第8章带传动.

第三篇机械传动一、机器的组成二、传动装置机器通常由动力机、传动装置和工作机组成。定义：是实现能量传递及运动转换的装置作用：1）能量的分配与传递2）运动形式的改变3）运动速度的改变原动机工作机传动装置•传动装置在机器中的作用–减速或增速–调速-工作过程中工作机的速度要进行调整–改变运动形式–增大转矩–动力和运动的传递和分配P=F原v原=T原n原=T工n工nP一定T主要指标：效率高、外廓尺寸小、质量小，运动性能良好及符合生产条件等。主要考虑因素：①功率的大小、效率高低②速度的大小③传动比的大小④外廓尺寸⑤传动质量成本的要求三、传动类型的选择四、传动装置设计常用的运动、动力参数传动比、圆周速度、传动功率、传动转矩、传动效率等五、传动装置的分类–按照原理分类•机械传动•流体传动•电力传动–按照改变传动比可能性分类•定传动比•变传动比六、传动方案的拟定和传动类型的选择–传动装置设计具有多方案性：•要求设计者必须牢牢地掌握各种传动形式的原理、设计方法、特点、应用场合等；–各种传动类型的比较：•各种传动（齿轮传动、带传动、蜗杆传动等传动设计）学习后进行比较、总结。选择机械传动的一般原则：⑴考虑传递功率和经济性要求。传递功率小、制造费用低：带传动、链传动、普通精度（7级及以下）的齿轮传动；传递功率大、制造费用高：精度较高（6级及以上）的齿轮传动；直接选用合适的标准减速器，则最为经济。⑵考虑传动速度要求。带传动、齿轮传动、蜗杆传动宜用于高速传动；链传动、螺旋传动适用于低速传动。⑶考虑传动精度要求。齿轮传动、蜗杆传动的传动精度高；摩擦传动和带传动的传动精度差。当采用多级传动时，蜗杆传动安置在低速级，可提高传动系统的传动精度。⑷考虑传动装置尺寸紧凑性要求。蜗杆传动-齿轮传动-链传动-带传动；当传动比很大时，往往采用多级齿轮传动比一级蜗杆传动紧凑；带传动中，齿形带传动最紧凑，窄V带传动次之，平带传动的径向尺寸最大。⑸考虑传动装置寿命要求。齿轮传动的使用寿命最长，润滑、维护良好的齿轮传动其使用寿命可长达10多年甚至几十年；精度较高及润滑良好的蜗杆传动也有较长的使用寿命；链传动的寿命一般为5000～15000h；V带传动的寿命一般为3500～5000h。⑹考虑传动位置的布置。通常平行轴传动的结构最简单，加工、装配方便。而锥齿轮传动、蜗杆传动由于轴心线需垂直或交错布置，一般应在结构布置需要时才采用。带传动通常布置在紧挨动力机的高速级，有利于隔离动力机的振动，便于动力机的布置，还可起过载安全保护作用。表1常用机械传动的主要性能类型速度v/m·s-1功率P/kW效率η(%)传动比i特点常用值最大值常用值最大值摩擦轮传动≤20≤20200闭式0.90～0.96开式0.80～0.88≤7～10≤15～25传动平稳，有过载保护作用。传动比不能保持恒定，寿命及效率较低。宜用于小功率传动，广泛用于无级变速传动带传动平带V带同步带≤60≤40≤50≤20≤40≤1035005003000.94～0.980.90～0.940.96～0.982～4≤7≤1061020传动平稳，有缓冲吸振及过载保护作用。平带和V带传动有弹性滑动，传动比不能保持恒定。传动中心距大。轴压力大。窄V带的性能优于普通V带，并有替代之趋势。同步带的传动比恒定，适宜于高速传动链传动≤20最大30～40≤1003500闭式0.95～0.97开式0.90～0.93≤6滚子链≤10齿形链≤15瞬时速度不均匀，有冲击、动载和噪声，传动中心距大。寿命较短（一般为5000～15000h）。适宜于低速传动，可在恶劣条件下可靠工作齿轮传动圆柱齿轮7级精度≤25高精度斜齿可＞200低速重载可大于6000高速传动可大于40000闭式0.98～0.99开式0.94～0.963～5≤10适用的速度和功率范围广，结构紧凑，传动比恒定，效率高，工作可靠，寿命长。制造和安装精度要求高，对润滑和密封有较高要求。无过载安全保护作用。广泛应用于各类机械。准双曲面齿轮传动用于代替蜗杆传动时，传动比可达50～100锥齿轮直齿＜5曲齿可＞40直齿＜370曲齿＜750闭式0.94～0.98开式0.92～0.952～3≤8蜗杆传动＜15～35≤50＜200（环面蜗杆传动可达4500）闭式0.7～0.92开式0.5～0.7自锁蜗杆0.4～0.45闭式10～40开式15～6080（分度机构可达1000）传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声小，可制成自锁机构。效率低，不宜用于低速大功率传动。重要传动的蜗轮常用青铜制造，成本高。制造和安装精度要求高，要求有良好的润滑和密封。无过载安全保护作用螺旋传动低速小功率滑动螺旋0.3～0.6滚动螺旋≥0.9－传动平稳，噪声低。滑动螺旋磨损大，效率低，寿命短，可制成自锁机构。滚动螺旋效率较高，寿命较长。适用于低速传动带传动第八章带传动8-1概述固联于主动轴上的带轮1(主动轮)；固联于从动轴上的带轮3(从动轮)；紧套在两轮上的传动带2。带传动的组成摩擦型带传动当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带传动、圆带传动、Ｖ带传动和多楔带传动）。一、带传动的类型带传动的特点(1)传动带具有弹性和挠性，可吸收振动并缓和冲击，从而使传动平稳、噪声小。(2)当过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动而损伤其他零件，起到过载保护作用。(3)适合于主、从动轴间中心距较大的传动。(4)由于有弹性滑动存在，故不能保证准确的传动比，传动效率较低。(5)张紧力会产生较大的压轴力，使轴和轴承受力较大，传动带寿命较低。主动轮给带的摩擦力带给从动轮的摩擦力1-主动轮；2-从动轮；3-传动带平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。在一般机械传动中，应用最广的带传动是Ｖ带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。摩擦型带的类型思考题：在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，为什么？•平带与V带传动的受力比较：平带：fNQFfFfFV带:2sin0ff式中:f—带与带轮之间的摩擦系数f′—V带轮当量摩擦系数，0sin2fQQfFfFF13•摩擦型带传动的特点：–传动带具有弹性和挠性，可吸收振动和缓和冲击，传动平稳，噪音小；–当过载时，可以起到过载保护作用；–适合于主、从动轴间中心距较大的传动；–存在弹性滑动，不能保证准确的传动比，传动效率较低；–张紧力会产生较大的压轴力，使轴和轴承受力较大，传动带寿命降低；–摩擦易产生静电火花，不适用于高温、易燃、易爆等场合。啮合型带传动（同步带传动）当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力。同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小。啮合型带传动：通过带齿与轮齿的啮合来传递运动和动力。同步带带齿带轮二、V带的类型与结构Ｖ带采用基准宽度制，即用带的基准线位置和基准宽度来确定带在轮槽中的位置和轮槽的尺寸。传动带平带Ｖ带多楔带同步带普通平带片基平带普通Ｖ带窄Ｖ带齿形Ｖ带……V带的类型V带的结构普通V带的结构1-顶胶；2-抗拉体；3-底胶；4-包布平带V带圆形带多楔带接头V带靠摩擦力工作的传动带按照截面形状不同，主要类型如下：•窄V带•联组V带•多楔带采用涤纶等合成强力纤维做强力层，顶部呈弓形，侧面呈内凹曲线形，承载能力强。几条相同的V带在顶面连在一起，具有单根V带的优点，同时增加了横向稳定性，传动效率提高，寿命长。兼有平带和V带的优点，柔性好，摩擦力大、能够传递较大的功率，解决了多根V带长度不一而导致的受力不均问题。•传动带类型的选择根据工作机的种类、工作情况、使用环境、类型特点等综合考虑，来选择传动带的类型。•V带的结构、型号和基本尺寸•V带的结构–对V带的要求：•曲挠性好、横向刚度大、承载能力强、寿命长–V带的结构1-胶帆布2-顶布3-顶胶4-缓冲胶5-芯绳6-底胶7-底布8-底胶夹布•普通V带的型号和基本尺寸–型号•GB/T11544-1997规定，根据截面尺寸的不同，普通V带分为Y、Z、A、B、C、D、E等七种型号。截面尺寸带宽b节宽bp带截面高度h节面到顶面高度ha•几个基本定义：–节线与节面：•V带在作纵向弯曲时，在带中保持不变的周线称为V带的节线，由节线组成的面称为节面。–节宽：•带的节面宽度称为节宽。–带的基准长度：•在规定的张紧力下，V带位于两测量带轮基准直径上的周线长度称为带的基准长度。–带轮基准直径：•V带轮在轮槽基准宽度处的直径称为V带轮的基准直径。Ｖ带的截面尺寸•普通V带基准长度及长度系数带传动的几何计算（1）带轮的基准直径dd1，dd2:（2）带传动的中心距a:（3）包角α:传动带与带轮接触弧所对应的中心角。（4）带的基准长度Ld:21118057.3dddda22121()2()24dddddddLadda222121212()[2()]8()8ddddddddLddLdddda一、带轮及带的受力分析摩擦阻力正压力n1T1(a)主动轮受力分析摩擦主动力正压力n2T2(b)从动轮受力分析vv拉紧放松摩擦力(主动力)摩擦阻力正压力正压力(c)带的受力分析298-2带传动工作情况的分析(a)(b)0F1F2F初拉力；紧边拉力；松边拉力；总摩擦力fFd1d1d1112f120222OfdddMFFFFFF取主动轮一端的带为分离体，根据力矩平衡条件f12FFFF有效圆周力0122FFF1002FFFF假设带工作前后总长度不变，在弹性范围内（线弹性体假设），尚未工作状态工作状态一、带传动的受力分析记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力为Ff：由带传动的功率P和带速v决定其值。由负载所决定的传动带的有效拉力Fe：Fe＝P/v，Fe＝Ff带传动的最大有效拉力Fec有多大？取绕在主动轮或从动轮上的传动带为研究对象，有：Fe＝Ff＝F1－F2F1＝F0＋Fe／2F2＝F0－Fe／2•欧拉公式–以平带为例,讨论带在带轮上即将打滑而尚未打滑的临界状态时F1、F2的关系•列出法向和切向静力平衡方程式：sin()sin22dddNPPdP()coscos22ddfdNPdPPsin,cos1222dddsin2ddPdPfdP1120FFdPfdP112fFFe忽略得到。积分，并求解，得•传动带所能够传递的最大有效圆周力Fmax11111120maxffeeFF传动带所能传递的最大有效圆周力Fmax：Fmax的主要影响因素F01fFmaxFmaxFmax压轴力i摩损3321FFFFf0212FFF112fFFe由欧拉公式可知：欧拉公式给出的是带传动在极限状态下各力之间的关系，即给出了一个具体的带传动所能提供的最大有效拉力Fec。预紧力F0↑→最大有效拉力Fec↑包角α↑→最大有效拉力Fec↑摩擦系数f↑→最大有效拉力Fec↑切记：欧拉公式不可用于非极限状态下的受力分析！12包角的概念当已知带传递的载荷时，可根据欧拉公式确定应保证的最小初拉力。0min0min1112()2()111ffecfcffeeFFFFee二、带传动的最小初拉力和临界摩擦力ec0min112()11ffcfeFFFe12157.5180()dddda22157.5180()dddda临界摩擦力：注：临界摩擦力中的包角应取和中的较小者，即1212min(,)小结1）带传动正常工作需满足，否则带传动将出现整体打滑；2）带传动正常工作需确定满足传递功率要求的至少具有的总摩擦力和与之对应的最小初拉力；3）最小初拉力直接决定着临界摩擦力的大小；4）增加摩擦系数和带轮包角，有利于增大临界摩擦力，从而可相应降低最小初拉力的值。0