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131 带传动的类型和应用,第十三章 带传动与链传动,132 带传动的受力分析,134 带传动的弹性滑动和传动比,133 带的应力分析,136 V带轮的结构,138 链传动的特点和应用,1310 链传动的运动分析和受力分析,135 普通V带传动的计算,139 链条和链轮,1312 滚子链传动的计算,挠性传动 ,通过中间挠性件传递运动和动力的传动机构;由主动轮、从动轮和传动带所组成。包括:带传动、链传动和绳传动。,挠性传动的工作原理 ,摩擦传动:,平带、V带、多楔带、圆带等。,啮合传动:,同步带、链传动等。,带传动和链传动适用于两轴中心距较大的传动场合。,简述,13-1 带传动的类型和应用,一、带传动工作原理,二、主要类型和应用,三、带传动参数,四、带传动的张紧方式,五、带传动的特点和主要性能,驱动力矩使主动轮转动时,依靠带和带轮接触面 间的摩擦力的作用,拖动从动轮一起转动,由此传递 一定的运动和动力。,一、工作原理:,二、主要类型与应用,最简单,截面形状 为矩形,其工作面是与轮面接触的内 表面。适合于高速转动或中心距a较 大的情况。,1.平型带传动 ,2.V带传动 ,三角带,截面形状为 等腰梯形,与带轮轮槽相接触的两 侧面为工作面,在相同张紧力和 摩擦系数情况下,V带传动产生 的摩擦力比平带传动的摩擦要大, 故具有较大的牵引能力,结构更加 紧凑,广泛应用于机械传动中。,截面形状为圆形,牵引能力小,常用于仪器和家用电器中。,3.多楔带传动,4.圆形带,相当于平带与多 根V带的组合兼有两者的优点,适 于传递功率较大要求结构紧凑场合。,三、带传动参数,两轴平行且回转方向相同的传动称为开口传动。,设小、大带轮的直径为d1、 d2 ,带长为L。,当带处于张紧状态时,两带轮轴线间的距离称为中心距a。,带与带轮接触弧所对的中心角称为包角 。,则包角,中心距a:,包角:,代入,式中“”适用大轮包角2, “”适用小轮包角1,带长L:,A,D,C,B,已知带长L,由上式可得中心距:,四、带传动的张紧方式,带传动常用的张紧方法是调节中心距。,中心距不能调节,可采用具有张紧轮的装置。,五、带传动的特点,优点:,1)适用于中心距较大的传动;,2)带具有良好的挠性,可缓和冲击吸收振动;,3)具有过载保护作用;,4)结构简单,成本低。,缺点:,1)外廓尺寸大;2)需要张紧装置; 3)由于带的打滑,不能保持精确的传动比; 4)带的寿命短;5)传动效率低。,带传动的主要性能:,带的速度V:,一般为V=525ms ;,单级传动比:平型带45,V(三角)带710, 同步齿型带10 ;,4)结构简单,成本低。,通常,带传动用于中小功率电动机与工作机械之间的动力传递。目前V带传动应用最广。近年来平带传动的应用已大为减少。但在多轴传动或高速情况下,平带传动仍然是很有效的。,传动比i:,效率 :,传动效率0.900.95,13-2 带传动的受力分析,一、带传动的受力分析,二、带传动的最大有效圆周拉力,三、影响最大有效圆周拉力的 几个因素,一、带传动的受力分析,安装时,带必须以一定的初拉力张紧在带轮上.,F1,带工作前:,带工作时:,此时,带只受初拉力F0作用,F2,F2,松边 退出主动轮的一边,紧边 进入主动轮的一边,由于摩擦力的作用:,紧边拉力 - 由 F0 增加到 F1;,松边拉力 - 由 F0 减小到 F2 。,Ff 带轮作用于带的摩擦力,F1,F = Ff = F1 F2,F 有效拉力,即圆周力,带是弹性体,工作后可认为其总长度不变,则:,紧边拉伸增量 松边拉伸减量,紧边拉力增量 松边拉力减量 F,因此:,F1 F0 F,F2 F0 F,F0 (F1 F 2) / 2,F1 F0 F/2,F2 F0 F/2,由F = F1 F2,得:,带所传递的功率为:,P F v /1000 kW,v 为带速,P 增大时, 所需的F (即Ff )加大。但Ff 不可能无限增大。,打滑:,二、带传动的最大有效圆周拉力,当带所传递的圆周力F超过带与轮面之间的极限摩擦力总和Ff时,带与带轮将发生显著的相对滑动。,当Ff 达到极限值Fflim 时,带传动处于即将打滑的临界状态。此时, F1 达到最大,而F2 达到最小。,欧拉公式反映了带传动丧失工作能力之前,紧、松边拉力的最大比值,当带有打滑趋势时,摩擦力达到极限值, 带的有效拉力也达到最大值。推导得到松紧边拉力 F1 和 F2 的关系:,f 为摩擦系数;为带轮包角,柔韧体摩擦欧拉公式,联解:,F = F1 F2,得带即将打滑时,三力计算公式:,F 此时为不打滑时的最大有效拉力,,将F1 F0 F/2代入上式:,正常工作时,有效拉力不能超过此值,整理后得:,三、影响最大有效圆周拉力的几个因素:,F 与F0 成正比,增大F0有利于提高带的传动能力,避免打滑。,但F0 过大,将使带发热和磨损加剧,从而缩短带的寿命。,带所能传递的圆周力增加,传, ,F,动能力增强,故应限制小带轮的最小包角 1。,f,F,传动能力增加,对于V带,应采用当量摩擦系数 fv,由此可见: V带与平带传动相 比,在相同预拉力时,法向反 力不等,因此可以传递更大的 功率。,平带:,V带:,13-3 带的应力分析,1、紧边和松边拉力 产生的拉 应力,2、离心力产生的拉应力,3、带弯曲而产生的弯曲应力,1、拉力F1、F2 产生的拉应力1 、2,由离心力产生的拉应力;,由弯曲产生的弯曲应力。,紧边拉应力:,1 F 1/A MPa,松边拉应力:,2 F2 /A MPa,由紧边和松边拉力产生的拉应力;,工作时,带横截面上的应力由三部分组成:,A 带的横截面积,,带的应力分析,2、离心力产生的拉应力c,带绕过带轮作圆周运动时会产生离心力。,设:,作用在微单元弧段dl 的离,心力为dFNC,则,截取微单元弧段dl 研究,其两端拉力Fc 为离心力引起的拉力。,由水平方向力的平衡条件可知:,微单元弧的质量,带速(m/s),带单位长度质量(kg/m),带轮半径,微单元弧对应的圆心角,取:,虽然离心力只作用在做圆周运动的部分弧段,,即:,则离心拉力 Fc 产生的拉应力为:,注意:,但其产生的离心拉力(或拉应力)却作用于带的全长,且各剖面处处相等。,带绕过带轮时发生弯曲,由材力公式 得带的弯曲应力:,节线至带最外层的距离,带的弹性模量,显然:,dd,故:,b 1 b 2,带绕过小带轮时的弯曲应力,带绕过大带轮时的弯曲应力,与离心拉应力不同,弯曲应力只作用在绕过带轮的那一部分带上 。,dd,b ,3、带弯曲而产生的弯曲应力b,带横截面的应力为三部分应力之和。,最大应力发生在:,紧边开始进入小带轮处。,带受变应力作用,这将使带产生疲劳破坏。,各剖面的应力分布为:,由此可知:,带传动一周,完成两个应力循环 带的寿命为T时,带的应力循环总次数为N,13-4 带传动的弹性滑动和传动比,1、弹性滑动,2、传动比,两种滑动现象:,打 滑, 是指由于过载引起的全面滑动,是带传动的一种失效形式,应当避免。,弹性滑动,是指正常工作时的微量滑动现象,是由拉力差(即带的紧边与松边拉力不等)引起的,不可避免。,弹性滑动是如何产生的?,因 F1 F2,1、弹性滑动,故松紧边单位长度上的变形量不等。,当带绕过主动轮时,由于拉力逐渐减小,所以带逐渐缩短,这时带沿主动轮的转向相反方向滑动,使带的速度V落后于主动轮的圆周速度V1.,同样的现象也发生在从动轮上。但情况有何不同?,弹性滑动是由弹性变形和拉力差引起的。,由此可见:,当带绕过从动轮时,由于拉力逐渐增大,所以带逐渐伸长,这时带沿从动轮的转向相同方向滑动,使带的速度V超前于从动轮的圆周速度V2.,弹性滑动引起的不良后果:,设d1、d2为主、从动轮的直径,mm;n1、n2为主、从动轮的转速,r/min,则两轮的圆周速度分别为:, 产生摩擦功率损失,降低了传动效率 ;, 引起带的磨损,并使带温度升高 ;, 使从动轮的圆周速度低于主动轮 ,即 v2 v1;,传动比i:,反映了弹性滑动的大小, 随载荷的改变而改变。载荷越大,越大,传动比的变化越大。,滑动率,带的弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率。,2、传动比,实际传动比,理论传动比,对于V带: 0.010.02,一般计算时可忽略不计,从动轮的转速n2:,例题P199,一平皮带传动,传递的功率P=15kW,带速v=15m/s,带在小轮上的包角1=170o (2.97rad),带的厚度=4.8mm,宽度 b=100mm,带的密度=110-3kg/cm3,带与轮面间的摩擦系数f=0.3。 求(1)传递的圆周力; (2)紧边、松边拉力; (3)由于离心力在带中引起的拉力; (4)所需的预拉力; (5)作用在轴上的压力。,例题P199,(1)传递的圆周力,(2)紧边、松边拉力,(3)求由于离心力产生的拉力:,该平带每米长的质量为:,(4)所需的预拉力,(5)作用在轴上的压力,13-5 普通V带传动的计算,一、带的规格,二、单根普通带的许用功率,三、普通带的型号和根数,四、带的主要参数,外包层,一、带的规格,抗拉体是承受负载拉力的主体。,顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩。,外壳用橡胶帆布包围成型。,1、带的结构,2、带的节线与节面,当带受纵向弯曲时,在带中保持原长度不变的任 一条周线称为节线。,由全部节线构成的面称为节面。带的节面宽度成为 节宽(bd),当带受纵向弯曲时,节宽保持不变。,3、带的型号,普通v带:楔角为40o,相对高度(h/bd)为0.7的三角带。,普通v带已标准化,根据截面尺寸,可以分成七种型号,分别是Y E。,带轮的基准直径d:,4、名词解释:,带轮上与所配用的v带的节面宽度bd相对应的直径。,皮带在规定的张紧力下,位于带轮基准直径上的周线长度。,皮带的基准长度Ld:,皮带的公称长度Li:,皮带的内周长度。,2、单根V带的许用功率 承载能力计算,二、单根普通带的许用功率,1、带传动的主要失效形式, 打 滑, 带与带轮之间的显著滑动,过载引起。, 疲劳断裂, 变应力引起。,在保证不打滑的前提下,具有足够的 疲劳寿命。,要保证带的疲劳寿命,应使最大应力不超过许用应力:,不疲劳的要求,或:,带设计准则:,根据欧拉公式,即将打滑时的最大有效拉力为:,由此得单根带所能传递的功率:,不打滑的要求,则:,此式包含了不打滑、不疲劳两个条件。,P203表133列出了在特定条件下单根普通V带所能传递的功率,称为基本额定功率 P0 。,特定条件:,传动平稳;,i 1,12;,特定带长Ld,当实际工作条件与特定条件不同时,要对P0 值加以修正,即可得到实际工作条件下,单根普通带所能传递的功率,称为许用功率 P0 :, K ,包角修正系数。包角不等于,传动能力有所下降,引入包角修正系数K 。 K1, KL ,带长修正系数 KL。带越长,单位时间内的应力循环次数越少,则带的疲劳寿命越长。相反,短带的寿命短。引入带长修正系数 KL 。, P0 ,传动比 i 1,从动轮直径增大,b2减小,,功率增量,,P1可查P204表13-4,传动能力提高,则额定功率增加。,三、普通带的型号和根数的确定,计算功率和根数的计算式:,工况系数,查表136。,计算功率:,根数:,四、主要参数的选择,1. 带轮直径和带速,大带轮的基准直径:,带速:,要求:最佳带速V=2025m/s,小轮直径d1应该大于等于最小直径dmin,见表137。,离心力太大,带与轮的正压力减小,摩擦力,传递载荷能力,V太小:,由P=FV可知,传递同样功率P时,圆周力F太大,寿命,V太大:,2.中心距、带长和包角,3.预拉力,13-6 带轮的结构,一、带轮材料,二、结构尺寸,三、带轮楔角与
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