机械设计带传动

机械设计第八章带传动陆宁编制上海工程技术大学机械设计教研室第八章带传动§8-1概述§8-2带传动的工作状况分析§8-3V带传动的设计计算§8-4带轮的结构设计§8-5V带传动的张紧装置一．工作原理：靠摩擦传动二．工作特点1·缓冲、吸振2·瞬时传动比不稳定3·压轴力大4·结构简单、维护方便5·适于远距离传动§8-1概述应用：带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，100KW以下的中小功率的远距离传动。如：汽车发动机、拖拉机、石材切割机等。简单实例图示的是空气压缩机中的带传动，电动机轴带动主动轮，从动轮与压缩机轴相连。工作时，电动机的转动通过带轮减速后带动空气压缩机工作。图6-1空气压缩机中的带传动带传动V带普通Ｖ带窄Ｖ带齿形Ｖ带宽Ｖ带联组Ｖ带大楔角Ｖ带带传动的特点和类型平带传动：V带传动：多楔带传动：应用不太广，例如：高速磨床。常多根并用，承载能力大，应用广泛相当于多个小V带组成，兼有平带传动和Ｖ带传动的优点。适用于轻载的场合，例如：缝纫机。工作面工作面按截面形状的不同，带传动分为：圆带传动：同步带：平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。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。（1）平带截面形状为梯形，两侧面为工作表面。应用最广的带传动是Ｖ带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动可以产生更大的摩擦力。（2）V带：摩擦力分析：比较平带与V带FnFnFVFVFnnfFfFnfFfF2VvVFfFf2/sin窄V带0.9(phb截面高度已标准化）节宽强力层：高强度绳芯应用：高速、大功率、结构紧凑的机械传动装置。它是在平带基体上由多根V带组成的传动带，兼有平带弯曲应力小和V带摩擦力大等优点。多用于传递动力较大、结构紧凑的场合。工作面：侧面（3）多楔带：横截面为圆形，只用于小功率传动，牵引能力小。常用于仪器、家用器械、人力机械。（4）圆带：同步带传动是一种啮合传动，无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，传递功率大。用于要求传动平稳，传动精度较高的场合。（强力层为钢丝绳，变形小；带轮为渐开线齿形）（5）同步齿形带（啮合带）：齿形带（同步带）:同步齿形带即为啮合型传动带。同步带内周有一定形状的齿。安全门机械装置原理示意图地铁安全门电机（包括传动装置）滚动滑轮齿轮皮带安全门机械装置原理示意图地铁安全门电机（包括传动装置）滚动滑轮齿轮皮带安全门机械装置原理示意图地铁安全门电机（包括传动装置）滚动滑轮齿轮皮带类型平带V带多楔带同步带结构图8-2a)图8-2b)图8-2c)图8-2d)特点结构最简单、易于制造传递摩擦力大、传动比大、结构较紧凑传递功率大、摩擦力大、柔性好传动比准确、轴向压力小；但安装和制造要求高标准化已标准化已标准化已标准化应用场合传动中心距较大应用广泛传递功率较大、结构要求紧凑、变载荷或冲击较高线速度，可达50m/s。带传动的布置开口式带传动传递平行轴之间的运动，两带轮转向相同。带传动适于中心距较大的传动；传动平稳，可缓冲吸振；过载时打滑，能起安全保护作用。带传动的主要缺点是不能保证准确的传动比，带的寿命和传动效率较低。适合于小功率的动力传动，在机械传动系统中，多用于高速级。交叉式带传动传递平行轴之间的运动。两带轮转向相反。带张紧轮的三角带传动三角带工作一段时间后会因为塑性伸长而松弛，致使张紧力降低，张紧轮可以保证足够的张紧力。张紧轮应放在松边内侧靠大带轮处，以免小带轮包角减小过多，影响传动能力。2．V带●工作面：两侧面●剖面：等腰梯形●组成帘布芯结构－－胶帘布绳芯结构－－胶线绳'40O上端拉长变窄下端压缩变宽基准长度400bpbhdaddbbpBfehahfdOO3832⑴普通Ｖ带7.0bph40o环形、无接头截面积小大●其型号七种：YZABCDE承载能力小大●基准直径D：节宽bp相对应的带轮直径。●基准长度Ld：基准直径上的周线长度(公称长度)'1.V带轮槽尺寸标准当v≤25m/s时，用HT150；当v=25～30m/s时用HT200；当≥25～45m/s时用球墨铸铁、铸钢或锻钢；小功率时可用铸铝或塑料.2.带轮的材料α2α1CADBd1d2aθ标准参数：带轮直径和长度带传动的几何关系3.5718012dd中心距a包角α:2因θ较小,sin以代入得:)(12raddd带长:ADBCABL2)2(2)2(2cos212dda22211sin1cos以代入得：及add212add212)()(2cos21221dddda设计：潘存云α2θα1θθCADBd1d2addddaL4)(2221221带长:已知带长时，由上式可得中心距:8)(8)(2)(221222121ddddLddLa设计：潘存云α2θα1θθCADBd1d22180O2180O122bd1bdaddbb/)2(sin121801)2(2180121addbbO1801)2(2180122addbbO3.57/180a普通V带和窄V带的标记标记组成：带型、基准长度、标准号。例如：A型普通V带、基准长度1400mm.标记：A—1400GB/T11544—1997又如：SPA型窄V带、基准长度1250mm.标记：SPA—1250GB/T12730—2002标记常压在带的外表面上。一．受力分析：取分离体1．工作前：预紧力F0，F1/F2=12．工作时：紧边F0↑F１→F１F0松边F0↓F２→F２F0此时F1F2即F1/F2＞1松边紧边§8-2带传动的工作状况分析安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上Ffn2FfF1带工作前：带工作时：F0F0此时，带只受初拉力F0作用n1F2F2由于摩擦力的作用：紧边拉力--由F0增加到F1；松边拉力--由F0减小到F2。Ff－带轮作用于带的摩擦力3·有效拉力(摩擦力)Fe：0212FFFefFFFF212/01eFFF2/02eFFF(带的总长没有改变,总内力不变)(两边力之差就是摩擦力)解得:F0F0F0F0F1F2F1F2紧边松边从动轮主动轮n1n2带的摩擦传动原理初拉力带张紧在带轮上，受工作载荷前带上的作用力0F紧边拉力1F作用在紧边上的拉力松边拉力2F作用在松边上的拉力有效拉力eF带和带轮接触面上的摩擦力总和各个力之间的关系0212FFF21FFFFfe带传动所传递的功率220201eeFFFFFFKWvFPe1000当V一定，若P增加，所需Fe增加所需Ff增加，而Ff摩擦力有一个极限Ffmax，当所需Ff大于Ffmax，皮带将打滑。（最大有效拉力Fec）∵1000VFPe分析带轮接触面上摩擦力之总和等于所传递的有效拉力结论∵ΣFf=F1-F2=Fef为摩擦系数；α为带轮包角当Ff达到极限值Fflim时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，F1达到最大，而F2达到最小。带传动即将打滑时，可推出古典的柔韧体摩擦欧拉公式：feFF21欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值那么：Fec=F1–F2＝F1(1－1/efα)F－此时为不打滑时的最大有效拉力，正常工作时，有效拉力不能超过此值二．最大有效拉力Fec及其影响因素最大有效拉力Fec(临界打滑)说明f21eFF式中e——自然对数底(e=2.718……)f——摩擦系数α——带在带轮上的包角f21eFF——欧拉公式⑶∵ΣFf=F1-F2=Fef21eFF11ffeceeFF12feceFF12F1Fe●得到：ff0ff0ece/11e/11F21e1eF2F0212FFF11ffeceeFF12feceFF1120maxffteeFF式中：Ftmax—带能传递的最大圆周力（N）；F0—初拉力（N）；f—带与带轮的摩擦系数；α—带与小带轮的包角（rad）；e—自然对数的底(e≈2.718)影响最大有效拉力的因素预紧力F0：Ftmax与预紧力F0成正比。包角：Ftmax随包角的增大而增大。摩擦系数f：Ftmax随摩擦系数f增大而增大。（1）、增大摩擦系数f↑—→Fmax↑（∵ΣFf↑）与带和带轮材料、表面状况、工作环境有关。1）材料配对；2）采用V带：当量摩擦系数fv≈1.7f。FNFNμFNφFNμFNFQFQ讨论（2）、适当增大F00maxFFF0↑—正压力↑—ΣFf↑—Fmax↑—Pmax↑假如F0↑↑内应力↑↑—带疲劳寿命↓带的磨损↑—寿命↓∴应严格控制F0大小，为保证工作中初拉力不变，可设计张紧装置。假如F0↓↓—带传动的工作能力不能充分发挥，易打滑。（3）、增大包角α1α↑→Fmax↑当i1时：α1α2，打滑从小带轮开始，∴限制α1不能太小。结论：（3）采用张紧装置。（1）α1≥120°；（2）水平或近似水平布置：松边在上。max4.82PKW1400ddmm11450minnr11520.25vfecF1F0F例题：单根V带传递的最大功率小带轮直径小带轮包角，带和带轮间的当量摩擦系数，试确定带传动的最大有效拉力紧边拉力和张紧力11400145030.35601000601000ddnvms解：max100010004.82158.8130.35ecPFNvNeeFFffecv31.2481718.21718.2281.158112180/52.114.325.0180/52.114.325.0010158.81248.31327.7222ecFFFN20158.81248.31168.9122ecFFFN94.1fe1．弹性滑动——不可避免，固有特性原因：由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的微量的相对运动。带是弹性体，且紧边、松边存在拉力差。后果：V2V1，传动比i不准确，微量磨损，产生温升。措施：选弹性模量大的材料。§8-3带的弹性滑动及打滑拉力变大弹性带拉伸变长拉力变小弹性带收缩变短轮的圆周速度小于带速(带拖动轮)轮的圆周速度大于带速(轮拖动带)得从动轮的转速带传动的传动比1122(1)ddndnd21(1)dddd21nniV带传动的滑动率ε=0.01~0.02，一般可忽略不计。定义112212111ddddndnvvvdn为滑动率。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，这种情况应当避免。1234567891011121314带传动实验台BB*.弹性滑动现象分析：紧边在A点绕上主动轮带的拉力逐渐降低，变形量减小带速滞后于带轮B*点滞后B点即带与轮之间发生相对滑动注意静弧与动弧A2．滑动率ε(一般就是1%--2%)121vvv100060111ndbv100060222ndbv1122)1(ndndbb12)1(bbddi式中n1、n2—主、从动轮转速D1、D2—主、从动轮计算直径ε—滑动率，一般ε＝0.01~0.02因为ε较小，可忽略，则有i=n1/n2=D1/D2带传动的滑差率：ε=(n1-n2)/n1×100%带传动的传动效率：η=p2/p1=T2n2/T1n1×100%式中：P1、P2一主动轮、从动轮的功率3．打滑——可以避免原因：由于过载而引起的带与带轮间全面、显著的相对运动后果：无法正常工作，磨损发热严重措施：防止过载、合适的预拉力，带的弹性滑动和打滑：小结1.动弧是接触弧的一部分2.动弧位于主动轮的出口边3.欧拉公式适用于动弧4.当动弧扩展到整个接触弧时发生打滑5.弹性滑动不可避免，打滑可以避免6.弹性滑动造成传动比i不稳定弹性滑