机械设计培训讲义之带传动

第八章 带传动 概述：一、带传动的组成和类型 1组成： 主动带轮1，从动带轮2，传动带3。 2工作原理： 靠带和带轮间的摩擦力或啮 合来传递运动和动力。 3特点： 1）结构简单，成本低 2）传动平稳 3）能缓冲减振 4类型： 1）平带传动： 优点： 结构最简单 适用： 用于中心距较大的埸合 2）V带传动： 优点：(1)两侧面为工作面，带与带轮间的摩擦力比平带大(2)允许的传动比较大，结构更紧凑(3)V带已标准化，生产量大，成本更低 适用： 应用最广泛 3）多楔带传动： 优点： 柔性好、摩擦大，兼有平带和V带的优点 适用： 传递功率较大、结构要求紧凑的埸合4）同步带传动： 优点： 靠啮合传动、所需的张紧力小，传动可靠适用：要求传动比准确、结构紧凑等埸合。二、V带的类型和结构： 1、类型： 普通V带、窄V带、宽V带、齿形 V带、联组V带等多种。 注： 普通V带最常用，以下主要讨论普 通V带。 2、普通V带的结构等： 结构： 呈无接头环形，横截形为等腰梯形两腰夹角=40 种类： 按抗拉体的不同，分二种： 1）帘布芯V带： 抗拉体为帘布，制造较方便。 2）绳芯V带： 抗拉体为线绳，柔韧性好，弯曲强度高。 型号： 分Y、Z、A、B、C、D、E七种 截面尺寸，承载能力 节面： 带垂直于底面弯曲时，带中既不伸长也不缩短的中性层面。 节宽bP： 带节面的宽度 轮槽节宽bp：V带轮轮槽与配用V带节宽相等处的槽宽 节圆直径dp：V带轮在轮槽节宽处的直径 基准宽度bd：国标规定的V带轮轮槽宽度 1）等于配用V带的节宽，即：bd = bp 2）bd是一个无公差规定值 基准直径dd：V带轮在轮槽基准宽度bd处的直径。计算中，可取：bd = bp 基准长度Ld：在规定张紧力下，V带中与V带轮轮槽基准宽度相重合处的周线长度。 公称长度： 以基准长度Ld表示。 注： 1）V带的截面尺寸， P.145. 表8-1. 2）V带的基准长度系列， P.146. 表8-2. 带传动工作情况的分析： 与书中略有不同一几何计算： 1包角：带与带轮的接触弧所对的圆心角 a = O1O2 O2E = (dd2-dd1)/2 很小，于是有： 1 =-2=-(dd2-dd1)/a rad= 180- 57.3(dd2-dd1)/a2 =+2=+(dd2-dd1)/a rad = 180+ 57.3(dd2-dd1)/a 2.基准长度Ld： cos=1-2/2! =(dd2-dd1)/2a 3.中心距a: 二带传动的受力分析： 1预紧力FO： 安装时，带紧套在两轮上而受到的拉力。 注： 带传动不工作时，带两边的拉力均为FO 2摩擦力Ff： 带传动工作时，主动轮1以n1转动，靠其对带的Ff使带随之运动， 带又靠Ff驱使从动带轮2转动。 图8-4. 注： 1）主动带轮1对带的Ff的方向与轮1周速同向。(Ff驱使带运动) 2）从动带轮2对带的Ff的方向与轮2周速反向。 3紧边，松边： 在Ff作用下： 紧边： 带绕上主动带轮的一边。 拉力由FO增大到F1 松边： 带绕上从动带轮的一边。 拉力由FO减小到F2 4FO，F1，F2及Ff的关系： 设： 带工作时的总长度不变（即：紧边拉伸量=松边放松量），则： F1 - FO = FO F2 或 F1 + F2 = 2FO： （8-1） 又： 取主动轮一侧的带为分离体，则 Ff = F1 F2 （8-2） 5有效拉力Fe： 带与带轮间摩擦力的总和Ff，即： Fe = Ff = F1 F2 = 1000P/v N （8-3） P 带传动传递的功率、kW； v 带速、m/s。 注： 由上式可见，P、v不同，带传动所需有效拉力Fe也不同。三带传动的临界摩擦力Fec： 带传动有打滑趋势时，Fe（即Ff）达到最大值Fec，可定出如下： 1临界摩擦力Fec： 不计离心力时，圆心角d所对的带微段受力如图8-4。由图得： （8-4） 式(8-1)、(8-2)、(8-4)和(8-5)联立求解，得临界摩擦力（即Fe的临界值）Fec： 2Fec的影响因素： 1）预紧力F0： F0Fec 但F0过大，磨损，寿命。 F0Fec 带传动工作能力不能充分发挥。 2）包角： Fec （带的传动比不可太大，否则1） 3）摩擦系数f: fFec （V带传动应用广泛，其fv较大）四带的应力分析： 带传动工作时，带中的应力有三种： 1离心应力c： 由绕在带轮上的带的离心运 动而产生： c= qv2/A MPa q 单位长度带的质量，kg/m。 (P.149. 表8-4.) v 带的线速度，m/s A 带的横截面积，mm2， P.145. 表8-1 2拉应力： 紧边： 1= F1/A MPa 松边： 2= F2/A MPa F1、F2 带的紧边和松边拉力，N 3弯曲应力b： bEh/dd MPa h,E 带的高度(mm)及弹性模量(MPa) dd 带轮的计算直径(mm)。(V带轮即为基准直径) 注：1）带中的最大应力出现在带绕上主动小带轮处(12，b1b2)，且 max1+b1+c （8-11） 2）带型一定(即h一定)时，D，b。为避免b过大，要求ddddmin ddmin V带轮最小基准直径。 P.155. 表8-6. 3）工作时，带轮一周 应力变化四次 疲劳破坏。五带的弹性滑动和打滑： 1带的运动： 1）在主动带轮1上：带绕上轮1时，受拉力F1，带速v=v1(轮1周速) 带由A1B1时，带中拉力F1F2,弹变带沿轮1后缩. 带于B1绕出轮1时，vv1 因为：A1B1的过程中，带一面随轮绕进，一面沿轮后缩 2）在从动带轮2上：情况与上相反,带一面随2绕进,一面沿2向前爬伸(F2F1) 结果使得： vv2(轮2周速) 2弹性滑动： 由于带的弹性变形引起的带与带轮间的相对滑动。 1）滑动率： 用于表示弹性滑动的程度： 一般传动中，=12% 2）传动比i： v1=dd1n1/601000 v2=dd2n2/601000=(1-)v1 3）注： (1) Fe较小时，弹性滑动仅发生在带绕出带轮的部分接触弧上。P.151.图8-10 滑动弧带与带轮间存在弹性滑动的接触弧 静 弧带与带轮间不存在弹性滑动的接触弧 (2) Fe增大，滑动弧延长，静弧缩短 (3) Fe增大到最大有效拉力Fec时，小带轮的接触弧都成了滑动弧 (4) Fe大于最大有效拉力Fec时，小带轮与带将发生显著的相对滑动 3打滑： 带与带轮发生显著相对滑动的现象。 1）载荷Fec时，出现打滑。 2）打滑总出现于小带轮上。-3 普通V带传动的设计计算：一设计准则和单根V带的基本额定功率 1主要失效形式： 打滑，疲劳损坏。 2设计准则： 在不打滑的前提下，保证具有一定的疲劳强度和寿命。 3单根V带的基本额定功率P0： （V带： fv f） Fe= F1-F2 ， ， 1= F1/A ，max=1+b1+c 于是： 注： 1）P0是单根V带在临打滑时所能传递的最大功率； 2）P0值受许多因素的影响，计算困难，工程中通过实验确定P0值； 3）实验条件：=180特定带长 工作平稳 4）P0值： 普通V带： P.152. 表8-4a二单根V带的额定功率Pr 由于工作条件通常与实验条件不一致，所以需对P0修正得单根V带的额定功率Pr： Pr = (P0 +P0)KKL (8-19) P0 i1(即dd2dd1)时，单根V带额定功率的增量；P.153.表8-4b K 包角系数，P.155.表8-5 KL 长度系数，P.146.表8-2三带传动的参数选择 1中心距a1）a： 优： 包角、单位时间内带的绕转次数、带寿命 缺： 带松边抖动、带传动的平稳性2）a： 一般初选a0 0.7(dd1+dd2)a02(dd1+ dd2) 2传动比i：1）i： 缺： 包角带传动易打滑2）i值： 一般要求： i7 推 荐： i=25 3带轮基准直径dd：1）dd： 优： 带传动尺寸 缺： 带速、带传动的有效拉力、带的根数、带轮宽度 带弯曲应力、带寿命2）dd值： 要 求： dd(dd)min (dd)min ： V带轮的最小基准直径， P.155.表8-6 4带速v：1）v： 优： 传动功率P一定，有效拉力Fe=1000P/v，带根数，带传动尺寸缺： 带的离心应力、单位时间内带的应力循环次数，带寿命 2）v值： 推荐v=525m/s vmax30m/s四带传动的设计计算1已知条件和设计内容： 1）原始数据： 传递的功率P，转速n1，n2（或传动比i） 传动位置要求，工作条件等。 2）设计内容： 确定带型，带长，根数，中心距，带轮直径及其结构尺寸等。2设计步骤和方法： 1）确定计算功率Pca： Pca= KAP kw P 传递的额定功率（如：电机功率），kw KA 工作情况系数。 P.156.表8-7. 考虑载荷性质工作时间长短等因素 2）选择带型： 按Pca，小带轮转速n1， P.157.图8-11 带型。 3）确定带轮的基准直径dd1和dd2： 初选dd1：满足dd(dd)min (dd)min最小基准直径，P.155.表8-6符合V带轮基准直径系列，P.157.表8-8 验算带速v： v =dd1n1/60000=525m/s vmax 30m/s 计算dd2： dd2 = idd1 并圆整至符合 P.157.表8-8 的V带轮基准直径系列。 4）确定中心距a、带基准长度Ld： 初定a0： 0.7(dd1+dd2)a02(dd1+ dd2)定Ld： 估算： Ld0 2a0+(dd1+ dd2)/2+(dd2- dd1)2/4a0 定Ld： 由Ld0 P.146.表8-2 选取相近的Ld 定a： a值： a a0+( Ld-Ld0 )/2 a的变动范围： amax= a + 0.03Ld amin= a 0.015Ld 5）验算1： 6）定带数z： z = Pca/Pr = Pca/(P0+P0)KKL 10（根） 7）确定初拉力F0： 新带安装时，预紧力应为上式F0的1.5倍（新带易松弛）式中，Pca, z, v, K, q 等符号意义同前。 8）求压轴力FP ： 带紧边与松边的夹角z 带的根数。 F0 单根带的初拉力。 1主动轮上的包角。 V带轮设计：一设计内容 根据带轮的基准直径及转速，确定带轮的材料、结构、尺寸、公差及技术要求等二带轮材料： 1. 一般埸合： 铸铁。 常用牌号，HT150，HT200。 2高速处： 铸钢。 3小功率处： 铸铝或塑料。三结构尺寸： 1实心式： 适用： dd2.5d P.160. 图8-14a. 2腹板式： dd300mm P.160. 图8-14b. 3孔板式： 适用： dd300mm 且D1-d100mm P.160. 图8-14c. 4轮辐式： 适用： dd300mm P.160. 图8-14d. 注：1）上述参量：dd 带轮基准直径，mm d 带轮轴的直径，mm D1 带轮轮缘的内径，mm 2）带轮的结构尺寸参见： P.161.表8-10 及 P.160.图8-14.四V带轮的轮槽 1轮槽尺寸与所用V带的型号相对应，见P.161.表8-10 2轮槽两工作面的夹角 40（即V带两工作面的夹角） 带绕上带轮弯曲时，内层受压膨胀，外层受拉收缩 楔角变小，带轮槽角也应相应地减小3工作时，V带顶面不能超出带轮外圆、底面不能与轮槽底面接触 V带传动的张紧、安装与防护一V带传动的张紧为防止带因塑性