機械設計基礎（第5版）課件：撓性傳動（一）

撓性傳動（一）帶傳動潘存云教授研制第一節(jié)帶傳動概述1.組成主動帶輪1從動帶輪2傳動帶32.工作原理工作時，靠帶和帶輪間的摩擦或嚙合來傳遞運動和動力。帶傳動示意圖1－主動帶輪2－從動帶輪3－傳動帶一、帶傳動的類型

根工作原理的不同，帶傳動分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動。按照帶的截面形狀，摩擦型帶傳動分為平帶、V帶、圓帶和多楔帶等。嚙合型帶傳動為同步帶傳動。帶傳動的類型a)平帶b)V帶c)圓帶d)多楔帶e)同步帶二、帶傳動的特點及應用優(yōu)點：①適用遠距離傳遞運動和動力，改變帶的長度可適應不同的中心距；②傳動帶具有彈性，可以起到緩沖、吸振的作用，傳動平穩(wěn)、噪聲??；③過載時，帶在帶輪上打滑，可防止其他零部件損壞，起安全保護作用；④結構簡單，制造和維護方便，成本低廉。缺點：①帶傳動外廓尺寸大，結構不緊湊；②帶與帶輪間有相對滑動，不能保證準確的傳動比；③傳動效率較低，帶的壽命較短；④需要設置張緊裝置。應用：用于傳遞功率不大（≤50kW），速度適中（v＝5～25m/s），傳動比要求不嚴格，中心距較大的場合；不宜用于高溫、易燃等場合。在多級傳動系統(tǒng)中，通常將其置于高速級，可起到過載保護作用，還可減小其結構尺寸和重量。第二節(jié)帶傳動的工作情況分析一、受力分析1．初拉力F0

安裝帶傳動時，必須將傳動帶張緊在帶輪上。當帶傳動靜止時，帶上各處所受拉力均相同，此拉力稱為初拉力，用F0表示。2．有效拉力Fe、緊邊拉力F1

和松邊拉力F2

當傳遞載荷時，在帶和帶輪間產生摩擦力，使帶兩邊的拉力發(fā)生變化。

進入主動輪一邊的帶被進一步拉緊，拉力由F0增大到F1,稱為緊邊。

進入從動輪的一邊，相應被放松，拉力由F0減小到F2,稱為松邊。緊松邊的拉力差值稱為有效拉力Fe,即帶傳遞的圓周力。其值等于帶與帶輪間的摩擦力總和Ff。3．歐拉公式

帶傳動是摩擦傳動，當初拉力F0一定時，摩擦力的極限值就一定。當Fe>Fflim時，帶傳動打滑，使磨損加劇、效率降低、傳動失效。

當帶傳動出現(xiàn)打滑趨勢時，摩擦力達到最大值。根據理論力學可推導出此時帶緊、松邊拉力的關系式。歐拉公式：e=2.718(自然對數的底)f—摩擦因數α—小帶輪包角(red)

歐拉公式表示帶傳動處于打滑臨界狀態(tài)時帶松、緊兩邊拉力的關系。是柔韌體摩擦計算的理論基礎。平帶：V帶：

—當量摩擦因數4．帶所能傳遞的最大有效拉力

設帶工作時帶的總長不變，則其松、緊邊拉力的增、減量相等。即：F1-F0=F0-F2F1+F2=2F0聯(lián)解：F1-F2=FeF1+F2=2F0得：F1=F0+Fe/2F2=F0-Fe/2代入歐拉公式：N

最大有效拉力Fec與初拉力F0成正比，并隨摩擦因數f及小輪包角α的增大而增大。

二、應力分析1.由工作拉力產生的拉應力緊邊：松邊：2．離心拉應力q—每米帶長的質量

kg/mm/s帶工作時的應力分布情況3．彎曲應力

E—帶的彈性摸量

dd—帶輪基準直徑

h—帶的高度

帶在工作過程中，各點的應力大小是不同的，最大應力發(fā)生在帶的緊邊進入小帶輪處（圖中A點）。最大應力：三、帶傳動的彈性滑動和打滑1．彈性滑動

帶的緊邊拉力F1大于松邊拉力F2，帶繞過主動帶輪時拉力由F1逐漸減小到F2

，彈性變形逐漸減小，帶速滯后于主動輪；帶繞過從動帶輪時拉力由F2逐漸增大到F1，彈性變形逐漸加大，帶速超前于從動輪。致使帶繞過帶輪時在其結合面間發(fā)生相對滑動。（1）彈性滑動產生的原因a.帶是彈性體。b.松、緊邊存在拉力差。（2）彈性滑動的發(fā)生過程

這種由帶的彈性變形引起的滑動稱為彈性滑動，是帶傳動的固有現(xiàn)象，是不可避免的。（3）彈性滑動對帶傳動的影響

彈性滑動造成從動輪丟轉，使傳動比不恒定，故帶傳動不能用于精密傳動。2．打滑

隨著工作載荷的增大，有效拉力Fe相應增大。當有效拉力Fe達到或超過帶與小帶輪之間摩擦力總和的極限值時，帶將在帶輪的整個接觸弧上發(fā)生相對滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。

打滑使帶的磨損加劇，使從動輪的轉速急劇降低甚至停止轉動，致使傳動失效。

打滑是由于過載引起的，是可以避免的。第三節(jié)V帶傳動的設計一、V帶的類型和結構V帶類型(普通V帶、窄V帶除外)a)寬V帶b)接頭V帶c)接頭V帶d)聯(lián)組V帶e)齒形V帶f)大楔角V帶V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、接頭V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶、大楔角V帶等類型，普通V帶應用最廣，近年來窄V帶應用趨于廣泛。2．V帶

V帶截面為等腰梯形，兩側面為工作面，工作面間的摩擦為楔面摩擦，承載能力較高，結構緊湊，主要用于工業(yè)機械設備中，以減小設備占地面積。

V帶制成無接頭環(huán)形，有各種標準長度供選用。（1）普通V帶

普通V帶按截面尺寸大小分為Y、A、B、C、D、E七種型號，由YE截面尺寸逐漸增大，承載能力相應提高。普通V帶的結構a)

簾布芯結構b)繩芯結構

當V帶彎曲時，頂膠伸長，底膠縮短，只有在兩者之間的中性層長度保持不變，稱其為節(jié)面，節(jié)面寬度稱為節(jié)寬bp（見表8-1），帶彎曲時，節(jié)寬保持不變。帶的節(jié)面（線）長度稱為帶的基準長度，即帶的公稱長度，以Ld表示，其長度系列和帶長系數KL見表8-2。在V帶輪上，與相配用V帶的節(jié)寬

bp相對應的直徑稱為基準直徑dd，見表8-6。1）窄V帶

窄V帶采用合成纖維繩作抗拉體，與普通V帶相比，當高度相同時，其寬度約縮小1/3，而承載能力可提高1.5~2.5倍，適用于傳遞動力大而又要求傳動裝置緊湊的場合。

窄V帶按截面大小分SPZ、SPA、SPB、SPC四種。窄V帶的結構（3）V帶的其它類型2）多楔帶

多楔帶兼有V帶承載能力高及平帶撓性好的優(yōu)點，宜用于要求帶的根數較多、結構緊湊、傳遞功率較大的場合。3）圓帶

截面為圓形，適用于小功率的機械和儀器的傳動。如；縫紉機、錄音機等。4）同步帶

同步帶傳動是通過帶齒的環(huán)形帶與帶輪輪齒嚙合進行傳動，帶與帶輪間無相對滑動，傳動比準確，帶的柔性好，能緩沖、吸振。

同步帶傳動用于要求傳動比準確的中、小功率傳動。如：放映機、錄音機、磨床和紡織機械等。V=30~50m/s,i10η=0.98二、帶傳動的設計準則和單根V帶的基本額定功率

設計準則：在保證帶傳動不打滑的條件下，使帶具有一定的疲勞強度和壽命。

3．單根V帶的許用功率：

最大有效拉力：保證帶傳動不打滑的條件：Fe≤Fflim保證帶具有一定的疲勞強度的條件：或單根V帶所能傳遞的功率為單根普通V帶在載荷平穩(wěn)、包角α＝180°（i＝1）、特定帶長等特定條件下的基本額定功率P0值，如表8-3所示。

ΔP0

為考慮i

≠1時基本額定功率P0

的增量，ΔP0

值可根據傳動比i由表8-4中查得。三、V帶傳動的設計計算及參數選擇

原始數據：

傳動的用途，載荷的性質，傳遞的功率P，帶輪的轉速n1，傳動比i，傳動的位置要求以及外廓尺寸要求等。

設計內容：

①確定V帶的型號，基準長度Ld，根數z；

②確定帶輪的材料、基淮直徑dd1、dd2以及結構尺寸；

③計算傳動中心距a，傳動的初拉力F0及V帶對軸的壓力FQ；

④確定張緊裝置等。設計步驟：

1．確定計算功率PcPc=KAPkwP—傳遞的功率KA—工作情況系數P92表8-7

2．選擇帶的型號

普通V帶型號根據帶傳動的計算功率PC和小帶輪轉速n1，由圖8-8選取，當選擇的坐標點（PC、n1）位于圖中兩種型號分界線附近時，可按兩種型號分別計算，最后比較兩種方案的設計結果，擇優(yōu)選用。普通V帶選型圖3．確定帶輪基準直徑dd1、dd2

（1）選擇小帶輪基準直徑dd1

小帶輪基準直徑越小,帶傳動越緊湊,但彎曲應力越大,導致帶疲勞強度下降。dd1≥ddmin按表8-6選取V帶輪的最小基準直徑。（2）計算大帶輪基準直徑dd2

dd1、dd2應盡量按表8-6帶輪的基準直徑系列圓整，圓整后應保證傳動比誤差控制在±5％的允許范圍內。

4．驗算帶速vm/s

一般v=5~25m/s為宜

v=10~20m/s最佳。

帶速v過大，則因離心力加大，使帶與帶輪間的壓力減小，傳動能力下降；帶速過小，在傳遞相同功率時，則要求有效拉力Fe過大，所需帶的根數較多，載荷分布不均勻。分析：5．確定中心距a和帶的基準長度Ld

中心距過大，則結構尺寸大，易引起帶的顫動；中心距過小，在單位時間內帶的繞轉次數會增加，導致帶的疲勞壽命和傳動能力降低。

（1）初定中心距a0（2）初步計算的帶基準長度

由表8-2選取相近的標準基準長度Ld。（3）實際中心距α

考慮到安裝、調整和補償張緊的需要，實際中心距允許有一定變動范圍

6．驗算小帶輪包角α1

僅傳遞運動時，允許到α1＞90°。否則應加大中心距或減小傳動比，或者加裝張緊輪。

7．確定帶的根數zKα：小帶輪包角系數，見表8-7KL：帶長系數，見表8-2。計算結果應圓整。為使各根帶受力均勻，帶的根數不宜過多，一般z＜10，當z過大時，應改選帶的型號或加大帶輪基準直徑，重新計算。8．確定帶的初拉力F0

保持適當的初拉力是帶傳動正常工作的必要條件，初拉力F0過小，傳動能力減小，易出現(xiàn)打滑；F0過大，則帶的壽命低，對軸及軸承的壓力大。

初拉力F0的測量方法：在V帶與兩輪切點的跨度中點M處，對單根V帶施加一垂直于帶邊的力F，使帶沿跨距每100mm所產生的撓度y=1.6mm，按y＝1.6a/100確定。9．計算壓軸力FQ

計算V帶對軸的壓力FQ，是為設計軸和軸承，做準備。帶傳動作用在軸上的壓力

第四節(jié)V帶輪設計1．V帶輪的材料

常用材料為鑄鐵HT150或HT200，轉速較高時可用鋼制帶輪，小功率時可用鋁合金或工程塑料。2．V帶輪的結構

V帶輪由輪緣、輪幅、輪轂三部分組成。輪緣是安裝帶的部分，輪轂是與軸配合的部分，輪幅是連接輪緣和輪轂的部分。

結構型式可根據帶輪基準直徑的大小決定。

基準直徑dd

≤（2.5～3）d（d為軸的直徑）時，可采用實心式；dd≤300mm時，可采用腹板式或孔板式；dd＞300mm時，應采用輪幅式。實心式腹板式孔板式輪幅式dd≤(2.5~3)ddd≤300mmD1-d1≥100dd>350mm第五節(jié)帶傳動的張緊、使用和維護一、帶傳動的張緊滑道式

擺架式

為了使帶與帶輪間產生壓力，帶在安裝時必須張緊在帶輪上，帶傳動常用的張緊裝置有：（1）定期張緊裝置（2）自動張緊裝置張緊輪自動張緊裝置（3）張緊輪裝置二、帶傳動的使用和維護1.安裝時，應使兩輪軸線平行，兩輪輪槽處于同一平面內，避免帶發(fā)生扭曲使側面過度磨損。2.使帶在帶輪輪槽中處于正確位置。

錯誤錯誤正確V帶輪軸線安裝情況V帶在輪槽中的位置a)正確b)、c)錯誤3.使用多根V帶時應精心挑選，避免帶長誤差過大，使各根帶受力不均。4.帶傳動應設防護罩。5.應保持帶的清潔，避免與油、酸、堿等介質接觸，以防變質。也不宜在陽光下曝曬。思考題：1.為什么帶傳動應布置在傳動的高速級？2.為什么V帶論的輪槽角小于V帶的楔角？

3.試分析F0、i、dd1、v、a、α1各參數對帶傳動的影響。第六節(jié)

其它帶傳動簡介一、同步帶

同步帶的齒面與帶輪的齒槽作嚙合傳動，主、從動輪間能作無滑差的同步傳動。

特點：傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油、耐磨損，抗老化性能好，傳動效率達

99.5％

，傳遞功率從幾W到數百kW，傳動比可達10，線速度可達40m/s以上。

帶速v＞30m/s或高速軸轉速n1=10000～50000r/min，的平帶傳動屬于高速平帶傳動；帶速v≥100m/s的平帶傳動為超高速平帶傳動。二、高速平帶傳動

特點：

（1）帶速高，最高線速度可達80m/s，傳動比大。

（2）帶體薄、輕、軟，具有優(yōu)異的耐彎曲性能。

（3）強度高、伸長小，摩擦因數大，不易打滑，傳動效率可達80％以上。

（4）應用范圍廣，既能很好地用于小功率傳動（如掃描儀），又能用于大功率傳動（如大型鋼板冷軋機）。

（5）中心距較小，通常不使用張緊輪，中心距可調節(jié)。