機械設計帶傳動課件

第15章帶傳動本章要點：帶傳動的類型、工作原理及應用帶傳動的失效及帶傳動的設計帶傳動的安裝與維護V帶傳動的參數(shù)選擇和設計計算應掌握內(nèi)容：1、組成固聯(lián)于主動軸上的帶輪1(主動輪)；固聯(lián)于從動軸上的帶輪2(從動輪)；緊套在兩輪上的傳動帶3。§15—1帶傳動的類型和特點

嚙合傳動：當主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（同步帶傳動）。2．傳動原理

摩擦傳動：當主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（平帶和Ｖ帶傳動）。3、傳動特點優(yōu)點：1）有過載保護作用（過載打滑)2）有緩沖吸振作用，運行平穩(wěn)無噪音（帶有彈性）3）適于遠距離傳動（中心距大）4）結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝精度要求不高，維護方便缺點：1）有彈性滑動使傳動比i不恒定2）張緊力較大（與嚙合傳動相比）軸上壓力較大3）結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊4）打滑，使帶壽命較短5）帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場合6）效率低。

二、帶傳動的類型1.應用:

帶傳動傳動的功率P≤100KW，帶速v=5-30m/s，平均傳動比i≤7，傳動效率為94%-96%。同步齒形帶的帶速為40-50m/s，傳動比i≤10，傳遞功率可達200KW,效率高達98%-99%。帶傳動主要用于要求傳動平穩(wěn),傳動比要求不嚴格的中小功率的較遠距離傳動。2.類型:1)摩擦式帶傳動按傳動帶的截面形狀分（1）平帶：

平帶的截面形狀為矩形，內(nèi)表面為工作面。平帶傳動，結(jié)構(gòu)簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應用較多。

（2）V帶：截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作表面。應用最廣的帶傳動是Ｖ帶傳動，在同樣的張緊力下，Ｖ帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。

(3）多楔帶：它是在平帶基體上由多根V帶組成的傳動帶。可傳遞很大的功率。多楔帶傳動兼有平帶傳動和Ｖ帶傳動的優(yōu)點，柔韌性好、摩擦力大，主要用于傳遞大功率而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合。

（4）圓形帶：橫截面為圓形。只用于小功率傳動。2)嚙合式帶傳動

同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小;傳遞功率大。用于要求傳動平穩(wěn),傳動精度較高的場合.(強力層為鋼絲繩,變形小;帶輪為漸開線齒形)配氣機構(gòu)3)帶傳動傳動形式

開口傳動

交叉?zhèn)鲃?/p>

半交叉?zhèn)鲃覸帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶、大楔角V帶等。其中以普通V帶和窄V帶應用較廣，本章主要討論普通V帶傳動。

一、V帶的結(jié)構(gòu)和標準

1.結(jié)構(gòu):標準V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖所示。強力層的結(jié)構(gòu)形式有簾布結(jié)構(gòu)(制造方便,抗拉強度高)和線繩結(jié)構(gòu)(柔韌性好,抗彎強度高,適用帶輪直徑小,轉(zhuǎn)速較高場合)。

§15—2V帶與V帶輪2.標準:

按截面尺寸的不同分為Y、Z、A、B、C、D、E共7種型號，其截面尺寸已標準化。在同樣的條件下，截面尺寸大則傳遞的功率就大3.參數(shù)和尺寸:

節(jié)寬——節(jié)面的寬度bp。相對高度——V帶高度h與節(jié)寬bp之比。約為0.7(窄0.9)帶輪基準直徑——V帶輪上與所配V帶節(jié)寬bp相對應的帶輪直徑?；鶞书L度——帶節(jié)面長度(V帶在帶輪上張緊后，位于帶輪基準直徑上的周線長度Ld)節(jié)面——當V帶受彎曲時，長度不變的中性層。

因此，與普通v帶傳動相比，窄v帶傳動具有傳動能力更大、（比同尺寸普通v帶傳動功率大50％－150％）能用于高速傳動（v=35～45m/s）、效率高（達92％～96％）、結(jié)構(gòu)緊湊、疲勞壽命長等優(yōu)點。目前，窄v帶傳動已廣泛應用于高速、大功率的機械傳動裝置。4.帶的標記:

Z1400

GB11544-89帶型基準長度標準編號2.結(jié)構(gòu)和尺寸二、帶輪的材料與結(jié)構(gòu)

1.材料:轉(zhuǎn)速較高時宜采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時可用鑄鋁或塑料。通常采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150和HT200。S型：實心帶輪P型：腹板帶輪H型：孔板帶輪E型：橢圓輪幅帶輪§15—3帶傳動的受力分析和應力分析一.帶傳動的受力分析設帶的總長度不變，根據(jù)線彈性假設：F1－F0＝F0－F2；或：F1＋F2＝2F0；記傳動帶與小帶輪或大帶輪間總摩擦力為Ff，其值由帶傳動的功率P和帶速v決定。帶傳動尚未工作時，傳動帶中的預緊力為F0。帶傳動工作時，一邊拉緊，一邊放松，記緊邊拉力為F1和松邊拉力為F2。F1-F2=有效拉力F=摩擦力總和Ff

傳遞的功率(KW):式中:F—圓周力(N)

v—帶速(m/s)帶傳動在工作過程中帶上的應力有：二、帶傳動的應力分析拉應力：緊邊拉應力、松邊拉應力；離心應力：帶沿輪緣圓周運動時的離心力在帶中產(chǎn)生的離心拉應力；彎曲應力：帶繞在帶輪上時產(chǎn)生的彎曲應力。為了不使帶所受到的彎曲應力過大，應限制帶輪的最小直徑。槽型ZABCSPZSPASPASPCddmin/mm50751252006390140224工作時帶在變應力工作狀態(tài)下工作，隨著位置的不同，應力大小在不斷地變化，∴帶將產(chǎn)生疲勞破壞。由疲勞強度條件：——帶的許用拉應力三、帶的彈性滑動和打滑帶傳動在工作時，從緊邊到松邊，傳動帶所受的拉力是變化的，因此帶的彈性變形也是變化的。帶傳動中因帶的彈性變形變化而引起的帶與帶輪間的局部相對滑動，稱為彈性滑動?；蚱渲校阂虼?，傳動比為：彈性滑動導致：從動輪的圓周速度v2＜主動輪的圓周速度v1，速度降低的程度可用滑動率ε來表示：因帶傳動的滑動率ε=0.01-0.02,其值不大，可不予考慮。打滑:若帶的工作載荷加大，有效圓周力達到臨界值Fmax后，則帶與帶輪間會發(fā)生明顯顯著全面的相對滑動，即產(chǎn)生打滑。打滑將使帶的磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急速降低，帶傳動失效，這種情況應當避免。彈性滑動與打滑的區(qū)別A.現(xiàn)象：彈性滑動發(fā)生在繞出帶輪前帶與輪的部分接觸長度上打滑發(fā)生在帶與輪的全部接觸長度B.原因：彈性滑動：帶兩邊的拉力差，帶的彈性打滑：過載C.結(jié)論：彈性滑動不可避免打滑可避免

15.4普通V帶傳動的設計計算15.4.1設計準則和單根V帶的額定功率

根據(jù)帶傳動工作能力分析可知，帶傳動的主要失效形式有：①帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力；②帶發(fā)生疲勞破壞（經(jīng)歷一定應力循環(huán)次數(shù)后發(fā)生拉斷、撕裂、脫層）。因此帶傳動的設計準則為：①帶在傳遞規(guī)定功率時不發(fā)生打滑。②具有一定的疲勞強度和壽命。

普通V帶傳動的設計計算

普通V帶傳動的設計計算15.4.2帶傳動設計步驟和參數(shù)選擇已知條件：傳動的用途和工作情況，傳遞功率，主動輪和從動輪的轉(zhuǎn)速以及對外廓尺寸的要求等。設計內(nèi)容：確定V帶的型號，長度和根數(shù)，帶輪的材料，結(jié)構(gòu)和尺寸，中心距以及作用在軸上的力等。

普通V帶傳動的設計計算1．確定計算功率

Pc

PC＝KAP

2．選擇帶的型號

根據(jù)計算功率和主動輪（通常是小帶輪）轉(zhuǎn)速選擇V帶型號。

設計步驟：

普通V帶傳動的設計計算

普通V帶傳動的設計計算

普通V帶傳動的設計計算3．確定帶輪基準直徑

通常小輪直徑dd1不應小于表15-5所示的最小直徑，并應符合帶輪直徑系列。帶輪直徑系列見表15-5。4．驗算帶速v大帶輪直徑dd2應按直徑系列進行圓整。dd2＝i·dd1

普通V帶傳動的設計計算5．確定中心距a和膠帶長度Ld初步確定中心距ao，計算出實際中心距aa＝ao＋（Ld－Ldo）／2mm由表選取和Ld0相近的標準膠帶基準長度Ld。－0.015Ld

～＋0.03Ld中心距的變化范圍

普通V帶傳動的設計計算

普通V帶傳動的設計計算6．驗算小帶輪包角17．確定膠帶根數(shù)z8．計算預拉力F0和軸上壓力FQ

普通V帶傳動的設計計算

普通V帶傳動的設計計算15.6帶傳動安裝、張緊和維護15.6.1帶傳動的張緊和調(diào)整1.定期張緊浮動式張緊輪式2.自動張緊滑道式張緊輪式

帶傳動的安裝、張緊和維護初拉力的測定

帶傳動的安裝、張緊和維護

帶傳動的安裝、張緊和維護（1）安裝時，為避免帶的磨損，兩帶輪軸必須平行，兩輪輪槽必須對齊，否則將降低帶的使用壽命，甚至使帶從帶輪上脫落。（2）膠帶不宜與酸、堿或油接觸，工作溫度一般不應超過60℃。

帶傳動的安裝、張緊和維護15.6.2帶傳動的安裝與維護（3）帶傳動裝置應加防護罩。

（4）帶傳動中，如果有一根過度松弛或疲勞損壞時，應全部更換新帶。

帶傳動的安裝、張緊和維護附錄資料：不需要的可以刪除濾波器

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。在測試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。

廣義地講，任何一種信息傳輸?shù)耐ǖ溃劫|(zhì)）都可視為是一種濾波器。因為，任何裝置的響應特性都是激勵頻率的函數(shù)，都可用頻域函數(shù)描述其傳輸特性。因此，構(gòu)成測試系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)，諸如機械系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡、儀器儀表甚至連接導線等等，都將在一定頻率范圍內(nèi)，按其頻域特性，對所通過的信號進行變換與處理。一、濾波器的分類

根據(jù)濾波器的選頻作用，可將濾波器分為以下四類：

（1）低通濾波器

從0～f2頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信號中低于f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減。

（2）高通濾波器

與低通濾波相反，從頻率f1～∞，其幅頻特性平直。它使信號中高于f1的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于f1的頻率成分將受到極大地衰減。06三月2023一、濾波器的分類

（3）帶通濾波器

它的通頻帶在f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。

（4）帶阻濾波器

與帶通濾波相反，阻頻帶在頻率f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。

06三月2023一、濾波器的分類

低通濾波器和高通濾波器是濾波器兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器。例如：低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器，低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器。

帶通濾波器低通與高通濾波器的串聯(lián)帶阻濾波器低通與高通濾波器的并聯(lián)

06三月2023二、理想濾波器

理想濾波器是指能使通頻帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。也就是說，理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應為常數(shù)，相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應為零。

理想低通濾波器的頻率響應函數(shù)及圖形為：

06三月2023二、理想濾波器

分析上式所表示的頻率特性可知，該濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應函數(shù)h(t)為sinc函數(shù)，圖形如下圖所示。脈沖響應的波形沿橫坐標左、右無限延伸，從圖中可以看出，在單位脈沖輸入濾波器之前，即在t＜0時，濾波器就已經(jīng)有響應了。顯然，這是一種非因果關系，在物理上是不能實現(xiàn)的。由此知在截止頻率處呈現(xiàn)直角銳變的幅頻特性，或者說在頻域內(nèi)用矩形窗函數(shù)描述的理想濾波器是不可能存在的。實際濾波器的頻域圖形不會在某個頻率上完全截止，而會逐漸衰減并延伸到∞。三、實際濾波器

理想濾波器是不存在的，在實際濾波器的幅頻特性圖中，通帶和阻帶之間應沒有嚴格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內(nèi)的頻率成分不會被完全抑制，只會受到不同程度的衰減。所以，當一個信號經(jīng)過實際濾波器時，其帶寬B與響應建立時間T之間存在一個反比關系，即：

B·T=常數(shù)

帶寬標志著濾波器的分辨力，帶寬越窄，分辨力越高，但由上式可知濾波器達到穩(wěn)態(tài)輸出的時間會加長，反之，若想獲得較快的輸出，就要選擇帶寬較大的濾波器，但由此會導致濾波的精度下降。實際使用時，要綜合考慮這兩個因素。

06三月2023三、實際濾波器1、實際濾波器

實際濾波器描述的主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、品質(zhì)因數(shù)等。下圖是一個典型的實際帶通濾波器：

品質(zhì)因數(shù)Q：對于帶通濾波器，通常把中心頻率f0和帶寬B之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，其值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。

06三月2023三、實際濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器

在測試系統(tǒng)中，信號頻率相對來說不高，因此常用RC濾波器。RC濾波器電路簡單，抗干擾性強，有較好的低頻性能，并且選用標準的阻容元件易得，所以在工程測試的領域中經(jīng)常用到。

(1)一階RC低通濾波器

RC低通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：06三月2023三、實際濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器(2)一階RC高通濾波器

RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：06三月2023三、實際濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器(3)RC帶通濾波器

RC帶通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：06三月2023四、常用濾波器

頻譜分析：將信號通過中心頻率不同的多個帶通濾波器，則各個濾波器的輸出就反映了信號中在該通帶頻率范圍內(nèi)的量值，此過程稱為信號的頻譜分析，由此分析，也可摘取信號中某些特殊的頻率成分。頻譜分析時帶通濾波器的使用方法：（1）采用中心頻率可調(diào)的帶通濾波器。

（2）采用一組各自中心頻率固定、但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。06三月2023四、常用濾波器

用于頻譜分析裝置中的濾波器組，根據(jù)帶通濾波器中心頻率與帶寬之間的數(shù)值關系，可分為兩種：

1、恒帶寬比濾波器

中心頻率與帶寬的比值（品質(zhì)因數(shù)）是不變的，稱為恒帶寬比帶通濾波器，優(yōu)點是用較少的帶通濾波器個數(shù)就可以覆蓋較大的頻率范圍，缺點是中心頻率越高，帶寬也越寬，高頻濾波性能下降。

06三月2023四、常用濾波器1、恒帶寬比濾波器恒帶寬比帶通濾波器為使各個帶通濾波器組合起來后能覆蓋整個要分析的信號頻率范圍，其帶通濾波器組的中心頻率是倍頻程關系，同時帶寬是鄰接式的，通常的做法是使前一個濾波器的上截止頻率與后一個濾波器的下截止頻率相一致，如下圖所示。這樣的一組濾波器將覆蓋整個頻率范圍，稱之為“鄰接式”的。06三月2023四、常用濾波器2、恒帶寬濾波器

帶寬B不隨中心頻率而變化，稱為恒帶寬帶通濾波器，其優(yōu)點是不論帶通濾波器的中心頻率處在任何頻段上，帶寬都相同，即分辨力不隨頻率變化，缺點是在覆蓋頻率范圍相同的情況下，要比恒帶寬比濾波器使用較多的帶通濾波器。

06三月2023第四節(jié)信號的放大為保證測量精度，要求放大電路具有如下：足夠的放大倍數(shù)；高輸入阻抗，低輸出阻抗；高共模抑制能力；低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流。說明：集成運算放大器具備上述特點。一、基本放大電路反相放大器：輸入阻抗低、易對傳感器形成負載效應；同相放大器：輸入阻抗高、易引入共模干擾；差分放大器：不能提供足夠的輸入阻抗和共模抑制比；二、儀器放大器典型的儀器放大電路由三個集成運放構(gòu)成的，如圖所示。兩個輸入端分別是兩個集成運放Ａ１、Ａ２的同相輸入端，因此輸入電阻很高。Ａ３構(gòu)成差分放大電路，兩邊電阻對稱，可以消除上述遠距離測量時的共模干擾。同時當Ａ１、Ａ２輸出端上產(chǎn)生的漂移電壓對稱時，在Ａ３輸出ｕｏ中也被消除。因此該電路有很高的共模抑制能力和較低的輸出漂