[工学]第三部分13章 带传动.ppt

第三部分 机械传动,机械传动主要是传递动力和运动装置，机械传动分为：摩擦传动、啮合传动、液力传动、气动传动等。本书仅研究摩擦传动和啮合传动。,第 13 章 带传动,13-1 带传动概述 13-2 V带和V带轮 13-3 带的传动的工作情况分析 13-4 V带传动的设计计算 13-5 V带传动的张紧装置,带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。,13-1 带传动概述,带传动的组成：,主动轮1、从动轮2、环形带3。,工作原理：,安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。,类型,平皮带,V 型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,-摩擦牵引力大,-摩擦牵引力大,-牵引力小，用于仪器,应用：两轴平行、且同向转动的场合。,带传动的类型,抗拉体,带传动的几何关系,中心距a,包角:,因较小,代入得:,带长:,带长:,已知带长时，由上式可得中心距 :,带传动的优点：,1. 适用于中心距较大的传动；,2. 带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动；,3. 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零 件和设备的损坏；,4. 结构简单、成本低廉。,带传动的缺点：,1. 传动的外廓尺寸较大，不适合大功率；,2. 需要张紧装置；,3. 由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；,4. 带的寿命较短；,5. 传动效率较低。,应用：两轴平行、且同向转动的场合，中小功率电机与工作机之间的动力传递。,V带传动应用最广，带速： v=525 m/s 传动比：i7 效率： 0.90.95 带的根数：Z10,13-2 V带和V带轮,一、 V带 二、 V带轮,一、V带,V带可分为：普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、汽车V带等类型。其中普通 V带应用最广。,V带的规格,组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。,节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。,节面：全部节线构成的面。, =40，h/bd =0.7的V带称为普通V带。已经标准化，有七种型号。,在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径d。,V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 。标准长度系列详见下页表13-2 ，P202, =40，h/bd =0.9的V带称为窄V带。,与普通V带相比，高度相同时，宽度减小1/3，而承载能力提高1.52.5倍，适用于传递动力大而又要求紧凑的场合。,二、V带轮,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,实心式,腹板式-中等直径；,dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 见图13 - 8 s= (0.2 0.3) B s11.5s s20.5s,腹板式一,二、V带轮,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,腹板式-中等直径；,dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 见图13 - 8 s= (0.2 0.3) B s20.5s,二、V带轮,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,腹板式二,轮辐式-d350 mm；,腹板式-中等直径；,二、 V带轮,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,13-3 带传动的工作情况分析,一、 带传动的受力分析 二、 带传动的应力分析 三、 带的弹性滑动和打滑,一、 带传动的受力分析,静止时，带两边的初拉力相等：,传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：,F1 = F2 = F0,为了可靠工作，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。,F1 F2,F1 ，紧边,F2 松边,紧边,松边,设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：,F1 F0 = F0 F2,F0 = (F1 + F2 )/2,当圆周力FFf时，带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑.经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低，导致传动失效。,称 F1 - F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：,F = F1 - F2,且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系：,以平带为例，分析打滑时紧边拉力F1和松边拉力F2之间的关系。,取一小段弧进行分析：参数如图,正压力：dFN,两端的拉力：F 和F+dF,力平衡条件：忽略离心力, 水平、垂直力分别平衡,摩擦力： f dFN,由力平衡条件：,积分得：,紧边和松边的拉力之比为：,绕性体摩擦的基本公式，也叫欧拉公式,联立求解：, F , 1 2,用1 ,分析：,V带传动与平皮带传动初拉力相等时，它们的法向力则不同。,平带的极限摩擦力为: FN f = FQ f,FN=FQ,FN=FQ/sin(/2),则V带的极限摩擦力为 ：,f -当量摩擦系数, f f,在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。 或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。,用 f 代替 f 后，得以下计算公式：,由此可以看出：初拉力越大有效载荷越大；摩擦系数越大F越大；包角越大F越大；,二、 带的应力分析,1.紧边和松边拉力产生的拉应力,紧边拉应力：,松边拉应力：,A为带的横截面积,2.离心力产生的拉应力,带在微弧段上产生的离心力：,带工作时应力由三部分组成,离心力 FNc在微弧段两端会产生拉力 Fc。,由力平衡条件得：,离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力确作用在带的全长。,离心拉应力：,往x轴投影,3.弯曲应力当带绕过带轮时，因为弯曲而产生弯曲应力,设y为带的中心层到最外层的垂直距离；,E为带的弹性模量；d为带轮直径。,4. 应力分布及最大应力,弯曲应力为:,最大应力max出现在紧边与小轮的接触处。,由材料力学公式得,离心应力,拉应力,弯曲应力,由力平衡条件得静止时轴上的压力为：,5. 作用在轴上的力,三、 带传动的弹性滑动和打滑,设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：,这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。,紧边：,松边：, F1 F2, 1 2,带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。,带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。,总有：v2 v1,得从动轮的转速：,带传动的传动比：,V带传动的滑动率=0.010.02，一般可忽略不计。,定义：,为滑动率。,注意：1 弹性滑动无论是主动轮还是从动轮都发生在皮带离开带轮部分包角内。 2 皮带在正常工作时，在包角中有部分时滑动弧，部分是静止弧，大小轮都一样。 3 都是滑动弧时，皮带就打滑。,13-4 V带传动的设计计算,一、 带传动的失效形式及设计准则,二、 单根V带传递的功率,三、 普通V带的型号和根数的确定,四、 主要参数的选择,一、 带传动的失效形式及设计准则,带传动的主要失效形式为： 打滑和疲劳破坏,带传动的设计准则为： 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。,二、单根V带所能传递的功率,带载带轮上打滑或发生脱层、撕裂、拉断等疲劳损坏时，就不能传递动力。因此带传动的设计依据是保证带不打滑及具有一定的疲劳寿命。,传递的功率为：,单根带所能传递的有效拉力为：,为保证带具有一定的疲劳寿命，应使：,max =1 +b + c ,1 = -b - c,代入得：,在 =，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下计算所得 P0 称为单根带的基本额定功率。详见下页表13-3 。,实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果称为许用功率P0,K 包角系数。 考虑180时对传动能力的影响，见表135,KL 长度系数； 考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响，见表132。,P0-功率增量；,三、普通V带的型号和根数的确定,计算功率：,KA -工作情况系数,型号的确定: 根据Pc和小带轮的转速n1，由选型图确定。,根数的确定:,考虑在i1，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值详见表13-8,点击按钮：,-点击按钮,-点击按钮,-点击按钮,注意：1 包角修正系数 K 是考虑了小轮的包角对承载能力的影响； 2 带长修正系数KL 是考虑了皮带俞长循环次数俞少，承载能力越高； 3 功率的增量P0 是考虑了传动比对承载能力的影响，传动比越大皮带弯曲应力越小，承载能力越大。,带轮的直径过小，则带的弯曲应力大，寿命降低。应取：d1dmin,四、主要参数的选择,1.带轮直径与带速,20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400 425 475 500 530 560 630 670 710 750 800 900 1000,大带轮的直径d2：,d1 、d2：必须符合带轮的基准直径系列：,带速：,一般应使v在525m/s的范围内。,2.中心距、带长和包角,推荐范围：0.7(d1+d2) a0 2(d1+d2),初定V带基准长度：,根据L0由表13-2选取接近的基准长度Ld，然后计算中心距：,中心距变动范围为：考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。,(a-0.015Ld) (a +0.015Ld),小轮包角：,一般应使1120 ,否则可加大中心距或增加张紧轮。,3.初拉力,保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，会出现打滑，初拉力过大将增大轴和轴承上的压力，并降低带的寿命。,计算公式：,其中：Pc为计算功率；,设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传递功率、带轮转速以及对传动的外廓尺寸的要求等。,设计带传动的主要任务是：选择合理的传动参数、确 定V带型号、长度和根数；确定带轮材料、结构和尺寸。,z为V带根数；,v为带速；,q为V带每米长的质量；,ka为包角修正系数。,带传动设计的步骤:,1.求计算功率Pca；,2.选择普通V带型号；,3.求带轮的基准直径d1 、d2 ；,4.验算带速 ；,5.求V带的基准长度Ld和中心距a；,6.验算小带轮的包角；,7.求V带根数z；,8.求作用在带轮轴上的压力FQ；,9.带轮的结构设计。,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张紧装置,摆架式张紧装置,13-5 V带传动的张紧方法,1.调整中心距,张紧轮,带传动的张紧方法：,1.调整中心距,2.采用张紧轮,3.自动张紧,自动张紧装置,例题13-1,设计一带式运输机中的普通V带传动。原动机为Y112M-4异步电动机，其额定功率P=4kW，满载转速n1=1440r/min，从动轮转速n2=450r/min，一班制工作，载荷变动较小，要求中心距 a 550mm。 解： 1、计算设计功率Pca 由表13-3查得KA =1.1，故Pca = P KA =1.14=4.4kW 。 2、选择带型 根据 Pca =4.4kW，n1 =1440r/min，由图13-11初步选用A型普通V带。,3、选取带轮基准直径d1和d2 由表13-4取d1=100mm，由式(13-14)得 由表13-4取直径系列值d2=315mm。 4、验算带速v 在525m/s范围内，带速合适。,5、确定中心距a和带的基准长度Ld 初选中心距a0=450mm，符合0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 由式(13-3)得带长： 由表13-1对A型带选用基准长度Ld =1600mm。然后计算实际中心距 取a=460mm,6、小带轮包角 1 包角合适。 7、确定带的根数 z 因d1=100mm v=7.54m/s 查表13-7得 P0=1