第4章 带传动重点(zl)

4 1概述 1 带传动的组成 主动轮1 从动轮2 环形带3 应用实例 皮带输送装置 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 工作原理 带传动工作时是靠胶带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力 因此普通 带故可以产生比平型带更大的有效拉力 约3倍 普通 带传动与平带相比 普通 带传动是带与带轮槽之间是V型槽面摩擦 在同样的张紧力下 其两者产生的摩擦力为 平带 V带 平带的工作面为内环表面 普通 带的工作面为两侧面 所以普通 带应用更加广泛 3 带传动的特点 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 避免了其它零件的损坏 4 结构简单 成本低廉 缺点 1 传动的外廓尺寸较大 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 优点 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 4 2 1V带规格 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dd 4 2V带和V带轮结构 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 标准基准长度系列详见9 2 普通V带有 Y Z A B C D E等型号 已标准化 普通V带的尺寸 40 h bp 0 7 4 3带传动的工作情况分析 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 4 3 1带传动中的受力分析 总摩擦力Ff与两边拉力F1 F2对轴心的力矩为 称F1 F2为有效拉力 即带所能传递的圆周力 Fe F1 F2 且传递功率与有效拉力和带速之间有如下关系 得Ff F1 F2 Ff 联立F0 F1 F2 2求得 F1 F0 Fe 2F2 F0 Fe 2 两边拉力大小取决于预紧力F0和有效拉力Fe 传递功率增加时 有效拉力也增大两边拉力差值增大 在F0一定时 两边拉力为有限值 有效拉力也有限 传递的功率也有限 那么 影响最大有效拉力的因素有哪些呢 FfD1 2 F1D1 2 F2D1 2 0 2 当带速v一定时 分析该公式的意义 1 当传递功率P一定时 带速v 有效拉力Fe 一般把带传动放在机械设备的高速级传动 以减小有效拉力Fe 另外将带传动放在高速级 可以防止后边的零件损坏 还可以吸振缓冲使传动平稳 带速v 有效拉力Fe 胶带与带轮面的摩擦力 带的根数 当带与带轮之间出现打滑趋势时 摩擦力达到最大值 有效拉力也达到最大 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dN 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fdN 4 3 2带传动的最大有效拉力及其影响因素 由力平衡条件 积分得 紧边和松边的拉力之比为 绕性体摩擦的欧拉公式 联立求解 影响最大有效拉力因素 1 预紧力F0 F0 Fec F0过小 Fec 影响带的工作能力 容易产生打滑 F0增大 正压力 N增大 产生的摩擦力Ff增大 Felim增大 传递载荷能力增大 不易打滑 但F0太大会使胶带在短时间内失去弹性 从而使其胶带在短时间内松驰 结果反而使F0降低 降低下胶带的寿命 在相同条件下 V带与平带比较能传递较大的功率 或在传递功率相同时 V带传动的结构更为紧凑 用fv代替f后 得到V带传动的计算公式 3 摩擦系数f Fec 对传动有利 影响f的因素有材料 表面状况 带的截面形状 但不能用增加轮槽的粗糙度来增加摩擦系数 因为 1 2 用 1 2 包角 总摩擦力Ff Fec 对传动有利 所以要求 1 120 4 3 3带传动的应力分析 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 离心力产生的离心拉应力 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dNc在微弧段两端会产生离心拉力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 离心应力 拉应力 弯曲应力 3 由弯曲产生的弯曲应力当带绕过带轮时 因为弯曲而产生弯曲应力 设h为带的厚度 dd为带轮基准直径 则有 E为带的弹性模量 弯曲应力为 由材料力学公式得 弯曲应力与带轮直径成反比 为了避免弯曲应力过大 带轮直径不得小于最小值 表4 4 4 应力分布及最大应力 1 最大应力 max出现在紧边与小轮的接触处 2 胶带上的应力大小是变化的 胶带是处于变应力状况下工作 当传递一定的功率时 当应力循环次数达到一定值后 胶带会因疲劳而损坏 影响带的工作寿命 降低 1 则应降低F0 而F0与带传动的传动能力有直接的关系 F0降低 传动能力降低 所以对于一定的带传动 F0也要求有一定值 那么就会产生一个 1 因此拉应力是不可能降低的 也就不能限制的 1大小 降低 b1 则小带轮的最小直径ddmin不能过小 所以对带传动ddmin也有一个规定值 当传动结构确定后 则小轮直径ddmin也就确定 因此对一定的传动 b1也就是一定值 这样 b1的大小也不能改变 为了限制带的应力不致过大 可降低 降低 C 即应限制带速v不能太大 所以限制带的工作应力不致过大 主要是限制带速v的大小 另外为了保证带有足够的寿命 则应使 max 1 b1 c 4 3 4带的弹性滑动与打滑 设带的材料符合变形与应力成正比的规律 则变形量为 紧边 松边 因为F1 F2 所以 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 这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动 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 定义 为滑动率 带传动的传动比 V带传动的滑动率 0 01 0 02 一般可忽略不计 带的弹性滑动并不是发生在相对于全部包角 的接触弧上 当有效拉力Fe较小时 弹性渭动只发生在胶带由带轮离开以前的那一分接触弧 称滑动弧 若带的工作载荷进一步加大 则有效拉力Fe的增加 静弧逐渐减小滑动弧也将扩大 当弹性滑动区域扩大到整个接触弧时 带传动有效拉力Fe达到最大值Felim 即Fe Felim 如外载荷再进一步增大 则带与轮之间将产生显著的相对滑动 即产生打滑 小带轮上 打滑将使带的磨损加剧 从动轮转速急速降低 带传动失效 这种情况应当避免 带传动的弹性滑动 产生的原因 胶带为弹性体 且传动过程中存在拉力差 产生的后果 使传动比不稳定 不为常数 是否能避免 对带传动而言弹性滑动是不可避免的 带传动的打滑 产生的原因 有效拉力超过了最大摩擦力 即Fe Ffmax 产生的后果 使带传动失效 是否能避免 对带传动而言打滑是可以避免的 只要Fe Ffmax即可 4 3 5带的失效形式 带传动有效拉力Fe达到最大值Felim 即Fe Felim时 带会在带轮上打滑 从而使传动失效 另外带处于变应力情况下工作 故带的工作寿命受到影响 所以带传动的主要失效形式即为 打滑和传动带的疲劳损坏 4 4V带传动的设计计算 4 4 1V带的传动的设计准则和单根普通V带的额定功率 1 V带的传动的设计准则 在保证带传动不打滑的前提条件下 使胶带具有一定的疲劳强度和寿命 带传动的承载能力取决于传动带的材质 结构 长度 带传动的转速 包角和载荷特性等因素 2 单根普通V带的额定功率 单根带所能传递的有效拉力为 传递的功率为 为保证带具有一定的疲劳寿命 应使 max 1 b c 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 1 b c 代入得 为设计时便于计算 将 180 特定长度 工作平稳条件下 单根V带所传递的基本额定功率列成表格表4 5 4 4 2V带传动的设计步骤和传动参数的选择 一 原始数据及设计内容 1 传动的用途和工作情况 载荷性质和工作环境 2 原动机种类 3 所传递的功率 大小带轮的转速 4 传动位置的要求 二 设计内容 1 选择合理的传动参数 2 确定V带的型号 规格及根数 3 确定带轮的直径和中心距 4 求作用在轴上的力 5 确定带轮的材料和结构尺寸 三 设计步骤和方法 KA 工作情况系数表4 6 计算功率Pca是根据需要传递的功率 再考虑载荷性质和每天工作时间的长短而确定的 1 确定计算功率 选择合理的传动参数 Pca KAP 2 选择V带的型号 带的型号应根据Pca和小带轮转速n1由图4 11选取 当落在两种型号交线上时 可两种型号同时计算 最后选择较好的 3 确定带轮基准直径dd 为了能减小弯曲应力 应采用稍大的小带轮基准直径dd1 1 初选小带轮基准直径dd1 2 验算带速v 应使5 v vmax 25m s 根据 a v Fe 胶带根数 所以根据实际情况确定 一般可根据表4 4选dd1 ddmin 在T相同时dd1 Fe 胶带根数 b v 5m s dd1 Fe 胶带根数 带轮宽度 若5 v 25m s 则不能继续进行设计 而应重新选择dd1 再验算v直到符合要求为止 才可进行下一步工作 3 计算从动轮基准直径dd2 应圆整为标准直径 表4 4 4 确定传动中心距a和带的基准长度Ld 1 初选中心距a0 所以一般要求v 5 25m s内 通常v 20 25m s 这时胶带根数最少 1 初选中心距a0 中心距a0可根据结构要求初步确定 0 7 dd1 dd2 a0 2 dd1 dd2 a0 结构尺寸 传动紧凑 a0 带长 单位时间内带绕经带轮次数 a0 包角 1 Ff 传动能力 a0 结构 带抖动 传动平稳性 应力循环次数 寿命降低 应力循环次数 寿命提高 传动能力 2 确定胶带基准长度Ld 根据初算的L d按表4 2圆整到接近的基准长度Ld 为了张紧调整 中心距a应设计成可调的 初选a0后 带的初算基准长度L d就可根据几何关系求得 3 计算实际中心距a amin a 0 015Ld amax a 0 03Ld 5 验算主动轮上的包角 1 若 1 120 则应增大a或加张紧轮 上式表明 1与两轮直径有关 而dd1与dd2值就可以决定传动比 所以 1与传动比i有关 dd1与dd2相差越大 即i越大 则 1越小 为了在中心距a不致过大的条件下 保证包角 1不致过小 所以传动比i不宜过大 一般对V带传动比i 5 6 确定带的根数Z P0 单根V带的基本额定功率 见表4 5 表中 1 180 i 1的情况 通常带传动的i 1 因此当i 1时就应考虑大 小带轮对弯曲应力的影响 在i 1时 带绕经大带轮时的弯曲应力小于绕经小带轮的弯曲应力 因此对同一工作寿命的带来说 所传递的功率则可增大一些 即 P0 P0 计入传动比的影响时 额定功率的增量 见表4 7 K 包角系数 即考虑包角不同时的影响系数 见表4 8 KL 长度系数 即考虑带长不同时影响系数 见表4 2 Z应圆整为整敉 为了避免载荷分布不均匀 带的根数不宜过多 一般不超过10根 如根数过多则应改大型号的带重新计算 7 确定带的预紧力F0 适当的预紧力F0是保证带传动正常工作的重要因素 F0不足则Ff小 可能出现打滑 F0过大则使胶带寿命降低 对轴 轴承压力大 因此为保证带能传递功率 又不出现打滑 则F0应有一适宜值 一般为 为了设计安装带轮的轴和轴承 必须确定带传动作用在轴上的压力 它等于带两边拉力的合力 若忽略两边的拉力差 即认为两边拉力均为预紧力F0 则由力平衡条件可得静止时压轴力FQ为 8 计算带对轴的压力FQ 优点 1 传动比恒定 2 结构紧凑 3 由于带薄而轻 抗拉强度高 故带速高达40m s 传动比可达10 传递功率可达200kw 4 效率高 高达0 98 缺点 成本高 对制造和安装要求高 带传动的设计实例 设计某带式输送机传动系统中第一级用的V带传动 已知电动机型号为Y112M 4 额定功率P 4kW 转速n1 1440rpm 传动比i 3 8 一天运转时间 10h 解 由工作情况系数表4 6查KA 1 确定计算功率 选择合理的传动参数 1 1 设计某带式输送机传动系统中第一级用的V带传动 已知电动机型号为Y112M 4 额定功率P 4kW 转速n1 1440rpm 传动比i 3 8 一天运转时间 10h 解 由工作情况系数表4 6查得 计算载荷 Pca PKA 1 1 4 4 4 由Pca和转速n1由图4 11选择带型 KA 1 1 带传动的设计实例 1 确定计算功率 选择合理的传动参数 2 选择V带的型号 选取A型 A型V带 设计某带式输送机传动系统中第一级用的V带传动 已知电动机型号为Y112M 4 额定功率P 4kW 转速n1 1440rpm 传动比i 3 8 一天运转时间 10h 解 由工作情况系数表4 5查得 计算载荷 Pca PKA 1 1 4 4 4 由Pca和转速n1由图4 11选择带型 KA 1 1 带传动的设计实例 1 确定计算功率 选择合理的传动参数 2 选择V带的型号 3 确定带轮的基准直径dd1 dd2 1 初选小带轮基准直径dd1 由表4 4和图4 11初选小带轮基准直径dd1 dd mmZ dd mm DE 表4 4普通V带带轮基准直径系列 最小直径不能小于75mm 选取dd1 80 3 确定带轮的基准直径dd1 dd2 1 初选小带轮基准直径dd1 2 验算带速 选取 dd1 80mm 带速合适 3 计算从动轮基准直径dd2 则dd2 idd1 304mm dd mmZ dd mm DE 表4 4普通V带带轮基准直径系列 315 选取dd2 315mm 选取dd2 315mm 3 确定带轮的基准直径dd1 dd2 1 初选小带轮基准直径dd1 2 验算带速 选取 dd1 80mm 带速合适 3 计算从动轮基准直径dd2 则dd2 idd1 304mm 4 确定传动中心距a和带的基准长度Ld 1 初定传动中心距a0 根据0 7 dd1 dd2 a