带传动的工作原理及特点

第八章带传动8.1概述8.1.1带传动的工作原理及特点1.传动原理——以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力2.优点：1）有过载保护作用2）有缓冲吸振作用3）运行平稳无噪音4）适于远距离传动（amax=15m）5）制造、安装精度要求不高缺点：1）有弹性滑动使传动比i不恒定2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大3）结构尺寸较大、不紧凑4）打滑，使带寿命较短5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。8.1.2主要类型与应用a.平型带传动——最简单，适合于中心距a较大的情况b.V带传动——三角带c.多楔带传动——适于传递功率较大要求结构紧凑场合d.同步带传动——啮合传动，高速、高精度，适于高精度仪器装置中带比较薄，比较轻。8.1.3带传动的形式1、开口传动——两轴平行、双向、同旋向2、交叉传动——两轴平行、双向、反旋向3、半交叉传动——交错轴、单向带传动的优点：①适用于中心距较大的；②传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小；③过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏；④结构简单，制造和维护方便，成本低。带传动的缺点：①传动的外廓尺寸较大；②由于需要张紧，使轴上受力较大；③工作中有弹性滑动，不能准确地保持主动轴和从动轴的转速比关系；④带的寿命短；⑤传动效率降低；⑥带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不能用于易燃易爆的场合。8.2V带和带轮的结构V带有普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、联组V带、齿形V带、汽车V带等多种类型，其中普通V带应用最广。图6-1带传动的主要类型8.2.1V带及其标准如图所示V带由抗拉体、顶胶、底胶和包布组成8.2.2带轮结构1、组成部分：轮缘、轮辐、轮毂2、结构形式：实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式3、材料：灰铸铁（HT150、HT200常用）、铸钢、焊接钢板（高速）、铸铝、塑料（小功率）普通V带轮轮缘的截面图及其各部尺寸见表8.3带传动的工作情况分析8.3.1带传动的受力分析12F0F0F0F0工作前:两边初拉力Fo=Fo工作时:两边拉力变化：①紧力Fo→F1；②松边Fo→F2F1—Fo=Fo—F2F1—F2=摩擦力总和Ff=有效圆周力Fe所以:紧边拉力F1=Fo+Fe/2松边拉力F2=Fo—Fe/28.3.2带传动的最大有效圆周拉力及其影响当带有打滑趋势时：摩擦力达到极限值，带的有效拉力也达到最大值。松紧边拉力F1和F2的关系:ffeFFeFF2121柔靭体的欧拉公式—包角（rad）一般为小轮包角带传动的最大有效圆周力（临界值（不打滑时））影响因素分析:1.Fo:适当Fo2.包角:包角越大承载能力越好3.f:f越大，Fec越大8.3.3工作应力分析8.3.3带传动的应力分析1.离心应力σc2.拉应力3.弯曲应力σb应力分布图最大应力为：σmax=σ1+σc+σb18.3.4弹性滑动与打滑因为带是弹性体，受到拉力后要产生弹性变形。设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则紧边和松边的单位伸长量分别为由于带在工作时，带两边的拉力不同，F1F2，因而ε1ε2。绕过从动轮2时，作用在带上的拉力又由F2增大到F1，带的弹性变形也逐渐增大，带将逐渐伸长，也会沿轮面滑动，使带一边随从动轮绕进，一边又相对于从动轮向前伸长，故带的速度v高于从动轮的速度v2。轮缘的箭头表示主、从动轮相对于带的滑动方向。这种由于带的弹性变形而引起的带在带轮上的滑动称为弹性滑动。注意带的弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。弹性滑动是由拉力差引起的，只要传递圆周力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以是带传动工作时的固有特性，是不可避免的。而打滑是由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，是可以避免的。8.4带传动的设计计算8.4.1失效形式与设计准则失效形式1）打滑；2）带的疲劳破坏另外：磨损静态拉断等)3.57(60180121aDD)1111(2)11(200ffffeceeFeeFFgAqVAFCC2/AFAF//2211松边紧边设计准则：保证带在不打滑的前提下，具有足够的疲劳强度和寿命单根三角胶带的功率—P0由疲劳强度条件：传递极限圆周力：传递的临界功率：单根三角带在不打滑的前提下所能传递的功率为：8.4.2普通V带传动的设计步骤和方法设计V带传动时，一般已知条件是：传动的工作情况，传递的功率P，两轮的转速n1、n2(或传动比i)以及空间尺寸要求等。具体的设计内容有：确定V带的型号、长度和根数。，传动中心距及带轮直径，画出带轮零件图等。1.确定计算功率计算功率Pc是根据传递的额定功率（如电动机的额定功率）P，并考虑载荷性质以及每天运转时间的长短因素的影响而确定的，即PKPAc(8-1)式中KA为工作情况系数，查表8-1可得。表8-1工作情况系数KA工况KA空、轻载起动重载起动每天工作小时数/h1010～16161010～1616载荷变动微小液体搅拌机、通风机和鼓风机（≤7.5KW）、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷）、通风机（7.5KW）、旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发动机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8注：1.空、轻载启动：电动机（交流起动、Δ起动、直流并励），4缸以上的内燃机，装有离心式离合器、液力联轴器的动力机。重载起动：电动机(联机交流起动、直流复励或串励)，4缸以下的内燃机。cb11][)11()11(11fvfveceAeFF)(1000)11(10001kwVeAVFPfvec1000)11()]([10VeAPfvcb2.反复起动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合，KA应乘1.2。3.增速传动时KA应乘下列系数：增速比1.25～1.741.75～2.492.5～3.49≥3.5系数1.051.111.181.282.选择V带的型号根据计算功率Pc和主动轮转速n1由图8-1和8-2选择V带型号。当选择的坐标点载图中两种型号分界线附近时，可选择两种型号分别进行计算，然后择优选用。图8-1普通V带选型图图8-2窄V带（基准宽度制）选型图3.确定带轮基准直径dd1和dd2带轮直径小可使传动结构紧凑，但另一方面弯曲应力大，使带的寿命降低。设计时应取小带轮的基准直径dd1≥ddmin，ddmin的值查表8-4。忽略弹性滑动的影响，nndddd2121，dd1、dd2宜取标准值（查表8-2）。4.验算带速v10006011ndvd（8-2）带速太高会使离心力增大，使带与带轮间的摩擦力减小，传动中容易打滑。另外单位时间内带绕过带轮的次数也增多，降低传动带的工作寿命。若带速太低，则当传递功率一定时，使传递的圆周力增大，带的根数增多。一般应使v≥5m/s，对于普通V带应使vmax25～30m/s，对于窄V带应使vmax35～40m/s。如带速超过上述范围，应重选小带轮的直径dd1。5.初定中心距a和基准带长Ld传递中心距小则结构紧凑，但传动带较短，包角减小，且带的绕转次数增多，降低了带的寿命，致使传动能力降低。如果中心距过大则机结构尺寸增大，当带速较高时会产生颤动。设计时应根据具体的结构要求或按下式初步确定中心距a0)(2)(7.021021ddadddddd（8-3）由带传动的几何关系可得带的基准长度计算公式：addddaLdddd021221004)()(22（8-4）L0为带的基准长度计算值，查表8-3即可选定带的基准长度Ld，而实际中心距a可由下式近似确定200LLaad（8-5）考虑到安装调整和补偿初拉力的需要，应将中心距设计成可调式，有一定的调整范围，一般取Laad015.0minLaad03.0max6.校验小带轮包角13.57180211adddd（8-6）一般应使α1≥120º（特殊情况下允许≥90º），若不满足此条件，可适当增大中心距或减小两带轮的直径差，也可以载带的外侧加压带轮，但这样做会降低带的使用寿命。7.确定V带根数zKKPPPPPzLcc)(][000（8－7）带的根数应取整数。为使各带受力均匀，根数不宜过多，一般应满足z10。如计算结果超出范围，应改选V带的型号或加大带轮直径后重新设计。8.单根V带的初拉力F0单根V带所需的初拉力F0为vqKzvPFc20)15.2(500（8-8）由于新带易松弛，对不能调整中心距的普通V带传动，安装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍。9.带传动作用在带轮轴上的压力FQV带的张紧对轴、轴承产生的压力FQ会影响轴、轴承的强度和寿命。为简化其运算，一般按静止状态下带轮两边均作用初拉力F0进行计算（如图8-3），得2sin210zFFQ（8-9）图8-3带传动作用在带轮轴上的压力FQ10.带轮的结构设计参见本章8.2.2节。设计出带轮结构后还要绘制带轮零件图。11.设计结果列出带型号、带的基准长度Ld、带的根数z、带轮直径dd1、dd2、中心距a，轴上压力FQ等。例6.1设计某鼓风机用普通V带传动。已知电动机额定功率P=10Kw,转速n1=1450r/min，从动轴转速n2＝400r/min，中心距约为1500mm，每天工作24h。解1.确定计算功率Pc由表8-1查得KA＝1.3，由式8-1得kWkWPKPAc13103.12.选取普通V带型号根据Pc＝13kW、n1=1450r/min，由图8-1选用B型普通V带。3.确定带轮基准直径dd1和dd2根据表8-4和图8-1选取dd1＝140mm，且dd1＝140mmddmin=125mm。大带轮基准直径为mmmmdnnddd5.50714040014501212按表8-2选取标准值dd2＝500mm，则实际传动比i、从动轮的实际转速分别为57.314050012ddiddmin/406min/57.3145012rrinn从动轮的转速误差率为%5.1%100400400406在±5％以内，为允许值。4.验算带速vsmsmndvd/63.10/100060145014010006011带速在5～25m/s范围内。5.确定带的基准长度Ld和实际中心距a按结构设计要求初定中心距mma15000。由式8-4得addddaLdddd021221004)()(22]15004)140500()500140(215002[2mm9.4026由表8-3选取基准长度Ld＝4000mm。由式8-5得实际中心距a为200LLaadmmmm1487)29.402640001500(中心距a的变动范围为Laad015.0minmmmm1427)4000015.01487(Laad03.0maxmmmm1607)400003.014876.校验小带轮包角1由式（8-6）得3.57180211adddd3.57148714050018013.1661207.确定V带根数z由式（8-7）得KKPPPPPzLcc)(][000根据dd1＝140mm、n1=1450r/min，查表6-8，用内插法得kWP82.20由公式得功率增量P0为)11(10KnKPib由表8-16查得3106494.2Kb根据传动比57.3i，查表8-17得1373.1ki，则kWkWP46.0)]