带传动与链传动原理及设计课堂笔记(版本 2)
课程笔记|机械设计|带传动与链传动原理及设计
课程信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 日期 | 待确认(逐字稿未提供) |
| 课程/章节 | 机械设计 — 带传动与链传动(教材第6章) |
| 使用材料 | 课堂录音逐字稿(1份,含大量口语噪声) |
| 整理范围 | 完整授课内容;已剔除学生闲聊、转写噪声和无关对话 |
| 教材引用 | 教材57–73页(表6-2至表6-7、公式6-13至6-21等) |
说明:本笔记基于单一转写稿整理,无课件和板书交叉核对。转写中存在较多同音词错误和数字识别错误,关键公式和数字已标注
[待核对],请对照教材核实。
一、核心结论
- 带传动的有效拉力等于紧边拉力与松边拉力之差:$F = F_1 - F_2$;紧边与松边拉力满足 $F_1 + F_2 = 2F_0$($F_0$ 为初拉力)。[转写 行17–19, 27]
- 欧拉公式描述临界打滑时紧松边拉力比:$F_1/F_2 = e^{f\alpha}$,其中 $\alpha$ 必须用弧度代入。[转写 行19, 33]
- 带中存在三种应力:拉应力(紧边/松边不同)、弯曲应力(仅在包角范围内,小带轮更大)、离心应力(处处相等);最大应力发生在小带轮紧边入口处:$\sigma_{\max} = \sigma_1 + \sigma_{b1} + \sigma_c$。[转写 行39–81]
- 带传动的两种失效形式:打滑(过载引起,可避免)和疲劳破坏(应力循环引起,不可避免但可延缓)。[转写 行88–91]
- 弹性滑动是带传动固有特性,不可避免;其根本原因是带的弹性变形 + 紧松边拉力差,导致从动轮圆周速度低于主动轮。打滑则是过载引起的全面滑动,可通过降低载荷避免。[转写 行93–114, 125]
- V带设计准则:在保证不打滑的前提下,使带具有足够的疲劳强度和寿命。设计流程为:计算功率 → 选型号 → 定直径 → 验算带速 → 初选中心距与带长 → 验算包角 → 算根数 → 算初拉力和轴上力。[转写 行125–191]
- 链传动无弹性滑动,故平均传动比准确,但瞬时传动比不恒定;能在高温、多尘等恶劣环境工作,但噪声较大、有冲击。[转写 行215–221]
二、知识结构
flowchart TD
A[带传动与链传动] --> B[带传动力分析]
A --> C[带的应力分析]
A --> D[失效形式]
A --> E[弹性滑动与打滑]
A --> F[V带传动设计]
A --> G[带轮设计与维护]
A --> H[链传动简介]
B --> B1[有效拉力 F=F1-F2]
B --> B2[初拉力关系 F1+F2=2F0]
B --> B3[欧拉公式 F1/F2=e^fα]
B --> B4[功率 P=Fv/1000]
C --> C1[拉应力 σ1/σ2]
C --> C2[弯曲应力 σb ∝ 1/D]
C --> C3[离心应力 σc=qv²/A 处处相等]
C --> C4[σmax 在小带轮紧边]
D --> D1[打滑 — 过载 可避免]
D --> D2[疲劳破坏 — 应力循环]
E --> E1[弹性滑动 不可避免]
E --> E2[打滑 可避免]
E --> E3[滑动率 ε 1%~2%]
F --> F1[Pca=KA·P]
F --> F2[选型号 A/B/C...]
F --> F3[定 d1/d2 验算 v]
F --> F4[选中心距和带长]
F --> F5[算根数 z/初拉力 F0/轴上力 FQ]
H --> H1[滚子链]
H --> H2[齿形链 更平稳]
三、详细笔记
3.1 带传动的力分析(复习)
三个基本公式
带传动正常工作时,存在以下关系 [转写 行17–19, 27]:
有效拉力(圆周力):
$$F = F_1 - F_2$$
其中 $F_1$ 为紧边拉力,$F_2$ 为松边拉力。初拉力关系:
$$F_1 + F_2 = 2F_0$$
其中 $F_0$ 为初拉力(安装时的预紧力)。欧拉公式(临界打滑状态):
$$\frac{F_1}{F_2} = e^{f\alpha}$$- $f$ 为当量摩擦系数(V带用当量摩擦系数 $f_v$)
- $\alpha$ 为包角,必须用弧度代入:$\alpha(\text{rad}) = \alpha(°) \times \frac{\pi}{180}$ [转写 行33]
- 因 $e^{f\alpha} > 1$,故 $F_1 > F_2$。
功率与力的关系
$$P = \frac{Fv}{1000} \quad (\text{kW})$$
其中 $v$ 为带速(m/s),$F$ 为有效拉力(N)。[转写 行27]
教师强调:欧拉公式只需”有印象”,实际计算时会提供;三个基本公式($F=F_1-F_2$、$F_1+F_2=2F_0$、$P=Fv/1000$)要求记忆。[转写 行37]
3.2 带的应力分析
带在运转过程中受三种应力 [转写 行39–73]:
(1) 拉应力
$$\sigma_1 = \frac{F_1}{A}, \quad \sigma_2 = \frac{F_2}{A}$$
- $A$ 为带的横截面积
- 紧边拉应力 $\sigma_1$ > 松边拉应力 $\sigma_2$
- 沿带长分布:紧边段为 $\sigma_1$,经过小带轮包角时逐渐减小至 $\sigma_2$;松边段为 $\sigma_2$,经过大带轮包角时逐渐增大回 $\sigma_1$ [转写 行57–63]
(2) 弯曲应力
$$\sigma_b = \frac{E \cdot h}{D}$$
- $E$ 为带的弹性模量,$h$ 为带的厚度,$D$ 为带轮基准直径
- 仅在带与带轮接触的包角范围内存在 [转写 行75]
- $\sigma_b$ 与 $D$ 成反比:小带轮的弯曲应力大于大带轮($\sigma_{b1} > \sigma_{b2}$)[转写 行47, 79]
- 在同一带轮的包角范围内,弯曲应力幅值相等 [转写 行55]
(3) 离心应力
$$\sigma_c = \frac{q v^2}{A}$$
- $q$ 为带的单位长度质量(kg/m),由带型号决定(如A型带 $q \approx 0.15$ kg/m)[转写 行49, 191]
- 沿带长处处相等,因为带速 $v$ 和 $q$ 均为常量 [转写 行51, 73]
最大应力位置
$$\sigma_{\max} = \sigma_1 + \sigma_{b1} + \sigma_c$$
发生在带进入小带轮的紧边入口处。原因 [转写 行65–81]:
- 该位置紧边拉力 $F_1$ 最大 → 拉应力最大
- 小带轮直径 $d_1$ 最小 → 弯曲应力最大
- 离心应力处处相等,叠加后总应力最大
带上任一点随带循环运动,每经过一圈应力就变化一次,循环到一定次数即发生疲劳破坏。[转写 行81–87]
3.3 带传动的失效形式
| 失效形式 | 产生原因 | 能否避免 | 后果 |
|---|---|---|---|
| 打滑 | 有效圆周力 > 极限摩擦力之和(过载) | 可避免(降低载荷/增大摩擦) | 加剧磨损,传动失效 |
| 疲劳破坏 | 应力循环次数超过极限 | 不可避免,可延缓(降低应力/选好材料) | 带断裂,传动失效 |
[转写 行88–91]
3.4 弹性滑动与打滑
弹性滑动的机理
带是弹性体,受拉力不同时弹性变形量不同 [转写 行93–101]:
- 小带轮侧:带从紧边进入(拉力 $F_1$),在包角内拉力逐渐降至 $F_2$,带逐渐收缩 → 带的速度逐渐小于小带轮圆周速度 $v_1$
- 大带轮侧:带从松边进入(拉力 $F_2$),在包角内拉力逐渐增至 $F_1$,带逐渐伸长 → 带的速度逐渐大于大带轮圆周速度 $v_2$
因此带与带轮之间产生微量相对滑动,称为弹性滑动。
速度关系
$$v_1 > v > v_2$$
- $v_1$:主动轮(小带轮)圆周速度
- $v$:带的实际速度(在包角内变化)
- $v_2$:从动轮(大带轮)圆周速度
- 从动轮速度落后于主动轮 [转写 行103–117]
滑动率与传动比
滑动率 $\varepsilon$ 定量描述弹性滑动程度:
$$\varepsilon = \frac{v_1 - v_2}{v_1} \times 100%$$
一般 $\varepsilon = 1% \sim 2%$,计算传动比时通常可忽略。[转写 行121–123]
考虑滑动率时的传动比:
$$i = \frac{n_1}{n_2} = \frac{d_2}{d_1(1-\varepsilon)}$$
(教材公式6-21,具体形式请对照教材核实 [待核对])
弹性滑动 vs 打滑
| 对比项 | 弹性滑动 | 打滑 |
|---|---|---|
| 产生原因 | 带的弹性变形 + 紧松边拉力差 | 过载,有效力 > 极限摩擦力 |
| 发生范围 | 包角内局部微量滑动 | 整个接触面全面滑动 |
| 能否避免 | 不可避免(固有特性) | 可避免(降低载荷即可) |
| 后果 | 速度损失、少量发热 | 严重磨损、传动失效 |
[转写 行113–114, 125]
3.5 V带传动设计
设计准则
在保证不打滑的前提下,使带具有足够的疲劳强度和寿命。[转写 行127]
单根V带基本额定功率 $P_0$
基于临界打滑条件和疲劳强度条件推导得出,具体数值查表(教材表6-4)。$P_0$ 与带型号、小带轮直径 $d_1$、小带轮转速 $n_1$ 有关。[转写 行129–139]
设计步骤
第1步:计算计算功率
$$P_{ca} = K_A \cdot P$$
- $K_A$ 为工作情况系数,查表6-6(根据原动机类型、载荷变动、每天工作时长选取)[转写 行141–143]
第2步:选择V带型号
根据 $P_{ca}$ 和小带轮转速 $n_1$,查教材65页选型图,落在哪个区域就选对应型号(Y/Z/A/B/C/D/E)。[转写 行143]
第3步:确定带轮基准直径
- 小带轮 $d_1$:查教材表6-3选取标准值,且 $d_1 \geq d_{\min}$(如A型 $d_{\min}=75$ mm,Z型 $d_{\min}=50$ mm)[转写 行145, 161–163]
- 大带轮 $d_2$:由传动比计算
$$d_2 = d_1 \cdot \frac{n_1}{n_2} \cdot (1-\varepsilon)$$
建议取 $\varepsilon \approx 2%$ [转写 行147, 167]
第4步:验算带速
$$v = \frac{\pi d_1 n_1}{60 \times 1000} \quad (\text{m/s})$$
要求 $5 \leq v \leq 25$ m/s。若 $v > 25$,减小 $d_1$;若 $v < 5$,增大 $d_1$。[转写 行145–146, 169–171]
第5步:初选中心距和基准长度
- 初选中心距 $a_0$,经验范围:
$$0.7(d_1 + d_2) \leq a_0 \leq 2(d_1 + d_2)$$
[转写 行173] - 计算带的基准长度:
$$L_d \approx 2a_0 + \frac{\pi}{2}(d_1 + d_2) + \frac{(d_2 - d_1)^2}{4a_0}$$
[待核对:转写中未给出完整公式,此为标准公式] - 查教材表6-2(58页)选取最接近的标准基准长度 $L_d$ [转写 行149–151, 175]
第6步:计算实际中心距
$$a \approx a_0 + \frac{L_d - L_{d0}}{2}$$
[待核对:转写中未明确公式形式]
第7步:验算小带轮包角
$$\alpha_1 = 180° - \frac{d_2 - d_1}{a} \times 57.3°$$
一般要求 $\alpha_1 \geq 120°$ [转写 行177]
第8步:计算V带根数
$$z = \frac{P_{ca}}{(P_0 + \Delta P_0) K_\alpha K_L}$$
- $P_0$:单根带基本额定功率(表6-4)
- $\Delta P_0$:传动比 $i \neq 1$ 时的功率增量(表6-5)
- $K_\alpha$:包角系数(表6-7,67页)
- $K_L$:带长系数(表6-2,58页)
- 根数 $z$ 应向上取整(如算得3.66则取4)[转写 行177–189]
第9步:计算初拉力
$$F_0 = 500 \cdot \frac{P_{ca}}{zv} \left(\frac{2.5}{K_\alpha} - 1\right) + qv^2$$
[待核对:转写中未完整写出公式,此为标准公式形式]
- $q$ 为带单位长度质量(表6-1,57页),如A型带 $q = 0.15$ kg/m [转写 行191]
第10步:计算轴上载荷
$$F_Q = 2zF_0 \sin\frac{\alpha_1}{2}$$
用于后续轴的设计校核。[转写 行191]
3.6 带轮设计
材料
| 材料 | 适用场景 |
|---|---|
| 铸铁(HT150/HT200) | 最常用,铸造性好 |
| 铸钢 | 速度较高时 |
| 铸铝 / 塑料 | 小功率场合 |
[转写 行193]
结构组成
带轮由三部分组成 [转写 行195–198]:
- 轮缘:最外圈,与带接触的部分(有轮槽)
- 轮毂:中间与轴配合的部分
- 轮辐:连接轮缘和轮毂的部分
结构形式
| 形式 | 特点 |
|---|---|
| 实心式 | 小直径带轮,中间全实心 |
| 腹板式 | 中等直径,轮辐为薄板 |
| 孔板式 | 在腹板式基础上打孔减重 |
| 轮辐式 | 大直径,类似汽车轮辐结构(最常见) |
[转写 行199–201]
3.7 带传动的使用与维护
- 避免带与酸碱等腐蚀性物质接触 [转写 行201]
- 避免暴晒,防止带老化变形 [转写 行201]
- 更换带时应成组更换(同组带一起换),不能只换其中一根,类似电池要换就换一对 [转写 行201–203]
- 同组带应尽量使用同品牌同型号,避免性能差异 [转写 行203]
- 工作一段时间后带会松弛,需重新张紧 [转写 行205–206]
- 张紧装置:滑台式(通过移动电机位置调整中心距实现张紧)[转写 行207–209]
3.8 链传动简介
同步带(带齿的带)
带和带轮都有齿,靠啮合传动,传动比恒定。[转写 行213–214]
链传动的特点
优点 [转写 行217]:
- 无弹性滑动,平均传动比准确
- 不需要很大的张紧力,作用在轴上的力较小
- 能在高温、多尘等恶劣环境下工作
缺点 [转写 行219]:
- 瞬时传动比不恒定(注意:平均传动比准确 ≠ 瞬时传动比恒定)
- 工作时噪声较大
- 突然加载时可能跳齿或断链(如久放的自行车猛踩)
- 仅适用于两轴平行的场合
链的类型
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| 滚子链 | 最常见(如自行车链条),带滚子减少磨损 |
| 齿形链(无声链) | 齿形啮合,传动更平稳、噪声更小,但结构复杂、成本高 |
[转写 行221]
四、例题、案例或实验
例题1:教材73页习题6-3(力分析计算)
题设 [转写 行21–23]:
- 有效拉力 $F = 412$ N [待核对:转写为”412 N”]
- 主动轮直径 $d_1 = 140$ mm
- 主动轮转速 $n_1 = 1440$ r/min [待核对:转写中数字混乱”1441400440”]
- 包角 $\alpha_1 = 150°$
- 当量摩擦系数 $f_v$ [待核对:转写中未给出具体值]
- 求:$F_1$、$F_2$、$F$(或功率 $P$)
解题思路 [转写 行27–35]:
- 已知 $F = F_1 - F_2$(有效拉力)
- 已知 $F_1 + F_2 = 2F_0$(初拉力关系)
- 欧拉公式:$F_1/F_2 = e^{f_v \alpha_1}$(注意 $\alpha_1$ 转弧度)
- 三个方程联立求解 $F_1$、$F_2$
- 由 $P = Fv/1000$ 计算功率,其中 $v = \pi d_1 n_1 / (60 \times 1000)$
教师说明:这是上节课内容的复习,欧拉公式只需有印象,实际计算会提供。[转写 行37]
例题2:V带传动完整设计例题
设计要求 [转写 行155]:
- 传递功率 $P = 4$ kW
- 小带轮转速 $n_1 = 1440$ r/min [待核对]
- 大带轮转速 $n_2$ [待核对:转写中未明确,由传动比推算]
- 每天工作16小时
- 中心距尽量 $< 650$ mm
- 原动机:三相异步电动机,Y型连接,载荷变动较小
设计过程 [转写 行157–191]:
① 计算功率
$K_A = 1.2$(查表6-6:空载起动电动机、载荷变动小、16h/天)
$P_{ca} = K_A \cdot P = 1.2 \times 4 = 4.8$ kW
② 选型号
根据 $P_{ca}=4.8$ kW 和 $n_1=1440$ r/min,查65页选型图 → 选 A型 V带
③ 确定基准直径
$d_1 = 100$ mm(A型最小75 mm,选标准值100)
$d_2 = d_1 \cdot \frac{n_1}{n_2} \cdot (1-\varepsilon)$,取 $\varepsilon=2%$
[待核对:转写中 $d_2$ 具体数值未清晰给出]
④ 验算带速
$v = \frac{\pi d_1 n_1}{60 \times 1000} \approx 7.5$ m/s
在 5~25 m/s 范围内,合格。
⑤ 初选中心距与带长
初选 $a_0 = 450$ mm
计算得带长约 $L_d \approx 1650$ mm
查表6-2选标准值 → $L_d = 1640$ mm
⑥ 实际中心距
计算得 $a \approx 440$ mm,满足 $< 650$ mm 的要求。
⑦ 包角
$\alpha_1 \approx 147°$ [待核对:转写中提及]
⑧ 查系数并算根数
- $P_0 = 1.32$ kW(表6-4,A型,$d_1=100$,$n_1=1450$ 列)
- $\Delta P_0 \approx 0.16 \sim 0.17$ kW(表6-5,A型,$i \geq 2$,$n_1=1450$)
- $K_\alpha \approx 0.90 \sim 0.92$(表6-7,$\alpha_1=147°$)
- $K_L = 0.99$(表6-2,$L_d=1640$)
$$z = \frac{4.8}{(1.32 + 0.16) \times 0.91 \times 0.99} \approx 3.66 \rightarrow \text{取 } z = 4$$
⑨ 初拉力与轴上力
- $q = 0.15$ kg/m(A型带,表6-1)
- 代入公式计算 $F_0$ [转写中未给出具体数值]
- 计算轴上力 $F_Q = 2zF_0\sin(\alpha_1/2)$ [转写中未给出具体数值]
教师说明:设计完带后还需进行带轮设计,以及后续轴的校核。[转写 行191–192]
五、术语、公式或关键表达
符号表
| 符号 | 含义 | 单位 | 备注 |
|---|---|---|---|
| $F_1$ | 紧边拉力 | N | |
| $F_2$ | 松边拉力 | N | |
| $F$ | 有效拉力(圆周力) | N | $F = F_1 - F_2$ |
| $F_0$ | 初拉力 | N | $F_1 + F_2 = 2F_0$ |
| $P$ | 传递功率 | kW | |
| $P_{ca}$ | 计算功率 | kW | $P_{ca}=K_A P$ |
| $P_0$ | 单根V带基本额定功率 | kW | 查表 |
| $v$ | 带速 | m/s | 推荐 5~25 |
| $d_1, d_2$ | 小/大带轮基准直径 | mm | |
| $\alpha_1$ | 小带轮包角 | ° 或 rad | 欧拉公式中用rad |
| $\sigma_1, \sigma_2$ | 紧/松边拉应力 | MPa | |
| $\sigma_b$ | 弯曲应力 | MPa | $\sigma_b = Eh/D$ |
| $\sigma_c$ | 离心应力 | MPa | $\sigma_c = qv^2/A$,处处相等 |
| $\sigma_{\max}$ | 最大应力 | MPa | 小带轮紧边入口处 |
| $\varepsilon$ | 滑动率 | % | 一般 1%~2% |
| $i$ | 传动比 | — | $i = n_1/n_2$ |
| $q$ | 带单位长度质量 | kg/m | A型≈0.15 |
| $z$ | V带根数 | — | 向上取整 |
| $K_A$ | 工作情况系数 | — | 查表6-6 |
| $K_\alpha$ | 包角系数 | — | 查表6-7 |
| $K_L$ | 带长系数 | — | 查表6-2 |
易混淆概念
- 传动比准确 vs 传动比恒定:链传动平均传动比准确,但瞬时传动比不恒定。[转写 行217, 219]
- 弹性滑动 vs 打滑:弹性滑动是局部微量、不可避免;打滑是全面滑动、过载引起、可避免。[转写 行113–114]
- V带的当量摩擦系数 $f_v$ 大于平带的摩擦系数 $f$,因此V带传动能力更强。[转写 行229–230]
六、课堂任务与 DDL
| 任务 | 说明 | 截止/要求 |
|---|---|---|
| 教材73页习题6-3 | 力分析计算($F_1, F_2, P$) | 课堂练习 [转写 行21] |
| 教材73页思考题 | 6-1至6-7(带传动原理相关) | 课堂抽查 [转写 行223–237] |
| 实验报告 | 二班实验报告,把空的填上 | 明天提交 [转写 行115] [待核对:转写为”明天的时间报是在第四次学的时候写完”] |
注:转写中关于实验报告的表述较为混乱,具体提交时间和要求请以课程通知为准。
七、待核对与疑问
| 问题 | 原因 | 相关来源 | 建议核对方式 |
|---|---|---|---|
| 习题6-3中 $n_1$ 具体数值 | 转写为”1441400440”,明显识别错误 | 转写 行21 | 对照教材73页原题 |
| 习题6-3中等效摩擦系数 $f_v$ 数值 | 转写中未清晰给出 | 转写 行23 | 对照教材原题 |
| 设计例题中 $n_2$ 和传动比 $i$ | 转写中未明确给出 $n_2$ | 转写 行155 | 对照教材例题或课堂PPT |
| 设计例题中 $d_2$ 具体数值 | 转写中跳过了计算结果 | 转写 行167 | 按公式 $d_2 = d_1 \cdot n_1/n_2 \cdot (1-\varepsilon)$ 计算 |
| 基准长度公式和实际中心距公式 | 转写中未完整写出公式 | 转写 行147–152 | 对照教材公式6-15、6-16 |
| 初拉力 $F_0$ 公式 | 转写中未完整写出 | 转写 行191 | 对照教材公式6-20 |
| 实验报告提交时间 | 转写表述混乱 | 转写 行115 | 询问任课教师/查看课程通知 |
| 思考题6-2中 $v_1, v_2, v$ 关系 | 转写中答案为”$v_1 > v_2$”,但完整三者关系应为 $v_1 > v > v_2$ | 转写 行227 | 对照教材确认 |
八、复习与主动回忆
10–20 分钟复习清单
- (3分钟) 默写三个力分析基本公式:$F=F_1-F_2$、$F_1+F_2=2F_0$、$P=Fv/1000$,回忆各符号含义。
- (3分钟) 画出带的应力分布图,标出三种应力的分布特点和最大应力位置,写出 $\sigma_{\max}$ 表达式。
- (3分钟) 用自己的话解释弹性滑动的产生机理,对比弹性滑动与打滑的区别(原因、范围、能否避免、后果)。
- (4分钟) 默写V带设计的10个步骤,重点记住 $P_{ca}=K_A P$、带速范围5~25 m/s、根数向上取整这几个关键点。
- (3分钟) 回顾链传动的优缺点,特别注意”平均传动比准确但瞬时不恒定”这个易考点。
- (2分钟) 浏览”待核对”清单,标记需要对照教材确认的公式和数值。
主动回忆题
带传动中,紧边拉力 $F_1$、松边拉力 $F_2$、初拉力 $F_0$ 和有效拉力 $F$ 之间有哪两个基本关系式?欧拉公式在什么条件下成立?代入时包角应使用什么单位?
带上存在哪三种应力?各自的分布特点是什么?最大应力发生在什么位置?写出最大应力的表达式并说明为什么是该位置。
什么是弹性滑动?它为什么不可避免?弹性滑动导致主动轮和从动轮的圆周速度有什么关系?滑动率的一般范围是多少?
弹性滑动和打滑有什么本质区别?分别是什么原因引起的?哪种是可以避免的?
V带传动的设计准则是什么?请按顺序列出设计的主要步骤,并说明每一步的关键参数或查表来源。
为什么V带的根数计算结果要向上取整?如果算出来是3.1,应该取几根?
带轮由哪三部分组成?常见的带轮结构形式有哪几种?分别适用于什么情况?
链传动与带传动相比,主要优点和缺点是什么?为什么说链传动”平均传动比准确”但”瞬时传动比不恒定”?
带传动的两种主要失效形式是什么?设计时分别如何应对?
更换V带时为什么要成组更换?日常使用中应注意哪些维护事项?
答案要点
$F=F_1-F_2$,$F_1+F_2=2F_0$;欧拉公式 $F_1/F_2=e^{f\alpha}$ 在临界打滑(即将打滑)时成立;包角必须用弧度代入。
三种应力:拉应力(紧边大、松边小,沿带长变化)、弯曲应力(仅包角内,小带轮大,与直径成反比)、离心应力(处处相等)。最大应力在小带轮紧边入口处:$\sigma_{\max}=\sigma_1+\sigma_{b1}+\sigma_c$,因为该位置紧边拉应力最大且小带轮弯曲应力最大,叠加离心应力后总应力最大。
弹性滑动是由于带是弹性体,紧松边拉力不同导致弹性变形量不同,在包角内带与带轮间产生微量相对滑动。不可避免是因为只要传递载荷就存在紧松边拉力差。速度关系:$v_1 > v > v_2$(从动轮落后)。滑动率一般1%~2%。
弹性滑动:带的弹性变形引起,局部微量,固有特性不可避免,仅造成少量速度损失和发热。打滑:过载引起,整个接触面全面滑动,可以通过降低载荷避免,会造成严重磨损和传动失效。
设计准则:保证不打滑的前提下具有足够疲劳寿命。步骤:①算 $P_{ca}=K_A P$;②查图选型号;③选 $d_1$(≥最小值)、算 $d_2$;④验算带速5~25 m/s;⑤初选 $a_0$、算带长、选标准 $L_d$;⑥算实际中心距 $a$;⑦验算包角 $\alpha_1$;⑧算根数 $z$(向上取整);⑨算初拉力 $F_0$;⑩算轴上力 $F_Q$。
因为根数必须是整数,且少一根会导致单根带过载,所以向上取整。3.1应取4根。
带轮由轮缘(外圈带槽)、轮毂(与轴配合)、轮辐(连接部分)组成。结构形式:实心式(小直径)、腹板式(中等直径)、孔板式(打孔减重)、轮辐式(大直径,最常见)。
优点:无弹性滑动→平均传动比准确、张紧力小、轴上力小、能在高温多尘环境工作。缺点:瞬时传动比不恒定、噪声大、有冲击、仅适用于平行轴。瞬时传动比不恒定是因为链条绕上链轮时,链节与链轮齿的啮合位置在不断变化,导致瞬时角速度波动。
打滑和疲劳破坏。防打滑:保证有效拉力不超过极限摩擦力(设计中通过包角、摩擦系数、根数等保证);防疲劳:降低最大应力(增大 $d_1$、降低应力循环)、选用优质材料、保证足够的安全系数。
成组更换是因为旧带已产生塑性变形和磨损,与新带长度/弹性不同,混用时会导致各带受力不均。维护注意:避免酸碱腐蚀、避免暴晒、定期检查张紧力并重新张紧、同组使用同品牌同型号带。
整理说明:本笔记基于课堂录音转写稿整理,转写质量较差(含大量口语噪声和识别错误),所有公式和关键数字已尽量还原,但仍建议对照教材和课件核实”待核对”清单中的内容。