机械设计基础 带传动

第七章带传动带传动：利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力。带传动组成主动带轮1、从动带轮2、挠性带带传动的工作原理静止时，两边拉力相等；传动时，拉力大的一边称为主动边（紧边），拉力小的一边为从动边（松边）靠带与带轮接触弧间的摩擦力传递运动和动力F1F2Ff12F0F0F0F0带传动的分类1.按传动原理分（1）摩擦带传动，靠张进在带轮上的带与带轮接触面间的摩擦力来传递运动和动力。如V带传动、平带传动、多楔带传动、圆形带传动等。（2）啮合带传动，靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。同步带传动精度高，结构紧凑，但制造费用高。带传动的分类2.按用途分（1）传动带，传递动力；（本章仅讨论传动带）（2）输送带，传递物品用。带传动的分类3.按传动带的截面形状分（1）平带，平带的截面形状为矩形，内表面为工作平面。常用的平带有胶带，编织带和强力锦纶带等。特点及应用：结构简单，带轮容易制造，带的磨损较轻，传动效率高。但运动不平稳，适用于传动中心距较大的场合，不适用于高速传动。带传动的分类3.按传动带的截面形状分（2）V带，V带的截面形状为梯形，两侧面为工作平面。V带又有普通V带（以下简称V带）和窄V带、宽V带之分。特点及应用：相同正压力条件下，传动能力大约是平带的三倍。传递功率大，传动比大，中心距小，应用最广泛。带传动的分类3.按传动带的截面形状分（3）多楔带，它是在平带基础上由多跟V带组成，楔形两端的侧面为工作平面。特点及应用：具有平带和V带的优点。摩擦力大，载荷沿带宽分布较平均，用以传递载荷较大并要求结构紧凑的场合。带传动的分类3.按传动带的截面形状分（4）同步带，同步带纵截面为齿形，在传动过程中，带和带轮通过齿啮合传动。同步带传动精度高，结构紧凑。带传动的分类3.按传动带的截面形状分（5）圆形带，圆形带横截面为圆形，只能用于小功率传动。特点及应用：便于快速拆装，牵引力小，多用于仪表和家电中。带传动的特点和应用带传动的主要特点如下：（1）传动带具有弹性和挠性，可吸收震动并缓冲冲击，从而使运动平稳，噪音小。（2）当过载时，传动带与带轮间可发生相对滑动而不损伤其他零件，起过载保护作用。（3）适用于主、从动轴之间中心距较大的传动。（4）由于弹性滑动的存在，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、轴承受力较大。（6）带在工作时，会产生弹性滑动，因此，传动比不能严格保持不变，且使传动带寿命减低，不宜在易燃易爆的场合下工作带传动的轮廓尺寸大，传动效率低。带传动传递功率小于100KW,一般带速为5-25m/s，传动比不超过5，效率约为94%-97%。开口传动：两轴平行，同向回转交叉传动：两轴平行，反向回转半交叉传动：两轴交错，不能逆转带传动的形式带传动的失效形式第二节V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带等多种类型，其中普通V带应用最广。普通V带普通V带的楔角为40°，带高与节宽（基准宽度）之比近似为0.7。它的构造如图所示，由包布层、伸张层、强力层和压缩层组成。强力层承受基本拉力，它由几层帘布或一层粗线绳组成，分别称为帘布芯结构和线绳芯结构。线绳芯结构带体柔软，抗挠曲疲劳性好，适用于带轮直径较小，载荷不大和转速较高的场合。为提高带的抗拉能力，抗拉层可采用尼龙绳或钢丝绳。帘布芯结构线绳芯结构V带和带轮有两种尺寸制，即基准宽度制和有效宽度制。本章采用基准宽度制。普通V带的尺寸已经标准化，按截面尺寸由小到大的顺序分为Y、Z、A、B、C、D、E7种型号（窄V带截面尺寸分为SPZ、SPA、SPB、SPC四个型号）。在同样条件下，截面尺寸越大则传递的功率越大。V带截面基本尺寸V带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一长度不变的中性层。中性层面称为节面，节面的宽度为节宽bp。V带装在带轮上，与节宽相对应的带轮直径称为基准直径，用dd表示。V带在张紧状态下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld，它用于带传动的几何计算。窄V带的截面高度与其节宽之比为0.9。窄V带的强力层采用高强度绳芯。窄V带具有普通V带的特点，并能承受较大的张紧力。当窄V带带高与普通V带相同时，其带宽较普通V带约窄1/3，而承载能力可提高1.5-2.5倍，因此适用于传递大功率且传动装置要求紧凑的场合。普通V带和窄V带的标记由带型、基准长度和标准号组成。如A型普通V带，基准长度为1200mm，其标记为A-1200GB11544-89又如SPA型窄V带，基准长度为1600mm，其标记为SPA-1600GB12730-91带的标记通常压印在带的外表面上，以便识别选用。普通V带带轮的结构1.V带带轮的设计要求带轮应具有足够的强度和刚度，无过大的铸造内应力；质量小且分布均匀，结构工艺性好，便于制造；带轮工作表面应光滑，以减少带的磨损。当带速5m/sv25m/s时，带轮要进行静平衡，v25m/s时，带轮应进行动平衡（测量质量分布是否均匀）。2.带轮的材料带轮材料采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，灰铸铁（碳量为2.7%~4.0%）应用最广。当带速v25m/s时采用HT150（灰铁、最小抗拉强度150）；当v=25-30m/s时采用HT200；当v≥30-45m/s时，则采用球墨铸铁、铸钢或锻钢，也可采用钢板冲压后焊接带轮。小功率传动时带轮可采用铸铝或塑料凳材料。3.带轮的结构带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为几种：（1）S型—实心带轮（2）H型—孔板带轮（3）E型—椭圆轮辐带轮（4）P型—腹板带轮带传动工作情况分析一受力分析静止时，两边拉力相等=F0→张紧力（初拉力）工作时:•拉力增加紧边：F0→F1紧边拉力•拉力减少松边：F0→F2松边拉力工作状态:带两边拉力不相等紧松边判断：•绕进主动轮的一边→紧边F1F2F0F0F0F0Ff紧边松边紧松边拉力关系紧边由F0→F1拉力增加，带增长松边由F0→F2拉力减少，带缩短带的总长不变带增长量＝带缩短量F1－F0＝F0－F2;F1＋F2＝2F0有效拉力:F=F1-F2即带所传递的圆周力F圆周力F：F=F1-F2=Ff（在最大静摩擦力范围内）打滑：外载荷引起的圆周力大于全部摩擦力，带将沿轮面发生滑动F1F2Ff紧边松边工作时:打滑将使传动失效，加剧带的磨损。当带即将打滑时，紧松边拉力之间的关系可用挠性体摩擦的欧拉公式：a——包角（一般考虑小带轮上的包角）此时，摩擦力达到最大带所能传递的最大圆周力afeFF21)1(221afeFFFFF1F2Ff紧边松边)1()1(2)1()1(2)1(202022210aaaaafffffeeFeFFeFFeFFFF又有效拉力上式表明，带所传递的圆周力F与下列因素有关（记住）（1）初拉力F0F与F0成正比，增加初拉力F0，带与带轮间正压力增大，则传动时产生的摩擦力就越大。但初拉力F0过大会加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短其工作寿命。（2）摩擦系数ff越大，摩擦力就越大，圆周力F也越大。f与带和带轮的材料、表面状况、工作环境等有关。（3）包角aF随a的增大而增大，因为增加会使整个接触弧上摩擦力的总和增加，从而提高传动能力，所以水平装置的带传动，通常将松边放置在上边，以增大包角。因为大带轮上的包角大于小带轮上的包角，打滑首先发生在小带轮上，所以只需考虑小带轮的包角。)1()1(20aaffeeFF有效拉力由F=F1-F2可得：带传动在不打滑条件下所能传递的最大圆周力为（类似于最大静摩擦力）式中，Fmax和F1分别为最大圆周力和紧边拉力，e为自然对数的底，f为带与带轮接触面间的摩擦系数（V带用当量摩擦系数fv代替f），a1为小带轮包角。afeFF21）（11-11maxafeFF二带传动的应力分析带传动工作时,作用于带上的应力由三部分组成：拉力产生的拉应力、离心力产生的离心拉应力、弯曲应力•由带弯曲运动产生的离心拉应力:σcAF/11AF/2211dhEb22dhEb由带弯曲产生的弯曲应力:σb1,σb2AqvAFCc//2变应力→疲劳破坏最大应力:max=1+b1+c发生位置:小带轮与紧边接触处•拉力产生的拉应力:1、2：二带传动的弹性滑动和传动比传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而变化。当带由紧边绕过主动轮进入松边时，带内拉力由F1减小为F2，弹性伸长量由δ1减小为δ2。这说明带在绕经主动带轮的过程中，相当于轮面收缩了△δ=δ1–δ2，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐渐小于主动轮的圆周速度。同理，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。弹性滑动和打滑时两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的带与带轮间的全面滑动，是可以避免的。弹性滑动是由拉力差因此的，只要传递圆周力，就无法避免。弹性滑动是带传动的固有特性，无法避免。带的弹性滑动使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，其速度的降低率用滑动率表示，即：式中，n1、n2分别为主动轮、从动轮的转速，单位r/min；d1、d2分别为主动轮和从动轮的直径，单位为mm。112211121ndndndvvv对于V带传动，使用的是基准直径，由上式得带传动的传动比为从动轮的转速为因为带传动的滑动率ε=0.01~0.02，很小，所以在一般传动计算中可不予考虑。112211121ndndndvvv)1(1221ddnni2112)1(ddnn带传动的张紧、安装与维护一带传动的张紧装置带传动需要在一定张紧力的作用下才能工作，由于带工作一段时间后会因塑性变形而松弛，造成张紧力减小，传动能力降低，此时带需要重新张紧。带传动常用的张紧方法是调节中心距，当中心距不可调时，可采用张紧轮装置进行张紧。（1）定期张紧利用螺旋传动调节中心距（2）自动张紧a.当传动不是水平布置且功率较小时，可利用浮动架和电动机自重实现自动张紧。b.张紧轮自动张紧。张紧轮应置于松边。二带传动的安装与维护首先，安装时两轴必须平行，两个带轮的轮槽必须对准，否则会加速带的磨损，甚至使带自轮上脱落。其次，带传动应加防护罩，以保安全。在更换V带时，同一带轮上的带必须同时更换，不能新旧带并用，以免长短不一而受力不均。在带传动中，通常可在带与两带轮的切点跨距的中点M，加一负荷FG来测量带的挠度y，以此保证合适的初拉力。对于V带传动，在给定的符合G作用下，跨距a每100mm产生的挠度为1.6mm时，带的拉力即为所需的初拉力。带传动的维护（1）新带在运行24~48h后应进行检查和调整初拉力。（2）带传动不需润滑，禁止往带上加滑油或润滑脂，应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。（3）带传动装置应加防护罩，以保证安全，避免阳光直射，防止与酸、碱、盐、油及有机溶剂等接触而腐蚀带。（4）V带是橡胶制品，工作温度不超过60°C。（5）同组使用的V带应型号相同、长度相同，不同厂家生产的V带、新旧V带不能同组使用。（6）如需闲置一段时间后再用，应将带防松。