機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)帶傳動(dòng)

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1、第7章 帶傳動(dòng),7.1 機(jī)械傳動(dòng)概述 7.2 帶傳動(dòng)概述 7.3 帶傳動(dòng)的工作情況分析 7.4 V帶傳動(dòng)選用計(jì)算 7.5 V帶輪材料和結(jié)構(gòu) 7.6 帶傳動(dòng)的張緊,7.1 機(jī)械傳動(dòng)概述,機(jī)器一般都有傳動(dòng)裝置，它是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工作機(jī)的中間裝置，它常起以下作用： （1） 減速(或增速)。 工作機(jī)速度往往和原動(dòng)機(jī)速度不一致，利用傳動(dòng)裝置可以達(dá)到改變速度的目的。 （2） 調(diào)速。 許多工作機(jī)的轉(zhuǎn)速需要能根據(jù)工作要求進(jìn)行調(diào)整，而依靠原動(dòng)機(jī)調(diào)速往往不經(jīng)濟(jì)，甚至不可能，而用傳動(dòng)裝置很容易達(dá)到調(diào)整速度的目的。 （3） 改變運(yùn)動(dòng)形式。原動(dòng)機(jī)的輸出軸常用等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而工作機(jī)要求的運(yùn)動(dòng)形式則是多種

2、多樣的，如直線運(yùn)動(dòng)、 螺旋運(yùn)動(dòng)、間歇運(yùn)動(dòng)等，靠傳動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的改變。 （4） 增大轉(zhuǎn)矩。工作機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩往往是原動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的幾倍或幾十倍，通過減速傳動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩的要求。 （5） 動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞和分配。一臺(tái)原動(dòng)機(jī)常要帶動(dòng)若干個(gè)不同速度、不同負(fù)載的工作機(jī)，這時(shí)傳動(dòng)裝置還起到分配動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用。,表7-1 機(jī)械傳動(dòng)的形式和應(yīng)用特點(diǎn),表7-1 機(jī)械傳動(dòng)的形式和應(yīng)用特點(diǎn),7.2 帶 傳 動(dòng) 概 述,7.2.1 帶傳動(dòng)的工作原理和應(yīng)用 1. 帶傳動(dòng)的工作原理,圖7-1 磨擦型帶傳動(dòng)工作原理,圖7-2 嚙合型帶傳動(dòng),摩擦型帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和傳動(dòng)帶組成。傳動(dòng)帶以一定的初拉

3、力F0緊套在帶輪上，在F0的作用下，帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生正壓力，當(dāng)主動(dòng)輪1回轉(zhuǎn)時(shí)，接觸面間產(chǎn)生摩擦力，主動(dòng)輪靠摩擦力使傳動(dòng)帶3與其一起運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，傳動(dòng)帶靠摩擦力驅(qū)使從動(dòng)輪2與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而主動(dòng)軸上的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶傳遞給了從動(dòng)軸。在相同張緊力和相同摩擦系數(shù)的條件下，V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶的摩擦力要大，所以V帶傳動(dòng)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更緊湊， 在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛。V帶按其寬度和高度相對(duì)尺寸的不同， 又分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、 汽車V帶、齒形V帶、大楔角V帶等多種類型。目前，普通V帶應(yīng)用最廣， 本章主要討論普通V帶的設(shè)計(jì)問題。 今天主要學(xué)習(xí)普通V帶傳動(dòng)選用計(jì)算 ,2. 帶傳動(dòng)的特點(diǎn)

4、 摩擦型帶傳動(dòng)主要特點(diǎn)如下： (1) 傳動(dòng)帶具有彈性和撓性， 可吸收振動(dòng)并緩和沖擊， 從而使傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小。 (2) 當(dāng)過載時(shí)，傳動(dòng)帶與帶輪間可發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而不損傷其他零件，起過載保護(hù)作用。 (3) 適合于主、 從動(dòng)軸間中心距較大的傳動(dòng)。 (4) 由于有彈性滑動(dòng)存在， 故不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比， 傳動(dòng)效率較低。 (5) 張緊力會(huì)產(chǎn)生較大的壓軸力， 使軸和軸承受力較大， 傳動(dòng)帶壽命降低。 另外，帶在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)，因此，傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保持不變。帶傳動(dòng)的輪廓尺寸大，傳動(dòng)效率較低。因此， 帶傳動(dòng)一般傳遞功率為50100 kW，帶速為525 m/s，傳動(dòng)比不超過5，效率約為

5、0.920.97。,3. 帶傳動(dòng)的類型,圖7-3 帶的傳動(dòng)類型和橫截面形狀 (a) 平帶； (b) V帶； (c) 多楔帶； (d) 圓形帶,圖7-4 V帶的結(jié)構(gòu),7.2.2 普通V帶型號(hào)和基本尺寸,表7-2 普通V帶截面基本尺寸 ha基準(zhǔn)直徑，B頂寬，Bp基準(zhǔn)寬度，H 高度，鍥角,表7-9 普通V帶輪的輪槽尺寸： bp基準(zhǔn)寬度，ha基準(zhǔn)線上槽深，hf基準(zhǔn)線下槽深，e槽間距，f第一槽對(duì)稱面至端面的距離，輪槽角，B帶輪寬，da外徑,表7-3 普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列及長(zhǎng)度系數(shù) （KL代長(zhǎng)修正系數(shù)）,,7.3.3 帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng) 帶工作時(shí)，如帶不伸長(zhǎng)，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的圓周速度v1和v2將與帶的

6、線速度相等，即,則理論傳動(dòng)比i為,(7-12),(7-13),式中：dd1，dd2帶輪的基準(zhǔn)直徑，mm。,彈性滑動(dòng)會(huì)引起下列后果： (1) 從動(dòng)輪的圓周速度總是落后于主動(dòng)輪的圓周速度，并隨載荷變化而變化，導(dǎo)致此傳動(dòng)的傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。 (2) 損失一部分能量，降低了傳動(dòng)效率，會(huì)使帶的溫度升高， 并引起傳動(dòng)帶磨損。由于彈性滑動(dòng)引起從動(dòng)輪圓周速度低于主動(dòng)輪圓周速度，其相對(duì)降低率通常稱為帶傳動(dòng)滑動(dòng)系數(shù)或滑動(dòng)率，用表示,(7-14),7.3.4 打滑現(xiàn)象 帶傳動(dòng)是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定時(shí)，當(dāng)傳遞的有效圓周力F超過帶與輪面間的極限摩擦力時(shí)，帶就會(huì)在帶輪輪面上發(fā)生明顯的全面滑動(dòng)， 這種現(xiàn)象

7、稱為打滑。當(dāng)傳動(dòng)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，雖然主動(dòng)帶輪仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但從動(dòng)帶輪及傳動(dòng)帶有較大的速度損失，使帶傳動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至完全不動(dòng)。由于大帶輪上的包角大于小帶輪的包角，由式（7-7）可知，打滑總是在小帶輪上首先開始的。打滑是一種有害現(xiàn)象， 它將使傳動(dòng)失效并加劇帶的磨損。因此，在正常工作時(shí)，應(yīng)避免打滑現(xiàn)象。,7.3.5 帶的疲勞破壞 帶在工作時(shí)的應(yīng)力隨著帶的運(yùn)轉(zhuǎn)而變化，是交變應(yīng)力。 轉(zhuǎn)速越高、帶越短，單位時(shí)間內(nèi)帶繞過帶輪的次數(shù)越多， 帶的應(yīng)力變化就越頻繁。長(zhǎng)時(shí)期工作，傳動(dòng)帶在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下會(huì)產(chǎn)生脫層、撕裂，最后導(dǎo)致疲勞斷裂，從而使傳動(dòng)失效。,7.4 V帶傳動(dòng)選用計(jì)算,7.4.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)

8、則和單根V帶額定功率 1. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由于帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，使V帶具有一定的疲勞強(qiáng)度。,2. 單根V帶額定功率 單根V帶所能傳遞的功率與帶的型號(hào)、長(zhǎng)度、帶速、帶輪直徑、包角大小以及載荷性質(zhì)等有關(guān)。為了便于設(shè)計(jì)，測(cè)得在載荷平穩(wěn)、包角為180及特定長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)條件下，單根V帶在保證不打滑并具有一定壽命時(shí)所能傳遞的功率P0(kW)，稱為額定功率。各種型號(hào)的P0值見表7-4。,表7-4 單根普通V帶的基本額定功率P0,(1=2=180，特定長(zhǎng)度，載荷平穩(wěn)),單位： kW,表7-4 單根普通V帶的基本額定功率P0,當(dāng)實(shí)際使

9、用條件與實(shí)驗(yàn)條件不符合時(shí)，此值應(yīng)當(dāng)加以修正， 修正后即得實(shí)際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率P的計(jì)算公式如下：,P=(P0+P0)KKL,(7-16),式中：K包角系數(shù)，考慮不同包角對(duì)傳動(dòng)能力的影響，其值見表7-5； KL長(zhǎng)度系數(shù)，考慮不同帶長(zhǎng)對(duì)傳動(dòng)能力的影響，其值見表7-3； P0功率增量(kW)， 考慮傳動(dòng)比i1時(shí)帶在大帶輪上的彎曲應(yīng)力較小，從而使P0值有所提高，P0值見表7-6。,表7-5 包 角 系 數(shù) K,表7-6 單根普通V帶i1時(shí)額定功率的增量P0 單位：kW,表7-6 單根普通V帶i1時(shí)額定功率的增量P0 單位：kW,7.4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟和方法 1. 確

10、定設(shè)計(jì)功率PC 設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率再考慮載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素而確定的，表達(dá)式如下。,PC=KAP,(7-17),式中: P所需傳遞的名義功率，kW； KA工作情況系數(shù)， 按表7-7選取。,表7-7 工作情況系數(shù)KA （I類軟起動(dòng)，II類負(fù)載啟動(dòng)）,2. 選擇帶型 V帶的帶型可根據(jù)設(shè)計(jì)功率PC和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖7-9選取。,3. 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。dd2 (1) 選取小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1 。如前所述，帶輪直徑越小， 則帶的彎曲應(yīng)力越大，易于疲勞破壞。V帶輪的最小直徑ddmin見表7-8。選擇較小直徑的帶輪，傳動(dòng)裝置外廓尺寸小、重量輕

11、； 而帶輪直徑增大，則可提高帶速、減小帶的拉力，從而可能減少V帶的根數(shù)，但這樣將增大傳動(dòng)尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)可參考圖7-9中給出的帶輪直徑范圍按標(biāo)準(zhǔn)取值。,表7-8 V帶輪的最小直徑,注： 帶輪的基準(zhǔn)直徑系列是 20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 335 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 9

12、00 1000 1060 1120 1250 1600 2000 2500,(2) 驗(yàn)算帶的速度。傳遞一定功率時(shí)， 帶速愈高，圓周力愈小，所需帶的根數(shù)愈少，但帶速過大，帶在單位時(shí)間內(nèi)繞過帶輪的次數(shù)增加，使疲勞壽命降低。同時(shí)，增加帶速會(huì)顯著地增大帶的離心力，減小帶與帶輪間接觸壓力。 當(dāng)帶速達(dá)到某一數(shù)值后，不利因素將超過有利因素，致使P0降低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使vvmax。一般在v=525 m/s內(nèi)選取，以v=2025 m/s最有利。對(duì)Y、Z、A、B、C型帶vmax=25 m/s，對(duì)D、E型帶，vmax=30 m/s。如vvmax，應(yīng)減小dd。 （一般V不得小于5M/s，為充分發(fā)揮V帶的傳送能力，應(yīng)使V約

13、等于20M/s）,（3）確定大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2。大帶輪基準(zhǔn)直徑 計(jì)算后也應(yīng)按表7-8直徑系列值圓整。當(dāng)要求傳動(dòng)比精確時(shí)， 應(yīng)考慮滑動(dòng)系數(shù)來計(jì)算輪徑，此時(shí)dd2可不圓整。,(7-18),通常取=0.02。,4. 確定中心距和帶長(zhǎng) 當(dāng)中心距較小時(shí)，傳動(dòng)較為緊湊，但帶長(zhǎng)也減小，在單位時(shí)間內(nèi)帶繞過帶輪的次數(shù)增多，即帶內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加，會(huì)降低帶的壽命。而中心距過大時(shí)則傳動(dòng)的外廓尺寸大，且高速時(shí)容易引起帶的顫動(dòng)， 影響正常工作。 一般推薦按下式初步確定中心距a0，即,a0=(0.72)(dd1+dd2),(7-19),初選a0后，可根據(jù)下式計(jì)算V帶的初選長(zhǎng)度L0。,(7-20),根據(jù)初選

14、長(zhǎng)度L0，由表7-3選取與L0相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld，作為所選帶的長(zhǎng)度，然后就可以計(jì)算出實(shí)際中心距a，即,(7-21),考慮到安裝調(diào)整和帶松弛后張緊的需要，應(yīng)給中心距留出一定的調(diào)整余量。中心距的變動(dòng)范圍為,(7-22),5. 驗(yàn)算小帶輪包角1 小帶輪包角可按下式計(jì)算,(7-23),一般要求1120否則應(yīng)適當(dāng)增大中心距或減小傳動(dòng)比，也可以加張緊輪。,6. 確定V帶根數(shù)z,(7-24),帶的根數(shù)z應(yīng)圓整，為使各根帶受力均勻，其根數(shù)不宜過多， 一般取z25根為宜，最多不能超過810根，否則應(yīng)改選型號(hào)或加大帶輪直徑后重新設(shè)計(jì)。,7. 計(jì)算初拉力F0和軸上壓力FQ （1）初拉力。初拉力F0過小，則產(chǎn)生的摩

15、擦力小，傳動(dòng)易打滑。初拉力愈大，帶對(duì)輪面的正壓力和摩擦力也愈大，不易打滑，即傳遞載荷的能力愈大： 但初拉力過大會(huì)增大帶的拉應(yīng)力，從而降低帶的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)作用在軸上的載荷也大，故初拉力的大小應(yīng)適當(dāng)。 考慮離心力的影響時(shí)，單根V帶的初拉力(預(yù)緊力)可按下式計(jì)算,(7-25),（2） 軸上壓力。帶的張緊對(duì)安裝帶輪的軸和軸承來說， 會(huì)影響其強(qiáng)度和壽命。因此必須確定作用在軸上的徑向壓力FQ， 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常不考慮松邊、緊邊的拉力差，近似按帶兩邊的初拉力的合力來計(jì)算。 由圖7-10可知,8. 帶輪設(shè)計(jì) 帶輪設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：確定結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)尺寸、輪槽尺寸、 材料，畫出帶輪工作圖。 【例7

16、-1】試設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)的V帶傳動(dòng)，采用三相異步電機(jī)Y160L6，其額定功率P11kW，轉(zhuǎn)速n1970r/min，傳動(dòng)比i=2.5，兩班制工作。 解 (1) 確定計(jì)算功率PC，選取V帶類型。 查表7-7得工作情況系數(shù)KA=1.2，根據(jù)式(7-17)有,PC=KAP=1.211=13.2kW,根據(jù)FC13.2 kW、n1970r/min，從圖7-9中選用B型普通V帶。,(2) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑。 由表7-8查得主動(dòng)輪的最小基準(zhǔn)直徑dd1min=125 mm，根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑系列，取dd1160 mm。 根據(jù)式(7-13)，計(jì)算從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑,dd2=dd1i=1602.5=400

17、mm,根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列，取dd2=400 mm。,(3) 驗(yàn)算帶的速度。 根據(jù)式(7-12)有,速度在5m/s25 m/s內(nèi)，合適。,(4) 確定普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距。 根據(jù)式(7-19),初步確定中心距a0=800 mm。 根據(jù)式(7-20)計(jì)算帶的初選長(zhǎng)度,根據(jù)表7-3選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=2500 mm。 根據(jù)式(7-21)，帶的實(shí)際中心距a,根據(jù)式7-22可知，中心距可調(diào)整范圍為,(5) 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角1。 根據(jù)式(7-23)有,主動(dòng)輪上的包角合適。（要求大于或等于120）,(6) 計(jì)算V帶的根數(shù)z。 根據(jù)式(7-24),由B型普通V帶，n1970rmin，dd1160mm

18、，查表7-4得P0=2.70 kW；由i2.5，查表7-6得 P0 0.3kW；由1163， 查表7-5得K0.953；由Ld=2500 mm，查表7-3得KL=1.03。則,取z=5根。,(7) 計(jì)算初拉力F0。 根據(jù)式(7-25)有,查表7-2得q=0.17kgm，故,(8) 計(jì)算作用在軸上的壓力FQ。 根據(jù)式(7-26)有,7.5 V帶輪材料和結(jié)構(gòu),帶輪通常由三部分組成：輪緣(用以安裝傳動(dòng)帶)、 輪轂(與軸聯(lián)接)、 輪輻或腹板(聯(lián)接輪緣和輪轂)。 對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面要仔細(xì)加工，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡。 對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)

19、應(yīng)力要小。 帶輪的常用材料是鑄鐵，如HT150、HT200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)可用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成；小功率時(shí)可用鑄鋁或非金屬。,帶輪的典型形式有如下幾種， 如圖7-11所示： （1） 實(shí)心輪用于尺寸較小的帶輪(dd(2.53)d時(shí))； （2） 腹板輪用于中小尺寸的帶輪(dd300mm時(shí))； （3） 孔板輪用于尺寸較大的帶輪((dd d)100 mm時(shí))； （4） 橢圓輪輻輪用于尺寸大的帶輪(dd 500mm時(shí))。,圖7-11 帶輪的結(jié)構(gòu) (a) 實(shí)心輪； (b) 腹板輪；(c) 孔板輪； (d) 橢圓輪輻輪,7.6 帶傳動(dòng)的張緊,1. 定期張緊裝置 定期張緊裝置是利用定期改變中心距的

20、方法來調(diào)節(jié)傳動(dòng)帶的初拉力，使其重新張緊。在水平或傾斜不大的傳動(dòng)中，可采用如圖7-12(a)所示滑道式結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)裝在機(jī)座的滑道上，旋動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘推動(dòng)電動(dòng)機(jī)，調(diào)節(jié)中心距以控制初拉力，然后固定。 在垂直或接近垂直的傳動(dòng)中，可以采用如圖7-12(b)所示的擺架式結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)固定在搖擺架上，用旋動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘上的螺母來調(diào)節(jié)。,圖7-12 張緊裝置,2. 自動(dòng)張緊裝置,圖7-12(c)所示是一種能隨外載荷變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力大小的裝置。它將裝有帶輪的電機(jī)放在擺動(dòng)架上，當(dāng)帶輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1時(shí)，在電機(jī)座上產(chǎn)生反力矩TR，使電機(jī)軸O繞搖擺架軸O1向外擺動(dòng)。工作中傳遞的圓周力愈大，反力矩TR愈大；電機(jī)軸向外擺動(dòng)角度愈大， 張緊力愈大。,3. 張緊輪張緊裝置,采用張緊輪進(jìn)行張緊，一般用于中心距不可調(diào)的情況。 因置于緊邊需要的張緊力大，且張緊輪也容易跳動(dòng)，通常張緊輪置于帶的松邊。圖7-12(d)所示為用張緊輪進(jìn)行張緊的機(jī)構(gòu)。 張緊輪壓在松邊的內(nèi)側(cè)，張緊輪應(yīng)盡量靠近大帶輪，以免小帶輪上包角減小過多。圖7-12(e)所示是張緊輪壓在松邊的外側(cè)， 它使帶承受反向彎曲，會(huì)使壽命降低。這種裝置常用于需要增大包角或空間受限制的傳動(dòng)中。,Thanks！,