机械设计基础带传动

第7章 带传动,7.1 机械传动概述 7.2 带传动概述 7.3 带传动的工作情况分析 7.4 V带传动选用计算 7.5 V带轮材料和结构 7.6 带传动的张紧,7.1 机械传动概述,机器一般都有传动装置，它是将原动机的运动和动力传给工作机的中间装置，它常起以下作用： （1） 减速(或增速)。 工作机速度往往和原动机速度不一致，利用传动装置可以达到改变速度的目的。 （2） 调速。 许多工作机的转速需要能根据工作要求进行调整，而依靠原动机调速往往不经济，甚至不可能，而用传动装置很容易达到调整速度的目的。 （3） 改变运动形式。原动机的输出轴常用等速回转运动，而工作机要求的运动形式则是多种多样的，如直线运动、 螺旋运动、间歇运动等，靠传动装置可实现运动形式的改变。 （4） 增大转矩。工作机需要的转矩往往是原动机输出转矩的几倍或几十倍，通过减速传动装置可实现增大转矩的要求。 （5） 动力和运动的传递和分配。一台原动机常要带动若干个不同速度、不同负载的工作机，这时传动装置还起到分配动力和运动的作用。,表7-1 机械传动的形式和应用特点,表7-1 机械传动的形式和应用特点,7.2 带 传 动 概 述,7.2.1 带传动的工作原理和应用 1. 带传动的工作原理,图7-1 磨擦型带传动工作原理,图7-2 啮合型带传动,摩擦型带传动通常由主动轮、从动轮和传动带组成。传动带以一定的初拉力F0紧套在带轮上，在F0的作用下，带与带轮的接触面间产生正压力，当主动轮1回转时，接触面间产生摩擦力，主动轮靠摩擦力使传动带3与其一起运动。同时，传动带靠摩擦力驱使从动轮2与其一起转动，从而主动轴上的运动和动力通过传动带传递给了从动轴。在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下，V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力要大，所以V带传动能力强，结构更紧凑， 在机械传动中应用最广泛。V带按其宽度和高度相对尺寸的不同， 又分为普通V带、窄V带、宽V带、 汽车V带、齿形V带、大楔角V带等多种类型。目前，普通V带应用最广， 本章主要讨论普通V带的设计问题。 今天主要学习普通V带传动选用计算 ,2. 带传动的特点 摩擦型带传动主要特点如下： (1) 传动带具有弹性和挠性， 可吸收振动并缓和冲击， 从而使传动平稳、噪声小。 (2) 当过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动而不损伤其他零件，起过载保护作用。 (3) 适合于主、 从动轴间中心距较大的传动。 (4) 由于有弹性滑动存在， 故不能保证准确的传动比， 传动效率较低。 (5) 张紧力会产生较大的压轴力， 使轴和轴承受力较大， 传动带寿命降低。 另外，带在工作时，会产生弹性滑动，因此，传动比不能严格保持不变。带传动的轮廓尺寸大，传动效率较低。因此， 带传动一般传递功率为50100 kW，带速为525 m/s，传动比不超过5，效率约为0.920.97。,3. 带传动的类型,图7-3 带的传动类型和横截面形状 (a) 平带； (b) V带； (c) 多楔带； (d) 圆形带,图7-4 V带的结构,7.2.2 普通V带型号和基本尺寸,表7-2 普通V带截面基本尺寸 ha基准直径，B顶宽，Bp基准宽度，H 高度，锲角,表7-9 普通V带轮的轮槽尺寸： bp基准宽度，ha基准线上槽深，hf基准线下槽深，e槽间距，f第一槽对称面至端面的距离，轮槽角，B带轮宽，da外径,表7-3 普通V带的基准长度系列及长度系数 （KL代长修正系数）,7.3.3 带传动的弹性滑动 带工作时，如带不伸长，主动轮和从动轮的圆周速度v1和v2将与带的线速度相等，即,则理论传动比i为,(7-12),(7-13),式中：dd1，dd2带轮的基准直径，mm。,弹性滑动会引起下列后果： (1) 从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确。 (2) 损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高， 并引起传动带磨损。由于弹性滑动引起从动轮圆周速度低于主动轮圆周速度，其相对降低率通常称为带传动滑动系数或滑动率，用表示,(7-14),7.3.4 打滑现象 带传动是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定时，当传递的有效圆周力F超过带与轮面间的极限摩擦力时，带就会在带轮轮面上发生明显的全面滑动， 这种现象称为打滑。当传动出现打滑现象时，虽然主动带轮仍在继续转动，但从动带轮及传动带有较大的速度损失，使带传动处于不稳定状态，甚至完全不动。由于大带轮上的包角大于小带轮的包角，由式（7-7）可知，打滑总是在小带轮上首先开始的。打滑是一种有害现象， 它将使传动失效并加剧带的磨损。因此，在正常工作时，应避免打滑现象。,7.3.5 带的疲劳破坏 带在工作时的应力随着带的运转而变化，是交变应力。 转速越高、带越短，单位时间内带绕过带轮的次数越多， 带的应力变化就越频繁。长时期工作，传动带在交变应力的反复作用下会产生脱层、撕裂，最后导致疲劳断裂，从而使传动失效。,7.4 V带传动选用计算,7.4.1 设计准则和单根V带额定功率 1. 设计准则 由于带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带传动的设计准则是：在保证带传动不打滑的条件下，使V带具有一定的疲劳强度。,2. 单根V带额定功率 单根V带所能传递的功率与带的型号、长度、带速、带轮直径、包角大小以及载荷性质等有关。为了便于设计，测得在载荷平稳、包角为180及特定长度的实验条件下，单根V带在保证不打滑并具有一定寿命时所能传递的功率P0(kW)，称为额定功率。各种型号的P0值见表7-4。,表7-4 单根普通V带的基本额定功率P0,(1=2=180，特定长度，载荷平稳),单位： kW,表7-4 单根普通V带的基本额定功率P0,当实际使用条件与实验条件不符合时，此值应当加以修正， 修正后即得实际工作条件下单根V带所能传递的功率P的计算公式如下：,P=(P0+P0)KKL,(7-16),式中：K包角系数，考虑不同包角对传动能力的影响，其值见表7-5； KL长度系数，考虑不同带长对传动能力的影响，其值见表7-3； P0功率增量(kW)， 考虑传动比i1时带在大带轮上的弯曲应力较小，从而使P0值有所提高，P0值见表7-6。,表7-5 包 角 系 数 K,表7-6 单根普通V带i1时额定功率的增量P0 单位：kW,表7-6 单根普通V带i1时额定功率的增量P0 单位：kW,7.4.2 设计计算的一般步骤和方法 1. 确定设计功率PC 设计功率是根据需要传递的名义功率再考虑载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素而确定的，表达式如下。,PC=KAP,(7-17),式中: P所需传递的名义功率，kW； KA工作情况系数， 按表7-7选取。,表7-7 工作情况系数KA （I类软起动，II类负载启动）,2. 选择带型 V带的带型可根据设计功率PC和小带轮转速n1由图7-9选取。,3. 确定带轮的基准直径dd1。dd2 (1) 选取小带轮基准直径dd1 。如前所述，带轮直径越小， 则带的弯曲应力越大，易于疲劳破坏。V带轮的最小直径ddmin见表7-8。选择较小直径的带轮，传动装置外廓尺寸小、重量轻； 而带轮直径增大，则可提高带速、减小带的拉力，从而可能减少V带的根数，但这样将增大传动尺寸。设计时可参考图7-9中给出的带轮直径范围按标准取值。,表7-8 V带轮的最小直径,注： 带轮的基准直径系列是 20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 335 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 900 1000 1060 1120 1250 1600 2000 2500,(2) 验算带的速度。传递一定功率时， 带速愈高，圆周力愈小，所需带的根数愈少，但带速过大，带在单位时间内绕过带轮的次数增加，使疲劳寿命降低。同时，增加带速会显著地增大带的离心力，减小带与带轮间接触压力。 当带速达到某一数值后，不利因素将超过有利因素，致使P0降低，设计时应使vvmax。一般在v=525 m/s内选取，以v=2025 m/s最有利。对Y、Z、A、B、C型带vmax=25 m/s，对D、E型带，vmax=30 m/s。如vvmax，应减小dd。 （一般V不得小于5M/s，为充分发挥V带的传送能力，应使V约等于20M/s）,（3）确定大带轮的基准直径dd2。大带轮基准直径 计算后也应按表7-8直径系列值圆整。当要求传动比精确时， 应考虑滑动系数来计算轮径，此时dd2可不圆整。,(7-18),通常取=0.02。,4. 确定中心距和带长 当中心距较小时，传动较为紧凑，但带长也减小，在单位时间内带绕过带轮的次数增多，即带内应力循环次数增加，会降低带的寿命。而中心距过大时则传动的外廓尺寸大，且高速时容易引起带的颤动， 影响正常工作。 一般推荐按下式初步确定中心距a0，即,a0=(0.72)(dd1+dd2),(7-19),初选a0后，可根据下式计算V带的初选长度L0。,(7-20),根据初选长度L0，由表7-3选取与L0相近的基准长度Ld，作为所选带的长度，然后就可以计算出实际中心距a，即,(7-21),考虑到安装调整和带松弛后张紧的需要，应给中心距留出一定的调整余量。中心距的变动范围为,(7-22),5. 验算小带轮包角1 小带轮包角可按下式计算,(7-23),一般要求1120否则应适当增大中心距或减小传动比，也可以加张紧轮。,6. 确定V带根数z,(7-24),带的根数z应圆整，为使各根带受力均匀，其根数不宜过多， 一般取z25根为宜，最多不能超过810根，否则应改选型号或加大带轮直径后重新设计。,7. 计算初拉力F0和轴上压力FQ （1）初拉力。初拉力F0过小，则产生的摩擦力小，传动易打滑。初拉力愈大，带对轮面的正压力和摩擦力也愈大，不易打滑，即传递载荷的能力愈大： 但初拉力过大会增大带的拉应力，从而降低带的疲劳强度，同时作用在轴上的载荷也大，故初拉力的大小应适当。 考虑离心力的影响时，单根V带的初拉力(预紧力)可按下式计算,(7-25),（2） 轴上压力。带的张紧对安装带轮的轴和轴承来说， 会影响其强度和寿命。因此必须确定作用在轴上的径向压力FQ， 为了简化计算，通常不考虑松边、紧边的拉力差，近似按带两边的初拉力的合力来计算。 由图7-10可知,8. 带轮设计 带轮设计包括以下内容：确定结构类型、结构尺寸、轮槽尺寸、 材料，画出带轮工作图。 【例7-1】试设计带式输送机的V带传动，采用三相异步电机Y160L6，其额定功率P11kW，转速n1970r/min，传动比i=2.5，两班制工作。 解 (1) 确定计算功率PC，选取V带类型。 查表7-7得工作情况系数KA=1.2，根据式(7-17)有,PC=KAP=1.211=13.2kW,根据FC13.2 kW、n1970r/min，从图7-9中选用B型普通V带。,(2) 确定带轮基准直径。 由表7-8查得主动轮的最小基准直径dd1min=125 mm，根据带轮的基准直径系列，取dd1160 mm。 根据式(7-13)，计算从动轮基准直径,dd2=dd1i=1602.5=400 mm,根据基准直径系列，取dd2=400 mm。,(3) 验算带的速度。 根据式(7-12)有,速度在5m/s25 m/s内，合适。,(4) 确定普通V带的基准长度和传动中心距。 根据式(7-19),初步确定中心距a0=800 mm。 根据式(7-20)计算带的初选长度,根据表7-3选带的基准长度Ld=2500 mm。 根据式(7-21)，带的实际中心距a,根据式7-22可知，中心距可调整范围为,(5) 验算主动轮上的包角1。 根据式(7-23)有,主动轮上的包角合适。（要求大于或等于120）,(6) 计算V带的根数z。 根据式(7-24),由B型普通V带，n1970rmin，dd1160mm，查表7-4得P0=2.70 kW；由i2.5，查表7-6得 P0 0.3kW；由1163， 查表7-5得K0.953；由Ld=2500 mm，查表7-3得KL=1.03。则,取z=5根。,(7) 计算初拉力F0。 根据式(7-25)有,查表7-2得q=0.17kgm，故,(8) 计算作用在轴上的压力FQ。 根据式(7-26)有,7.5 V带轮材料和结构,带轮通常由三部分组成：轮缘(用以安装传动带)、 轮毂(与轴联接)、 轮辐或腹板(联接轮缘和轮毂)。 对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面要仔细加工，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡。 对于铸造和焊接带轮的内应力要小。 带轮的常用材料是铸铁，如HT150、HT200；转速较高时可用铸钢或用钢板冲压后焊接而成；小功率时可用铸铝或非金属。,带轮的典型形式有如下几种， 如图7-11所示： （1） 实心轮用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)； （2） 腹板轮用于中小尺寸的带轮(dd300mm时)； （3） 孔板轮用于尺寸较大的带轮(dd d)100 mm时)； （4） 椭圆轮辐轮用于尺寸大的带轮(dd 500mm时)。,图7-11 带轮的结构 (a) 实心轮； (b) 腹板轮；(c) 孔板轮； (d) 椭圆轮辐轮,7.6 带传动的张紧,1. 定期张紧装置 定期张紧装置是利用定期改变中心距的方法来调节传动带的初拉力，使其重新张紧。在水平或倾斜不大的传动中，可采用如图7-12(a)所示滑道式结构。电动机装在机座的滑道上，旋动调节螺钉推动电动机，调节中心距以控制初拉力，然后固定。 在垂直或接近垂直的传动中，可以采用如图7-12(b)所示的摆架式结构。电动机固定在摇摆架上，用旋动调节螺钉上的螺母来调节。,图7-12 张紧装置,2. 自动张紧装置,图7-12(c)所示是一种能随外载荷变化而自动调节张紧力大小的装置。它将装有带轮的电机放在摆动架上，当带轮传递转矩T1时，在电机座上产生反力矩TR，使电机轴O绕摇摆架轴O1向外摆动。工作中传递的圆周力愈大，反力矩TR愈大；电机轴向外摆动角度愈大， 张紧力愈大。,3. 张紧轮张紧装置,采用张紧轮进行张紧，一般用于中心距不可调的情况。 因置于紧边需要的张紧力大，且张紧轮也容易跳动，通常张紧轮置于带的松边。图7-12(d)所示为用张紧轮进行张紧的机构。 张紧轮压在松边的内侧，张紧轮应尽量靠近大带轮，以免小带轮上包角减小过多。图7-12(e)所示是张紧轮压在松边的外侧， 它使带承受反向弯曲，会使寿命降低。这种装置常用于需要增大包角或空间受限制的传动中。,Thanks！,