机械设计第08章周兴义

1、第三篇第三篇 机械传动机械传动机器的主要组成部分机器的主要组成部分原动机原动机传动装置传动装置工作机工作机电传动电传动液、气传动液、气传动机械传动机械传动摩擦传动：摩擦传动：啮合传动：齿轮、链、蜗杆传动等啮合传动：齿轮、链、蜗杆传动等带传动带传动第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的设计计算8-4 带轮的设计8-5 带传动的张紧装置8-1 8-1 概述概述一、工程一、工程应用应用 适用于适用于中心距较大中心距较大的场合的场合 通常连接在原动机与工作机或减速器之间（通常连接在原动机与工作机或减速器之间（靠紧高速级靠紧高速级） 一般作一般作减速运动减速运

2、动8-1 8-1 概述概述一、工程一、工程应用应用汽车发动机：汽车发动机：啮合带啮合带拖拉机：拖拉机：V带带机械臂：机械臂：啮合带啮合带大理石切割机：大理石切割机：平带平带二、二、组成组成及工作及工作原理原理 1、组成、组成主动带轮带从动带轮8-1 8-1 概述概述二、二、组成组成及工作及工作原理原理 2、工作原理、工作原理1)摩擦型：摩擦型：靠带与带轮间的靠带与带轮间的摩擦力摩擦力实现实现运动和动力的传递运动和动力的传递8-1 8-1 概述概述平带：结构简单，易于制造，弯曲应力小平带：结构简单，易于制造，弯曲应力小V带：应用广泛，摩擦力大带：应用广泛，摩擦力大普通普通V V带带窄窄V V带带

3、二、二、组成组成及工作及工作原理原理 2、工作原理、工作原理1)摩擦型：摩擦型：靠带与带轮间的靠带与带轮间的摩擦力摩擦力实现实现运动和动力的传递运动和动力的传递8-1 8-1 概述概述多楔带多楔带 兼有兼有平带平带和和V带带的优点的优点适于要求适于要求结构紧凑结构紧凑，传动，传动功率大功率大、承载能力高承载能力高的场合的场合二、二、组成组成及工作及工作原理原理 2、工作原理、工作原理1)摩擦型：摩擦型：靠带与带轮间的靠带与带轮间的摩擦力摩擦力实现实现运动和动力的传递运动和动力的传递8-1 8-1 概述概述圆带圆带 结构结构简单简单 多用于多用于小功率小功率传动传动同步带：同步带：靠啮合传递运动

4、和动力靠啮合传递运动和动力2)啮合型啮合型二、二、组成组成及工作及工作原理原理 2、工作原理、工作原理8-1 8-1 概述概述 通过通过挠性件挠性件（带），依靠（带），依靠摩擦力工作摩擦力工作1 1、特点、特点： 1）带有）带有弹性弹性 缓冲吸振、传动平稳、噪声小缓冲吸振、传动平稳、噪声小 传动比不准确传动比不准确2）摩擦摩擦传动传动 过载打滑防止零件损坏过载打滑防止零件损坏 磨损大、寿命低磨损大、寿命低 、传动效率低、需张紧、传动效率低、需张紧3）中心距中心距大大 适用于较大中心距的传动适用于较大中心距的传动 外廓结构尺寸大外廓结构尺寸大三、三、V带传动的带传动的特点特点和和传动形式传动形式

5、4 4）结构简单，制造安装方便，成本低结构简单，制造安装方便，成本低8-1 8-1 概述概述2、传动形式、传动形式开口传动：两轴开口传动：两轴平行平行， 1 1、 2 2同向同向交叉传动：两轴交叉传动：两轴平行平行， 1 1、 2 2反向反向半交叉传动：两轴半交叉传动：两轴交错交错三、三、V带传动的带传动的特点特点和和传动形式传动形式8-1 8-1 概述概述3、应用、应用 传动比精度要求不高传动比精度要求不高 要求过载保护要求过载保护 中心距较大中心距较大 不可用于易燃、易爆场合。不可用于易燃、易爆场合。v= 525m/sv= 525m/si i 平平5 5，i i v v77多级传动中，多级

6、传动中，带布置在高速级带布置在高速级。为什么？为什么？三、三、V带传动的带传动的特点特点和和传动形式传动形式8-1 8-1 概述概述普通普通V V带、窄带、窄V V带、宽带、宽V V带带应用最广应用最广四、四、V带的类型与结构带的类型与结构1、V带带类型类型 8-1 8-1 概述概述 普通普通V V带带已标准化已标准化，共有七种型号。，共有七种型号。Y Y、Z Z、A A、B B、C C、DD、E EGB/T1313575.1-92GB/T1313575.1-92小小大大A AY YZ ZE EB BC CDD四、四、V带的类型与结构带的类型与结构2、V带带型号型号 在同样条件下，在同样条件下

7、，截面尺寸大截面尺寸大，则能，则能传递的功率就大传递的功率就大8-1 8-1 概述概述l 标准标准V带为带为无接头环形带无接头环形带抗拉体抗拉体：由多层：由多层帘布帘布或一排或一排线绳线绳组成，主要承受组成，主要承受工作拉力工作拉力四、四、V带的类型与结构带的类型与结构3、V带带结构结构8-1 8-1 概述概述节线：节线：带弯曲时，带中保持带弯曲时，带中保持原长度不变的周线原长度不变的周线节面：节面：全部节线全部节线构成的面（带中的构成的面（带中的中性层中性层）节宽节宽bp ：中性层中性层的宽度的宽度节面节面节线节线基准直径基准直径dd: 和节宽和节宽bp相对应相对应的带轮直径的带轮直径基准长

8、度基准长度L Ld d：规定的张紧力下，规定的张紧力下，基准直径基准直径上的周线长度（已上的周线长度（已标准化标准化）四、四、V带的类型与结构带的类型与结构4、V带的带的主要参数主要参数8-1 8-1 概述概述普通普通V带的带的基准长度系列基准长度系列及及长度系数长度系数(部分部分) 基准长度Ld/mm长度系数KYZABCDE25001.091.030.9328001.111.050.950.8331501.131.070.970.8635501.171.090.990.8940001.191.131.020.9145001.151.040.930.9050001.181.070.960.92

9、56001.090.980.9563001.121.000.9771001.151.031.008-1 8-1 概述概述第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的设计计算8-4 带轮的设计8-5 带传动的张紧装置一、带传动中的一、带传动中的力分析力分析 1）工作前）工作前1 、紧边拉力紧边拉力F1，松边拉力，松边拉力F2 接触面产生接触面产生正压力正压力 带两边产生等值带两边产生等值初拉力初拉力F F0 0 带带张紧张紧在带轮上在带轮上 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 紧边紧边：F F0 0F F1 1 松边松边：F F0 0F

10、 F2 2 2）带工作时）带工作时 假设：带受力变化前后，带的假设：带受力变化前后，带的总长度不变总长度不变，则则紧边拉力增量紧边拉力增量= =松边拉力减量松边拉力减量0212FFF 2001FFFF 一、带传动中的一、带传动中的力分析力分析 1 、紧边拉力紧边拉力F1，松边拉力，松边拉力F28-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析一、带传动中的一、带传动中的力分析力分析 F e= Ff = F1- F2 带传动的有效拉力Fe= =主动带轮上总摩擦力Ff =紧边与松边的紧边与松边的拉力差拉力差8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析2 、有效拉力有效拉力Fe与功

11、率与功率P一、带传动中的一、带传动中的力分析力分析 2 、有效拉力有效拉力Fe与功率与功率P8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 则带所能传递的有效功率为： (kW) 1000vFPe F e= Ff = F1- F2 220201 eeFFFFFF 212102FFFFFFe 初拉力(F0)、拉力(F1，F2)与有效拉力(Fe)： 21 feFF 32.571801201addpp 32.571801202addpp 21021212FFFeFFFFFfec )11 (1 feceFF 1120 ffeceeFF 临界状态下的临界状态下的有效拉力有效拉力（取得（取得最大值

12、最大值）：）： 二、二、临界状态临界状态的有效拉力的有效拉力 临界状态临界状态（即将打滑）（即将打滑）时松、紧边拉力时松、紧边拉力关系：关系：8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析包角包角 影响带传动影响带传动最大有效拉力的最大有效拉力的因素因素： 1）初拉力）初拉力F0 ：F0Fec F F0 0过大，磨损加剧，使带寿命缩短过大，磨损加剧，使带寿命缩短 F F0 0过小，工作中带跳动、打滑过小，工作中带跳动、打滑 2）包角）包角：Fec 一般带松边在上一般带松边在上 改变改变中心距中心距与与带轮直径带轮直径能够改变能够改变包角包角 3）摩擦系数）摩擦系数f： fFec二、二

13、、临界状态临界状态的有效拉力的有效拉力 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析)11 (1 feceFF 1120 ffeceeFF三、带的三、带的应力应力分析分析1 1、拉应力、拉应力： 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 AFAF2211 紧边拉应力1 1：松边拉应力2 2： 传递P一定时，如果V过小，则拉力增大、1增大 故应在V5m/s条件下工作圆弧段拉应力渐变2 2、弯曲应力、弯曲应力： )(MP a11dbdhE 与与带轮直径带轮直径有关有关 只作用在只作用在圆弧段圆弧段 设计时要控制小带轮直径设计时要控制小带轮直径不能过小不能过小)(MP a

14、22dbdhE 三、带的三、带的应力应力分析分析8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析E E：材料弹性模量：材料弹性模量h h：外层到中性层的距离：外层到中性层的距离三、带的三、带的应力应力分析分析3 3、离心拉应力、离心拉应力： q-带单位长度质量带单位长度质量 kg/m。v-带的速度带的速度 m/s。A-带的截面面积带的截面面积 mm2 。l 离心力产生在圆弧段，离心拉应力离心力产生在圆弧段，离心拉应力作用在整个带长作用在整个带长l 带的速度对离心拉应力的影响很大带的速度对离心拉应力的影响很大, 应在应在V25m/s工作工作Aqc2 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带

15、传动的工作情况分析练习：画出带传动的应力分布练习：画出带传动的应力分布离心拉应力离心拉应力： Aqc2 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析弯曲应力弯曲应力： )(MP a11dbdhE )(MP a22dbdhE 拉应力拉应力： 1122FAFA(1) (1) 带在工作中所受的带在工作中所受的应力是变化应力是变化的，带将产生的，带将产生疲劳破坏疲劳破坏max=1+c+b1 4、 应力分布及最大应力结论：( (2) 最大应力由最大应力由紧边紧边绕上绕上小带轮小带轮处，其值为处，其值为 三、带的三、带的应力应力分析分析8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析四

16、、带的弹性滑动和打滑四、带的弹性滑动和打滑 1、弹性滑动、弹性滑动 弹性滑动弹性滑动：松紧边松紧边拉力差拉力差引起的带与带轮之间引起的带与带轮之间微小的相对滑动微小的相对滑动主动轮主动轮：1）a 点，拉力点，拉力F F1 1，V V带带 = V= V轮轮1 1从动轮从动轮：带逐渐伸长，相对滑动，：带逐渐伸长，相对滑动， V V轮轮2 2 V V带带2 2）ab，拉力，拉力F F1 1FF2 2，弹性变形减小，带逐渐，弹性变形减小，带逐渐缩短缩短，相对，相对滑动滑动V V带带Vvv带带vv轮轮2 23 3）传动比）传动比100060111 ndv 100060222 ndv 滑动率滑动率：弹性滑

17、动弹性滑动引起的引起的从动轮圆周速度从动轮圆周速度的降低率的降低率%100121 112211ndndnd )(ddnni 11221=0.010.02四、带的弹性滑动和打滑四、带的弹性滑动和打滑 1、弹性滑动、弹性滑动 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析1）弹性滑动弹性滑动不可避免不可避免（工作必存在有效圆周力，必有工作必存在有效圆周力，必有拉力差拉力差）使用基准直径使用基准直径21 首先发生在小带轮上区别区别打滑打滑：过载过载引起，一种引起，一种失效失效形式，形式，可以避免可以避免弹性滑动弹性滑动：带紧边：带紧边拉力差拉力差引起，引起，不可避免不可避免 带所需传递的圆

18、周力超过带与带轮间的极限摩擦力 带与带轮发生显著的相对滑动（打滑）四、带的弹性滑动和打滑四、带的弹性滑动和打滑 2、打滑、打滑 8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析例题：例题：V V带带传动，主动轮外径传动，主动轮外径d da1a1=190mm=190mm，从动轮外径，从动轮外径d da 2a 2= 720mm= 720mm，主动轮转速，主动轮转速n n1 1=940r/min=940r/min，从动轮转速，从动轮转速n n2 2=233r/min=233r/min，V V带型号为带型号为B B型，试求：型，试求：1 1）传动比；）传动比；2 2）滑动率）滑动率 （外径（外

19、径 ，B B 型带型带h ha a=5mm)=5mm)。 ada2hdd 03. 423394021 nni02. 0940180233710111d12d2 ndnd 滑动率滑动率解：解：1 1）实际传动比实际传动比2）dd1=da1-2ha=190-2 5 =180mm dd2=da2-2ha=720- 5=710mm8-2 8-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的设计计算8-4 带轮的设计8-5 带传动的张紧装置8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算一、设计准则一、设计准则 失效形式：

20、失效形式：打滑打滑和带的和带的疲劳破坏疲劳破坏 设计准则：设计准则：保证保证不打滑不打滑的条件下，具有一定的的条件下，具有一定的疲劳强度疲劳强度1、保证、保证不打滑不打滑8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算12fFeF 临界状态临界状态拉力关系拉力关系11max010001000fFF evFvP1000FvP 12FFF 临界状态临界状态传递的传递的功率功率传递的功率传递的功率不能超过不能超过临界值临界值P0一、设计准则一、设计准则 失效形式：失效形式：打滑打滑和带的和带的疲劳破坏疲劳破坏 设计准则：设计准则：保证保证不打滑不打滑的条件下，具有一定的的条件下，具有一定的疲劳强

21、度疲劳强度8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算2、保证、保证疲劳强度疲劳强度 max11111bcbcFA 一定初拉力一定初拉力下，带下，带不发生打滑不发生打滑且且具有足够疲劳寿命具有足够疲劳寿命所能传递的所能传递的最大功率最大功率 包角包角=180=1800 0、特定带长特定带长、工作平稳工作平稳的条件下，的条件下，单根单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率P Po o见表见表8-48-4（试验测得）（试验测得）一、设计准则一、设计准则8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算3、基本额定功率、基本额定功率P0 10111000bcfAvePkW 实际工作条件可

22、能与确定实际工作条件可能与确定P Po o的特定的特定条件不同条件不同 对查得的对查得的P Po o值进行值进行修正修正 修正后得实际工作条件下单根修正后得实际工作条件下单根V V带带所能传递的功率所能传递的功率PPo o LKKPPP )(000 式中式中:K:K 包角系数，包角系数，查表查表8-58-5； K KL L 带长修正系数，带长修正系数，查表查表8-28-2； P P0 0功率增量，功率增量，i i12121 1时单根普通时单根普通V V带传递功率的增量，带传递功率的增量，表表8-4b8-4b；一、设计准则一、设计准则4、额定功率、额定功率P0（许用功率）（许用功率）8-3 V8

23、-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算二、设计方法二、设计方法 原始原始数据数据 传动的传动的用途用途、工作情况工作情况、原动机原动机类型；类型； 传递的传递的功率功率P P； 带轮的带轮的转速转速n n1 1及及传动比传动比i i； 对传动的对传动的尺寸要求尺寸要求。设计计算的设计计算的主要内容主要内容 V V带的带的型号型号、长度长度和和根数根数； 中心距中心距； 带轮带轮材料、基准直径及结构尺寸；材料、基准直径及结构尺寸； 计算计算初拉力初拉力、轴上压力轴上压力； 绘工作绘工作图图、设计、设计张紧装置张紧装置等。等。8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算设计步骤设计步骤1

24、 1、确定、确定计算功率计算功率Pca Pca=KAP （kW） 式中：式中：工作情况系数工作情况系数KA（见表（见表8-7）；）； 8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算2 2、选择带的型号、选择带的型号 区域交界处，选大截面的带则带的根数少，带轮半径大 能够同时确定小带轮直径的范围 根据Pca和n1，查图8-11确定V带的型号8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算3 3、确定带轮的基准直径、确定带轮的基准直径d dd1d1和和d dd2d21 1）计算小带轮直径）计算小带轮直径 d dd1d1ddminmin dd1来自基准系列来自基准系列d dd1d1过小过小

25、带弯曲应力过大带弯曲应力过大带寿命带寿命d dd1d1过大过大结构尺寸增大结构尺寸增大8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算2 2）验算带速）验算带速v v若带速不符合要求，若带速不符合要求，重新选择重新选择d dd1d1smnDv/25510006011 3 3、确定带轮的基准直径、确定带轮的基准直径d dd1d1和和d dd2d28-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算v v过小过小拉力大拉力大不利于带的强度及防止打滑不利于带的强度及防止打滑v v过大过大离心力大离心力大摩擦力小摩擦力小传递能力降低传递能力降低单位时间应力变化次数多单位时间应力变化次数多疲劳强度降

26、低疲劳强度降低3 3）计算大带轮直径）计算大带轮直径d dd2d2。 12ddidd 验算验算传动比误差传动比误差%5%100 原原实实原原iii3 3、确定带轮的基准直径、确定带轮的基准直径d dd1d1和和d dd2d28-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算从从基准直径系列基准直径系列中选取中选取)(2)(7 . 021021ddddddadd a a过大过大 结构尺寸结构尺寸，高速时带颤动，高速时带颤动，1 1不稳定不稳定a a过小过小 1 1 降低传动能力降低传动能力带长带长 带绕转次数带绕转次数带寿命带寿命4 4、确定中心距、确定中心距. . 1 1）初选初选中心距中心

27、距8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算 在在a a0 0范围内初选中心距范围内初选中心距2 2）计算）计算带基准长度带基准长度L Ld d 根据由根据由表表8-2 8-2 （P142P142）确定基准长度）确定基准长度02212104)()(22addddaLddddd 4 4、确定中心距、确定中心距. . 8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算计算值计算值标准值标准值3 3）计算实际中心距）计算实际中心距a a： 20ddLLaa 考虑考虑安装安装、调整调整和和张紧张紧需要，中心距变动范围需要，中心距变动范围)03. 0()015. 0(ddLaLa 8-3 V

28、8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算4 4、确定中心距、确定中心距. . 5 5、验算小带轮的包角、验算小带轮的包角 6 6、确定带的根数、确定带的根数z z 为了在中心距不过大的条件下为了在中心距不过大的条件下保证包角不过小保证包角不过小，传动比，传动比不宜过大，不宜过大，i 710)(000 LcacaKKPPPPPz 为使每根带受力均匀，为使每根带受力均匀， z10z1021 18057.390 120dda8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算7 7、确定带的初拉力、确定带的初拉力F0 初拉力初拉力过小过小，摩擦力小，摩擦力小,容易出现容易出现打滑打滑 初拉力初拉力

29、过大过大，带的，带的拉应力增大拉应力增大，减少寿命，减少寿命，轴承压力大轴承压力大 新带新带易松弛，对非自动张紧的新带，安装时的易松弛，对非自动张紧的新带，安装时的初拉初拉力力应为上述应为上述初拉初拉力的力的1.5倍倍2min0)15 .2(z500)(qvKvPFaca 带每米长质量带包角系数V带速计算功率8-3 V8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算8 8、计算压轴力（作用在轴上的力）、计算压轴力（作用在轴上的力） 2sin2)22cos(22cos210100 zFzFzFFP 9 9、带轮设计、带轮设计1010、张紧装置、张紧装置FQzF0zF01zF0FQ1 1zF08-3 V

30、8-3 V带传动的设计计算带传动的设计计算第八章第八章 带传动带传动8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的设计计算8-4 带轮的设计8-5 带传动的张紧装置8-4 V8-4 V带轮的设计带轮的设计( (一一)V)V带轮设计的带轮设计的要求要求 重量轻重量轻，质量分布均匀质量分布均匀，动平衡性能好，动平衡性能好 工艺性工艺性好、无过大的铸造和焊接好、无过大的铸造和焊接内应力内应力 轮槽工作面要精细加工轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损，以减少带的磨损 轮槽尺寸轮槽尺寸精度高，使精度高，使带的载荷分布带的载荷分布均匀均匀( (二二) )带轮的带轮的材料材料8-4 V8-4 V带

31、轮的设计带轮的设计 常用：常用：铸铁铸铁 高速：高速：刚刚 轻载：轻载：铝合金和塑料铝合金和塑料 结构结构轮缘轮缘：与带相连部分：与带相连部分轮毂轮毂：安装在轴上部分：安装在轴上部分轮辐轮辐：联接部分：联接部分( (三三) ) 结构与尺寸结构与尺寸8-4 V8-4 V带轮的设计带轮的设计实心式实心式dd2.5d腹板式腹板式dd300mm孔板式孔板式dd100mm轮辐式轮辐式dd300mm 根据带的截面尺寸确定根据带的截面尺寸确定轮槽尺寸轮槽尺寸 保证接触良好，增大摩擦力保证接触良好，增大摩擦力 楔入楔入过紧过紧，带拉出轮槽时的，带拉出轮槽时的损耗功率也大损耗功率也大)38,36,34(40 槽槽 其它结构尺寸其它结构尺寸参照参照经