1、机 械 设计,第八章 带传动,陆宁编制,上海工程技术大学机械设计教研室,第八章 带传动,8-1 概 述,8-2 带传动的工作状况分析,8-3 V带传动的设计计算,8-4 带轮的结构设计,8-5 V带传动的张紧装置,一工作原理：靠摩擦传动,二工作特点,1缓冲、吸振,2瞬时传动比不稳定,3压轴力大,4结构简单、维护方便,5适于远距离传动,8-1 概 述,应用：,带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，100KW以下的中小功率的远距离传动。如：汽车发动机、拖拉机、石材切割机等。,简单实例,图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
2、动空气压缩机工作。,图6-1 空气压缩机中的带传动,带传动,V带,普通带,窄带,齿形带,宽带,联组带,大楔角带,带传动的特点和类型,应用不太广，例如：高速磨床。,常多根并用，承载能力大，应用广泛,相当于多个小V带组成，兼有平带传动和带传动的优点。,适用于轻载的场合，例如：缝纫机。,按截面形状的不同，带传动分为：,同步带：,平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。,（1）平带,截面形状为梯形，两侧面为工作表面。应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动可以产生更大的摩擦力。,（2）V带：,它是在平带基体上由多根V
3、带组成的传动带，兼有平带弯曲应力小和V带摩擦力大等优点。多用于传递动力较大、结构紧凑的场合。,工作面：侧面,（3）多楔带：,横截面为圆形，只用于小功率传动，牵引能力小。常用于仪器、家用器械、人力机械。,（4）圆带：,同步带传动是一种啮合传动，无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，传递功率大。用于要求传动平稳，传动精度较高的场合。（强力层为钢丝绳，变形小；带轮为渐开线齿形）,（5）同步齿形带（啮合带） ：,齿形带（同步带）:,同步齿形带即为啮合型传动带。 同步带内周有一定形状的齿。,安全门机械装置原理示意图,地铁安全门,电机（包括传动装置）,滚动滑轮,齿轮皮带,安全门机械装置原理示意图,地铁
4、安全门,电机（包括传动装置）,滚动滑轮,齿轮皮带,安全门机械装置原理示意图,地铁安全门,电机（包括传动装置）,滚动滑轮,齿轮皮带,带传动的布置,开口式带传动,传递平行轴之间的运动，两带轮转向相同。 带传动适于中心距较大的传动；传动平稳，可缓冲吸振；过载时打滑，能起安全保护作用。带传动的主要缺点是不能保证准确的传动比，带的寿命和传动效率较低。适合于小功率的动力传动，在机械传动系统中，多用于高速级。,交叉式带传动,传递平行轴之间的运动。两带轮转向相反。,带张紧轮的三角带传动,三角带工作一段时间后会因为塑性伸长而松弛，致使张紧力降低，张紧轮可以保证足够的张紧力。张紧轮应放在松边内侧靠大带轮处，以免小
5、带轮包角减小过多，影响传动能力。,2V带,工作面：两侧面,剖面：等腰梯形,40O,上端拉长变窄,下端压缩变宽,基准长度,普通带,基准直径D：节宽bp相对应的带轮直径。,基准长度Ld：基准直径上的周线长度(公称长度),1.V带轮槽尺寸标准,当v25m/s时，用HT150；当v=2530m/s时用HT200；当2545m/s时用球墨铸铁、铸钢或锻钢；小功率时可用铸铝或塑料.,2. 带轮的材料,标准参数：带轮直径和长度,带传动的几何关系,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 :,a,普通V带和窄V带的标记,标记组成：带型、基准长度、标准号。,例如：A型普通
6、V带、基准长度1400mm.标记：A1400 GB/T115441997,又如：SPA型窄V带、基准长度1250mm.标记：SPA1250 GB/T127302002,标记常压在带的外表面上。,一受力分析：取分离体,1工作前：预紧力 F0 ， F1 / F2 =1,2工作时：紧边 F0 F F F0松边 F0 F F F2即F1/F21,8-2 带传动的工作状况分析,当V一定，若P增加，所需Fe增加所需Ff 增加，而Ff 摩擦力有一个极限Ff max，当所需Ff大于Ff max ，皮带将打滑。（最大有效拉力Fec）,分析,带轮接触面上摩擦力之总和等于所传递的有效拉力,结论, Ff = F1 -
7、 F2 = Fe,最大有效拉力Fec (临界打滑)说明,式中 e 自然对数底(e=2.718)f 摩擦系数 带在带轮上的包角, Ff = F1 - F2 = Fe,e,得到：,影响最大有效拉力的因素,（1）、增大摩擦系数,fFmax （Ff ）与带和带轮材料、表面状况、工作环境有关。,1）材料配对；,2）采用V带：当量摩擦系数fv1.7 f。,讨 论,（2）、适当增大F0,F0正压力 Ff Fmax Pmax , 应严格控制F0大小，为保证工作中初拉力不变，可设计张紧装置。,假如F0 带传动的工作能力不能充分发挥，易打滑。,（3）、增大包角1,Fmax ,当i1时：1 2，打滑从小带轮开始，限
8、制1不能太小。,结论：,例题：单根V带传递的最大功率,小带轮直径,小带轮包角,，带和带轮间的当量摩擦系数,，试确定带传动的最大有效拉力,紧边拉力,和张紧力,解：,1弹性滑动不可避免，固有特性,原因：由于带的弹性变形而引起的带与带轮间的微量的相对运动。带是弹性体，且紧边、松边存在拉力差。,后果：V2V1，传动比i不准确，微量磨损，产生温升。,措施：选弹性模量大的材料。,8-3 带的弹性滑动及打滑,拉力变大弹性带拉伸变长,拉力变小弹性带收缩变短,轮的圆周速度小于带速(带拖动轮),轮的圆周速度大于带速(轮拖动带),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。,
9、定义,为滑动率。,若带的工作载荷进一步加大，有效圆周力达到临界值Fec后，则带与带轮间会发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急速降低，带传动失效，这种情况应当避免。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,带传动实验台,.,弹性滑动现象分析： 紧边在A点绕上主动轮 带的拉力逐渐降低，变形量减小 带速滞后于带轮 B*点滞后B点即带与轮之间发生相对滑动,注意静弧与动弧,A,2滑动率(一般就是1%-2%),式中 n1、n2主、从动轮转速D1、D2主、从动轮计算直径滑动率，一般0.010.02,因为较小，可忽略，则有 i=n1/n2=D1/D2,带
10、传动的滑差率： = (n1-n2)/n1 100% 带传动的传动效率： =p2/p1 = T2n2/T1n1 100%式中： P1、P2一主动轮、从动轮的功率,3打滑可以避免,原因：由于过载而引起的带与带轮间全面、显著的相对运动,后果：无法正常工作，磨损发热严重,措施：防止过载、合适的预拉力，,带的弹性滑动和打滑：小结1.动弧是接触弧的一部分2.动弧位于主动轮的出口边3.欧拉公式适用于动弧4.当动弧扩展到整个接触弧时发生打滑5.弹性滑动不可避免，打滑可以避免6.弹性滑动造成传动比i不稳定,弹性滑动与打滑的比较,8-4. 应力分析：设带的截面面积为Amm2,1拉应力：紧边 1=F1/A松边 2=
11、F2/A 且1 作用在整个带长上,2弯曲应力：作用在弯曲部分,b=Eh/D 当h一定时，D越小，则弯曲应力越大,D1 b2 应限制小带轮直径D1 ，使 D1 Dmin,3离心应力离心应力产生（取微量长度dl）,单位长度质量q,从微段dl力平衡有：,离心力产生的拉力作用于全部带长的直线部分,拉力,拉力,离心力,bp,b,h,轮槽基准直径等于带的节圆直径,?,带紧边刚绕上小带轮处的应力最大，且为max =1 +b1+ c,带处于变应力下工作，可能发生疲劳失效,结论,带寿命缩短一半。,轮径减小10% 功率提高10% 带长减小50%,比较功率和寿命,为提高生产率，提高运输带速度，采用把右侧大带轮直径变
12、小而其他条件不变的办法是否可行？为什么？,F不变化,V不变,为提高生产率，提高运输带速度，采用把右侧大带轮直径变小而其他条件不变的办法是否可行？为什么？,F不变化,V不变,为提高生产率，提高运输带速度，采用把右侧大带轮直径变小而其他条件不变的办法是否可行？为什么？,F不变化,V不变,根数增加,（1）画出小带轮合理的转向；,（2）若带传动传递的功率为p = 7.5KW，带速为v=10m/s，紧边拉力与松边拉力之间F1=5F2，求F，F1，F2和F0；,（3）画出应力分布图。,解：（2）,某带传动装置主动轴扭矩T，两轮基准直径d1=100mm，d2=150mm，运转中发生严重打滑，后将带轮直径改为
13、d1=150mm，d2=225mm，带长相应增加，传动正常，试分析原因。,有效圆周力,1,2,3,4,减速带传动,增速带传动,已知带轮基准直径d1=d4，d2=d3，两装置中材料、中心距、张紧力、转速等均相同，不考虑离心力的影响，试分析哪个装置传递的 1）最大有效拉力大？2）传递的最大功率大?,由双速电机与V带传动组成传动装置，靠改变电动机输出转速可以得到两种转速300r/min和600r/min，若电机输出轴功率不变，带传动应按哪种转速设计？为什么？,已知带式制动器的制动轮直径D=100mm，制动轮转矩T=60N.m，制动杠杆长l=250mm，带与轮间摩擦系数f=0.4，试求制动力Q。（提示
14、：带式制动器与带传动工作原理相同）,解：制动轮上的圆周力为：,因为,所以,制动力,8-5. 带传动的失效形式和设计准则,1失效形式： 疲劳破坏， 打滑。,2设计准则：保证带传动在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命,由疲劳强度条件：,由不打滑条件：,不打滑的最大工作拉力,疲劳强度极限,单根带额定功率 （不必计算，查表）, Ff = F1 - F2 = Fe,单根V带的基本额定基本功率P0( 单根V带既不打滑又不疲劳时所能传递的 最大功率)为：,（临界打滑）,疲劳极限,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）,带传动,许用应力 和V带的型号、材料、长度及预
15、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,带传动,单根V带的额定功率Pr,实际工作条件下，V带长度与包角与试验条件不同需要修正：,特定条件：包角=180o，特定长度、平稳工作条件，P0值见表,当与实验条件不同时，将引入一系列的修正系数：KA工作情况系数，K包角系数，KL带长系数 ，P0功率的增量，,预紧力F0 ：F0增加Fec增加传动能力增加。a F0过大发热磨损增加带寿命降低。b F0过小传动效率就低。,包角：a. 增
16、加 Fec增加 Ff增加。故水平布置应使紧边在下松边在上。b. 打滑首先发生于小轮上。c 包角不可能太大（180）。,影响因素：预紧力F0 、包角、摩擦系数f,摩擦系数f：f增加 Fec增加，但f不可能太大，太大带易磨损,胶带对铸铁的f(一般为0.8)大于胶带对钢的f(一般为0.4) 带轮多选用铸铁。,b. V带的传动能力大于平带,a.带轮多选用铸铁,能否把带的内侧故意加工粗糙使摩擦增大?,中心距a 中心距加大可使包角加大，减少单位时间内循环次数，但中心距太大会引起速度波动和震颤,小带轮基准直径小则弯曲应力变大，所以不要太小,传动比大则包角会变小，一般传动比2-5。,带速大则有效拉力和带根数可
17、以取少，但循环次数增加，使寿命下降。一般,一原始数据,功率P，转速n1、n2(或i)，传动用途，工作条件等,二设计内容,1定带的型号、长度和根数。,2定传动中心距,3带轮结构尺寸,8-6 V带传动的设计计算,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,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,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
18、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。,（2）、普通V带选型图,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,普通V带轮最小基准直径如下：,（3）、确定带轮直径,确定主动轮直径dd1,dd2idd1 或,由于取标准，使i变化，应保证传动比相对误差：,3）从动轮的基准直径由下式计算, 为减小带所受到的弯曲应力b1，应限制带轮的最小直径。,m/s,dd1小带轮的基准直径(mm)；n1小带轮的转速(r/min),验算带速,vFc 应减小dd1,v，功率一定时 Fz 带轮宽度，轴承尺寸,假如：,4）确定
19、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,带传动,初选取 0.7(D1 +D2) a0 2(D1 +D2),原因： a0过小 1过小Fec过小传动能力低带较短单位时间内循环次数多寿命降低a0过大带较长易抖动,考虑安装调整和补偿预紧力，a的变动范围为：amin=a-0.015Ldamax =a+0.03Ld,5）验算小带轮上的包角1,带传动,6）确定V带根数z,验算包角1,单根普通V带的基本额定功率P0 (部分),（传动比i=1、包角180、特定长度、载荷平稳） kW,对P0进行修正,实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果计为
20、 P0：,P0功率增量：,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,对P0进行修正,实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果计为 P0：,KL 长度系数：考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响,对P0进行修正,实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修正。修正结果计为 P0：,K 包角系数：考虑180时对传动能力的影响,定带的根数Z（圆整）,7）确定初拉力,8）计算带对轴的压力,带传动,保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件。初拉力 过小：则传动时摩擦力过小易打滑； 过大：降低带的寿命，并增大了轴和轴承的压力。,（7）确定单根带的初拉
21、力 F0,q：为每米带长的质量(kg/m),K : 包角修正系数,单根V带的初拉力可按下式计算 ：,（9）带轮设计,（10）张紧装置,（8）计算压轴力Q,为了设计轴和轴承，必须求出V带作用在轴上的压力。,例题：有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=4kw ,转速n1=1440转/分，传动比i=3.4，每天工作8小时。试设计此带传动。,确定计算功率Pca,选A型带,选带轮的基准直径,从动轮直径,圆整为：,验算带速,验算带的长度和中心距,取中心距,计算带长：,圆整为1600,实际中心距,验算主动轮包角,包角大于90度，可以使用,插值计算：,可以用插值计算，但现
22、在相差不多，就取,带的根数：,取4根,初拉力,9压轴力Q,8-7 带轮的结构设计,（1）带轮应具有足够的强度和刚度，无过大的铸造内应力；（2）质量小且分布均匀，结构工艺性好，便于制造； （3）转速高时要经过动平衡； （4）轮槽工作面应光滑，以减小带的磨损。,1、V带轮的设计要求,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,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,2、带轮的材料,带轮的材料主
23、要采用铸铁、钢、铝合金或工程塑料等，灰铸铁应用最广。常用材料的牌号为HT150（v25m/s时）或HT200 （v=2530m/s时） ；转速较高时宜采用球墨铸铁、铸钢或锻钢，也用采用钢板冲压后焊接带轮。小功率时可采用铸铝或塑料等材料。,张紧目的：保证带的传动能力。,张紧方法：,一定期张紧,二自动张紧,三张紧轮张紧：张紧轮的位置,8-8 V带传动的张紧装置,一般张紧轮放在松边的内侧靠近大轮处，使带只受单向弯曲，且对小轮上的包角影响较小。张紧轮轮槽尺寸与带轮相同，但直径小于小轮的直径。但也可放在外侧靠小带轮处。,问题：分析张紧轮安装位置对带传动的影响。,增大小轮包角的结构措施,1.合理安排松边、
24、紧边的位置,2.合理张紧（注意张紧轮的位置）,一、带轮的涨紧：,第五节 V带传动的张紧、安装与防护,定期张紧,适合水平安装的带传动,一、带轮的涨紧：,第五节 V带传动的张紧、安装与防护,定期张紧,适合垂直或接近垂直安装的带传动,一、带轮的涨紧：,第五节 V带传动的张紧、安装与防护,自动张紧,常用于中小功率传动,一、带轮的涨紧：,第五节 V带传动的张紧、安装与防护,张紧轮张紧,张紧轮安装位置： 松边内侧，靠近大带轮,一、带轮的涨紧：,第五节 V带传动的张紧、安装与防护,中心距过小时，张紧轮安装位置： 松边外侧，靠近小带轮,二、V带传动的安装和防护,两轴平行、两带轮槽对准加防护罩同一带轮上的带要同
25、时更换不要与酸、碱、油接触工作温度不超过60,V带传动：张紧轮不宜装在紧边,应装于松边内侧(带厚),使带只受单向弯曲,且靠近大轮,防止小带轮包角减小。,图示为带传动的张紧方案，试指出不合理之处。,张紧轮,8-1 V带传动的n1=1450r/min，带与带轮的当量摩擦系数fv=0.51，包角1=180O,预紧力FO=360N,试问（1）该传动所能传递的最大有效拉力（2）若db1=100mm,其传递的最大转矩为多少？（3）若传递效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动输出功率为多少？ 解（1）,（2）,（3）,8-2 V带传动传递功率P=7.5kw，带速v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的两倍，F1
26、=2F2，求紧边拉力F1,有效拉力Fe和预紧力F0,解：,而,8-3 一普通V带传动n1=960r/min，db1=140mm , n2= 418.13r/min ,中心距a0=540.55mm,B型带， 取带的根数Z=3，工作时有振动，一天运转16小时， 求V带所能传递的功率。 解：,验算包角,确定节线长度：,取,计算功率：,查表得：,得：P=4.75kw,8-4有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动，电动机功率P=7kw ,转速n1=960转/分，减速器输入轴的转速n2=330转/分，允许误差 5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。,确定计算功率
27、Pca,选B型带,选带轮的基准直径,从动轮直径,圆整为：,在允许误差范围内,验算带速,验算带的长度和中心距,取中心距,计算带长：,圆整为2000,实际中心距,验算主动轮包角,包角大于90度，可以使用,V带单位长度质量,插值计算：,可以用插值计算，但现在相差不多，就取,圆整为2000,带的根数：,取4根,初拉力,。,难 点 问 题,带的弹性滑动与打滑的区别,弹性滑动是由于带传动在工作时，两边拉力不同，而两边的伸长变形不同，造成带与带轮不能同步转动，而带与带轮轮缘之间发生相对滑动；打滑是由于工作载荷过大，是带传动传递的有效圆周力超过了最大值而引起的。,保证带传动不打滑的条件和影响因素,条件是：带所
28、传递的圆周力（即带的实际有效拉力）小于带与带轮之间的最大摩擦力（即最大有效拉力）。 带的实际有效拉力是带传递的功率和带的线速度的函数； 最大摩擦力主要取决于摩擦系数、小轮包角和带的初拉力（即张紧力）。,保证带具有一定疲劳寿命的条件和影响因素,条件是：带的最大应力应小于或等于根据带疲劳寿命决定的带的许用拉应力。 影响因素主要包括：小带轮直径，带的速度，带的长度，传动比，包角，带的型号，带的材质和带传递的功率等。,带传动为什么要限制其最小中心距和最大传动比？,中心距愈小，带长愈短。在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数愈多，会加速带的疲劳破坏；当两轮直径一定时，中心距减小，带在小带轮上的包角就越
29、小。张紧力一定时，由于包角减小而造成带传动的极限有效拉力减小，传动工作能力下降。传动比较大时，中心距小时将导致小带轮包角过小，传动能力下降。,在带传动中影响能传递的最大有效圆周力的因素有哪些？其关系如何？,初拉力，最大圆周力与初拉力成正比； 包角，最大圆周力随包角增大而增大； 摩擦系数，最大圆周力随摩擦系数增大而增大； 带的材质与结构，圆带小，平带大，V带更大；棉帘布与棉线绳结构的胶带能传递的最大有效圆周力小于同型号化学纤维绳结构； 带的根数，根数越多，能传递的最大有效圆周力越大。,在设计V带传动时，为什么要限制D1Dmin,当带的材料和尺寸一定时，小带轮越小，弯曲应力愈大，带的疲劳寿命缩短；
30、同时由公式v=D1n1 /601000和P=Fv/1000可知，在转速n和有效拉力F一定的条件下，带轮直径D越小，带速v也越小，从而导致传递功率P下降，使带传动的承载能力降低；同样，在转速n和传递功率P一定的条件下，带轮直径D越小，带速v也小，从而将使带的有效拉力F加大，为满足承载能力的需要必须增加带的根数z。但小带轮尺寸过大，传动的外廓尺寸相应也就增大，显然要想使带传动处于较佳状态，应当限制带轮直径，,在设计V带传动时，为什么要限制v=525m/s,带在工作过程中，由于离心拉力，将使带中产生离心拉应力，在质量和尺寸一定时，带速v越大，离心拉应力就越大，带的疲劳寿命就降低。同时带速过高，带的离
31、心力大，这将使带与带轮间的摩擦力减小，传动工作能力降低。由P=FV/1000可知，当传递一定功率时，速度v减小，有效拉力F增加，传动所需V带的根数也要增加（即带截面积加大）。因此在设计带传动时，要控制带速的范围。若超出此范围，可以调节带轮直径或转速，来满足设计要求。,带传动在什么情况下发生打滑？打滑多发生在大轮上还是小轮上？为什么？,1、包角过小，不能充分利用带的工作能力，属于设计问题。 2、没有足够的张紧力。通常是因为带在工作一段时间后，由于带的伸长变形而引起张紧力下降。可以通过调整带传动中心距来加大张紧力。 3、过载打滑。这种打滑可以起到保护其它零件的作用。 由于小带轮的包角小于大带轮包角，通常打滑多发生在小带轮上。要避免打滑，需要求摩擦系数、包角和张紧力应具有足够的取值。,瑞雪迎春燕筑巢 庭幔轻摇 风动帘招 小儿嬉笑外婆桥 风又萧萧 雪又飘飘 别叙离愁待酒浇 幻影悄悄 心自香烧 时光飞渡把人抛 别了冬宵 迎了春潮,一剪梅,雪中节,陆宁作词,
