机械设计带传动经典课件.ppt
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机械设计带传动经典课件.ppt
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机械设计带传动经典课件,带传动在各类机械中应用广泛,下面是一些应用实例。
8.1概述,带传动一般是由主动轮、从动轮紧套在两轮上的传动带及机架组成。
一、带传动的组成,主动轮:
T,n同向,从动轮:
T,n反向,8.1概述,二、带传动特点,1)带具有弹性,能缓冲、吸振,传动平稳,噪声小;,优点:
2)过载打滑,可防止其他零件损坏,起安全保护作用;,3)适用于中心距较大的场合;,4)结构简单,装拆方便,成本较低。
1)带在带轮上有相对滑动,传动比不恒定;,缺点:
2)传动效率低,带的寿命较短;,3)传动的外廓尺寸大;,4)需要张紧,支撑带轮的轴和轴承受力较大;,5)不宜用于高温、易燃等场合。
8.1概述,啮合传动:
当主动轮转动时,由于带和带轮间的啮合,便拖动从动轮一起转动,并传递动力(同步带传动)。
三、传动原理,摩擦传动:
当主动轮转动时,由于带和带轮间的摩擦力,便拖动从动轮一起转动,并传递动力(平带和带传动)。
8.1概述,平带、圆带、V带、多楔带,四、带传动分类,8.1概述,
(一)平带传动,平带传动,结构简单,带轮也容易制造,在传动中心距较大的场合应用较多。
8.1概述,平型带,8.1概述,
(二)V带传动,在一般机械传动中,应用最广的带传动是带传动,在同样的张紧力下,带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。
(两个侧面为工作面,楔形增压原理),8.1概述,1)普通V带,8.1概述,普通V带,8.1概述,2007年10月,2)窄V带,8.1概述,(三)多楔带传动,多楔带传动兼有平带传动和带传动的优点,柔韧性好、摩擦力大,主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。
8.1概述,多楔带,8.1概述,多楔带,8.1概述,(四)圆带传动,圆带传动:
传动能力较小,一般用于轻型和小型机械。
8.1概述,齿形V带,8.1概述,同步带传动是一种啮合传动,具有的优点是:
无滑动,能保证固定的传动比;带的柔韧性好,所用带轮直径可较小。
(五)同步带传动,8.1概述,同步带,8.1概述,同步带,8.1概述,五、带传动布置形式,8.1概述,第五章带传动,8.1概述,8.2V带和带轮,8.3带传动受力分析运动特性,8.4带设计计算,8.5带传动的张紧、安装,一、传动带(V带)的结构与参数,8.2V带和带轮,节宽,基准直径,当带垂至于底边弯曲时,在带中保持长度不变的周线(节线)所组成的面(节面)的宽度。
基准长度,与节宽相对应的带轮直径(节径)。
测量带轮基准直径上V带的周线长度,已标准化,8.2V带和带轮,V带的截面尺寸,8.2V带和带轮,1、V带轮设计的要求,结构工艺性好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀。
轮槽工作面要精细加工,以减少带的磨损。
各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使带的载荷分布较为均匀。
2、带轮的材料,通常采用铸铁,常用材料的牌号为HT150和HT200。
转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。
小功率时可用铸铝或塑料。
V带轮的典型结构有:
实心式、腹板式、孔板式和轮辐式。
3、结构与尺寸,带轮的基准直径定其结构形式,带的截型定其轮槽尺寸。
二、带轮,8.2V带和带轮,实心式,8.2V带和带轮,腹板式,8.2V带和带轮,孔板式,8.2V带和带轮,轮辐式,轮槽尺寸,8.2V带和带轮,第五章带传动,8.1概述,8.2V带和带轮,8.3带传动受力分析运动特性,8.4带设计计算,8.5带传动的张紧、安装,中心距a:
带处于规定张紧力时,两轮轴线间的距离。
带轮直径d1、d2:
分别指小、大带轮的基准直径。
带长L:
带的基准长度Ld。
包角:
分别指带与小、大带轮接触弧所对的圆心角。
带传动的工作情况分析是指带传动的受力分析、应力分析、运动分析。
一、几何参数,8.3带传动受力分析运动特性,34,设带的总长度不变,根据线弹性假设:
F1F0F0F2;或:
F1F22F0;,带传动尚未工作时,传动带中的初拉力为F0。
带传动工作时,紧边拉力为F1和松边拉力为F2。
尚未工作状态,工作状态,1、紧边与松边,二、带传动的受力分析,8.3带传动受力分析运动特性,35,记传动带与小带轮或大带轮间总摩擦力为Ff,其值由带传动的功率P和带速v决定。
定义由负载所决定的传动带的有效拉力为FeP/v。
以主、从动轮上的带为研究对象,有:
FeFfF1F2,2、摩擦力分析,8.3带传动受力分析运动特性,36,当Ff达到极限Ffmax时,带的紧边拉力F1与松边拉力F2的关系可用柔性体摩擦公式表示为,应用一:
初拉力-所能传递的最大负载?
应用二:
负载-所需要的最小初拉力?
注意:
欧拉公式给出的是带传动在临界限状态下各力之间的关系(不计离心力)。
3、欧拉公式(柔韧体摩擦公式),8.3带传动受力分析运动特性,37,初拉力F0最大有效拉力Fec:
Ffmax与F0成正比。
F0越大,带与带轮之间的正压力越大,传动时的摩擦力就越大。
若F0过小,容易发生打滑。
但F0过大,带的寿命降低,轴和轴承受力大。
摩擦系数fv最大有效拉力Fec:
f越大,Ffmax越大。
摩擦系数与带和带轮的材料、表面状况、工作环境条件有关。
包角最大有效拉力Fec:
越大,Ffmax越大。
因增加,带与带轮间的接触弧间摩擦力总和增加,从而提高传递载荷的能力。
虽然最大有效拉力取决于初拉力、包角和当量摩擦系数的大小,但实际有效拉力Fe的数值与传动中的包角大小和摩擦系数无关,它是由传递的功率P和带的速度v所决定的。
8.3带传动受力分析运动特性,38,【例】平带传动:
P=15kW,a=170o,f=0.3,v=15m/s。
求:
(1)Fe
(2)F1,F2(3)所需的F0,【解】
(1)Fe=1000P/v=15000/15=1000N
(2)由F1-F2=1000及Euler联立即可a1=(170/180)*p=2.97rad注意单位!
efa=2.7180.3*2.97=2.44计算得:
F1=1694N,F2=694N(3)由2F0=F1+F2得,F0=1194N最小值!
8.3带传动受力分析运动特性,39,带传动在工作过程中带上的应力有:
拉应力:
紧边拉应力、松边拉应力;,离心拉应力:
带圆周运动时离心力在带中产生的拉应力;,弯曲应力:
带绕在带轮上时产生的弯曲应力。
三、带传动的应力分析,1、拉应力,8.3带传动受力分析运动特性,40,2、弯曲应力,带轮基准的直径越小,带越厚,带的弯曲应力越大。
普通V带传动,为防止过大的弯曲应力,对每种型号的V带都规定了最小带轮基准直径ddmin。
带的弯曲应力:
8.3带传动受力分析运动特性,41,3、离心拉应力,离心力对带产生的离心拉力为(q为线密度):
离心力产生的离心拉应力在带所有横剖面上相等:
离心力:
只存在于带的弯曲处,方向沿半径背离圆心。
离心拉力:
存在于带的每一质点,方向沿着带长方向。
8.3带传动受力分析运动特性,42,由拉力产生的拉应力,由离心力产生的离心拉应力,由皮带绕过带轮因弯曲而产生的弯曲应力,三种应力共同作用,使带处在交变应力条件下工作,故带易发生疲劳破坏。
位置:
数值:
带的紧边开始绕上小轮处,交变应力最大值,8.3带传动受力分析运动特性,8.3带传动受力分析运动特性,弹性滑动:
带传动中因带的弹性变形而导致的带与带轮之间的微量相对滑动。
主动轮:
V带弹性收缩,从动轮:
V带弹性伸长,后果:
从动轮的圆周线速度小于主动轮;传动效率下降;引起带的磨损;使带温度升高。
产生原因,固有特性,不可避免,带是弹性体两边拉力差,四、带传动的运动分析,8.3带传动受力分析运动特性,或,其中:
因此,传动比为:
弹性滑动导致:
从动轮的圆周速度v2主动轮的圆周速度v1,线速度降低的程度可用滑动率来表示:
当为12,在一般传动中可以不计。
8.3带传动受力分析运动特性,若带的工作载荷进一步加大,有效圆周力达到临界值Fec后,则带与带轮间会发生显著的相对滑动,即产生打滑。
打滑将使带的磨损加剧,从动轮转速急速降低,带传动失效,应尽力避免。
但当超载时,有过载保护的作用。
滑动弧与静止弧:
8.3带传动受力分析运动特性,第五章带传动,8.1概述,8.2V带和带轮,8.3带传动受力分析运动特性,8.4带设计计算,8.5带传动的张紧、安装,一、带传动的设计准则,带传动的设计准则:
在不打滑的条件下,具有一定的疲劳强度和寿命。
1)打滑:
当传递的圆周力F超过了带与带轮间摩擦力的总和的极限时,发生过载打滑,使传动失效。
2)疲劳破坏:
传动带在变应力的反复作用下,发生裂纹、脱层、松散,直至断裂。
带传动的主要失效形式,8.4带设计计算,二、单根V带的基本额定功率和额定功率,1、不打滑条件,2、疲劳强度条件,同时满足两个条件的最大功率为(单根V带的基本额定功率),不打滑,不疲劳破坏,FeFemax,8.4带设计计算,单根V带的基本额定功率P0是根据特定的实验和分析确定的。
特定实验条件:
传动比i=1、包角180、特定带长、平稳的工作载荷。
实际工作条件下单根V带所能传递的额定功率Pr(对P0修正),带长修正系数,包角修正系数,时的功率增量,Pr=,8.4带设计计算,三、带传动的设计,设计的原始数据(已知条件)为:
传动的用途和工作条件,所传递的功率P,主从动轮的转速n1、n2(或传动比i),传动位置要求及和外廓尺寸要求,原动机类型等。
设计内容:
确定带的类型和截型、长度L、根数Z、传动中心距a、带的初拉力和压轴力,带轮的基准直径、结构、尺寸和材料,张紧及防护装置等。
8.4带设计计算,中心距中心距大,增大包角,减少循环次数,提高寿命;但过大,松边波动,降低稳定性,整体尺寸增大;中心距小,则反之。
传动比传动比大,减小包角,可能打滑,推荐值i=25。
基准直径直径小,速度低,拉力增大,带的根数增多;增大弯曲应力。
总原则:
在结构允许的情况下,小带轮直径要尽可能大。
带速带速低,拉力增大,带的根数增多;带速高,拉力减小,但离心拉力增大,循环次数增多。
带传动参数的辩证选择,8.4带设计计算,1、确定计算功率Pca,根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷,称为名义载荷(如力、功率、转矩)。
名义载荷是机器在平稳工作条件下作用在零件上的载荷,它没有反应动力机和工作机间的实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响零件受力情况等因素。
这些因素的综合影响,常用载荷系数K(或工况系数)来做概略估计。
载荷系数K与名义载荷的乘积称为计算载荷(或设计载荷),机械零件常按计算载荷进行设计计算。
8.4带设计计算,根据V带传递的名义功率P、载荷性质、原动机种类和工作情况等确定计算功率(设计功率)。
Pca=KAP,8.4带设计计算,带传动设计中的各项功率,单根V带基本额定功率P0,单根V带额定功率Pr,所传递的名义功率P,计算功率Pca,x修正系数,x载荷系数,机器所需传动带的根数确定?
8.4带设计计算,2、选择带型,根据带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1初选带型。
8.4带设计计算,3、确定带轮基准直径dd1、dd2,验算带速,国家标准中规定了带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列。
当其他条件不变时,带轮基准直径越小,带传动越紧凑,但带内的弯曲应力越大,导致带的疲劳强度下降,传动效率下降。
选择小带轮直径应使大于最小基准直径,并取标准值。
8.4带设计计算,大轮基准直径:
当忽略滑动率:
根据带的截型选择小带轮直径,验算带速后确定大带轮直径。
验算带速:
带速太高则离心力大,使带与带轮间的正压力减小,传动能力下降,易打滑。
带速太低则要求有效拉力F过大,使带的根数过多。
一般v在525m/s之间。
8.4带设计计算,4、确定中心距和带长,根据初算带长选取相近的基准长度Ld。
实际中心距a:
为调节张紧力,中心距变动范围,8.4带设计计算,5、验算小轮包角,小轮包角:
6、确定带的根数,带的根数z应根据计算值圆整。
当z过大时,应改选带轮基准直径或改
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