机械设计带传动经典课件

多楔带
圆带传动
圆带传动：传动能力较小，一般用于轻型和小型机械。
齿形V带
同步带传动
同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑 动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直 径可较小。
同步带
摩擦传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和Ｖ带传动）。
带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应 力分析、运动分析。
带传动的受力分析
1、紧边与松边
F0 1
F0 2
F0
F0
尚未工作状态
1
F2 n1
F2 n2 2
Ff
F1 工作状态 F1
带传动尚未工作时，传动带中的初拉力为F0。 带传动工作时，紧边拉力为F1和松边拉力为F2。 设带的总长度不变，根据线弹性假设：F1－F0＝F0－F2；
可用柔性体摩擦公式表示为
F1/F2 ef
注意：欧拉公式给出的是带传动在临界限状态下各力 之间的关系（不计离心力）。
应用一：初拉力-->所能传递的最大负载？ 应用二：负 载-->所需要的最小初拉力？
Femax2F0mi
ef nef
1 1
初拉力F0↑→最大有效拉力Fec ↑： Ffmax与F0成正比。F0越大，带与
但过大，松边波动，降低稳定性，整体尺寸增大；
各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷分布较为均匀。
Ff21 = f FN21 带轮直径d1、d2：分别指小、大带轮的基准直径。
离心力对带产生的离心拉
力为（q为线密度）： 三种应力共同作用，使带处在交变应力条件下工作，故带易发生疲劳破坏。
根据初算带长选取相近的基准长度Ld。
直径小，速度低，拉力增大，带的根数增多；
载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷（或设计载荷），机械零件常按计算载荷进行设计计算。
（1）
Fe=1000P/v=15000/15=1000N
带长L：带的基准长度Ld。
与节宽相对应的带轮直径（节径）。
带传动在各类机械中应用广泛，下面是一些应用实例。
带传动一般是由主动轮、从动轮紧套在两轮上的传动带及机架组成。
但过大，松边波动，降低稳定性，整体尺寸增大；
F qv 楔形增压原理：可以看出，槽面接触的当量摩擦系数要大于平面接触的当量摩擦系数。
2
带速低，拉力增大，带的根数增多； 一般v在5～25m/s之间。
c
FQ可近似地按两边初拉力的合力计算。
若F0过小，容易发生打滑。 总原则：在结构允许的情况下，小带轮直径要尽可能大。
离心力产生的离心拉应力
在带所有横剖面上相等：
cFc/Aqv2/A
三种应力共同作用，使带处在交变应力条件下工作，故 带易发生疲劳破坏。
由拉力产生的拉应力 由离心力产生的离心拉应力 由皮带绕过带轮因弯曲而产生的弯曲应力
交变应力最大值
位置：带的紧边开始 绕上小轮处
数值：max1cb1
带传动的运动分析
根据V带传递的名义功率P、载荷性质、原动机种类和工作情况等确定计算功率（设计功率）。
移动副中，滑块在力F的作用下移动时所受的摩擦力为
带传动特点
优点： 1）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小； 2）过载打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用； 3）适用于中心距较大的场合； 4）结构简单，装拆方便，成本较低。
v1v2 100% 或 v1
其中：
v1
pdd1n1 (m/s)
60000
v2(1)v1
v2
pdd2n2 (m/s)
60000
因此，传动比为： i n1 dd2 n2 dd1(1)
当ε为1％～2％，在一般传动中可以不计。
滑动弧与静止弧：
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
缺点： 1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定； 2）传动效率低，带的寿命较短； 3）传动的外廓尺寸大； 4）需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大； 5）不宜用于高温、易燃等场合。
传动带（V带）的结构与参数
节 宽 b p 当带垂至于底边弯曲时，在带中保持长度不变
的周线（节线）所组成的面（节面）的宽度。
失效，应尽力避免。但当超载时，有过载保护的作用。
第八章 带传动
§8-1 概述 §8-2 带传动的工作情况分析 §8-3 Ｖ带传动的选型计算 §8-4 Ｖ带轮结构设计 §8-5 带传动的张紧、安装
Ｖ带传动的设计准则
V带传动的设计1
带传动的主要失效形式
1）打滑：当传递的圆周力F超过了带与带轮间摩擦 力的总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。
2）疲劳破坏：传动带在变应力的反复作用下，发生 裂纹、脱层、松散，直至断裂。
带传动的设计准则： 在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。
单根V带的基本额定功率和额定V功带传率动的设计1
1、不打滑条件
Fe<Femax
2、疲劳强度条件
P
1
F1000vF1(1ef)
m ax1cb 1 []
或1 F 1 /A []cb 1
设计内容：确定带的类型和截型、长度L、根数Z、传动中心距a、
带的初拉力和压轴力，带轮的基准直径、结构、尺寸和材料，张紧及 防护装置等。
带传动参数的辩证选择
中心距
中心距大，增大包角，减少循环次数，提高寿命；但过大，松边 波动，降低稳定性，整体尺寸增大；
中心距小，则反之。
传动比
传动比大，减小包角，可能打滑，推荐值i=2~5。
基准直径d d 与节宽相对应的带轮直径（节径）。
基准长度L d 测量带轮基准直径上V带的周线长度，已标准化
V带的截面尺寸
第八章 带传动
§8-1 概述 §8-2 带传动的工作情况分析 §8-3 Ｖ带传动的选型计算 §8-4 Ｖ带轮结构设计 §8-5 带传动的张紧、安装
中心距a：带处于规定张紧力时，两轮轴线间的距离。 带轮直径d1、d2：分别指小、大带轮的基准直径。 带长L：带的基准长度Ld。 包角 ：分别指带与小、大带轮接触弧所对的圆心角。
或：F1 ＋F2＝2F0；
2、摩擦力分析
记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力为Ff，其值由带 传动的功率P和带速v决定。
定义由负载所决定的传动带的有效拉力为Fe＝P/v。 以主、从动轮上的带为研究对象 ，有：Fe＝Ff＝F1－F2
3、欧拉公式（柔韧体摩擦公式）
当Ff达到极限Ffmax时，带的 紧边拉力F1与松边拉力F2的关系
实际工作条件下单根V带所能传递的额定功率Pr(对P0修正)
Pr= [P0](P0P0)KKL
带长修正系数 包角修正系数
i 1 时的功率增量
Ｖ带传动的设计
V带传动的设计2
设计的原始数据（已知条件）为：传动的用途和工作条件，所传 递的功率P，主从动轮的转速n1、n2（或传动比i），传动位置要求及 和外廓尺寸要求，原动机类型等。
机械设计带传动经典课件
带传动在各类机械中应用广泛，下面是一些应用实例。
带传动的组成
带传动一般是由主动轮、从动轮紧 套在两轮上的传动带及机架组成。
主动轮：T，n同向 从动轮：T，n反向
传动原理（分类）
摩擦传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力， 便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和Ｖ带传动）。
圆带传动：传动能力较小，一般用于轻型和小型机械。
FQ可近似地按两边初拉力的合力计算。
θ/2
楔形增压原理：可以看出，槽面接触的当量摩擦系数要大于平面接触的当量摩擦系数。
θ/2
【补充】：移动副摩擦力
带速太高则离心力大，使带与带轮间的正压力减小，传动能力下降，易打滑。
单根V带基本额定功率P0
G
摩擦力计算的通式: Ff21 = fvG
【解】 （1） Fe=1000P/v=15000/15=1000N （2） 由 F1-F2=1000 及 Euler 联立即可
1=(170/180)*p=2.97rad 注意单位！ ef2.7180.3*2.972.44
计算得：F1=1694N，F2=694N （3） 由2F0=F1+F2得，F0=1194N 最小值！
与带轮间的接触弧间摩擦力总和增加，从而提高传递载荷的能力。
虽然最大有效拉力取决于初拉力、包角和当量摩擦系
数的大小，但实际有效拉力Fe的数值与传动中的包角大小和 摩擦系数无关，它是由传递的功率P和带的速度v所决定的。
【例】 平带传动：P=15kW，a=170o，f=0.3，v=15m/s。 求：（1）Fe （2）F1，F2 （3）所需的F0
带传动的应力分析
带传动在工作过程 中带上的应力有：
◆ 拉应力：紧边拉应力、松边拉应力； ◆ 离心拉应力：带圆周运动时离心力在带中产生的拉应力； ◆ 弯曲应力：带绕在带轮上时产生的弯曲应力。
1、拉应力
2、弯曲应力
带轮基准的直径越小，带 越厚，带的弯曲应力越大。普 通V带传动，为防止过大的弯曲 应力，对每种型号的V带都规定
主动轮: V带弹性收缩 从动轮: V带弹性伸长
弹性滑动：带传动中因 带的弹性变形而导致的带与 带轮之间的微量相对滑动。
后果：从动轮的圆周线 速度小于主动轮；传动效率 下降；引起带的磨损；使带 温度升高。
产生原因
带是弹性体 两边拉力差
固有特性，不可避免
弹性滑动导致：从动轮的圆周速度v2＜主动轮的圆 周速度v1，线速度降低的程度可用滑动率ε来表示：
直径小，速度低，拉力增大，带的根数增多；
当ε为1％～2％，在一般传动中可以不计。
根据初算带长选取相近的基准长度Ld。
虽然最大有效拉力取决于初拉力、包角和当量摩擦系数的大小，但实际有效拉力Fe的数值与传动中的包角大小和摩擦系数无关，它是
由传递的功率P和带的速度v所决定的。
1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；
了最小带轮基准直径ddmin。
带的弯曲应力：
b 2Ey/dd
3、离心拉应力
离心力：只存在于带的弯曲处，方向沿半径背离圆心。
与节宽相对应的带轮离直径心（节拉径）力。：存在于带的每一质点，方向沿着带长方向。
啮合传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。
考虑到既能发挥带的传动能力又能保证带N的2寿1命，单根V带的初拉力应为为1.
N21
G
/
sin(θ/2)机器所需传来自带的根数确定？1）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；
虽然最大有效拉力取决于初拉力、包角和当量摩擦系数的大小，但实际有效拉力Fe的数值与传动中的包角大小和摩擦系数无关，它是
由传递的功率P和带的速度v所决定的。
同时满足两个条件的最大功率为（单根V带的基本额定功率）
不打滑
不疲劳破坏
P0
Fv 1000
F1(1e1f 1000
)v
1
A(1
1 e f
)v
1000
([]b1
C)(1e1f)Av
1000
单根V带的基本额定功率P0是根据特定的实验和分析确定的。
特定实验条件：
传动比i=1、包角α＝180°、特定带长、平稳的工作载荷。
【补充】：移动副摩擦力
移动副中，滑块在力F的作用下移动时所受的摩擦力为
1）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；
F = f F 选择小带轮直径应使大于最小基准直径，并取标准值。
传动比大，减小包角，可能打滑，推荐值i=2~5。
f21
N21
定义由负载所决定的传动带的有效拉力为Fe＝P/v。
1）平面接触: F = G 2）槽面接触:F = 从动轮: V带弹性伸长
啮合传动：当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便 拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。
平带传动
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。
平型带
V带传动
在一般机械传动中，应用最广的带传动是Ｖ带传 动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生 更大的摩擦力。（两个侧面为工作面，楔形增压原理）
其中,fv 称为移动副的当量摩擦系数:
平面接触: fv = f 槽面接触: fv = f /sin(θ/2)
楔形增压原理：可以看出，槽面接触的当量摩擦系 数要大于平面接触的当量摩擦系数。因此，在同样的正 压力作用下槽面接触所能提供的摩擦力更大。
普通V带
窄V带
多楔带传动
多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点，柔韧性好、 摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。
带轮之间的正压力越大，传动时的摩擦力就越大。若F0过小，容易发生 打滑。但F0过大，带的寿命降低，轴和轴承受力大。
摩擦系数 fv↑→最大有效拉力Fec ↑： f越大，Ffmax越大。摩擦系数
与带和带轮的材料、表面状况、工作环境条件有关。
包角α↑→最大有效拉力Fec ↑： α越大，Ffmax越大。因α增加，带