07章 撓性傳動機械傳動系統(tǒng)設計與實踐

撓性傳動概述發(fā)動機配氣機構中的帶傳動自行車中的鏈傳動發(fā)動機配氣機構中的帶傳動撓性傳動概述講課目錄CONTENTS撓性傳動安裝張緊與維護工作性能分析V帶傳動設計撓性傳動概述帶傳動概述學習目標帶傳動的類型、特點與應用帶傳動的受力分析、應力分析彈性滑動和打滑V帶傳動的設計計算方法。帶傳動的張緊與維護撓性傳動概述教學的重點與難點帶傳動的受力分析、應力分析及彈性滑動V帶傳動的設計計算撓性傳動概述撓性傳動：利用中間撓性曳引零件(帶、鏈、繩)，靠摩擦力(或嚙合)傳遞運動和動力根據(jù)撓性元件不同可分為帶傳動和鏈傳動兩類撓性傳動概述帶傳動帶傳動：主動帶輪、從動帶輪和緊套在兩輪上的傳動帶工作原理嚙合帶傳動

摩擦帶傳動撓性傳動概述摩擦帶傳動工作原理：當原動機驅動主動帶輪轉動時，由于帶與帶輪之間摩擦力的作用，使從動帶輪一起轉動，從而實現(xiàn)運動和動力的傳遞。過載時打滑，能防止機件損壞，但傳動精度不夠準確，軸和軸承受力較大。適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比要求不嚴格、中心距較大、傳遞功率不大的高速級傳動中。帶傳動：依靠傳動帶與傳動輪接觸表面之間的摩擦力撓性傳動概述嚙合帶傳動

利用帶內側的齒或孔與帶輪表面上的齒相互嚙合來傳遞運動和動力同步齒形帶傳動齒孔帶撓性傳動概述機器人關節(jié)轎車發(fā)動機

特點：緩沖，吸振、傳動比i

準確。常用于傳動比要求較準確的中、小功率的傳動，如電影放映機、打印機、錄音機、磨床及醫(yī)用機械撓性傳動概述鏈傳動鏈傳動的組成主動鏈輪、從動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條

兩輪間以鏈條為中間撓性元件的嚙合來傳遞動力和運動工作原理應用：適于兩軸相距較遠，工作條件惡劣，中低速傳動

傳動比i≤8，P≤100kW，v≤12-15m/s

如農業(yè)機械、建筑機械、石油機械、采礦、起重、金屬切削機床、

摩托車、自行車撓性傳動概述撓性傳動帶傳動概述工作原理帶傳動概述利用中間撓性件(帶)，靠摩擦力(或嚙合)傳遞運動和動力。帶傳動：主動輪、從動輪、緊套在兩輪上的傳動帶及機架當原動機驅動主動帶輪轉動時，由于帶與帶輪之間摩擦力的作用，使從動帶輪一起轉動，從而實現(xiàn)運動和動力的傳遞。圖7-1主動輪傳動帶從動輪帶傳動的類型平帶傳動：橫截面為扁平矩形，工作面是內表面工作面按截面形狀的不同，帶傳動分為以下幾種：

平帶的帶體薄、軟、輕，具有良好的耐彎曲性能，適用于小直徑帶輪傳動。高速運行時，帶體容易散熱，傳動平穩(wěn)。近年來，普遍采用以尼龍薄片為強力層的片基復合膠帶，可用于高速的磨床、電影放映機、精密包裝機等高速裝置的傳動。帶傳動概述大理石切割機平帶傳動帶傳動概述V帶傳動：橫截面為等腰梯形，工作面是兩側面，由于輪槽的楔形效應，初拉力相同時，V帶能產生更大的摩擦力，故有較大的牽引力。常多根并用，承載能力大。應用最為廣泛。工作面帶傳動概述多楔帶傳動：多楔帶是在平帶的基體下做出很多縱向楔，帶輪也做出相應的環(huán)形輪槽。特點：帶體為一個整體，避免了多根V帶長短不一、載荷分布不均勻的缺點；占用空間相同時，比普通V帶的傳動功率提高30％；帶體薄，柔軟性好，能適應小帶輪傳動；適用于高速傳動，帶速可高達40m/s。多楔帶集中了V帶和平帶兩者的優(yōu)點，包括：平帶的柔軟、韌性好，V帶結構緊湊、承載力強的優(yōu)點。應用廣泛。帶傳動概述牽引力小，傳動功率不大，適用于輕載的場合，如：縫紉機圓帶傳動：同步帶傳動嚙合傳動，主動輪轉動，通過嚙合，拖動從動輪一起轉動，并傳遞動力帶傳動概述優(yōu)點：中心距較大的傳動打滑起過載保護作用撓性好，緩沖，吸振，平穩(wěn)結構簡單，成本低廉應用：高速級傳動中小功率傳動，帶速5～25m/s常見傳動比2～4效率0.9～0.96帶傳動的優(yōu)缺點及應用場合缺點：

外廓尺寸大

彈性滑動，傳動比不恒定

效率低

軸與軸承受力大

壽命短

需要張緊，不宜用于高溫,易燃場合帶傳動概述撓性傳動普通帶傳動的工作性能分析21帶傳動中的幾何參數(shù)中心距a帶輪直徑dd

帶長L包角α直徑dd1、dd2：小、大帶輪的基準直徑帶長L：帶的基準長度Ld包角α1、α2：帶與小、大帶輪接觸弧所對的圓心角

普通帶傳動的工作性能分析add1dd2中心距a：帶處于規(guī)定張緊力時，兩輪軸線間的距離帶傳動中的受力分析帶在安裝到帶輪上時，為使帶和帶輪接觸面上產生足夠的摩擦力，必須以一定的拉力緊套在帶輪上。當傳動帶繞在帶輪上時，帶的任意橫截面上都受到相同大小的張緊力，稱為初拉力F0。

普通帶傳動的工作性能分析張緊前：張緊后：

F0作用于帶全長，且處處相等

工作前即靜止時，帶以初拉力F0

張緊在帶輪上

普通帶傳動的工作性能分析傳動時：由于帶與輪面間摩擦力的作用，兩邊的拉力不再相等。出現(xiàn)緊邊和松邊緊邊：F0F1

松邊：F0F2

纏繞在帶輪上的帶：摩擦力Ff緊邊拉力F1松邊拉力F2

普通帶傳動的工作性能分析有效拉力F：

緊邊拉力與松邊拉力之差稱為帶傳動的有效拉力F,即帶所傳遞的圓周力

帶總長不變：

由以上三式得

普通帶傳動的工作性能分析

P：帶傳遞的功率，kW；v：為帶速，m/s。v一定時,P愈大,F愈大,所需帶與輪面間的摩擦力也愈大。

P一定時，n愈高，v就越大，F(xiàn)就愈小。有效拉力F的公式：若帶速不變，帶傳動所傳遞的功率決定于帶傳動的有效拉力F有效拉力是帶和帶輪接觸面間摩擦力的總和Ff當F0一定時，摩擦力總和有一極限值，若帶傳動工作時需要傳遞的圓周力超過這個極限值，帶傳動就會打滑，傳動失效。

普通帶傳動的工作性能分析V帶即將打滑時，緊邊拉力和松邊拉力之間的關系用歐拉公式表示e為自然對數(shù)的底，e≈2.718；f

為帶與帶輪接觸面間的摩擦系數(shù)，可見，增大包角α和f

，可提高帶傳動所能傳遞的圓周力。

普通帶傳動的工作性能分析預緊力為F0時，帶傳動的最大有效圓周力為：帶所傳遞的有效拉力F與下列因素有關：包角α摩擦因數(shù)f

普通帶傳動的工作性能分析初拉力F0增大而增大帶傳動：依靠摩擦力傳遞運動和動力

初拉力F0一定，摩擦力有極限值

在極限值范圍內，正常工作正常工作打滑當已知帶傳遞的載荷時，可根據(jù)上式確定應保證的最小初拉力F0。

若帶所需傳遞的圓周力超過了帶與輪面間的極限摩擦力總和時，帶與輪將發(fā)生顯著的的相對滑動——打滑。

普通帶傳動的工作性能分析為什么在相同條件下，V帶傳動能力較平帶更大？平帶的摩擦力為：V帶的摩擦力為：

當量摩擦系數(shù)故：相同條件下，V帶的摩擦力大于平帶，V帶可傳遞較大功率，傳動能力更強摩擦系數(shù)顯然：f

v

>f

普通帶傳動的工作性能分析——僅發(fā)生于緊邊全長——僅發(fā)生于松邊全長式中,A為帶的橫截面面積,單位為mm2

由拉力產生的應力：帶傳動工作時,帶中的應力由以下三部分組成：帶傳動的應力分析帶的應力分布：各截面應力用徑向線的長短表示緊邊拉應力松邊拉應力

普通帶傳動的工作性能分析

由于帶本身的質量,帶繞過帶輪時隨著帶輪作圓周運動將產生離心力。離心力將使帶受拉,在截面產生離心拉應力離心力產生的離心拉應力每米帶長質量為q注：離心力只發(fā)生在作圓周運動的部分，但由此引起的拉力和拉應力卻作用于帶的全長，且處處相等。

普通帶傳動的工作性能分析彎曲應力σb分析：（1）彎曲應力僅發(fā)生在接觸弧處（2）σb1>σb1，要控制ddmin注：為防止過大的彎曲應力，對每種型號的V帶，都規(guī)定了相應的最小帶輪基準直徑。

式中：dd---帶輪基準直徑，mm

y-帶受拉側最外層至中性層的距離，mm

對平帶y=h/2，對V帶y

≈ha

E--帶材料的彎曲彈性模量與帶厚和帶輪直徑有關

普通帶傳動的工作性能分析應力合成如圖帶在工作過程中，其應力是不斷變化的，最大應力發(fā)生在緊邊與小輪的接觸處。其值為失效形式：交變應力下的疲勞破壞設計時，保證其不發(fā)生疲勞破壞的條件是

普通帶傳動的工作性能分析失效形式：設計準則：在不打滑條件下，帶具有一定疲勞強度和壽命.(1)交變應力下的疲勞破壞(2)打滑帶傳動的失效形式與設計準則

普通帶傳動的工作性能分析彈性滑動定義由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相對滑動v<v1產生的原因帶為彈性體，受力后必然產生彈性變形。在帶由b點轉至c點的過程中，帶的拉力逐漸減小，因而帶的拉伸變形量也隨之逐漸減小，相當于帶在縮短，并沿輪面滑動，使得帶的速度v落后于主動輪的圓周速度v1。彈性滑動和打滑

普通帶傳動的工作性能分析同樣的現(xiàn)象發(fā)生在從動輪上，但情況正好相反。在帶由e點轉至f點的過程中，帶被逐漸拉長，使帶的速度v高于從動輪的圓周速度v2。v>v2TightsideSlackside

普通帶傳動的工作性能分析特點：不可避免——松邊與緊邊拉力差后果：彈性滑動是帶傳動中不可避免的現(xiàn)象，是正常工作時固有特性。彈性滑動會引起下列后果：（1）從動輪的圓周速度總是落后于主動輪的圓周速度（2）損失一部分能量，降低了傳動效率，會使帶的溫度升高；并引起傳動帶磨損

普通帶傳動的工作性能分析滑動率：

若傳遞的基本載荷超過最大有效圓周力，帶在帶輪上發(fā)生打滑彈性滑動程度隨外載荷的變化而變化，傳動比也會隨之變化工程上允許ε=1%~2%

普通帶傳動的工作性能分析打滑在一定的初拉力F0作用下，帶與帶輪面間的摩擦力之和有一極限值，當傳遞的有效拉力超過該極限時，帶將沿帶輪表面全面滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。原因：過載引起緊松邊拉力差增大，帶的彈性滑動區(qū)域擴展至帶與帶輪的整個接觸面，致使帶繞出主動輪的圓周速度低于主動輪圓周速度,其結果是從動輪轉速急劇降低，甚至停止運動。

普通帶傳動的工作性能分析打滑將使帶磨損加劇，正常工作中應避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

帶在大輪上的包角大于小輪上的包角，所以打滑總是在小輪上先開始的

打滑是由于過載引起的，避免過載就可以避免打滑打滑

造成帶的嚴重磨損并使帶的運動處于不穩(wěn)定狀態(tài)

普通帶傳動的工作性能分析●彈性滑動：

緊松邊拉力差引起的相對滑動●打滑：過載所引起的全面滑動●彈性滑動：帶傳動的固有特性，不可避免●打滑：失效形式，工作中應避免●在傳動突然超載時，打滑可以起到過載保護作用。彈性滑動與打滑區(qū)別：

普通帶傳動的工作性能分析撓性傳動V帶傳動設計包角α小帶輪上的包角為：帶傳動的幾何尺寸關系V帶傳動設計大帶輪上的包角為：aα1α2帶的基準長度Ld中心距a帶的基準長度，簡稱帶長，是標準值。帶張緊時，外層受拉伸變長，內層受壓縮變短長度不變的層為節(jié)面，節(jié)面的周長為帶的基準長度add1dd2V帶傳動設計V帶的構造、規(guī)格和標準V帶的結構無接頭的環(huán)形，橫截面由強力層1、伸張層2、壓縮層3和包布層4構成。伸張層和壓縮層均由膠料組成，包布層由膠帆布組成，強力層是承受載荷的主體，分為簾布結構（由膠簾布組成）和線繩結構（由膠線繩組成）兩種。包布層伸張層強力層壓縮層簾布結構：抗拉強度高，制造方便。線繩結構：比簾布結構合理，柔軟易彎，彎曲應力小，受力均勻，可大幅提高帶的使用壽命和使用性能。適用轉速較高、帶輪直徑較小的場合；但承載能力沒有簾布結構的傳動帶高。簾布結構線繩結構V帶傳動設計普通V帶的型號和基本尺寸普通V帶分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號表

V帶的截面尺寸基準寬度制是以V帶的節(jié)寬為特征參數(shù)的傳動體系V帶傳動設計V帶和帶輪有兩種尺寸制有效寬度制基準寬度制V帶輪結構設計帶輪輪緣(裝帶)輪轂(裝軸)輪輻和腹板(聯(lián)接緣和轂)實心帶輪腹板帶輪dd≤（2.5~3）d0（d0為帶輪軸直徑）dd≤300mmV帶傳動設計材料：孔板帶輪橢圓輪輻帶輪制造V帶輪的材料可采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料，以灰鑄鐵應用最為廣泛。當v≤25m/s時，用灰鑄鐵HT150v=25～30m/s時用HT200；當v≥25～45m/s時用球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼；小功率時可用鑄鋁或塑料。dd－d1≥100mmdd＞300mmV帶傳動設計失效形式：設計準則：在不打滑條件下，帶具有一定疲勞強度和壽命，即：(1)打滑(2)交變應力下的疲勞破壞(3)帶磨損強度條件：V帶傳動設計準則與設計公式--在一定條件下，由帶的疲勞強度決定的許用拉應力V帶傳動設計在即將打滑的臨界狀態(tài)下，帶傳動的最大有效拉力既不打滑又有一定疲勞強度時單根帶所能傳遞的額定功率設計公式：當帶傳動將發(fā)揮最大效能kWkWV帶傳動設計普通V帶傳動的設計主要是：選擇帶的型號，計算帶的根數(shù)以及合理的確定有關參數(shù)，如主、從動輪直徑，中心距，帶長，包角等設計V帶傳動的一般已知條件是：傳動用途和工作條件；傳動的功率P；主動輪、從動輪的轉速n1和n2或傳動比i，對傳動位置和外部尺寸要求等帶傳動設計步驟及參數(shù)選擇V帶傳動設計設計計算的一般步驟Pc—設計功率P—帶傳遞的額定功率KA—工作情況系數(shù)，見下表n1選型號：確定設計功率V帶傳動設計帶型

根據(jù)設計功率和小輪轉速，按圖選擇帶型若落在小型帶內，但與大型帶交界附近，選大型帶V帶傳動設計基準直徑dd1和dd2傳動比不精確：傳動比精確：帶輪輪槽基準寬度處的直徑，與帶的節(jié)線在同一位置。V帶輪的最小基準直徑帶輪愈小，彎曲應力愈大。彎曲應力引起帶疲勞損壞。V帶帶輪的最小直徑見下表。V帶傳動設計帶速v設計時應使一般在v=5~25m/s內選取，以v=20~25m/s最為有利。過小則功率小，過大則離心力大。普通V帶質量較大，帶速過高，會因離心慣性力過大而降低帶與帶輪間的正壓力,從而降低摩擦力和傳動能力；帶速過低，則在傳遞相同功率的條件下所需有效拉力F較大，要求帶的根數(shù)較多。V帶傳動設計初選a0：V帶，中心距a0取查表選定相近的基準長度Ld。實際中心距需根據(jù)選定的Ld再決定。中心距a和帶長Ld計算L0計算實際中心距中心距大，可以增加帶輪的包角，減少單位時間內帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命。但是中心距過大，會加劇帶的波動，降低帶傳動的平穩(wěn)性，同時增大帶傳動的整體尺寸。

中心距小，則結構緊湊。但是中心距過小，傳動帶較短，包角較小，且?guī)У睦@轉次數(shù)增多，降低了帶的壽命，致使傳動能力降低。

V帶傳動設計

1與傳動比i有關，為保證

1不過小，傳動比i不宜過大。通常i≤7

，個別情況下可達到10小輪包角

1若包角小，可加大中心距或增設張緊輪。包角大則帶承載能力高；反之易打滑。V帶中，小帶輪上的包角α1不宜小于120°。否則應增大中心距或減小傳動比，也可加張緊輪。V帶傳動設計帶的根數(shù)z–傳動比不為1時，單根V帶額定功率的增量–包角修正系數(shù)–帶長修正系數(shù)減小帶的根數(shù)z，可以避免受力不均，z=3~5。最多不多于8-10根為了使各根帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般應少于10根。否則，應選擇橫截面積較大的帶型，以減少帶的根數(shù)。V帶傳動設計易疲勞失效壓軸力增大初拉力的測試：G與F0有關初拉力F0N初拉力是帶傳動正常工作的重要參數(shù)。初拉力不足，易出現(xiàn)打滑；初拉力過大，V帶壽命縮短，會增大軸和軸承上的壓力并降低帶的命。

既保證傳動功率，又不出現(xiàn)打滑的單根V帶所需的初拉力F0可由下式計算:V帶傳動設計壓軸力FQ帶的壓軸力主要影響支承帶輪的軸的強度和軸承的壽命V帶傳動設計撓性傳動帶傳動的安裝張緊與維護帶傳動在工作時，帶與帶輪之間需要一定的張緊力。當帶工作一段時間，帶被拉長而松弛就會發(fā)生打滑現(xiàn)象。為了保證帶的傳動能力應該怎么做呢？帶傳動的安裝張緊與維護帶傳動的張緊調整中心距方式（1）定期張緊：采用定期改變中心距的方法來調節(jié)帶的張緊力，使帶重新張緊。常見的有滑道式和擺架式兩種結構。滑道式（用于水平或接近水平的傳動）通過調節(jié)螺