21742-機械設計及答案第8章

1、第八章 帶傳動 帥康空調風機箱紡織機械8-1帶傳動的類型、特點及應用 8-2 帶傳動的工作情況分析8-3 V帶傳動的設計計算8-4 帶傳動的安裝、張緊和維護8-5 其它帶傳動簡介傳動帶摩擦帶嚙合帶普通平帶普通帶多楔帶傳動圓形帶傳動 高速帶傳動 窄V帶傳動同步帶傳動齒孔帶傳動8.1.1帶傳動的類型與結構8.1帶傳動的類型、特點及應用 A )平帶 b)V帶 c)多楔帶 d)圓帶摩擦帶傳動的類型 a)同步齒形帶傳動 b)齒孔帶傳動嚙合帶傳動8.1.2 摩擦帶帶傳動的特點 摩擦帶傳動主要優(yōu)點：(1)結構簡單，成本低，加工和維護方便；(2)適用于兩軸中心距較大的傳動（可達15m）；(3)帶具有良好的彈性

2、，能緩沖吸振，因而傳動平穩(wěn)，無噪聲；(4)過載時帶與帶輪間會出現(xiàn)打滑，可防止損壞其他零件。摩擦帶傳動的主要缺點是：(1)外廓尺寸較大，結構不夠緊湊；(2)帶與帶輪之間存在一定的彈性滑動，不能保證恒定的傳動 比，傳動精度 和傳動效率較低；(3)需要張緊裝置；(4)帶的壽命較短，需經(jīng)常更換；(5)傳動帶需張緊在帶輪上，對軸和軸承的壓力較大。8.1.3 帶傳動的應用 V帶傳動應用于中小功率（通常不大于100KW），帶速一般為v=525 m/s，使用高速環(huán)形膠帶時可達60 m/s，使用錦綸片復合平帶時，可達80 m/s，傳動比i7，傳動效率0.900.95，傳動比要求不十分準確的機械。 同步齒形帶的帶

3、速為4050m/s，傳動比i10，傳遞功率可達200KW，效率高達98%99%。同步齒形帶的應用日益廣泛，目前，主要用于計算機、數(shù)控機床、紡織機械、煙草機械等中小功率要求速比準確的傳動中。8.2 帶傳動的工作情況分析a. 帶輪不轉動時1） 帶傳動不分松邊和緊邊2）皮帶所受的拉力均為張緊力F0b. 帶輪空轉時1）松緊邊差異不明顯2）皮帶受力情況近似于帶輪不轉動時的狀況8.2.1 帶傳動時的受力分析o1F0F0o2F0F0o2o1c. 帶傳動正常工作時1）帶傳動出現(xiàn)松邊和緊邊3）緊邊拉力 F1大于松邊拉力F2。對應L和L抵消，緊邊力的增量F與松邊力的減量F抵消 o1F2F1o2F12）在正常工作狀

4、態(tài)下，帶屬于彈性 變形，且變形后，帶的全長不變。即：帶緊邊的拉伸變形量L與松邊的收縮變形量L相抵消。緊邊松邊F2o1F2F1dP14）皮帶A1C1段速度與輪速相同（靜?。c輪之間不存在摩擦力；過C1點后，帶相對輪有向后收縮速度（藍色箭頭），帶輪給帶向前作用的摩擦力（紅色箭頭）C1B段也稱為動弧。 取帶為分離體，所有力對o1點取矩o1F2F1o2F1F2BA1C1聯(lián)立以上各式：問題1： F0 與皮帶傳動能力的關系； Fe 與 P 、V 的關系。結論： 當其它條件（如帶和帶輪材料匹配）不變，張緊力F0 的大小決定了摩擦力Ff（ Ff = Fe ）的大小，即決定了皮帶傳動能力的高低。問題2：是否張

5、緊力越大越好？ 帶傳動的最大有效圓周力及其影響因素歐拉公式1）歐拉公式推導的前提：帶傳動即將打滑(過載引起）時2）歐拉公式推導的模型：小帶輪上帶長為 的微單元體受力（具體推導過程請參考有關教材）歐拉公式自然對數(shù)的底（e=2.718）摩擦系數(shù)。V帶用帶輪包角，應代入小帶輪包角dFF+dFd2d2fdNdN最大有效拉力聯(lián)立以下各式：得到最大有效圓周力為： 與 成正比 隨 增大而增大 隨 增大而增大對 有影響的幾個參數(shù)： 在 ， ， 三者中 ，對 影響最大的是張緊力平皮帶與V帶的摩擦力比較前提： 所受張緊力相同,即 帶對帶輪的壓緊力Q相等。QQN/2N/2平皮帶所受的摩擦力為V帶所受的摩擦力為N當=

6、40，即：V帶傳動能力約為平皮帶傳動能力的三倍顯然，在相同條件下，V帶能傳遞較大的功率?；蛘哒f，在相同功率下，V帶傳動的結構較為緊湊。因此，V帶傳動比平帶傳動應用更為廣泛。8.2.2 帶的應力分析:AF11=s緊邊拉應力AF22:=s松邊拉應力a) 拉應力o1o212b)離心應力離心應力沿帶長處處相等離心應力 彎曲應力與與帶輪直徑dd成反比c) 彎曲應力最大應力發(fā)生在皮帶繞入小帶輪緊邊處o1o28.2.3 帶的彈性滑動和打滑a)彈性滑動C1A1A2C2靜弧動弧 在靜弧處，帶速與輪速相等，無相對滑動 在主動輪動弧段，帶除了與輪速一致的速度外，還有相對于輪速反方向的收縮速度VS( 相對滑動速度)

7、致使帶速落后于輪速V1 在從動輪動弧段，帶除了與輪速一致的速度外，還有與輪速方向相同的拉伸速度VS( 相對滑動速度) 致使帶速V高于輪速V2結論： 彈性滑動不可避免。主動輪上，帶的相對滑動 與輪速方向相反，從動輪相對滑動與輪速方向一致B1VSV1B2VSV2 彈性變形 導致彈性滑動 彈性滑動屬于 正常工作現(xiàn)象 無法避免.彈性滑動對帶傳動的影響為：(1)使傳動比不恒定，從動輪的圓周速度低于主動輪；(2)產(chǎn)生摩擦功率損失，降低了傳動效率；(3)引起帶的磨損，使帶的溫度升高。b) 打滑 打滑定義當動弧擴展到整個接觸弧時，這種現(xiàn)象被稱作打滑 打滑現(xiàn)象嚴重時，輪轉帶不動。 打滑的原因帶疲勞后松弛，或傳動

8、過載。 打滑的次序打滑首先始于小帶輪F1o1F2A1C1 打滑的性質打滑屬于失效破壞？B打滑對帶傳動的影響為：(1)使帶的磨損加劇，壽命下降； (2)急劇發(fā)熱燒帶； (3)從動輪轉速急劇下降，導致傳動失效。打滑可以避免避免打滑的措施 設計合理 適時張緊或更換帶 避免過載c)滑動率滑動率的意義描述從動輪圓周速度相對于主動輪圓周速度的降低程度滑動率=1%2%一般傳動中，常取：8.3.1 V帶的結構和標準常用的V帶主要有兩種：普通V帶窄V帶共分：Y、Z、A、B、C、D E七種類型共分：SPZ、SPA、SPB、SPC四種類型本章重點介紹的內容 普通V帶傳動a)V帶的特點 整體呈無接頭的環(huán)狀； 結構分為

9、兩種簾布芯結構繩芯結構抗拉體頂膠包布底膠8.3 帶傳動的設計計算b)V帶及帶輪的基準寬度和基準直徑節(jié)面V帶彎曲后橫截面的變形頂膠變窄底膠變寬節(jié)面寬度不變 節(jié)寬bP 是帶的基準寬度（公稱寬度） 帶輪上，與帶節(jié)寬bP 相等的槽寬bd 為帶輪的節(jié)寬（基準寬度、公稱寬度） 基準寬度（公稱寬度）帶的基準寬度 bP 帶輪的基準寬度bdbPbdbPdd 基準直徑（公稱直徑）帶輪基準寬度bd所在的直徑dd 帶的公稱長度 Ld節(jié)面bdbP節(jié)線 基準長度已經(jīng)標準化。普通V帶的標記為：型號 基準長度 標準號。標記實例：B型帶，基準長度為1000mm，標記為：B1000 GB1154489。普通V帶已標準化，按截面尺

10、寸分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號，尺寸依次增大，各型號的截面尺寸見課本中表3.2。8.3.2 設計準則和單根V帶的基本額定功率P0a) 帶傳動的設計準則在保證不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命b)單根V帶的基本額定功率P0( 設計準則依失效形式而定）由：由：得出：試驗得出：11。1 特定帶長 平穩(wěn)工作條件 包角實驗限制條件：由帶的材質和結構決定的試驗常數(shù)；帶的基準長度；帶的某一點繞行一周所繞過的帶輪數(shù)；帶的壽命；帶速。單根V帶的基本額定功率P0見表3.4考慮到具體使用條件與實驗條件的不同，對在實驗條件下得到的基本額定功率P0進行修正得到額定功率P8.3.3 單根V帶的額定功率P考

11、慮實驗條件與工程實際差異引入的功率增量（表3.5）當實際包角不等于實驗限制的包角180 時引入的包角系數(shù)表3.6）當實際帶長不等于實驗限制的特定帶長時引入的帶長系數(shù)（表3.4）8.3.4 帶傳動的設計計算和參數(shù)選擇所需傳遞的額定功率P；小帶輪轉速n1 設計內容基準直徑dd ； a.已知條件和設計內容設計的已知條件一般包括：帶傳動的工作條件（載荷狀況、運轉情況） ；傳動位置（水平、垂直、傾斜布置）和總體尺寸限制；大帶輪轉速n2或傳動比i基準長度L；帶的型號；傳動中心距a；結構尺寸；根數(shù)Z；帶輪的材料；帶的初拉力；壓軸力；張緊裝置。帶傳動的設計計算b)設計步驟和方法（1）確定計算功率PcP 名義功

12、率，KWKA 工作情況系數(shù)。查表3.7（2）選擇帶型選擇帶型的依據(jù) 、應該滿足的條件：1）初選小帶輪的基準直徑（3）確定帶輪的基準直徑為了提高壽命，對 應選較大值。300050002000160040002008005001004003001000小帶輪的轉速n1 ( r / min)125025000.8 1 1.25 2 3.15 4 5 8 10 16 20 30 40 50 63 80 100 200 250 普通V帶選型圖ZABCDEd1=5071d1=80100d1=112140d1=125140d1=160200d1=200315d1=355400d1=450500d1=8010

13、0計算功率Pca /KW2）驗算帶的速度V應使較為適宜的帶速為一般帶速范圍： d d1、d d2圓整成表3.8的尺寸系列。這導致轉速誤差，因此需按下式驗算傳動比：（4）確定中心距并選擇帶的基準長度 Ld設計順序：1）3）查表3.3,參考 選用2）4）問題：中心距過大或過小各有何不利影響？（5）驗算主動輪上的包角 問題：當小帶輪包角小于90時，應采取何措施（6）確定帶的根數(shù) Z查表3.5、表3.2帶的根數(shù)一般不超過10根?？問題：如果設計結果 Z10 ，如何解決？包角系數(shù)帶長系數(shù)改選型號適度提高帶速提高P0、P0（見表3.3、3.4）（7）確定帶的預緊力（張緊力） F0考慮離心力影響理論計算常用

14、：工程計算常用公式：F0F01FP（8 ）計算帶傳動作用在軸上的力（壓軸力） FQF0F0FP1帶傳動參數(shù)選擇a)中心距a適度大的中心距對傳動有利o1o2o1o2增大包角，提高傳動能力；減少單位時間內帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命。中心距過大帶振動，傳動不平穩(wěn)；結構尺寸過大。中心距過小包角減小，傳動能力降低；單位時間內帶的循環(huán)次數(shù)增加，帶的壽命縮短。初估中心距：b)傳動比i當中心距一定時，傳動比越大，小帶輪包角越小，傳動能力aa常用傳動比：推薦值：c)帶輪的基準直徑小帶輪直徑應滿足關系：表8-6 V 帶輪的最小基準直徑槽形ZYBACDE（d）min /mm205075125200355500

15、小帶輪直徑過小的不利影響導致有效圓周力過大，使帶的根數(shù)增多，輪寬增大，且載荷 在帶間分配不均，運轉不穩(wěn)；Z 使帶的彎曲應力增大。d)帶速適宜的帶速：最高帶速：帶速過高離心應力增大；單位時間內帶的循環(huán)次數(shù)增大，導致帶疲勞，降低帶的壽命。帶速過低導致有效圓周力過大，使帶的根數(shù)增多，輪寬增大，且載荷 在帶間分配不均，運轉不穩(wěn)；帶傳動一般應放在高速級傳動功率P一定時，F(xiàn)e變小，根數(shù)Z少，帶截面小結構緊湊；在一般轉速范圍內，基本額定功率P0 隨轉速升高而增大， 能充分發(fā)揮帶的傳動能力 ；（P0值變化見表3.4）帶傳動具有緩沖吸振和過載保護功能。例題 設計某帶式輸送機傳動系統(tǒng)中第一級用的普通V帶傳動。已知

16、電動機功率P=4Kw。轉速n=1440r/min, 傳動比i =3.4，每天工作8小時。解：1. 確定計算功率Pc由表3.7查得工況系數(shù)KA =1.1, 故：2. 選擇V帶的型號根據(jù)Pc,，n1 由圖3.11 。選用A型帶。1）初選小帶輪基準直徑 dd1 ，由表由表3.8 取小帶輪直徑 dd1 =90mm。3. 確定帶輪的基準直徑dd 并驗算帶速2）驗算帶速故帶速合適。若處在A 、B型之間，應分別按兩種類型設計，最終優(yōu)選其一。3）計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)式3.20得由表3.8取直徑系列值 ：dd2 =315mm4. 確定V 帶的中心距a 和基準長度Ld1）根據(jù)式（3.22），初定中心距 a0

17、 =500mm。2）由式（3.23 ）計算帶所需的基準長度由表3.3選帶的基準長度Ld = 1600mm。3）按式由式(3.24)計算實際中心距a中心距的變化范圍為：5. 驗算小帶輪上的包角1 。由式(3.26)得 包角合適6. 計算V帶的根數(shù)Z1）計算單根V帶的額定功率P 。由dd1 =90mm ，n1 =1440r/min，表3.6、3.3得：查表3.4得：根據(jù)： n1 =1440r/min，i=3.4，A型帶，查表3.5得：2）計算V帶的根數(shù)Z額定功率為：取 Z =4根據(jù)表3.4查值求得：問題1：當帶根數(shù)超過10根時，如何修改設計？問題2：帶傳動應放在高速級還是低速級？為什么？注意：P0值與帶速、小帶輪基準直徑成正比關系同樣速度時，P0 依帶型而不同7. 計算單根V帶的初拉力的最小值（F0）min 。由表3.2查得A型帶的單位長度質量q =0.1kg/m.8. 計算壓軸力FQ 9. 帶輪的結構設計（略）計算壓軸力的目的是什么?8.4 其他帶傳動簡介 窄V帶的截剖面結構8.4.1 窄V帶傳動結構特點：窄帶的頂部呈弓形，側面為內凹曲線形狀。性能特點：窄帶具有柔性大、易彎曲、承載能力大壽命長、 橫向尺寸小、結構緊湊。使用特點：適用于大功率且結構要求緊湊的傳動。廣泛應用 于大功率的機械傳動裝置中。8.4