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项目六带传动 带传动的类型与特点带传动的应力分析V带设计的参数确定 计算带的张紧与维护 一 主要内容带传动概述 V带和V带轮的结构 V带传动的工作能力分析 V带传动的设计 张紧 安装与维护 二 教学要求 1 了解带传动的类型 特点与应用 2 掌握带传动的受力分析 应力分析及弹性滑动的概念 3 掌握V带传动的设计计算方法 4 熟悉带传动的张紧与维护 1 带传动的受力分析 应力分析及弹性滑动 2 V带传动的设计计算 三 教学的重点与难点 带传动是一种常用的机械传动装置 主要作用 用来传递转矩和改变转速 工作原理 主要是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力 一 概述 工作过程 原动机驱动主动带轮转动 通过带与带轮之间产生的摩擦力 使从动带轮一起转动 从而实现运动和动力的传递 带传动的组成 主动轮 从动轮 紧套在两轮上的传动带和机架组成 一 带传动的类型 1 摩擦带传动 靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动 如V带传动 平带传动等 1 按传动原理分 2 啮合带传动 靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动 如同步带传动 带传动的分类方法有三种 传动带 用于传递动力输送带 用于输送物品 2 按用途分 3 按传动带的截面形状分 平带 V带 多楔带 圆形带 齿形带 同步带 平带 平带的截面形状为矩形 工作面为内表面 主要用于两轴平行 转向相同的较远距离的传动 平带传动动画展示 1 外覆盖层2 4 布层3 片基层5 工作面覆盖层 V带的截面形状为梯形 工作面为两侧面 带轮的轮槽截面也为梯形 在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下 V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大 所以 V带传动能力强 结构更紧凑 在机械传动中应用最广泛 V带 v带传动动画展示 多楔带是平带基体上有若干纵向楔形凸起 它兼有平带和V带的优点且弥补其不足 多用于结构紧凑的大功率传动中 多楔带 多楔带传动动画展示 圆形带的截面形状为圆形 仅用于如缝纫机 仪器等低速小功率的传动 圆形带 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 二 带传动的特点和应用 1 能缓冲吸振 传动平稳 噪音小 2 具有过载保护作用 3 结构简单 制造 安装和维护方便 成本低 4 适用于两轴距离较大的传动 优点 缺点 1 不能保证恒定的传动比 传动精度和传动效率低 2 带对轴有很大的压轴力 3 带传动装置结构不够紧凑 4 带的寿命较短 5 不适用于高温 易燃及有腐蚀介质的场合 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 二 V带和V带轮的结构 V带有普通V带 窄V带 宽V带 汽车V带 大楔角V带等 其中以普通V带和窄V带应用较广 8 2 1普通V带的结构和尺寸标准 标准V带都制成无接头的环形带 横截面结构如下 V带的结构 帘布结构和线绳结构的区别 帘布结构抗拉强度高 但柔韧性和抗弯强度较差 所以 线绳结构V带适用于转速高 带轮直径较小的场合 带的型号 我国普通V带和窄V带都已标准化 按截面尺寸由小到大 普通V带可分为Y Z A B C D E七种型号 窄V带可分为SPZ SPA SPB SPC四个型号 在同样条件下 截面尺寸大 则传递的功率就大 其截面呈楔角等于40 的梯形 如图 需要掌握的概念 1 节宽bp 长度不变层 所在位置称为中性层 2 截面高度h 相对高度h bp已标准化 普通V带为0 7 窄V带为0 9 V带截面尺寸 见表8 2 3 基准直径dd V带装在带轮上 和节宽bp相对应的带轮直径 标准值见表8 3 4 基准长度Ld V带在规定的张紧力下 位于带轮基准直径上的周线长度 它用于带传动的几何计算 标准值见表8 4 带的标记 普通V带和窄V带的标记都是由带型 带长和标准号组成 例如 A型 基准长度为1400 的普通V带 其标记为 A 1400GB11544 89 又如 SPA型 基准长度为1250 的窄V带 其标记为 SPA 1250GB12730 91 带的标记通常压印在带的外表面上 以便选用识别 二 普通V带轮的结构 1 带轮应具有足够的强度和刚度 无过大的铸造内应力 2 质量小且分布均匀 结构工艺性好 便于制造 3 转速高时要经过动平衡 4 轮槽工作面应光滑 以减小带的磨损 1 V带轮的设计要求 2 带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁 钢 铝合金或工程塑料等 灰铸铁应用最广 常用材料的牌号为HT150 v 25m s时 或HT200 v 25 30m s时 转速较高时宜采用球墨铸铁 铸钢或锻钢 也用采用钢板冲压后焊接带轮 小功率时可采用铸铝或塑料等材料 带轮由轮缘 腹板 轮辐 和轮毂三部分组成 轮缘是带轮的工作部分 制有梯形轮槽 轮毂是带轮与轴的联接部分 轮缘与轮毂则用轮辐 腹板 联接成一整体 3 带轮的结构 轮缘 腹板 轮毂 V带轮的分类 V带轮按腹板 轮辐 结构的不同分为以下几种型式 1 实心带轮 2 腹板带轮 3 孔板带轮 4 轮辐带轮 实心带轮 腹板带轮 孔板带轮 轮辐带轮 三 带传动的工作能力分析 一 带传动的受力分析 为保证带传动正常工作 传动带必须以一定的张紧力套在带轮上 初拉力F0 紧边拉力F1 松边拉力F2 F1 F0 F0 F2有效拉力F F F1 F2 实质上 带传动的有效拉力是带与带轮之间摩擦力的总和 在最大静摩擦力范围内 二者是相等的 同时F也是带传动所传动的圆周力 带传动所传递的功率为 P Fv 1000式中 P为传递功率 单位为KW F为有效圆周力 单位为N V为带的速度 单位为m s 带的打滑 在一定的初拉力F0作用下 带与带轮接触面间摩擦力的总和有一极限值 当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时 带与带轮将发生明显的相对滑动 这种现象称为打滑 带打滑时从动轮转速急剧下降 使传动失效 同时也加剧了带的磨损 打滑 应避免 带传动的最大有效圆周力 当传动带和带轮表面间即将打滑 摩擦力达到最大值 即有效圆周力达到最大值 此时 紧边拉力和松边拉力之间的关系可用欧拉公式表示 即 式中 包角 带与小带轮的接触弧所对圆心角 rad f 带与带轮接触面间的摩擦系数 将F1 F0 F0 F2和F F1 F2代入上式 整理后可得带传动的最大有效圆周力 临界值 上式表明 带所传动的圆周力与下列因素有关 1 初拉力F0 F与F0成正比 增大F0 带与带轮间正压力增大 F0 fQ 传动时摩擦力就大 F越大 但F0过大会加剧带的磨损 致使带过快松弛 缩短其工作寿命 2 摩擦系数f f越大 摩擦力越大 F越大 3 包角 F随包角的增大而增大 所以包角增大 带的传动能力提高 带传动工作时 带中的应力由以下三部分组成 式中 A为带的横截面面积 单位为mm2 二 带传动的应力分析 1 由拉力产生的应力 紧边拉应力 1 松边拉应力 2 由于带本身的质量 带绕过带轮时随着带轮作圆周运动将产生离心力 离心力将使带受拉 在截面产生离心拉应力 式中 c为离心拉应力 单位为MPa v为带速 单位为m s q为带单位长度上的质量 单位为kg m 见表8 6 2 由离心力产生的离心拉应力 传动带绕经带轮时要弯曲 其弯曲应力可近似按下式确定 式中 E为带的弹性模量 单位为MPa h为带的厚度 单位为mm dd为带轮的基准直径 单位为mm 因为dd1 dd2 所以 3 带的弯曲产生的弯曲应力 带工作时的应力分布情况 max 1 c b1 为保证带具有足够的疲劳强度 应满足 带中最大应力发生在紧边刚绕上主动轮处 A点 其值为 传动带是弹性体 受到拉力后会产生弹性伸长 伸长量随拉力大小的变化而改变 带由紧边绕过主动轮进入松边时 带的拉力由F1减小为F2 其弹性伸长量也减小 这说明带在绕过带轮的过程中 相对于轮面向后收缩 带与带轮轮面间出现局部相对滑动 导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度 三 带传动的弹性滑动和传动比 同样 当带由松边绕过从动轮进入紧边时 拉力增加 带逐渐被拉长 沿轮面产生向前的弹性滑动 使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度 带的弹性滑动 由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动 由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率称为带传动的滑动系数 由上式的带传动的传动比为 带的弹性滑动演示 弹性滑动和打滑的区别 弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念 打滑是指过载引起的全面滑动 是带传动的失效形式 是可以避免的 而弹性滑动是由于拉力差引起的 只要传递圆周力 就必然会发生弹性滑动 所以弹性滑动是不可以避免的 注意 一般带传动的滑动系数 因值很小 非精确计算时可以忽略不计 四 V带传动的设计 失效形式 打滑和疲劳断裂 如脱层 撕裂或拉断 设计准则 在保证不打滑的条件下 应具有一定的疲劳强度和寿命 二 单根V带允许传递的功率 一 带传动的失效形式和设计准则 在包角 1800 特定带长 工作平稳的条件下 单根普通V带的基本额定功率Po见表8 7 8 15 当实际工作条件与确定Po值的特定条件不同时 应对查得的Po值进行修正 修正后得实际工作条件下单根V带所能传递的功率 Po 式中 K 包角系数 查表8 11 KL 带长修正系数 查表8 4 Kb 弯曲影响系数 查表8 18 n1 小带轮转速 Ki 传动比系数 查表8 20 P0 功率增量 i12 1时单根普通V带传递功率的增量 三 V带传动的设计步骤和方法 已知条件一般为 带传动的工作情况 传动功率 两带轮的转速n1 n2 或传动比i12 外廓尺寸要求 设计内容 1 确定普通V带的型号 基准长度Ld和根数z 2 基准直径dd1 dd2 3 确定传动的中心距a 4 画出带轮的零件工作图 设计步骤和方法 1 确定计算功率 式中 Pc 计算功率 kW KA 工作情况系数 查表8 21 P 传递的额定功率 kW 2 选择V带的型号 根据计算功率Pc和小带轮转速n1 按下图选择普通V带的型号 一般取 若过小则带的弯曲应力太大而导致带的寿命降低 反之 则带传动的外廓尺寸增大 普通V带轮的最小基准直径查表8 6 带轮的基准直径 应符合带轮基准直径尺寸系列 如下表 2022 4252831 535 54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254504755005305606006306707107508009001000 3 确定带轮的基准直径dd1 dd2 大带轮的基准直径由下式计算 4 验算带速v m s 带速一般限制在5 25m s之间 式中 dd1 小带轮的基准直径 mm n1 小带轮的转速 r min 设计时如无特殊要求 可按下式初步确定中心距a0 5 确定中心距a和带的基准长度Ld 0 7 dd1 dd2 a0 2 dd1 dd2 基准长度计算 由带传动的几何关系可得带的计算公式 L0 带的基准长度计算值 查表8 4选定Ld 实际中心距a 6 验算小带轮包角 一般要求 若不能满足 可增大中心距或设置张紧轮 7 确定带的根数z 考虑到安装 张紧的调整 将中心距设计成可调式amin a 0 015Ldamax a 0 03Ld 8 确定单根带的初拉力F0 保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件 初拉力过小 则传动时摩擦力过小易打滑 过大则降低带的寿命 并增大了轴和轴承的压力 单根V带的初拉力可按下式计算 N q为每米带长的质量 kg m 查表8 6 带的根数应取整数 为使各根带受力均匀 带的根数不能太多 一般2 5根为宜 最多不多于8 10根 否则应加大带轮基准直径或选择较大型号的带 重新设计 9 计算作用在带轮轴上的压力FQ 为了设计轴和轴承 必须求出V带作用在轴上的压力 可按下式计算 N 10 带轮结构设计 确定带轮结构 绘制带轮零件图 解 1 确定计算功率 则 2 选定带型 根据Pc 13kW n1 1450r min 由图8 13选用B型普通V带 根据已知工作条件查表8 21 取KA 1 3 例设计一鼓风机用普通V带传动 已知电动机额定功率P 10kW 转速n1 1450r min 从动轴转速n2 400r min 中心距约为1500mm 每天工作24h 3 选小带轮数z1和带轮直径d1 d2 则实际传动比i 从动轮的实际转速分别为 从带轮的转速误差率为 406 400 400 1 5 4 校核带速v 5 确定中心距a及带长Lp 根据机器的结构要求 初定中心距a0 1500mm 带速在5 25m s范围内 带长L0为 由表8 4选取基准长度 因为轴间距可调整 则实际中心距a为 中心矩a的变动范围为 6 校核小带轮包角 7 确定V带根数z 取P0 2 82k 得功率增量 查表8 18 根据传动比 查表8 19得 则 得普通V带的根数 查得长度修正系数 包角系数 圆整得z 4根 8 确定初拉力F0及带轮轴上的压力FQ N 作用在轴上的压力 9 带轮的结构设计 10 设计结果 选用4根B 4000GB1171 89V带 中心矩a 1487mm 带轮直径dd1 140mm dd2 500mm 轴上压力FQ 2 6704N 五 V带传动的张紧 安装和维护 一 带传动的张紧 1 调整中心距方式 采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力 使带重新张紧 常见的有滑道式和摆架式两种结构 带传动工作一段时间后就会由于塑性变形而松弛 使初拉力减小 传动能力下降 这时必须重新张紧 常用的张紧方式可分为调整中心距方式和张紧轮方式 1 定期张紧 滑道式 摆架式 将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上 利用电动机的自重 使带轮绕固定轴摆动 以自动保持张紧力 2 自动张紧 当中心距不能调节时 可采用张紧轮张紧 张紧轮一般放在松边的内侧 使带只受单向弯曲 同时张紧轮还应尽量靠近大轮 以免过分影响带在小轮上的包角 张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同 且直径小于小带轮的直径 2 张紧轮方式 1 通常应通过调整各轮中心距的方法来装带和张紧 切忌硬将传动带从带轮上拨下或扳上 严禁用撬棍等工具将带强行撬入或撬出 以免对带造成不必要的损坏 2 同组使用的V带应型号相同 长度相等 以免各带受力不均 不同厂家生产的V带 新旧V带不能同时使用 3 安装V带时 按规定的初拉力张紧 对于中等中心距的带传动 可凭经验安装 带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜 新带使用前 应预先拉紧一段时间后再使用 1 带轮的安装 二 带传动的安装与维护 1 带传动的安装 安装带轮时 两带轮轴线应相互平行 其V型槽对称平面应重合 2 V带的安装 2 带传动的维护 1 带传动装置外面要采用安全防护罩 以保障操作人员的安全 同时防止油 酸 碱对带的腐蚀 2 禁止给带轮上加润滑剂 应及时清除带轮槽及带上的油污 3 定期对带进行检查有无松驰和断裂现象 如有一根松驰和断裂则应全部更换新带 4 带传动工作温度不应过高 一般不超过60 C 5 若带传动久置后再用 应将传动带放松 六 同步带传动 一 同步带的特点和应用 同步带综合了带传动和链传动的特点 由1强力层 2带齿 3带背组成 同步带的优点 同步带的缺点 制造 安装精度要求高 成本高 同步带的用途 主要用于要求传动比准确的中 小功率传动中 如计算机 录音机 磨床和纺织机械等 二 同步带的参数 型式 1 同步带的参数 1 节距pb 2 模数m 同步带从结构上分为单面带和双面带 双面带的带齿排列分为DA型和DB型两种形式 此外还有用于特殊用途的特殊结构同步带 2 同步带的型式 总结 1 带传动的类型 特点及应用2 普通V带的结构和尺寸标准3 普通V带轮的材料和结构4 带传动的受力分析 应力分析 弹性滑动与打滑 5 V带传动的失效形式及设计准则6 V带传动的设计步骤和方法7 带传动的张紧与维护 1 平带 V带传动主要依靠 传递运动和动力 a 带的紧边拉力 b 带和带轮接触面间的摩擦力 c 带的预紧力2 下列普通V带传动中以 型带的截面尺寸最小 a Y型 b A型 c E型3 带传动正常工作时不能保证准确传动比是因为 a 带的材料不符合虎克定律 b 带容易变形和磨损 c 带的弹性滑动4 带传动工作中产生弹性滑动的原因是 a 带的预紧力不够 b 带的松