机械设计-教案(DOC 15页).doc

1、第七章 带传动（一）教学要求1、 掌握带传动受力分析和欧拉公式，了解弹性滑动的概念，了解带传动的类型与特点2、 掌握带应力分布规律和V带设计方法，掌握带传动设计和了解带的张紧与维护特点（二）教学的重点与难点1、 受力分析、欧拉公式及弹性滑动，带的应力分布图2、 V带传动的设计方法和注意事项（三）教学内容一、机器的组成传动装置工作机动力机二、传动装置定义：是实现能量传递机运动转换的装置作用：1）能量的分配与传递；2）运动形式的改变；3）运动速度的改变。 电传动机械能与电能相互转换传动 机械传动 啮合传动 摩擦传动 本书讨论 流体传动各种传动的特性比较见表1而摩擦传动和啮合传动的分类如P327所示

2、三、传动类型的选择1、 类型选择的主要指标：高；外廓尺寸小、质量小，运动性能良好及符合生产条件等2、 主要考虑因素：P的大小，高低；V的大小；i的大小；外廓尺寸；传动质量、成本的要求。3、 传动类型选择的一般原则条见书本71 概述一、带传动的工作原理及特点1、传动原理以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力分析：主动轮；从动轮。绷上带（张紧）具有初拉力（F0），接触面间产生绕压力（N），当回转产生摩擦力（Ff1），Ff1拖动带，产生摩擦（Ff2）,使轮回转。以实现两轴间的运动与动力的传递。（Ff1=Ff2=Ff）2、特点：主要根据摩擦传动；挠性带；特点相对

3、于其它传动（啮合传动）讲的。见书本：1）有过载保护作用；2）有缓冲吸振作用；3）运行平稳无噪音；4）适于远距离传动（amax=15m）；5）制造、安装精度要求不高缺点：1）有弹性滑动使传动比i不恒定；2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大；3）结构尺寸较大、不紧凑；4）打滑，使带寿命较短；5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。3、应用，适用于中心距较大的中心功率两轴之间的传递运动与动力，一般适于高速端。二、带传动的主要类型与应用带传动的类型非常多，但最常用的有：a.平型带传动最简单，适合于a较大的情况 b.V带传动三角带三角带传动c.多楔带适于传递功率较大而又要

4、求结构紧凑的场合d.同步带传动啮合传动，高速、高精度，适于高精度仪器装置中带比较薄，比较轻。带有接头（胶接）在光滑轮面上工作，内面为工作面，接头影响平稳性N平=Q，Ff=Nf=Qf，用于中心距a较大处，I=35,imax=10（有张紧时），传动效率=969。单根成形带、无头头，在梯形轮槽内靠两侧面工作，带剖面角，NV=（2.93.4）QN，fV=(3.423.0)f，fVf，在同样正压力下摩擦力大，承载能力大。用于a较小处，i大承载能力高，传动平稳，但传动效率=95%，寿命短，成本高，有标准，应用广泛。三、V带及其标准，三带胶带构造及标准1、V带的类型：普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大

5、楔角V带、宽V带等。2、构造三角胶带在内层或内外层带齿以增加柔性（抗拉体）强力层：帘布芯结构n层帘布制造方便绳芯结构线绳、尼龙绳和钢丝绳柔顺性较好，抗弯强度高、适于较高转速，载荷不大时。3、V带截面与公称长度带弯曲时既不伸长又不缩短的层中性层又称节面带节面宽度bpbp/h相对高度：普通V带 DP/h=0.7；窄V带DP/h=0.9带轮基准直径D带轮上与节面相对应的直径。基准长度Ld位于带轮基准直径上的周线长度对称公称长度Ld4、V型带标准，三角胶带规格、尺寸、使用等要求已有国家标准按截面尺寸从小到大共有如下类型（表6-1）A B C D E F 表7-2截面尺寸Z A B C D E 表7-3

6、基准长度系列剖面型号（普通V带）剖面尺寸和截面积 小 大传递功率 小 大传动转速 高 低楔角要求：成型带剖面角，为保证带与轮槽接触良好，增大摩擦力，其轮槽角，一般，差6，4，2，槽f，带承载能力大。但f与材质，表面状态、环境（温度、湿度等均有关），比较难于控制和稳定。Ff轮对带的摩擦力三、弹性滑动与打滑 1、弹性滑动不可避免设：带速V主动轮V1，从动轮V2，弹性带，在弹性范围由受力工作，其受力变形量均为由于，分析：主动轮上1） 在A1点带刚进入V=V12） 由A1B1点由F1F2 L1 V1V因轮 (1)等速回转在中Vi不变而带为适应L2小，边走边收缩（力越来越小），由此带的变形逐步由L1（下

7、降）L2至带在开始进入轮时与轮贴紧，而出轮时则落后于轮，带速落后于轮速。V1-V=VZ带相对于轮的相对滑动速度，同理，从动轮上，由A2B2点，中恰恰相反，带边走边伸长，带连高于轮连。V2Ffc时，即，开始全面打滑弹性滑动与打滑的区别：弹性滑动是由于带是挠性件，摩擦力引发的拉力差使带产生弹性变形不同而引起，是带传动所固有的，是不可避免的，是正常工作中允许的。而打滑是过载引起的，是失效形式之一，是正常工作所不允许的。是可以避免也是应该避免的。弹性滑动的影响：影响传动比i，使i不稳定，常发热、磨损。打滑的影响：使带剧烈磨损，转速急剧下降，不能传递T，不能正常工作。3、滑差率弹性滑动的影响，使从动轮的

8、圆周速度V2低于主动轮的圆周速度V1，其圆周速度的相对降低程度可用滑差率来表示。从上面分析知：则：称滑差率（滑动系数）表示速度相对降低程度由于：代入则：弹滑对i的影响系数理论传动比：一般当不计滑差率时带传动的理论传动比：思考题：摩擦力为什么首先靠带对轮挠出的一边产生。其方向如何确定？摩擦力在主、从动轮上的方向为什么是这样的？打滑是失效形式之一，不允许的，应当避免的，但又有过载保护作用，是否矛盾？（过载保护作用与打滑是否矛盾？）四、工作应力分析有几种应力，分布如何为设计进一步作准备条件。1、 拉应力 （Mpa） A带的横截面积（6-10）2、离心应力由于带有厚度，绕轮作圆周运动，必有离心惯性力C

9、（分布力学）在带中引起离心拉力FC，从而产生离心应力由牛顿定理：又主动轮上微段带进行分析得 （N）离心拉力离心拉应力： （Mpa） (6-11)在整个带长上相同式中：q单位带比质量（N），g重力加速度 g=9.8m/s2 V带的线速度（m/s）3、弯曲应力，如图6-8（P131）作用在带轮段V： （Mpa） (6-12)ymax带的中性层至外边缘的距离 D越小，越大；h越大，越大，讨论：，由此，V，但与D无关对高速带对寿命起主要作用。橡胶带不能用于高速 O，A，B，C 限制V35m/s D，E，F V30m/s对普通带传动，对寿命起主要作用与D，h有关，D，h，D1D2 限制D1min表6-6

10、4、带中应力分布情况如图6-9所示，从紧边松边只在弯曲部分有带全长存在在A1点最大应力： （6-13）位置产生在紧边与小带轮相切处工作时带中的应力是周期性变化的，随着位置的不同，应力大小在不断地变化，带容易产生疲劳破坏。73 带传动的设计计算一、尖效形式与设计计算1、失效形式（主要） 1）打滑；2）带的疲劳破坏 另外还有磨损静态拉断等2、设计准则：保证带在不打滑的前提下，具有足够的疲劳强度和寿命（苏：按不打滑设计（滑动曲线）验算疲劳寿命I80：保证不拉断不打滑条件下，设计疲劳寿命）注：临界摩擦状态（静不动下）不打滑条件3、单根三角胶带的功率P0由疲劳强度条件： （6-15）与传递功率有关（即与

11、打滑有关）许用拉应力 （6-16）传递极限圆周力： （6-18） 又 传递的临界功率： （6-19）将式（6-16）代入式（6-19）即可得单根三角带在不打滑的前提下所能传递的功率为： （KW） （6-20）式中：P0单根带带传递的临界功率（KW） V带速（m/s） Fec临界圆周力（N） 一定条件下（材料）由疲劳强度决定的许用拉应力由疲劳曲线方程：对一定规格、材质的带，i=1, L为特定长度，N=108109次，载荷平稳，可以通过实验求出常数C （Mpa） (6-21)式中：LP节线长度m。 ZP绕过带轮的数目。tn总工作时数（h） V带速（m/s）。 N应力循环次数。m疲劳循环应力指数，专

12、用胶带和帆布带m=56，三角胶带m=611。由疲劳曲线可知，带的工作应力降低10%，则带的使用寿命可提高12倍。由式（6-20）所决定的各种型号的单根三角胶带的许用功率P0见表6-4。，特定带长，平稳工作条件下单根带传递的许用功率P。表7-6a、c经过简化： （6-20）式（6-20）考虑因素多，全面科学。但较繁，用计算机编程计算，得表6-4，非常方便。这就是ISO运用的最新方法。二、设计数据及内容一般已知：P，n1，n2或i传动布置要求（中心距a）工作条件要求是： 带：型号，把数，长度 轮：Dmin，结构，尺寸 中心距（a） 轴压力Q等三、设计步骤与方法（步主要参数的选择方法）确定计算功率P

13、ca ：传递的额定功率（KW）KA工况系数，表6-5选择带型号：Pca，n1图6-10（型号）定带轮直径（验算带速V）a) 由表6-6定小轮直径D1min（与带的型号有关）（计算直径）或圆整（也可不圆整），b) 验算带速V （6-22）要求：，最佳带速V=2025m/s 如V太小，由P=FV可知，传递同样功率P时，圆周力F太大，带的根数太多，且P1太小，弯曲，寿命，措施：应D1且轴承尺寸） V太大，则离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力，传递载荷能力，传递同样载荷时所需张紧力增加，带的疲劳寿命下降，这时措施D1应，否则寿命太短。对O、A、B、C D、E、F 如V不合适，则应重选D1求中心距a

14、和带的基准长度Ld如结构布置有要求已定则a按结构求规定a时：a) 初选a0 或按结构尺寸要求定（6-23）b) 由a0定计算长度（开口传动）可自行推导 （6-24）c) 按表7-3定相近的基础长度Ld d) 由节线长度Ld求实际中心距对V （6-25）e) 考虑到中心距调整、补偿F0，中心距a应有一个范围 （6-26、27）书上LP即为U0.015Lamin 0.03Ldamax5）验算小轮包角，打滑首先产生在小轮上，小轮包角的大小反映带的承载能力。 （） （6-28）要求特殊情况下，不满足措施：1）a (i一定时)；2）加张紧轮分析：为使，当a一定时，传动比i不能过大，否则由式（6-28）可

15、知。i， D2-D1/a，一般i=35（V带） 6）计算带的根数Z （6-29）包角系数 表7-9KL长度系数 表7-10 考虑带的长度不同的影响因素。K材质系数：K=1.33化纤胶带；K=1棉布或棉线胶带单根胶带考虑传动比i影响的功率增量（因P0是按，即D1=D2的条件计算。而当传动比越大，从动轮直径就越比主动轮直径大，带绕上从动轮时的弯曲应力应比绕上主动轮时小，传动能力将有所提高）。表7-6b、ge 7-6d (KW) (6-30)n1主动轮转速（rpm）单根胶带所能传递的扭矩的修正值，N.m查表6-9（与i有关）本应：扭矩修正值 （可推导，经过4步即成）讨论：一般1Z120 24 102

16、0 小 适当 小74 带轮结构设计一、设计要求（动平衡）： 重量轻，结构工艺性好，无过大的铸造内应力、质量分布均匀，高速时要经动平衡，轮槽表面要经过精细加工（表面粗糙度一般为1.6），以减轻带的磨损。各轮槽尺寸与角度要有一定的精度，以使载荷分布较均匀。二、带轮材料铸铁、铸钢钢板冲压件铸铝或塑料三、结构尺寸1）实心式 图6-13a D（2.53）d2) 胶板式 6-13b D300mm3）孔板式 6-13c D300(D1-D1100mm时)4）轮辐式 6-13d D3005）冲压式结构尺寸按带的型号参照表6-11和表6-12定注： D越大，越大 例61自学75 带的张紧与维护带经一段时间使用后

17、，会因带的伸长而产生松驰现象，使F0，为保证正常工作，应定期检查F0大小。如F0不合格，重新张紧，必有张紧装置。一、带的张紧方法1） 定期张紧法，图6-14a，滑道式张紧装置，图6-14b摆架式或称改变中心距法2） 加张紧轮法，如图6-15a,b（当a不能调整时用）张紧轮位置：松边常用内侧靠大轮；松边外侧靠小轮张紧轮一般放在松边内侧，尽量靠大轮，使带呈单向弯曲且不致使小轮包角过小。如图6-15b，张紧轮装在松边外侧以增大轮包角二、带的维护安装时不能硬撬（应先缩小a或顺势盘上）带禁止与矿物油、酸、碱等介质接触，以免腐蚀带，不能曝晒不能新旧带混用（多根带时），以免载荷分布不匀防护罩定期张紧安装时两

18、轮槽应对准，处于同一平面76 新型带传动简介一、窄形三角带传动新型带，采用合成纤维作强力层，当h相同时，但传递功率P在国内外发展迅速，且都已标准化。特点：传递功率P大，允许转速高，允许挠曲次数高，且传动中心距a小目前三种窄V型带可代替六种标准带，如图6-16所示。张传递功率11200KW。3V、5V、8V比标准带高0.51.5倍，适用于大功率要求结构紧凑的传动。二、大楔角三角带传动如图6-17采用材质：强力层将纶绳作强力层；基体象氨脂橡胶浇注而成。520108特点：楔入性能良好，带薄而窄，轻，较小，小，f 大，承载能力高，可使D1至80%（D标），适于高速（50m/s），发展较快，适于高速重载

19、传动。三、强力锦纶带传动平型带（如图6-18）用热定伸长后的锦纶片作强力层、胶接成型特点：强度高，伸长小，摩擦大，结构尺寸小，承载能力高，传动效率高。比标准三角胶带还好，发展快，应用广。一、 高速带传动图7-14V30m/s，转轴n=(1000050000)rpm的带传动属高速带传动要求：运转平稳、可靠、具有高寿命。故采用轻而薄均匀的环形平型带。前用丝麻织带，现用锦纶纺织带（薄、轻）、空气阻力小，带轮精细加工，进行动平衡试验。为防止掉带，轮缘上有凸度，制成鼓形面或双锥面。在轮缘表面常开环形槽，以防止带与轮缘面间形成充气层而降低摩擦系数（高速时易形成气膜）。带轮高速时采用钢或铝合金。应用：二、

20、同步带传动综合了带和链传动的优点以钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉层、基体材料：氯丁橡胶或取胜氨酯橡胶，通过带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合运动。由于抗拉层受载后变形很小，能保持同步带周节不变，带与轮无相对滑动，从而保证了同步传动。优点：1）传动比正确；2）预紧力小，轴和轴承上受的载荷小；3）带薄而轻，允许高速；5）柔顺性较好，所用带轮直径可以较小；缺点：安装时中心距要求严格，且价格较贵。Vmax=50m/s(80m/s) Pmax=300KW imax=10(20),=0.98应用适合于要求传动比准确的中心功率传动基本参数：节距力节线周长L公称长度齿形：梯形齿较为常用；圆弧形齿承载能力高，疲劳寿命高。带型：MXL最轻型；XXL超轻型；XL特轻型；L轻型H重型；XH特重型；XXH超重型三、 楔胶带传动图7-16在平胶带的基体下做出许多纵向楔（图7-16），带轮也有相应的环形轮槽，靠楔面摩擦工作。特点：摩擦力大，传递功率大，张紧力小，兼有平型带和三角带的优点而弥补其不足。适用：要求结构紧凑，传动功率较大场合，特别适合要求三角带根数多，垂直地面的平行轴传动。但对多楔胶带与轮槽间距均匀性要求较高，否则会产生有些楔面不接触或接触不良其楔面摩擦效应大大减弱。联组三角带（如图6-21）在多根三角带的上底用一层薄的橡胶联接起来。这层薄胶有弹性，可以补偿槽距误差。弥补了多楔胶带的缺点。