第13章带传动设计[讲课新]

机械设计第13章带传动设计§13-1概述§13-2带传动的理论基础§13-3V带传动设计§13-6V带传动设计的实例分析及设计时应注意事项机械设计一.带传动的类型和种类带传动的组成主动带轮1从动带轮2环形胶带3vv主动轮1传动带3从动轮2n1α1α2摩擦型带传动的工作原理——依靠带与带轮之间的摩擦力传动运动和动力的间接摩擦传动。§8-1概述α1——小轮包角α2——大轮包角n1——小轮转速（r/min）n2——大轮转速（r/min）v——带速（m/s）机械设计vvn1α1α2摩擦型带传动啮合型带传动同步带同步带轮同步带轮摩擦型带传动——利用带与带之间的摩擦力进行传动啮合型带传动——利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动一）按工作原理分机械设计二）按带的截面形状分1）平带结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面相接触的内表面。机械设计普通V带2）V带V带的横截面为等腰梯形，其工作面是与轮槽相接触的两侧面，而V带与轮槽槽底并不接触。机械设计平带的极限摩擦力为:FNf=FQfFN/2FN/2FQFQFNFN=FQFNf==FQf’V带的极限摩擦力为：f’—当量摩擦系数,f’fＶ带传动是应用最广的带传动，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，传递较大的功率。V带传动与平带传动的初拉力相等(即带压向带轮的压力同为FQ)时，它们的法向力FN则不相同。FN=FQ/sin(/2)2fFQ2sin机械设计工作面是楔的侧面，兼有平带和V带的优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，用于结构紧凑而传递功率较大的场合。解决多根V带长短不一而受力不均。3）多楔带汽车发动机机械设计4）圆带圆带传动的传动能力较小，功率小，曲挠性更好，一般用于轻型机械、仪表、手动装置。机械设计啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的优点吸振、i准确，在汽车、打印机中广泛应用。5）同步带机械设计机器人关节机械设计V带是无接头的环形带，其种类有普通V带、窄V带、宽V带等。二.V带的结构及尺寸1—伸张层3—压缩层4—包布层1—伸张层3—压缩层4—包布层压缩层（橡胶填充而成）包布层（橡胶帆布构成）伸张层（橡胶制成）帘布结构——容易制造粗绳结构——挠曲性好强力层有V带由四部分组成2—强力层(粗绳结构）2—强力层(帘布结构）一）V带的结构分析机械设计二）V带截面型号及尺寸YZ(SPZ)A（SPA）B（SPB）CDE１.普通V带、窄V带的截面型号：2.V带截面尺寸:bP—节宽(节面宽度)b—顶宽ｈ—高度Φ－带楔角，Φ=40⁰φbpb带的型号大，则剖面尺寸大，带的承载能力就高。机械设计3.V带的长度外周长基准长度Ld内周长带轮基准直径d机械设计三.带传动的特点和应用①带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小；②过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏；③适用于两轴中心距较大的传动；④结构简单，易于制造和安装，故成本低。优点缺点①由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定；②传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大；③由于需要施加张紧力，轴和轴承受力较大。特点应用：用于中心距较大，传动比无严格要求的场合，在多级传动系统中通常用于高速级传动，如机床中由电动机到主轴箱的第一级传动。1.摩擦型带传动机械设计2.啮合型带传动兼有带传动和啮合传动的优点，传动比准确；效率高(98～99.5％)；传动比较大（可达12~20），允许带速高（v40m/s）。主要缺点：制造与安装精度要求高；中心距要求较严格；成本高。机械设计带长：中心距:882221221212ddddLddLa小轮包角：3.57180121addα2一.带传动的几何计算α1ɑγγBACDL=++⁀AB⁀CD2BCadddda42221221§8-2带传动的理论基础机械设计二．带传动的受力分析1.带传动的有效拉力Fe工作前：带中各处均受到一定的初拉力FOO2O1F0F0F0F0紧边∑Ff2-带松边∑Ff1-带O1O2n2T2F1F1F2F2T1n1工作时：主动边被进一步拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；另一边拉力减少到F2，称为松边。紧边拉力与松边拉力的差值称为带传动的有效拉力Fe:Fe=F1-F2=∑Ff机械设计带传动工作时，有效拉力Fe与初拉力Fo、紧边拉力F1、松边拉力F2关系：F1+F2=2FoF1一F2=Fe由F1=FO+Fe/2F2=F0-Fe/2得２.离心拉力dFcdαdlrF1F2带在微弧段上产生的离心惯性力amdFcNdqv22)(rqrdrvqrd2)(机械设计离心力惯性力dFc与离心拉力Fc相平衡dqvdFc22sin2dFcdαdlrF1F2FcFcdα2dα2，得取2≈2sinddNqvFc2=离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用在带的全长。式中，q为传动带线密度，kg/m；v为带速，m/s。机械设计02cos)(2cos02sin)(2sin'ddFFdFfdFddFFdFFdFNcNdqvFdddddFC2',12cos,22sin02sin，代入，则fdqvFdF2两端积分3.带传动的极限有效拉力Felim及其影响因素11202fdqvFdFFF机械设计带在带轮上即将打滑时：121feFFF1+F2=2FoF1一F2=Fe由12221feqvFqvF得11)(21120limffeeeqvFF12221feqvFqvF低速时取v＝０，得欧拉公式机械设计1）初拉力F0——2）小轮包角α1——3）摩擦系数f——影响Felim的因素11)(21120limffeeeqvFFF0↑，正压力↑，∑F↑，Felim↑但F0↑↑，磨损加快，带的寿命↓；α1↑，包围弧↑，∑F↑Felim↑α1大小取决于设计参数i、d1、d2及a；f↑，∑F↑，Felim↑，f取决于带和带轮的材料机械设计F2F2F1F1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，则变形量为：紧边：松边：AEF11=εAEF22=ε∵F1F2∴ε1ε2带绕过主动轮时V带V1带经过从动轮时V2V带从动轮n2主动轮n1三．带传动的运动分析机械设计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。其大小与带传动传递的载荷成正比。速度间关系：v1v带v2。得从动轮的转速：带传动的传动比：2112)-1(ddnnε=)-1(12εdd=21nni=定义：112211121--ndndndvvv==ε为滑动率smndv/100060111×=πsmndv/100060222×=π总有：v2v1V带传动的滑动率ε=0.01～0.02，一般可忽略不计。滑动率不是一个固定值，随外载荷大小的变化而变化，因而摩擦型带传动不能用于要求有准确传动比的地方。机械设计四.带传动的应力分析一）带传动工作时，带截面上的应力种类2.拉应力紧边拉应力：σ1=F1/AMPa松边拉应力：σ2=F2/AMPa∵F1＞F2∴σ1＞σ23.弯曲应力带绕过小带轮时：112dbdEyσ式中:E—带的当量弯曲弹性模量；y—带的最外层到中性层的距离；dd2、dd1—大小带轮节圆直径。1.离心拉应力：σc=Fc/A=qv2/AMPa——离心拉应力作用于带的全长。带绕过大带轮时：222dbdEyσ当传动比i≠1时,∵dd2dd1,∴σb2σb1机械设计二)带中应力分布情况σb2σ1σb1α1α2n1n2σCσCσB=σC+σ2+σb1σC=σC+σ2+σb2σD=σC+σ1+σb2σA=σC+σ1+σb1EABCD机械设计三）带的应力变化性质e1.带中应力变化带绕一周带的最大应力发生在紧边开始绕上小轮处（A点）大小为：σmax=σA=σC+σ1+σb13.变应力对带的影响——引起带的疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）2.带中应力变化性质——周期性变化的循环变应力eaσmaxσb2σ1σcbcdσb1σb2σ2σcσ1σcσb1机械设计带相对1轮的滑动方向α2CD五．带传动的弹性滑动和打滑一）弹性滑动及其特性1.弹性滑动:是带的弹性变形量的变化而引起带与带轮之间微量相对滑动的现象，称为弹性滑动。δ1δ2vn1n2α1AB机械设计带相对1轮的滑动方向α2CDvn1n2α1ABF1F1F2F2δ11)带是弹性体，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限内，变形：δ=F/EA，当带的截面积A一定时，F↑，δ↑2）存在拉力差，即：紧边拉力F1大于松边拉力F2，则带在紧边的伸长量δ1大于松边的伸长量δ2。2.弹性滑动产生原因δ2机械设计2.微量相对滑动，只发生在接触弧A′B和C′D(称为滑动弧)。1.摩擦型带传动正常工作时不可避免的固有特性3．弹性滑动的性质带相对1轮的滑动方向α2CDvn1n2α1ABF1F1F2F2ιδ1ιδ2β1A′β2c'机械设计1)降低传动效率(V带传动效率η=0.91～0.96)，使带与带轮摩损增加和温度升高。4．弹性滑动对传动的影响2)使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，即：v2v1。3)传动比不为常数即：11221ddnni≠常数机械设计二）带传动打滑打滑——当传递的有效拉力达到极限值Felim时，过载引起的带与小带轮接面间将发生显著的相对滑动。α2CDvn1n2α1ABF1F1F2F2带与带轮2整个接触弧上发生相对滑动带与带轮1整个接触弧上发生相对滑动β1β2机械设计三）弹性滑动与打滑的本质区别显著的相对滑动,发生在带和带轮的全部接触弧上。弹性滑动打滑是带传动正常工作时不可避免的固有特性；是带传动的失效形式，设计时必须避免；微量相对滑动，只发生在带离开带轮前的那部分接触弧上；α2CDα1BAn1β2β1弹性滑动打滑α2CDα1BAn1n2β2β1机械设计六.带传动的失效形式和计算准则2）疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）—σmax＞[σ]引起失效一）带传动的失效形式1）过载打滑——由F实传＞Felim引起的失效二）带传动的计算准则带传动的计算准则是：保证带传动不打滑的前提下，充分发挥带的传动能力，并使传动带具有足够的疲劳强度和寿命。即应满足：不打滑条件：F实传≤)11()()11)((11f1f21limeAeqvFFce疲劳强度条件：11bcmax机械设计§8-3V带传动的设计kW1000111000][11lim0AvevFPfcbe同时满足两条件的带传动功率：式中：[σ]—由带的疲劳寿命决定的许用拉应力，由实验得出，在108～109次应力循环下，V带的许用应力为：mvtjCLhnd3600m—指数，对普通V带，m=11.1。疲劳强度条件：11bcmax根据式中：C—由V带的材质和结构决定的实验常数Ld—V带的基准长度，m；jn—V带绕行一周时绕过带轮的数目th—V带的预期寿命，h；不打滑条件：F实传≤)11()()11)((11f1f21limeAeqvFFce一．特定条件下单根V带的基本额定功率P1将[σ]、σb、σc代入，取当量摩擦系数fv=0.51,可得V带传动许用功率的计算公式：(27200][21001.11AqvdyEvtCLPbhd1000)11151.0AvekW载荷平稳α1=α2=1800，即：i=1Ld为特定长度一）特定条件二）单根V带的基本额定功率P0P0可根据V带型号、小带轮直径d1及小轮转速n1由表查出。V带型号特定长度Y450Z800A1700B2240C3750D6300E7100机械设计单根普通V带的基本额定功率P0如：Z型V带、d1=80mm、n1=1420r/min时，P0=0.35kWA型V带、d1=100mm、n1=14