機(jī)械基礎(chǔ) 課件 模塊六任務(wù)一 帶傳動(dòng)

課程導(dǎo)入：模塊六撓性傳動(dòng)

任務(wù)一

帶傳動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)1-電動(dòng)機(jī)2-傳動(dòng)帶3-電磁離合器4-變速箱5-槽輪機(jī)構(gòu)6-鏈傳動(dòng)7-信號(hào)采集器8-凸輪機(jī)構(gòu)9-齒條10-齒輪11-夾具圖6-1自動(dòng)組裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖知識(shí)目標(biāo)1.掌握帶傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用；2.掌握帶傳動(dòng)的使用和維護(hù)；3.了解帶傳動(dòng)的工作情況；4.掌握標(biāo)準(zhǔn)V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法。能力目標(biāo)1.能夠正確使用和維護(hù)帶傳動(dòng)；2.能夠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)V帶傳動(dòng)。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和規(guī)范意識(shí)；2.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心、愛崗敬業(yè)、精益求精的工匠精神。教學(xué)目標(biāo)【學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)】1.帶傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用；2.帶傳動(dòng)的使用和維護(hù)；3.帶傳動(dòng)的受力情況分析；4.V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】一、帶傳動(dòng)的類型和應(yīng)用

帶傳動(dòng)以具有彈性和柔性的帶作為撓性件繞在兩個(gè)或兩個(gè)以上的帶輪上，依靠帶與帶輪之間的摩擦（平帶、V帶、圓帶、多楔帶，如圖a）或嚙合（同步帶，如圖b）將作為拉力的圓周力從主動(dòng)輪傳遞到從動(dòng)輪。（a）摩擦型帶傳動(dòng)

（b）嚙合型帶傳動(dòng)l-主動(dòng)帶輪2-從動(dòng)帶輪3-傳動(dòng)帶帶傳動(dòng)具有如下特點(diǎn)：（1）具有緩沖和吸振作用，傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)較大距離間兩軸的傳動(dòng)；（3）通過(guò)改變帶長(zhǎng)，能滿足不同的中心距要求。（4）由于帶與帶輪之間存在彈性滑動(dòng)現(xiàn)象，摩擦型帶傳動(dòng)存在傳動(dòng)效率較低、傳動(dòng)比不準(zhǔn)確、帶的壽命較短等缺點(diǎn)。

帶傳動(dòng)適用于要求傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比不要求準(zhǔn)確、中小功率的遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。一般帶傳動(dòng)的傳動(dòng)功率P≤50kw、帶速v=5～25m/s、傳動(dòng)比i≤7，傳動(dòng)距離較大的場(chǎng)合。在多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常將摩擦型帶傳動(dòng)置于高速級(jí)（或直接與原動(dòng)機(jī)相連），起到過(guò)載保護(hù)并減小其結(jié)構(gòu)尺寸和重量的作用。（一）摩擦型帶傳動(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)摩擦型帶傳動(dòng)類型（二）嚙合型帶傳動(dòng)

嚙合型帶傳動(dòng)兼有摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于同步帶及帶輪制造工藝復(fù)雜，安裝要求較高。

同步帶傳動(dòng)主要用于中小功率、傳動(dòng)比要求精確的場(chǎng)合。帶傳動(dòng)的類型：二、V帶和V帶輪的結(jié)構(gòu)

V帶橫截面為梯形，工作面為兩側(cè)面，如圖所示。V帶的類型很多，主要有普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、大楔角V帶等。（一）V帶1.V帶結(jié)構(gòu)根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為包邊V帶、切邊V帶（普通切邊V帶、有齒切邊V帶和底膠夾布切邊V帶）兩種。V帶由膠帆布1（頂布2）、頂膠3、緩沖膠4、抗拉體5、底膠6、底布8（底膠夾布7）等組成。V帶結(jié)構(gòu)示意圖包邊V帶

普通切邊V帶

有齒切邊V帶

底膠夾布切邊V帶）2.V帶型號(hào)及尺寸標(biāo)準(zhǔn)普通V帶均制成無(wú)接頭的環(huán)形。在彎曲時(shí)，帶中長(zhǎng)度和寬度均不變的一層稱為中性層，其寬度bp稱為節(jié)寬。V帶截面高度h和節(jié)寬bp的比值h/bp稱為相對(duì)高度。楔角為40°、相對(duì)高度約為0.7的V帶稱為普通V帶，應(yīng)用最廣，已標(biāo)準(zhǔn)化。按截面尺寸由小到大普通V帶分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)。其截面尺寸見下表。V帶截面尺寸（摘自GB/T11544-2012）mm普通V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld（摘自GB/T11544-2012）mm3.V帶的標(biāo)記

普通V帶的標(biāo)記示例：A1430GB/T11544-2012

A―型號(hào)為A型；1430―帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1430mm。V帶裝在帶輪上，和bp相對(duì)應(yīng)的帶輪的直徑稱為基準(zhǔn)直徑dd，見普通V帶輪輪槽截面尺寸表。V帶在規(guī)定的張緊力下位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長(zhǎng)度稱為基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。它是V帶的公稱長(zhǎng)度，用于帶傳動(dòng)的幾何計(jì)算和帶的標(biāo)記。普通V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld如下表所示。2.帶輪材料、結(jié)構(gòu)及精度要求（1）帶輪材料

v＜25m/s時(shí)可用HT150；v=25～30m/s時(shí)，可用HT200；v＞30m/s可用鑄鋼；鋁合金帶輪和塑料帶輪常用于小功率傳動(dòng)。

鑄造帶輪不允許有砂眼、裂紋、縮孔及氣泡等缺陷。（2）V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪通常由輪緣、輪輻（或腹板）、輪轂三部分組成。輪緣上制有槽，槽的結(jié)構(gòu)尺寸和數(shù)目應(yīng)與所用V帶的型號(hào)、根數(shù)相對(duì)應(yīng)。輪槽截面尺寸如圖所示。V帶輪按輪輻結(jié)構(gòu)不同分為四種型式。如圖所示為帶輪幾種典型結(jié)構(gòu)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑dd≤(2.5～3)d（d為帶輪軸的直徑）時(shí)，采用實(shí)心式（圖a）；dd≤350mm時(shí)，采用腹板式（圖b）或孔板式（圖c）；dd＞350mm時(shí)，采用輪輻式（圖d）。（3）帶輪精度要求

標(biāo)準(zhǔn)GB/T11357-2020要求，傳動(dòng)帶輪工作表面粗糙度值如圖所示，且不應(yīng)超出圖示標(biāo)注數(shù)值。傳動(dòng)帶輪工作表面粗糙度值帶輪的圓跳動(dòng)公差值如表6-5所示。三、帶傳動(dòng)的受力情況分析（一）帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系

如圖所示，帶傳動(dòng)的主要幾何參數(shù)有：中心距a、帶長(zhǎng)Ld、帶輪基準(zhǔn)直徑dd、包角α。小帶輪包角α1：大帶輪包角α2：其中：對(duì)于普通V帶L為基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。V帶為基準(zhǔn)長(zhǎng)度：中心距：（二）帶傳動(dòng)的受力分析傳動(dòng)帶預(yù)緊力F0

帶傳動(dòng)的受力分析緊邊拉力的增加量等于松邊拉力的減少量，即：

F1－F0=F0－F2或

F1+F2=2F0帶兩邊的拉力差F1－F2稱為帶傳動(dòng)的有效拉力F，此力等于帶與帶輪接觸面上各點(diǎn)摩擦力的總和F?

，稱為帶傳動(dòng)的圓周力，也稱為帶傳動(dòng)的有效拉力。

即：F=F1-F2=Ff

綜合上述二式，得：

可見，帶兩邊拉力F1和F2的大小取決于預(yù)緊力F0和帶傳動(dòng)的有效拉力F。設(shè)P為帶傳動(dòng)傳遞的功率（kW），v為帶速（m/s），則帶傳遞的有效拉力為：

當(dāng)F超過(guò)帶與帶輪接觸面上摩擦力的極限值Ffmax時(shí)，帶將沿輪面產(chǎn)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為打滑。

帶傳動(dòng)即將打滑時(shí)，帶與帶輪間的摩擦力達(dá)到極限值，即有效拉力達(dá)到最大值，稱為最大有效拉力Fmax。

緊邊拉力F1與松邊拉力F2之間的關(guān)系可用柔韌體摩擦的歐拉公式表示，即：帶傳動(dòng)的最大有效拉力Fmax為：即V帶傳動(dòng)不打滑條件下所能傳遞的最大圓周力為Fmax。帶在正常傳動(dòng)情況下，必須使F＜Fmax。（三）帶的應(yīng)力分析

帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶中的應(yīng)力有拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、離心應(yīng)力。1.拉應(yīng)力

緊邊的拉應(yīng)力：σ1=F1/A，松邊的拉應(yīng)力；

σ2

=F2/A，如圖所示。傳動(dòng)皮帶應(yīng)力分布2.彎曲應(yīng)力

帶繞過(guò)帶輪時(shí)，因彎曲變形而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力：式中：E—帶的彈性模量，Mpa；h—帶的橫截面高度，mm；dd—帶輪的基準(zhǔn)直徑，mm。傳動(dòng)皮帶應(yīng)力分布3.離心應(yīng)力

當(dāng)帶繞過(guò)帶輪時(shí)，隨帶輪輪緣作圓周運(yùn)動(dòng)，帶本身的質(zhì)量將引起離心力：式中：m—每米帶長(zhǎng)的質(zhì)量，kg/m；v—帶速，m/s；A—帶的橫截面積，m2。（四）帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與傳動(dòng)比帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)示意圖

由于彈性滑動(dòng)的存在，導(dǎo)致從動(dòng)輪的圓周速度v2低于主動(dòng)輪的圓周速度v1。

彈性滑動(dòng)和打滑是兩個(gè)不同的概念。彈性滑動(dòng)是因帶兩邊的拉力差使帶兩邊的彈性變形不等所引起，是帶傳動(dòng)正常工作時(shí)不可避免的固有特性。打滑是因過(guò)載而引起，是可以避免的。四、V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）V帶傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則

根據(jù)帶傳動(dòng)的工作情況分析可知，V帶傳動(dòng)的主要失效形式有：打滑、帶疲勞破壞（脫層、撕裂或拉斷）。

傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證在帶不打滑的前提下，帶同時(shí)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。應(yīng)滿足以下要求：為由帶的疲勞壽命決定的許用應(yīng)力。（二）單根V帶的基本額定功率

單根V帶所能傳遞的功率是指在一定初拉力作用下，帶傳動(dòng)不發(fā)生打滑且有足夠疲勞壽命時(shí)所能傳遞的最大功率。帶傳動(dòng)既不打滑又有一定疲勞壽命時(shí)單根V帶所能傳遞的功率：

在載荷平穩(wěn)、傳動(dòng)比i=1（包角α=180o）、特定帶長(zhǎng)的工作條件下，單根V帶的所能傳遞的功率稱為單根V帶的基本額定功率P1。帶所能傳遞的功率與帶的長(zhǎng)度、帶輪的直徑、帶的型號(hào)、帶的速度等參數(shù)有關(guān)。普通A、B型V帶所能傳遞的基本額定功率P1數(shù)值如表6-7所示。

當(dāng)傳動(dòng)比i＞1時(shí)，由于從動(dòng)輪直徑大于主動(dòng)輪直徑，傳動(dòng)帶繞過(guò)從動(dòng)輪時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力低于繞過(guò)主動(dòng)輪時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。因此，工作能力有所提高，即單根V帶有一功率增量△P1，普通A、B型V帶△P1數(shù)值如表6-7所示。這時(shí)單根V帶所能傳遞的功率即為P1＋△P1。若實(shí)際工況下包角不等于180o、膠帶長(zhǎng)度與特定帶長(zhǎng)不同時(shí)，則應(yīng)引入包角修正系數(shù)Kα（表6-8）和帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL（表6-9）。這樣，在實(shí)際工況下，單根V帶所能傳遞的額定功率為：（三）V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)選擇1.設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí)一般需要給定的條件（1）傳動(dòng)的功率P；（2）大、小帶輪的轉(zhuǎn)速n2和n1；（3）傳動(dòng)的用途、工作情況和原動(dòng)機(jī)類型，以及工作制度；（4）對(duì)傳動(dòng)的尺寸要求等。2.V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)選擇（1）確定設(shè)計(jì)功率Pd

帶在工作時(shí)，欲傳遞的額定功率P一定時(shí)，由于傳動(dòng)的用途、工作情況和原動(dòng)機(jī)類型，以及工作制度等工況不同，帶傳動(dòng)傳遞的功率會(huì)有變化，因此為設(shè)計(jì)安全可靠，按設(shè)計(jì)功率Pd設(shè)計(jì)：KA是工況系數(shù)，見表6-10。（2）選擇V帶型號(hào)（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1和dd2

一般根據(jù)V帶的型號(hào)，參考表6-4選取小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1并滿足dd1≥dmin，即比規(guī)定的最小基準(zhǔn)直徑略大些。大帶輪基準(zhǔn)直徑可按dd2=（n1/n2）×dd1計(jì)算，然后按帶輪基準(zhǔn)直徑系列圓整，V帶帶輪基準(zhǔn)直徑系列見表6-4。（4）驗(yàn)算帶的速度（5）確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求初定中心距a0，或根據(jù)下式選定：初選后a0，初算V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：

根據(jù)上式算得的值，再按表6-2選定相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，然后再確定實(shí)際中心距a。由于V帶傳動(dòng)的中心距一般是可以調(diào)整的，所以可用下式近似計(jì)算a值。

安裝V帶而必須調(diào)整，因此，最小中心距為：

如V帶的初拉力靠加大中心距獲得，則實(shí)際中心距應(yīng)能調(diào)節(jié)。又考慮到使用中的多次調(diào)整，補(bǔ)償帶伸長(zhǎng)所需最大中心距為：（6）驗(yàn)算小帶輪上的包角如

較小，應(yīng)增大中心距a或用張緊輪。（7）確定V帶根數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)功率

，普通V帶的根數(shù)由下式確定：

為使每根V帶受力比較均勻，所以根數(shù)不宜太多，通常應(yīng)小于10根，否則應(yīng)改選V帶型號(hào)，重新設(shè)計(jì)。（8）確定初拉力

為了保證所需的傳遞功率，又不出現(xiàn)打滑，并考慮離心拉力的不利影響時(shí)，單根V帶適當(dāng)?shù)某趵椋?/p>

由于新帶容易松弛，所以對(duì)非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的初拉力應(yīng)為上述初拉力計(jì)算值的1.5倍。（9）確定作用在軸上的壓力

傳動(dòng)帶的緊邊拉力和松邊拉力對(duì)軸產(chǎn)生壓力，它等于緊邊和松邊拉力的向量和。但一般多用初拉力

，由下式求得：

式中，

是小帶輪上的包角；z是V帶根數(shù)。帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力五、帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)（一）帶傳動(dòng)張緊方法及裝置

常用的張緊方法如定期張緊、自動(dòng)張緊和張緊輪張緊三種。定期張緊裝置

自動(dòng)張緊裝置

張緊輪張緊裝置（二）帶傳動(dòng)的安裝和維護(hù)1）新舊V帶、不同廠家生產(chǎn)的V帶不能同組混用，以免各帶受力不均勻。新帶使用前，最好預(yù)先拉緊一段時(shí)間后再使用。2）安裝帶輪時(shí)，應(yīng)使兩帶輪軸線保持平行，兩輪對(duì)應(yīng)輪槽的中心線應(yīng)重合，偏斜角度小于20′（如圖），以