機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)帶傳動(dòng)

§13-1帶傳動(dòng)的類型和應(yīng)用

第13章帶傳動(dòng)

§13-2帶傳動(dòng)受力分析

教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)重點(diǎn)§13-3帶的應(yīng)力分析

§13-4

帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比

§13-5普通V帶傳動(dòng)的計(jì)算

§13-6V帶帶輪的結(jié)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)

1.知道帶傳動(dòng)的特點(diǎn)與適用場(chǎng)合；打滑、彈性滑動(dòng)、帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則等概念；影響帶傳動(dòng)工作能力的因素；正確安裝和布置帶傳動(dòng)。

2.能夠正確設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)；

3.了解普通V帶帶輪的構(gòu)造。教學(xué)重點(diǎn)

1.帶傳動(dòng)受力分析;2.帶的應(yīng)力分析;3.打滑、彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比;4.普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算和主要參數(shù)對(duì)傳動(dòng)性能影響.§13—1帶傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用摩擦型帶傳動(dòng)：主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、傳動(dòng)帶.

用帶和帶輪間的摩擦力傳動(dòng)。嚙合型帶傳動(dòng)：主動(dòng)齒帶輪、從動(dòng)齒帶輪、同步齒形帶。

用帶和帶輪間的嚙合傳動(dòng)。一、帶傳動(dòng)的組成及原理平帶傳動(dòng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，帶輪制造容易，適用：傳動(dòng)中心距較大的場(chǎng)合。

開(kāi)口傳動(dòng)、交叉?zhèn)鲃?dòng)、半交叉?zhèn)鲃?dòng)Ｖ帶傳動(dòng)：在同樣的張緊力下，Ｖ帶傳動(dòng)較平帶

傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力，應(yīng)用最廣。多楔帶傳動(dòng)：兼有平帶傳動(dòng)和Ｖ帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，

(動(dòng)畫)

柔韌性好、摩擦力大。

適用：傳遞大功率而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合。同步帶傳動(dòng)：是一種嚙合傳動(dòng)，(動(dòng)畫)

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比恒定；結(jié)構(gòu)緊湊；效率較高，約為0.98，應(yīng)用日益廣泛缺點(diǎn)：帶及帶輪價(jià)格高，制造、安裝要求高二、帶傳動(dòng)的主要類型及應(yīng)用→動(dòng)畫

→動(dòng)畫

優(yōu)點(diǎn):

1）傳動(dòng)中心距較大；

2）帶具有較好的阻尼，可緩沖、隔振；

3）過(guò)載時(shí)帶與帶輪間會(huì)出現(xiàn)打滑，打滑雖使傳動(dòng)失效，但可防止損壞其他零件；

4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。缺點(diǎn):

1）傳動(dòng)的外廓尺寸較大；

2）需要張緊裝置；

3）由于帶的彈性滑動(dòng)，不能保證傳動(dòng)比恒定；

4）帶的壽命較短；

5）傳動(dòng)效率較低；

6）對(duì)軸和軸承的壓力較大。三.帶傳動(dòng)的特點(diǎn)

應(yīng)用范圍：兩軸中心距較大，傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格場(chǎng)合。在各類機(jī)械中應(yīng)用廣泛，但摩擦式帶傳動(dòng)不適用于對(duì)傳動(dòng)比有精確要求的場(chǎng)合。四、帶傳動(dòng)的應(yīng)用

3.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（同步帶）4.工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)（同步帶）2.拖拉機(jī)（普通V帶）5.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（多楔帶）1.大理石切割機(jī)（普通平帶）應(yīng)用舉例:五、帶傳動(dòng)參數(shù)1、包角α:帶與帶輪接觸弧所對(duì)的中心角θ角較小帶入得:α=π±2θ式中“＋”適用大輪包角2，“－”適用小輪包角12、帶長(zhǎng)L3、中心距a

L=2AB+AD+BC()帶傳動(dòng)的張緊1目的：帶運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間會(huì)松弛，須重新張緊才能正常工作。1、定期張緊裝置方法：調(diào)節(jié)中心距和采用張緊輪。六、帶傳動(dòng)的張緊動(dòng)畫滑道式:適用于水平或傾斜不大的布置擺架式:適用于垂直或接近垂直的布置動(dòng)畫帶傳動(dòng)的張緊23、采用張緊輪張緊裝置2、自動(dòng)張緊裝置張緊輪位置：①松邊內(nèi)側(cè):靠大輪②松邊外側(cè):靠小輪

動(dòng)畫動(dòng)畫七、帶的維護(hù)①安裝時(shí)不能硬撬（應(yīng)先縮小a或順勢(shì)盤上）。②帶禁止與礦物油、酸、堿等介質(zhì)接觸，以免腐蝕帶，不能曝曬。③多根帶時(shí)不能新舊帶混用，以免載荷分布不勻。④防護(hù)罩。⑤定期張緊。⑥安裝時(shí)兩輪槽應(yīng)對(duì)準(zhǔn)，處于同一平面?！?3-2帶傳動(dòng)受力分析一.緊邊拉力、松邊拉力和有效拉力

工作前:帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上：

兩邊初拉力

F0=F0工作時(shí):因摩擦力Ff作用

兩邊拉力變化：

①緊邊Fo

增加到

F1

②松邊Fo

減少到

F2尚未工作狀態(tài)

工作狀態(tài)

帶是彈性體，工作后可認(rèn)為其總長(zhǎng)度不變，則：緊邊拉伸增量＝松邊拉伸減量緊邊拉力增量＝松邊拉力減量＝△F

v

—帶速F0＝(F1＋F

2)/2得：P

＝F

v/1000kW帶所傳遞的功率:F－

有效拉力，即圓周力

工作狀態(tài)

取繞在主動(dòng)輪傳動(dòng)帶為研究對(duì)象：F1-F0＝F0–F2即：F=Ff=F1–F2

則：打滑:當(dāng)帶傳動(dòng)的圓周力超過(guò)帶與輪面之間的極限摩擦力Ff時(shí)，帶和帶輪之間將發(fā)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)。帶的磨損↑、效率↓，致使傳動(dòng)失效

打滑的影響：P

＝F

v/1000kWF=Ff=F1–F2

分析：P↑時(shí)→所需的F(即Ff)↑

但Ff不可能無(wú)限增大。但：打滑可以避免！當(dāng)Ff達(dá)到極限值Fflim

時(shí)，帶傳動(dòng)處于即將打滑的臨界狀態(tài)。此時(shí)，F(xiàn)1達(dá)到最大，而F2達(dá)到最小。二、帶傳動(dòng)的最大有效圓周拉力帶即將打滑時(shí)，摩擦力達(dá)到極限值,帶有效拉力也達(dá)到最大值。推導(dǎo)得：緊邊和松邊的拉力關(guān)系：—撓性體摩擦的基本公式，稱為歐拉公式式中：f

為帶與輪面間的摩擦系數(shù)；

α為帶輪的包角(rad)；

e為自然對(duì)數(shù)的底(e≈2.718)。應(yīng)用舉例→圖片歐拉公式反映了帶傳動(dòng)喪失工作能力之前，緊、松邊拉力的最大比值☆已知帶傳遞的載荷，也可由上式確定最小初拉力F0得：帶有打滑趨勢(shì)時(shí)（臨界狀態(tài)下）各力計(jì)算公式：聯(lián)解P

＝F

v/1000F=Ff=F1–F2

☆F--此時(shí)為不打滑時(shí)的最大有效拉力，正常工作時(shí)，有效拉力不能超過(guò)此值三、影響最大有效拉力的幾個(gè)因素初拉力F0：但F0

過(guò)大，將使帶發(fā)熱和磨損加劇，從而縮短帶的壽命。包角α

：應(yīng)保證小帶輪的包角α1≥1200

摩擦系數(shù)f

：f↑→F↑對(duì)于V帶，應(yīng)采用當(dāng)量摩擦系數(shù)f′F0↑→F↑α↑→F↑結(jié)論:因f′＞f

故:在相同條件下，V帶能傳遞較大的功率或者說(shuō)：在相同功率下，V帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)較緊湊。

故：動(dòng)力傳動(dòng)中廣泛采用V帶傳動(dòng)

四、平帶和V帶的最大有效拉力的比較平帶摩擦力：fFN=fFQV帶摩擦力：式中：φ—V帶帶輪的輪槽角

f′—當(dāng)量摩擦系數(shù)

FQ—帶壓向帶輪的壓力

§13-3帶的應(yīng)力分析松邊F2→拉應(yīng)力σ2σ1＝F1/A

MPaσ2＝F2

/A

MPaA－帶的橫截面積一、拉應(yīng)力緊邊F1→拉應(yīng)力σ1

設(shè):作用在微單元弧段dl的離心力dFNC二、離心拉應(yīng)力：

帶圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)→離心力→離心拉力→離心拉應(yīng)力設(shè)：離心力在dl

兩邊引起的拉力為FC

FC=qv2由法向力平衡得:離心拉應(yīng)力

離心拉應(yīng)力特點(diǎn)：離心力只發(fā)生在帶作圓周運(yùn)動(dòng)的部分，但由此引起的拉力卻作用于帶的全長(zhǎng)。微單元弧的質(zhì)量帶速（m/s)帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量（kg/m）帶輪半徑微單元弧對(duì)應(yīng)的圓心角∴dα很小取三、彎曲應(yīng)力：

彎曲應(yīng)力特點(diǎn)：①σb1＞σb2d——帶輪直徑(對(duì)V帶帶輪：d為基準(zhǔn)直徑）

②d↓→σ↑

故應(yīng)限制小帶輪的d1min

(圖13-９)

帶繞過(guò)帶輪時(shí)：因彎曲產(chǎn)生彎曲應(yīng)力節(jié)線至帶最外層的距離帶的彈性模量③彎曲應(yīng)力只作用在繞過(guò)帶輪的那一部分帶上②最大應(yīng)力發(fā)生在：緊邊開(kāi)始進(jìn)入小帶輪處四、應(yīng)力特點(diǎn):①帶經(jīng)受變應(yīng)力，這將使帶產(chǎn)生疲勞破壞演示→

§13-4帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比

兩種滑動(dòng)現(xiàn)象：①打滑是帶傳動(dòng)的一種失效形式，可以避免②彈性滑動(dòng)

正常工作時(shí)的微量滑動(dòng)現(xiàn)象，不可避免彈性滑動(dòng):因帶的彈性變形變化，導(dǎo)致的帶與帶輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（演示→）分析:帶是撓性體，從緊邊→松邊，所受拉力是變化的因此帶的彈性變形也是變化的。一、彈性滑動(dòng)

彈性滑動(dòng)影響：☆產(chǎn)生摩擦功率損失，降低了傳動(dòng)效率；☆引起帶的磨損，并使帶溫度升高?！钍箯膭?dòng)輪的圓周速度低于主動(dòng)輪，即v2<v1；實(shí)際傳動(dòng)比：滑動(dòng)率ε：帶的彈性滑動(dòng)引起的從動(dòng)輪圓周速度的降低率。二、傳動(dòng)比：

ε反映了彈性滑動(dòng)的大小，ε隨載荷的改變而改變。載荷越大，ε越大，傳動(dòng)比的變化越大。對(duì)于V帶：ε≈0.01~0.02,一般計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)一、V帶的材料及結(jié)構(gòu)V帶截面結(jié)構(gòu)頂膠1—橡膠、受拉伸強(qiáng)力層2—受縱向拉力底膠3—橡膠、受壓縮包布層4—涂膠布§13-5V帶傳動(dòng)的計(jì)算

簾布結(jié)構(gòu)繩芯結(jié)構(gòu)Y、Z、A、B、C、D、E二、V帶的規(guī)格節(jié)線—當(dāng)帶繞上帶輪彎曲時(shí)，在帶中節(jié)面(中性層)—由全部節(jié)線構(gòu)成的面。節(jié)寬bp

—帶的節(jié)面寬度。楔角φ—40°

普通Ｖ帶型號(hào)—按截面面積大小不同劃分：保持原長(zhǎng)度不變的任一條周線.詳見(jiàn)→表13-140Obbph窄Ｖ帶型號(hào):四種帶輪基準(zhǔn)直徑d:與所配V帶bd相對(duì)應(yīng)的帶輪直徑。標(biāo)注：例A2240A型帶公稱長(zhǎng)度Ld=2240mm基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld(公稱長(zhǎng)度):位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長(zhǎng)度

輪槽截面尺寸：詳見(jiàn)→表13-10注意：φ=32、34、36、380三、普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、傳動(dòng)的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則失效形式:

①打滑；②帶的疲勞破壞。

設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證帶在不打滑的前提下，具有足夠的疲勞強(qiáng)度和壽命。

2．單根V帶的基本額定功率P0疲勞強(qiáng)度條件：σmax=σ1+σb1+σc≤[σ]傳遞極限圓周力：

(∵σ1≤[σ]-σb1-σc)傳遞的臨界功率：

單根三角帶在不打滑的前提下所能傳遞的功率為：

（實(shí)驗(yàn)條件：i=1、α＝180°、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)載荷。）帶傳動(dòng)承載能力:取決于帶的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)速、包角和載荷特性等因素?；绢~定功率P0:特定的實(shí)驗(yàn)和分析確定的單根V帶所能傳遞的功率。

P0→表13-3實(shí)際條件與實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí)對(duì)P0進(jìn)行修正得到的功率。

3．單根V帶的許用功率[P0][P0]=（P0+ΔP0）KαKL式中：ΔP0——功率增量

ΔP0→表13-5考慮傳動(dòng)比i≠1時(shí)，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故在壽命相同條件下，可增大傳遞的功率。Kα——包角修正系數(shù)（表13-7）KL——帶長(zhǎng)修正系數(shù)（表13-2）4、V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟

1)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)內(nèi)容已知：P，n1，n2

或i,傳動(dòng)布置要求（中心距a）,

工作條件等。設(shè)計(jì)內(nèi)容：

帶：型號(hào)，根數(shù)，長(zhǎng)度輪：d，結(jié)構(gòu)尺寸，中心距（a）等

2)設(shè)計(jì)步驟與方法①確定計(jì)算功率Pca

：P——傳遞的額定功率（KW）KA—工況系數(shù)，表13－8②選擇帶型號(hào)：Pca，n1

(

圖13－15)選型號(hào)Pca

=KAP③確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d1和d2:小輪直徑d1d1≥dmin

表13-9b)驗(yàn)算帶速

v要求:

5m/s<v<25~

30m/sc)計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑d2:d1、d2

應(yīng)符合帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸系列

表13-9

v↓→P↓（∵P=Fv

）v↑→離心力↑→正壓力↓→Ff↓不滿足措施：調(diào)整d1d1↑→σb1↓d1↑→結(jié)構(gòu)不緊湊④求中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld

a)初選a0:0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)b)由a0定計(jì)算長(zhǎng)度（開(kāi)口傳動(dòng)）c)根據(jù)L選取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld

表13-2d)由基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld求實(shí)際中心距e)考慮到中心距調(diào)整、補(bǔ)償F0，中心距a應(yīng)有一個(gè)范圍⑤驗(yàn)算小輪包角不滿足措施：

1）a↑2）加張緊輪α≥1200

a↓→α↓;a↑→帶抖動(dòng)要求:⑦確定帶的初拉力F0（單根帶）⑧求帶作用于軸的壓力FQFQ=2F0zsinα1/2⑥計(jì)算帶的根數(shù)Z

要求:z＜10不滿足措施:重選帶型號(hào)§13—6帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求

二、帶輪材料①結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力、質(zhì)量分布均勻，（高速時(shí)要經(jīng)動(dòng)平衡）；②輪槽表面要經(jīng)過(guò)精細(xì)加工(粗糙度1.6)，以減輕帶的磨損；③各輪槽尺寸與角度要有一定的精度，使載荷分布較均勻。一般:鑄鐵,如HT150和HT200。高速:鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率:鑄鋁或塑料。實(shí)心式

腹板式

孔板式

輪輻式

三．結(jié)構(gòu)與尺寸根據(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。其它結(jié)構(gòu)尺寸通常按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算V帶輪的典型結(jié)構(gòu)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖片圖片圖片圖片圖片END本章作業(yè)13-5適用：帶輪基準(zhǔn)直徑dd≤2.5d（d——軸的直徑mm）實(shí)心式適用：2.5d≤dd≤300mm適用：D1-d1≥100mm適用：dd＞300mm

開(kāi)口傳動(dòng)、交叉?zhèn)鲃?dòng)、半交叉?zhèn)鲃?dòng)開(kāi)口傳動(dòng)半交叉?zhèn)鲃?dòng)交叉?zhèn)鲃?dòng)圖13-15普通V帶選形圖表13-1V帶橫截面尺寸（GB11544-97）mm類型節(jié)寬bp/mm頂寬b/mm高度h/mm單位長(zhǎng)度質(zhì)量q/（kg/m）普通V帶窄V帶Y5.36.04.00.04ZSPZ8.5810.0106.080.060.07ASPA11.01113.0138.0100.10.12BSPB14.014170.1711.0140.170.2CSPC19.01922.02214.0180.300.37D27.032.019.00.60E323823.00.8740Obbph40Obbph表13-2普通V帶的長(zhǎng)度系列和帶長(zhǎng)修正系數(shù)

基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld/mm普通V帶窄V帶YZABCSPZSPASPBSPC4000.960.874501.000.895001.020.915600.946300.960.810