已看机械设计第4章带传动

1、第第4章章 带传动带传动 组成组成：主动轮、从动轮、主动轮、从动轮、 环形带环形带 工作原理工作原理：靠带与靠带与 带轮间的摩带轮间的摩 擦力传递运动和动力擦力传递运动和动力 带传动主要用于两轴平形且回转带传动主要用于两轴平形且回转方向相同方向相同-开口传动，应用最广开口传动，应用最广方向相反方向相反-交叉传动，适宜大中心距和低速交叉传动，适宜大中心距和低速空间交错空间交错-半交叉传动，单向运转半交叉传动，单向运转 同步齿形带传动靠啮合传递动力同步齿形带传动靠啮合传递动力大理石切割机大理石切割机轿车发动机轿车发动机拖拉机拖拉机车身冲压机车身冲压机机器人关节机器人关节带传动的特点和应用带传动的特

2、点和应用1、 带传动的优点：带传动的优点： 适于大中心距传动适于大中心距传动 具有良好的弹性，可缓冲、吸振，传动平稳具有良好的弹性，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，成本低结构简单，制造、安装和维护方便，成本低2 、 带传动的缺点：带传动的缺点： 外廓尺寸大，结构不紧凑外廓尺寸大，结构不紧凑 需张紧装置需张紧装置 由于带的弹性滑动，不能保证定传动比由于带的弹性滑动，不能保证定传动比 带的寿命短带的寿命短 传动效率较低传动效率较低 不适宜易燃易爆场合不适宜易燃易爆场合4.1 带传动的类型、特点和应用带传动的类型、特点

3、和应用1、平带、平带：扁平矩形，工作面为内表面扁平矩形，工作面为内表面结构简单结构简单传递运动和动力的效率低传递运动和动力的效率低 正压力：正压力：FN = FQ 摩擦力：摩擦力：Ff = FN = F QFNFQ普通平带普通平带平带轮平带轮2、V带：带：等腰梯形，工作面为两侧面等腰梯形，工作面为两侧面传递运动和动力的承载能力大传递运动和动力的承载能力大效率高效率高)2cos2(sin2fFFNQ)2cos2(sin2NQFF2cos2sin2QNFF正压力为：正压力为：摩擦力为：摩擦力为：QeQNFFFF2cos2sin2当量摩擦系数：当量摩擦系数：2cos2sine2FNFNFQ三角带承载

4、能力比平三角带承载能力比平型带型带 大。大。夹角夹角 =400，槽轮，槽轮夹角夹角 =320、340、360、3803、圆形带、圆形带 4、多楔带、多楔带 截面为圆形，功率小截面为圆形，功率小 用于仪器和家电中用于仪器和家电中扁平部分为基体扁平部分为基体 工作面：楔形侧面工作面：楔形侧面 特点：弯曲应力小、摩擦力大特点：弯曲应力小、摩擦力大 用于功率大、结构紧凑用于功率大、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 兼有平带和兼有平带和V V带的带的优点，工作接触面数多，优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，摩擦力大，柔

5、韧性好，用于结构紧凑而传递功用于结构紧凑而传递功率较大的场合。解决多率较大的场合。解决多根根V V带长短不一而受力带长短不一而受力不均。不均。多楔带多楔带多楔带多楔带齿形带齿形带4.2 V 带传动带传动V带的结构带的结构V带：带：普通普通V带、窄带、窄V带、宽带、宽V带带 普通普通V带有：带有：Y、Z、A、B、C、D、E七种型号七种型号 普通普通V带由顶胶层、抗拉体、底胶层、包布组成带由顶胶层、抗拉体、底胶层、包布组成 2.2.抗拉体抗拉体1.1.顶胶顶胶4.4.包布包布3.3.底胶底胶 帘布芯帘布芯V带：制造方便带：制造方便抗拉体抗拉体 绳芯绳芯V带：柔韧性好，抗弯强度大带：柔韧性好，抗弯强

6、度大 节面：节面：带弯曲时长度不变的中性层对应的曲面带弯曲时长度不变的中性层对应的曲面 节宽节宽bp：节面宽度节面宽度 相对高度：相对高度：高度与节宽之比（高度与节宽之比（h/bp） 基准直径基准直径dd：与与V带节宽相对应的带轮直径带节宽相对应的带轮直径 基准长度基准长度Ld：带在规定的预紧下，带轮基准直径上的带在规定的预紧下，带轮基准直径上的周线长度，即公称长度周线长度，即公称长度YZABCDE窄窄V带特点带特点. .与同型号的普通带相比与同型号的普通带相比, ,窄窄V V带的高度为普通带的高度为普通V V带的带的1.31.3倍倍所以其横向刚度较大；所以其横向刚度较大；. .自由状态下，带

7、的顶面为拱自由状态下，带的顶面为拱形，受力后绳芯为排齐状，因形，受力后绳芯为排齐状，因而带芯受力均匀；而带芯受力均匀；. .带的侧面为内凹曲面，带在带的侧面为内凹曲面，带在轮上弯曲时，带侧面变直，使轮上弯曲时，带侧面变直，使之与轮槽保持良好的贴合；之与轮槽保持良好的贴合；. .窄带承载能力较普通带窄带承载能力较普通带可提高可提高50%-150%50%-150%，使用寿命长。，使用寿命长。窄窄V V带有：带有：SPZSPZ、SPASPA、SPBSPB、SPCSPC等型号，其等型号，其截面截面依次增大。依次增大。包布窄带包布窄带窄带轮窄带轮宽宽V带特点带特点1.1.宽带主要用于无级变速宽带主要用于

8、无级变速装置的中间挠性摩擦件，装置的中间挠性摩擦件，因此常称为无级变速带因此常称为无级变速带2.2.带体宽，可有较大变速的带体宽，可有较大变速的范围的；范围的；3.3.带体较薄，以减小弯曲应带体较薄，以减小弯曲应力和纵向截面变形，但其力和纵向截面变形，但其横向变形较大，因此比普横向变形较大，因此比普通带寿命短；通带寿命短；4.4.为使调速机构灵活，使用为使调速机构灵活，使用时应保持良好的润滑。时应保持良好的润滑。宽带宽带同步带特点同步带特点综合带传动、链传动和齿轮传动的优点。由于带综合带传动、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，的工作面呈齿形，与带轮的齿槽作啮

9、合传动，并由带的抗拉层承受负载，故带与带轮之间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、从动轮间能作无没有相对滑动，从而使主、从动轮间能作无滑差的同步传动。滑差的同步传动。同步带传动的速度范围很宽，从每分钟几转到线同步带传动的速度范围很宽，从每分钟几转到线速度速度40m40ms s以上，传动效率可达以上，传动效率可达99.599.5，传，传动比可达动比可达1010，传动功率从几瓦到数百千瓦。，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纫机、纺织机和其它通用机械中得到广泛应用。械中得到

10、广泛应用。同步带轮同步带轮同步带同步带同步带传动同步带传动普通普通V带一般用于传递功率带一般用于传递功率P 700KW，带速，带速V=525m/s，传动比，传动比i 7，传动效率，传动效率0.940.96在多级传动中一般置于高速级在多级传动中一般置于高速级224 0.82 2240 1.10 1.06 1.0 0.91250 0.84 2500 1.30 1.09 1.03 0.93280 0.87 2800 1.11 1.05 0.95 315 0.89 3150 1.13 1.07 0.07355 0.92 3550 1.17 1.07 0.97400 0.96 0.79 4000 1.1

11、0 1.13 1.02450 1.00 0.80 4500 1.15 1.04500 1.02 0.81 5000 1.18 1.07560 0.82 5600 1.09630 0.84 0.81 6300 1.12 710 0.86 0.83 7100 1.15800 0.90 0.85 8000 1.18900 0.92 0.87 0.82 9000 1.21 1000 0.94 0.89 0.84 10000 1.231120 0.95 0.91 0.86 11200 1250 0.98 0.93 0.88 125001400 1.01 0.96 0.90 14000 1600 1.04

12、 0.99 0.92 0.83 16000 1800 1.06 1.01 0.95 0.86 Ld / mm Y Z Ld / mm 基准长度基准长度 KL 基准长度基准长度 KL 表表4-2 4-2 V带的基准长度系列及长度系数带的基准长度系列及长度系数K KL L200 0.81 2000 1.08 1.03 0.98 0.88 带传动的几何参数带传动的几何参数带按规定的张紧力压紧在带轮上带按规定的张紧力压紧在带轮上 中心距中心距a：两带轮轴线间的距离：两带轮轴线间的距离 包角包角 ：带与带轮的接触弧：带与带轮的接触弧 带轮的直径带轮的直径d1, d2 带长带长L1、带的有效圆周力、带的有

13、效圆周力F静止时：预拉力或初拉力静止时：预拉力或初拉力F0运动时：紧边、松边运动时：紧边、松边 4.3 带传动的受力和应力分析带传动的受力和应力分析4.3.1 带传动的受力分析带传动的受力分析轮给带的摩擦力轮给带的摩擦力1o2ov1n2n带给轮的摩擦力带给轮的摩擦力紧边拉力由紧边拉力由F0增大到增大到F1松边拉力由松边拉力由F0减小到减小到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小, F1- F0= F0- F2 即即 F0 = 0.5( F1+ F2 )由平衡条件：由平衡条件：T1= F1 .dd1/2 - F2 .d

14、d1/2 = (F1- F2 ) .dd1/2 有效圆周力（拉力）：紧边拉力与松边拉力之差有效圆周力（拉力）：紧边拉力与松边拉力之差 F = F1- F2 = Ff所传递的功率所传递的功率 P = F v / 1000 KW打滑：打滑：带沿带轮相对滑动带沿带轮相对滑动1T2F1F1omax1000fFvPFmaxfFF的增加而增加随一定时，pFv2、欧拉公式、欧拉公式条件：条件：（1）在临界状态下工作；（要打滑还没打滑）在临界状态下工作；（要打滑还没打滑） （2）包角）包角 是不变的；是不变的； （3）摩擦力等于最大摩擦力）摩擦力等于最大摩擦力假设：假设：1、忽略了带的伸长、厚度和重量的影响。

15、、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、带是绝对挠性体，忽略弯曲阻力和离心力的 影响。影响。 3、由于忽略了带的伸长，带与带轮间的摩擦就、由于忽略了带的伸长，带与带轮间的摩擦就 如同两如同两 个刚体之间的摩擦。个刚体之间的摩擦。水平方向：水平方向：垂直方向：垂直方向：取cos( d/2 ) 1, sin ( d/2 ) d/2可简化为： dFN=Fd dFN=dFfFF21ln2sin)(2sinddFFdFdFN2cos)(2cosddFFdFdFNdF/F=fd012dFdFFFdFdFFdFN dFN取一微元体进取一微元体进行受力分析行受力分析0

16、12lnFFF21lnlnFF21lnFFeFF213、最大有效圆周力、最大有效圆周力Fmax:有效圆周力有效圆周力 F = F1- F2 最大有效圆周力最大有效圆周力: eeFeeFF1100max112112包角包角 1200当有效拉力当有效拉力FFmax时，发生打滑时，发生打滑影响最大有效圆周力的最主要因素影响最大有效圆周力的最主要因素: 初拉力初拉力F0 , 其次是其次是 , 影响临界摩擦力的因素：影响临界摩擦力的因素： 1）（）（F0）min，（，（F0）min Ffc 2）包角包角 Ff c Fec ，对传动有利对传动有利。（F0）min 过大过大, 带的磨损加剧带的磨损加剧, ,

17、 加快松弛加快松弛, ,降低寿命。降低寿命。（F0）min 过小过小, 影响带的工作能力，容易打滑。影响带的工作能力，容易打滑。3）摩擦系数摩擦系数 f Ffc ，对传动有利。对传动有利。 当轮与带的配对材料为：胶对铸铁当轮与带的配对材料为：胶对铸铁 f 带带轮多用铸铁制造。轮多用铸铁制造。ffeeFFFfcec1111)( 2min04.3.2 带的应力带的应力1、由离心拉力、由离心拉力Fc产生的离心拉应力产生的离心拉应力 c dCFCFdFCdl dFCdFC=ma= l(Rd )v2/R水平方向：水平方向： 2FCsin（ d /2）=dFC = l Rd v2/R简化后，得：简化后，得

18、：FC = l v2故离心拉力与单位长度的质量和圆周故离心拉力与单位长度的质量和圆周速度成正比速度成正比则，离心拉应力为：则，离心拉应力为： c FC/A= l v2/A l为单位长度质量为单位长度质量 见见p137表表4-1R为半径为半径AvAFlCC2AvAFlCC2AvAFlCC22、带饶过带轮所产生的弯曲应力、带饶过带轮所产生的弯曲应力 21bb规定了小带轮的最小带轮直径规定了小带轮的最小带轮直径dbdyE2E带的弹性模量，普通带的弹性模量，普通V带为带为250400MPay带的中性层到带的最外层的距离，见表带的中性层到带的最外层的距离，见表4-13、由紧边拉力和松边拉力所产生的应力、

19、由紧边拉力和松边拉力所产生的应力紧边拉应力：紧边拉应力：松边拉应力：松边拉应力：最大应力发生在紧边最大应力发生在紧边开始进入小带轮处开始进入小带轮处11maxbc最大应力：最大应力：bc总应力：总应力：带的损坏是疲劳损坏带的损坏是疲劳损坏bc总11maxbc最大应力发生在紧边开始进入小带轮处最大应力发生在紧边开始进入小带轮处带在传动过程中，带在传动过程中，作用在带上的应力是随其运行的位置而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。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。环次数达到一定数值后，将

20、引起带的疲劳破坏。1c11maxbc12bc2c22bc21bc1c带长带长带受到的总应力：带受到的总应力：带受到的最大应力：带受到的最大应力：带在传动过程中，作用在带上的应力是随其运行的位带在传动过程中，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。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，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：提供一些实验规律仅供参考： 1）如果带轮直径减小）

21、如果带轮直径减小10%，带的寿命将缩短一半；，带的寿命将缩短一半；2）若传递的功率提高）若传递的功率提高10%，带的寿命将缩短一半；，带的寿命将缩短一半； 3）如带长减小）如带长减小50%，带的寿命将将近缩短一半。，带的寿命将将近缩短一半。 。4.4 带的弹性滑动和打滑带的弹性滑动和打滑1、带的弹性滑动、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两边变形不同，带上某点的拉力在运动过程中不 断变化断变化产生的后果：产生的后果：v小带轮小带轮v带带v大带轮，大带轮，即带落后于小带轮，即带落后于小带轮， 带超前于大带轮，传动比不准确带超前于大带轮，传动比不准确 弹性滑动不可

22、避免弹性滑动不可避免 轮给带的摩擦力轮给带的摩擦力1o2ov1n2n带给轮的摩擦力带给轮的摩擦力F1F2 由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的相对滑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。动，称为带的弹性滑动。 很显然弹性滑动是带传动中很显然弹性滑动是带传动中不可避免的现象。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，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。使带速落后

23、于轮速。 带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。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，用的滑动率，用 表示。表示。121vvv100060111nDv100060222nDv12)1(vv1122)1(nDnD)1 (1221DDnni)%21 (弹性滑动是带传动中弹性滑动是带传动中不可避免的现象，它不可避免的现象，它除了使从动轮的圆周除了使从动轮的圆周速度低于主动轮的圆速度低于主动轮的圆周速度之外，并使传周速度之外，并使传动效率降低，引起带动效

24、率降低，引起带的磨损并使带的温度的磨损并使带的温度升高。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，有效拉力为传动带不工作时，有效拉力为0，滑动角为，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，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，这种现象称为带便开始沿带轮全面滑动，这种现象称为打滑打滑。2、带的打滑、带的打滑 滑动角滑动角：滑动弧对应的圆心角：滑动弧对应的圆心角 静角静角：

25、静弧对应的圆心角：静弧对应的圆心角n1静 弧动 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擦力总和时，带和带轮将发生显著的相对滑动 打滑打滑打滑产生的原因打滑产生的原因 过载过载打滑本身就是一种失效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：打滑基本条件：打滑首先发生在小带轮上。打滑首先发生在小带轮上。 ：maxmax222fFFDTF弹性滑动弹性滑动打滑打滑相同相同点点带是弹性体，受力后产生弹性伸长，使带与带轮在接触弧上产生

26、相对带是弹性体，受力后产生弹性伸长，使带与带轮在接触弧上产生相对滑动滑动不不同同点点受受力力正常工作时，受紧边拉力正常工作时，受紧边拉力F F1 1与与松边拉力松边拉力F F2 2作用作用要求带所传递的圆周力超过了带与要求带所传递的圆周力超过了带与带轮间的摩擦力极限值，即过载带轮间的摩擦力极限值，即过载现现象象带受力后产生弹性伸长，带相带受力后产生弹性伸长，带相对于带轮在接触弧上局部的对于带轮在接触弧上局部的滑动（只发生在滑动角）滑动（只发生在滑动角）带受力后产生弹性伸长，带相对于带受力后产生弹性伸长，带相对于带轮在接触弧上全面滑动（即由带轮在接触弧上全面滑动（即由滑动角扩大到几何包角）滑动角

27、扩大到几何包角）性性质质是正常现象，不可避免是正常现象，不可避免是失效形式，必须避免是失效形式，必须避免影影响响不能保证准确的传动比，因不能保证准确的传动比，因为为v v1 1vvvv2 2降低传动效率，因为有速度降低传动效率，因为有速度损失损失引起带的磨损引起带的磨损引起带发热，容易疲劳，寿引起带发热，容易疲劳，寿命短命短使带的磨损加剧使带的磨损加剧从动轮转速急剧降低，使传动失从动轮转速急剧降低，使传动失效效可防止损坏其他零件，起保安作可防止损坏其他零件，起保安作用用4.5 带传动的设计计算带传动的设计计算1、带传动的失效形式、设计准则及、带传动的失效形式、设计准则及V带的基本带的基本额定功

28、率额定功率失效形式：打滑，疲劳断裂失效形式：打滑，疲劳断裂计算准则计算准则(设计依据）设计依据）: 在不打滑的条件下具有一定的在不打滑的条件下具有一定的 疲劳强度和寿命疲劳强度和寿命1）保证具有一定的疲劳强度和寿命）保证具有一定的疲劳强度和寿命11bc11maxbc11bc特定条件下，特定条件下， 测得单根带的许用应力：测得单根带的许用应力：100060111ndvd1 .113600jvtCLhd2）保证不打滑）保证不打滑)11 (1eFF)11 (1eAF即保证具有一定的疲劳强度和寿命，又不打滑时，单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：根带所能传递

29、的最大有效圆周力为：)11 ()(1eAFbc0211801即i为一特定长度L)2(1)8103N）（载荷平稳)4(1000)11 ()(1veApbc1000Fvp 在保证既不打滑，又具有一定疲劳寿命的单在保证既不打滑，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根平带特定条件下所能传递的最大功率P为：为：将上式中的摩擦系数将上式中的摩擦系数 换成当量换成当量摩擦系数摩擦系数 e，即可得即可得单根单根V带在特定条件下带在特定条件下所能传递的基本额定功率所能传递的基本额定功率P0在传动比不为在传动比不为1的情况下的增量功率为的情况下的增量功率为 P0，见，见p146表表4-3表表4

30、-62、设计方法和步骤、设计方法和步骤1）确定计算功率）确定计算功率Pc Pc = KA P KA见见p150表表4-72）带的型号）带的型号 根据根据Pc、n1来确定来确定 见见p150图图4-15、4-163）带轮直径和带速）带轮直径和带速100060111ndvd一般控制在一般控制在525m/s之间之间带速过高，不稳定带速过高，不稳定带速过低，带的传动能力得不到发挥带速过低，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）带传动的中心距和带的基准长度ddLaaLaa03. 0015. 0maxmin)(2)(55. 021021ddddddadd初选初选a0后，根据几何关系计算出

31、基准长度后，根据几何关系计算出基准长度02122104)()(22addddaLddddd再选取相近的基准长度，再计算中心距再选取相近的基准长度，再计算中心距20ddLLaa中心距的变化范围：中心距的变化范围：ddLaaLaa03. 0015. 0maxmin5）带轮的包角）带轮的包角 2sin210zFFQ0120013 .571802180adddd若包角太小，应加大中心距、减小传动比、加张紧轮若包角太小，应加大中心距、减小传动比、加张紧轮6）确定带的根数）确定带的根数单根单根V带所能传递的额定功率为：带所能传递的额定功率为： LkkPPP)(00V带的根数为：带的根数为：10)(00LcckkPPPPPz35根合适根合适K - 包角系数包角系数，包角不等于，包角不等于1801800 0时的修正系数，时的修正系数， 表表4-9 4-9 K KL L - - 长度系数长度系数，带长不等于试验规定长度时的修正系数，带长不等于试验规定长度时的修正系数 见表见表4-24-2 P P0 0- - 功率增量功率增量，传动比不等于，传动比不等于1 1时单根时单根V V带额定功率的增量带额定功率的增量 见表见表4-54-5至至4-64-67）确定带的初拉力）确定带的初拉力F020) 15 . 2(500vkvzPFl8）计算传动带作用在轴上的力（简称压轴力）计算传动带作用在轴上的力（简称