1、机械传动,概 述,在化工生产中除了大量使用静止设备（如塔器、换热器）外，还广泛使用各种各样的机器，如带搅拌的反应器、往复式压缩机、离心式压缩机，螺旋输送器等等。 一台完整的机器一般包括原动机、工作机和传动装置三部分。,机器的组成,原动部分：机器的动力来源，如电 机等。 传动部分：将原动部分的功率和运 动传递到工作部分的中 间环节，如带传动、链 传动、齿轮传动等。 工作部分：直接完成生产所需的工 艺动作部分，如搅拌反应器中的搅拌桨等。,机 器,传动装置,图31为一搅拌反应釜的传动装置图，电动机通过减速机将能量传递给搅拌轴，减速机除传递能量外，还改变转速（如由1500r/min降低为250r/mi
2、n ）。,机械传动,按工作原理可将传动分为机械传动、液力传动、电力传动 和磁力传动等。其中机械传动最为常见。按照传动原理，机械传动可分为两大类： 1、摩擦传动依靠构件接触面的摩擦力来传递动力和运动的，如带传动、摩擦轮传动； 2、啮合传动依靠构件间的相互啮合来传递动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。,两个基本概念,在旋转的机械传动中，传动比是指机构中主动件的转速n1 与从动件转速 n2 的比值，并以 i 表示，i= n1/n2 (31)i1，为减速, i1为增速。机械传动中，减速居多。,两个基本概念,在机械传动中，摩擦损失是不可避免的，因此，传动的输出功率P2永远小于输入功率P1。机械
3、传动的效率，用h表示h= P2/ P1 100% (32)效率的大小是衡量各种机械传动形式的一项重要指标。,机械传动内容,1、 V型带传动 2、 齿轮传动 3、 蜗杆传动 4、 轴、轴承和联轴器,第六章 V型带传动,带传动是一种常用的机械传动形式，它的主要作用是传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。,主要内容：,了解V形带传动的特点，适用场合。了解带传动中的一些国家标准，必要时会查找。,掌握一种最简单的带传动的设计，包括选取型 号及根数，带轮中心距，带长、大小带轮直径等。,熟悉V形带的七种型号，V形带节线长度系列， 带轮的几种结构，带传动的布置，带
4、传动运转时的受力分析。,6.1 概述,(一) 带传动的工作过程：,带传动是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形传动带3所组成（右图）。由于张紧，静止时带已受到预拉力，并使带与带轮的接触面间产生压力。当主动轮回转时靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮回转。,(二) 带的类型,按截面形状，传动带可分为：平带、形带（又称三角带）、圆形带等类型，如图33所示。普通V形带的工作面是两侧面，与平带相比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所以能传递较大的功率。普通形带无接头，传动平稳，应用最广泛。本节主要介绍形带传动。,1、V形带的截面结构及尺寸,图34所示为V形带的截面结构。其包布层是由胶帆布构成的保
5、护层；伸张层和压缩层由橡胶构成，带弯曲时分别承受拉伸和压缩；强力层承受基本拉力，由帘布或粗绳构成，粗绳结构较柔软，有利于提高带的寿命。,V形带已标准化，按截面尺寸的不同，分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，其截面尺寸见表31。,表3-1 V形带截面尺寸（GB/T13575.1-92）/ mm,沿V形带中性层（宽度为bp处）量得的带的周长称为基准长度Ld，它主要用于带传动的几何尺寸计算，其长度系列见表32。,表32 普通形带节线长度系列（GB11544-89）/ mm,V带实物,2、带传动的特点：,1、由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转平稳，噪音小。 2、可用于两轴中心距较大的传
6、动。 3、由于它是靠摩擦力来传递运动的，当机器过载时，带在带轮上打滑，故能防止机器其它零件的破坏。 4、结构简单，便于维修。 5、带传动在正常工作时有滑动现象，它不能保证准确的传动比。另外，由于带摩擦起电，不宜用在有爆炸危险的地方，这在化工厂中有爆炸危险的车间应特别注意。 6、带传动的效率较低（与齿轮传动比较），约为87%98%,3、V形带的应用：,通常V形带用于功率小于100kW、带速530m/s、传动比i7(少数可达10)、传动比要求不十分准确的中小功率传动。,一、 带传动的理论基础,带传动的几何计算,1 包角,小带轮上的包角为：,6.2 带传动的工作原理及工作情况分析,2 带的基准长度L
7、d,二、 传动带的受力分析,由于传动带是张紧在两个带轮上，带中存在着初拉力F0。在静止状态时，带上下两边的拉力相等，都等于F0，见图35（a）。当工作时，在传动带与带轮接触面上的摩擦力作用下，主动轮带动从动轮转动。这时，带两边的拉力相应地发生变化：进入主动轮一边的带被拉紧，称为紧边，拉力由F0增大到F1；离开主动轮一边的带被放松，称为松边，拉力由F0减小到F2，如图35（b）所示。,1.初拉力为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F0，如下图所示。,不工作时,当传动带传动时，由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用，带两边的拉力不再
8、相等，如下图所示。一边被拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；一边被放松，拉力由F0减少到F2，称为松边。设环形带的总长度不变，则紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2。 F1-F0=F0-F2 F0=（F1+F2）/2,2.有效拉力带两边的拉力之差F称为带传动的有效拉力。实际上F是带与带轮之间摩擦力的总和，在最大静摩擦力范围内，带传动的有效拉力F与总摩擦力相等，F同时也是带传动所传递的圆周力，即F=F1-F2 带传动所传递的功率为 P=Fv/1000 式中, P为带传递功率, 单位为kW； v为带速, 单位为m/s。 当带速一定时, 传递功率P愈大, 则有效拉力F愈大,
9、所需带与轮面间的摩擦力也愈大。 当功率一定时, 转速愈高, 带的有效拉力就愈小。,在一定的初拉力F0作用下，带与带轮接触面间摩擦力的总和有一极限值。当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。带打滑时从动轮转速急剧下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。,3.带传动的最大摩擦力有效拉力的临界值 当传动带和带轮间有全面滑动趋势时，摩擦力达到最大值，即有效圆周力达到最大值。此时，紧边拉力和松边拉力之间的关系可用欧拉公式表示，即,三 带传动的应力分析带传动工作时, 带中的应力由以下三部分组成 1. 带的拉力产生的紧边拉应力
10、1和松边拉应力2为,式中, A为带的横截面面积, 单位为mm2。,2. 带的离心力产生的离心拉应力由于带本身的质量, 带绕过带轮时随着带轮作圆周运动将产生离心力。 离心力将使带受拉, 在截面产生离心拉应力,式中, c为离心拉应力, 单位为MPa； v为带速, 单位为m/s； q为带单位长度上的质量, 单位为kg/m, 见表。,普通V带截面尺寸和单位带长质量(GB/T 11544-1992),3. 带弯曲产生的弯曲应力弯曲时横截面上的正应力分布规律如下图所示,传动带绕经带轮时要弯曲, 其弯曲应力可近似按下式 确定：,式中, E为带的弹性模量, 单位为MPa； ha为带表面到中性层的高度, 单位为
11、mm； d为带轮的基准直径, 单位为mm。,下图为带工作时的应力分布情况, 各截面的应力大小由该处引出的带的法线长短表示。 最大应力发生在紧边和小轮接触处, 其值为max=1+c+b1由图可知, 带在工作过程中, 其应力是在min=2+c与max=1+c+b1之间不断变化的, 因此, 带经长期运行后会发生疲劳破坏。,为保证带具有足够的疲劳强度, 应满足max=1+c+b1 式中, 为根据疲劳寿命决定的带的许用应力, 其单位为MPa, 其值由疲劳实验得出。疲劳破坏是指材料在交变应力作用下的破坏。,四、带传动的弹性滑动和传动比1. 弹性滑动 传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大
12、小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由1减小为2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（1-2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度，如图示。同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐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滑动称为弹性滑动。,从动轮,主动轮,松边,紧边,这种由于带的弹性和拉力差而引起的带与带轮之间的局部相对滑动称弹性滑动。 所以, 带工作时弹性滑动是不可避免的。 由上述可知, 由于弹性滑动的存在, 导
13、致从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1, 其降低程度用滑动率表示:,考虑弹性滑动影响而得出的传动比公式表示如下：,式中, n1、 n2为主、 从动轮转速, 单位为r/min； d1、 d2为主、 从动轮基准直径, 单位为mm。,五、带传动的失效形式和设计准则,带传动的失效形式是：打滑和疲劳破坏,带传动的设计准则是在保证带工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命,-在一定条件下，由带的疲劳强度决定的许用拉应力,当,带传动将发挥最大效能,在即将打滑的临界状态下，带传动的最大有效圆周力,N,kW,带既不打滑又有一定疲劳强度时所能传递的功率,kW,特定条件：,载荷平稳 包角 带长Ld为特
14、定长度 强力层为化学纤维,条件变化时：i 1,Kb 弯曲影响系数 Ki 传动比系数,6.3 形带传动的设计计算,带传动设计计算的主要内容是：确定带的型号、根数、长度、带轮直径和中心距，以及带轮的材料和结构尺寸等。 设计的原始条件为：传动的用途和工作情况，传递的功率，主动轮和从动轮的转速（或传动比），以及外廓尺寸的要求等。,1选择带的型号,V形带的型号可根据计算功率Pc及小轮转速n1由图88选取。,式中 KA工作情况系数，见表87； P传递的功率，kW,工作情况系 数 KA,d1应大于或等于表中的最小节圆直径dmax。若d1过小则带的弯曲应力较大；反之，则传动的外廓尺寸增大。,2确定小带轮的节圆
15、直径d1、验算带速、 确定大带轮节圆直径d2,带速,m/s,应满足5m/sv25m/s，否则须重选小轮直径d1。,大轮直径,d1、d2应圆整为标准直径，见表。,V形带带轮最小直径及V形带每m长的质量,V形带带轮节圆直径系列(摘录),注：带*为优先系列,3确定中心距a和带长Ld,中心距偏大些有利于增大包角，但过大会使结构不紧凑，且在载荷变化时引起带颤动，降低带传动的工作能力。一般根据安装条件的限制或由下式初步确定中心距a0。,初定中心距后，由下式计算出相应于a0的带节线长度Ldo,计算出Ldo后，查表选取接近Ldo值的节线长度Ld，再根据选定的长度Ld值反过来求实际中心距a，一般常用下式近似计算
16、中心距a。,4验算小轮包角,带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角如图所示，显然小轮包角1比大轮包角2要小。,中心距a相同条件下，包角越大，带的摩擦力和能传递的功率也越大。小 轮包角a1可按下式近似计算： 一般应使a1 1200，否则，可加大中心距或增设张紧轮。,5计算带的根数Z,带传动的承载能力受打滑和带疲劳两方面限制。根据计算功率Pc和单根V形带所能传递的功率P0，可按下式计算所需的根数Z,式中 P0-单根V形带所能传递的功率，k，见表,Z取整数，为了使每根V带受力均匀，V带根数不宜太多，通常z10,P0-考虑i1时单根形带所能传递功率的增量，k。由于P0是按i1，即d1d2的条件下计算的。
17、传动比越大，则从动轮直径相对主动轮来说越大，带绕过从动轮时的弯曲应力越小，因此提高了带传动的工作能力。 K-考虑包角不同时的影响系数，称包角系数，见表； KL-考虑带的长度不同时的影响系数，称带长修正系数，见表； Kb-弯曲影响系数，见表； Ki-传动比系数，见表； n1 -主动轮转速，r/min。,6. 计算初拉力F0及作用在轴上的力Q,式中 v带速， m/s; m形带每m长的质量，kg/m，见表。,式中a1主动轮的包角。,由下图可得,例1：,设计某液体搅拌釜的V形带传动 。选用Y型异步电动机，其额定功率P=2.2kW，转速n1=1430r/min，搅拌轴转速n2=360r/min，三班制工
18、作。,解：（1）计算功率Pc由表87查得KA1.3，故Pc=KAP=1.32.2=2.86kW（2）选取形胶带型号 根据 Pc2.86kW,n1=1430r/min 由图88 确定选用A型。,由表取d1100mm，由式由表取d2=400mm。,（3）确定小带轮节圆直径d1及大带轮节圆直径d2,（4）验算带速v,带速合适。,(5)带公称长度Lp和中心距a0,初步选中心距a0450mm，符合由式（得带长：,由表选用普通形带公称长度Lp1800mm， 再由式计算实际中心距，得：,(6)小带轮包角a1,由式得：合适。,(7)带根数Z,由式由n1=1430r/min，d1=100mm, 查表，用内插 法
19、得： P0=1.29kW 由式传动比,查表得KB1.0310-3 ； 由i=4,查表得Ki=1.14，故由a1=144 查表得Ka 0.91；查表得Ki=1.01,则取Z=3根。,（8）作用在带轮轴上的力Q,由式得单根胶带的预拉力查表得 m=0.10Kg/m，故由式算出作用在轴上的力为：,(9)带轮结构设计（略）。,6.4 V形带轮,轮缘、轮辐和轮毂,1、轮缘,带轮外圈的环形部分。轮缘的截面及其各部分尺寸见表。V形带两侧面的夹角为40，但在带轮上弯曲时，由于截面变形将使其夹角变小。为了使传动带仍能紧贴轮槽两侧，将轮槽楔角规定为32、34、36和38。,2、轮毂,带轮内圈环形部分。其内孔与传动轴配合，其外径dh和长度L，见图，可按下列经验公式计算 dh=(1.82)ds (321) L=(1.51.8)ds (322),3、轮辐,轮缘与轮毂间的相联部分。其型式有辐板式(图39)和轮辐式(图310)两种。带轮直径较小时可采用实心式，如图311。,
