武汉理工大学机械设计考研课件4

研制：侯玉英§4-1带传动类型和应用§4-2带传动工作情况分析§4-3普通V带传动设计1.带传动的类型、结构及特点；.本章主要内容2.带传动受力分析、运动分析及应力分析（重点）3.带传动设计一.带传动的组成及工作原理带传的组成动主动带轮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§4-1带传动的类型和应用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）二.带传动的类型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）按工作原理分平带V带多楔带圆带φφ/2Fnφ/2FnFQ平带：Fn=FQ，Ff=Fn·f=FQ·f承载能力小FQFnV带：vQQfQnfFsinfFF,sinFF22承载能力大V带多楔带圆带平带二）按带的剖面型状分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。三.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各种型号V带的剖面尺寸见表8-1。带的型号大，则剖面尺寸大，带的承载能力就高。3.V带的长度外周长基准长度Ld内周长带轮基准直径d四.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。啮合型传动带一般以细钢丝绳、玻璃纤维绳或芳纶纤维绳为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在工作表面上制成凸齿的无接头环形带。同步带分为仅在一面有齿的单面同步带和两面都有齿的双面同步带，齿的形状有梯形齿和弧齿等。五.啮合型传动带（亦称同步齿形带）的结构同步带结构12341——包布层2——带齿3——带背4——承载绳带长：中心距:882221221212ddddLddLa小轮包角：3571801802180121.addα2六.带传动的几何尺寸计算α1ɑγγadddda42221221L=++⁀AB⁀CD2BCBACD一．带传动的受力分析§4-2带传动的工作情况分析一）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=F1一F2=∑Ff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得二）带传动的极限有效拉力Felim及其影响因素带在带轮上即将打滑时：121feFFF1+F2=2FoF1一F2=Fe由121feFF得112110fflimeeeFF1）初拉力F0——F0↑，正压力↑，∑Ffmax↑，Felim↑但F0↑↑，磨损加快，带的寿命↓；2）小轮包角α1——α1↑，包围弧↑，∑Ffmax↑，Felim↑α1大小取决于设计参数i、d1、d2及a；3）摩擦系数f——f↑，∑Ffmax↑，Felim↑，f取决于带和带轮的材料。影响Felim的因素112110fflimeeeFF二.带的应力分析一）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,∴σb2σb1二)带中应力分布情况σb2σ1σb1α1α2n1n2σCσCσB=σC+σ2+σb1σC=σC+σ2+σb2σD=σC+σ1+σb2σmax=σA=σC+σ1+σb1Eσmax=σA=σC+σ1+σb1三）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带相对1轮的滑动方向α2CD二．带传动的运动分析带传动的运动特性——存在弹性滑动和打滑一）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。ιδ1ιδ2vn1n2α1AB带相对1轮的滑动方向α2CDvn1n2α1ABF1F1F2F2ιδ11)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）摩擦型带传动依靠摩擦里传递运动和动力，必然存在拉力差，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ιδ2是微量滑动，只发生在带离开带轮前的那部分接触弧A′B和C′D(称为滑动弧)。是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'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。从动轮圆周速度相对降低量称为滑动率ε。滑动率ε：%vvv100121F↑则ε↑，正常工作时，ε=1%～2%3)传动比不为常数即：11221ddnni≠常数二）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β1β2三）弹性滑动与打滑的本质区别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；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α2CDα1BAn1n2β2β1三.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＞Flim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≤)e(A)e(FFlime11111111ff疲劳强度条件：11bcmax§4-3V带传动的设计kW1000111000110AvevFPfcblime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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；m—指数，对普通V带，m=11.1。疲劳强度条件：11bcmax根据不打滑条件：F实传≤)e(A)e(FFfflime11111111一．在特定条件下，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f′=0.51,可得V带传动功率的计算公式：(AqvdEyvtCLP.hd210272001111000)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P1——表8-3P1可根据V带型号、小带轮直径d1及小轮转速n1由表8-3查出。V带型号特定长度Y450Z800A1700B2240C3750D6300E7100表4-2单根普通V带的基本额定功率P1如：Z型V带、d1=80mm、n1=1420r/min时，P0=0.35kWA型V带、d1=100mm、n1=1420r/min时，P0=1.31kW带型d1mmn1r/min800950120014501600Z630.150.200.220.180.230.260.220.270.300.250.300.350.270.330.397180A750.450.680.831.001.190.510.770.951.151.370.600.931.141.391.660.681.071.321.611.920.731.151.421.742.0790100112125100A1.31142080Z0.35kWKKΔPPPLα11式中：额定功率增量，考虑传动比i≠1时，带在大带轮上的弯曲应力较小，在相同寿命的条件下，额定功率可比i=1时的传动功率大。根据V带型号、n1及i查表。—1P当使用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系数。经过修正后单根V带许用功率[P]为：二.实际使用条件下单根V带的许用功率Kα—包角系数，考虑α≠1800时对传动能力影响，根据小带轮包角α1查表。KL—长度系数，考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响，KL根据V带型号及基准带长Ld查表；表4-3单根普通V带额定功率的增量∆P0kW带型传动比i带速m/sv ≦1.00～1.011.02～1.041.05～1.081.09～1.121.13～1.181.19～1.241.25～1.341.35～1.511.52～1.99≥2.0∆P1kWA0.000.010.020.030.050.090.100.110.150.170.190.240.292.556.78.31012.51517.520250.020.030.030.040.050.060.060.080.100.020.040.040.050.070.080.090.110.130.030.050.050.060.080.090.110.130.160.030.060.060.070.100.110.130.160.190.040.070.080.080.110.130.150.190.230.040.080.090.090.130.150.170.220.260.020.020.030.030.040.040.060.070.020.020.020.030.030.10≥2.0v=7.44m/sA表8-4查法如：i=3.62v=7.44m/s∆P=0.095kw≈0.1kwA型带小轮包角180º175º170º165º160º155º150º145º140º