机械设计V带传动设计及其计算.ppt

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1、（带传动）机机 械械 设设 计计2021/9/231第五章第五章 带传动带传动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2021/9/232 特点、应用 分类 带的结构、型号和长度演示1、演示25-1 5-1 概述概述 带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们之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间的摩擦或啮合，进行两轴或多轴间运动和动力的传递。传递。2021/9/233 一、特点和应用一、特点和应用 1 1、优点、优点 2021/9/2342 2、缺点、缺点2021/9/235

2、3、应用应用2021/9/236二、二、类类 型型Standard V-belt1 1、按传动原理：摩擦和啮合。、按传动原理：摩擦和啮合。2 2、按带的形状、按带的形状:如下分类如下分类2021/9/2373 3、按传动形式分：、按传动形式分：开口传动开口传动 交叉传动交叉传动 半交叉传动半交叉传动 张紧轮传动张紧轮传动见表见表5-15-12021/9/2381.1.普通普通V V带带2.2.平形带平形带 3.3.多楔带多楔带 4.4.同步齿形带同步齿形带三、带的结构、型号和长度三、带的结构、型号和长度2021/9/2391.普通普通V带带2021/9/23102 2、平形带平形带2021/9

3、/23113 3、多楔带、多楔带2021/9/23124 4、同步齿形带同步齿形带2021/9/2313 5-2 5-2 带传动理论基础带传动理论基础 受力分析受力分析 应力分析应力分析 带的滑动现象带的滑动现象 失效形式和计算准则失效形式和计算准则 承载能力确定承载能力确定2021/9/2314F F0 0F F0 02 21 1O O2 2O1预紧时预紧时1 1、预紧时带两边所受的力、预紧时带两边所受的力F F0 0 在带传动预紧时，带的两边只受预紧拉力在带传动预紧时，带的两边只受预紧拉力F F0 0的作用。的作用。一、受力分析一、受力分析2021/9/2315F F2 2FFF0 0(紧

4、边紧边)O O1 1O O2 21 12 2F Ff fn n2 2n n1 1F Ff fF Ff f工作时工作时2 2、工作时带两边所受的力、工作时带两边所受的力F F1 1，F F2 2 在带传动工作时，带两边的拉力在带传动工作时，带两边的拉力F F0 0发生变化，一边的拉力增发生变化，一边的拉力增加到加到F F1 1，称为紧边拉力；另一边减小到，称为紧边拉力；另一边减小到F F2 2，称为松边拉力。带，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。则有相等。则有:即：即：（1 1）2021/9/2316

5、3 3、带传递的有效工作力、带传递的有效工作力FeFeb b b b、有效拉力、有效拉力、有效拉力、有效拉力F F F Fe e e e由带和轮之间接触弧上摩擦力的总和由带和轮之间接触弧上摩擦力的总和由带和轮之间接触弧上摩擦力的总和由带和轮之间接触弧上摩擦力的总和F F F Ff f f f承受（接触弧段看）。承受（接触弧段看）。承受（接触弧段看）。承受（接触弧段看）。由（由（1 1）、（）、（2 2）两式可得：）两式可得：（2 2）a a、带两边所受的力、带两边所受的力F1F1，F2F2之差即为有效拉力之差即为有效拉力FeFe（从（从动轮上看）。动轮上看）。c c、效拉力、效拉力FeFe与功

6、率之间的关系（传递运动功率看）与功率之间的关系（传递运动功率看）2021/9/2317 当当F Fe e F Ff f ，始终保证，始终保证F Fe e F Ff f 。然而，在一。然而，在一定条件下，定条件下，F Ff f 是有一个极限值是有一个极限值F Ff f maxmax。当当F Fe e F Ff maxf max时，时，导致打滑，欧拉公式可描述这种极限状况。导致打滑，欧拉公式可描述这种极限状况。讨论：讨论：FeFe和和 Ff Ff关系关系2021/9/2318二、应力分析二、应力分析2021/9/2319带沿弧面运动，微段带沿弧面运动，微段dl产生离心力产生离心力dC：在垂直方向建

7、立力平衡关系：在垂直方向建立力平衡关系：2.离心应力离心应力2021/9/23202021/9/23213.弯曲应力弯曲应力（发生于带与带轮接触的圆弧部分）（发生于带与带轮接触的圆弧部分）E-E-带的弹性模量带的弹性模量D-D-带轮的直径带轮的直径C-C-带边缘到中性层距离带边缘到中性层距离2021/9/2322应力分布图应力分布图2021/9/23234.4.最大应力：最大应力：等于拉应力（包括离心应力）与弯曲应力和等于拉应力（包括离心应力）与弯曲应力和;最最大应力发生于紧边进入小带轮处。大应力发生于紧边进入小带轮处。2021/9/2324三、带的滑动现象三、带的滑动现象1.1.带的弹性滑动

8、带的弹性滑动 （固有的、不可避免的正常现象固有的、不可避免的正常现象）v由于带的由于带的弹性弹性和和拉力差拉力差引起的带与带轮之间的滑动，称为引起的带与带轮之间的滑动，称为弹性滑动弹性滑动。2021/9/2325后果：后果：a.a.效率降低；效率降低；b.b.带磨损；带磨损；c.c.带温升高；带温升高；d.v d.v2 2vv1 1 传动比不准确传动比不准确 滑动率滑动率:从动轮相对于主动轮圆周速度的降低率从动轮相对于主动轮圆周速度的降低率：2021/9/23262.2.打滑打滑 （过载失效，必须避免）（过载失效，必须避免）2021/9/2327不是全部接触弧均发生不是全部接触弧均发生 相对滑

9、动时，接触弧分为滑动弧相对滑动时，接触弧分为滑动弧和静弧和静弧（带进入带轮一侧）两部分。（带进入带轮一侧）两部分。接触接触 弧的变化：弧的变化：未加载时：未加载时：0 0 加载工作时：加载工作时：F Fe e 载荷极限时载荷极限时:F:Fe eF Femaxemax 0 0 带在带轮上全面滑动，导致带严重磨损、带的运动处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分析：弹性滑动到打滑的发展过程2021/9/2328 1 1 2 2 打滑发生在小带轮处打滑发生在小带轮处2021/9/2329四、失效形式

10、和计算准则四、失效形式和计算准则 1.1.失效形式：失效形式：打滑、带疲劳破坏打滑、带疲劳破坏2.2.计算准则：计算准则：在不打滑前提下，具有一定的疲劳强度和在不打滑前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。寿命。若按打滑、带疲劳破坏两种失效形式分别建立计算若按打滑、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。传递功率的方式来建立带传动的强度计算公式。2021/9/2330（受打滑和疲劳破坏两种失效形式制约（受打滑和疲劳破坏两种失效形式制约 ）1.1.单根单根V V带在特定条件下

11、，能传递的功率带在特定条件下，能传递的功率P P0 0五、承载能力确定五、承载能力确定不打滑条件下，带传递的最大载荷：不打滑条件下，带传递的最大载荷：2021/9/2331保证带具有一定疲劳强度：保证带具有一定疲劳强度：maxmax1 1+b1b1 取峰值取峰值1 1 b1b1不打滑且有一定的疲劳强度时，单根带传递的功率不打滑且有一定的疲劳强度时，单根带传递的功率P P2021/9/2332特定条件下单根带传递的功率特定条件下单根带传递的功率P P0 0（载荷平稳（载荷平稳 、1 1 180180i i1 1、特定长度、特定长度L L）试验试验 +计算计算 P P0 0列表。列表。2.2.单根

12、单根V V带实际能传递功率带实际能传递功率P P P=(P P=(P0 0+P+P0 0)K)K K KL L P P0 0 功率增量功率增量（i i 1 1b2b2 ,则相同寿命时则相同寿命时,可以增加可以增加P P）则：则：P P0 0 0.0001 Tn0.0001 Tn1 1 （T T：扭矩修正值，：扭矩修正值，n1n1：主动轮转速）：主动轮转速）2021/9/2333 K K 包角系数包角系数 （180 P 30m/sV 30m/s，高速轴转速，高速轴转速n=1000050000r/minn=1000050000r/min的的带传动属于高速带传动。其带，常采用重量轻、薄而均带传动属于

13、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，图缘部分加工出凸度，图5-175-17所示。所示。2021/9/2347三、同步带传动：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同步带靠啮合来传递动力，它的基本参数是节距P P（或者摸数（或者摸数M M），是在规定张紧力下相邻两齿对称中），是在规定张紧力下相邻两齿对称中心的距离。心的距离。1 1、特点：、特点：传动比准确，对轴作用力

14、小，结构紧凑传动效率高，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑传动效率高，可达可达0.980.98。制造和安装精度要求较高，中心距要求较严。制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。格。2 2、分类：、分类：同步带主要被分为两类，也就是同步带主要被分为两类，也就是梯形齿类和弧齿梯形齿类和弧齿类类，其中弧齿类同步带又能分为三个系列，分别是圆，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弧齿同步带、平顶圆弧齿同步带和和凹顶抛物线齿同步带。步带。2021/9/2348（2 2）弧齿同步带）弧齿同步带弧齿同步带的齿形为曲线形，这样齿高、齿根厚和齿根圆弧齿同步带的

15、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。的齿根承载能力较好、使用寿命更长。（1 1）梯形齿同步带）梯形齿同步带 梯形齿同步带又可分为单面梯形齿同步带和双面梯梯形齿同步带又可分为单面梯形齿同步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。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双面梯形齿同步下按照对称

16、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号，它们分别是对称齿型同步带和交错齿型同步带3 3、应用：、应用：弧齿同步带目前主要应用在食品、纺织、制药、印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。刷、造纸和汽车等行业。2021/9/23494 4、设计、设计已知条件：已知条件：1 1传动功率、传动功率、2 2带轮转速，带轮转速，3 3应用场合、原应用场合、原动机种类、工作制度、载荷性质。动机种类、工作制度、载荷性质。计算功率计算功率P Pd d带型（节距带型（节距P Pd d或摸数或摸数m m）小带轮转速小带轮转速n n1 1小带轮齿小带轮齿数数

17、Z Z1 1小带轮节小带轮节圆直径圆直径d d1 1带速带速V V验证验证传动比计传动比计算算i i大带轮节大带轮节圆直径圆直径d d2 2大带轮齿大带轮齿数数z z2 2初定中心初定中心距距a a0 0带节线长度带节线长度L Ld d及齿数及齿数z zp p实际中心实际中心距距a a小带轮啮小带轮啮合齿数合齿数z zm m设计步骤：设计步骤：2021/9/2350基准额定功率基准额定功率（摸数制无此（摸数制无此计算）计算）P P0 0带宽带宽b bs s剪切应力剪切应力计算（摸计算（摸数制）数制）压强演压强演算（摸算（摸数制）数制）P P压轴力压轴力F Fr r2021/9/2351本章 结

18、束2021/9/2352输送机设计实例输送机设计实例F F5000N5000N、v=0.4m/sv=0.4m/s、D D 300mm300mm、载荷平稳载荷平稳，两班工作制两班工作制 。2021/9/2353设计步骤分析设计步骤分析：电机选择、总传动比及其分配，运动学计算电机选择、总传动比及其分配，运动学计算一、传动装置总体设计一、传动装置总体设计二、传动件设计二、传动件设计 带带 、齿轮、齿轮 、链、链 三、装配图设计三、装配图设计 轴轴 、轴承、轴承 、键、键四、零件图设计四、零件图设计五、说明书五、说明书 2021/9/23541 1、类型：、类型：选择选择Y Y系列电动机系列电动机2

19、2、容量：、容量：P P电电P P工工/总总2/0.832/0.83 2.412.41（KWKW）（一（一 ）、选电机）、选电机一、传动装置总体设计一、传动装置总体设计P P工工Fv/1000Fv/100050000.4/100050000.4/10002 2（KWKW）总总 V V带带轴承轴承齿轮齿轮轴承轴承链链轴承轴承卷筒卷筒 V V带带轴承轴承3 3齿轮齿轮链链卷筒卷筒 0.960.9930.970.960.96 0.960.9930.970.960.96 0.830.83查手册，取电机额定功率为查手册，取电机额定功率为 P Peded3KW2.41KW3KW2.41KW2021/9/2

20、3553 3、转速：、转速：电机大（价高）电机大（价高）适中适中 传动装置体积大传动装置体积大750 rpm 1000 rpm 1500 rpm 3000 rpm750 rpm 1000 rpm 1500 rpm 3000 rpm 一般带传动一般带传动2-52-5、齿轮传动、齿轮传动3-83-8、链传动、链传动1-31-3，因，因此整个传动的传动比此整个传动的传动比i i总总=6-120=6-120。n n电电=i i总总n n电电=25.5*=25.5*（6-1206-120）=153-3060=153-3060可选电机转速：可选电机转速：2021/9/2356 综合考虑，选择额定转速：综合

21、考虑，选择额定转速：n n电电960rpm960rpm4 4、电机选择结果：、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：机型号为：Y132S Y132S6 6 相应的主要参数为相应的主要参数为 P Peded3KW3KW、n n电电960rpm960rpm2021/9/2357（二）、总传动比及分配（二）、总传动比及分配1.1.总传动比总传动比 i i总总2021/9/23582.2.传动比分配传动比分配选取：选取：2021/9/2359 （三）、运动学计算（各轴（三）、运动学计算（各轴P P、n n、T T）1.1.P

22、 P1 1 P P电电2.41KW2.41KW2.2.P P2 2 P P1 1 V V带带2.410.962.410.962.31KW2.31KW3.3.P P3 3 P P2 2 轴承轴承齿轮齿轮2.310.990.972.310.990.972.22KW2.22KW4.4.P P4 4 P P3 3 轴承轴承 链链2.220.990.96 2.220.990.96 2.11KW2.11KW 2.n 2.n1 1n n电电960rpm960rpm n n2 2n n1 1/i i V V带带=960/2.6=369.2rpm=960/2.6=369.2rpm n n3 3n n2 2/i

23、i 齿齿=369.2/4.14=89.2rpm=369.2/4.14=89.2rpm n n4 4n n3 3/i i 链链=89.2/3.5=25.5rpm=89.2/3.5=25.5rpm2021/9/23603.2021/9/2361(一一)、带传动设计、带传动设计已知：P12.41KW、i2.6（n1960rpm、n2369.2rpm）、载荷平稳、两班制二、传动件设计二、传动件设计2021/9/2362一、带型号一、带型号P40 图48：P1=2.41KWPdKAP1 1.12.412.65KW n1960rpm （P39表44：KA1.1）A型2021/9/2363二、带轮计算直径二

24、、带轮计算直径 vP40 表45或表46：v A型：Dmin75mmv 取D1 100mm 则 D2 D1 i1002.6 =260mm （圆整，取尾数为0或5）2021/9/23642.校验传动比误差3.Check the error of speed ratio2021/9/23653.校验速度 Check peripheral velocity2021/9/2366三、确定长度Ld和中心距a Length of belt and centre-to-centre distance1.Owing to：2.0.55（D1D2）+ha2（D1D2）3.初取 a0 D1D24.100+2603

25、60mm2021/9/2367v2.确定带长度2021/9/23683.求实际中心距a The final centre-to-centre distance 2021/9/23694.校验包角1 Check the arc of contact2021/9/2370四、确定带根数Z Numbers of belt2021/9/23712021/9/23722021/9/23732021/9/23742021/9/23752021/9/23762021/9/23772021/9/23782021/9/23792021/9/23802021/9/23812021/9/2382思考题2021/9/

26、2383思考题2021/9/2384思考题2021/9/2385思考题2021/9/23862021/9/23872021/9/2388练习2021/9/2389答案2021/9/2390应力2021/9/2391弹性滑动2021/9/2392弹性滑动2021/9/2393打滑2021/9/23942021/9/23952021/9/23962021/9/23972021/9/23982021/9/23992021/9/231002021/9/231012021/9/231022021/9/231032021/9/231042021/9/231052021/9/231062021/9/2310

27、72021/9/231082021/9/231092021/9/231102021/9/231112021/9/231122021/9/231132021/9/231142021/9/231152021/9/231162021/9/231172021/9/231182021/9/231192021/9/231202021/9/231212021/9/231222021/9/231232021/9/231242021/9/231252021/9/231262021/9/231272021/9/23128 普通普通V V带、带、窄窄V V带和宽带和宽V V带是带是按照相对高度按照相对高度h/bph/bp值区分的，值区分的，它们的相对高度它们的相对高度分别是分别是0.70.7、0.90.9和和0.30.3。普通。普通V V带带应用范围广，窄应用范围广，窄V V带用于大功率、带用于大功率、结构紧凑的传动，结构紧凑的传动，宽宽V V带用于无极带用于无极变速。变速。2021/9/231292021/9/231302021/9/231312021/9/23132返回返回2021/9/23133