第8章带传动.ppt
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1、第八章 带 传 动 (Transmission of Belts),1.了解带传动的类型、工作原理、特点及应用; 2.掌握带传动的受力分析、应力分析、主要失效形式及设计计算准则; 3.学会普通V带传动设计计算方法,并能合理地确定各种参数。,一. 教学目标,二 教学重点和难点,难点: 1)带的弹性滑动与打滑的区别; 2)保证带不打滑的条件与影响因素; 3)保证带具有一定疲劳寿命的条件和影响因素。,重点: 1)带传动的受力分析和应力分析; 2)带传动的主要失效形式及设计计算准则; 3)普通V带传动的设计计算。,第一节 带传动概述,一、带传动的组成及工作原理,组成带传动由主动轮1(driving p
2、ulley)、从动轮2(driven pulley)和传动带3(belt)组成。,传动原理工作时依靠带与带轮之间的摩擦(friction)或啮合(meshing)来传递运动和动力。,优点(advantages): 1)中心距变化范围大,适宜远距离传动; 2)过载时将引起带在带轮上打滑(slip),可以防止其它零件的损坏; 3)制造和安装精度不严格,结构简单、价格低廉; 4)能起到缓冲(shock)和吸收振动(vibration),传动平稳,噪音小。 5)维护方便,不需要润滑等。 缺点(disadvantages): 1)摩擦型带传动有弹性滑动(creep),不能保持准确的传动比(exact s
3、peed ratio),传动效率较低; 2)传递同样大的圆周力时,轮廓尺寸和轴上的压力较大; 3)打滑现象使得带的寿命较短。 4)带与带轮间会产生摩擦放电现象,不适宜高温、易燃、易爆的场合。,二、带传动的特点,三、带传动的主要类型与应用,类型,平带传动,V 带传动,多楔带传动,摩擦型 (friction type),啮合型 (meshing type),圆形带,摩擦牵引力大,摩擦牵引力大,牵引力小,用于仪器,V带传动应用最广,通常带速v=525 m/s,传动比:i7, 传递功率P 700kW,效率 0.90.95 。,同步带传动兼有带传动和啮合传动的优点,既可保证传动比准确,也可保证较高的传动
4、效率(98以上);适应的传动比较大,可达10,且适应于较高的速度,带速可达 50 ms。,(1)平带传动(flat-belt drives),半交叉传动 (quarter-turn drives),交叉传动 (crossed-belt drives),应用不太广,例如:高速磨床。,(2)V带传动(V-belt drives) V带也称三角带,承载能力较平带大,常多根并用。应用最为广泛,如发动机。,其截面形状为圆形,牵引能力小,常用于仪器和家用机械中。,相当于平带与多根V带的组合兼有两者的优点,适于传递功率较大要求结构紧凑场合。,(3)多楔带传动(multiple V-belt drives),
5、(4)圆形带传动(round-belt drives),四、带传动的参数(parameters),中心距a(center distance): 当带处于张紧状态时,两带轮轴线间的距离称为中心距a。,带长L(belt length): 带的计算长度。,式中“”适用大轮包角2, “”适用小轮包角1,包角(contact angle): 带与带轮接触弧所对的中心角。,带的主要几何参数之间有如下近似关系:,抗拉体是承受负载拉力的主体。目前普遍采用化学纤维织物。,顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。采用弹性好的胶料。,包布材料采用橡胶帆布,可起耐磨和保护作用。,五、普通V带和V带轮的结构,帘布结构,线
6、绳结构,标准V带都制成无接头的环形带 ,其横截面结构如图所示 。,V带有普通V带、宽V带、窄V带、大楔角V带、汽车V带等等,都是标准件,在手册中都可以查到。一般多使用普通V带。,V带楔角为40,按截面尺寸由小到大普通V带国家标准规定有Y、Z、A、B、C、D、E等7种型号。,当带垂直底边弯曲时,带中原长度保持不变的一条周线称作节线,而全部节线所组成的面称作节面(或中性层),节面的宽度称作节宽,用bp表示。其截面尺寸见P145表8-1 。,bp,节宽(bp):,基准直径(节径) dd:在轮槽基准宽度处的直径。,基准长度 Ld :V带在规定的张紧力下,位于测量带轮的基准直径上的周线长度称为(参见P1
7、46表8-2)。,dd,普通V带的标记均由带型、基准长度和标准号组成。,A1400 GB/T 11541997,如:,bd,基准宽度bd :V带的节面在轮槽内的相应位置的宽度。,标记:,第二节 带传动的受力分析,一、受力分析(force analysis),带工作前:,带工作时:,此时,带只受初拉力F0作用,松边(slack side) 退出主动轮的一边,紧边 (tight side) 进入主动轮的一边,由于摩擦力的作用:,紧边拉力 - 由 F0 增加到 F1;,松边拉力 - 由 F0 减小到 F2 。,Ff = F1 F2 = Fe,Fe有效拉力,即圆周力(peripheral force)
8、,假设工作后传动带总长度不变(即紧边拉伸增量 松边拉伸减量) ,且带为线弹性体,则,F1 - F0 F0 F2,F0 (F1 F 2) / 2,P Fe v /1000 kW,P 增大时, 所需的Fe(即Ff )加大,但Ff 不可能无限增大。,当Ff 达到极限值Fflim 时,带传动处于即将打滑的临界状态。此时, F1 达到最大,而F2 达到最小,并且满足以下关系:,Fe与传递功率P为的关系为:,根据力平衡条件,得,(1),(2),(3),柔韧体摩擦欧拉公式,(4),欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前,紧、松边拉力的最大比值。,打滑:,二、带传动的最大有效圆周拉力,当带所要传递的圆周力Fe超
9、过带与轮面之间的极限摩擦力总和Ff时,带与带轮将发生显著的相对滑动。,当带有打滑趋势时,摩擦力达到极限值, 带的有效拉力也达到最大值。,Fe 与F0 成正比,增大F0有利于提高带的传动能力,避免打滑。,但F0 过大,将使带发热和磨损加剧,从而缩短带的寿命。,三、影响最大有效圆周拉力的几个因素:,初拉力的控制:安装V带时,应按规定的初拉力张紧。对于中等中心距的带传动,也可凭经验安装,带的张紧程度以大拇指能将带按下15mm为宜。新带使用前,最好预先拉紧一段时间后再使用。,因为越大,带和带轮接触面间的摩擦力总和也越大,传动能力就增强。, ,F,fv,F,因为fv 越大,摩擦力就越大,传动能力增加。,
10、对于V带,应采用当量摩擦系数 fv,由离心力(centrifugal force)产生的拉应力;,由弯曲(bend)产生的弯曲应力。,紧边拉应力:,1 F 1/A MPa,松边拉应力:,2 F2 /A MPa,由紧边和松边拉力(pull force)产生的拉应力;,工作时,带横截面上的应力由三部分组成:,A 带的横截面积,,1、拉力F1、F2 产生的拉应力1 、2,第三节 带传动的应力(stress)分析,2、离心力产生的拉应力c,带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。,设:,作用在微单元弧段dl 的离,心力为dFNC,则,截取微单元弧段dl 研究,其两端拉力Fc 为离心力引起的拉力。,由水平方
11、向力的平衡条件可知:,微单元弧的质量,带速(m/s),带单位长度质量(kg/m),带轮半径,微单元弧对应的圆心角,取:,虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段,,即:,则离心拉力 Fc 产生的拉应力为:,注意:,但其产生的离心拉力(或拉应力)却作用于带的全长,且各剖面处处相等。,带的密度,带绕过带轮时发生弯曲,由材力公式得带的弯曲应力:,传动带的高度,带的弹性模量,显然:,dd,故:,b 1 b 2,带绕过小带轮时的弯曲应力,带绕过大带轮时的弯曲应力,与离心拉应力不同,弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上 。,dd,b ,3、带弯曲而产生的弯曲应力b,带横截面的应力为三部分应力之和。,最大应
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