机械设计第八章

第8章带传动8-1带传动的概述8-2带传动的工作情况分析8-3V带传动的设计计算8-4V带轮的结构设计8-5带传动的张紧装置8-1带传动的概述优点：结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲减振；缺点：有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。主动轮从动轮传动带（一）带传动的类型平带传动结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。Ｖ带传动应用最广的带传动，在同样的张紧力下，较平带传动能产生更大的摩擦力(约3倍)。多楔带传动摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。同步带传动是一种啮合传动，无滑动，能保证固定的传动比；Ｖ带多楔带同步带带传动的应用(二)V带的类型与结构胶帆布顶胶芯绳底胶胶帆布顶胶芯绳底胶胶帆布包边V带切边V带普通V带有：Y、Z、A、B、C、D、E等型号，已标准化YZABCDE拉：变窄压：变宽节圆：pitchcircleV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。窄V带与普通V带相比，高度约增加1/3。抗拉体材料承载能力大，截面形状有改进，适用于传递功率较大同时又要求外形尺寸较小的场合。8-2带传动工作情况的分析一、带传动中的力分析设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1+F2＝2F0带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F00FF1F00F02尚未工作状态nFfF1F1F1F1222n2工作状态拉紧放松带传动的有效拉力为FeFe=F1-F2F1＝F0+Fe/2F2＝F0﹣Fe/2工作情况分析(力分析)(二)带传动的最大有效拉力及其影响因素12包角的概念adddd3.57)(180121adddd3.57)(180122包角的计算值取两者中较小值feFF211120ffeceeFF当带有打滑趋势时，摩擦力达到极限，由欧拉公式11ffeceeFF112feceFF1202FFF12ecFFF预紧力F0↑→最大有效拉力Fec↑包角α↑→最大有效拉力Fec↑摩擦系数f↑→最大有效拉力Fec↑0001122222(1)111ffecfffeeFFFFeee1.拉应力紧边拉应力松边拉应力A为带的横截面积（三）带的应力分析11FAs22FAs2.弯曲应力h为带的厚度d1和d2为带轮基准直径E为带的弹性模量b1hEd1sb2hEd2s3.离心应力2cqvAsq为传动带单位长度的质量v为带的线速度离心力只发生在带作圆周运动的部分，引起的拉力却作用在带的全长带中可能产生的瞬时最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处巡行一周→应力变化一个周期→疲劳→断裂或塑性变形σmax=σ1+σb1+σc工作情况分析(运动分析)（四）带的弹性滑动和打滑在小带轮上，带的拉力从紧边F1降低到松边F2。应力逐步下降带相对于小带轮向后退缩带的速度低于小带轮的线速度在大带轮上，带的拉力从松边F2上升为紧边F1。弹性滑动：带的弹性变形而引起的带与带轮间的微量滑动应力逐步上升带相对于大带轮向前伸长带的速度高于大带轮的线速度%100121vvv12)1(vv或)/(6000011d1smndv)/(6000022d2smndv其中：传动比为：d212d1dnind有效圆周力达到临界值→载荷进一步加大→打滑→磨损加剧→从动轮转速急速降低→带传动失效弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2＜主动轮的圆周速度v1，速度降低的程度可用滑动率ε来表示：V带传动的设计11．Ｖ带传动的设计准则主要失效形式：打滑、疲劳破坏。设计准则：不打滑，具有一定的疲劳强度和寿命。8-3Ｖ带传动的设计计算σmax≈σ1+σb1+σc≤[σ]疲劳强度条件极限条件下，最大有效拉力Fec)11()]([)1(1111ssssfcbffffeceAeeAeeFF极限条件下，最大功率P0称为带的基本额定功率1000)11)(]([100010AvevFPfcbecsss单根V带的基本额定功率P0是根据特定的实验确定的实验条件：传动比1、包角180°特定长度、平稳载荷实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果称为单根V带的额定功率Pr∆P0—传动比不为1时功率增量，表8-5，P153；Kα—包角不等于180时的修正系数，表8-6，P155；KL—长度修正系数，表8-2，P145。LKKPPP)(00r(三)带传动的参数选择1.中心距a中心距↑→带的循环次数↓→寿命↑中心距↑→波动↑→平稳性↓→整体尺寸↑初选值0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)2.传动比i传动比↑→小带轮包角↓→承载能力降低↓传动比不宜过大，一般为i≤7，推荐值为i=2～5123.带轮的基准直径总功率和转速一定→主动带轮的直径↓→带速↓→单根V带功率↓→V带根数↑→带轮的宽度↑→载荷不均匀性↑主动带轮的直径↓→弯曲应力↑应保证dd≥dmin最小基准直径(表8-7)4.带速v功率一定→带速↑→单根V带功率↑→根数↓→横截面积↓→总体尺寸减小↓带速↑→离心应力↑→带的寿命降低↓带速不宜过高或过低，一般推荐v=5～25m/s，vmax30，在多级传动中应将带传动设置在高速级。(四)带传动的设计计算1.已知条件和设计内容已知条件:带传动的工作条件、传动位置与总体尺寸限制、所需传递的额定功率P、小带轮转速n1、大带轮转速n2或传动比i设计内容：选择带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮的材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力和压轴力、张紧装置等。2.设计步骤和方法(1)确定计算功率计算功率Pca根据功率P和带的工作条件确定Pca=KAPPca—计算功率KA—工作情况系数，见表8-8P—所需传递的额定功率电压由零慢慢提升到额定电压破碎机制砖机(2)选择V带的带型根据计算功率Pca和小带轮转速n1,，从图8-11选取普通V带的带型。(3)确定带轮的基准直径dd，并验算带速v1)初选小带轮的基准直径dd1，表8-7和表8-93)计算大带轮的基准直径由dd2=idd1计算，并根据表8-9加以适当圆整。(4)确定中心距，并选择V带的基准长度Ld1)初定a0推荐范围：0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)2)带长初值Ld02)验算带速v带速一般应为5～25m/s，最高不超过30m/s)/(6000011d1smndv02122100d4)-()(22addddaLdddd带的基准长度Ld根据Ld0由表8-2选若带的速度不在此区间，则调整小带轮直径3)计算中心距a及其变动范围00-2ddLLaa考虑带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围如下:ddLaaLaa03.0≈015.0≈maxmin(5)验算小带轮上的包角包角α1包角α2→小带轮上的临界摩擦力大带轮上的临界摩擦力→打滑先发生在小带轮1203.57)(180121adddd若包角小于120度，需加大中心距，或者减少带轮直径差(6)确定带的根数zLArcaKKPPPKPPz)(00一般应少于10根，否则应选择横截面积较大的带型。(7)确定带的初拉力F0初拉力↓→传动能力↓→易出现打滑初拉力↑→带的寿命↓初拉力↑→带对轴及轴承的压力↑20)5.2(500qvzvKPKFca(8)计算带传动的压轴力FP如果不考虑带两边的拉力差，FP近似地按带两边的初拉力的合力来计算2sin210zFFP例题设计某带式输送机传动系统中第一级用的普通V带传动。已知电动机功率P=4kW，转速n=1440r/min，传动比i=3.4，每天工作8h。1.确定计算功率由表8-8查得工作情况系数KA=1.1Pca=KAP=1.1×4kW=4.4kw2.选择V带的带型A型4.41440小带轮的直径选75～1003.确定带轮的基准直径dd1并验算带速v1)取小带轮的基准直径dd1=90mmsmndv/78.6600001440906000011d12)验算带速3)计算大带轮的基准直径dd2=idd1=3.4×90=306mm，取dd2=315mm5m/sv30m/s，带速合适(4)确定中心距，并选择V带的基准长度Ld0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)0.7×(90+315)≤a0≤2×(90+315)284≤a0≤910初定a0=500mm带长初值Ld0mm16614)-()(2202122100daddddaLdddd取Ld=164000-1640-1661500490mm22dLLaaminmax0.0154900.01516404650.034900.031640539ddaaLaaL12157.3180()57.3180(31590)154120490dddda5.验算小带轮上的包角表8-4P0(6)确定带的根数z查表8-4知当n=1200，P0=0.93，当n=1450，P0=1.07064.1)12001440(1200145093.007.193.00P查表8-5n=1200，△P0=0.15，n=1450，△P0=0.1717.0)12001440(1200145015.017.015.00P查表8-6，Kα=0.93，查表8-2，KL=0.9986.399.093.0)17.0064.1(41.1)(00LArcaKKPPPKPPz取为47.计算单根V带的初拉力查表8-3知A型带的单位长度质量q=0.105kg/mNqvzvKPKFca14278.6105.078.6493.04.4)93.05.2(500)5.2(5002208.计算压轴力N11072154sin142422sin210zFFP带轮结构设计(二)带轮的材料通常：铸铁（HT150、HT200）转速较高：铸钢、用钢板冲压后焊接小功率：铸铝、塑料8-4Ｖ带轮设计(一)V带轮的设计内容已知：带轮的基准直径、转速等设计内容：材料、结构形式、轮槽、轮辐和轮毂的几何尺寸、公差、表面粗糙度。·典型结构有：实心式、腹板式、孔板式和轮辐式。dd≤2.5d时，可采用实心式结构3．带轮的结构形式2.5d≤dd≤300时，可采用腹板式结构2.5d≤dd≤300、D1-d1≥100，可采用孔板式结构dd1≥300，可采用轮辐式结构(五)V带轮的技术要求为了使V带与带轮紧密贴合，轮槽夹角小于40°V带不超出带轮外圆，也不与底部接触，为此规定了hamin和hfmin轮槽工作表面的粗糙度为Ra1.6μm或Ra3.2μm(五)V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毅上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毅的表面缺陷进行修补；转速低要做静平衡，反之要做动平衡。静平衡(假设质量集中于同一平面)合力计算公式静平衡条件合力计算公式动平衡(质量分布于多个截面)动平衡条件动平衡(质量分布于多个截面)车轮动平衡举例带传动的张紧1一、定期张紧装置8-5带传动的张紧装置根据摩擦传动原理，带在预张紧后才能正常工作。运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。一、定期张紧装置带传动的张紧2三、采用张紧轮张紧装置张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。张紧轮应尽量靠近大轮，以免过分影响在小带轮上的包角。二、自动张紧装置8-1V带传动的n1=1450r/min，带与带轮的当量摩擦系数fv=0.51，包角α1=180°，初拉力F0=360N。试问：(1)该传动所能传递的最大有效拉力为多少?(2)dd1=100mm，其传递的最大转矩为多少?(3)若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输出功率为多少?0.513.141600.513.1416