机械设计V带传动设计及其计算

1、（带传动）,机 械 设 计,1,PPT学习交流,第五章 带传动,5-1 概述 5-2 带传动理论基础 5-3 带传动设计（V带） 5-4 张紧装置 5-5其它带传动简介 带传动设计实例,2,PPT学习交流, 特点、应用 分类 带的结构、型号和长度,演示1、演示2,BACK,5 -1 概述,带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们之间的摩擦或啮合，进行两轴或多轴间运动和动力的传递。,3,PPT学习交流,一、特点和应用 1 、优点,4,PPT学习交流,2 、缺点,5,PPT学习交流,3、 应用,6,PPT学习交流,二、 类 型,Standard V-belt,1、按传动原理：摩擦和啮合。 2、按带的

2、形状:如下分类,7,PPT学习交流,3、按传动形式分：,开口传动 交叉传动 半交叉传动 张紧轮传动,见表5-1,8,PPT学习交流,普通V带 平形带 多楔带 同步齿形带,BACK,三、带的结构、型号和长度,9,PPT学习交流,1. 普通V带,10,PPT学习交流,2、 平形带,11,PPT学习交流,3、多楔带,12,PPT学习交流,4、 同步齿形带,13,PPT学习交流, 5-2 带传动理论基础, 受力分析 应力分析,BACK, 带的滑动现象 失效形式和计算准则 承载能力确定,14,PPT学习交流,F0,F0,2,1,O2,O1,预紧时,1、预紧时带两边所受的力F0,在带传动预紧时，带的两边只

3、受预紧拉力F0的作用。,一、受力分析,15,PPT学习交流,F2F0 (松边),F1F0 (紧边),O1,O2,1,2,Ff,n2,n1,Ff,F,f,工作时,2、工作时带两边所受的力F1，F2,在带传动工作时，带两边的拉力F0发生变化，一边的拉力增加到F1，称为紧边拉力；另一边减小到F2，称为松边拉力。带的总长不变。因此，紧边拉力的增长量与松边拉力的减少量也相等。则有:,即：,（1）,16,PPT学习交流,3、带传递的有效工作力Fe,b、有效拉力Fe由带和轮之间接触弧上摩擦力的总和Ff承受（接触弧段看）。,由（1）、（2）两式可得：,（2）,a、带两边所受的力F1，F2之差即为有效拉力Fe（

4、从动轮上看）。,c、效拉力Fe与功率之间的关系（传递运动功率看）,17,PPT学习交流,当Fe Ff ，始终保证Fe Ff 。然而，在一定条件下，Ff 是有一个极限值Ff max。当Fe Ff max时，导致打滑，欧拉公式可描述这种极限状况。,讨论：Fe和 Ff关系,18,PPT学习交流,二、应力分析,BACK,19,PPT学习交流,带沿弧面运动，微段dl产生离心力dC：,在垂直方向建立力平衡关系：,2. 离心应力,20,PPT学习交流,3. 弯曲应力 （发生于带与带轮接触的圆弧部分）,E -带的弹性模量 D -带轮的直径 C -带边缘到中性层距离,21,PPT学习交流,应力分布图,演示,22

5、,PPT学习交流,4. 最大应力： 等于拉应力（包括离心应力）与弯曲应力和;最大应力发生于紧边进入小带轮处。,23,PPT学习交流,三、带的滑动现象,1.带的弹性滑动 （固有的、不可避免的正常现象）,由于带的弹性和拉力差引起的带与带轮之间的滑动，称为弹性滑动。,24,PPT学习交流,后果：a. 效率降低；b. 带磨损；c. 带温升高； d. v2v1 传动比不准确,滑动率:从动轮相对于主动轮圆周速度的降低率：,25,PPT学习交流,2. 打滑 （过载失效，必须避免）,26,PPT学习交流,不是全部接触弧均发生 相对滑动时，接触弧分为滑动弧和静弧（带进入带轮一侧）两部分。, 接触 弧的变化： 未

6、加载时： 0 加载工作时： Fe 载荷极限时: FeFemax 0,带在带轮上全面滑动，导致带严重磨损、带的运动处于不稳定状态，这种现象称为打滑。,分析：弹性滑动到打滑的发展过程,27,PPT学习交流, 1 2 打滑发生在小带轮处,弹性滑动演示,大带轮,小带轮,打滑演示,28,PPT学习交流,BACK,四、失效形式和计算准则,1. 失效形式： 打滑、带疲劳破坏,2. 计算准则： 在不打滑前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。,若按打滑、带疲劳破坏两种失效形式分别建立计算公式，设计公式复杂且不便应用。这里采用单根带能传递功率的方式来建立带传动的强度计算公式。,29,PPT学习交流,BACK,（受打滑

7、和疲劳破坏两种失效形式制约 ） 1. 单根V带在特定条件下，能传递的功率P0,五、承载能力确定,不打滑条件下，带传递的最大载荷：,30,PPT学习交流,保证带具有一定疲劳强度： max1+b1 取峰值1 b1,不打滑且有一定的疲劳强度时，单根带传递的功率P,31,PPT学习交流,特定条件下单根带传递的功率P0 （载荷平稳 、 1 180i1、特定长度L） 试验 +计算 P0列表。,2. 单根V带实际能传递功率P P =(P0+P0)K KL P0 功率增量 （i 1b2 ,则相同寿命时,可以增加P ）,则： P0 0.0001 Tn1 （ T：扭矩修正值，n1：主动轮转速）,BACK,32,P

8、PT学习交流, K 包角系数 （ 180 P ） KL长度系数 （Ld Ld P 或P ）,PzZPZ (P0+P0)KKL,3. Z根带传递功率Pz,33,PPT学习交流,BACK, 5-3 带传动设计（V带）,1. 型号 ：型号f（Pd，n1）,按照推荐的图选取。 Pd、n1 （低速重载）选截面较大 的V带： C、D、E 型,Pd 、n1 （高速轻载） 选截面较小的V带 ： Y、Z、A型,2.最小带轮直径D1 大带轮直径D2和传动比i验算 不宜过小也不宜过大，可参考表来选取。,当 D b 寿命 规定D有最小值； 当 D 尺寸 不宜过大。,34,PPT学习交流,3.验算带速V： 525m/s

9、（最佳） PFV/1000, 传递功率一定时，,当V F 易大于Femax（打滑）,当V c Femax 工作能力下降,传动比i的误差校验：,实际传动比为,动力传动要求,因此,35,PPT学习交流,4. 中心距a和带长L： 一般可按此式初定 0.55（D1D2）+ha02（D1D2）,Ld V/L (带单位时间内绕过带轮的次数 ） 寿命 a 1Femax,a 尺寸工作时 拍击、颤动,36,PPT学习交流,初算带长 L0,37,PPT学习交流,5. 包角1验算 一般要求 1 120（70V带） 1Femax，容易打滑 。,38,PPT学习交流,a 1 i （D2D1） 1 因此要求（i7）,引起

10、包角的下降的因素：,6. 带的根数 Z,39,PPT学习交流,7. 初拉力 F0和压轴力Fr F0磨损、 应力 F0容易打滑 计算公式：,40,PPT学习交流,一、原因及目的 带传动工作一定时间之后 带的塑性伸长、松F0重新张紧,BACK, 5-4 张紧装置,二、方式 1、定期张紧 ： 中心距可调 中心距不可调 (张紧轮 ）,2、自动张紧 ： 中心距可调 中心距不可调 （张紧轮 ）,41,PPT学习交流,定期张紧,42,PPT学习交流,自动张紧,43,PPT学习交流,三、张紧力控制 带传动张紧力一般是通过在的中点加一垂直于带边的载荷G，使其产生规定挠度f来控制。（如图5-16）所示。,44,P

11、PT学习交流, 5-5 其它带传动简介,一、窄V带 窄v带采用合成纤维绳和钢丝绳作为强力层，我国有标准，分为SPZ、SPA、APB、SPC四种型号。与普通V带比，传动能力，允许速度（v=35-45m/s）和挠曲次数较高，传动寿命长，结构紧凑。,二、高速带传动： 带速V 30m/s，高速轴转速n=1000050000r/min的带传动属于高速带传动。其带，常采用重量轻、薄而均匀的环形平带，编制带应用较多。其带轮，加工精度较高，尽量采用轻质材料且要求动平衡，为防止掉带，轮缘部分加工出凸度，图5-17所示。,45,PPT学习交流,三、同步带传动： 同步带靠啮合来传递动力，它的基本参数是节距P（或者摸

12、数M），是在规定张紧力下相邻两齿对称中心的距离。,1、特点： 传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑传动效率高，可达0.98。制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。,2、分类： 同步带主要被分为两类，也就是梯形齿类和弧齿类，其中弧齿类同步带又能分为三个系列，分别是圆弧齿同步带、平顶圆弧齿同步带和和凹顶抛物线齿同步带。,46,PPT学习交流,（2）弧齿同步带 弧齿同步带的齿形为曲线形，这样齿高、齿根厚和齿根圆角半径更大，在受载之后应力的分布状态较好，避免齿根的应力过于集中而增加齿根的负载水平，因此弧齿同步带的齿根承载能力较好、使用寿命更长。,（1）梯形齿同步带 梯形齿同步带又可分为单面梯形齿同步

13、带和双面梯形齿同步带两种子类型，一般简称为单面带和双面带。双面梯形齿同步下按照对称形式的不同还能分为两种型号，它们分别是对称齿型同步带和交错齿型同步带,3、应用： 弧齿同步带目前主要应用在食品、纺织、制药、印刷、造纸和汽车等行业。,47,PPT学习交流,4、设计,已知条件：1传动功率、2带轮转速，3应用场合、原动机种类、工作制度、载荷性质。,计算功率Pd,带型（节距Pd或摸数m）,小带轮转速n1,小带轮齿数Z1,小带轮节圆直径d1,带速V验证,传动比计算i,大带轮节圆直径d2,大带轮齿数z2,初定中心距a0,带节线长度Ld及齿数zp,实际中心距a,小带轮啮合齿数zm,设计步骤：,48,PPT学

14、习交流,基准额定功率（摸数制无此计算） P0,带宽bs,剪切应力计算（摸数制） ,压强演算（摸数制）P,压轴力Fr,49,PPT学习交流,本章 结束,50,PPT学习交流,输送机设计实例,F5000N、v=0.4m/s、D 300mm、 载荷平稳，两班工作制 。,51,PPT学习交流,设计步骤分析：,电机选择、总传动比及其分配，运动学计算,一、传动装置总体设计,二、传动件设计 带 、齿轮 、链 三、装配图设计 轴 、轴承 、键,四、零件图设计 五、说明书,52,PPT学习交流,1、类型： 选择Y系列电动机 2、容量： P电P工/总2/0.83 2.41（KW）,（一 ）、选电机,一、传动装置总

15、体设计,P工Fv/100050000.4/10002 （KW） 总 V带轴承齿轮轴承链轴承卷筒 V带轴承3齿轮链卷筒 0.960.9930.970.960.96 0.83,查手册，取电机额定功率为 Ped3KW2.41KW,53,PPT学习交流,3、转速：,电机大（价高） 适中 传动装置体积大,750 rpm 1000 rpm 1500 rpm 3000 rpm,一般带传动2-5、齿轮传动3-8、链传动1-3，因此整个传动的传动比i总=6-120。,n电= i总n电=25.5*（6-120）=153-3060,可选电机转速：,54,PPT学习交流,综合考虑，选择额定转速：n电960rpm 4、

16、电机选择结果： 根据以上的功率和电机转速范围，查手册最后选定电机型号为： Y132S6 相应的主要参数为 Ped3KW、 n电960rpm,55,PPT学习交流,（二）、总传动比及分配,总传动比 i总,56,PPT学习交流,2. 传动比分配,选取：,57,PPT学习交流,（三）、运动学计算（各轴P、n、T） P1 P电2.41KW P2 P1 V带2.410.962.31KW P3 P2 轴承齿轮2.310.990.972.22KW P4 P3 轴承 链2.220.990.96 2.11KW,2. n1n电960rpm n2n1/i V带=960/2.6=369.2rpm n3n2/i 齿=

17、369.2/4.14=89.2rpm n4n3/i 链=89.2/3.5=25.5rpm,58,PPT学习交流,3.,59,PPT学习交流,(一)、带传动设计,已知 ： P12.41KW、i2.6 （n1960rpm、n2369.2rpm）、载荷平稳 、 两班制,二、传动件设计,60,PPT学习交流,一、带型号,P40 图48 ： P1=2.41KWPdKAP1 1.12.412.65KW n1960rpm （P39表44：KA1.1）,A型,61,PPT学习交流,二、带轮计算直径,P40 表45或表46 ： A型：Dmin75mm 取D1 100mm 则 D2 D1 i1002.6 =260

18、mm （圆整 ，取尾数为0或5）,62,PPT学习交流,校验传动比误差 Check the error of speed ratio,63,PPT学习交流,校验速度 Check peripheral velocity,64,PPT学习交流,三、确定长度Ld和中心距a Length of belt and centre-to-centre distance Owing to： 0.55（D1D2）+ha2 （D1D2） 初取 a0 D1D2 100+260360mm,65,PPT学习交流,2.确定带长度,66,PPT学习交流,3. 求实际中心距a The final centre-to-centre distance,67,PPT学习交流,4. 校验包角1 Check the arc of contact,68,PPT学习交流,四、确定带根数Z Numbers of belt,69,PPT学习交流,BACK,70,PPT学习交流,71,PPT学习交流,72,PPT学习交流,73,PPT学习交流,74,PPT学习交流,75,PPT学习交流,76,PPT学习交流,77,PPT学习交流,78,PPT学习交流,79,PPT学习交流,思考题,80,PPT学习交流,思考题