3.V带传动的最大有效拉力带与带轮间作用的正压力带与带轮间的摩擦力为式中：φ─带轮轮槽角，fv─当量摩擦因数，V带传动的最大有效拉力Fec显然，V带传动的最大有效拉力较大，能传递的功率也较大。1212.2带传动工作情况的分析二、带的应力分析传动带为挠性体，只能承受沿带长度方向的拉力和拉伸正应力。传动带工作时承受的拉伸正应力有：1.拉应力紧边拉应力：松边拉应力：式中：A为带的横截面面积。在接触弧上，传动带上的拉应力介于σ1和σ2之间。2.离心力所产生的拉应力在微段dl上产生的离心力为离心力引起的拉力为Fc即式中：v─带速；q─传动带单位长度的质量。1312.2带传动工作情况的分析二、带的应力分析离心拉应力为虽然离心力只产生在接触弧上，但由它引起的拉力和拉应力却作用在整个带长上。3.弯曲应力带绕上带轮后，会产生弯曲应力4.传动带上应力分布情况带受交变应力作用，所以带将会发生疲劳破坏。最大应力发生在紧边绕上小带轮处。最大应力为1412.2带传动工作情况的分析三、带的弹性滑动和打滑1.弹性滑动弹性滑动是由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动，是带正常工作时固有的特性。使得：v2vv1用滑动率表示速度降低率带传动的传动比一般滑动率ε=1%～2%。弹性滑动导致带传动不能保证恒定的传动比，还使效率下降。1512.2带传动工作情况的分析三、带的弹性滑动和打滑2.打滑当FeFec时，带与带轮之间就会发生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑发生后，带的磨损加剧，传动失效。16采用耐磨的橡胶帆布制造。由帘布或线绳制造；顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩；12.3普通V带传动的设计计算1.V带结构一、概述顶胶包布底胶抗拉体抗拉体用于承受拉力，包布将结构包围成型，2.V带参数当V带弯曲时，顶胶伸长、底胶缩短、中性层即节面长度不变，节面宽度称为节宽bp。bpV带的高度hh与节宽bp之比h/bp称为相对高度。φ楔角ddV带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld。为V带的公称长度。在V带轮上，与相配用V带的节宽bp相对应的直径称为基准直径dd。17按截面尺寸的不同，分为Y、Z、A、B、C、D、E七种。当高度相等时，其宽度比普通V带窄约1/3，而承载能力是普通V带的1.5～2.5倍。12.3普通V带传动的设计计算3.普通V带一、概述楔角φ=40°、相对高度约为0.7，表12-1普通V带的截面尺寸(摘自GB/T13575.1─2008)（单位：mm）截型顶宽b节宽bp高度h面积A/mm2楔角φ每米质量q/(kg/m)Y6.05.34.01840°0.02Z10.08.56.0470.06A13.0118.0810.10B17.01411.01380.17C22.01914.02300.30D32.02719.04760.62E38.03223.06920.904.窄V带楔角φ=40°、相对高度约为0.9，1812.3普通V带传动的设计计算1.主要失效形式二、设计准则及单根V带的基本额定功率打滑和带发生疲劳破坏。2.设计准则在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。3.单根V带的基本额定功率P0P0为普通V带满足以上准则能传递的最大功率（表12-2），由试验得到。试验条件为：载荷平稳、包角α=180°、特定长度。许用功率[P0]为实际工作条件下单根V带所能传递的功率。式中：ΔP0─功率增量，考虑传动比i≠1时，带绕上大轮时的弯曲应力比绕上小轮时小，在寿命相同的条件下，可增大传递的功率，见表12-3。Kα─包角系数，考虑包角α≠180°时的影响，见表12-4。KL─带长系数，考虑带长不为特定长度的影响，见表12-5。1912.3普通V带传动的设计计算1.设计原始数据三、普通V带传动的设计计算传递的额定功率P（kW）、小轮转速n1（r/min）、传动比i，以及传动的位置要求、工作情况和载荷性质等。2.设计内容确定V带的型号、长度、根数、传动的中心距、带轮的直径及结构尺寸、传动的初拉力等。3.设计步骤(1)确定工况系数KA，计算功率。(2)根据功率Pc和小带轮转速n1由选型图选定带型。(3)按带型选择直径dd1，由dd2=idd1计算dd2。(4)按验算带速，应使v在5～25m/s的范围内。(5)确定传动中心距a和带的基准长度Ld。2012.3普通V带传动的设计计算三、普通V带传动的设计计算如果中心距未给定，则可按下式初选中心距a0：再计算传动的中心距由查表选取基准长度，计算基准长度(6)验算小轮的包角，应有(7)确定带的根数2112.3普通V带传动的设计计算三、普通V带传动的设计计算(8)确定单根普通V带的初拉力(9)计算压轴力(10)带轮结构设计2212.4V带轮的结构设计1.对V带轮的要求质量小，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量均匀，轮槽工作面具有较高的表面精度，轮槽的尺寸和角度具有一定的精度。2.V带轮材料主要用铸铁制造，常用的材料为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢制造，或用钢板冲压后焊接而成；小功率时可采用铸铝或塑料。3.V带轮结构当基准直径dd≤（2.5～3）d（d为轴的直径）时，可采用实心式；dd≤300mm时，可采用孔板式或腹板式；dd300mm时，应采用轮幅式。实心式孔板式腹板式轮幅式23表12-8V带轮的轮槽尺寸(摘自GB/T13575.1─2008)（单位：mm）槽型YZABCDE节宽bd5.38.51114192732基准线上槽深hamin1.62.02.753.54.88.19.6基准线下槽深hfmin4.77.08.710.814.319.923.4槽间距e8±0.312±0.315±0.319±0.425.5±0.537±0.644.5±0.7第一槽对称面至端面的距离fmin67911.5162328最小轮缘厚δmin55.567.5101215带轮宽BB=(z-1)e+2fz—轮槽数外径dada=dd+2ha轮槽角32°相应的基准直径dd≤60－－－－－－34°－≤80≤118≤190≤315－－36°60－－－－≤475≤60038°－8011819031547560012.4V带轮的结构设计2412.5普通V带传动的设计实例解：设计一通风机用的V带传动，选用异步电动机驱动，已知额定功率P=4kW，转速n1=1440r/min，传动比i=3.2，三班制工作。⑴求计算功率Pc查表12-6得KA=1.2，得⑵确定V带带型根据Pc=4.8kW、n1=1440r/min查选型图，确定选用A型。⑶确定带轮基准直径dd1、dd2由A型查表12-7，取主动带轮基准直径dd1=100mm。由从动带轮基准直径查表12-7，取dd2=315mm。⑷验算带速v带速在5～25m/s之间，故合适。2512.5普通V带传动的设计实例⑸确定普通V带的基准长度Ld和传动中心距a初选中心距a0=650mm，符合计算带所需的基准长度由表12-5选带的基准长度Ld=1940mm。计算传动的实际中心距⑹验算包角α1主动带轮上的包角合适。⑺确定普通V带的根数由n1=1440r/min、dd1=100mm、i=3.2查表12-2、表12-3得P0=1.31kW，ΔP0=0.17kW，查表12-4得Kα=0.95，查表12-5得2612.5普通V带传动的设计实例⑻计算单根普通V带的初拉力查表12-1得q=0.10kg/m，则KL=1.02，则取z=4根。⑼计算压轴力⑽带轮结构设计（略）27表12-2单根普通V带的基本额定功率P0(摘自GB/T13575.1─2008)（单位：kW）型号小带轮的基准小带轮转速n1/(r/min)直径dd1/mm20040080095012001450160020002400280032003600400050006000Z5056637180900.040.040.050.060.100.100.060.060.080.090.140.140.100.120.150.200.220.240.140.170.220.270.300.330.160.190.250.300.350.360.170.200.270.330.390.400.200.250.320.390.440.480.220.300.370.460.500.540.260.330.410.500.560.600.280.350.450.540.610.640.300.370.470.580.640.680.320.390.490.610.670.720.340.410.500.62