《机械设计基础》-任务4

步骤一带传动的组成、类型及特点任务描述三相异步电动机驱动带式输送机。其传动简图如图４－１所示。已知电动机的额定功率Ｐ＝４ｋＷ。转速ｎ１＝９６０ｒ/ｍｉｎ。要求从动轮转速ｎ２＝３２０ｒ/ｍｉｎ。两班制工作。传动带水平放置。请设计该带传动。任务分析普通Ｖ带传动设计计算时。通常已知传动的用途和工作情况。传递的功率Ｐ。主动轮、从动轮的转速(或传动比)。传动位置要求和外廓尺寸要求。原动机类型等。下一页返回步骤一带传动的组成、类型及特点本任务原动机类型为三相异步电动机。工作机是驱动带式输送机。工作情况属于载荷变动小。电动机的额定功率Ｐ＝４ｋＷ。转速ｎ１＝９６０ｒ/ｍｉｎ。从动轮转速ｎ２＝３２０ｒ/ｍｉｎ。两班制工作。传动带水平放置。设计时主要确定带的型号、长度和根数。带轮的尺寸、结构和材料。传动的中心距。带的初拉力和压轴力。张紧和防护等。一、带传动的组成带传动由主动轮１、从动轮２和张紧在两轮上的传动带３组成。如图４－２所示。当驱动力矩使主动轮转动时。依靠带和带轮间摩擦力的作用。拖动从动轮一起转动。带传动适用于圆周速度较高且圆周力较小的工作条件。上一页下一页返回步骤一带传动的组成、类型及特点在机械传动中。带传动和链传动同属于挠性传动。当主动轴和从动轴相距较远时。常采用这种传动。二、带传动的主要类型１.按传动原理分类带传动按传动原理分类。２.按用途分类①传动带:传递动力用。②输送带:输送物品用。上一页下一页返回步骤一带传动的组成、类型及特点三、带传动的特点和应用带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震及过载打滑以保护其他零件等优点。缺点是传动比不稳定。传动装置外形尺寸较大。效率较低。带的寿命较短以及不适合高温易燃场合等。带传动多用于高速级传动。带速一般为５~２５ｍ/ｓ。高速带传动可达６０~１００ｍ/ｓ。平带传动的传动比ｉ≤５(常用≤３)。Ｖ带传动ｉ≤７(常用ｉ≤５)。若使用张紧轮。则传动比可达ｉ≤１２。上一页返回步骤二普通Ｖ带及Ｖ带轮一、普通Ｖ带的结构及尺寸Ｖ带有普通Ｖ带、窄Ｖ带、宽Ｖ带、接头Ｖ带和齿形Ｖ带等多种。一般使用的多为普通Ｖ带。１.普通Ｖ带的结构图４－４所示为普通Ｖ带的截面。标准普通Ｖ带制成无接头的环形。根据抗拉体结构。分为帘布芯Ｖ带和绳芯Ｖ带两类。这两类结构的Ｖ带都是由橡胶和纤维组成。其结构分为包布层、顶胶层、抗拉体和底胶层４个部分。其中。包布层由胶帆布制成。起保护作用。顶胶层和底胶层分别由橡胶制成。当弯曲时承受拉伸和弯曲的作用。抗拉体由几层胶帘布或一排胶线绳制成。下一页返回步骤二普通Ｖ带及Ｖ带轮用来承受基本的拉力。帘布芯Ｖ带抗拉强度较好。且制造方便。型号齐全。绳芯Ｖ带柔韧性好。抗弯强度高。适用于转速较高、带轮直径较小的场合。为了提高承载能力。近年来已广泛使用合成纤维绳芯或钢丝绳芯。２.普通Ｖ带的尺寸普通Ｖ带的尺寸已经标准化。包括截面尺寸和基准长度。(１)Ｖ带的截面尺寸普通Ｖ带按其截面尺寸由小到大的顺序排列。共有Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｅ７种型号。各种型号Ｖ带的截面尺寸在相同条件下。截面尺寸越大。传递的功率就越大。上一页下一页返回步骤二普通Ｖ带及Ｖ带轮(２)Ｖ带的基准长度当Ｖ带受弯曲时。带的顶胶层将伸长。而底胶层将缩短。只有在两层之间的抗拉体内节线处带长保持不变。因此沿节线量得的带长即为Ｖ带的基准长度Ｌｄ。在带传动的几何计算中。应把基准长度Ｌｄ作为Ｖ带的计算长度。二、Ｖ带轮的结构及材料１.Ｖ带轮的结构Ｖ带轮由有轮槽的轮缘(带轮的外缘部分)、轮毂(带轮与轴相配合的部分)和轮辐(轮缘与轮毂相连的部分)３部分组成。铸造Ｖ带轮的常用结构有实心式、腹板式、孔板式和轮辐式４种上一页下一页返回步骤二普通Ｖ带及Ｖ带轮２.Ｖ带轮的材料普通Ｖ带轮最常用的材料是灰铸铁。当带的速度ｖ≤２５ｍ/ｓ时。可用ＨＴ１５０。当带速ｖ＝２５~３０ｍ/ｓ时。可用ＨＴ２００。当ｖ>３５ｍ/ｓ时。可用铸钢制造。传递功率较小时。可用铸铝或工程塑料。上一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析一、带传动的受力分析为保证正常工作。带传动必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动带静止时。带两边承受相等的拉力。称为初拉力Ｆ０。如图４－５(ａ)所示。当带传动工作时。主动轮１以转速ｎ１转动。通过摩擦力的作用带动传动带并使从动轮２转动。如图４－５(ｂ)所示。其中。主动轮１作用在带上的摩擦力与带的运动方向相同。从动轮２作用在带上的摩擦力则与带的运动方向相反。在这两处摩擦力的作用下。传动带两边的拉力也要发生变化。出现紧边与松边。下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

紧边:带绕入主动轮的一边。拉力由Ｆ０增大到Ｆ１。松边:带绕入从动轮的一边。拉力由Ｆ０减小到Ｆ２。有效拉力Ｆｅ:紧边和松边拉力的差值就是带传动传递功率的驱动力。有效拉力与总摩擦力相等。若带的总长不变.带的紧边拉力的增加量等于松边拉力的减少量.即:上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

由式(４－１)和式(４－２)得:带传动传递的功率表示为:上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

式中。Ｐ———带传递的功率。ｋＷ。Ｆｅ———有效拉力。Ｎ。ｖ———带速。ｍ/ｓ。在一定的初拉力Ｆ０的作用下。带与带轮接触面间摩擦力的总和有一个极限值。当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力总和的极限值时。带在带轮上将发生明显的相对滑动。这种现象称为打滑。带打滑时从动轮转速急剧下降。使传动失效。同时也加剧了带的磨损。因此必须避免带的打滑。当带有打滑趋势时。紧边拉力和松边拉力存在如下关系:上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

式中。ｅ———自然对数的底(ｅ＝２.７１８２８)。ｆ———摩擦因数(对于Ｖ带。用当量摩擦因数)。α———带在带轮上的包角。ｒａｄ。将式(４－３)代入式(４－５)得:二、带传动的应力分析带传动工作时。带中的应力由以下３部分组成。上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

１.拉应力σ式中。Ｆ１。Ｆ２———紧边和松边的拉力。Ｎ。Ａ———带的横截面积。ｍｍ２。带在绕过主动轮时。拉应力由σ１逐渐降低为σ２。而在从动轮一侧。拉应力则由σ２逐渐增大到σ１。上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

２.离心应力σｃ当带沿带轮轮缘作圆周运动时。将引起离心力。由离心力产生的拉应力σｃ作用于全部带长的各个截面。并可由式(４－８)计算:式中。ｑ———每米带长的质量。ｋｇ/ｍ。ｖ———带的线速度。ｍ/ｓ。３.弯曲应力σｂ带绕在带轮上时。由于弯曲而产生弯曲应力。其值由材料力学公式可知:上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

式中。Ｅ———带材料的弹性模量。ＭＰａ。三、带传动的弹性滑动和传动比传动带是弹性体。受到拉力后会产生弹性伸长。伸长量随拉力大小的变化而改变。当带绕过主动轮时。如图４－７(ａ)所示。带所受拉力由Ｆ１逐渐降低到Ｆ２。弹性伸长量也随之减小。因而带随带轮运动时要向后逐渐收缩。带的速度落后于带轮。带与带轮间发生了微小的相对滑动。而当带绕过从动轮时。如图４－７(ｂ)所示。带所受拉力由Ｆ２逐渐增加到Ｆ１。弹性伸长量也随之增大。因而带要向前逐渐伸长。带的速度则逐渐领先于带轮。即带与带轮间出现了相对滑动。这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。带传动中出现的弹性滑动在摩擦传动中是不可避免的上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

带的弹性滑动导致从动轮的圆周速度ｖ２小于主动轮的圆周速度ｖ１。其速度的降低率称为滑动率。用ε表示。即:式中。ｎ１———主动带轮转速。ｒ/ｍｉｎ。ｎ２———从动带轮转速。ｒ/ｍｉｎ。ｄ１———主动带轮的基准直径。ｍｍ。ｄ２———从动带轮的基准直径。ｍｍ。上一页下一页返回步骤三带传动的受力分析和应力分析

由此可得带传动的传动比为:弹性滑动率ε通常为０.０１~０.０２。在一般计算中可以忽略不计。视为ε＝０。因此可得带传动的传动比为:上一页返回步骤四带传动的使用和维护一、带传动的安装与维护①带轮在安装时。两带轮轴必须平行。两轮轮槽要对齐。否则将加剧带的摩擦。甚至使带从带轮上脱落。②Ｖ带在安装时。应按规定的张紧力张紧。带的张紧程度以大拇指能将带按下１５ｍｍ为宜。如图４－８所示。新带使用前最好预先拉紧一段时间后再使用。③传动带不宜与酸、碱或油接触。工作温度不应超过６０℃。④带传动装置应加保护罩。以保证安全。⑤定期检查胶带。发现其中一根过度松弛或疲劳损坏时。应全部更换新带。不能新旧并用。同组使用的Ｖ带型号相同、长度相等。下一页返回步骤四带传动的使用和维护⑥带传动无须润滑。禁止往带上加润滑油或润滑脂。应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。二、带传动的张紧带使用时处于长期张紧状况。在预紧力的作用下。经过一定时间的运转后。就会由于塑性变形而松弛。使初拉力降低。为了保证带传动的能力。应定期检查初拉力的数值。如发现不足时。必须重新张紧。才能正常工作。上一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计一、带传动的主要失效形式和设计准则①打滑。带传动所传递的载荷超过带的最大有效拉力。带将在带轮上打滑。使传动失效。打滑是带传动的主要失效形式之一。②疲劳破坏。传动带在变应力的状态下工作。带的任一横截面上的应力。将随着带的运转而循环变化。当应力循环次数达到一定数值后将发生疲劳破坏。带的表面出现裂纹、脱层、松散。直至断裂。带的疲劳破坏是带传动的另一种主要失效形式。③带传动的设计准则。在传递规定功率时不打滑。同时具有一定疲劳强度和使用寿命。下一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计

二、单根Ｖ带的额定功率在载荷平稳、特定带长、传动比ｉ＝１、包角α１＝１８０°的条件下。带传动的实际工作条件往往与上述特定条件不同。对查得的值应加以修正。实际工作条件下单根Ｖ带的基本额定功率为:式中。Ｐ０———单根普通Ｖ带的基本额定功率。ΔＰ０———单根Ｖ带额定功率的增量。Ｋα———包角系数。考虑α≠１８０°时包角对传递功率的影响。ＫＬ———长度系数。考虑带长不为特定长度时对寿命的影响。上一页下一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计

三、带传动的设计步骤和参数选择１.确定计算功率Ｐｃ计算功率是根据传递的额定功率Ｐ。并考虑载荷性质以及每天工作运转时间的长短等因素的影响而确定的。即:式中。ＫＡ———工作情况系数。Ｐ———传递的额定功率。上一页下一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计

２.选择Ｖ带型号根据计算功率Ｐｃ及小带轮转速ｎ１。由图４－１０选择Ｖ带型号。当坐标点(Ｐｃ。ｎ１)位于图中型号分界线附近时。可选相邻两种带型进行设计计算。最后比较两种方案的设计结果。择优选择。３.确定带轮的基准直径ｄｄ１、ｄｄ２(１)初选小带轮直径ｄｄ１带轮直径小可使传动结构紧凑。但另一方面弯曲应力大。使带的寿命降低。设计时应使ｄｄ１>ｄｄｍｉｎ。(２)从动轮基准直径ｄｄ２按式ｄｄ２＝ｉｄｄ１计算出ｄｄ２。上一页下一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计

４.验算带速ｖ设计时。应使带速在ｖ＝５~２５ｍ/ｓ。带速高。则离心力大。带与带轮间的摩擦力减小。传动易打滑。且带的绕转次数增多。降低了带的寿命。带速过小。则带传动的有效拉力增大。带的根数增多。于是带轮的宽度、轴径以及轴承的尺寸都随之增大。若带速超过上述范围时。应重新选取小带轮的基准直径ｄｄ１。５.确定中心距ａ和带的基准长度Ｌｄ上一页下一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计

(１)初定中心距ａ０设计条件如果没有给定传动中心距。则可按结构要求选取。一般可按下式初选中心距ａ０。ａ０确定后.根据带传动的几何关系按式(４－１７)计算带的基准长度Ｌ０.上一页下一页返回步骤五带式输送机用Ｖ带传动设计

(２)确定中心距ａ。根据Ｌｄ计算实际中心距考虑安装调整和保持Ｖ带张紧的需要。