机械设计基础-陈立德版课件-第九章.ppt

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1、本章的主要内容与要求：本章的主要内容与要求：带传动的原理、特点和主要应用；带传动的原理、特点和主要应用；带传动的运动特性；带传动的运动特性；带传动的受力分析、失效形式和设计准则；带传动的受力分析、失效形式和设计准则；带传动的设计计算；带传动的设计计算；带传动的布置和张紧；带传动的布置和张紧；本章的重点：本章的重点：掌握普通掌握普通V带传动的设计；带传动的设计；第第 9 章章 带传动带传动带传动的工作原理：带传动的工作原理：传动带被张紧在带轮上产生的初拉力传动带被张紧在带轮上产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力，主动轮转使得带与带轮之间产生压力，主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向动时，依

2、靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转；回转；9.1.19.1.1 带传动的类型带传动的类型9.9.1 1 概述概述n2n123 1F0F0F0F0v f f (1)平带传动平带传动结构简单；使用方结构简单；使用方便；能适用于较高便；能适用于较高的速度；传递功率的速度；传递功率较低；较低；使用方便；传递功率较大；使用方便；传递功率较大；应用最应用最广泛；广泛；V带寿命较短；不适宜高速传动；带寿命较短；不适宜高速传动；常用的范围：常用的范围：带速带速 v=535 m/s；传动比传动比 i 5；传递功率传递功率P 50 100 KW；(3)多楔多楔V带传动带传动兼有平带传动与兼有平带传动与V带传动的优点；

3、带传动的优点；(4)圆形带传动圆形带传动结构简单，传递功率小；结构简单，传递功率小；在机械制造业中应用较少；在机械制造业中应用较少；(2)V带传动带带传动带当量摩擦系数当量摩擦系数fv：传动原理：传动原理：靠带齿与轮齿之间的啮合实现传靠带齿与轮齿之间的啮合实现传动，两者无相对滑动，从而使圆周动，两者无相对滑动，从而使圆周速度同步；速度同步；特点：特点：传动比恒定；结构紧凑；传动比恒定；结构紧凑；带薄而轻，抗拉强度高；带薄而轻，抗拉强度高；传动比、传递功率较传动比、传递功率较V带大；带大；效率高；能适应高速传动；效率高；能适应高速传动；成本高；对制造和安装要求高；成本高；对制造和安装要求高；(5

4、)同步齿形带传动同步齿形带传动9.1.29.1.2 带传动的形式及各种带型的适用性带传动的形式及各种带型的适用性B1aB1b带的基准长度计算：带的基准长度计算：9.1.39.1.3 带传动的几何计算带传动的几何计算 a0 设计时初取的中心距；设计时初取的中心距；代入上式得：代入上式得：计算出计算出Ld0后应按按表后应按按表9.4取接近的带长标准值取接近的带长标准值Ld；设计中心距：设计中心距：小轮包角：小轮包角：0 时，有：时，有：9.1.49.1.4 带传动的特点带传动的特点优点：优点：1)带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动，传动平稳带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动，传动平稳2)结

5、构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉结构简单，制造、安装和维护方便，成本低廉3)过载时利用带与带轮之间的打滑，自动实现过载保护过载时利用带与带轮之间的打滑，自动实现过载保护4)适用于中心距较大的传动适用于中心距较大的传动带传动的缺点：带传动的缺点：1)不能保证固定不变的传动比不能保证固定不变的传动比2)传动的外廓尺寸较大传动的外廓尺寸较大3)传动带的寿命较短，传动效率较低传动带的寿命较短，传动效率较低4)需要张紧装置需要张紧装置9.1.49.1.4 带传动的应用范围带传动的应用范围9.2.1 9.2.1 传动带传动带 1.1.平带平带平带的材质：橡胶帆布、皮革、棉布等；平带的材质：橡胶帆布、

6、皮革、棉布等；平带的接头：平带的接头：2.V 2.V带带V带的类型：普通带的类型：普通V带，窄带，窄V带，宽带，宽V带，大楔角带，大楔角V带，带，汽车汽车V带等；其中普通带等；其中普通 V带应用最广；带应用最广；(1)普通普通V带带V带的结构、材质带的结构、材质9.29.2 带和带轮带和带轮普通普通V带带的尺寸规格的尺寸规格：规格、尺寸已标准化；规格、尺寸已标准化；型号：型号：Y Z A B C D E 尺寸：尺寸：小小 大大 承载能力：承载能力：小小 大大 (2)窄窄V带带窄窄V带带的的结结构、材构、材质质、尺寸尺寸规规格格：窄窄V带带的特点：的特点：结结构构紧紧凑，凑，传动传动能力能力强强

7、；9.2.29.2.2 带轮带轮 (1)带轮带轮的的设计设计要求要求足足够够的的强强度，度，铸铸造内造内应应力小；力小；质质量小且分布均匀；工量小且分布均匀；工艺艺性好，便于制造；工作表面性好，便于制造；工作表面应应有合适的粗糙度；有合适的粗糙度；5 m/s v 25 m/s 动动平衡；平衡；(表表9.2)a)实实心心轮轮 S型，型，dd 2.5d v 2530 m/s 铸钢，钢板焊接；铸钢，钢板焊接；高速轻载高速轻载 铝合金；铝合金；(2)带轮带轮的的结结构构a)实实心式心式 S型型b)腹板式腹板式 P型型c)孔板式孔板式 H型型d)轮辐轮辐式式 E型型(1)带轮带轮的材料的材料b)腹板腹板

8、轮轮 P型，型，dd 300 mm带轮带轮各部分各部分结结构尺寸已构尺寸已标标准化，准化，设设计时计时可参考可参考有关有关资资料；料；9.3.19.3.1 带传动的受力分析带传动的受力分析静止状态下带的受力：初拉力静止状态下带的受力：初拉力F0；工作状态下的拉力工作状态下的拉力紧边拉力紧边拉力 F1：带绕入主动轮一边的拉力；：带绕入主动轮一边的拉力；松边拉力松边拉力 F2：带绕入从动轮一边的拉力；：带绕入从动轮一边的拉力；紧边拉力紧边拉力 F1、松边拉力、松边拉力 F2 和初拉力和初拉力F0 的关系：的关系：忽略带的变形有：忽略带的变形有：F1+F2 =2F0 ；有效拉力有效拉力(圆周力圆周力

9、)F：F=F1-F2；带传动传递的功率：带传动传递的功率：P=Fv/1000 ；9.39.3 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析F0F0F0F021n1n2 f f F1F1F2F2 最大有效拉力最大有效拉力F 的计算：的计算：由由欧拉公式欧拉公式有：有：F1/F2=e f ；联立：联立：F=F1 F2 ；F1/F2=e f 得：得：将将F1、F2代入代入式式 F0=(F1+F2)/2 得：得：最大有效拉力：最大有效拉力：影响最大有效拉力的因数：影响最大有效拉力的因数：1)初拉力初拉力F0 F0增大，增大，F也增大，但也增大，但V带的寿命缩短，对轴和轴承带的寿命缩短，对轴和轴承的强度、寿

10、命也有影响；的强度、寿命也有影响；u保持一定的合理初拉力，但不能通过增大初拉力提高保持一定的合理初拉力，但不能通过增大初拉力提高传动能力；传动能力；2)摩擦系数摩擦系数 f 对对V带传动带传动 f 为当量摩擦系数为当量摩擦系数 fv：f 增大，增大，F 增大，但传动带的磨损加剧，寿命缩短；增大，但传动带的磨损加剧，寿命缩短；u不能通过增大带轮的表面粗糙度来提高传动能力；不能通过增大带轮的表面粗糙度来提高传动能力；通常带轮的表面粗糙度为：通常带轮的表面粗糙度为：Ra=1.6 3.2；3)小轮包角小轮包角 减小，减小，F 减小；减小；为保证正常传动，设计中应满足：为保证正常传动，设计中应满足：12

11、0 ；增大，增大，F 增大，但增大，但 i 不变的条件下，结构也要增大；不变的条件下，结构也要增大；u在一定条件下，在一定条件下，F 的最大值是一定的，若实际传动力超过的最大值是一定的，若实际传动力超过F 的最大值；传动带与带轮将发生打滑，这是传动中不允的最大值；传动带与带轮将发生打滑，这是传动中不允许出现的；许出现的；1.1.紧边和松边拉力产生的拉应力紧边和松边拉力产生的拉应力 紧边：紧边：1=F1/A；松边：；松边：2=F2/A；2.2.离心力产生的拉应力离心力产生的拉应力 c=Fc/A=q v2/A；q 每米带长的质量每米带长的质量(kg/m)；3.3.弯曲应力弯曲应力 b =2yE/d

12、d ；y 中性层到最外层的距离；中性层到最外层的距离；应力分布：应力分布：最大应力：最大应力最大应力：最大应力 max出现在紧边与小轮的接触处；出现在紧边与小轮的接触处；max=1+c+b1 9.3.29.3.2 带的应力分析带的应力分析 传动带的弹性滑动现象：传动带的弹性滑动现象：带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速；带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑超前于轮速；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；动，使带速落后于轮速；弹性滑动是带传动中正常的、不可避免的物理现象，也弹性滑动是带传动中正常的、不可避

13、免的物理现象，也是导致带传动的传动比不准确是导致带传动的传动比不准确(v2 v1)的主要原因；的主要原因；9.2.39.2.3 带传动的弹性滑动与打滑带传动的弹性滑动与打滑 弹性滑动率：弹性滑动率：传动比：传动比：V带传动的滑动率带传动的滑动率 =0.010.02，一般可忽略不计；，一般可忽略不计；弹性滑动与打滑的区别：弹性滑动与打滑的区别：9.49.4 普通普通V V带传动的设计计算与实例分析带传动的设计计算与实例分析9.4.19.4.1 V V带传动的失效形式和设计准则带传动的失效形式和设计准则V带传动的失效形式：带传动的失效形式：1)传动传动带在带轮上打滑而丧失工作能力带在带轮上打滑而丧

14、失工作能力2)传动传动带在交变应力作用下发生的脱层、撕裂、拉断等带在交变应力作用下发生的脱层、撕裂、拉断等疲劳损坏疲劳损坏V带的计算准则：带的计算准则：保证传动带在不打滑的条件下，传动带保证传动带在不打滑的条件下，传动带 具有一定的疲劳强度和寿命；具有一定的疲劳强度和寿命；保证不打滑保证不打滑则要求传递的圆周力则要求传递的圆周力Fc 不能超过最大有效不能超过最大有效圆周力圆周力F，即：，即：传动带具有一定的疲劳强度和寿命则要求传动带的最传动带具有一定的疲劳强度和寿命则要求传动带的最大应力应满足：大应力应满足：max=1+c+b1 ；9.4.2 9.4.2 单根单根V V带的许用功率带的许用功率

15、满足设计准则的最大有效圆周力满足设计准则的最大有效圆周力 由设计准则：由设计准则：max=1+c+b1 可得：可得：单根单根V带带传动的额定传动的额定功率功率：单根带的基本额定功率：单根带的基本额定功率：当当 =(i=1)，带长为特定长度，抗拉体为化学纤维绳，带长为特定长度，抗拉体为化学纤维绳芯的条件下芯的条件下单根带的额定功率单根带的额定功率；(表表9.7 9.17)单根单根V带的许用功率：带的许用功率：考虑实际工作条件与基本条件区别后的单根带额定功率；考虑实际工作条件与基本条件区别后的单根带额定功率；P0=(P0+P0)K KL 式中：式中：P 功率增量；功率增量；i 1 时的功率修正值；

16、时的功率修正值；Kb 弯曲影响系数，弯曲影响系数，i 1 不同带型的修正；不同带型的修正；(表表9.18)Ki 传动比系数，传动比系数，i 1 弯曲应力修正；弯曲应力修正；(表表9.19，9.20)K 包角系数；包角系数；180时对传动能力的影响；时对传动能力的影响；(图图9.12)KL 长度系数长度系数；带长不同时对传动能力的影响；带长不同时对传动能力的影响；(表表13-2)1.1.设计的原始数据及内容设计的原始数据及内容设计的原始数据：传递功率设计的原始数据：传递功率 P；转速；转速n1，n2(或或 i)；传动位置要求；工作条件；传动位置要求；工作条件；设计内容：确定带的型号、长度、根数；

17、设计内容：确定带的型号、长度、根数；传动的中心距；传动的中心距；带轮结构及其尺寸；带轮结构及其尺寸；作用在轴上的力；作用在轴上的力；2.2.设计计算步骤设计计算步骤(1)确定计算功率确定计算功率计算功率：计算功率：Pc=KAP KA 工作情况系数工作情况系数；(表表9.21)9.4.39.4.3 V V带传动的设计计算带传动的设计计算按按Pc查图查图9.13；选定点在两种型号分界线附近时，可初选两个方案，选定点在两种型号分界线附近时，可初选两个方案，通过设计计算比较后作出取舍；通过设计计算比较后作出取舍；(3)确定带轮直径确定带轮直径带轮直径对传动的影响：带轮直径对传动的影响：(2)选择选择V

18、带型号带型号 dd1 结构尺寸结构尺寸；小带轮直径小带轮直径 d1 选用：选用：参考图参考图9.14的推荐值，且应大于表的推荐值，且应大于表9.6中的最小值；中的最小值；大带轮直径：大带轮直径：dd2=i(1-)dd1 按按标标准准圆圆整整(表表9.3)；dd1 b v(带速带速)c P一定时一定时F :1 ，F0 ；一般一般 v=(15 20)m/s为宜，为宜，v 25 m/s，带速过大，带速过大，应适，应适当当减减小小dd1；(5)确定中心距和带长确定中心距和带长中心距对传动的影响：中心距对传动的影响：中心距越大，结构尺寸也越大，当带速高时传动带中心距越大，结构尺寸也越大，当带速高时传动带

19、容易产生颤动；容易产生颤动；中心距小，小轮包角也小，有效圆周力也将减小；中心距小，小轮包角也小，有效圆周力也将减小；中心距的确定：中心距的确定：设计对中心距有要求时，按结构要求确定；设计对中心距有要求时，按结构要求确定；设计对中心距无要求时，一般初取为：设计对中心距无要求时，一般初取为：0.7(d1d2)a0 2(d1d2)(4)验算带速验算带速按表按表9.3取接近的带长标准值取接近的带长标准值Ld重新计算中心距：重新计算中心距：实际中心距的范围：实际中心距的范围：(a 0.015Ld)a (a+0.03Ld)(6)验算小轮包角验算小轮包角 过小时，可适当增大过小时，可适当增大 a，或增加张紧

20、轮；，或增加张紧轮；带长的计算值：带长的计算值：(7)确定确定V带根数带根数 z传动带最多使用根数传动带最多使用根数：(表表9.22)过多时应重新选择过多时应重新选择V带的型号；带的型号；(8)确定初拉力确定初拉力F0 考虑离心力的影响后有：考虑离心力的影响后有：(9)作用在带轮轴上的力作用在带轮轴上的力FQF0F0 1FQ9.4.49.4.4 实例分析实例分析例例9.1(题略题略)解：解：(1)确定计算功率确定计算功率由表由表9.21，取：，取：KA=1.3 Pc=KAP=1.3 10=13 kw(2)选择选择V带型号带型号按按Pc查查图图9.14，选定，选定V带型号为：带型号为：B型；型；

21、(3)确定带轮直径确定带轮直径参考表参考表9.6，dd1min 125；参考图参考图9.14的推荐值，的推荐值，dd1=125 140；取取 dd1=140 取取 =0.02；i=n1/n2=1450/400=3.625 则：则：dd2=i(1-)dd1=3.625 140(1 0.02)=497.35；参考表参考表9.3圆圆整整为为：dd2=500 ；实际传动比：实际传动比：i=dd2/dd1=500/1/140=3.571传动比的误差率：传动比的误差率：传动比的误差满足要求传动比的误差满足要求；(4)验算带速验算带速带速满足要求带速满足要求；确定大带轮直径确定大带轮直径dd2按题目要求，初

22、取：按题目要求，初取：a0=1500；V带计算长度：带计算长度：查表查表9.4，取最接近的标准长度为：，取最接近的标准长度为：Ld=4000；计算实际中心距：计算实际中心距：中心距的变动范围：中心距的变动范围：amin=a 0.015Ld=1487 0.015 4000=1427 amax=a+0.03Ld=1487+0.03 4000=1607 (5)确定中心距和带长确定中心距和带长 满足要求；满足要求；(7)确定确定V带根数带根数 z 查表查表9.10：P0=3.62；表；表9.18：Kb=2.6494 10-3 ；表表9.19：Ki=1.7313；表；表9.4 KL=1.13；K =0.

23、97；(表中不能直接查出的数值均采用线性插值表中不能直接查出的数值均采用线性插值)代入得：代入得：(6)验算小轮包角验算小轮包角取取 z=4；(8)确定初拉力确定初拉力F0 及作用在轴上的力及作用在轴上的力FQ 查表查表9.6，q=0.17 kg/m；初拉力初拉力F0：作用在轴上的力作用在轴上的力FQ(10)带轮结构设计带轮结构设计小带轮小带轮 实心式；实心式；大带轮大带轮 条幅式；条幅式；u设计结果：设计结果：型号：型号：B 4000 GB/T11544 1997，z=4；带轮直径：带轮直径：dd1=140，dd2=500；中心距：中心距：a=1487；初拉力初拉力：F0=260 N；作用在

24、轴上的力：作用在轴上的力：FQ=2067 N；9.5.19.5.1 传动带的张紧装置传动带的张紧装置传动带的张紧方法：传动带的张紧方法：1)调整中心距调整中心距 2)采用张紧轮采用张紧轮 3)自动张紧自动张紧9.59.5 V V带传动的带传动的张紧、正确安装与维护张紧、正确安装与维护调整中心距调整中心距调整、使用中要注意的问题：调整、使用中要注意的问题：1)V带在带轮槽中的正确位置带在带轮槽中的正确位置 2)两带轮的正确位置两带轮的正确位置 3)V带的张紧程度带的张紧程度 4)V带的更换要统一带的更换要统一 5)V带的工作环境带的工作环境 6)V带安全防护装置带安全防护装置9.5.29.5.2 正确调整、使用与维护正确调整、使用与维护9.69.6 同步带传动设计同步带传动设计本章结束实心轮腹板轮板孔轮条幅轮V带 略去二阶微量略去二阶微量dF d ，整理得：，整理得：dFN=F d f dFN=dF 由力的平衡方程得：由力的平衡方程得：欧拉公式：欧拉公式：对上式沿带与带轮的接触范围积分，即：对上式沿带与带轮的接触范围积分，即：由此得：由此得：ln(F1/F2)=f ；或：；或：F1/F2=e f ；最大有效拉力：最大有效拉力：将将F1、F2代入代入式式 F0=(F1+F2)/2 得：得：解得：解得：联立：联立：F=F1 F2 ；F1/F2=e f