機械設計第8章帶傳動

1、第八章第八章 帶傳動帶傳動8-1 帶傳動概述帶傳動概述 8-2 帶傳動的工作情況分析帶傳動的工作情況分析8-3 普通普通V帶傳動的設計計算帶傳動的設計計算 8-4 V帶輪結構設計帶輪結構設計8-5 帶傳動的張緊裝置帶傳動的張緊裝置教學要求：教學要求：1）了解帶傳動的類型、工作原理、特點及應用；）了解帶傳動的類型、工作原理、特點及應用；2）了解）了解V帶與帶與V帶輪的結構形式；帶輪的結構形式；3）掌握帶傳動的受力分析、應力分析、彈性滑動和打滑等基本）掌握帶傳動的受力分析、應力分析、彈性滑動和打滑等基本理論；理論；4）掌握帶傳動的失效形式、設計準則、普通）掌握帶傳動的失效形式、設計準則、普通V帶傳

2、動的設計計帶傳動的設計計算和參數(shù)選擇原則算和參數(shù)選擇原則5）了解帶傳動的維護和張緊。）了解帶傳動的維護和張緊。重點：重點：1）帶傳動的工作情況分析（力和應力分析、彈性滑動和打滑）帶傳動的工作情況分析（力和應力分析、彈性滑動和打滑）2）普通）普通V帶傳動的設計計算帶傳動的設計計算 1）彈性滑動和打滑產生的機理；）彈性滑動和打滑產生的機理；2）為何帶傳動一般布置在機器的高速級傳動？）為何帶傳動一般布置在機器的高速級傳動？學習本章須解決的兩個問題：學習本章須解決的兩個問題：8-1 帶傳動概帶傳動概 述述 組成：組成： 主動輪主動輪1、從動輪、從動輪2、傳動帶、傳動帶3 工作原理：工作原理： 靠帶與帶

3、輪間的靠帶與帶輪間的摩擦或嚙合摩擦或嚙合作用來傳遞運動和動力。作用來傳遞運動和動力。1n2n12潘存云教授研制vv3帶傳動是一種撓性傳動2）嚙合型帶傳動：）嚙合型帶傳動：靠靠帶齒與輪齒間的嚙合帶齒與輪齒間的嚙合傳遞運動傳遞運動 (同步帶傳同步帶傳動動) 一、帶傳動的類型一、帶傳動的類型1）摩擦型帶傳動：）摩擦型帶傳動：靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運動靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運動 (平帶和平帶和V帶傳動帶傳動)1、按、按工作原理不同工作原理不同:2、按、按橫截面形狀不同橫截面形狀不同:1）平帶）平帶平帶的帶體平帶的帶體薄、軟、輕薄、軟、輕，具有良好的耐彎曲性能，具有良好的耐彎曲性能，適用于小直徑帶輪

4、傳動適用于小直徑帶輪傳動。高速運行時，帶體容易散高速運行時，帶體容易散熱，傳動平穩(wěn)。熱，傳動平穩(wěn)。2）V帶帶普通普通V帶帶窄窄V帶帶寬寬V帶帶應用最廣的帶傳動，在同樣的張緊力下，應用最廣的帶傳動，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力帶傳動較平帶傳動能產生更大的摩擦力。 由于帶與輪槽之間是由于帶與輪槽之間是V型槽面摩擦，故可產生比平帶更大型槽面摩擦，故可產生比平帶更大的摩擦力，因而能傳遞較大的功率。在工業(yè)上，應用最廣泛。的摩擦力，因而能傳遞較大的功率。在工業(yè)上，應用最廣泛。FQFQFN /2 /2FN2FN2平帶傳動平帶傳動-平面摩擦平面摩擦帶傳動帶傳動-槽面摩擦槽面摩擦摩擦力

5、摩擦力: : F f = FN f = f FQFN= FQFN2FQ= 2sin /2FN=FQsin /2摩擦力摩擦力: : F f = FN ff=FQsin /2= FQ fvff v=sin /2-當量摩擦系數(shù)當量摩擦系數(shù) 40, sin /20.3 f v3 f= 3 f FQ 3）多楔帶）多楔帶汽車發(fā)動機汽車發(fā)動機 多多楔帶楔帶兼有平帶柔性好和帶兼有平帶柔性好和帶摩擦力大等優(yōu)點摩擦力大等優(yōu)點，用于結構緊湊，用于結構緊湊而傳遞功率較大的場合。而傳遞功率較大的場合。解決了多根解決了多根V帶長短不一而受力不均帶長短不一而受力不均的狀況。的狀況。4）同步帶）同步帶嚙合傳動嚙合傳動，兼有，

6、兼有帶傳動和齒輪傳動帶傳動和齒輪傳動的優(yōu)點，的優(yōu)點，吸振、吸振、i 準確準確，在汽車、，在汽車、機器人中廣泛應用。機器人中廣泛應用。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二、二、V帶的類型與結構帶的類型與結構 V帶是一種帶是一種標準件標準件-應用最廣應用最廣普通普通V帶組成：帶組成：抗拉體、頂膠、底膠、包布。抗拉體、頂膠、底膠、包布。簾布芯結構簾布芯結構繩芯結構繩芯結構包布包布頂膠頂膠抗拉體抗拉體底膠底膠簾布結構簾布結構：抗拉強度高，制造方便抗拉強度高，制造方便。 繩芯結構繩芯結構：柔韌性好，抗彎強度高柔韌性好，抗彎強度高，適用轉速較高、帶輪，適用轉速較高、帶輪直

7、徑較小的場合；直徑較小的場合；但承載能力沒有簾布結構的傳動帶高但承載能力沒有簾布結構的傳動帶高。 V帶楔角帶楔角 =40； V帶輪槽角帶輪槽角 Fec。帶將在帶。帶將在帶輪上發(fā)生輪上發(fā)生全面的相對滑動全面的相對滑動，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為打滑打滑。當帶在帶輪上當帶在帶輪上即將打滑即將打滑時，摩擦力達到時，摩擦力達到極限值極限值Fec，此時緊邊和松邊拉力之間，此時緊邊和松邊拉力之間的關系可用的關系可用歐拉公式歐拉公式來表示。來表示。 當初拉力當初拉力F0一定時，隨著一定時，隨著P，F(xiàn)e，F(xiàn)f，但摩擦力總有一，但摩擦力總有一極限值極限值Fec。故能傳遞的故能傳遞的極限功率極限功率為：為：kWv

8、FPec1000lim(P75KW)影響臨界摩擦力的因素影響臨界摩擦力的因素： 1）初拉力）初拉力F0，F(xiàn)0 Ffc 2）包角包角 Ffc Fec ，對傳動有利對傳動有利。F0 過大過大 帶的磨損加劇帶的磨損加劇, ,加快松弛加快松弛, ,降低壽命。降低壽命。F0 過小過小 影響帶的工作能力，容易打滑。影響帶的工作能力，容易打滑。3）摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) f Fec ，對傳動有利。對傳動有利。 當輪與帶的配對材料為：膠對鑄鐵當輪與帶的配對材料為：膠對鑄鐵 f 帶輪帶輪多用鑄鐵制造。多用鑄鐵制造。0111211ffecfcfeFFFFee220201eeFFFFFF聯(lián)立：聯(lián)立：三、帶的應力分析三、帶

9、的應力分析 1. 拉應力拉應力緊邊：緊邊：MPaAF11MPaAF22松邊：松邊：2. 離心拉應力離心拉應力MPaAqvAFcc23. 彎曲應力彎曲應力MPadhEdb2121 bbdddd2121 FF q帶單位長度上的質量A帶的截面面積應力分布情況示意圖應力分布情況示意圖 max 1 b2 c2n1n21 b1cb11max 2最大應力最大應力 max出現(xiàn)在出現(xiàn)在帶的緊邊開始繞上小帶的緊邊開始繞上小( (主動主動) )帶輪處帶輪處。離心拉應力拉應力變應力狀態(tài)變應力狀態(tài) 循環(huán)一定次數(shù)循環(huán)一定次數(shù) 疲勞破壞疲勞破壞四、四、帶的彈性滑動與打滑帶的彈性滑動與打滑 1. 彈性滑動產生的機理彈性滑動產

10、生的機理： 帶受拉力產生彈性變形帶受拉力產生彈性變形，而拉力，而拉力不同彈性變形量也不同。不同彈性變形量也不同。1）帶的緊邊在）帶的緊邊在A1點繞上主動輪時：點繞上主動輪時： 帶的受力：帶的受力：F1 帶的速度：帶的速度：v = v1 當帶由當帶由A1B1運動時：運動時： 帶帶拉力：拉力：F1F2 減小減小 帶的彈性變形量帶的彈性變形量減小（減?。◣湛s收縮），）， 即帶一邊隨帶輪前進，一邊又向后收縮，即帶一邊隨帶輪前進，一邊又向后收縮，使使帶的速度：帶的速度：v v12）從動輪上：正好相反，即：）從動輪上：正好相反，即： v v221vvv即有即有：B1A1C1產生的原因：產生的原因：1）

11、帶具有彈性；）帶具有彈性；2）緊邊、松邊有拉力差。）緊邊、松邊有拉力差。注意注意：彈性滑動是帶傳動不可避免的固有特性。彈性滑動是帶傳動不可避免的固有特性。定義：定義：由于帶的由于帶的彈性變形彈性變形而引起的帶與帶輪間的而引起的帶與帶輪間的微量微量相對滑動相對滑動帶的彈性滑動帶的彈性滑動 。1）從動輪的圓周速度從動輪的圓周速度v2低于低于主動輪主動輪v1；2）降低了傳動效率；）降低了傳動效率；3）引起帶的磨損；）引起帶的磨損；4）使帶溫度升高。）使帶溫度升高。彈性滑動會引起下列后果：彈性滑動會引起下列后果：2121dddnind理論傳動比理論傳動比實際傳動比實際傳動比)1 (1221ddddnn

12、i2. 帶傳動的傳動比帶傳動的傳動比：%100121vvv12)1 (vv或或)/(6000011d1smndv)/(6000022d2smndv其中：其中：通常通常 =0.01 0.02，一般工程計算可以忽略不計，則，一般工程計算可以忽略不計，則 彈性滑動導致：彈性滑動導致：從動輪的從動輪的v2主動輪的主動輪的v1，其相對降低，其相對降低率可用率可用滑動率滑動率 來表示：來表示： 傳遞功率傳遞功率P 增加，使得增加，使得Fe Fec 過載過載帶的磨損加劇，從動輪轉速急速下降，帶的磨損加劇，從動輪轉速急速下降，直至傳動失效。直至傳動失效?？梢员苊獾?，也必須避免。可以避免的，也必須避免。產生的原

13、因產生的原因造成的后果造成的后果打滑的特點打滑的特點打打滑滑3. 帶傳動的打滑帶傳動的打滑： 1）正常工作時：）正常工作時：Fe 1 打滑首先發(fā)生在打滑首先發(fā)生在哪個帶輪哪個帶輪上？上？打滑：打滑：當帶傳遞功率所產生的載荷超過當帶傳遞功率所產生的載荷超過臨界摩擦力臨界摩擦力(或或臨界有效拉力臨界有效拉力)時，帶將在輪上全面滑動，即時，帶將在輪上全面滑動，即整體打滑整體打滑。注意：注意：彈性滑動和打滑是兩個彈性滑動和打滑是兩個截然不同的概念截然不同的概念。打滑可起到過載保護的作用。打滑可起到過載保護的作用。a）彈性滑動彈性滑動是帶傳動的是帶傳動的固有特性固有特性，是不可避免的；，是不可避免的；b

14、）打滑打滑是由于是由于過載過載引起的，是引起的，是可以避免可以避免的，而且的，而且 必須避免必須避免。8-3 普通普通V帶傳動的設計計算帶傳動的設計計算一、設計準則和單根一、設計準則和單根V帶的基本額定功率帶的基本額定功率P0失效形式失效形式：打滑和帶的疲勞破壞打滑和帶的疲勞破壞設計準則：設計準則：在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。為避免打滑，須限制為避免打滑，須限制有效拉力不超過臨界值有效拉力不超過臨界值。為保證帶具有一定的疲勞強度，應使為保證帶具有一定的疲勞強度，應使：帶在帶在臨界打滑狀態(tài)下臨界打滑狀態(tài)下的有效拉力：的有效拉力：11ma

15、x cbcb 11 )11 ()11 (11vvffeceAeFF（對于V帶用 fv 代替 f ）011( )(1)10001000vecbcfF vAvPkWe單根單根V帶帶處于臨界打滑狀態(tài)時處于臨界打滑狀態(tài)時所能傳遞的功率：所能傳遞的功率：基本額定功率基本額定功率基本額定功率基本額定功率P0 是在是在特定的試驗條件下特定的試驗條件下得到的：得到的：特定條件：特定條件：1）載荷平穩(wěn)；）載荷平穩(wěn)； 2）包角）包角 =180 ，即，即 i=1； 3）特定帶長。）特定帶長。200 400 800 950 1200 1450 1600 1800 2000 2400 2800 3200 3600 40

16、00 5000 6000小帶輪小帶輪基準直基準直徑徑 d1/ mm表表8-4a 單根普通單根普通V帶的基本額定功率帶的基本額定功率P0（包角包角 = 、特定基準長度、載荷平穩(wěn)時）特定基準長度、載荷平穩(wěn)時） 型型號號ZABC50 0.04 0.06 0.10 0.12 0.14 0.16 0.17 0.19 0.20 0.22 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.3156 0.04 0.06 0.12 0.14 0.17 0.19 0.20 0.23 0.25 0.30 0.33 0.35 0.37 0.39 0.41 0.40 90 0.10 0.14 0.24 0.28 0

17、.33 0.36 0.40 0.44 0.48 0.54 0.60 0.64 0.68 0.72 0.73 0.5675 0.15 0.26 0.45 0.51 0.60 0.68 0.73 0.79 0.84 0.92 1.00 1.04 1.08 1.09 1.0 0.8090 0.22 0.39 0.68 0.77 0.93 1.07 1.15 1.25 1.34 1.50 1.64 1.75 1.83 1.87 1.82 1.5 180 0.59 1.09 1.97 2.27 2.74 3.16 3.40 3.67 3.93 4.32 4.54 4.58 4.40 4.00 1.81

18、125 0.48 0.84 1.44 1.64 1.93 2.19 2.33 2.50 2.64 2.85 2.96 2.94 2.80 2.51 1.09 140 0.59 1.05 1.82 2.08 2.47 2.82 3.00 3.23 3.42 3.70 3.85 3.83 3.63 3.24 1.29 280 1.58 2.89 5.13 5.85 6.90 7.76 8.13 8.46 8.60 8.22 6.80 4.26 小帶輪轉速小帶輪轉速 n1/( r/min)200 1.39 2.41 4.07 4.58 5.29 5.84 6.07 6.28 6.34 6.02 5.

19、01 3.23 224 1.70 2.99 5.12 5.78 6.71 7.45 7.75 8.00 8.06 7.57 6.08 3.57 450 4.51 8.20 13.8 15.23 16.59 16.47 15.57 13.29 9.64 二、單根二、單根V帶的額定功率帶的額定功率P PrLrKKPPP)(00P0 當當 i 1時，單根時，單根V帶額定功率的增量；見表帶額定功率的增量；見表8-4b式中：式中：K 包角修正系數(shù)包角修正系數(shù)， 見表見表8-5 KL 長度修正系數(shù)長度修正系數(shù)， 見表見表8-2 實際工作條件與試驗條件不同實際工作條件與試驗條件不同，應對表中的，應對表中的P

20、0進行修正。進行修正。實際工作條件下單根實際工作條件下單根V帶的額定功率帶的額定功率 Pr為：為：三、帶傳動的參數(shù)選擇三、帶傳動的參數(shù)選擇初選：初選： 0.7( (dd1+dd2) ) a0 2( (dd1+dd2) )1. 中心距中心距 aa 1，單位時間內單位時間內帶的應力循環(huán)次數(shù)帶的應力循環(huán)次數(shù)，帶壽命，帶壽命帶容易顫動，傳動的平穩(wěn)性帶容易顫動，傳動的平穩(wěn)性，傳動的整體尺寸，傳動的整體尺寸 7 i2. 傳動比傳動比 ii1 1，帶傳動易打滑，帶傳動易打滑 推薦值：推薦值：i = 2 53. 帶輪的基準直徑帶輪的基準直徑 b bKWvFPe1000smndvd/ 100060dd P給定時

21、，給定時，v ，F(xiàn)e，帶的根數(shù)帶的根數(shù) 帶輪寬度帶輪寬度，各帶間受力不均各帶間受力不均設計時應保證：設計時應保證：dd ( dd )min見表見表8-6 槽槽 型型 Y Z A B C D E （dd）min 20 50 75 125 200 355 500表表8-6 V帶輪的最小基準直徑帶輪的最小基準直徑bdhEd 為避免為避免彎曲應力過大彎曲應力過大，應，應限制帶輪的最小直徑限制帶輪的最小直徑。4. 帶速帶速vv 一般一般推薦：推薦：v = 5 25 m / s vmax 30 m / s c，帶的循環(huán)次數(shù)帶的循環(huán)次數(shù)，帶疲勞強度和壽命帶疲勞強度和壽命KWvFPe1000smndvd/ 1

22、00060 P一定時，一定時，F(xiàn)e，帶的根數(shù)帶的根數(shù)，傳動尺寸傳動尺寸為充分發(fā)揮帶的工作能力和減少傳動的總體尺寸為充分發(fā)揮帶的工作能力和減少傳動的總體尺寸帶傳動常設置在多級傳動中的高速級帶傳動常設置在多級傳動中的高速級四、帶傳動的設計計算四、帶傳動的設計計算已知條件：已知條件：P、n1、n2（或或i ）、）、傳動位置要求及工作條件等。傳動位置要求及工作條件等。設計內容：設計內容：確定帶型、長度、根數(shù)、中心距、帶輪基準直徑等。確定帶型、長度、根數(shù)、中心距、帶輪基準直徑等。1. 已知條件和設計內容已知條件和設計內容kw PKPAcaKA -工作情況系數(shù)工作情況系數(shù)，見表，見表8-72. 設計步驟和

23、方法設計步驟和方法（1） 確定計算功率確定計算功率Pca名義功率或電名義功率或電機的額定功率機的額定功率表表8 -7 工作情況系數(shù)工作情況系數(shù)載荷變載荷變動很小動很小載荷變載荷變動小動小載荷變載荷變動較大動較大載荷變載荷變動很大動很大工工 況況KA空、輕載啟動空、輕載啟動重載啟動重載啟動液體攪拌機、通風機和液體攪拌機、通風機和鼓風機、離心式水泵和鼓風機、離心式水泵和壓縮機、輕負荷輸送機。壓縮機、輕負荷輸送機。每天工作小時數(shù)每天工作小時數(shù) / / h 16 16 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5

24、 1.6 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 帶式輸送機、旋轉式水帶式輸送機、旋轉式水泵和壓縮機、發(fā)電機、泵和壓縮機、發(fā)電機、金屬切削機床、印刷機、金屬切削機床、印刷機、旋轉篩、木工機械。旋轉篩、木工機械。制磚機、斗式提升機、制磚機、斗式提升機、往復式水泵和壓縮機、往復式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪起重機、磨粉機、沖剪機床、橡膠機械、振動機床、橡膠機械、振動篩、紡織機械等。篩、紡織機械等。破碎機（旋轉式、顎破碎機（旋轉式、顎式）、磨碎機（球磨、式）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨）。棒磨、管磨）。（2） 選擇選擇V帶的型號帶的型號根據(jù)根據(jù)Pcan1查圖查圖8-11（3）確定帶輪的基

25、準直徑）確定帶輪的基準直徑 dd 并驗算帶速并驗算帶速 v 初選小帶輪的基準直徑初選小帶輪的基準直徑 dd1由帶型由帶型表表8-6表表8-8選取選取 dd1ddmin 驗算帶的速度驗算帶的速度smndvd/10006011一般：一般：v = 5 25 m/s vmax 30 m/s12ddidd 計算從動輪的基準直徑計算從動輪的基準直徑 dd2按表按表8-8圓整為直徑系列圓整為直徑系列使其在畫圖、設計制造方面都較方便使其在畫圖、設計制造方面都較方便（4）確定中心距）確定中心距 a ，并選擇并選擇V帶的基準長度帶的基準長度Ld推薦：推薦： 0.7(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2) 初

26、算帶長初算帶長 Ld0021221004)()(22addddaLddddd 初定中心距初定中心距 a0 根據(jù)根據(jù)Ld0 查表查表8-2選取基準長度選取基準長度:LdLd0002ddLLaa中心距變動范圍：中心距變動范圍： ( a - 0.015 Ld ) ( a + 0.03 Ld )考慮帶傳動的安裝、調整和V帶張緊的需要。 計算實際中心距計算實際中心距 a（5） 驗算小帶輪上的包角驗算小帶輪上的包角 1LcaKKPPPz)(00（6）確定帶的根數(shù)）確定帶的根數(shù) z 10 根根改選橫截面積較大的帶型，可減少帶的根數(shù)。改選橫截面積較大的帶型，可減少帶的根數(shù)。21118057.3120 (90

27、)dddda至少a， 1， 可加大中心距或增加張緊輪可加大中心距或增加張緊輪。2min0)5.2(500qvzvKPKFca（7） 確定帶的初拉力確定帶的初拉力 F0單根單根V帶所需的最小初拉力：帶所需的最小初拉力：新安裝的新安裝的V帶：帶：F0 = 1.5 ( F0 )min安裝時，應保證安裝時，應保證F0上述數(shù)值上述數(shù)值運轉后的運轉后的V帶：帶：F0 = 1.3 ( F0 )min（8）計算帶傳動的壓軸力）計算帶傳動的壓軸力FPZF0ZF0 1FP2cos20zFFP由力平衡條件：由力平衡條件： FPZF0ZF0 2sin2)22cos(21010zFzF 不考慮帶兩邊的拉力差，壓軸力近似

28、按不考慮帶兩邊的拉力差，壓軸力近似按帶兩邊的預緊力帶兩邊的預緊力F0的合力的合力來計算：來計算：2. 帶輪的材料帶輪的材料常用帶輪材料為鑄鐵：常用帶輪材料為鑄鐵：HT150 和和 HT200。8-4 V帶輪帶輪結構設計結構設計3. 帶輪的結構形式帶輪的結構形式四種典型結構：四種典型結構：實心式、腹板式、孔板式、輪輻式實心式、腹板式、孔板式、輪輻式 1. V帶輪設計的要求帶輪設計的要求摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)： 橡膠橡膠鑄鐵鑄鐵 f =0.8 橡膠橡膠鋼鋼 f =0.4質量小質量??；結構工藝性好結構工藝性好；無過大的鑄造內應力無過大的鑄造內應力；質量分布均勻，轉速高時要經過動平衡；質量分布均勻，轉速高時要經過動平衡；輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度