机械设计基础第六版第13章 高教版.ppt

高等教育出版社,13.1 带传动的类型和应用 13.2 带传动的受力分析 13.3 带的应力分析 13.4 带传动的弹性滑动和传动比 13.5 V带传动的计算 13.6 V带轮的结构 13.7 同步带传动简介,第13章 带 传 动,13.1 带传动的类型和应用,一、带传动的分类,1) 按传动原理分类,摩擦型,啮合型,2) 按横截面形状分类,平带传动,V带传动,特殊截面带传动,3) 按带的布置分类,开口传动,交叉传动,半交叉传动,抗拉体,13.1 带传动的类型和应用,平带传动,V带传动,多楔带传动,圆带传动,二、带传动的参数(开口传动),13.1 带传动的类型和应用,中心距 a,包 角,因较小,代入得:,带长:,带长:,已知带长时，由上式可得中心距 :,13.1 带传动的类型和应用,1.定期张紧装置,三、带传动的张紧,2.自动张紧装置,3.张紧轮装置,13.1 带传动的类型和应用,四、带传动的特点,优点： 适用于中心距较大的传动； 可缓和冲击，吸收振动； 打滑可防止损坏其它零件； 结构简单、成本低廉。,缺点： 传动的外廓尺寸较大； 需要张紧装置； 传动比不固定； 带的寿命较短； 传动效率较低。,13.1 带传动的类型和应用,V带传动应用最广，带速： v = 525 m/s 传动比：i 7 效率： 0.90.95,一、带的有效拉力,13.2 带传动的受力分析,静止时，带两边的初拉力相等：,传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：,F1 = F2 = F0,F1 F2,F1 ，紧边,F2 松边,紧边,松边,设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：,F1 F0 = F0 F2,F0 = (F1 + F2 )/2,称 F1 - F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：,F = F1 - F2,且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系：,13.2 带传动的受力分析,1、定义：当圆周力F Ff时，带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑。经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低，导致传动失效。是必须避免。,2、分析：平带上截取一微弧段,正压力：dFN,两端的拉力：F 和F+dF,力平衡条件：,摩擦力： f dFN,二、带传动的打滑失效,13.2 带传动的受力分析,由力平衡条件：,积分得：,紧边和松边的拉力之比为：,绕性体摩擦的基本公式： 欧拉公式,13.2 带传动的受力分析,联立求解：, F , 1< 2,用1 ,分析：,13.2 带传动的受力分析,V带传动与平皮带传动初拉力相等时，它们的法向力则不同。,平带的极限摩擦力为: FN f = FQ f,FN = FQ,FN =FQ /sin(/2),则V带的极限摩擦力为 ：,f -当量摩擦系数, f f,3、比较：平带与V带,在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。 或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。,13.2 带传动的受力分析,用 f 代替 f 后，得到V带计算公式：,13.2 带传动的受力分析,三、带传递的圆周力及其影响因素,欧拉公式,四、作用在轴上的压力,13.2 带传动的受力分析, F , 1< 2,用1 ,影响因素,圆周力,一、带的疲劳强度,1. 应力分析,1) 拉应力,13.3 带的应力分析,紧边拉应力：,松边拉应力：,2) 弯曲应力,E为带的弹性模量，MPa；d为带轮直径，mm 。,注：两轮直径不等时，弯曲应力也不相等。,设 y 为带的中心层到最外层的垂直距离，mm；,带在微弧段上产生的离心力：,3) 离心应力,13.3 带的应力分析,离心力 FNc在微弧段两端会产生拉力 Fc。,由力平衡条件得：,离心拉应力：,13.3 带的应力分析,4) 应力分布及最大应力,最大应力max出现在紧边与小轮的接触处。,离心应力,拉应力,弯曲应力,2. 疲劳强度条件,实验表明，疲劳曲线方程也适用于经受变应力的带，即 。 式中m、C与带的种类和材质有关，N为 应力循环次数。设v为带速，L为带长，设带的寿命为T，则应力循环次数为,13.4 带传动的弹性滑动和传动比,设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：,这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。,紧边：,松边：, F1 F2, 1 2,带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。,带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。,一、带传动的弹性滑动,弹性滑动是不可避免的，由拉力差引起，是固有特性； 打滑是必须要避免的，由过载引起，是失效形式。,13.4 带传动的弹性滑动和传动比,得从动轮的转速：,带传动的传动比：,V带传动的滑动率=0.010.02，一般可忽略不计。,定义：,为滑动率。,二、带传动的传动比,总有：v2 < v1,13.5 V带传动的计算,分类：普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、联组V带。 其中普通 V带应用最广。,一、V带的规格,组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。,节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。,节面：全部节线构成的面。,13.5 V带传动的计算,普通V带： =40，h/bp =0.7。已经标准化，有七种型号Y、Z、 A、B、C、D、E。应用最为广泛。 窄V带： =40，h/bp =0.9。已经标准化，有四种型号SPZ、SPA、 SPB、SPC。用于大功率，结构紧凑传动。 与普通V带比，当顶宽相同时，承载能力 可提高1.52.5倍。 宽V带： =40，h/bp =0.3。用于无级变速传动中。 大楔角V带： =60。用于高速，结构特别紧凑的传动。 联组V带：由2、3、4或5根普通V带（或窄V带） 顶面用胶帘布等距粘结而成。,基准直径d：在V带轮上，与所配用V带的节 面宽度相对应的带轮直径。,基准长度Ld ：V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为。标准长度系列详见下页表13-2 ，P212。,二、单根普通V带的许用功率,1、失效形式,4、传动功率,13.5 V带传动的计算,3、不打滑条件,打滑；带的疲劳损坏（脱层、撕裂或拉断）。,2、设计依据,保证带不打滑的前提下，具有一定的疲劳寿命。,13.5 V带传动的计算,传递的功率为：,单根带所能传递的有效拉力为：,为保证带具有一定的疲劳寿命，应使：,max =1 +b + c ,1 = -b - c,代入得：,基本额定功率P0 :在 =，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下，计算所得功率称为单根带的。详见下页表13-3 教材P214。,许用功率P0：实际工作条件与特定条件不同时，应对 P0值加以修正。修正结果称为。,K 包角系数。,KL 长度系数；,P0-功率增量；,三、普通V带的型号和根数的确定,计算功率：,KA -工作情况系数 详见表13-8 P218,型号的确定: 根据Pc和小带轮的转速n1，由选型图确定。,根数的确定:,考虑在i1，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值详见表13-4,13.5 V带传动的计算,13.5 V带传动的计算,13.5 V带传动的计算,13.5 V带传动的计算,带轮的直径过小，则带的弯曲应力大，寿命降低。应取：d1dmin,四、主要参数的选择,1. 带轮直径与带速,大带轮的直径d2：,d1 、d2必须符合带轮的基准直径系列：P219表13-9注。,13.5 V带传动的计算,带速：,一般应使v在525m/s的范围内。,2. 中心距、带长和包角,推荐范围：0.7(d1+d2)< a0< 2(d1+d2),初定V带基准长度：,根据L0由表13-2选取接近的基准长度Ld， 然后计算中心距：,中心距变动范围为：,(a-0.015Ld) (a +0.015Ld),13.5 V带传动的计算,小轮包角：,一般应使1120 ,否则可加大中心距或增加张紧轮。,考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。,3. 初拉力,保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，会出现打滑，初拉力过大将增大轴和轴承上的压力，并降低带的寿命。,计算公式：,式中：Pc为计算功率；,设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传递功率、带轮转速以及对传动的外廓尺寸的要求等。,设计带传动的主要任务是：选择合理的传动参数、确 定V带型号、长度和根数；确定带轮材料、结构和尺寸。,z为V带根数；,v为带速；,q为V带每米长的质量；,Ka为包角修正系数。,13.5 V带传动的计算,带传动设计的步骤:,1. 求计算功率；,2. 选择普通V带型号；,3. 求带轮的基准直径d1 、d2 ；,4. 验算带速 ；,5. 求V带的基准长度Ld和中心距a；,6. 验算小带轮的包角；,7. 求V带根数z；,8. 求作用在带轮轴上的压力FQ；,9. 带轮的结构设计。,13.5 V带传动的计算,例：设计一通风机用的V带传动。选用异步电动机驱动。已知电动机转速为n1=1460r/min，通风机转速n2=640r/min，通风机输入功率 P=9kW，两班制工作。,解： 1、求计算功率 2、选择V带型号 可用普通V带或窄V带，以普通V带为例计算。 根据 ，n1=1460r/min，由图13-15查出此坐标点位于A型和B型交界处。现暂时按选用B型计算。(同学们自己可以按选用A型计算，并对比两个方案的计算结果),13.5 V带传动的计算,3、求大、小带轮的基准直径 由表13-9，d1应不小于125，现取d1=140mm，由式(13-9)得 由表13-9取d2=315mm(虽使n2略有减小，但其误差小于5%，故允许) 4、验算带速 带速在525m/s之间，合适。,13.5 V带传动的计算,5、求V带基准长度Ld和中心距a 初步选取中心距 取a0=700mm，符合 。 由式(13-2)得带长为 查表13-2，对B型带选用Ld=2240mm。再由式(13-16)计算实际中心距为,13.5 V带传动的计算,6、验算小带轮包角1 由式(13-2)得,7、求V带根数z 由式(13-15)得 令n1=1460r/min，d1=140mm，查表13-3得 。 由式(13-9)得传动比为 查表13-5得 。 由 查表13-7得 ，查表13-2得KL=1，由此可得 取4根,13.5 V带传动的计算,8、求作用在带轮轴上的压力FQ 查表13-1得q=0.17kg/m，由式(13-17)得单根V带的初拉力为 作用在轴上的压力为 9、带轮结构设计(省略),13.5 V带传动的计算,13.6 V带轮的结构,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,实心式,13.6 V带轮的结构,腹板式-中等直径；,dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 见图13 - 8 s= (0.2 0.3) B s11.5s s20.5s,腹板式一,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,13.6 V带轮的结构,腹板式-中等直径；,dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 见图13 - 8 s= (0.2 0.3) B s20.5s,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,腹板式二,13.6 V带轮的结构,轮辐式-d350 mm；,腹板式-中等直径；,带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。,带轮的结构,实心式-直径小；,13.6 V带轮的结构,组成：同步带（同步齿形带）是以钢丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。,结构特点：横截面为矩形，带面具有等距横向齿的环形传动带，带轮轮面也制成相应的齿形。,传动特点：靠带齿与轮齿之间的啮合 实现传动，两者无相对滑动，而使圆 周速度同步，故称为同步带传动。Pb重要参数,优点：1.传动比恒定；,2.结构紧凑；,3.由于带薄而轻，抗拉强度高，故带速高达40 m/s，传动比可达10，传递功率可达200 KW；,4.效率高，高达0.98。,缺点：成本高；对制造和安装要求高。,13.7 同步带简介,平带传动,V带传动,多楔带传动,圆带传动,啮合带传动,