带传动_武汉理工大学课件

武汉科技大学专用作者：潘存云教授,第8章带传动,主要内容：1.V带传动的类型、工作原理、结构特点2带的受力情况、应力、打滑、弹性滑动3.V带传动的失效形式、设计准则、设计方法,重点内容：1。带的应力、打滑、弹性滑动2。V带传动的失效形式、设计准则、设计计算方法,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,8-1带传动的概述,1.带传动的组成,主动轮1、从动轮2、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，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。,潘存云教授研制,应用实例：皮带输送装置。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,平带,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,2.带传动的类型,普通平带,片基平带,片基层,覆盖层,工作面覆盖层,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,类型,平型带,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,普通带是应用最广泛的一种传动带，其传动功率大，结构简单，价格便宜。由于带与带轮槽之间是V型槽面摩擦，故可以产生比平型带更大的有效拉力（约3倍）。,联组带,大楔角带,2.带传动的类型,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,平型带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,类型,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,联组带,大楔角带,2.带传动的类型,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,抗拉体,平型带,普通平带,片基平带,普通带,窄带,齿形带,宽带,类型,V型带,多楔带,摩擦型,啮合型,圆形带,联组带,大楔角带,2.带传动的类型,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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。,3.V带的结构与尺寸,节宽bp：节面的宽度。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,在V带轮上，与所配用V带的基准宽度相对应的带轮直径称为基准直径dd(表8-7)。,V带及带轮的尺寸制:,基准宽度制和有效宽度制,1)基准宽度制:用基准线的位置和基准宽度来定带轮的槽型、直径和带在轮槽中的位置.,国标规定:V带的基准宽度bd=节面宽度bp,V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上带的周线长度称为基准长度Ld。标准长度系列详见表8-2，P142,注:普通V带和SP系列的窄V带都采用基准宽度制,2)有效宽度制:以有效宽度来定带轮的槽型、直径和带长,国标规定:有效宽度be=轮槽直边侧面最外端槽宽,相应的带轮直径、带长分别为有效直径和有效带长,注:N系列的窄V带采用有效宽度制,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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/bd=0.7）,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,窄V带有SPZ、SPA、SPB、SPC和9N(3V)、15N(5V)、25N(8V)两种系列型号。,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。,窄V带的尺寸（=40，h/bd=0.9的V带称为窄V带）,SP系列窄V带截面尺寸见表8-1,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,4.带传动的几何关系,中心距a,包角:,因较小,代入得:,带长:,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,带长:,已知带长时，由上式可得中心距:,带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因带永久伸长而松弛时，还应当重新张紧。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,5.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：,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,应用：两轴平行、且同向转动的场合（称为开口传动），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=525m/s传动比：i=7效率：0.90.95,6.带传动的应用实例,试验仪器,滑动轴承试验台,实例:,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,印刷机械,矿山机械,动平衡机,试验台,建筑机械,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,8-2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。,F1F2,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：,F1F0=F0F2,F0=(F1+F2)/2,一、带传动中的力分析,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,以带为研究对象：,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,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,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,二、带传动的最大有效拉力及其影响因素,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,联立求解：,1120,影响最大有效拉力Fec的因素：,1）预紧力F0：F0Fec,2）包角总摩擦力FfFec，对传动有利。,F0过大,带的磨损加剧,加快松弛,降低寿命。,F0过小,影响带的工作能力，容易产生打滑。,3）摩擦系数fFec，对传动有利。,影响f的因素有材料、表面状况、带的截面形状。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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。,平带的极限摩擦力分析:,N=Q,N=Q/sin(/2),V带的极限摩擦力分析：,f-当量摩擦系数,ff,Fec=Nf=Qf,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：,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,三、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.离心力产生的拉应力c,带在微弧段上产生的离心力：,带工作时应力由三部分组成,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,离心力Nc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,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,3.弯曲应力b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：,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（ddddmin）。,弯曲应力为:,由材料力学公式得,E为带的弹性模量；,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,4.应力分布及最大应力,最大应力：,离心应力,拉应力,出现在紧边与小轮的接触处。,带中任一点的应力：,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,5.作用在轴上的力,由力平衡条件得静止时轴上的压力为：,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,四、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：,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：,F1F2,12,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：v2v1,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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。,若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑。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。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,8-3V带传动的设计计算,一、V带的传动的设计准则,带传动的主要失效形式:打滑和传动带的疲劳破坏。,设计准则：在不打滑的条件下，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。,二、单根普通V带的许用功率,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,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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：,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V带的基本额定功率。(详见下页表),max=1+b+c,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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：,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。,max=1+b+c,实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正后的结果称为许用功率P0,K包角系数。考虑180时对传动能力的影响，见表88,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82。,P0-功率增量；,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8-5b,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,三、普通V带的型号和根数的确定,计算功率：,KA-工作情况系数查表8-6P151,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,三、普通V带的型号和根数的确定,计算功率：,KA-工作情况系数详见表8-6P151,型号的确定:根据Pca和小带轮的转速n1，由选型图确定。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,dmin,四、主要参数的选择,1.带轮直径与带速,2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254755005305606306707107508009001000,大带轮的直径d2：,d1、d2：必须符合带轮的基准直径系列(表8-7P153),武汉科技大学专用作者：潘存云教授,带速：,一般应使v在525m/s(普通V带)或535m/s(窄V带)的范围内。,2.中心距、带长和包角,初定中心距a0：推荐范围：0.7(d1+d2)a02(d1+d2),初定V带基准长度：,根据L0由表8-2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),武汉科技大学专用作者：潘存云教授,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：Pca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。,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,V带传动设计的步骤:,1.求计算功率；,2.选择V带型号；,3.求带轮的基准直径dd1、dd2；,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FP；,9.带轮的结构设计。,设计结果：带型、带根数Z、带长L、中心距a、带轮基准直径dd1、dd2,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,例题：P161,解：1。确定计算功率Pca,由表8-6查得工况系数KA=1.1；,2.选取窄V带的型号,由Pca和n1查图8-9选SPZ型,3.确定带轮基准直径,查表8-3和表8-7初取dd1=80mm,则dd2=idd1=3.880=304mm,验算传动比:i理=3.8i实=dd2/dd1=315/80=3.94,i=3.94-3.8/3.8=3.68%300mm；,腹板式-中等直径；,带轮的结构,实心式-直径小；,孔板式-中等直径；,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,武汉科技大学专用作者：潘存云教授,调整螺钉,调整螺钉,滑道式张