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1、
普通V帶傳動的設(shè)計步驟
一、失效形式和設(shè)計準則
如前所述,帶傳動靠摩擦力工作。當傳遞的圓周阻力超過帶和帶輪接觸面上所能產(chǎn)生的最大摩擦力時,傳動帶將在帶輪上產(chǎn)生打滑而使傳動失效。
另外,傳動帶在運行過程中由于受循環(huán)變應(yīng)力的作用會產(chǎn)生疲勞破壞。
因此,帶傳動的設(shè)計準則是:既要在工作中充分發(fā)揮其工作能力而又不打滑,同時還要求傳動帶有足夠的疲勞強度,以保證一定的使用壽命。
二、單根V帶所能傳遞的功率
單根V帶所能傳遞的功率是指在一定初拉力作用下,帶傳動不發(fā)生打滑且有足夠疲勞壽命時所能傳遞的最大功率。
從設(shè)計要求出發(fā),應(yīng)使 ≤ ,根據(jù)(7–14)可寫成
≤
這里,[s]為在一定
2、條件下,由疲勞強度決定的V帶許用拉應(yīng)力。由實驗知,在108~109次循環(huán)應(yīng)力下為
(MPa)
式中 Z–––V帶繞過帶輪的數(shù)目;
v––– V帶的速度(m/s);
Ld–––V帶的基準長度(m);
T–––V帶的使用壽命(h);
C–––由V帶的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)決定的實驗常數(shù)。
由式(7–4)和式(7–5)并以當量摩擦系數(shù)fv替代f,可得最大有效圓周力
即
式中 A–––V帶的截面面積(mm2)。
單根V帶所能傳遞的功率為
即 (kW) (7–15)
在傳動比i=1(即包角a=180)、特定帶長、載荷平穩(wěn)條件下由式(7–15)計算所得的單根普通V帶所能傳遞
3、的基本額定功率P1值列于表7–4。
當傳動比i>1時,由于從動輪直徑大于主動輪直徑,傳動帶繞過從動輪時所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力低于繞過主動輪時所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。因此,工作能力有所提高,即單根V帶有一功率增量DP1,其值列于表7–4。這時單根V帶所能傳遞的功率即為(P1+DP1)。如實際工況下包角不等于180、膠帶長度與特定帶長不同時,則應(yīng)引入包角修正系數(shù)Ka(表7–5)和長度修正系數(shù)KL(表7–6)。
表7–4 單根普通V帶的基本額定功率P1和功率增量DP1
(摘自GB/T13575.1—92)
(單位:kW)
這樣,在實際工況下,單根V帶所能傳遞的額定功率為
[P1]=(P1
4、+DP1) KaKL (7-16)
表7-5 包角修正系數(shù)Ka(摘自GB13575.1-92)
表7-6 普通V帶長度修正系數(shù)KL(摘自GB13575.1-92)
三、設(shè)計計算和參數(shù)選擇
設(shè)計V帶傳動時一般已知的條件是:1)傳動的用途、工作情況和原動機類型;2)傳遞的功率P;3)大、小帶輪的轉(zhuǎn)速n2和n1;4)對傳動的尺寸要求等。
設(shè)計計算的主要內(nèi)容是確定:1)V帶的型號、長度和根數(shù);2)中心距;3)帶輪基準直徑及結(jié)構(gòu)尺寸;4)作用在軸上的壓力等;
設(shè)計計算步驟如下:
1.確定計算功率Pc
Pc=KA P (kW)
式中 P–––傳遞的額定功率(kW);
K
5、A–––工況系數(shù)(表7–7)
表7-7 工況系數(shù)KA
工況
KA
空、輕載啟動
重載啟動
每天工作小時數(shù)(h)
<10
10~16
>16
<10
10~16
>16
載荷變動最小
液體攪拌機、通風機和鼓風機(≤7.5kW)、離心式水泵和壓縮機、輕負荷輸送機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動小
帶式輸送機(不均勻負荷)、通風機(>7.5kW)、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(非離心式)、發(fā)電機、金屬切削機床、印刷機、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機和木工機械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動較大
制磚機、斗式提升機
6、、往復(fù)式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機床、橡膠機械、振動篩、紡織機械、重載輸送機
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷變動很大
破碎機(旋轉(zhuǎn)式、顎式等)、磨碎機(球磨、棒磨、管磨)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
注: 1.空、輕載啟動—電動機(交流啟動、三角啟動、直流并勵)、四缸以上的內(nèi)燃機、裝有離心式離合器、液力聯(lián)軸器的動力機;
2.重載啟動—電動機(聯(lián)機交流啟動、直流復(fù)勵或串勵)、四缸以下的內(nèi)燃機。
2.選擇V帶型號
根據(jù)計算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖7–14選擇V帶型號。當在兩種型號的交線附近時,可以對兩種型
7、號同時計算,最后選擇較好的一種。
注:Y型主要傳遞運動,故未列入圖內(nèi)
圖7-14 普通V帶選型圖
3.確定帶輪基準直徑d1和d2
為了減小帶的彎曲應(yīng)力應(yīng)采用較大的帶輪直徑,但這使傳動的輪廓尺寸增大。一般取d1≥dmin(表7–3),比規(guī)定的最小基準直徑略大些。大帶輪基準直徑可按 計算。大、小帶輪直徑一般均應(yīng)按帶輪基準直徑系列圓整(表7–8)。僅當傳動比要求較精確時,才考慮滑動率e來計算大輪直徑,即 ,這時d2可不按表7–8圓整。
表7–8 普通V帶帶輪基準直徑系列(摘自GB13575.1—92)
4.驗算帶的速度v
由 可知,當傳遞的功率一定時,帶速愈高,則所需有效圓周力
8、F愈小,因而V帶的根數(shù)可減少。但帶速過高,帶的離心力顯著增大,減小了帶與帶輪間的接觸壓力,從而降低了傳動的工作能力。同時,帶速過高,使帶在單位時間內(nèi)繞過帶輪的次數(shù)增加,應(yīng)力變化頻繁,從而降低了帶的疲勞壽命。由表7–4可見,當帶速達到某值后,不利因素將使基本額定功率降低。所以帶速一般在v=5~25m/s內(nèi)為宜,在v=20~25m/s范圍內(nèi)最有利。如帶速過高(Y、Z、A、B、C型v>25m/.s;D、E型v>30m/s)時,應(yīng)重選較小的帶輪基準直徑。
5.確定中心距a和V帶基準長度Ld
根據(jù)結(jié)構(gòu)要求初定中心距a0。中心距小則結(jié)構(gòu)緊湊,但使小帶輪上包角減小,降低帶傳動的工作能力,同時由于中心距小
9、,V帶的長度短,在一定速度下,單位時間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增多而導(dǎo)致使用壽命的降低,所以中心距不宜取得太小。但也不宜太大,太大除有相反的利弊外,速度較高時還易引起帶的顫動。
對于V帶傳動一般可取
0.7(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)
初選a0后,V帶初算的基準長度Ld0可根據(jù)幾何關(guān)系由下式計算:
(mm) (7–17)
根據(jù)式(7–17)算得的Ld0值,應(yīng)由表7–2選定相近的基準長度Ld,然后再確定實際中心距a。
由于V帶傳動的中心距一般是可以調(diào)整的,所以可用下式近似計算a值
(mm) (7–18)
考慮到為安裝V帶而必須的調(diào)整余量,因此,最小中心距為
ami
10、n=a–0.015Ld (mm)
如V帶的初拉力靠加大中心距獲得,則實際中心距應(yīng)能調(diào)大。又考慮到使用中的多次調(diào)整,最大中心距應(yīng)為
(mm)
6.驗算小帶輪上的包角a1
小帶輪上的包角a1可按式(7–1)計算
為使帶傳動有一定的工作能力,一般要求a1≥120(特殊情況允許a1=90)。如a1小于此值,可適當加大中心距a;若中心距不可調(diào)時,可加張緊輪。
從上式可以看出,a1也與傳動比i有關(guān),d2與d1相差越大,即i越大,則a1越小。通常為了在中心距不過大的條件下保證包角不致過小,所用傳動比不宜過大。普通V帶傳動一般推薦i≤7,必要時可到10。
7.確定V帶根數(shù)z
根據(jù)計算
11、功率Pc由下式確定
≥ (7–19)
為使每根V帶受力比較均勻,所以根數(shù)不宜太多,通常應(yīng)小于10根,否則應(yīng)改選V帶型號,重新設(shè)計。
8.確定初拉力F0
適當?shù)某趵κ潜WC帶傳動正常工作的重要因素之一。初拉力小,則摩擦力小,易出現(xiàn)打滑。反之,初拉力過大,會使V帶的拉應(yīng)力增加而降低壽命,并使軸和軸承的壓力增大。對于非自動張緊的帶傳動,由于帶的松馳作用,過高的初拉力也不易保持。為了保證所需的傳遞功率,又不出現(xiàn)打滑,并考慮離心力的不利影響時,單根V帶適當?shù)某趵?
(N) (7–20)
由于新帶容易松馳,所以對非自動張緊的帶傳動,安裝新帶時的初拉力應(yīng)為上述初拉力計算值的1.5倍。
12、
初拉力是否恰當,可用下述方法進行近似測試。如圖7–15所示,在帶與帶輪的切點跨距的中點處垂直于帶加一載荷G,若帶沿跨距每100mm中點處產(chǎn)生的撓度為1.6mm(即撓角為1.8)時,則初拉力恰當。這時中點處總撓度y=1.6t/100mm??缍乳Lt可以實測,或按下式計算
(7–21)
G的計算如下:
新安裝的V帶 (7–22)
運轉(zhuǎn)后的V帶 (7–23)
最小極限值 (7–24)
式中 DF0–––初拉力的增量(表7–9)
表7–9 初拉力的增量
(單位:N)
帶型
Y
Z
A
B
C
D
E
DF0
6
10
15
20
29.4
58.
13、8
108
9.確定作用在軸上的壓力FQ
傳動帶的緊邊拉力和松邊拉力對軸產(chǎn)生壓力,它等于緊邊和松邊拉力的向量和。但一般多用初拉力F0由圖7–16近似地用下式求得
(N) (7–25)
式中 a1–––小帶輪上的包角;
z–––V帶根數(shù)。
四、帶輪設(shè)計
對帶輪的主要要求是重量輕、加工工藝性好、質(zhì)量分布均勻、與普通V帶接觸的槽面應(yīng)光潔,以減輕帶的磨損。對于鑄造和焊接帶輪、內(nèi)應(yīng)力要小。
帶輪由輪緣、輪幅和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣,裝在軸上的筒形部分稱為輪轂,中間部分稱為輪幅。
圖7–17 V帶輪的結(jié)構(gòu)
帶輪結(jié)構(gòu)形式按直徑大小常用的有S型實心帶輪(用于尺
14、寸較小的帶輪)、P型腹板帶輪(用于中小尺寸的帶輪)、H型孔板帶輪(用于尺寸較大的帶輪)及E型橢圓輪幅帶輪(用于大尺寸的帶輪)(見圖7–17)。
輪緣部分的輪槽尺寸按V帶型號查表7–10。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40,為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時截面變形,楔角減小,故規(guī)定普通V帶輪槽角f為32、34、36、38(按帶的型號及帶輪直徑確定)。
表7-10 普通V帶輪的輪槽尺寸(摘自GB/T13575.1-92)
項目
符號
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準寬度
bp
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準線上
15、槽深
hamin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準線下槽深
hfmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
80.3
120.3
150.3
190.4
25.50.5
370.6
44.50.7
第一槽對稱面至端面的距離
f
71
81
最小輪緣厚
dmin
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B=(z-1)e+2f z—輪槽數(shù)
外徑
da
輪
槽
角
f
32
相應(yīng)的基準直徑d
16、≤60
-
-
-
-
-
-
34
-
≤80
≤118
≤190
≤315
-
-
36
-
-
-
-
-
≤475
≤600
38
-
>80
>118
>190
>315
>475
>600
極限偏差
30′
帶輪的常用材料是鑄鐵,如HT150、HT200。轉(zhuǎn)速較高時,可用鑄鋼或鋼板焊接;小功率時可用鑄造鋁合金或工程塑料。
帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參考有關(guān)資料。
五、V帶傳動的張緊裝置
由于傳動帶不是完全的彈性體,帶工作一段時間后,會因伸長變形而產(chǎn)生松馳現(xiàn)象,使初拉力降低,帶的工作能力也隨之下降。因此,為保證必需的初拉力,應(yīng)經(jīng)常檢查并及時重新張緊。常用的張緊方法是改變帶傳動的中心距,如把裝有帶輪的電動機安裝在滑道上并用螺釘2調(diào)整(見圖7–18a)或擺動電機底座1并調(diào)整螺栓2使底座轉(zhuǎn)動(見圖7–18b),即可達到張緊的目的。如果帶傳動的中心距是不可調(diào)整的,則可采用張緊輪裝置(見圖7–19)。張緊輪一般放置在帶的松邊。V帶傳動常將張緊輪壓在松邊的內(nèi)側(cè)并靠近大帶輪,以免使帶承受反向彎曲,降低帶的壽命,且不使小帶輪上的包角減小過多。
a)
b)
圖7-19 張緊輪裝置
圖7-18 帶的定期張緊裝置