機械設(shè)計第6章：帶傳動2016

1、第六章第六章 F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張緊裝置 第一節(jié)第一節(jié) F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張緊裝置 機械傳動分類及特點機械傳動分類及特點 機械傳動的特點主要體現(xiàn)在傳動效率、單級傳動 比、傳動功率、中心距、傳動準(zhǔn)確性、無級調(diào)速、 過載保護、壽命、噪聲、價格等等 機械傳動分類機械傳動分類 直接接觸傳動直接接觸傳動 有中間機件的傳動有中間機件的傳動 摩擦傳動摩擦傳動

2、摩擦輪傳動摩擦輪傳動 帶傳動帶傳動 繩傳動繩傳動 摩擦無級變速器摩擦無級變速器 摩擦無級變速器摩擦無級變速器 嚙合傳動嚙合傳動 齒輪傳動齒輪傳動 鏈傳動鏈傳動 蝸桿傳動蝸桿傳動 同步帶傳動同步帶傳動 螺旋傳動螺旋傳動 凸輪機構(gòu)等凸輪機構(gòu)等 帶傳動的組成帶傳動的組成 p帶傳動利用中間撓性件將主動軸的運動和動力傳給 一定距離以外的平行的從動軸。 p帶傳動一般由主動輪、從動輪和環(huán)形傳動帶組成。 帶傳動的工作原理帶傳動的工作原理 p靜止時，兩邊拉力相等 p傳動時，拉力大的一邊稱為主動邊（緊邊）， 拉力小的一邊為從動邊（松邊） p靠帶與帶輪接觸弧間的摩擦力傳遞運動和動力 F1 F2 Ff 1 2 F0

3、F0 F0 F0 第二節(jié)第二節(jié) F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張緊裝置 帶傳動的類型（帶傳動的類型（1） 按工作原理分類按工作原理分類 摩擦傳動型帶傳動 安裝時帶已經(jīng)被拉緊，靠帶與 帶輪間的摩擦力完成傳動。 嚙合傳動型帶傳動 同步帶 通過帶輪齒與帶齒的嚙合完成 傳動。 帶傳動的類型（帶傳動的類型（2） 按帶截面形狀分類按帶截面形狀分類 平帶傳動：截面為扁平矩形， 底面是工作面，可實現(xiàn)多種 形式的傳動 帶傳動：亦稱三角帶，截 面為等腰梯形，帶兩側(cè)面是 工作面，當(dāng)量摩擦系數(shù)大， 承載力

4、大，只用于開口傳動 多楔帶傳動：具有平、帶 的優(yōu)點 FV Fn nf FfF Fn Fn FV 2 fn FfF sin/ 2 VvV f Ff F 帶傳動的類型（帶傳動的類型（3） 按傳動形式分類按傳動形式分類 開口傳動 兩軸平行，同向回轉(zhuǎn) 交叉?zhèn)鲃?兩軸平行，反向回轉(zhuǎn) 半交叉?zhèn)鲃?兩軸交錯，不能逆轉(zhuǎn) 帶傳動的特點帶傳動的特點 優(yōu)點 遠距離傳動 緩沖減振，運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 過載保護 結(jié)構(gòu)簡單， 精度低， 成本低 缺點 外廓尺寸和軸上壓力大 傳動比不固定，效率低 帶的壽命短 需要張緊裝置 不宜用于高溫和易燃場合 第三節(jié)第三節(jié) F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶

5、傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張緊裝置 V型帶的結(jié)構(gòu)組成型帶的結(jié)構(gòu)組成 伸張層伸張層( (頂膠頂膠) ) 壓縮層壓縮層( (底膠底膠) ) 強力層強力層( (抗拉體抗拉體) ) 包布層包布層 強力層強力層( (簾布、線繩簾布、線繩) ) 填充物填充物( (橡膠、帆布橡膠、帆布) ) 外包層（耐磨耐油膠布）外包層（耐磨耐油膠布） 簾布芯簾布芯 線繩芯線繩芯 V型帶的類型型帶的類型 普通帶：Y、Z、A、B、C、D、E 窄帶：SPZ、SPA、SPB、SPC 傳遞功率較大，允許速度 和撓曲次數(shù)較高，結(jié)構(gòu)緊湊 當(dāng)帶彎曲時中性層帶長不變截面帶楔角變化 (減小)帶輪輪槽

6、角 040 V型帶的截面尺寸型帶的截面尺寸 帶在規(guī)定的張 緊力下，位于帶 輪基準(zhǔn)直徑上的 周線長度，即V 帶的公稱長度 基準(zhǔn)直徑d d 與帶節(jié)面對應(yīng)的 帶輪的直徑 基準(zhǔn)長度Ld 教材教材p137表表4-1 V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)組成 輪緣安裝帶 輪輻聯(lián)接輪緣與輪轂 輪轂安裝軸 輪緣 輪輻 輪轂 基本結(jié)構(gòu)型式 實心式實心式 腹板式腹板式橢圓輻式橢圓輻式孔板式孔板式 V帶輪的設(shè)計要求與材料帶輪的設(shè)計要求與材料 l質(zhì)量小、工藝性好、質(zhì)量分布均勻、 內(nèi)應(yīng)力小、高速，靜動平衡 l工作面應(yīng)精細(xì)加工 帶輪設(shè)計要求 帶輪材料 l灰鑄鐵HT150、HT200常用 l鑄鋼、焊接（鋼板）高速 l鑄鋁、塑料小功

7、率 第四節(jié)第四節(jié) F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張緊裝置 帶的受力分析帶的受力分析 靜止?fàn)顟B(tài) 工作狀態(tài) 緊邊拉力增加： F0F1（緊邊拉力） 松邊拉力減少： F0F2（松邊拉力） F1F2 1 2 F0 F0 F0 F0 兩邊拉力相等: F0（張緊力或初拉力） F1 F2 Ff 1 2 繞進主動輪的一邊為緊邊 繞出從動輪的一邊為緊邊 繞出主動輪的一邊為松邊 繞進從動輪的一邊為松邊 帶的有效圓周力帶的有效圓周力 F1 F2 1 2 考慮帶為彈性體， 緊邊拉力增加導(dǎo)致緊邊拉長1 松邊拉

8、力減小導(dǎo)致松邊縮短2 假定帶的總長度不變 F F1 1F F0 0F F0 0F F2 2F F1 1F F2 22 2F F0 0 Ff 取主動輪上的帶分析 F F1 1r r（F F2 2F Ff f）r r F F1 1F F2 2F Ff f 有效圓周力F 1 12 2 根據(jù)胡克定律 帶與帶輪間的摩擦力帶與帶輪間的摩擦力 主動輪作用于帶上的摩擦力的方向與輪圓周速度方向一致 帶作用于從動輪上的摩擦力的方向與帶運動方向一致 緊邊拉力與松邊拉力的關(guān)系緊邊拉力與松邊拉力的關(guān)系 歐拉公式歐拉公式 12 FF ema= dFN dld F+dF F d/2 d/2 F2 F1 fdFN 最大有效圓

9、周力最大有效圓周力 F F1 1F F2 22 2F F0 0 F F1 1F F2 2F Ff f F F1 1F F0 0F Ff f/2/2 F F2 2F F0 0 - -F Ff f/2 /2 12 FF ema= maxmax0 1 2 1 f e FFF e ma ma - = + 0 0max max ，壓緊力越大摩擦力越大，過大會加劇帶的磨損 max max ，包角越大，帶與帶輪接觸弧越長，總摩擦力越大 max max 問題：帶傳動的松邊在上還是在下好？ 帶傳動的功率帶傳動的功率 P = Fv / 1000 (kw) 帶速一定時，功率與有效圓周力成正比 帶傳動f 有限，P =

10、f v有限，要提高 P可增大v，故宜將帶傳動布置在高速級 問題：帶傳動適合于高速級還是低速級？ 第五節(jié)第五節(jié) F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張緊裝置 帶傳動工作時的應(yīng)力及其分布帶傳動工作時的應(yīng)力及其分布 由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力 1 1F F1 1/A/A，2 2F F2 2/A/A，1 12 2 帶與輪接觸弧處的拉應(yīng)力自緊邊向松邊方向遞減 由帶彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 b1 b1 2E2Eh h/ /d dd1 d1， ， b2 b2 2E2Eh h/ /d dd2 d2 僅分布于

11、帶與輪接觸弧區(qū)域 d dd1 d1 v帶 帶 v2 ， ，v1 v2 （2）帶傳動傳動比不穩(wěn)定 F1 F2 緊邊緊邊 松邊松邊 12 1 100% vv v e - = 彈性滑動率： )1 ( 1 2 2 1 d d d d n n i 1 2 d d d d 帶的彈性滑動（帶的彈性滑動（2） 接觸弧靜弧滑動弧 包角靜角滑動角 靜弧在帶繞入帶輪的一側(cè) 滑動弧在帶繞出帶輪的一側(cè) 打滑打滑 l隨著有效拉力增大，滑動角也增大。 l當(dāng)傳遞的載荷（實際的圓周力）達到最大有效圓周力 時，皮帶就會沿輪面全面滑動（即滑動角等于整個包 角），此為帶傳動的失效形式之一，打滑。 l打滑首先發(fā)生在小帶輪處 l打滑可以

12、避免（控制有效拉力、提高最大有效拉力） l打滑可起到過載保護作用 帶傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則帶傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則 失效形式 打滑；帶的疲勞損壞 設(shè)計準(zhǔn)則 FF Ffmax； max=1+b1+c 設(shè)計依據(jù) 保證不打滑的條件下，使帶具有一定的疲勞強度或壽命 單根帶允許傳遞的最大功率單根帶允許傳遞的最大功率 1 1 (1) 10001000 Fv Fv e P ma - = 不打滑不打滑不疲勞破壞不疲勞破壞 1 1 ( )(1) 1000 bC Av ema sss- = 1 1 (1) 1000 Av ema s- = 平型帶平型帶 V型帶型帶 將上式中的摩擦系數(shù)將上式中的摩擦系數(shù)替換成當(dāng)

13、量摩擦系數(shù)替換成當(dāng)量摩擦系數(shù)e e，得到，得到 單根單根V V型帶允許傳遞的最大功率型帶允許傳遞的最大功率 sincos 22 e m m ff m = + 單根帶的基本額定功率單根帶的基本額定功率P0 在特定條件下（平穩(wěn)載荷、傳動比i1、特定帶長）， 帶能傳遞的功率 3600 d m p CL Z tv s= 1 0 1 ( )(1) 1000 bC Av e P ma sss- = 由帶結(jié)構(gòu)及材質(zhì)決定的實驗常數(shù) 許用應(yīng)力帶輪數(shù)（通常取2） 帶的基準(zhǔn)長度 指數(shù)（普通V帶取11.1）帶的壽命 教材教材p146表表4-3和和p148表表4-5 單根帶單根帶i1時傳動功率的增量時傳動功率的增量P0

14、 P0是在特定條件下（平穩(wěn)載荷、傳動比i1即包 角為180o、特定帶長）帶能傳遞的功率。當(dāng)i1時， 從動輪直徑大于主動輪直徑，帶繞過從動輪（大帶輪） 時的彎曲應(yīng)力小于主動輪（小帶輪），因此，傳動能 力有所提高。 教材教材p147表表4-4和和p148表表4-6 提高帶傳動工作能力的措施提高帶傳動工作能力的措施 n增大摩擦系數(shù)（材料、帶速、滑動率） n增大包角（減小傳動比、增大中心距、采用張緊裝置） n采用新型帶傳動 n采用高強度帶材料 第七節(jié)第七節(jié) F概述 F帶傳動的分類與特點 FV型帶與帶輪的結(jié)構(gòu) F帶傳動的受力分析 F帶傳動的應(yīng)力分析 F帶傳動的失效形式與計算準(zhǔn)則 FV型帶傳動的設(shè)計 F張

15、緊裝置 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 傳遞的名義功率P 主動輪轉(zhuǎn)速n1 從動輪轉(zhuǎn)速n2或傳動比i 傳動位置要求 工況條件、原動機類型等 已知條件 V帶的型號、長度和根數(shù) 帶輪直徑和結(jié)構(gòu) 傳動中心距a 驗算帶速v 和包角 計算初拉力和壓軸力 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 7 7、計算帶的根數(shù)、計算帶的根數(shù) z z 2 2、根據(jù)、根據(jù)n n1 1、 P Pc c 選擇帶的型號 選擇帶的型號 3 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、確定計算功率、確定計算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、驗算帶速、驗算帶速v v ( (v v5 525m/s)25m/

16、s) N 5 5、確定中心距、確定中心距a a 及帶長及帶長 L Ld d 6 6、驗算主動輪的包角、驗算主動輪的包角1 1 N z z 7 7 ？ N N Y Y 8 8、確定初拉力、確定初拉力 F F0 0 9 9、計算壓軸力、計算壓軸力 F FQ Q 1010、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 2 2、根據(jù)、根據(jù)n n1 1、 P Pc c 選擇帶的型號 選擇帶的型號 3 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、確定計算功率、確定計算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、驗算帶速、驗算帶速v v ( (v v5 525m

17、/s)25m/s) N 5 5、確定中心距、確定中心距a a 及帶長及帶長 L Ld d 6 6、驗算主動輪的包角、驗算主動輪的包角1 1 N K KA A教材教材p150p150表表4-74-7 教材教材p150p150圖圖4-154-15和和p151p151圖圖 4-164-16，并由，并由p137p137表表4-14-1得得 截面尺寸截面尺寸 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 2 2、根據(jù)、根據(jù)n n1 1、 P Pc c 選擇帶的型號 選擇帶的型號 3 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、確定計算功率、確定計算功率 P Pc c K KA AP P 4

18、 4、驗算帶速、驗算帶速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、確定中心距、確定中心距a a 及帶長及帶長 L Ld d 6 6、驗算主動輪的包角、驗算主動輪的包角1 1 N 帶輪越小，彎曲應(yīng)力越大帶輪越小，彎曲應(yīng)力越大 小帶輪基準(zhǔn)直徑小帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1d dminmin 帶輪越大，傳動尺寸越大帶輪越大，傳動尺寸越大 大帶輪直徑大帶輪直徑d dd2 d2=i =id dd1d1 帶輪基準(zhǔn)直徑按教材帶輪基準(zhǔn)直徑按教材p152p152 表表4-84-8取整取整 Y 20 Z 50 SPZ 63 A 75 SPA 90 B 125 SPB 140 C 200 SP

19、C 224 D 355 E 500 dmin 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 2 2、根據(jù)、根據(jù)n n1 1、 P Pc c 選擇帶的型號 選擇帶的型號 3 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、確定計算功率、確定計算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、驗算帶速、驗算帶速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、確定中心距、確定中心距a a 及帶長及帶長 L Ld d 6 6、驗算主動輪的包角、驗算主動輪的包角1 1 N a aL L1 1 a aN Nt t () () 2 21 0012 0 2 24 dd ddd dd

20、Ladd a p- =+ 初算帶長初算帶長 確定基準(zhǔn)帶長確定基準(zhǔn)帶長 教材教材p138表表4-2 0 0 2 dd LL aa - + 確定中心距確定中心距 0.55(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2) 初算中心距初算中心距 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 2 2、根據(jù)、根據(jù)n n1 1、 P Pc c 選擇帶的型號 選擇帶的型號 3 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1、 、d dd2 d2 1 1、確定計算功率、確定計算功率 P Pc c K KA AP P 4 4、驗算帶速、驗算帶速v v ( (v v5 525m/s)25m/s) N 5 5、確定中心距、確定中心距a a

21、 及帶長及帶長 L Ld d 6 6、驗算主動輪的包角、驗算主動輪的包角1 1 N 21 1 18057.3 dd a a - =窗 包角包角摩擦力摩擦力傳動能力傳動能力 1120o 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 7 7、計算帶的根數(shù)、計算帶的根數(shù) z z 2 2、根據(jù)、根據(jù)n n1 1、 P Pc c 選擇帶的型號 選擇帶的型號 3 3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d dd1 d1、 、d dd2 d2 z z 7 7 ？ N N Y Y 8 8、確定初拉力、確定初拉力 F F0 0 9 9、計算壓軸力、計算壓軸力 F FQ Q 1010、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 單根帶的許用功率單根帶的許用功率 P P=(=(P P0 0+ +P P0 0) ) K K K KL L K K - -包角系數(shù)包角系數(shù) K KL L- -長度系數(shù)長度系數(shù) 帶的根數(shù)：帶的根數(shù)：z z= = P Pc c / / P P 11d dd2 d2 b2 b2 承載力承載力傳動功率傳動功率P P0 0 0 0 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 7 7、計算