常用机构设计与零部件课件 学习项目3工作任务3设计台式钻床上的带传动

学习项目三设计带传动工作任务3设计台式钻床中的带传动

带传动的相关知识1操作与实践2拓展知识4自主学习3

主要内容一、任务导入台式钻床带传动学习任务设计一台式钻床中V带传动。已知其原动机为Y801-4型三相异步电动机，额定功率P=550W转速n1=1390r/min，传动比

i=4,单班制工作，系统安装布置要求传动中心距a<500mm。第一节

带传动的类型和应用第二节带传动工作情况分析第三节

带传动的弹性滑动和传动比第四节

普通V带传动的计算第五节

V带轮的结构第六节

同步带传动简介二、相关知识第一节

带传动的类型和应用带传动组成概述靠带与带轮接触弧间的摩擦力传递运动和动力带传动一般是由主动轮、从动轮和紧套在两轮上的传动带及机架组成。原动机转动带的传动过程：主动轮转动驱动主动轮从动轮转动带与轮的摩擦一、

带传动的类型1、按传动原理分（1）摩擦带传动：靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等；（2）啮合带传动：靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。2、按带的截面形状分应用1应用2应用3应用4平带传动：底面是工作面，结构简单、带轮易制造、传递功率小,可实现多种形式的传动Ｖ带传动：带两侧面是工作面，当量摩擦系数大，承载力大，只用于开口传动应用多楔带传动：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。特点:兼有平带弯曲应力小和V带摩擦力大等优点。多用于传递动力较大、功率大、结构紧凑的场合。应用工作面：侧面同步带传动应用1应用2能够保证准确的传动比，传动比i≤12，适应带速范围广，同步齿形带的带速为40-50m/s，传递功率可达200KW,效率高达98%-99%。圆带传动牵引能力小。常用于仪器、家用器械、人力机械中。特点:3、按传动形式分1）开口传动两轮同向转动2）交叉传动3）半交叉传动平带两轴空间交错带磨损快两轮反向转动3、带传动几何参数中心距a—两带轮轴线间的距离包角

—带与带轮接触弧所对的中心角(1)包角α的计算:代入得:(2)带长:4、V带传动的张紧装置（1）目的带工作一段时间后会发生塑性变形而松弛、降低张紧力，发生打滑、颤动等。须重新张紧。（2）带传动的张紧方法：1)调整中心距a调整螺钉调整螺钉滑道式张紧装置摆架式张紧装置a2)采用张紧轮当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮3）自动张紧将装有带轮的电动机安装在浮动摆架上，利用带轮的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。5、带传动的优缺点优点：远距离传动可缓冲、减振，运转平稳过载保护结构简单,精度低,成本低缺点：外廓尺寸大弹性滑动，传动比不固定，效率低轴与轴承受力大寿命短需要张紧装置不宜用于高温,易燃场合6、V带传动的主要性能0.90～0.95传动功率：传动效率：传动比：通常i≤７通常P≤100kw；传动速度：通常v＝５～25m/s；带传动常用在中小功率电动机与工作机械之间的动力传递。(一)带传动中的力分析安装时，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上Ffn2FfF1带工作前：带工作时：F0F0此时，带只受初拉力F0作用n1F2F2松边－退出主动轮的一边紧边－进入主动轮的一边紧边拉力--由F0增加到F1；松边拉力--由F0减小到F2。Ff－带轮作用于带的摩擦力第二节带传动工作情况分析带是弹性体，工作后可认为其总长度不变，则紧边拉伸增量＝松边拉伸减量紧边拉力增量＝松边拉力减量＝△F

因此：F1＝F0＋△FF2＝F0－△FF0＝(F1＋F

2)/2(8-1)带所传递的功率为：P

＝F

v/1000(8-3)v

为带速带与带轮间的总摩擦力Ff得：Ff=F1-F2带传动的有效拉力FF=Ff=F1-F2(8-2)P增大时，所需的F(即Ff)加大。但Ff不可能无限增大。

将式(8-2)代入式(8-1)得当Ff达到极限值Fflim

时，带传动处于即将打滑的临界状态。此时，F1达到最大，而F2达到最小。(二)带传动中的最大有效拉力及其影响因素式中：

欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前，紧、松边拉力的最大比值α为带在带轮上的包角(弧度）;

e为自然对数的底（e=2.718）

(8-4)当带有打滑趋势时,摩擦力达到极限值,带的有效拉力也达到最大值.推导得到松紧边拉力F1

和F2

的关系:柔韧体摩擦欧拉公式为带与带轮间的摩擦系数（对V带则为当量摩擦系数）；联解得带即将打滑时，三力计算公式：11-=aaffeeFFa1120+-=affeeFF12-=afeFF1影响最大有效拉力的几个因素：初拉力F0：F

与F0成正比，增大F0有利于提高带的传动能力，避免打滑。但F0过大，将使带发热和磨损加剧，从而缩短带的寿命。包角α

：带所能传递的圆周力增加，传动

α↑↑,→F能力增强，故应保证小带轮的包角α1。这一要求限制了最大传动比i

和最小中心距a

。

i↑→α1↓;

a↓

→α1↓因为：摩擦系数f

：

f↑↑,

→F

传动能力增加对于V带，应采用当量摩擦系数fv(8-5)联解式（8－2）和式（8－4）得带传动在不打滑条件下所能传递的最大圆周力为：(8-6)(三)带的应力分析工作时，带横截面上的应力由三部分组成：由紧边和松边拉力产生的拉应力；由离心力产生的拉应力；由弯曲产生的弯曲应力。1、拉力F1、F2产生的拉应力σ1、σ2紧边拉应力：σ1＝F1/A

MPa松边拉应力：σ2＝F2

/A

MPaA

－带的横截面积设：带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。作用在微单元弧段dl的离心力为dC，则截取微单元弧段dl研究，其两端拉力Fc

为离心力引起的拉力。由水平方向力的平衡条件可知：微单元弧的质量带速（m/s)带单位长度质量（kg/m）带轮半径微单元弧对应的圆心角2、离心力产生的拉应力σc虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段，∴即：则离心拉力Fc

产生的拉应力为：注意：但其产生的离心拉力（或拉应力）却作用于带的全部，且各剖面处处相等。与离心拉应力不同，弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上

。3、带弯曲而产生的弯曲应力σb带绕过带轮时发生弯曲，由材力公式：带的高度带的弹性模量显然：d↓→σb↑故：σb1>σb2带绕过小带轮时的弯曲应力带绕过大带轮时的弯曲应力带横截面的应力为三部分应力之和。各剖面的应力分布为：最大应力发生在紧边开始进入小带轮处:由此可知，带受变应力作用，这将使带产生疲劳破坏。σmaxσ1σb2σcα2n1n2α1σb1σ2离心应力拉应力弯曲应力(8-7)设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：紧边：松边：∵F1>F2∴ε1>ε2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。1、弹性滑动第三节带传动的弹性滑动、打滑和传动比

当带绕过主动轮时，由于拉力逐渐减小，所以带逐渐缩短，这时带沿主动轮的转向相反方向滑动，使带的速度V落后于主动轮的圆周速度V1.同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同？当带绕过从动轮时，由于拉力逐渐增大，所以带逐渐伸长，这时带沿从动轮的转向相同方向滑动，使带的速度V超前于从动轮的圆周速度V2.定义：由于带的两边弹性变形不等所引起的带与带轮之间的微量相对滑动，称为带的弹性滑动。2、F1>F2，故松紧边单位长度上的变形量不等。产生的原因：1、带是弹性体。弹性滑动的特点：弹性滑动不可避免Fe↑

弹性滑动↑

弹性滑动范围↑

后果：带速滞后于主动轮，超前于从动轮→v1>v带>v2带传动传动比不稳定弹性滑动率：带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率。传动比i：实际传动比理论传动比ε反映了弹性滑动的大小，ε随载荷的改变而改变。载荷越大，ε越大，传动比的变化越大。一般传动中，ε≈0.01~0.02,故计算时可忽略不计二、打滑

当弹性滑动区段扩大到整个接触弧时，带传动的有效拉力即达到最大值，此时若工作载荷再进一步增大，则带与带轮间将发生显著的相对滑动——打滑。特点：打滑可以避免，而且应当避免短时打滑起到过载保护作用打滑先发生在小带轮处

后果：打滑

带的剧烈磨损

从动轮转速剧烈降低

失效一、V带的类型与结构V带类型繁多，尺寸规格已标准化。1）V带的类型普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、齿形V带、联组V带等等。第四节普通V带传动的计算2）普通V带的结构普通V带均制成无接头的环状带。按带芯的结构分为帘布芯V带和绳芯V带两种。

帘布结构制造方便，抗拉强度高，应用较广。绳芯结构柔韧性好，抗弯强度高，用于转速高、带轮直径小的场合。3）普通V带的标准普通V带的规格尺寸、性能、测量方法及使用要求等均已标准化。普通V带按截面大小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。窄V带：SPZ、SPA、SPB、SPC四种P108表8-2普通V带的截面尺寸（GB/T11544-1997）在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径称为基准直径dd。见表8.3P109V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld

。标准长度系列详见表8-4，P111二、单根普通V带的许用功率1、失效形式：

打滑、疲劳破坏2、设计准则：保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。要保证带的疲劳寿命，应使最大应力不超过许用应力：或：带传动的失效形式和设计准则疲劳强度条件根据欧拉公式，即将打滑时的最大有效拉力为：不打滑条件则：由此得单根带所能传递的功率：此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。3、单根V带的许用功率表8-7～8-17列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的功率，称为基本额定功率P0。特定条件：传动载荷平稳；i＝1，α1＝α2＝π；特定带长当实际工作条件与特定条件不同时，要对P0

值加以修正，即可得到实际工作条件下，单根普通带所能传递的功率，称为许用功率[

P0

]：●K

—包角修正系数。包角α不等于π，传动能力有所下降，引入包角修正系数Kα。Kα≤1由图8－11查得●KL—带长修正系数KL。带越长，单位时间内的应力循环次数越少，则带的疲劳寿命越长。相反，短带的寿命短。引入带长修正系数KL

。由表8－4查得●△P0—传动比i>1，从动轮直径增大，σb2减小，

功率增量，传动能力提高，则额定功率增加。三、普通V带的型号和根数的确定1）确定计算功率计算功率：KA---工作情况系数

详见表8-16P122型号的确定:根据Pc和小带轮的转速n1，由选型图8-12P123确定。式中：

传递的名义功率（如电动机的额定功率，）；2）选择V带的型号当所选取得结果在两种型号的分界线附近，可以两种型号同时计算，最后从中选择较好的方案。3）确定V带根数Z带的根数应取整数。为使各带受力均匀，根数不宜过多，一般应满足z<10。如计算结果超出范围，应改V带型号或加大带轮直径后重新设计。四、主要参数的选择带轮的直径过小，则带的弯曲应力大，寿命降低。应取：d1>dmin4)带轮直径与带速型号

YZABCDEdmin205075125200315500表8-6带轮的最小直径dmin大带轮的直径d2：d1

、d2：必须符合带轮的基准直径系列带速：一般应使v在5~25m/s的范围内。

离心力增大，带轮间摩擦力减小，容易打滑。

带速不宜过高，否则单位时间内绕过带轮的次数也增多，降低传动带的工作寿命。

带速不宜过低，否则当传递功率一定时，传递的圆周力增大，带的根数增多。5)中心距、带长和包角0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)根据L0由表8-4选取接近的基准长度Ld，然后计算中心距：按下式初步确定中心距a0初选a0后，可根据下式计算带的初选长度L0小轮包角：一般应使α1≥120˚,否则可加大中心距或增加张紧轮。考虑安装调整和补偿张紧力的需要，中心距变动范围为：

(a－0.015Ld

)~(a＋0.03Ld)6）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：7）带传动作用在带轮轴上的压力FQ

小结：设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传递的功率P

、带轮的转速n1、n2

(或传动比i12)以及对传动外廓尺寸的要求等。设计内容包括：选择合理的传动参数，确定V带的型号、长度、根数和传动中心距，确定带轮的材料、结构和尺寸等。

1、V带轮设计的要求质量小、结构工艺性好、无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡。

2、带轮的材料

可采用铸钢或钢板冲压后焊接塑料、铸铝高速：其他：带轮常用铸铁制造HT150或HT200(允许的最大圆周速度V＝25m/s)。第五节

V带轮的结构3、带轮的结构形式铸铁制V带轮的典型结构形式有四种：1）实心式：带轮基准直径小于2.5d(d为轴的直径)2）腹板式：带轮基准直径小于300mm3）轮幅式：带轮基准直径大于300同步带是以钢丝为抗拉体，外面包覆聚氨脂或橡胶而组成。它是横截面为矩形、带面具有等距横向齿的环形传动带(图示)。带轮轮面也制成相应的齿形，工作时靠带齿与轮齿啮合传动。由于带与带轮无相对滑动，能保持两轮的圆周速度同步，故称为同步带传动。它具有如下优点：①传动比恒定；②结构紧凑；③效率较高，约为0.98；④由于带薄而轻、抗拉体强度高，故带速可达40m/s，传动比可达10，传递功率可达200kW；因而应用日益广泛。缺点是：带及带轮价格较高，对制造、安装要求高。动画第六节同步带传动简介7、计算带的根数z2、根据n1、Pc选择带的型号3、确定带轮基准直径d1、d2带轮愈小，弯曲应力愈大，所以d1≥dmin

d2=i

d1(1–ε)，圆整成标准值

具体步骤1、确定计算功率Pc＝KAP工况系数，查表4、验算带速v(v＝5～25m/s)N5、确定中心距a及带长Ld6、验算主动轮的包角α1N

z≥10？NY8、确定初拉力F09、计算压轴力FQ10、带轮结构设计问题：带传动适合于高速级还是低速级？根据选型图

套基准长度，查表三、操作与实践设计一台式钻床中V带传动。已知其原动机为Y801-4型三相异步电动机，额定功率P=550W转速n1=1390r/min，传动比

i=4,单班制工作，系统安装布置要求传动中心距a<500mm。1.确定计算功率PC。PC=KAP=1.1×550

=605WKA：根据工作情况查表8-21所得

KA=1.12.确定带的型号。根据PC=605.n1=1390r/min从P131页图8-12中选用Z型普通V带。3.确定带轮基准直径dd1和dd2。

在PI21页表8-6查得主动带轮允许的最小基准直径是:dd1min=50mm，再从表8-3带轮的基准直径系列中查出dd1=100mm。计算从动带轮基准直径dd2.dd2=idd1=4dd1=4×100=mm查表8-3选取dd2=400mm符合带轮的基准直径系列要求。

4.验算带的速度V。V=

=

=7.27m/s带的速度在5m/s～25m/s范围之内。符合要求。

5.确定普通V带的基准长度Ld和

传动中心距a.中心距a:0.7(dd1+dd2)

<a0

<2(dd1+dd2)

即：0.7（100+400）<a0

<2（100+400）

350mm<a0

<

1000mm

按照结构要求取中心距a0500mm符合兼顾带传动绕转次数和结构尺寸因素的范围。确定基准长度基准长度Ld:Ld0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1)/4a0Ld0=2×500+3.14（100+400）/2

+（400-100）/4×500Ld0=1830mm根据P117表8-4选带的基准长度Ld=1800mm计算带的实际中心距a：

a=a0+

=500+

=485mm

6.验算主动轮上的包角a1.a1=

=

=

a1=>

主动轮上的包角适合7.计算V带的根数Z.

根据Z型V带的、n1=1390r/min和dd1=100mm查表8-8得P0=0.37kW;

根据Z型V带的、n1=1390r/min和i=4查表8-8得p0=0.02kw;

根据a1=

查图8-11得Ka=0.91;

根据Ld=1800mm；查表8-4得KL=1.18; Z=

=

=1.44取带的根数Z=2根。8.计算初拉力 根据Z型V带，查表8-6得V带每米长度质量:q=0.06kg/m；

F0=

F0=

=21.27N9.计算作用在带轮上的压力FQ

FQ=2ZF0sin

=2×2×21.27sin

=81N四、自主学习见实训项目四设计带式输送机中的普通V带传动）五、拓展知识同学们可以设想一下将上图中的件2带传动换成链传动，那么链传动又如何设计呢？到实际生活中去观察，去搜集实物，为我们下一工作任务的学习奠定基础。1、带传动的工作原理、主要类型、应用范围；2、带传动的受力分析及应力分析；3、弹性滑动与打滑；4、带传动的失效形式的设计准则；5、V带及V带轮的材料、结构，V带传动的设计计算方法。六、总结平带应用V带应用汽车发动机同步带

轿车发动机多楔带