机械设计带传动经典课件

8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装 带 传 动 在 各 类 机 械 中 应 用 广 泛 ， 下 面 是 一 些 应 用 实 例 。 带 传 动 一 般 是 由 主 动 轮 、 从 动 轮 紧套 在 两 轮 上 的 传 动 带 及 机 架 组 成 。主 动 轮 ： T， n同 向 从 动 轮 ： T， n反 向 啮 合 传 动 ： 当 主 动 轮 转 动 时 ， 由 于 带 和 带 轮 间 的 啮 合 ， 便拖 动 从 动 轮 一 起 转 动 ， 并 传 递 动 力 （ 同 步 带 传 动 ） 。 传 动 原 理 （ 分 类 ） 摩 擦 传 动 ： 当 主 动 轮 转 动 时 ， 由 于 带 和 带 轮 间 的 摩 擦 力 ，便 拖 动 从 动 轮 一 起 转 动 ， 并 传 递 动 力 （ 平 带 和 带 传 动 ） 。 平 带 传 动 ， 结 构 简 单 ， 带 轮 也 容 易 制 造 ， 在 传动 中 心 距 较 大 的 场 合 应 用 较 多 。 在 一 般 机 械 传 动 中 ， 应 用 最 广 的 带 传 动 是 带 传动 ， 在 同 样 的 张 紧 力 下 ， 带 传 动 较 平 带 传 动 能 产 生更 大 的 摩 擦 力 。 （ 两 个 侧 面 为 工 作 面 ， 楔 形 增 压 原 理 ） 【 补 充 】 ： 移 动 副 摩 擦 力 移 动 副 中 ， 滑 块 在 力 F的 作 用 下 移 动 时 所 受 的 摩 擦 力 为Ff21 = f FN211） 平 面 接 触 : FN21 = G 2） 槽 面 接 触 : FN21= G / sin(/2)/2 /2G 摩 擦 力 计 算 的 通 式 : Ff21 = fvG其 中 ,fv 称 为 移 动 副 的 当 量 摩 擦 系 数 :平 面 接 触 : fv = f槽 面 接 触 : fv = f /sin(/2) 楔 形 增 压 原 理 ： 可 以 看 出 ， 槽 面 接 触 的 当 量 摩 擦 系数 要 大 于 平 面 接 触 的 当 量 摩 擦 系 数 。 因 此 ， 在 同 样 的 正压 力 作 用 下 槽 面 接 触 所 能 提 供 的 摩 擦 力 更 大 。 多 楔 带 传 动 兼 有 平 带 传 动 和 带 传 动 的 优 点 ， 柔 韧 性 好 、摩 擦 力 大 ， 主 要 用 于 传 递 大 功 率 而 结 构 要 求 紧 凑 的 场 合 。 圆 带 传 动 ： 传 动 能 力 较 小 ， 一 般 用 于 轻 型 和 小 型 机 械 。 同 步 带 传 动 是 一 种 啮 合 传 动 ， 具 有 的 优 点 是 ： 无 滑动 ， 能 保 证 固 定 的 传 动 比 ； 带 的 柔 韧 性 好 ， 所 用 带 轮 直径 可 较 小 。 1） 带 具 有 弹 性 ， 能 缓 冲 、 吸 振 ， 传 动 平 稳 ， 噪 声 小 ；优 点 ：2） 过 载 打 滑 ， 可 防 止 其 他 零 件 损 坏 ， 起 安 全 保 护 作 用 ；3） 适 用 于 中 心 距 较 大 的 场 合 ；4） 结 构 简 单 ， 装 拆 方 便 ， 成 本 较 低 。1） 带 在 带 轮 上 有 相 对 滑 动 ， 传 动 比 不 恒 定 ；缺 点 ：2） 传 动 效 率 低 ， 带 的 寿 命 较 短 ；3） 传 动 的 外 廓 尺 寸 大 ；4） 需 要 张 紧 ， 支 撑 带 轮 的 轴 和 轴 承 受 力 较 大 ；5） 不 宜 用 于 高 温 、 易 燃 等 场 合 。 节 宽 pb基 准 直 径 dd 当 带 垂 至 于 底 边 弯 曲 时 ， 在 带 中 保 持 长 度 不 变的 周 线 （ 节 线 ） 所 组 成 的 面 （ 节 面 ） 的 宽 度 。基 准 长 度 dL 与 节 宽 相 对 应 的 带 轮 直 径 （ 节 径 ） 。测 量 带 轮 基 准 直 径 上 V带 的 周 线 长 度 ， 已 标 准 化 V带 的 截 面 尺 寸 8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装 中 心 距 a： 带 处 于 规 定 张 紧 力 时 ， 两 轮 轴 线 间 的 距 离 。带 轮 直 径 d1、 d2： 分 别 指 小 、 大 带 轮 的 基 准 直 径 。带 长 L： 带 的 基 准 长 度 Ld。包 角 ： 分 别 指 带 与 小 、 大 带 轮 接 触 弧 所 对 的 圆 心 角 。 带 传 动 的 工 作 情 况 分 析 是 指 带 传 动 的 受 力 分 析 、 应力 分 析 、 运 动 分 析 。 设 带 的 总 长 度 不 变 ， 根 据 线 弹 性 假 设 ： F1 F0 F0 F2； 或 ： F1 F2 2F0；带 传 动 尚 未 工 作 时 ， 传 动 带 中 的 初 拉 力 为 F0。 带 传 动 工 作 时 ， 紧 边 拉 力 为 F1和 松 边 拉 力 为 F2。 0FF1 F00 F0 2尚未工作状态 nFfF1 F1F 1F12 2 2n2工作状态 1、 紧 边 与 松 边带 传 动 的 受 力 分 析 记 传 动 带 与 小 带 轮 或 大 带 轮 间 总 摩 擦 力 为 Ff， 其 值 由 带传 动 的 功 率 P和 带 速 v决 定 。 定 义 由 负 载 所 决 定 的 传 动 带 的 有 效 拉 力 为 Fe P/v。 2、 摩 擦 力 分 析以 主 、 从 动 轮 上 的 带 为 研 究 对 象 ， 有 ： Fe Ff F1 F2 当 Ff达 到 极 限 Ffmax时 ， 带 的紧 边 拉 力 F1与 松 边 拉 力 F2的 关 系可 用 柔 性 体 摩 擦 公 式 表 示 为1 2/ fF F e 应 用 一 ： 初 拉 力 -所 能 传 递 的 最 大 负 载 ？应 用 二 ： 负 载 -所 需 要 的 最 小 初 拉 力 ？ 注 意 ： 欧 拉 公 式 给 出 的 是 带 传 动 在 临 界 限 状 态 下 各 力之 间 的 关 系 （ 不 计 离 心 力 ） 。3、 欧 拉 公 式 （ 柔 韧 体 摩 擦 公 式 ） 初 拉 力 F0 最 大 有 效 拉 力 Fec ： Ffmax与 F0成 正 比 。 F0越 大 ， 带 与带 轮 之 间 的 正 压 力 越 大 ， 传 动 时 的 摩 擦 力 就 越 大 。 若 F0过 小 ， 容 易 发 生打 滑 。 但 F0过 大 ， 带 的 寿 命 降 低 ， 轴 和 轴 承 受 力 大 。摩 擦 系 数 fv 最 大 有 效 拉 力 Fec ： f越 大 ， Ffmax越 大 。 摩 擦 系 数与 带 和 带 轮 的 材 料 、 表 面 状 况 、 工 作 环 境 条 件 有 关 。包 角 最 大 有 效 拉 力 Fec ： 越 大 ， Ffmax越 大 。 因 增 加 ， 带与 带 轮 间 的 接 触 弧 间 摩 擦 力 总 和 增 加 ， 从 而 提 高 传 递 载 荷 的 能 力 。112 min0max ffe eeFF 虽 然 最 大 有 效 拉 力 取 决 于 初 拉 力 、 包 角 和 当 量 摩 擦 系数 的 大 小 ， 但 实 际 有 效 拉 力 Fe的 数 值 与 传 动 中 的 包 角 大 小 和摩 擦 系 数 无 关 ， 它 是 由 传 递 的 功 率 P和 带 的 速 度 v所 决 定 的 。 【 例 】 平 带 传 动 ： P=15kW， a=170o， f=0.3， v=15m/s。 求 ： （ 1） Fe （ 2） F1， F2 （ 3） 所 需 的 F0【 解 】（ 1） Fe=1000P/v=15000/15=1000N（ 2） 由 F1-F2=1000 及 Euler 联 立 即 可 1=(170/180)*p=2.97rad 注 意 单 位 ！ e f2.7180.3*2.972.44计 算 得 ： F1=1694N， F2=694N（ 3） 由 2F0=F1+F2得 ， F0=1194N 最 小 值 ！ 带 传 动 在 工 作 过 程中 带 上 的 应 力 有 ： 拉 应 力 ： 紧 边 拉 应 力 、 松 边 拉 应 力 ； 离 心 拉 应 力 ： 带 圆 周 运 动 时 离 心 力 在 带 中 产 生 的 拉 应 力 ； 弯 曲 应 力 ： 带 绕 在 带 轮 上 时 产 生 的 弯 曲 应 力 。带 传 动 的 应 力 分 析1、 拉 应 力 2、 弯 曲 应 力 2 / b dEy d 带 轮 基 准 的 直 径 越 小 ， 带越 厚 ， 带 的 弯 曲 应 力 越 大 。 普通 V带 传 动 ， 为 防 止 过 大 的 弯 曲应 力 ， 对 每 种 型 号 的 V带 都 规 定了 最 小 带 轮 基 准 直 径 ddmin。带 的 弯 曲 应 力 ： 3、 离 心 拉 应 力 离 心 力 对 带 产 生 的 离 心 拉力 为 （ q为 线 密 度 ） ： 离 心 力 产 生 的 离 心 拉 应 力在 带 所 有 横 剖 面 上 相 等 ： 2/ /c cF A qv A 2c qvF 离 心 力 ： 只 存 在 于 带 的 弯 曲 处 ， 方 向 沿 半 径 背 离 圆 心 。离 心 拉 力 ： 存 在 于 带 的 每 一 质 点 ， 方 向 沿 着 带 长 方 向 。 由 拉 力 产 生 的 拉 应 力由 离 心 力 产 生 的 离 心 拉 应 力由 皮 带 绕 过 带 轮 因 弯 曲 而 产 生 的 弯 曲 应 力 三 种 应 力 共 同 作 用 ， 使 带 处 在 交 变 应 力 条 件 下 工 作 ，故 带 易 发 生 疲 劳 破 坏 。 11max bc 位 置 ：数 值 ： 带 的 紧 边 开 始绕 上 小 轮 处交 变 应 力 最 大 值 弹 性 滑 动 ： 带 传 动 中 因带 的 弹 性 变 形 而 导 致 的 带 与带 轮 之 间 的 微 量 相 对 滑 动 。主 动 轮 : V带 弹 性 收 缩从 动 轮 : V带 弹 性 伸 长 后 果 ： 从 动 轮 的 圆 周 线速 度 小 于 主 动 轮 ； 传 动 效 率下 降 ； 引 起 带 的 磨 损 ； 使 带温 度 升 高 。产 生 原 因 固 有 特 性 ， 不 可 避 免带 是 弹 性 体两 边 拉 力 差 %1001 21 vvv 12 )1( vv 或)/(6000011d1 smndv p )/(6000022d2 smndv p其 中 ：因 此 ， 传 动 比 为 ： )1(1d 2d21 d dnni 弹 性 滑 动 导 致 ： 从 动 轮 的 圆 周 速 度 v2 主 动 轮 的 圆周 速 度 v1， 线 速 度 降 低 的 程 度 可 用 滑 动 率 来 表 示 ： 当 为 1 2 ， 在 一 般 传 动 中 可 以 不 计 。 若 带 的 工 作 载 荷 进 一 步 加 大 ， 有 效 圆 周 力 达 到 临 界 值 Fec后 ， 则 带 与 带 轮 间 会 发 生 显 著 的 相 对 滑 动 ， 即 产 生 打 滑 。 打 滑 将 使 带 的 磨 损 加 剧 ， 从 动 轮 转 速 急 速 降 低 ， 带 传 动失 效 ， 应 尽 力 避 免 。 但 当 超 载 时 ， 有 过 载 保 护 的 作 用 。滑 动 弧 与 静 止 弧 ： 8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装 带 传 动 的 设 计 准 则带 传 动 的 设 计 准 则 ： 在 不 打 滑 的 条 件 下 ， 具 有 一 定 的 疲 劳 强 度 和 寿 命 。 1） 打 滑 ： 当 传 递 的 圆 周 力 F超 过 了 带 与 带 轮 间 摩 擦力 的 总 和 的 极 限 时 ， 发 生 过 载 打 滑 ， 使 传 动 失 效 。 2） 疲 劳 破 坏 ： 传 动 带 在 变 应 力 的 反 复 作 用 下 ， 发 生裂 纹 、 脱 层 、 松 散 ， 直 至 断 裂 。带 传 动 的 主 要 失 效 形 式 单 根 V带 的 基 本 额 定 功 率 和 额 定 功 率1、 不 打 滑 条 件2、 疲 劳 强 度 条 件 1 11000 (1 )fPF Fv e max 1 1 c b 1 1 1/ c bF A 或同 时 满 足 两 个 条 件 的 最 大 功 率 为 （ 单 根 V带 的 基 本 额 定 功 率 ）10 1(1 )1000 1000fF vFv eP 不 打 滑 1 1( )(1 )1000b C f Ave 1 1(1 )1000fA ve 不 疲 劳 破 坏FeFemax 单 根 V带 的 基 本 额 定 功 率 P0是 根 据 特 定 的 实 验 和 分 析 确 定 的 。特 定 实 验 条 件 ： 传 动 比 i=1、 包 角 180 、 特 定 带 长 、 平 稳 的 工 作 载 荷 。实 际 工 作 条 件 下 单 根 V带 所 能 传 递 的 额 定 功 率 Pr(对 P0修 正 )带 长 修 正 系 数包 角 修 正 系 数时 的 功 率 增 量1i 0 0 0 ( ) LP P P K K Pr= 带 传 动 的 设 计 设 计 的 原 始 数 据 （ 已 知 条 件 ） 为 ： 传 动 的 用 途 和 工 作 条 件 ， 所 传递 的 功 率 P， 主 从 动 轮 的 转 速 n1、 n2（ 或 传 动 比 i） ， 传 动 位 置 要 求 及和 外 廓 尺 寸 要 求 ， 原 动 机 类 型 等 。 设 计 内 容 ： 确 定 带 的 类 型 和 截 型 、 长 度 L、 根 数 Z、 传 动 中 心 距 a、带 的 初 拉 力 和 压 轴 力 ， 带 轮 的 基 准 直 径 、 结 构 、 尺 寸 和 材 料 ， 张 紧 及防 护 装 置 等 。 中 心 距 中 心 距 大 ， 增 大 包 角 ， 减 少 循 环 次 数 ， 提 高 寿 命 ； 但 过 大 ， 松 边 波动 ， 降 低 稳 定 性 ， 整 体 尺 寸 增 大 ； 中 心 距 小 ， 则 反 之 。 传 动 比 传 动 比 大 ， 减 小 包 角 ， 可 能 打 滑 ， 推 荐 值 i=25。 基 准 直 径 直 径 小 ， 速 度 低 ， 拉 力 增 大 ， 带 的 根 数 增 多 ； 增 大 弯 曲 应 力 。 总 原 则 ： 在 结 构 允 许 的 情 况 下 ， 小 带 轮 直 径 要 尽 可 能 大 。 带 速 带 速 低 ， 拉 力 增 大 ， 带 的 根 数 增 多 ； 带 速 高 ， 拉 力 减 小 ， 但 离 心 拉 力 增 大 ， 循 环 次 数 增 多 。带 传 动 参 数 的 辩 证 选 择 1、 确 定 计 算 功 率 Pca 根 据 额 定 功 率 用 力 学 公 式 计 算 出 作 用 在 零 件 上 的 载 荷 ， 称 为 名 义 载荷 （ 如 力 、 功 率 、 转 矩 ） 。 名 义 载 荷 是 机 器 在 平 稳 工 作 条 件 下 作 用 在 零件 上 的 载 荷 ， 它 没 有 反 应 动 力 机 和 工 作 机 间 的 实 际 载 荷 随 时 间 作 用 的 不均 匀 性 、 载 荷 在 零 件 上 分 布 的 不 均 匀 性 及 其 他 影 响 零 件 受 力 情 况 等 因 素 。这 些 因 素 的 综 合 影 响 ， 常 用 载 荷 系 数 K（ 或 工 况 系 数 ） 来 做 概 略 估 计 。载 荷 系 数 K与 名 义 载 荷 的 乘 积 称 为 计 算 载 荷 （ 或 设 计 载 荷 ） ， 机 械 零 件常 按 计 算 载 荷 进 行 设 计 计 算 。计 算 载 荷 名 义 载 荷 载 荷 系 数= x 根 据 V带 传 递 的 名 义 功 率 P、 载 荷 性 质 、 原 动 机 种 类 和 工 作 情 况等 确 定 计 算 功 率 （ 设 计 功 率 ） 。 Pca=KAP 带 传 动 设 计 中 的 各 项 功 率单根V带基本额定功率P0单根V带额定功率Pr所传递的名义功率P计算功率Pca x修正系数 x载荷系数o 机 器 所 需 传 动 带 的 根 数 确 定 ？ PKKKPPz AL00 ）（ 2、 选 择 带 型 根 据 带 传 动 的 设 计 功 率 Pd和 小 带 轮 转 速 n1初 选 带 型 。 3、 确 定 带 轮 基 准 直 径 dd1、 dd2， 验 算 带 速 国 家 标 准 中 规 定 了 带 轮 的 最 小 基 准 直 径 和 带 轮 的 基 准 直 径 系 列 。20、22.4、25、28、31.5、 2500带 轮 直 径 系 列 当 其 他 条 件 不 变 时 ， 带 轮 基 准 直 径 越 小 ， 带 传 动 越 紧 凑 ， 但 带内 的 弯 曲 应 力 越 大 ， 导 致 带 的 疲 劳 强 度 下 降 ， 传 动 效 率 下 降 。 选 择 小 带 轮 直 径 应 使 大 于 最 小 基 准 直 径 ， 并 取 标 准 值 。 大 轮 基 准 直 径 ： 2 1 1 1 2(1 ) (1 )/d d dd id nd n 当 忽 略 滑 动 率 ： 2 1 1 1 2/d d dd id nd n 根 据 带 的 截 型 选 择 小 带 轮 直 径 ， 验 算 带 速 后 确 定 大 带 轮 直 径 。验 算 带 速 ： 带 速 太 高 则 离 心 力 大 ， 使 带 与 带 轮 间 的 正 压 力 减 小 ， 传 动 能 力下 降 ， 易 打 滑 。 带 速 太 低 则 要 求 有 效 拉 力 F过 大 ， 使 带 的 根 数 过 多 。一 般 v在 5 25m/s之 间 。 1 160 1000dd nv p 4、 确 定 中 心 距 和 带 长1 2 0 1 20.7( ) 2( )d d d dd d a d d 22 10 0 1 2 0( )2 ( )2 4d dd d d d dL a d d ap 根 据 初 算 带 长 选 取 相 近 的 基 准 长 度 Ld。实 际 中 心 距 a： 2a A A B 1 2( )4 8d d dL d dA p 22 1( )8d dd dB ddLaa Laa 015.0 03.0minmax 为 调 节 张 紧 力 ， 中 心 距 变 动 范 围 5、 验 算 小 轮 包 角 小 轮 包 角 ： 2 11 180 57.3d dd da 6、 确 定 带 的 根 数 带 的 根 数 z应 根 据 计 算 值 圆 整 。 当 z过 大 时 ， 应 改 选 带 轮 基 准 直径 或 改 选 带 型 ， 重 新 设 计 。 （ 要 求 z 10根 ， 一 般 为 2 7根 ） 一 般 要 求 小 轮 包 角 不 小 于 ： 1 90 120 型号 Y Z A B C、D、E 推荐轮槽数 1-3 1-4 1-5 1-6 3-10 7、 确 定 初 拉 力 考 虑 到 既 能 发 挥 带 的 传 动 能力 又 能 保 证 带 的 寿 命 ， 单 根 V带 的初 拉 力 应 为 为 1.5F 0min （ 新 带 ） -1.3F0min （ 旧 带 ） ， 但 不 应 过 大 。20 (2.5 )500 dK PF qvK zv 20 1e 1e21 qvFF vvf fec 单 根 V带 所 需 的 最 小 初 拉 力 为（ 考 虑 离 心 力 的 影 响 ） 8、 计 算 压 轴 力 为 了 设 计 轴 和 轴 承 ， 应 计 算 V带 对 轴 的 压 力 F Q。 FQ可 近 似地 按 两 边 初 拉 力 的 合 力 计 算 。 102 sin 2QF zF 8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装 一 、 V带 轮 设 计 的 要 求结 构 工 艺 性 好 、 无 过 大 的 铸 造 内 应 力 、 质 量 分 布 均 匀 。轮 槽 工 作 面 要 精 细 加 工 ， 以 减 少 带 的 磨 损 。各 轮 槽 的 尺 寸 和 角 度 应 保 持 一 定 的 精 度 ， 以 使 带 的 载 荷 分 布 较 为 均 匀 。 二 、 带 轮 的 材 料通 常 采 用 铸 铁 ， 常 用 材 料 的 牌 号 为 HT150和 HT200。转 速 较 高 时 宜 采 用 铸 钢 或 用 钢 板 冲 压 后 焊 接 而 成 。 小 功 率 时 可 用 铸 铝 或 塑 料 。 V带 轮 的 典 型 结 构 有 ： 实 心 式 、 腹 板 式 、 孔 板 式 和 轮 辐 式 。 三 、 结 构 与 尺 寸带 轮 的 基 准 直 径 定 其 结 构 形 式 ， 带 的 截 型 定 其 轮 槽 尺 寸 。 实 心 式 腹 板 式 孔 板 式 轮 辐 式 轮 槽 尺 寸 8-1 概述8-2 带传动的工作情况分析8-3 带传动的选型计算8-4 带轮结构设计8-5 带传动的张紧、安装 根 据 带 的 摩 擦 传 动 原 理 ， 带 必 须 在 预 张 紧 后 才 能 正 常工 作 （ 安 装 时 ） ；目 的 ？ 为 什 么 要 张 紧 ？ 运 转 一 定 时 间 后 ， 带 会 松 弛 ， 为 了 保 证 带 传 动 的 能 力 ，必 须 重 新 张 紧 ， 才 能 正 常 工 作 。常 见 的 张 紧 装 置 有 ：定 期 张 紧 装 置自 动 张 紧 装 置张 紧 轮 张 紧 装 置 二 、 自 动 张 紧 装 置 张 紧 轮 一 般 应 放 在 松 边 的 内 侧 ， 使 带 只 受 单 向 弯 曲 。 同 时 张 紧 轮 应 尽量 靠 近 大 轮 ， 以 免 过 分 影 响 在 小 带 轮 上 的 包 角 。 张 紧 轮 的 轮 槽 尺 寸 与 带 轮的 相 同 。 三 、 张 紧 轮 张 紧 装 置 【 例 】 ： 带 传 动 设 计 实 例