《机械设计基础》教案——第七章 带传动.docx

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1、授课题目：第七章带传动授课方式（请打）理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口课时安排2教学大纲要求：了解带传动的类型、特点和应用;熟悉带传动的类型、特点；熟悉有关的基本概念、V代标注；熟悉V带和V带轮的结构。讲授带传动的张紧、安装和维护简介其它带传动教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解带传动的类型、特点和应用；熟悉带传动的类型、特点；掌握有关的基本概念、V带标注；熟悉V带和V带轮的结构；掌握摩擦带传动的张紧、安装和维护；了解其它带传动教学重点及难点:V带和V带轮的结构设计。带传动的张紧、安装和维护;作业、讨论题、思考题：思考题课后总结分析：挠性传动；带传动的类型、特点；基本概念、

2、V带标注；V带和V带轮的结构；传动的张紧、安装和维护。教学内容第一节概述一、带传动的类型带传动是机械设备中应用较多的传动装置之一，主要由主动带轮1、从动带轮2和传动轮3组成，如图7-1所示。图7-1带传动的组成根据工作原理的不同，带传动可分为两大类，即利用传动带与带轮间的摩擦力实现传动的摩擦带传动和利用带内侧的凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动的啮合型传动。摩擦带传动按截面形状可分为平带传动、V带传动、多楔带传动、圆形带传动四种类型，如图7-2所示，以普通V带传动应用最广。图7-2摩擦型带传动1 .平带传动平带截面形状为矩形，内表面为工作面，如图7-2a所示。其截面尺寸已标准化，常用的平带有

3、橡胶帆布带、编织带和强力锦纶带等。平带适用于平行轴传动，多用于中心距较大的场合。2 .V带传动V带截面形状为梯形，两侧面为工作面，如图7-2b所示。V带是无接头的环行带，通常几根V带同时使用。工作时V带与带轮槽两侧面接触，在同样压紧力的作用下，V带的摩擦力比平带大，能传递较大的功率，结构紧凑，在机械传递中应用最广。3 .多楔带传动如图7-2c所示，多楔带兼有平带和V带的优点，多用于传递较大的功率而结构要求紧凑的场合。4 .圆形带传动圆形带横截面为圆形，如图7-2d所示，只适用于功率较小的低速传动，如缝纫机、仪表等。二、带传动的特点和应用摩擦带传动具有以下特点：(1)结构简单，制造、安装精度要求

4、低，使用维护方便，适用于两轴中心距较大的传动。(2)带传动是挠性传动，传动带具有一定的弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，无噪声。(3)过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件的损坏，起到安全保护作用。由于弹性滑动,不能保证准确的传动比。(4)传动效率较低，带的寿命较短。(5)传动带需要张紧在带轮上，对轴和轴承的压力较大。综合上述特点，带传动多用于要求传动平稳，传动比要求不很准确，中小功率及中心距较大的场合。不适宜在高温、易燃、易爆有腐蚀介质的场合下工作。第二节V带和V带轮一、V带的结构和标准V带有普通V带、窄V带、宽V带、联组V带、大楔角V带等多种类型，其中普通V带应用最广，近年来窄V带也得到广泛的

5、应用。普通V带已标准化，标准V带都制成无接头的环行带，其横截面结构如图7-3所示，由伸张层、强力层、压缩层和包布层等部分组成。强力层的结构有帘布芯结构和绳芯结构两种。帘布结构抗拉强度高，制造较方便，一般V带多采用帘布结构。绳芯结构V带柔韧性好，抗弯强度高，适用于转速较高，载荷不大，带轮直径较小的场合。窄V带是用合成纤维作抗拉体，与普通V带相比，当高度相同时，窄V带的宽度约缩小1/3,而承载能力可提高1.52.5倍，适用于传递动力大而要求传动装置紧凑的场合。伸张层强力层帘布结构线绳结构图7-3普通V带传动普通V带按其截面尺寸由小至大的顺序分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，窄V带的截型分为S

6、PZ、SPA、SPBSPC四种，其截面尺寸见表7-1。在同样条件下，截面尺寸大则传递的功率就大。V带绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸变长,其余&c）孔板式d）轮辐式图7-4带轮的结构L=(1.5-2)d,S=(0.20.3)Bdk=0.54一2(z什)+d),h=式中，尸一传递的功率，单位为kW；n一带轮的转速，单位为r/min；机一轮辐数。z=0.8z,a=0.4h,fi=0.2h,=0.2ho第三节带传动的工作情况分析一、带传动的受力分析在带传动中，为使带和带轮接触面间产生足够的摩擦力，带必须以一定的初拉力紧套在带轮上。带传动不工作时，传动带两边拉力相等，称为预紧力尸0,如图7-5a所示。a

7、)不工作时b)工作时图7-5带传动的工作原理图带传动工作时，主动轮作用在带上摩擦力的方向和主动轮的圆周速度方向相同。由于摩擦力的作用，使得两边的拉力不再相等如图7-5b所示。于是，带绕上主动轮的一边被拉紧，叫做紧边，紧边拉力由尸。增大到尸1；带绕上从动轮的一边被放松，叫做松边，松边拉力由比减少到尸2。如果近似地认为带工作时的总长度不变，则带的紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量，即-2(74)F1+F2=2Fq紧边与松边的拉力之差,是带传动中起传递作用的拉力，称为有效拉力，用久表示。其值为带和带轮接触面上各点摩擦力的和Ff,即Fe=Fi-F2(7-2)带传动所能传递的功率为式中，P为传递的功

8、率，单位为kW；久为有效拉力，单位为N；V为带的速度，单位为m/s。将式7-2代入式7-1,可得(7-4)-22由式7-3可知，当带速一定时,传递功率的大小取决于有效拉力其的大小；由式7-4可知，带两边的拉力R和6大小，取决于预紧力汽和带传动的有效拉力Feo二、带传动的弹性滑动和打滑带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。由于紧边和松边的拉力不同，因而两边的弹性伸长量也不相同，如图7-6所示。图7-6带传动的弹性滑动当带由紧边绕经主动带轮进入松边时，带所受拉力尸1由逐渐减为尸2,其弹性伸长量也减小，带相对于带轮向后收缩，产生微量滑动，使带的速度滞后于主动轮的圆周速度。同样，当带由松边绕经从

9、动带轮进入紧边时，拉力逐渐增加，带逐渐被拉长，带在从动轮表面将产生向前的弹性滑动，使带的速度大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的微量相对滑动称为弹性滑动。由于传动中紧边与松边拉力不相等，因而弹性滑动在摩擦传动中是不可避免的。带的弹性滑动导致从动轮的圆周速度V2小于主动轮的圆周速度VI，其速度的降低率称为滑动率,用2表示，即_V1-V2_一e2n2Sv1dini式中，VI和V2分别为主动轮和从动轮的转速，单位为r/min,di和必分别为主动轮和从动轮的基准直径，单位为mm。由上式可得带传动的传动比为(7-5)ni_d2n24(1一)从动轮的转速为_nld1(l-)n-5

10、rf2因带传动的滑动率20.010.02,其值很小，在一般计算中不予考虑。当传递的外载荷增大时，要求有效拉力随之增大。当久大于带与带轮接触面间的摩擦力总和的最大值时，带将沿着带轮轮面发生全面滑动，从动轮转速下降甚至为零，使传动失效，这种现象称为打滑。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念，弹性滑动不可避免，而打滑可以避免。三、极限有效拉力居Iim及其影响因素当传动带和带轮间有打滑趋势时，摩擦力达到最大值，有效拉力也达到最大值。显然，带所传递的有效拉力冗有一个极限值,这个极限值称为极限有效拉力，用KIim表示，它限制了带传动的传递能力。止匕时,紧边拉力Fl和松边拉力6之间的关系可用欧拉公式表示,即F

11、1efa(7-6)式中，e为自然对数的底，2.718;/为带与带轮接触面间的摩擦因数（在V带传动中用当量摩擦系数人代替/）;为包角，即带与小带轮接触弧所对的中心角，单位为rad。把式7-4和7-6可得efa-1F=IF.（7-7）e0efa+l由式（7-7）可知，影响带传递的有效拉力氏有下列因素：（1）初拉力汽K与汽成正比，初拉力越大，入越大。但初拉力过大会加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短带的工作寿命。（2）摩擦系数/越大，摩擦力越大，久就越大。V带应用当量摩擦系数为代替/（人/）,所以V带传递能力大于平带。（3）包角（X氏随的增大而增大。由于大带轮的包角2大于小带轮的包角,故打滑首先发生在

12、小带轮上。一般要求ai120。联立式7-4和7-6,可得带传动在不打滑条件下所能传递的最大有效拉力为储血二打（1一W）（7-8）ej四、带传动的应力分析带工作时，带中的应力有以下几种：（1）拉应力紧边拉应力=k-A松边拉应力力=乙A式中，02单位为MPa；Fi、B单位为N,A为带的横截面面积，单位为mn?,见表7-1。（2）离心应力生当带在带轮上以线速度V作圆周运动时，其本身质量将产生离心力，由于离心力的作用，带中产生的离心拉力在带的横截面上产生离心应力入，离心拉应力生作用于带的全长，且各处大小相等。其计算公式为cA(7-9)式中，q为传动带单位长度的质量(kgm),见表7-5；V为带的线速度

13、单位为m/s；A为带的横截面面积(mn?)。(3)弯曲应力冲带绕在带轮要产生弯曲应力，弯曲应力只存在于带与带轮相接触的部位。弯曲应力为hf%=2E-r(7-10)式中,为带的弹性模量(MPa)；为带的节面至最外层的距离(mm),取=z2,力为带的高度，见表7-1。由上式可知，带轮直径愈小，带愈厚，则带的弯曲应力愈大。为了防止产生过大的弯曲应力而影响带的使用寿命，对各种截型的V带都规定了最小带轮直径，见表7-6。图7-7带传动的应力分析图7-7表示带工作时的应力分布情况。带在紧边绕上小带轮时应力达到最大值，其值为五、带传动的主要失效形式由带传动的工作情况分析可知，当传递的载荷超过带的极限有效拉

14、力KIim时,带将在带轮上打滑，从而失去传动能力。所以打滑是带传动的主要失效形式之一。由图7-7可见，带是在变应力状态下工作的，即带每绕两带轮循环一周时，作用在带上某点的应力是变化的。当应力循环次数达到一定值时，将使带产生疲劳破坏。带的疲劳破坏是带传动的另一种主要失效形式。第四节普通V带的设计计算一、设计准则和单根V带的额定功率1 .带传动的失效形式和设计准则根据上述分析可知，带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏。因此，带传动的设计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。2 .单根V带的额定功率在载荷平稳、特定带长、传动比=1、包角（X1=18O。的条件下

15、单根普通V的基本额定功率PO见表7-7O带传动的实际工作条件往往与上述特定条件不同，对查得的值应加以修正。实际工作条件下单根V的基本额定功率Pi为Pi=（P1+尸I）KaKL（7-12）式中，PI为单根V的基本额定功率，单位为kW,其值见表7-8；Ka为包角系数，考虑180。时包角对传递功率的影响，其值见表7-10；KL为带长修正系数，考虑非特定长度时带长对传动功率的影响，其值见表7-2；为单根普通V带额定功率的增量，见表7-9。二、设计步骤及传动参数的选择1 .确定计算功率Pd计算功率Pd是根据传递的额定功率P,并考虑载荷性质以及每天工作运转时间的长短等因素的影响而确定的。即(7-13)P

16、FKAP式中，P为传递的额定功率,单位为kW；KA为工作情况系数，见表7-11。2 .选择V带型号根据计算功率Pd及小带轮转速小，由图7-8选择V带型号。若坐标点（，小）位于图中型号分界线附近时，可初选相临两种带型进行设计计算，最后比较两种方案的设计结果，择优选择。3 .确定带轮的基准直径心1和&2（1）初选小带轮直径曲1时，应使ddlddmin,各型V带的ddmin值见表7-3。为了提高带的寿命,而宜选取较大的直径。（2）验算带的速度V60x1000m/s(7-14)三um三w墀泥e1000.81.2523.55812.52031.550801252001.62.546.3101625406

17、3100160250计算功率PdkW设计时应使Vnax0对于普通V市，nax=2530mS;乍V市，VmaX=354011ls。0000500000000500000000015500050403125201612108054322带速高则离心力过大，带与带轮间的摩擦力减小，传动易打滑，且带的绕转次数增多，降低带的寿命；若带速过小(例如v5ms),则带传动的有效拉力增大，带的根数增多，于是带轮的宽度、轴径以及轴承的尺寸都随之增大。一般以v=525ms为宜。若带速超过上述范围，应重新选取小带轮直径ddl。(3)计算从动轮的基准直径由2dd2=iddi,并按V带轮的基准直径系列表7-3加以适当的圆

18、整。4 .确定中心距和带的基准长度Ld(1)初定中心距仅如果中心距未给出，可根据传动结构的需要按下式选定中心距而0.7(ddi+dd2)ao2(ddi+dd2)。选定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基准长度及。Lq=2o+-(+2)+d2(7-15)24%根据LO由表7-2选取与Lo相近的基准长度Ldo(2)确定中心距。根据Ld计算实际中心距。aa11+(7-16)2考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距应有一定的调整范围，其大小为Qmina0.015ZdQmaX=Q+0.03d5 .验算小带轮包角6Z1180-d2jdl57.3ol20(7-17)a若不满足上式要求，可适当增大中

19、心距或加张紧轮等措施改进。6 .确定V带根数Z带的根数Z应圆整，为了使每根V带受力均匀，根数不易太多，通常z120o,合适。(7)确定V带根数Zz4(P+)KaKL根据带型、小带轮转速和基准直径，查表7-7得P0=1.64kW根据带型、小带轮转速和传动比，查表7-9得P=0.3W根据小带轮包角口,查表7-10得Ka=O.93根据带的基准长度，查表7-2得KL=O.95带入公式得z=5.3,取Z=6。(8)计算初拉力汽Fo=500-(-1)+qv12VKaQ195K=500X(-1)+0.26.282=211.48N05x6.280.93由式7-20可得作用在轴上的压力为Fqz71ciQoFQ=

20、2zFqSin甘=2x6x211.48XSin=2461.84N(9)带轮的结构设计按本章第二节进行设计(设计过程及带轮工作图略)。(10)设计结果选用6根B1800GB117189V带，中心距=510mm,带轮直径如=125mm,Jd2=375mm,轴上压力式q=2461.84N0第五节带传动的张紧和维护一、带传动的张紧带传动工作一段时间后会因产生塑性变形而松弛，使初拉力减小，传动能力下降。为了保证带传动的传动能力，应定期检查初拉力的数值，发现初拉力不足必须重新张紧。常见的张紧装置有以下几种。(1)定期张紧装置一般通过调节螺钉来调整中心距，以达到重新张紧的目的。在水平或倾斜不大的传动中，可采

21、用图7-10a所示的方法，将装有带轮的电动机安装在制有滑道的基板1上。调节带的预紧力时，松开基板上螺栓的螺母2,旋动调节螺钉3,将电动机向右推动到所需位置，然后拧紧螺母2。在垂直或接近垂直的传动中，可采用图7-10b所示的摆架式方法，将装有带轮的电动机安装在可调节的摆架上。、摆动架调节螺杆a）滑道式b）摆动式图7-10带的定期张紧装置（2）自动张紧装置将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，如图7-11所示，利用电动机的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。（3）张紧轮张紧装置当中心距不能调节时，采用张紧轮法，如图7-12所示。张紧轮一般应设置在松边内侧，并尽量靠近大带轮。这样可

22、使带只受单向弯曲，且小带轮的包角不会过分减小。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径应小于小带轮的直径。若张紧轮设置在外侧时，则应靠近小带轮，这样可以增加小带轮的包角。二、带传动的安装与维护正确的安装与维护是保证带传动正常工作、延长带的使用寿命的有效措施，一般应注意以下几点：（1）安装时两轮轴线必须平行，两轮轮槽应对齐，否则将加剧带的磨损，甚至使带从带轮上脱落。（2）安装V带时，应通过调整中心距的方法来安装带和张紧，将V带套入轮槽后，按初拉力进行张紧。新带使用前，最好预先拉紧一段时间后再使用。同组使用的V带应型号相同、长度相同，不同厂家生产的V带或新旧带不能同时使用。（3）带传动装置的外面应加防

23、护罩，以保证安全，防止带与酸、碱或油接触而腐蚀传动带。带传动不宜在阳光下暴晒，以免变质，其工作温度不应超过6（rc。（4）带传动不需润滑，禁止往带上加润滑油或润滑脂，应及时清理带轮槽内及传动带上的油污。（5）如果带传动装置较长时间不用，应将传动带放松。第六节其它带传动简介一、同步带传动同步带是以钢丝绳或玻璃纤维绳等为强力层，氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体，工作面上带齿的环状带，如图7-13所示。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于强力层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，所以带和带轮间没有相对滑动，从而保证了同步传动。图7.13同步带同步带传动时的线速度可达40ms（有时允许达8

24、0ms）传动功率可达100kWo传动比可达10（有时允许达20）,传动效率可达98%。同步带的优点是：（1）无滑动，能保证固定的传动比。（2）预紧力较小，轴和轴承上所受载荷小。（3）带的厚度小，单位长度的质量小，所以允许的线速度较高。（4）带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。主要缺点是制造和安装都需要较高的精度，成本高。同步带主要用于要求传动比准确的中小功率传动中，如电子计算机、数控机床、放映机、磨床、纺织机械等。同步带的基本参数是节距2（带上相邻两齿对称中心轴线间的距离）。由于强力层在工作时长度不变，所以就以其中心线位置为带的节线，并以节线周长作为其公称长度。国产同步带的带型（即节距代号）

25、有：MXL最轻型；XXL超轻型；XL特轻型；L轻型；H重型；XH特重型：XXH一超重型。同步带的标记为：带长代号带型带宽代号。同步带的设计可查有关设计手册。二、高速带传动高速带传动是指带速v30ms高速轴转速m=1000050000rmin的传动。这种传动主要用于增速以驱动高速机床、粉碎机、离心机及其它机器。其增速比为24,有时可达8。高速带传动要求传动可靠、运转平稳、并有一定的寿命，所以高速带都采用质量小、厚度薄而均匀、挠曲性好的环行平带，如麻织带、丝织带、锦纶编织带、薄型强力锦纶带及高速环行胶带等。薄型强力锦纶带采用胶合接头，应使接头与带的挠曲性能尽量接近。高速带的带轮要求重量小而且质量分布对称均匀、运转时空气阻力小。带轮材料通常都采用钢或铝合金制造，各表面均应进行精加工，轮缘表面的表面粗糙度应为凡3.2m并要求进行动平衡。为防止掉带，主、从动带轮的轮缘表面都应加工出凸度，一般制成鼓形面或2。左右的双锥面，如图7-14a所示。为防止运转时带与轮缘表面间形成气垫，轮缘表面应加工出环行槽，如图7-14b所示。b)图7.14高速带带轮缘在高速带传动中，带的寿命占有很重要的地位，带的绕曲次数比是影响带的寿命的主要因素,因止匕限制max45100sT.