《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》(張新亮)435-4課件 第六章

帶傳動(dòng)項(xiàng)目六主目錄帶傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)1

V帶及V帶輪2帶傳動(dòng)工作能力的分析33普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算4

V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)563學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）掌握摩擦型帶傳動(dòng)的類(lèi)型、特點(diǎn)和應(yīng)用。（2）掌握普通V帶和V帶輪的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)。（3）掌握帶傳動(dòng)的受力分析、應(yīng)力分析。（4）理解帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象。（5）掌握帶傳動(dòng)的失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)步驟。（6）了解帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)。一、帶傳動(dòng)的類(lèi)型任務(wù)一帶傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)

根據(jù)工作原理的不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)兩大類(lèi)，如圖6-1所示。根據(jù)帶橫截面形狀的不同，摩擦型帶傳動(dòng)可分為平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)和圓帶傳動(dòng)等，如圖6-2所示。

摩擦型帶傳動(dòng)依靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)。

嚙合型帶傳動(dòng)依靠帶上的齒或孔與帶輪上的齒嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)。

（a）平帶傳動(dòng)（b）V帶傳動(dòng)（c）多楔帶傳動(dòng)（d）圓帶傳動(dòng)二、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)任務(wù)一帶傳動(dòng)的類(lèi)型和特點(diǎn)

摩擦型帶傳動(dòng)一般具有以下特點(diǎn)：

（1）帶有良好的撓性和彈性，能吸收振動(dòng)、緩和沖擊，故其傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小。（2）當(dāng)帶傳動(dòng)過(guò)載時(shí)，帶在帶輪上打滑，可防止其他機(jī)件損壞，能起到過(guò)載保護(hù)作用。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維護(hù)方便。（4）帶與帶輪之間存在一定的彈性滑動(dòng)，故不能保證恒定的傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率較低。（5）由于帶工作時(shí)需要張緊，因此帶對(duì)帶輪軸有很大的壓軸力。（6）帶傳動(dòng)裝置外廓尺寸大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。（7）帶的壽命較短，需經(jīng)常更換。一、V帶任務(wù)二V帶及V帶輪

V帶可分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、聯(lián)組V帶等類(lèi)型，其中，普通V帶的應(yīng)用最廣。

普通V帶為無(wú)接頭的環(huán)形帶，主要由伸張層1、強(qiáng)力層2、壓縮層3和包布層4組成，如圖6-3所示。

（a）簾布結(jié)構(gòu)（b）繩芯結(jié)構(gòu)1—伸張層；2—強(qiáng)力層；3—壓縮層；4—包布層。二、V帶輪任務(wù)二V帶及V帶輪

1．V帶輪材料V帶輪材料一般采用灰鑄鐵和鋼等。當(dāng)帶速v＜25m/s時(shí)，V帶輪材料一般采用灰鑄鐵；當(dāng)帶速v＞25m/s時(shí)，V帶輪材料一般采用鑄鋼。

普通V帶為無(wú)接頭的環(huán)形帶，主要由伸張層1、強(qiáng)力層2、壓縮層3和包布層4組成，如圖6-3所示。

（a）簾布結(jié)構(gòu)（b）繩芯結(jié)構(gòu)1—伸張層；2—強(qiáng)力層；3—壓縮層；4—包布層。二、V帶輪任務(wù)二V帶及V帶輪

2．V帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸如圖6-5所示，V帶輪由輪緣、輻板（或輪輻）和輪轂三部分組成。

（1）輪緣是帶輪外圈環(huán)形部分，輪緣上有輪槽。（2）輪轂是帶輪與軸配合的部分。（3）輻板（或輪輻）是帶輪用于連接輪緣和輪轂的部分。

圖6-5V帶輪的結(jié)構(gòu)一、帶傳動(dòng)的受力分析任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

圖6-7所示為帶傳動(dòng)工作前后的受力情況。

安裝帶傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)帶就以一定的初拉力F0緊套在帶輪上，由于F0的作用，帶和帶輪接觸面上就產(chǎn)生了正壓力。帶傳動(dòng)不工作時(shí)，傳動(dòng)帶兩邊拉力相等，都等于F0。

（a）工作前（b）工作時(shí)圖6-7帶傳動(dòng)的受力分析二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶上應(yīng)力有以下幾種。1．拉應(yīng)力

緊邊拉應(yīng)力的計(jì)算公式為

松邊拉應(yīng)力的計(jì)算公式為式中σ1——緊邊拉應(yīng)力，單位為MPa；

σ2——松邊拉應(yīng)力，單位為MPa；

A——帶的橫截面面積，單位為mm2。二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

2．彎曲應(yīng)力

帶繞在帶輪上引起的彎曲應(yīng)力計(jì)算公式為式中σb——由帶彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，單位為MPa；

E

——帶的彈性模量，單位為MPa；

h

——帶的高度，單位為mm；

D

——帶輪計(jì)算直徑，單位為mm。對(duì)于V帶輪，帶輪的計(jì)算直徑即為基準(zhǔn)直徑dd。二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

3．離心拉應(yīng)力當(dāng)帶在帶輪上以線速度v做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于其本身質(zhì)量將產(chǎn)生慣性離心力，因而在帶的截面上會(huì)產(chǎn)生離心拉應(yīng)力。離心拉應(yīng)力在帶全長(zhǎng)各截面處均勻分布，其值為

式中σe——離心拉應(yīng)力，單位為MPa；

q

——帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量，單位為kg/m；

A——帶的橫截面面積，單位為mm2；

v

——帶速，單位為m/s。二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

帶工作時(shí)的應(yīng)力分布情況如圖6-8所示。帶上最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊開(kāi)始繞上小帶輪處，即式中

σb1——小帶輪上帶的彎曲應(yīng)力，單位為MPa。

圖6-8帶工作時(shí)的應(yīng)力分布情況二、帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

由于帶工作在交變應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，將發(fā)生疲勞破壞。為保證帶有足夠的疲勞壽命，應(yīng)滿(mǎn)足式中[σ]——帶的許用應(yīng)力。它是在σ1=σ2=1800、規(guī)定的帶長(zhǎng)、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和載荷平穩(wěn)等條件下通過(guò)試驗(yàn)確定的。三、彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

1．彈性滑動(dòng)現(xiàn)象如圖6-9所示，帶是撓性體，受拉后會(huì)產(chǎn)生彈性變形。由于緊邊和松邊拉力不同，因而帶兩邊的彈性變形也不同。

圖6-9帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)現(xiàn)象

這種由于帶的彈性變形不一致而引起的帶與帶輪之間的相對(duì)滑動(dòng)，稱(chēng)為帶的彈性滑動(dòng)。

三、彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象任務(wù)三帶傳動(dòng)工作能力的分析

2．打滑當(dāng)帶傳動(dòng)的工作載荷超過(guò)帶與帶輪之間摩擦力的極限值時(shí)，帶與帶輪之間會(huì)發(fā)生劇烈的相對(duì)滑動(dòng)，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急速下降，甚至停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致帶傳動(dòng)失效，這種現(xiàn)象稱(chēng)為打滑。打滑對(duì)其他機(jī)件有過(guò)載保護(hù)作用，但應(yīng)盡快采取措施克服，以免磨損發(fā)熱使帶損壞。一、帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

帶傳動(dòng)的主要失效形式有以下幾種。（1）帶在帶輪上打滑，不能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。（2）帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷。（3）帶的工作面磨損。帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。二、單根V帶的基本額定功率和許用功率任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

單根普通V帶在試驗(yàn)條件所能傳遞的功率稱(chēng)為基本額定功率，用P1表示

單根普通V帶的基本額定功率P1是在特定試驗(yàn)條件（特定的帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度，特定使用壽命Ld，傳動(dòng)比i=1，包角α=180°，載荷平穩(wěn)）下測(cè)得的帶所能傳遞的功率。

當(dāng)時(shí)i≠1時(shí)，考慮到帶繞過(guò)大帶輪時(shí)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力比繞過(guò)小帶輪的小，故在使用壽命相同的條件下，可以增大傳遞的功率。二、單根V帶的基本額定功率和許用功率任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

在工程實(shí)際中，帶的實(shí)際工作條件與P1的特定試驗(yàn)條件不同，所以應(yīng)對(duì)P1加以修正。因此，實(shí)際工作條件下單根V帶的基本額定功率[P1]為式中P1——單根普通V帶的基本額定功率，單位為KW；△P1——單根普通V帶的基本額定功率增量，單位為KW；

Kα——包角的修正系數(shù)，考慮α≠1800時(shí)包角對(duì)傳動(dòng)能力的影響，其值如表6-8所示；

KL——帶長(zhǎng)修正系數(shù)，考慮實(shí)際帶長(zhǎng)不等于特定基準(zhǔn)長(zhǎng)度時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響。三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1．設(shè)計(jì)計(jì)算的已知條件和主要內(nèi)容普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算前應(yīng)明確的設(shè)計(jì)條件包括以下幾點(diǎn)。

傳遞的功率

傳動(dòng)的用途、工作情況和原動(dòng)機(jī)種類(lèi)。

主、從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1和n2（或n1和傳動(dòng)比i）。

其他要求，如中心距大小、安裝位置限制等。三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)

帶輪的尺寸、材料和結(jié)構(gòu)

V帶的型號(hào)、長(zhǎng)度和根數(shù)

傳動(dòng)中心距a

帶作用在軸上的壓軸力F0等三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

2．普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟1）確定計(jì)算功率計(jì)算功率Pe是根據(jù)傳遞的額定功率，并考慮載荷性質(zhì)及每天工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等因素的影響而確定的，即引入工況系數(shù)KA對(duì)給定的名義功率P進(jìn)行修正。計(jì)算功率Pe為2）選擇V帶的型號(hào)據(jù)計(jì)算功率Pe和主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1，選擇方法是由和兩參數(shù)確定坐標(biāo)點(diǎn)所在的區(qū)域，如果坐標(biāo)點(diǎn)在A區(qū)則推薦選用A型帶；若坐標(biāo)點(diǎn)處于兩種型號(hào)的分界線附近時(shí)，可先同時(shí)選用兩種型號(hào)，待分別計(jì)算比較后擇優(yōu)選用。三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

3）確定V帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1，dd2

(1）確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1小帶輪的基準(zhǔn)直徑越小，帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)越緊湊，帶的彎曲應(yīng)力越大，壽命越短，故帶的直徑不易過(guò)小，應(yīng)使dd1＞dd1min表6-10V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

（2）驗(yàn)算帶速v。一般取5m/s＜v＜25m/s，如帶速超過(guò)上述范圍，應(yīng)重選小帶輪直徑dd1

（3）確定大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2。大帶輪基準(zhǔn)直徑dd1的計(jì)算公式為

三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

4）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld（1）初定中心距。設(shè)計(jì)時(shí)，初定中心距a0的取值范圍為（2）確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。由帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系初算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld0，即

（3）確定實(shí)際中心距a。實(shí)際中心距a的計(jì)算公式

三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算

5）驗(yàn)算小帶輪包角α1

包角的計(jì)算公式為6）確定V帶根數(shù)z

V帶根數(shù)z的計(jì)算公式為7）計(jì)算單根V帶的初拉力為充分發(fā)揮帶的傳動(dòng)能力，同時(shí)保證帶的使用壽命，單根V帶的初拉力F0應(yīng)按下式計(jì)算三、普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)四普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算8）計(jì)算壓軸力如圖6-11所示，可不考慮兩邊的拉力差，近似地按初拉力F0的合力計(jì)算，計(jì)算公式為

9）V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)帶的型號(hào)確定輪槽尺寸等。

圖6-11帶傳動(dòng)作用于軸上的壓軸力一、帶傳動(dòng)的張緊方法任務(wù)五V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)

1．調(diào)節(jié)中心距

當(dāng)中心距可調(diào)時(shí)，可加大中心距使帶張緊。調(diào)節(jié)中心距的張緊裝置有以下兩類(lèi)。1）定期張緊裝置

定期張緊裝置是用調(diào)節(jié)螺釘使裝有帶輪的電動(dòng)機(jī)沿滑軌移動(dòng)，以增大中心距而達(dá)到張緊的目的。

在水平或傾斜不大的傳動(dòng)中，可采用圖6-13（a）所示的移動(dòng)式定期張緊裝置。

圖6-13（a)定期張緊裝置一、帶傳動(dòng)的張緊方法任務(wù)五V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)

在垂直或接近垂直的傳動(dòng)中，可用圖6-13（b）所示的擺動(dòng)式定期張緊裝置。

圖6-13（a)定期張緊裝置一、帶傳動(dòng)的張緊方法任務(wù)五V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)

2）自動(dòng)張緊裝置

如圖6-14所示，利用電機(jī)和擺架的自重使擺架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將帶自動(dòng)張緊。自動(dòng)張緊裝置常用于小功率傳動(dòng)中。

圖6-14自動(dòng)張緊裝置一、帶傳動(dòng)的張緊方法任務(wù)五V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)

2．采用張緊輪

中心距不可調(diào)時(shí)，可采用張緊輪進(jìn)行張緊，如圖6-15所示。張緊輪一般應(yīng)布置在松邊的內(nèi)側(cè)并盡可能靠近大帶輪，以免過(guò)多減小小帶輪包角α1。

圖6-15采用張緊輪進(jìn)行張緊二、V帶傳動(dòng)的安裝和維護(hù)任務(wù)五V帶傳動(dòng)