已看-机械设计第4章-带传动

第4章带传动,组成：主动轮、从动轮、环形带,工作原理：靠带与带轮间的摩擦力传递运动和动力,带传动主要用于两轴平形且回转方向相同-开口传动，应用最广方向相反-交叉传动，适宜大中心距和低速空间交错-半交叉传动，单向运转同步齿形带传动靠啮合传递动力,大理石切割机,轿车发动机,拖拉机,车身冲压机,机器人关节,带传动的特点和应用1、带传动的优点：适于大中心距传动具有良好的弹性，可缓冲、吸振，传动平稳过载打滑，可防止其它零件破坏结构简单，制造、安装和维护方便，成本低2、带传动的缺点：外廓尺寸大，结构不紧凑需张紧装置由于带的弹性滑动，不能保证定传动比带的寿命短传动效率较低不适宜易燃易爆场合,4.1带传动的类型、特点和应用,1、平带：扁平矩形，工作面为内表面结构简单传递运动和动力的效率低正压力：FN=FQ摩擦力：Ff=FN=FQ,普通平带,平带轮,2、V带：等腰梯形，工作面为两侧面传递运动和动力的承载能力大效率高,正压力为：,摩擦力为：,当量摩擦系数：,三角带承载能力比平型带大。,夹角=400，槽轮夹角=320、340、360、380,3、圆形带,4、多楔带,截面为圆形，功率小用于仪器和家电中,扁平部分为基体工作面：楔形侧面特点：弯曲应力小、摩擦力大用于功率大、结构紧凑多楔带兼有平型带和三角带的优点，传动平稳，结构尺寸小,兼有平带和V带的优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，用于结构紧凑而传递功率较大的场合。解决多根V带长短不一而受力不均。,多楔带轮,多楔带,齿形带,4.2V带传动V带的结构V带：普通V带、窄V带、宽V带普通V带有：Y、Z、A、B、C、D、E七种型号,普通V带由顶胶层、抗拉体、底胶层、包布组成,2.抗拉体,1.顶胶,4.包布,3.底胶,帘布芯V带：制造方便抗拉体绳芯V带：柔韧性好，抗弯强度大,节面：带弯曲时长度不变的中性层对应的曲面节宽bp：节面宽度相对高度：高度与节宽之比（h/bp）基准直径dd：与V带节宽相对应的带轮直径基准长度Ld：带在规定的预紧下，带轮基准直径上的周线长度，即公称长度,窄V带特点.与同型号的普通带相比,窄V带的高度为普通V带的1.3倍所以其横向刚度较大；.自由状态下，带的顶面为拱形，受力后绳芯为排齐状，因而带芯受力均匀；.带的侧面为内凹曲面，带在轮上弯曲时，带侧面变直，使之与轮槽保持良好的贴合；.窄带承载能力较普通带可提高50%-150%，使用寿命长。窄V带有：SPZ、SPA、SPB、SPC等型号，其截面依次增大。,包布窄带,窄带轮,宽V带特点1.宽带主要用于无级变速装置的中间挠性摩擦件，因此常称为无级变速带2.带体宽，可有较大变速的范围的；3.带体较薄，以减小弯曲应力和纵向截面变形，但其横向变形较大，因此比普通带寿命短；4.为使调速机构灵活，使用时应保持良好的润滑。,宽带,同步带特点综合带传动、链传动和齿轮传动的优点。由于带的工作面呈齿形，与带轮的齿槽作啮合传动，并由带的抗拉层承受负载，故带与带轮之间没有相对滑动，从而使主、从动轮间能作无滑差的同步传动。同步带传动的速度范围很宽，从每分钟几转到线速度40ms以上，传动效率可达99.5，传动比可达10，传动功率从几瓦到数百千瓦。同步带现已在各种仪器、计算机、汽车、工业缝纫机、纺织机和其它通用机械中得到广泛应用。,同步带轮,同步带,同步带传动,普通V带一般用于传递功率P700KW，带速V=525m/s，传动比i7，传动效率0.940.96在多级传动中一般置于高速级,2240.8222401.101.061.00.91,2500.8425001.301.091.030.93,2800.8728001.111.050.95,3150.8931501.131.070.07,3550.9235501.171.070.97,4000.960.7940001.101.131.02,4501.000.8045001.151.04,5001.020.8150001.181.07,5600.8256001.09,6300.840.8163001.12,7100.860.8371001.15,8000.900.8580001.18,9000.920.870.8290001.21,10000.940.890.84100001.23,11200.950.910.8611200,12500.980.930.8812500,14001.010.960.9014000,16001.040.990.920.8316000,18001.061.010.950.86,Ld/mmYZLd/mm,基准长度KL基准长度KL,表4-2V带的基准长度系列及长度系数KL,2000.8120001.081.030.980.88,带传动的几何参数,带按规定的张紧力压紧在带轮上中心距a：两带轮轴线间的距离包角：带与带轮的接触弧带轮的直径d1,d2带长L,1、带的有效圆周力F,静止时：预拉力或初拉力F0运动时：紧边、松边,4.3带传动的受力和应力分析4.3.1带传动的受力分析,紧边拉力由F0增大到F1松边拉力由F0减小到F2,设环形带的总长不变，则紧边拉力的增加应等于松边拉力的减小,F1-F0=F0-F2即F0=0.5(F1+F2)由平衡条件：T1=F1.dd1/2-F2.dd1/2=(F1-F2).dd1/2有效圆周力（拉力）：紧边拉力与松边拉力之差F=F1-F2=Ff所传递的功率P=Fv/1000KW打滑：带沿带轮相对滑动,2、欧拉公式条件：（1）在临界状态下工作；（要打滑还没打滑）（2）包角是不变的；（3）摩擦力等于最大摩擦力假设：1、忽略了带的伸长、厚度和重量的影响。2、带是绝对挠性体，忽略弯曲阻力和离心力的影响。3、由于忽略了带的伸长，带与带轮间的摩擦就如同两个刚体之间的摩擦。,水平方向：,垂直方向：,取cos(d/2)1,sin(d/2)d/2可简化为：dFN=FddFN=dF,dF/F=fd,取一微元体进行受力分析,3、最大有效圆周力Fmax:,有效圆周力F=F1-F2最大有效圆周力:,包角1200当有效拉力FFmax时，发生打滑,影响最大有效圆周力的最主要因素:初拉力F0,其次是,影响临界摩擦力的因素：,1）（F0）min，（F0）minFfc,2）包角FfcFec，对传动有利。,（F0）min过大,带的磨损加剧,加快松弛,降低寿命。,（F0）min过小,影响带的工作能力，容易打滑。,3）摩擦系数fFfc，对传动有利。,当轮与带的配对材料为：胶对铸铁f带轮多用铸铁制造。,4.3.2带的应力1、由离心拉力Fc产生的离心拉应力c,dFC=ma=l(Rd)v2/R水平方向：2FCsin（d/2）=dFC=lRdv2/R简化后，得：FC=lv2故离心拉力与单位长度的质量和圆周速度成正比则，离心拉应力为：cFC/A=lv2/A,l为单位长度质量见p137表4-1R为半径,2、带饶过带轮所产生的弯曲应力,规定了小带轮的最小带轮直径,E带的弹性模量，普通V带为250400MPay带的中性层到带的最外层的距离，见表4-1,3、由紧边拉力和松边拉力所产生的应力紧边拉应力：松边拉应力：,最大应力发生在紧边开始进入小带轮处,最大应力：,总应力：,带的损坏是疲劳损坏,带在传动过程中，作用在带上的应力是随其运行的位置而不断变化的，即带是处于变应力状态下工作的。所以当应力循环次数达到一定数值后，将引起带的疲劳破坏实验表明带的疲劳寿命与应力关系曲线是非线性的，提供一些实验规律仅供参考：1）如果带轮直径减小10%，带的寿命将缩短一半；2）若传递的功率提高10%，带的寿命将缩短一半；3）如带长减小50%，带的寿命将将近缩短一半。,4.4带的弹性滑动和打滑1、带的弹性滑动F1F2,两边变形不同，带上某点的拉力在运动过程中不断变化产生的后果：v小带轮v带v大带轮，即带落后于小带轮，带超前于大带轮，传动比不准确弹性滑动不可避免,F1,F2,由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的相对滑动，称为带的弹性滑动。很显然弹性滑动是带传动中不可避免的现象。由于带的弹性变形而产生弹性滑动，使从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，使传动比不恒定,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。,由弹性滑动而引起的圆周速度的相对降低量称为带传动的滑动率，用表示。,弹性滑动是带传动中不可避免的现象，它除了使从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度之外，并使传动效率降低，引起带的磨损并使带的温度升高。,静弧发生在进入带轮的一侧，滑动弧发生在离开带轮一侧传动带不工作时，有效拉力为0，滑动角为0随着拉力的增加，滑动角逐渐增加，静角也逐渐减少当滑动角增大到整个包角时，即带的有效拉力达到最大，带便开始沿带轮全面滑动，这种现象称为打滑。,2、带的打滑滑动角：滑动弧对应的圆心角静角：静弧对应的圆心角,动弧,若带传动所要求传递的圆周力超过带与带轮间的极限摩擦力总和时，带和带轮将发生显著的相对滑动打滑打滑产生的原因过载打滑本身就是一种失效打滑后带的磨损加剧，传动效率降低，以致失效,打滑基本条件：打滑首先发生在小带轮上。：,4.5带传动的设计计算,1、带传动的失效形式、设计准则及V带的基本额定功率,失效形式：打滑，疲劳断裂计算准则(设计依据）:在不打滑的条件下具有一定的疲劳强度和寿命1）保证具有一定的疲劳强度和寿命,特定条件下，测得单根带的许用应力：,2）保证不打滑,即保证具有一定的疲劳强度和寿命，又不打滑时，单根带所能传递的最大有效圆周力为：,(1),在保证既不打滑，又具有一定疲劳寿命的单根平带特定条件下所能传递的最大功率P为：,将上式中的摩擦系数换成当量摩擦系数e，即可得单根V带在特定条件下所能传递的基本额定功率P0在传动比不为1的情况下的增量功率为P0，见p146表4-3表4-6,2、设计方法和步骤1）确定计算功率PcPc=KAPKA见p150表4-72）带的型号根据Pc、n1来确定见p150图4-15、4-163）带轮直径和带速,一般控制在525m/s之间,带速过高，不稳定带速过低，带的传动能力得不到发挥,4）带传动的中心距和带的基准长度,初选a0后，根据几何关系计算出基准长度,再选取相近的基准长度，再计算中心距,中心距的变化范围：,5）带轮的包角,若包角太小，应加大中心距、减小传动比、加张紧轮6）确定带的根数单根V带所能传递的额定功率为：,V带的根数为：,35根合适,K-包角系数，包角不等于1800时的修正系数，表4-9,KL-长度系数，带长不等于试验规定长度时的修正系数见表4-2,P0-功率增量，传动比不等于1时单根V带额定功率的增量见表4-5至4-6,7）确定带的初拉力F0,8）计算传动带作用在轴上的力（简称压轴力）,F0,F,F0,带的设计过程：,设计的原始数据：传动用途、载荷性质、功率、带轮转速、外廓尺寸要求等设计任务：选择合理的传动参数，确定V带的型号、长度和根数，确定带轮的材料、结构和尺寸,4.6带传动的张紧装置,1、定期张紧装置：多用于水平或接近水平的传动；多用于垂直或接近垂直的传动。,二、自动张紧装置a)靠电机的自重或定子的反力矩张紧。应使电机和带轮的转向有利于减小偏心距b)常用于带传动的试验装置c)根据负载自动调节张紧力大小的张紧装置，带轮是一行星机构,3、采用张紧轮的装置可任意调节预紧力的大小、增大包角，容易装卸；但影响带的寿命，不能逆转a)为自动张紧b)为定期张紧,张紧轮,自动张紧装置,4.8V带轮的设计,1、设计要求：质量小、工艺性好、无过大铸造内应力、质量分布均匀、轮槽要精加工且保持一定精度、高速时