机械设计ppt课件第6章带传动.ppt

,带传动的工作情况分析,V带传动的设计,第6章 带传动,带传动概述,梯形齿同步带传动的设计,带传动的张紧,工程背景,带传动由主动带轮、从动带轮和紧套在两个带轮上的带所组成。带是挠性件，因而带传动是一种挠性传动。带传动利用张紧在带轮上的传动带，借助带和带轮间的摩擦（或啮合）来传递运动和动力。带传动具有传动平稳，结构简单，造价低廉，能缓冲、减振等优点。,第6章 带传动,设计者思维,作为工程师，在设计带传动时，需要考虑解决以下几个问题：如何选定带的类型？怎样选取带轮的直径？如何初步确定带轮的轴间距？怎样计算并选取带的基准长度？带轮的主要失效形式是什么？怎样确定带传递的额定功率？带轮的工作寿命是否满足工作要求？带传动需要预紧吗？如何设计带轮的尺寸？设计出的带传动能否满足环境条件的要求？,第6章 带传动,简单实例,图6-1所示的是空气压缩机中的带传动，电动机轴带动主动轮，从动轮与压缩机轴相连。工作时，电动机的转动通过带轮减速后带动空气压缩机工作。,图6-1 空气压缩机中的带传动,第6章 带传动,6.1带传动概述,1带传动的原理与类型,带传动的组成,主动轮 1、从动轮 2、环形带 3。,第6章 带传动,工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。,第6章 带传动,第6章 带传动,(2)摩擦带,平带-橡胶带、编织带、皮革带,O形带,多楔带,第6章 带传动,V带,普通带,窄带,齿形带,宽带,联组带,大楔角带,第6章 带传动,2 摩擦带结构特点,平带结构特点：,结构：帆布芯带、编织平带、皮革平带,特点：带轮简单、按需取长，接头成环 高速噪声（接头冲击）,第6章 带传动,特点：无噪声无接头封闭环 传动比大、结构紧凑 承载大带、轮楔形传动,结构：帘芯、绳芯,普通V带结构特点,第6章 带传动,主要优点,带具有弹性和挠性，传动时可吸收振动、缓和冲击，故传动平稳、噪声小；,当传动过载时，带与带轮间可相对滑动，能防止其他零件损坏；,可用于中心距较大的场合；,结构简单，装拆方便。,第6章 带传动,主要缺点,传动时带与带轮之间有弹性滑动，不能保证有准确的传动比；带的寿命较短；不宜用于高温、易燃等场合。,第6章 带传动,6.2 带传动的工作情况分析,受力分析,当带传动安装时，带紧套在带轮上。,如图6-5(a)所示，当带传动不工作时，带两边所受的拉力相等，均为F0，称为初拉力。,图6-5 带的受力情况分析,第6章 带传动,如图所示，当主动轮上受驱动力矩T1作用而工作时，由于带和带轮接触面上摩擦力的作用，带绕入带轮的一边被拉紧，称为紧边，拉力由F0增大为F1；带的另一边脱离带轮而被放松，称为松边，拉力由F0减小为F2。,第6章 带传动,(1)工作前后带中力的变化,主动边：初张力F0,从动边：初张力F0,F1紧边,F2松边,第6章 带传动,(2)初张力F0与F1、F2的关系,设：带为弹性体、服从虎克定律；带总长不变,第6章 带传动,(3)有效圆周力Fe与F1、F2,第6章 带传动,有效拉力Fe和带传递的功率P及带速v满足,P为传递的功率（kW）,v为带速（m/s）,在其他条件不变，预紧力F0一定时，带和带轮接触面上的摩擦力Ff有一个极限值，即最大摩擦力（或最大有效拉力Fmax）。该极限值限制了带传动的传动能力。若需要传递的有效拉力Fe超过极限值Fmax，则带将在带轮上打滑，这时传动失效。,第6章 带传动,特定条件下带能传递的最大有效拉力Fmax为,当带处于将要打滑而未打滑的临界状态时，紧边拉力F1和松边拉力F2的关系可由柔韧体摩擦的欧拉公式给出，即,第6章 带传动,影响带传动最大有效拉力Fmax的因素有,（1）初拉力F0：初拉力F0越大，带与带轮间的正压力越大，最大有效拉力Fmax越大。但当F0过大时，将导致带的磨损加剧，带的寿命缩短；当F0过小时，带的工作能力将不足，工作时易打滑。,第6章 带传动,影响带传动最大有效拉力Fmax的因素有,（2）包角：最大有效拉力Fmax随包角的增大而增大。为保证带的传动能力，一般要求min120。,第6章 带传动,影响带传动最大有效拉力Fmax的因素有,（3）摩擦系数f：摩擦系数f越大，最大有效拉力Fmax越大。f与带及带轮材料、表面状况及工作环境等有关。,第6章 带传动,应力分析,1拉应力,当带传动工作时，紧边产生的拉应力1和松边产生的拉应力2分别为,1为紧边拉应力（MPa）；,2为松边拉应力（MPa）,A为带的横截面积（mm2）,第6章 带传动,2离心应力,带在绕过带轮时做圆周运动，从而产生离心力，并在带中产生离心应力。离心应力作用于带长的各个截面上，且大小相等。离心应力c可由下式计算：,c为离心应力（MPa）；q为带单位长度的质量（kg/m）v为带的线速度（m/s）。,第6章 带传动,3弯曲应力,当带绕过带轮时，因弯曲而产生弯曲应力，弯曲应力只产生在带绕上带轮的部分。根据材料力学有,b为弯曲应力（MPa）；E为带的弹性模量（MPa）；ha为带的最外层到中性层的 距离（mm）；dd为带轮的基准直径（mm）。,带轮基准直径dd越小，带的弯曲应力越大。,第6章 带传动,为防止过大的弯曲应力，对每种型号的V带，都规定了相应的最小带轮直径ddmin，见表6-1。,表6-1 V带最小带轮直径ddmin和推荐轮槽数,第6章 带传动,带中最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处，其值为,带在传动时，作用在带上某点的应力，随它所处的位置不同而变化。当带回转一周时，应力变化一个周期。当应力循环一定次数时，带将疲劳断裂。,图6-6 带上各截面应力分布,第6章 带传动,带传动的弹性滑动,(1)弹性滑动,发生在带离开带轮的那部分圆弧上（图6-7中的C1B1和C2B2）,滑动弧,滑动弧,静止弧,静止弧,第6章 带传动,(2)弹滑影响,第6章 带传动,6.3 V带传动的设计,1、失效形式与设计准则,失效形式：打滑、带疲劳破坏,设计准则：保证不打滑，带有一定疲劳寿命,第6章 带传动,2、单根V带的许用功率,不打滑、不疲劳的有效圆周力,带处于开始打滑的临界状态时，带的最大有效拉力Fmax及带的紧边拉力F1应满足,第6章 带传动,带的疲劳强度条件为,为许用应力（MPa）,当带不发生疲劳破坏且最大应力 达到许用应力 时，紧边拉应力为,第6章 带传动,可得V带能传递的最大功率为,v为带速（m/s）；,A为带的截面面积（mm2）,第6章 带传动,许用应力 和V带的型号、材料、长度及预期寿命等因素有关，由实验结果得出，在108109次循环应力条件下，许用应力 为,m为带轮数目；,v为V带的速度（m/s）；,T为V带的使用寿命（h）；,Ld为V带的基准长度（m）；,C为由V带材料及结构决定的实验系数,第6章 带传动,V带传动的设计与参数选择,已知条件,带传动的工作条件（原动机种类、工作机类型和特性等）,传递的功率P,主从动轮的转速n1、n2或传动比i,传动位置和外部尺寸的要求,第6章 带传动,设计的内容,带的型号、长度和根数的确定,带轮中心距的确定,带轮的材料、结构及尺寸的设计与选择,带的初拉力及作用在带轮轴上的压力计算,带张紧装置的设计,第6章 带传动,设计计算步骤及参数选择的原则,1）确定计算功率,2）选择V带类型,根据计算功率Pca及小带轮转速n1，由普通V带选型图确定普通V带的类型。,第6章 带传动,3）确定带轮的基 准直径dd1、dd2,（1）初选小带轮基准直径dd1,（2）验算带速,（3）计算大带轮直径,第6章 带传动,4）确定中心距a及 带的基准长度Ld,（1）初选中心距a0,（2）计算带长Ld0,（3）确定中心距a,第6章 带传动,5）验算小带轮上的包角1,第6章 带传动,6）确定V带根数z,7）确定初拉力,8）计算带对轴的压力,第6章 带传动,V带轮的结构设计,V带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢；小功率时可用铸铝或塑料。,带轮基准直径dd(2.53)d（d为轴的直径，mm）时,实心式结构,第6章 带传动,当dd300 mm时，可采用腹板式或孔板式结构,当dd 300 mm时，可采用轮辐式结构,第6章 带传动,【工程实例6-1】机床传动系统的普通V带传动设计,设计某机床传动系统中与电动机相接的普通V带传动。已知电动机的额定功率为P=4 kW，转速n1=1440 r/min，传动比为3.4，三班制工作，载荷变动小，要求结构紧凑。,第6章 带传动,解：（1）确定计算功率Pca。由附表6-6查得工作情况系数KA=1.3，计算功率Pca为,第6章 带传动,附表6-6 工作情况系数KA（摘自GB/T13575.11992）,第6章 带传动,（2）选取带型。根据Pca及n1，由图6-8选用A型带。,第6章 带传动,（3）确定带轮的基准直径。根据表6-1推荐的最小基准直径，由附表6-7可选出小带轮的基准直径dd1=100 mm，则大带轮的基准直径dd2=idd1=100 3.4=340 mm。根据附表6-7，取dd2=355 mm。,第6章 带传动,附表6-7 普通V带轮的基准直径系列（摘自GB/T13575.11992）,第6章 带传动,表6-1 V带最小带轮直径ddmin和推荐轮槽数,第6章 带传动,（4）验算带速，即,，故符合要求。,（5）确定V带的基准长度和中心距。根据 初步确定中心距a0为考虑到设计要求结构紧凑，故选a0=400 mm。,第6章 带传动,根据式(6-24)，计算V带的基准长度Ld0为,由附表6-2选V带基准长度Ld为1600 mm。按式(6-25)计算出实际的中心距a为,第6章 带传动,（6）验算主动轮上的包角。由式(6-27)可得,故主动轮的包角合适。,（7）计算V带的根数。由附表6-2查得KL=0.99，由附表6-5查得K=0.91，由附表6-4查得P=0.17 kW，由附表6-3查得P0=1.32 kW。根据式(6-20)，在此条件下，单根V带所传递的功率为,=(1.32+0.17)0.990.90=1.33 kW,由式(6-28)可得V带的根数z为,取z=4根。,第6章 带传动,附表6-2 普通V带、窄V带的基准长度和长度系数KL（摘自GB/T13575.11992）,附表6-3 单根V带的基本额定功率（摘自GB/T13575.11992）,附表6-4 单根V带的功率增量（摘自GB/T13575.11992）,附表6-5 包角修正系数（摘自GB/T13575.11992）,（8）计算初拉力F0。由附表6-1查得q=0.1 kg/m。由式(6-29)可得V带的初拉力为,（9）计算带对轴的压力。由式(6-30)得,（10）带轮结构设计（略）,第6章 带传动,6.4梯形齿同步带传动的设计,同步带的类型与结构,同步带传动综合了带传动和链传动的优点，带面具有等距横向齿的环形带。同步带由带背1、承载绳2、带齿3和包布带4组成。,第6章 带传动,带链结合，传动平稳，传动比准确；不需张紧，效率高，适于高速。,第6章 带传动,第6章 带传动,同步带按照齿形可分为梯形齿同步带和圆弧齿同步带。,节距制梯形齿同步带按照节距可分为7种带型，最基本的参数是节距P。同步带的标记为带长代号、带型和带宽代号。,标记举例：,第6章 带传动,梯形齿同步带传动的设计计算,失效形式,同步带疲劳断裂、带齿的剪切和压溃、同步带两侧边和带齿的磨损。,计算准则,保证同步带具有一定的疲劳强度和使用寿命。,第6章 带传动,）确定计算功率Pca,2）选择梯形齿 同步带类型,根据计算功率Pca及小带轮转速n1，由图6-12确定梯形齿同步带的类型。,第6章 带传动,3）确定带轮齿数 z1、z2及带轮节 圆直径dd1、dd2,一般选小带轮齿数应满足：z1zmin,大带轮齿数z2=iz1。两个带轮的节圆直径分别为,第6章 带传动,4）验算带速,5）确定中心距 及同步带长,根据结构要求，按照V带的计算公式初定中心距a0，再计算带长Ld0。选取标准带长（节线长度）Ld。最后，计算出实际中心距a。,第6章 带传动,6）确定同步带宽度,（1）确定小带轮的啮合齿数zm,（2）确定基准额定功率P0,计算带宽bs为,第6章 带传动,梯形齿同步带轮的结构,如图6-13所示，d=同步带轮的节圆直径，d0=带轮的实际外圆直径。同步带轮的齿形一般推荐采用渐开线齿形，并由渐开线齿形带轮刀具用展成法加工而成。,图6-13 同步轮节径与外径示意图,第6章 带传动,带轮在安装时，必须注意带轮轴线的平行度，使带轮的传动中心平面位于同一平面内，防止带轮斜偏而造成带轮侧面磨损加剧。,第6章 带传动,图6-14为直边齿带轮的齿槽尺寸图，其主要参数有齿槽底宽bw、齿高hg、槽半角、节顶距、外圆直径da。各参数的尺寸及计算公式见附表6-12。,图6-14 直边齿带轮的齿槽尺寸及参数,第6章 带传动,【工程实例6-2】牛头刨床传动系统的梯形齿同步带传动设计,设计某牛头刨床传动系统中与电动机相接的梯形齿同步带传动。已知电动机的额定功率为P=4 kW，转速n1=1440 r/min，传动比为i=3.4，三班制工作，要求结构紧凑。,第6章 带传动,解：（1）确定计算功率Pca。由附表6-9查得工作情况系数KA=1.9，计算功率Pca为,（2）确定同步带的类型。根据计算功率Pca及小带轮转速n1，由图6-12可查得梯形齿同步带的类型应为H。,第6章 带传动,图6-12 梯形齿同步带选型图,第6章 带传动,（3）确定带轮齿数z1、z2及带轮节圆直径dd1、dd2。由表6-2查得zmin=18，取z1=19。大带轮的齿数为z2=iz1=3.4 19=64.6，取z2=65。,表6-2 小带轮最小齿数zmin（摘自GB/T113621989）,第6章 带传动,由附表6-8查得H型同步带的节距Pb=12.7 mm。两个带轮的节圆直径分别为,mm,mm,第6章 带传动,附表6-8 梯形齿同步带齿形尺寸（摘自GB/T116161989）,第6章 带传动,（4）验算带速。H型同步带最大允许带速vmax为40 m/s，带速v为,验算结果表明，带轮节圆直径取值合理。,（5）确定中心距及带长。,根据式(6-23)初步确定中心距a0，即,考虑到设计要求结构紧凑，选a0=300 mm。,根据计算V带的基准长度Ld0，有式(6-24)，则,第6章 带传动,由附表6-10选用带长代号为450的同步带，其节线长Ld为1143 mm，共90个齿。按式(6-25)计算实际中心距a为,附表6-10 梯形齿同步带的节线长度（摘自GB/T116161989）,第6章 带传动,（6）确定同步带宽度bs。,小带轮的啮合齿数zm为,确定基准额定功率P0。由表6-3查得H型同步带基准宽度bs0为76.2 mm，单位长度质量q及许用工作拉力Fp分别为0.448 kg/m和2100.85 N。H型同步带的基准额定功率P0为,确定计算带宽bs。当zm6时，啮合齿数系数Kz=1。计算带宽bs应满足,最后，从附表6-8中选取标准值bs=50.8 mm，齿宽代号200。,第6章 带传动,（7）计算作用在带轮轴上的压力FP。作用在带轮轴上的压力FP为,因此，此传动的同步带型号为450H200。,（8）带轮的结构和尺寸（略）。,第6章 带传动,6.5带传动的张紧,由于带不是完全的弹性体，因此在工作一段时间后，会因伸长而松弛，使拉力降低。为保证带传动的正常工作，需要对带进行重新张紧。,常见带的张紧装置有以下三类。,第6章 带传动,1定期张紧装置,如图6-16所示，通过定期调节带传动的中心距来增大带的初拉力，使带重新张紧。,图6-16 定期张紧装置,第6章 带传动,2自动张紧装置,如图6-17所示，将小带轮所在的电动机装在摆架上，依靠电动机重力产生的力矩使带重新张紧。,图6-17 自动张紧装置,第6章 带传动,3采用张紧轮装置,当中心距不可调时，可采用图6-18所示的张紧轮装置。张紧轮通常布置在松边内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮应尽量靠近大带轮，以减小对小带轮包角的影响。,图6-18 张紧轮装置,第6章 带传动,Thank You!,