機(jī)械設(shè)計(jì)帶傳動

1、第八章 帶傳動重點(diǎn)：帶傳動的原理 受力分析 應(yīng)力分析 帶傳動的設(shè)計(jì)過程難點(diǎn)：帶傳動的受力分析組成：主動輪，從動輪和環(huán)行帶主要應(yīng)用場合：中小功率傳動系統(tǒng)（目前，國外的帶式輸送機(jī)已有飛速發(fā)展，如：Austrilia某帶式輸送機(jī)的單機(jī)長度已達(dá)34公里；荷蘭鹿特丹多機(jī)（17段），達(dá)206公里）本章主要內(nèi)容§ 帶傳動的特點(diǎn)和工作原理； § 帶傳動的類型及其特點(diǎn)； § 帶傳動的受力情況及應(yīng)力分析； § 帶傳動的運(yùn)動分析（彈性滑動、打滑與傳動比）； 普通V帶傳動的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)難點(diǎn)§ 帶傳動的受力情況及應(yīng)力分析； § 帶傳動的運(yùn)動分析（彈性滑動、打滑與

2、傳動比）；【主要內(nèi)容】§ 帶傳動的特點(diǎn)和工作原理； § 帶傳動的類型及其特點(diǎn)； § 帶傳動的受力情況及應(yīng)力分析；§ 帶傳動的運(yùn)動分析（彈性滑動、打滑與傳動比）；§ 普通V帶傳動的設(shè)計(jì)。【重點(diǎn)難點(diǎn)】§ 帶傳動的受力情況及應(yīng)力分析； § 帶傳動的運(yùn)動分析（彈性滑動、打滑與傳動比）；第一節(jié) 概述 帶傳動是通過中間撓性件（帶）傳遞動力和運(yùn)動的。按工作原理可分為摩擦傳動和嚙合傳動兩種。本章主要介紹第一種摩擦帶傳動傳動帶1帶傳動的組成固聯(lián)于主動軸上的帶輪1(主動輪)；固聯(lián)于從動軸上的帶輪3(從動輪)；緊套在兩輪上的傳動帶2。2傳 動 原

3、 理 摩擦傳動：當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（平帶和帶傳動） 。 嚙合傳動：當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（同步帶傳動）。 3帶傳動的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適用于較大中心距的傳動；能緩和載荷沖擊帶有良好的彈性 過載時，帶在輪面上打滑，起保護(hù)作用；運(yùn)行平穩(wěn)，無噪音； 結(jié)構(gòu)簡單，成本低。缺點(diǎn)：傳動的外廓尺寸較大；傳動比不穩(wěn)定；帶的壽命比較短（與齒輪傳動相比）傳動效率低，一般在0.940.98之間帶傳動的類型:摩擦帶傳動：（按帶的剖面形狀）平帶；V帶；圓帶；多楔帶嚙合傳動：同步齒形帶帶傳動的型式：開口傳動交叉?zhèn)鲃影虢徊鎮(zhèn)鲃铀裕?/p>

4、往往應(yīng)用在功率小于等于700千瓦，帶速在525米每秒的機(jī)械中。特種帶可達(dá)60米每秒。高速帶可達(dá)80米每秒。4帶傳動的類型傳動帶平 帶 帶多楔帶同步帶普通平帶片基平帶普通帶窄帶齒形帶寬帶平帶傳動，結(jié)構(gòu)簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應(yīng)用較多。在一般機(jī)械傳動中，應(yīng)用最廣的帶傳動是帶傳動，在同樣的張緊力下，帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。多楔帶傳動兼有平帶傳動和帶傳動的優(yōu)點(diǎn)，柔韌性好、摩擦力大，主要用于傳遞大功率而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合。同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點(diǎn)是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小。5帶傳動的應(yīng)用帶采用基準(zhǔn)寬度制，即用帶的基準(zhǔn)線的位

5、置和基準(zhǔn)寬度來確定帶在輪槽中的位置和輪槽的尺寸。在各類機(jī)械中應(yīng)用廣泛，但摩擦式帶傳動不適用于對傳動比有精確要求的場合。帶傳動的工作情況分析是指帶傳動的受力分析、應(yīng)力分析、運(yùn)動分析。帶傳動是一種撓性傳動，其工作情況具有一定的特點(diǎn)。第一節(jié) V帶和V帶輪一、 V帶的結(jié)構(gòu)普通V帶的結(jié)構(gòu)：抗拉層：簾布芯結(jié)構(gòu)（抗拉強(qiáng)度高）和線繩芯結(jié)構(gòu)（柔韌性好，適用于高度，載荷不大，帶輪直徑較小的場合）；頂膠層：底膠層：包帶層普通窄V帶分為：SPZ，SPA，SPB，SPC四種型號，比高度相同的普通帶窄30%。V帶是標(biāo)準(zhǔn)件：按截面尺寸分為：Y、Z、A、B、C、D、E型，其中Y型截面尺寸最小，承受的載荷小，功率小。節(jié)面即不受

6、拉，也不受壓的面；節(jié)面寬度節(jié)線帶中長度不變的周線；節(jié)線的長度稱為帶基準(zhǔn)長度，具體查表基準(zhǔn)直徑指槽寬等于帶的節(jié)寬的那個圓柱直徑，可查表117。二、V帶輪（鑄鐵，鋼，小的可用塑料） 組成：輪緣（職能結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)從動輪的具體工作情況而定，齒輪上是齒；帶輪上是槽），輪轂，輪輻。后兩者材料相同。帶輪通常采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150和HT200。轉(zhuǎn)速較高時宜采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時可用鑄鋁或塑料。帶輪一般都自己設(shè)計(jì)。帶輪的分類：實(shí)心式；腹板式；輪輻式各輪槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使帶的載荷分布較為均勻。結(jié)構(gòu)工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力、質(zhì)量分布均勻。輪槽工作面要精細(xì)加工，

7、以減少帶的磨損。輪緣的槽形剖面尺寸，可查表113。輪槽的楔角小于帶的楔角，這樣在帶裝上時，外層受拉，寬度減??；內(nèi)層受壓，寬度增加，則楔角變小，所以槽的角度應(yīng)小些。帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸。帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸通常按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。第二節(jié) 帶傳動的受力分析和彈性滑動一、幾何尺寸計(jì)算帶傳動的主要幾何參數(shù)有：中心距，帶長，帶輪直徑，包角（小輪）帶纏繞在帶輪上時，接觸弧所對應(yīng)的中心角，它們之間的關(guān)系：二、受力分析a) 工作拉力帶傳動尚未工作時，傳動帶中的預(yù)緊力為F0。帶傳動工作時，一邊拉緊，一邊放松，記緊邊拉力為F1和松邊拉力為F2。 設(shè)帶的總長度

8、不變，根據(jù)線彈性假設(shè)（環(huán)形帶的總長度不變，則可推出緊邊拉力的增量應(yīng)該等于松邊拉力的減量）：F1F0F0F2；或：F1 F22F0；記傳動帶與小帶輪或大帶輪間總摩擦力為Ff，其值由帶傳動的功率P和帶速v決定。定義由負(fù)載所決定的傳動帶的有效拉力為FeP/v，則顯然有FeFf。 取繞在主動輪或從動輪上的傳動帶為研究對象 ，有：FeFfF1F2；因此有：F1F0Fe2；F2F0Fe2；工作中有效拉力的大小取決于所傳遞功率的大小。即：顯然承載能力的大小取決于帶兩端的拉力差，而不是某個力的大小。需要傳遞的功率越大，需要的有效拉力越大。根據(jù)力分析和平衡結(jié)果，有效拉力就是由接觸弧段的摩擦力提供的。當(dāng)帶傳遞的功

9、率增大到所需的有效拉力超過接觸弧上的極限摩擦力總和時，帶與輪面就會發(fā)生全面的相對滑動，即只有主動輪轉(zhuǎn)動，而從動輪不動，這種現(xiàn)象稱為“打滑”。打滑是一種由于過載引起的一種失效。帶傳動的最大有效拉力Fec有多大？由歐拉公式確定剛剛打滑時，帶兩端的拉力關(guān)系式為：歐拉公式給出的是帶傳動在極限狀態(tài)下各力之間的關(guān)系，或者說是給出了一個具體的帶傳動所能提供的最大有效拉力Fec 。由歐拉公式可知：(預(yù)緊力F0最大有效拉力Fec (包角最大有效拉力Fec 摩擦系數(shù) f最大有效拉力Fec 分析： 可知影響帶的承載能力的因素：、。但注意各個參數(shù)都不能過大或過小。如：初張力太大，帶易斷裂，拉應(yīng)力增大，軸上的受力同時增

10、大；相反，太小，易打滑。太大，帶輪就要作得粗糙，帶易磨損；一般都采用打蠟，在帶輪表面加瀝青等方法加大摩擦系數(shù)。包角與中心距有關(guān)，包角太大，中心距增大，但太大會使結(jié)構(gòu)龐大。當(dāng)已知帶傳遞的載荷時，可根據(jù)歐拉公式確定應(yīng)保證的最小初拉力F0。切記：歐拉公式不可用于非極限狀態(tài)下的受力分析！b) 離心拉力（每米帶長的質(zhì)量）三、彈性滑動和打滑 1、彈性滑動帶是彈性體，受拉后要產(chǎn)生彈性變形。由于緊邊和松邊的拉力不同，產(chǎn)生的彈性變形也不同。小輪左端帶產(chǎn)生的摩擦力從減小到，帶的彈性變形也隨之相應(yīng)減小，帶速V逐漸低于主動輪的圓周速度，所以帶與帶輪輪緣之間發(fā)生了相對滑動，稱為彈性滑動。彈性滑動因材料的彈性變形而引起帶

11、與帶輪表面產(chǎn)生的相對滑動現(xiàn)象稱為彈性滑動。帶傳動的彈性滑動是不可避免的。產(chǎn)生彈性滑動的原因：帶有彈性；緊邊松邊存在拉力差。如果主動輪的圓周速度為，從動輪的圓周速度為，帶速為，則三者之間的關(guān)系為：后果：使主從動輪及帶速的大小不同，發(fā)生傳動比不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。其中：滑動率：帶傳動中，由于帶的彈性滑動而引起從動輪的圓周速度低于主動輪的圓周速度的相對降低率。，一般工程中，考慮滑動率的影響，帶傳動的傳動比為：顯然，減小了，這就是所謂的從動輪丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。彈性滑動是帶傳動不能保證準(zhǔn)確傳動比的根本原因。2、打滑打滑是當(dāng)帶所需傳遞的圓周力超過帶與帶輪表面之間的極限摩擦力的總和時，帶與帶輪表面之間將發(fā)生顯著的相對滑動。

12、是不可避免的。打滑是由于過載所引起的帶在帶輪上的全面滑動。打滑是可以避免的。只要不過載即可。后果（危害）：產(chǎn)生過量的磨損，嚴(yán)重的發(fā)生火災(zāi)甚至是爆炸。第四節(jié) 帶的應(yīng)力分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、應(yīng)力分析（三部分） 1、帶的工作拉應(yīng)力：緊邊拉應(yīng)力：松邊拉應(yīng)力：式中：A帶的剖面面積（）；v帶速從緊邊到松邊帶所受的應(yīng)力逐漸增加，因?yàn)榫嫉?。越靠近緊邊受到的拉應(yīng)力越大，從松邊到緊邊，由逐漸增大到。2、離心拉應(yīng)力（作用在帶的全長上）離心拉應(yīng)力3、彎曲應(yīng)力帶繞經(jīng)帶輪時，因彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。由材料力學(xué)的知識，帶最外層彎曲應(yīng)力最大，為：式中：帶的節(jié)面（中性層）到最外層的垂直距離帶材料的彈性模量（）帶輪直徑（帶輪中性層所

13、在的帶輪直徑，帶輪的基準(zhǔn)直徑）顯然，小輪的彎曲應(yīng)力應(yīng)比大輪處的應(yīng)力大，應(yīng)力分布圖如圖所示，為限制彎曲應(yīng)力，對每種V帶都規(guī)定了最小帶輪的直徑，在選型圖上?？梢?，帶在整個周長上的應(yīng)力是不斷變化的。在變應(yīng)力的作用下，帶易發(fā)生疲勞破壞。最大應(yīng)力發(fā)生在小輪與帶相遇點(diǎn)處。應(yīng)力分布圖如圖所示。二、帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則帶傳動的主要失效形式是打滑和傳動帶的疲勞破壞。1、帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。2單根V帶的基本額定功率帶傳動的承載能力取決于傳動帶的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、長度，帶傳動的轉(zhuǎn)速、包角和載荷特性等因素。單根V帶的基本額定功率P0是根據(jù)特定的實(shí)驗(yàn)和分析確定的。實(shí)驗(yàn)條件：傳動比i=1、

14、包角180°、特定長度、平穩(wěn)的工作載荷。即不打滑也不疲勞前提下，單根V帶所能傳遞的功率為：滿足疲勞強(qiáng)度的條件：則保證不打滑的條件：聯(lián)立上面兩式得滿足不打滑又有足夠疲勞強(qiáng)度的功率：式中：額定功率。帶的許用拉應(yīng)力。由帶傳動的疲勞實(shí)驗(yàn)分析得知：式中：指數(shù)，對V帶，11；循環(huán)次數(shù)，；特定條件下得實(shí)驗(yàn)常數(shù)。由公式求出，影響承載能力的因素由型號增強(qiáng)，半徑彎曲應(yīng)力增加，基本額定動載荷下降；基準(zhǔn)直徑增加，彎曲應(yīng)力下降，功率增加。第五節(jié)帶傳動的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)為：功率P，轉(zhuǎn)速n1、n2（或傳動比i），傳動位置要求及工作條件等。一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定帶的類型和截型、長度L、根數(shù)Z、傳動中心距a、帶輪基準(zhǔn)直

15、徑及其它結(jié)構(gòu)尺寸等。由于單根帶基本額定功率P0是在特定條件下經(jīng)實(shí)驗(yàn)獲得的，因此，在針對某一具體條件進(jìn)行帶傳動設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)這一具體的條件對所選定的帶的基本額定功率P0進(jìn)行修正，以滿足設(shè)計(jì)要求。二、 V帶傳動的設(shè)計(jì)步驟1、 選取V帶的型號 設(shè)計(jì)功率的計(jì)算：式中：P標(biāo)稱傳動功率； 工作情況系數(shù)，表8-4。小帶輪的轉(zhuǎn)速已知，根據(jù)和查圖89選型。圖中實(shí)線是兩個區(qū)的分界線，圖中還給出了小帶輪最小的范圍2、 確定兩輪基準(zhǔn)直徑因?yàn)樾≥喼睆皆叫。瑤У膹澢鷳?yīng)力越大，疲勞壽命越小，故對帶輪的最小直徑應(yīng)加以限制。表8-5給出了各型號V帶許用最小帶輪基準(zhǔn)直徑。但為使結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)將小帶輪直徑取小些：；大輪基準(zhǔn)直徑：應(yīng)按

16、表8-5圓整，帶的一般工程計(jì)算式允許傳動比有的誤差。3、 帶的速度驗(yàn)算： 速度V越大，離心力越大，帶的疲勞壽命減小，速度V減小。，P一定時，有效拉力F增大，所需帶的根數(shù)增加，一般應(yīng)使V在525范圍內(nèi)，V小于5，會使增大。4、 中心距和帶的基準(zhǔn)長度當(dāng)、一定時，中心距增大，則小輪包角增大，帶的傳動能力提高，但過大使結(jié)構(gòu)尺寸增加，并在高速傳動時引起帶的顫動。小時，結(jié)構(gòu)緊湊，但若過小，除包角減小，減小，則在V一定時，單位時間繞過帶輪的次數(shù)增多，帶中應(yīng)力變化次數(shù)多，加速造成帶的疲勞破壞，所以一般按下式初定再按式（819）計(jì)算所需的帶長查表82，選接近的根據(jù)（821）計(jì)算中心距。；設(shè)計(jì)中心距：5、 計(jì)算小輪包角（要求：）6、 V帶的根數(shù)式中：單根V帶基本額定功率（KW），見表83 計(jì)入傳