機械設計ppt課件第6章 帶傳動

1、帶傳動的工作情況分析帶傳動的工作情況分析 v帶傳動的設計帶傳動的設計 第第6章章 帶傳動帶傳動帶傳動概述帶傳動概述 梯形齒同步帶傳動的設計梯形齒同步帶傳動的設計 帶傳動的張緊帶傳動的張緊 工程背景工程背景n 帶傳動由主動帶輪、從動帶傳動由主動帶輪、從動帶輪和緊套在兩帶輪和緊套在兩個個帶輪上的帶帶輪上的帶所組成。帶是撓性件，因而帶所組成。帶是撓性件，因而帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動傳動是一種撓性傳動。帶傳動利用張緊在帶輪上的傳動帶，利用張緊在帶輪上的傳動帶，借助帶和帶輪間的摩擦（或嚙借助帶和帶輪間的摩擦（或嚙合）來傳遞運動和動力。帶傳合）來傳遞運動和動力。帶傳動具有傳動平穩(wěn)動具有傳動平穩(wěn)，結構簡

2、單結構簡單，造價低廉造價低廉，能緩沖能緩沖、減振等優(yōu)減振等優(yōu)點。點。 第第6章章 帶傳動帶傳動 設計者思維設計者思維作為工程師，在設計帶傳動時，需要考慮解決以下幾個作為工程師，在設計帶傳動時，需要考慮解決以下幾個問題：問題： p如何選定帶的類型？如何選定帶的類型？p怎樣選取帶輪的直徑？怎樣選取帶輪的直徑？p如何初步確定帶輪的軸間距？如何初步確定帶輪的軸間距？p怎樣計算并選取帶的基準長度？怎樣計算并選取帶的基準長度？p帶輪的主要失效形式是什么？帶輪的主要失效形式是什么？p怎樣確定帶傳遞的額定功率？怎樣確定帶傳遞的額定功率？p帶輪的工作壽命是否滿足工作要求？帶輪的工作壽命是否滿足工作要求？p帶傳動

3、需要預緊嗎？帶傳動需要預緊嗎？p如何設計帶輪的尺寸？如何設計帶輪的尺寸？p設計出的帶傳動能否滿足環(huán)境條件的要求？設計出的帶傳動能否滿足環(huán)境條件的要求？ 設計者思維設計者思維第第6章章 帶傳動帶傳動 簡單實例簡單實例 圖6-1所示的是空氣壓縮機中的帶傳動，電動機軸帶動主動輪，從動輪與壓縮機軸相連。工作時，電動機的轉動通過帶輪減速后帶動空氣壓縮機工作。圖6-1 空氣壓縮機中的帶傳動 第第6章章 帶傳動帶傳動6.1帶傳動概述帶傳動概述 1帶傳動的原理與類型帶傳動的組成 主動輪主動輪 1、從動輪、從動輪 2、環(huán)形帶、環(huán)形帶 3。第第6章章 帶傳動帶傳動工作原理： 安裝時帶被張緊在帶輪上，產(chǎn)生的初拉力使

4、帶與帶輪之間產(chǎn)生壓力。主動輪轉動時，依靠摩擦力拖動從動輪一起同向回轉。n1n2 主動輪主動輪從動輪從動輪帶帶第第6章章 帶傳動帶傳動(1)(1)嚙合帶嚙合帶同步齒形帶同步齒形帶第第6章章 帶傳動帶傳動(2)(2)摩摩擦擦帶帶平帶平帶- -橡膠帶、編織帶、皮革帶橡膠帶、編織帶、皮革帶o o形帶形帶多楔帶多楔帶第第6章章 帶傳動帶傳動v v帶帶普通帶普通帶窄帶窄帶齒形帶齒形帶寬帶寬帶聯(lián)組帶聯(lián)組帶大楔角帶大楔角帶第第6章章 帶傳動帶傳動2 摩擦帶結構特點平帶結構特點：平帶結構特點：結構：帆布芯帶、編織平帶、皮革平帶結構：帆布芯帶、編織平帶、皮革平帶特點：帶輪簡單、按需取長，接頭成環(huán)特點：帶輪簡單、按

5、需取長，接頭成環(huán) 高速噪聲（接頭沖擊）高速噪聲（接頭沖擊）第第6章章 帶傳動帶傳動特點：無噪聲特點：無噪聲無接頭封閉環(huán)無接頭封閉環(huán) 傳動比大、結構緊湊傳動比大、結構緊湊 承載大承載大帶、輪楔形傳動帶、輪楔形傳動結構：簾芯、繩芯結構：簾芯、繩芯普通普通v v帶結構特點帶結構特點第第6章章 帶傳動帶傳動主要優(yōu)點主要優(yōu)點 帶具有彈性和撓性，傳動時可吸收振動、緩和沖擊，故傳動平穩(wěn)、噪聲?。?當傳動過載時，帶與帶輪間可相對滑動，能防止其他零件損壞； 可用于中心距較大的場合； 結構簡單，裝拆方便。 第第6章章 帶傳動帶傳動主要缺點主要缺點 傳動時帶與帶輪之間有彈性滑動，不能保證有準確的傳動比； 帶的壽命較

6、短； 不宜用于高溫、易燃等場合。第第6章章 帶傳動帶傳動6.2 帶傳動的工作情況分析帶傳動的工作情況分析 受力分析 當帶傳動安裝時，帶緊套在帶輪上。 如圖6-5(a)所示，當帶傳動不工作時，帶兩邊所受的拉力相等，均為f0，稱為初拉力。 圖6-5 帶的受力情況分析第第6章章 帶傳動帶傳動 如圖所示，當主動輪上受驅動力矩t1作用而工作時，由于帶和帶輪接觸面上摩擦力的作用，帶繞入帶輪的一邊被拉緊，稱為緊邊，拉力由f0增大為f1；帶的另一邊脫離帶輪而被放松，稱為松邊，拉力由f0減小為f2。 第第6章章 帶傳動帶傳動(1)工作前后帶中力的變化工作前后帶中力的變化主動邊：初張力主動邊：初張力f0從動邊：初

7、張力從動邊：初張力f0f1緊邊緊邊f(xié)2松邊松邊第第6章章 帶傳動帶傳動2001ffff (2)初張力初張力f0與與f1、f2的關系的關系 設：帶為彈性體、服從虎克定律；帶總長不變設：帶為彈性體、服從虎克定律；帶總長不變)1( 2021fff 第第6章章 帶傳動帶傳動(3)有效圓周力有效圓周力fe與與f1 、f2(2) 21fffffe )3( 2/ 2/)2()1(0201eeffffff ；得得：、由由第第6章章 帶傳動帶傳動有效拉力fe和帶傳遞的功率p及帶速v滿足 e1000pfvp為傳遞的功率（kw） v為帶速（m/s） 在其他條件不變，預緊力f0一定時，帶和帶輪接觸面上的摩擦力ff有一

8、個極限值，即最大摩擦力（或最大有效拉力fmax）。該極限值限制了帶傳動的傳動能力。若需要傳遞的有效拉力fe超過極限值fmax，則帶將在帶輪上打滑，這時傳動失效。第第6章章 帶傳動帶傳動特定條件下帶能傳遞的最大有效拉力fmax為 max0e12e1ffff 當帶處于將要打滑而未打滑的臨界狀態(tài)時，緊邊拉力f1和松邊拉力f2的關系可由柔韌體摩擦的歐拉公式給出，即12efff第第6章章 帶傳動帶傳動影響帶傳動最大有效拉力影響帶傳動最大有效拉力fmax的因素有的因素有 （1）初拉力f0：初拉力f0越大，帶與帶輪間的正壓力越大，最大有效拉力fmax越大。但當f0過大時，將導致帶的磨損加劇，帶的壽命縮短；當

9、f0過小時，帶的工作能力將不足，工作時易打滑。第第6章章 帶傳動帶傳動影響帶傳動最大有效拉力影響帶傳動最大有效拉力fmax的因素有的因素有 （2）包角：最大有效拉力fmax隨包角的增大而增大。為保證帶的傳動能力，一般要求min120。第第6章章 帶傳動帶傳動影響帶傳動最大有效拉力影響帶傳動最大有效拉力fmax的因素有的因素有 （3）摩擦系數(shù)f：摩擦系數(shù)f越大，最大有效拉力fmax越大。f與帶及帶輪材料、表面狀況及工作環(huán)境等有關。第第6章章 帶傳動帶傳動應力分析 1拉應力 當帶傳動工作時，緊邊產(chǎn)生的拉應力1和松邊產(chǎn)生的拉應力2分別為 1122fafa1為緊邊拉應力（mpa）； 2為松邊拉應力（m

10、pa） a為帶的橫截面積（mm2） 第第6章章 帶傳動帶傳動2離心應力 帶在繞過帶輪時做圓周運動，從而產(chǎn)生離心力，并在帶中產(chǎn)生離心應力。離心應力作用于帶長的各個截面上，且大小相等。離心應力c可由下式計算：2cqvac為離心應力（mpa）；q為帶單位長度的質量（kg/m）v為帶的線速度（m/s）。 第第6章章 帶傳動帶傳動3彎曲應力 當帶繞過帶輪時，因彎曲而產(chǎn)生彎曲應力，彎曲應力只產(chǎn)生在帶繞上帶輪的部分。根據(jù)材料力學有abd2hedb為彎曲應力（mpa）；e為帶的彈性模量（mpa）；ha為帶的最外層到中性層的 距離（mm）；dd為帶輪的基準直徑（mm）。帶輪基準直徑帶輪基準直徑dd越小，帶的彎曲

11、應力越大。越小，帶的彎曲應力越大。 第第6章章 帶傳動帶傳動 為防止過大的彎曲應力，對每種型號的v帶，都規(guī)定了相應的最小帶輪直徑ddmin，見表6-1。 表6-1 v帶最小帶輪直徑ddmin和推薦輪槽數(shù) 第第6章章 帶傳動帶傳動帶中最大應力發(fā)生在帶的緊邊開始繞入小帶輪處，其值為max1cb1 帶在傳動時，作用在帶上某點的應力，隨它所處的位置不同而變化。當帶回轉一周時，應力變化一個周期。當應力循環(huán)一定次數(shù)時，帶將疲勞斷裂。 圖6-6 帶上各截面應力分布 第第6章章 帶傳動帶傳動帶傳動的彈性滑動 (1)(1)彈性滑動彈性滑動彈彈性性滑滑動動。相相對對滑滑動動引引起起帶帶與與輪輪間間產(chǎn)產(chǎn)生生微微小小

12、不不同同，帶帶繞繞過過輪輪時時兩兩邊邊變變形形量量差差，由由于于緊緊邊邊松松邊邊存存在在拉拉力力 發(fā)生在帶離開帶輪的那部發(fā)生在帶離開帶輪的那部分圓弧上（圖分圓弧上（圖6-7中的中的c1b1和和c2b2） 滑動弧 滑動弧 靜止弧 靜止弧 第第6章章 帶傳動帶傳動(2)(2)彈滑影響彈滑影響與與載載荷荷有有關關不不恒恒定定 i)()1(2112 fddnndd 11221211/ndndvvvdd 輪輪輪輪輪輪）（滑滑動動率率： 21fffe 式式中中：)1(12 ddddi效效率率降降低低溫溫度度升升高高、帶帶磨磨損損第第6章章 帶傳動帶傳動6.3 v帶傳動的設計帶傳動的設計 1、失效形式與設計

13、準則、失效形式與設計準則失效形式失效形式：打滑、帶疲勞破壞設計準則設計準則：保證不打滑，帶有一定疲勞壽命第第6章章 帶傳動帶傳動2、單根v帶的許用功率不打滑、不疲勞的有效圓周力不打滑、不疲勞的有效圓周力emax1000pffv 帶處于開始打滑的臨界狀態(tài)時，帶的最大有效拉力fmax及帶的緊邊拉力f1應滿足 vmax111efff第第6章章 帶傳動帶傳動帶的疲勞強度條件為max1cb1 為許用應力（mpa） 當帶不發(fā)生疲勞破壞且最大應力 達到許用應力 時，緊邊拉應力為 max 1cb1 第第6章章 帶傳動帶傳動可得v帶能傳遞的最大功率為vcb1e1 1e10001000favf vpv為帶速（m/

14、s）； a為帶的截面面積（mm2） 第第6章章 帶傳動帶傳動 許用應力 和v帶的型號、材料、長度及預期壽命等因素有關，由實驗結果得出，在108109次循環(huán)應力條件下，許用應力 為 d11.13600clmvtm為帶輪數(shù)目； v為v帶的速度（m/s）； t為v帶的使用壽命（h）； ld為v帶的基準長度（m）； c為由v帶材料及結構決定的實驗系數(shù) 第第6章章 帶傳動帶傳動v帶傳動的設計與參數(shù)選擇 已知條件已知條件 帶傳動的工作條件（原動機種類、工作機類型和特性等） 傳遞的功率p 主從動輪的轉速n1、n2或傳動比i 傳動位置和外部尺寸的要求 第第6章章 帶傳動帶傳動3 13 23 33 4設計的內(nèi)容

15、設計的內(nèi)容 帶的型號、長度和根數(shù)的確定 帶輪中心距的確定 帶輪的材料、結構及尺寸的設計與選擇 帶的初拉力及作用在帶輪軸上的壓力計算 帶張緊裝置的設計 第第6章章 帶傳動帶傳動3 13 23 33 43 5設計計算步驟及參數(shù)選擇的原則 1）確定計算功率 caapk p2）選擇v帶類型根據(jù)計算功率pca及小帶輪轉速n1，由普通v帶選型圖確定普通v帶的類型。 第第6章章 帶傳動帶傳動3）確定帶輪的基 準直徑dd1、dd2（1）初選小帶輪基準直徑dd1（2）驗算帶速d1 160 1000d nv（3）計算大帶輪直徑 第第6章章 帶傳動帶傳動4）確定中心距a及 帶的基準長度ld（1）初選中心距a0d1d

16、20d1d20.7()2()ddadd（2）計算帶長ld0 2d2d1d00d1d20()2()24ddladda（3）確定中心距add002llaa第第6章章 帶傳動帶傳動5）驗算小帶輪上的包角1d2d1118057.3 120dda第第6章章 帶傳動帶傳動6）確定v帶根數(shù)zcarpzp7）確定初拉力2ca0(2.5)500kpfqvk zv8）計算帶對軸的壓力 1p02sin2fzf第第6章章 帶傳動帶傳動v帶輪的結構設計 v帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為ht150或ht200；轉速較高時宜采用鑄鋼；小功率時可用鑄鋁或塑料。帶輪基準直徑帶輪基準直徑dd (2.53)d（d為軸的直

17、徑，為軸的直徑，mm）時）時 實心式結構 第第6章章 帶傳動帶傳動當dd300 mm時，可采用腹板式或孔板式結構 當dd 300 mm時，可采用輪輻式結構 第第6章章 帶傳動帶傳動【工程實例6-1】機床傳動系統(tǒng)的普通v帶傳動設計 設計某機床傳動系統(tǒng)中與電動機相接的普通v帶傳動。已知電動機的額定功率為p = 4 kw，轉速n1 = 1440 r/min，傳動比為3.4，三班制工作，載荷變動小，要求結構緊湊。第第6章章 帶傳動帶傳動解：（1）確定計算功率pca。由附表6-6查得工作情況系數(shù)ka = 1.3，計算功率pca為 caa1.3 4 kw5.2 kwpk p第第6章章 帶傳動帶傳動附表6-

18、6 工作情況系數(shù)ka（摘自gb/t 13575.11992） 第第6章章 帶傳動帶傳動（2）選取帶型。根據(jù)pca及n1，由圖6-8選用a型帶。 第第6章章 帶傳動帶傳動（3）確定帶輪的基準直徑。根據(jù)表6-1推薦的最小基準直徑，由附表6-7可選出小帶輪的基準直徑dd1 = 100 mm，則大帶輪的基準直徑dd2 = idd1 = 100 3.4 = 340 mm。根據(jù)附表6-7，取dd2 = 355 mm。 第第6章章 帶傳動帶傳動附表6-7 普通v帶輪的基準直徑系列（摘自gb/t 13575.11992） 第第6章章 帶傳動帶傳動表6-1 v帶最小帶輪直徑ddmin和推薦輪槽數(shù) 第第6章章 帶

19、傳動帶傳動（4）驗算帶速，即 d1 1100 14407.54 m/s60 100060 1000d nv5 m/s25 m/sv，故符合要求。 （5）確定v帶的基準長度和中心距。根據(jù) 初步確定中心距a0為考慮到設計要求結構緊湊，故選a0 = 400 mm。 d1d20d1d20.7()2()ddadd00.7(100355)318.52(100355)910a第第6章章 帶傳動帶傳動根據(jù)式(6-24)，計算v帶的基準長度ld0為 2d2d1d00d1d202()2()24(355100)2400(100355)1555.36 mm24400ddladda 由附表6-2選v帶基準長度ld為16

20、00 mm。按式(6-25)計算出實際的中心距a為 dd0016001555.36400422.32 mm22llaa第第6章章 帶傳動帶傳動（6）驗算主動輪上的包角。由式(6-27)可得 d2d11355 10018057.318057.3145.4120422.32dda故主動輪的包角合適。 （7）計算v帶的根數(shù)。由附表6-2查得kl = 0.99，由附表6-5查得k = 0.91，由附表6-4查得p = 0.17 kw，由附表6-3查得p0 = 1.32 kw。根據(jù)式(6-20)，在此條件下，單根v帶所傳遞的功率為 = (1.32 + 0.17)0.990.90 = 1.33 kw r0

21、l()ppp k k 由式(6-28)可得v帶的根數(shù)z為 car5.23.921.33pzp取z = 4根。 第第6章章 帶傳動帶傳動附表6-2 普通v帶、窄v帶的基準長度和長度系數(shù)kl（摘自gb/t 13575.11992） 附表6-3 單根v帶的基本額定功率（摘自gb/t 13575.11992） 附表6-4 單根v帶的功率增量（摘自gb/t 13575.11992） 附表6-5 包角修正系數(shù)（摘自gb/t 13575.11992） （8）計算初拉力f0。由附表6-1查得q = 0.1 kg/m。由式(6-29)可得v帶的初拉力為 22ca0(2.5)(2.50.91)5.25005000

22、.1 7.54156.3 n0.91 47.54kpfqvk zv（9）計算帶對軸的壓力。由式(6-30)得 1p0145.42sin24 156.3 sin1193.8 n22fzf （10）帶輪結構設計（略） 第第6章章 帶傳動帶傳動6.4梯形齒同步帶傳動的設計梯形齒同步帶傳動的設計 同步帶的類型與結構 同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，帶面具有等距橫向齒的環(huán)形帶。同步帶由帶背1、承載繩2、帶齒3和包布帶4組成。 第第6章章 帶傳動帶傳動帶鏈結合，傳動平穩(wěn)，傳動比準確；帶鏈結合，傳動平穩(wěn)，傳動比準確；不需張緊，效率高，適于高速。不需張緊，效率高，適于高速。第第6章章 帶傳動帶傳動第第6

23、章章 帶傳動帶傳動 同步帶按照齒形可分為梯形齒同步帶梯形齒同步帶和圓圓弧齒同步帶弧齒同步帶。 節(jié)距制梯形齒同步帶按照節(jié)距可分為7種帶型，最基本的參數(shù)是節(jié)距p。同步帶的標記為帶長代號、帶型和帶寬代號。 標記舉例： 第第6章章 帶傳動帶傳動梯形齒同步帶傳動的設計計算 失效形式失效形式 同步帶疲勞斷裂、帶齒的剪切和壓潰、同步帶兩側邊和帶齒的磨損。 計算準則計算準則 保證同步帶具有一定的疲勞強度和使用壽命。 第第6章章 帶傳動帶傳動）確定計算功率pcacaapk p2）選擇梯形齒 同步帶類型 根據(jù)計算功率pca及小帶輪轉速n1，由圖6-12確定梯形齒同步帶的類型。第第6章章 帶傳動帶傳動3）確定帶輪齒

24、數(shù) z1、z2及帶輪節(jié) 圓直徑dd1、dd2一般選小帶輪齒數(shù)應滿足：z1zmin 大帶輪齒數(shù)z2 = iz1。兩個帶輪的節(jié)圓直徑分別為 1bd1z pd2bd2z pd第第6章章 帶傳動帶傳動4）驗算帶速 d1 1max60 1000d nvv5）確定中心距 及同步帶長 根據(jù)結構要求，按照v帶的計算公式初定中心距a0，再計算帶長ld0。選取標準帶長（節(jié)線長度）ld。最后，計算出實際中心距a。第第6章章 帶傳動帶傳動6）確定同步帶寬度（1）確定小帶輪的嚙合齒數(shù)zmd2d1m1126ddzza（2）確定基準額定功率p0 320p10pfqvv計算帶寬bs為 ca1.14ss0z0pbbk p第第6

25、章章 帶傳動帶傳動梯形齒同步帶輪的結構 如圖6-13所示，d =同步帶輪的節(jié)圓直徑，d0 =帶輪的實際外圓直徑。同步帶輪的齒形一般推薦采用漸開線齒形漸開線齒形，并由漸開線齒形帶輪刀具用展成法展成法加工而成。圖6-13 同步輪節(jié)徑與外徑示意圖 第第6章章 帶傳動帶傳動 帶輪在安裝時，必須注意帶輪軸線的平注意帶輪軸線的平行度，使帶輪的傳動中心平面位于同一平面行度，使帶輪的傳動中心平面位于同一平面內(nèi)，防止帶輪斜偏而造成帶輪側面磨損加劇。內(nèi)，防止帶輪斜偏而造成帶輪側面磨損加劇。第第6章章 帶傳動帶傳動 圖6-14為直邊齒帶輪的齒槽尺寸圖，其主要參數(shù)有齒槽底寬bw、齒高hg、槽半角 、節(jié)頂距 、外圓直徑

26、da。各參數(shù)的尺寸及計算公式見附表6-12。 圖6-14 直邊齒帶輪的齒槽尺寸及參數(shù) 第第6章章 帶傳動帶傳動【工程實例6-2】牛頭刨床傳動系統(tǒng)的梯形齒同步帶傳動設計 設計某牛頭刨床傳動系統(tǒng)中與電動機相接的梯形齒同步帶傳動。已知電動機的額定功率為p = 4 kw，轉速n1 = 1440 r/min，傳動比為i = 3.4，三班制工作，要求結構緊湊。第第6章章 帶傳動帶傳動解：（1）確定計算功率pca。由附表6-9查得工作情況系數(shù)ka = 1.9，計算功率pca為 caa1.947.6 kwpk p（2）確定同步帶的類型。根據(jù)計算功率pca及小帶輪轉速n1，由圖6-12可查得梯形齒同步帶的類型應

27、為h。 第第6章章 帶傳動帶傳動圖6-12 梯形齒同步帶選型圖 第第6章章 帶傳動帶傳動（3）確定帶輪齒數(shù)z1、z2及帶輪節(jié)圓直徑dd1、dd2。由表6-2查得zmin = 18，取z1 = 19。大帶輪的齒數(shù)為z2 = iz1 = 3.4 19 = 64.6，取z2 = 65。 表6-2 小帶輪最小齒數(shù)zmin（摘自gb/t113621989） 第第6章章 帶傳動帶傳動 由附表6-8查得h型同步帶的節(jié)距pb = 12.7 mm。兩個帶輪的節(jié)圓直徑分別為 1bd119 12.776.85z pd2bd265 12.7262.90z pdmm mm 第第6章章 帶傳動帶傳動附表6-8 梯形齒同步

28、帶齒形尺寸（摘自gb/t 116161989） 第第6章章 帶傳動帶傳動（4）驗算帶速。h型同步帶最大允許帶速vmax為40 m/s，帶速v為 d1 176.85 14405.794060 100060 1000d nv驗算結果表明，帶輪節(jié)圓直徑取值合理。 （5）確定中心距及帶長。 根據(jù)式(6-23)初步確定中心距a0，即 00.7(76.85262.9)237.832(76.85262.9)679.5a考慮到設計要求結構緊湊，選a0 = 300 mm。 根據(jù)計算v帶的基準長度ld0，有式(6-24)，則 2d2d1d00d1d202()2()24(262.976.85)2 300(76.85262.9)1162.25mm24 300ddladda第第6章章 帶傳動帶傳動 由附表6-10選用帶長代號為4