机械设计带传动经典课件

第八章带传动§8-1概述§8-2带传动的工作情况分析§8-3Ｖ带传动的选型计算§8-4Ｖ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Ｖ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。平型带V带传动在一般机械传动中，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=fFN211）平面接触:FN21=G2）槽面接触:FN21=G/sin(θ/2)θ/2θ/2G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(θ/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Ｖ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）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pb基准直径dd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dL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§8-3Ｖ带传动的选型计算§8-4Ｖ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：F1－F0＝F0－F2；或：F1＋F2＝2F0；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。0FF1F00F02尚未工作状态nFfF1F1F1F1222n2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Fe＝P/v。2、摩擦力分析以主、从动轮上的带为研究对象，有：Fe＝Ff＝F1－F2当Ff达到极限Ffmax时，带的紧边拉力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α↑→最大有效拉力Fec↑：α越大，Ffmax越大。因α增加，带与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=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：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。11maxbc=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%100121=vvv12)1(vv=或)/(6000011d1smndvp=)/(6000022d2smndvp=其中：因此，传动比为：)1(1d2d21==ddnni弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2＜主动轮的圆周速度v1，线速度降低的程度可用滑动率ε来表示：当ε为1％～2％，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§8-3Ｖ带传动的选型计算§8-4Ｖ带轮结构设计§8-5带传动的张紧、安装V带传动的设计1Ｖ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α＝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1i000[]()LPPPKKa=Pr=V带传动的设计2Ｖ带传动的设计设计的原始数据（已知条件）为：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=2~5。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，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。计算载荷名义载荷载荷系数=x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Pcax修正系数x载荷系数机器所需传动带的根数确定？PK]KKPP[zAL00a）（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。20、22.4、25、28、31.5、…2500带轮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5～25m/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：ddLaaLaa015.003.0minmax==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z＜10根，一般为2～7根）一般要求小轮包角不小于：型号YZABC、D、E推荐轮槽数1-31-41-51-63-107、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。201e1e21qvFFvvffec=aa单根V带所需的最小初拉力为（考虑离心力的影响）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§8-3Ｖ带传动的选型计算§8-4Ｖ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§8-3Ｖ带传动的选型计算§8-4Ｖ带