機(jī)械設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)

機(jī)械設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)第1頁(yè)/共72頁(yè)第2頁(yè)/共72頁(yè)第四章帶傳動(dòng)§1概述§2帶和帶輪§3帶傳動(dòng)的幾何計(jì)算§4帶傳動(dòng)的計(jì)算基礎(chǔ)§5V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算§6帶傳動(dòng)的張緊裝置第3頁(yè)/共72頁(yè)機(jī)器：動(dòng)力機(jī)傳動(dòng)裝置工作機(jī)T2T1n2n1運(yùn)動(dòng)形式A運(yùn)動(dòng)形式B匹配1、傳動(dòng)裝置的作用控制系統(tǒng)（1）進(jìn)行能量的分配（2）改變運(yùn)動(dòng)參數(shù)（3）改變運(yùn)動(dòng)形式以適應(yīng)工作機(jī)的需要一、傳動(dòng)概述§1概述第4頁(yè)/共72頁(yè)§1概述第5頁(yè)/共72頁(yè)動(dòng)力機(jī)傳動(dòng)裝置工作機(jī)電傳動(dòng)液、氣傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)摩擦輪傳動(dòng)（直接接觸）帶傳動(dòng)繩傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)（直接接觸）鏈傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)（有中間機(jī)件）凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、組合機(jī)構(gòu)摩擦傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)（有中間機(jī)件）2、傳動(dòng)裝置的類型第6頁(yè)/共72頁(yè)123n2n1二、帶傳動(dòng)組成及工作原理1、帶傳動(dòng)的組成

帶傳動(dòng)是在兩個(gè)或多個(gè)帶輪之間用帶作為撓性拉曳元件的一種摩擦傳動(dòng)。第7頁(yè)/共72頁(yè)2、帶傳動(dòng)的工作原理靜止時(shí)：帶張緊在帶輪上，產(chǎn)生初拉力，使帶與帶輪接觸面上產(chǎn)生一定的正壓力；工作時(shí)：主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)，帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力，靠摩擦力將主動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)傳給從動(dòng)軸。主動(dòng)輪帶從動(dòng)輪摩擦力摩擦力第8頁(yè)/共72頁(yè)三、帶傳動(dòng)的類型及特點(diǎn)1、根據(jù)截面形狀分2）V帶1）平帶3）多楔帶4）同步帶第9頁(yè)/共72頁(yè)第10頁(yè)/共72頁(yè)各種帶的應(yīng)用實(shí)例普通V帶六角帶窄V帶多楔帶平帶組V帶傳送帶寬V帶第11頁(yè)/共72頁(yè)2、按布置分開口傳動(dòng)：兩軸平行，ω1、ω2同向。交叉?zhèn)鲃?dòng)：兩軸平行，ω1、ω2反向。半交叉?zhèn)鲃?dòng)：兩軸交錯(cuò)，不能逆轉(zhuǎn)。第12頁(yè)/共72頁(yè)3、帶傳動(dòng)的特點(diǎn)1）帶有彈性——彈性滑動(dòng)，i不準(zhǔn)確。2）摩擦傳動(dòng)——過載打滑，保護(hù)損壞其他零件；磨損大、η低、壽命↓，壓軸力大。緩沖吸振、傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪音；3）中間撓性件——適于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)尺寸大。4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，成本低。123n2n1第13頁(yè)/共72頁(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)第14頁(yè)/共72頁(yè)傳動(dòng)比的準(zhǔn)確程度要求不高要求過載保護(hù)，中心距較大場(chǎng)合不可用于易燃、易爆場(chǎng)合外v=5~25m/si平≤5，iv≤7多級(jí)傳動(dòng)中，帶布置在高速級(jí)？？四、帶傳動(dòng)的應(yīng)用第15頁(yè)/共72頁(yè)第四章帶傳動(dòng)§2帶和帶輪第16頁(yè)/共72頁(yè)一、平帶和帶輪§2帶和帶輪普通平帶有接頭（傳動(dòng)不平穩(wěn)），高速帶無接頭。以橡膠和纖維制造的平帶國(guó)際上已淘汰，被各種高分子材料，如尼龍、聚氨脂等所替代。第17頁(yè)/共72頁(yè)二、V帶和帶輪1、V帶普通V帶、窄V帶、寬V帶應(yīng)用最廣美國(guó)50年代研制：承載高、尺寸小。用于調(diào)速機(jī)構(gòu)中。普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，共有七種型號(hào)：Y、Z、A、B、C、D、EGB/T1313575.1-92小大AYZEBCD第18頁(yè)/共72頁(yè)環(huán)形、無接頭（傳動(dòng)平穩(wěn)）楔角均為40°40°基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld為標(biāo)準(zhǔn)值（P179圖11.4）直徑小速度高場(chǎng)合V帶截面組成簾布結(jié)構(gòu)：一般傳動(dòng)繩芯結(jié)構(gòu)：柔韌性好第19頁(yè)/共72頁(yè)傳動(dòng)平穩(wěn)：無接頭傳動(dòng)能力強(qiáng)：楔形增壓與平帶相比平帶：V帶：當(dāng)量摩擦系數(shù)：§2V帶和V帶輪結(jié)構(gòu)2、V帶傳動(dòng)特點(diǎn)第20頁(yè)/共72頁(yè)結(jié)論：在同樣大的張緊力下，V帶傳遞的摩擦力較大，所以能傳遞較大的功率。注意：Ff↑并非本身的f↑，而是工作面所受的正壓力↑之故。----楔形增壓原理§2V帶和V帶輪結(jié)構(gòu)第21頁(yè)/共72頁(yè)三、帶輪材料和結(jié)構(gòu)

1、材料：常用灰鑄鐵、鑄鋼、鋁合金第22頁(yè)/共72頁(yè)輪輻式腹板式實(shí)心式同步帶帶輪312第23頁(yè)/共72頁(yè)

輪緣1由三部分組成輪輻2輪轂3帶輪計(jì)算直徑：V帶------Ld

所在直徑平帶------外徑注：①D——節(jié)圓直徑②帶輪(輪槽）楔角是否等于帶的楔角40°？？③D已系列化④小帶輪直徑不能太小2、結(jié)構(gòu)第24頁(yè)/共72頁(yè)輪轂：安裝在軸上部分實(shí)心式：小直徑實(shí)心式腹板式：中等直徑腹板式輪輻式：大直徑輪輻式第25頁(yè)/共72頁(yè)第四章帶傳動(dòng)§3帶傳動(dòng)的幾何計(jì)算第26頁(yè)/共72頁(yè)§3帶傳動(dòng)的幾何計(jì)算（略）a、L、、——包角≤注意：第27頁(yè)/共72頁(yè)第四章帶傳動(dòng)§4帶傳動(dòng)的計(jì)算基礎(chǔ)第28頁(yè)/共72頁(yè)接觸面產(chǎn)生正壓力，帶兩邊產(chǎn)生等值初拉力F0。帶張緊在帶輪上→1、工作前：一、受力分析§4帶傳動(dòng)的計(jì)算基礎(chǔ)第29頁(yè)/共72頁(yè)2、工作時(shí)：緊邊：帶進(jìn)入主動(dòng)輪一邊，F(xiàn)0↑F1，拉緊（下）松邊：帶繞出主動(dòng)輪一邊，F(xiàn)0↓F2，放松（上）→：輪對(duì)帶摩擦力，→：帶對(duì)輪摩擦力工作時(shí)，由于摩擦力作用，形成緊邊、松邊：(F0)(F0)第30頁(yè)/共72頁(yè)3、各力之間關(guān)系？（Ⅱ）取主動(dòng)輪一端帶為分離體ΣFfF2F1O1ΣMO1=0ΣFf=F1-F2（Ⅲ）取主動(dòng)輪為分離體ΣFfT1ΣMO1=0ΣFf=2T1/D1（Ⅰ）變形協(xié)調(diào)條件：帶是彈性體——總長(zhǎng)不變緊邊拉力增量=松邊拉力減量。即：F1-F0=F0-F2F1+F2=2F0……①第31頁(yè)/共72頁(yè)即：帶傳動(dòng)的有效圓周力等于帶與帶輪的摩擦力，即緊邊與松邊的拉力差。

ΣFf↑→F↑，但ΣFf有極限值，當(dāng)F>ΣFflim時(shí)，會(huì)打滑。當(dāng)ΣFf=ΣFflim時(shí)，F(xiàn)=Fmax。而帶傳動(dòng)的有效圓周力：（有效拉力）F=ΣFf=F1-F2∴

…………

②如何求Fmax？第32頁(yè)/共72頁(yè)v<10m/s：離心力不計(jì)（推導(dǎo)：P183圖11.8）c、當(dāng)處于打滑臨界狀態(tài)時(shí)，有：……③

μ——摩擦系數(shù)；α——包角，取α1?！獡闲泽w摩擦歐拉公式由①、②

③、式→對(duì)于V帶：μ→μv第33頁(yè)/共72頁(yè)若v<10m/s：討論：1）F0↑——Fmax↑，但F0過大，帶磨損↑，壽命↓，軸和軸承受力↑；3）f↑——Fmax↑，V帶μv大，承載比平帶強(qiáng)。不能增大粗糙度，應(yīng)通過材料匹配↑f。2）α1↑——Fmax↑，故水平布置時(shí)，松邊在上，以增大包角；離心力產(chǎn)生的離心拉力Fc=qv2第34頁(yè)/共72頁(yè)第35頁(yè)/共72頁(yè)第36頁(yè)/共72頁(yè)2、離心應(yīng)力σcq——單位帶長(zhǎng)質(zhì)量ρ——帶密度3、彎曲應(yīng)力當(dāng)帶型號(hào)，材料一定時(shí)，當(dāng)i>1時(shí)，r1<r2σb1>σb2∴小帶輪直徑不能太小∴帶內(nèi)最大應(yīng)力：1、拉應(yīng)力σ1=F1/A（緊邊拉力）σ2=F2/A（松邊拉力）σ1>σ2二、帶的應(yīng)力第37頁(yè)/共72頁(yè)第38頁(yè)/共72頁(yè)帶的最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊進(jìn)入小帶輪處c（點(diǎn)）:

帶是在變應(yīng)力下工作的，帶循環(huán)一周，應(yīng)力變化4次，因此在變應(yīng)力下，帶容易發(fā)生疲勞失效。結(jié)論：1、帶內(nèi)最大應(yīng)力發(fā)生在：緊邊開始繞上小帶輪處；3、σb占比例最大，D↓σb↑∴每種帶選擇D>Dmin。2、帶在變應(yīng)力狀態(tài)下工作防疲勞失效：；第39頁(yè)/共72頁(yè)1、彈性滑動(dòng)原因分析：帶為彈性體，受力不同伸長(zhǎng)不等，產(chǎn)生帶與帶輪之間的滑動(dòng)。主動(dòng)輪1：ABF1F2LV帶<V輪1從動(dòng)輪2：CDF2F1LV帶>V輪2V輪1>

V輪212三、彈性滑動(dòng)與打滑第40頁(yè)/共72頁(yè)結(jié)論1）彈性滑動(dòng)是由于拉力差引起的帶的彈性變形而產(chǎn)生的滑動(dòng)現(xiàn)象。2）彈性滑動(dòng)是不可避免的，是帶傳動(dòng)的固有特性。（只要帶工作，必存在有效圓周力，必有拉力差）3）速度關(guān)系：v輪1>v輪2彈性滑動(dòng)定義：是帶與帶輪之間局部而微小的相對(duì)滑動(dòng)。第41頁(yè)/共72頁(yè)滑動(dòng)率ε表示：傳動(dòng)比通常ε=1%~2%,不計(jì)ε時(shí)：

i=n1/n2=D2/D14）后果：a、v輪2<v輪1，i不準(zhǔn)確；b、η↓；c、引起帶的磨損；d、帶溫度↑，壽命↓。第42頁(yè)/共72頁(yè)2、打滑當(dāng)F＞Ｆmax時(shí)，帶會(huì)在帶輪上全面滑動(dòng)，使傳動(dòng)失效——“打滑”?？偨Y(jié)：1）打滑是過載造成的，∴打滑是可以避免的。2）打滑過程中：ε↑↑，v2↓↓，傳動(dòng)失效。3）η↓↓，磨損↑↑，∴打滑必須避免。4）打滑首先發(fā)生在小帶輪上。（∵小帶輪上包角?。┑?3頁(yè)/共72頁(yè)1、區(qū)別彈性滑動(dòng)是帶傳動(dòng)的固有特性，是不可避免的。3、彈性滑動(dòng)與打滑的區(qū)別和聯(lián)系打滑是一種失效形式，是可以避免的，且必須避免。2、聯(lián)系

F↑→ε↑，當(dāng)F＞Ｆmax時(shí)，ε↑↑，彈性滑動(dòng)→打滑。εＦmaxF彈性滑動(dòng)區(qū)打滑區(qū)第44頁(yè)/共72頁(yè)帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)曲線第45頁(yè)/共72頁(yè)第46頁(yè)/共72頁(yè)第47頁(yè)/共72頁(yè)4、帶傳動(dòng)的疲勞強(qiáng)度1、失效形式：打滑和疲勞破壞

（脫層、疲勞斷裂）。2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在不打滑前提下，使帶具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。第48頁(yè)/共72頁(yè)3、單根V帶所能傳遞的功率：不打滑條件：最大有效圓周力為：不疲勞破壞：特定條件下：P0（α1=α2=180°，特定帶長(zhǎng)，載荷平穩(wěn)）(見P191表11.8)第49頁(yè)/共72頁(yè)五、提高工作能力措施1、增大摩擦系數(shù)μ↑—→Fmax↑（∵ΣFf↑）與帶和帶輪材料、表面狀況、工作環(huán)境有關(guān)。1）材料配對(duì)2）采用V帶：當(dāng)量摩擦系數(shù)μv≈1.7μ。第50頁(yè)/共72頁(yè)2、適當(dāng)增大F0F0↑——正壓力↑——ΣFf↑——Fmax↑——Pmax↑但：F0↑↑內(nèi)應(yīng)力↑↑——帶疲勞壽命↓帶的磨損↑——壽命↓∴應(yīng)嚴(yán)格控制F0大小。F0↓↓——帶傳動(dòng)的工作能力不能充分發(fā)揮，易打滑。為保證工作中初拉力不變，可設(shè)計(jì)張緊裝置。3、增大包角αα↑→Fmax↑當(dāng)i>1時(shí)：α1<α2，打滑從小帶輪開始，∴限制α1不能太小。第51頁(yè)/共72頁(yè)結(jié)論：1）α1≥120°3）采用張緊裝置。2）水平或近似水平布置：松邊在上。4、采用新型帶傳動(dòng)大楔角V帶、多楔帶、同步帶等。5、采用高強(qiáng)度材料6、盡量在最佳速度下工作極限速度：P=0，F(xiàn)1全部用來克服Fc

。最佳速度：第52頁(yè)/共72頁(yè)第四章帶傳動(dòng)§5V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算第53頁(yè)/共72頁(yè)一、原始數(shù)據(jù)1、傳遞的功率2、轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比3、傳動(dòng)對(duì)外廓尺寸的要求4、傳動(dòng)工作條件5、原動(dòng)機(jī)類型等等二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、確定帶的型號(hào)、根數(shù)、長(zhǎng)度2、帶輪直徑及結(jié)構(gòu)尺寸3、中心距4、F0、壓軸力FQ5、繪工作圖、設(shè)計(jì)張緊裝置等第54頁(yè)/共72頁(yè)三、設(shè)計(jì)步驟和方法1、選型號(hào)由計(jì)算功率Pc小輪轉(zhuǎn)速n1查選型圖確定帶型號(hào)Pc=KA·PP——名義功率KA——工作情況系數(shù)第55頁(yè)/共72頁(yè)普通V帶選型圖若處于兩種型號(hào)交界處分別計(jì)算選優(yōu)第56頁(yè)/共72頁(yè)5、張緊力F0：P190式11.216、帶的根數(shù)z[P0]——單根V帶的實(shí)際使用功率，使用條件與實(shí)驗(yàn)條件不同。修正如下：——i≠1時(shí)，功率增量(P193，表11.10)——包角系數(shù)()(P190，表11.7)——長(zhǎng)度系數(shù)(非特定帶長(zhǎng))(P194，表11.12)——圓整承載不均第57頁(yè)/共72頁(yè)2、確定帶輪直徑1）帶型號(hào)→DminD1>Dmin2）驗(yàn)算帶速v↑—→Fc↑—→應(yīng)減小D1v↓，功率一定時(shí)—→F↑—→z↑—→帶輪寬度↑，軸承尺寸↑3）D2≈iD1或系列值由于取標(biāo)準(zhǔn)，使i變化，應(yīng)保證傳動(dòng)比相對(duì)誤差：第58頁(yè)/共72頁(yè)3、確定a、Lda↑—→結(jié)構(gòu)尺寸↑，高速時(shí)帶顫動(dòng)，α1不穩(wěn)定a↓—→結(jié)構(gòu)緊湊a↓↓—→α1↓——降低傳動(dòng)能力帶長(zhǎng)↓↓——帶繞轉(zhuǎn)次數(shù)↑——帶壽命↓∴經(jīng)驗(yàn)公式：2(D1+D2)≥a≥0.55(D1+D2)+h計(jì)算過程：1）由經(jīng)驗(yàn)公式初選a0；2）由式11.2—→L—→選標(biāo)準(zhǔn)值Ld；3）由式11.3—→a——變動(dòng)范圍4、驗(yàn)算包角α1、傳動(dòng)比i一般：α1≥120°、i≯7第59頁(yè)/共72頁(yè)8、帶輪設(shè)計(jì)9、張緊裝置7、計(jì)算壓軸力FQ第60頁(yè)/共72頁(yè)第四章帶傳動(dòng)§6帶傳動(dòng)的張緊裝置第61頁(yè)/共72頁(yè)兩軸平行或傾斜不大垂直或接近垂直1、定期張緊第62頁(yè)/共72頁(yè)演示注意：張緊輪位置2、自動(dòng)張緊3、張緊輪張緊第63頁(yè)/共72頁(yè)平帶傳動(dòng)：張緊輪宜裝于松邊外側(cè)(帶薄)靠近小輪,主要用以增大平帶傳動(dòng)包角。V帶傳動(dòng)：張緊輪不宜裝在緊邊,應(yīng)裝于松邊內(nèi)側(cè)(帶厚),使帶只受單向彎曲,且靠近大輪,防止小帶輪包角減小。圖示為帶傳動(dòng)的張緊方案，試指出不合理之處。張緊輪第64頁(yè)/共72頁(yè)例題11.1

計(jì)算一鼓風(fēng)機(jī)用普通V帶傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，功率P=7.5kW,轉(zhuǎn)速n