普通V带传动

普通V带传动（精选4篇）

普通V带传动 篇1

普通V带传动是靠V带的两侧面与带轮槽侧面压紧产生摩擦力进行动力传递的, 是一种常用的机械传动装置。主要是用来传递转矩和改变转速, 是机械传动中比较典型的传动形式之一。与平带传动比较, 由于普通V带摩擦系数大, 传动的摩擦力大, 能传递较大的功率。普通V带较平带结构紧凑, 而且普通V带是无接头的传动带, 所以传动较平稳, 应用较为广泛。

1 普通V带的受力分析

1.1 初拉力

为保证带传动正常工作, 必须将带以一定的初拉力F0紧绕到带轮上, 以保证带与带轮接触面间有一定的正压力。当带传动不工作时, 带两边受相等的初拉力F0作用, 如图1所示[1]。

1.2 紧边拉力和松边拉力

当带以小带轮为主动轮工作时, 由于带和带轮接触面间摩擦力的作用, 使带两边受力改变。带绕上小带轮一边的拉力由F0增大到F1被拉紧, 称为带的紧边, F1为紧边拉力;带绕上大带轮一边的拉力由F0减小到F2, 被放松, 称为带的松边, F2为松边拉力, 如图2所示[2]。

1.3 有效拉力

带的有效拉力Fe为紧边拉力F1和松边拉力F2的差。由于带传动中, 带的有效拉力并不是作用在某一点的集中力, 而是带与带轮接触面上各处摩擦力的总和, 所以, 带传动的有效拉力与带和带轮整个接触面上的摩擦力Ff相等, 即Fe=Ff=F1-F2[1]。

1.4 最大有效拉力

式中:F0为带的初拉力, N;

q为带的单位长度质量, kg/m;

v为带的线速度, m/s;

e为自然对数的底 (e=2.718…) ;

α为带轮的包角, rad。

1.5 带传动工作能力影响因素

带传动的最大有效拉力决定了带传动的工作能力, 最大有效拉力越大, 带的传动能力越强。

(1) 初拉力F0的影响。增大初拉力, 可以增加带与带轮接触面的正压力, 从而增大带与带轮接触面的摩擦力, 提高了带传动的最大有效拉力, 即提高了带传动的工作能力。但初拉力增大, 一是带所受的拉力也会随之增大;二是增加带与带轮的摩擦磨损, 使带结构中的强力层被破坏, 带过快松弛, 降低了带的使用寿命而导致带传动过早失效[3];三是使带传动的压轴力增大, 过大的压轴力使支承带轮的轴和轴承尺寸增大。因此, 带的初拉力应该根据传动功率的大小确定, 不能简单地用增大初拉力的方法来提高带的传动能力。

(2) 带质量q的影响。传动带在工作时, 速度与质量产生的离心力会使带在离心拉力的作用下减小带与带轮接触面的正压力。单位长度带的质量越大, 在相同的速度下, 带在传动过程中产生的离心力就会增大, 使带与带轮接触面的摩擦力减小, 即减小了带传动的最大有效拉力, 降低了带的传动能力。因此, 对于带传动, 一般都选用轻质带。普通V带单位长度的质量见表1[4]。

(3) 带速度v的影响。由P=Fev/1000可知, 当传递的功率一定时, 带的速度愈大, 有效拉力越小, 所需带的根数越少, 带传动的结构尺寸越小;带的速度过大, 一是单位时间内带绕过带轮的次数增多, 容易引起带的过早疲劳破坏, 带的疲劳寿命降低;二是产生的离心力大, 带与带轮接触面的正压力减小, 减小了带传动的最大有效拉力, 降低了带的传动能力。因此, 在保证传递最大有效拉力的情况下, 既要使带的拉力最小以延长其寿命, 又要充分发挥初拉力的作用以增大传动能力[5]。带的速度过小会使带传动所需的拉力增大, 导致普通V带根数增多, 对传动不利。所以, 在带传动的设计中, 规定带的传动速度5 m/s≤v≤25 m/s[6]。

(4) 包角α的影响。包角是带与带轮接触弧所对应的圆心角, 主要是指小带轮的包角α1。带轮的包角越大, 带与带轮的接触弧越大, 带与带轮接触面的摩擦力越大, 带的最大有效拉力越大, 带的传动能力越强。所以, 带设计时要保证小带轮的包角α1≥1 200[1]。为了增大小带轮的包角, 一是对于水平或近于水平布置的带传动, 应将带的松边放在上面;二是当中心距一定时, 小带轮的直径不宜过小, 所以国家标准对不同型号的V带规定了小带轮的最小基准直径, 见表1[4];三是在带轮直径确定的情况下, 带传动的中心距不宜过小;四是设计带传动时, 带的传动比不宜过小;五是采用张紧轮进行张紧时, 如果把张紧轮放在带的里侧, 则张紧轮放在靠近大带轮处, 如果把张紧轮放在带的外侧, 则张紧轮放在靠近小带轮处[8]。

(5) 摩擦系数f的影响。带与带轮的摩擦系数越大, 摩擦力越大, 带传动的最大有效拉力越大, 带的传动能力越强。由于V带的摩擦系数代入的是当量摩擦系数, 当量摩擦系数与带轮槽的楔角有关。国家标准规定, V带的楔角为40°, 而V带轮槽角为32°、34°、36°、38°, 主要是为了保证V带楔入带轮受弯曲后仍能与轮槽良好贴合, 保证有足够的摩擦力。轮槽楔角越小, 当量摩擦系数越大, 带与带轮接触面的摩擦力就越大, 带的最大有效拉力越大, 带的传动能力越强[9]。

(6) 带型号的影响。国家标准规定, 普通V带的型号有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号, 七种型号普通V带的截面尺寸从Y到E由小到大, 见表2[9]。单从带的截面尺寸看, 截面尺寸越大, 带与带轮的接触面积越大, 摩擦力越大, 最大有效拉力越大, 带的传动能力越强。但带的截面尺寸越大, 一是带轮的结构越大, 二是带的质量相应增大, 离心力增大, 选择大型号普通V带时, 带的速度不宜过高。

(7) 带根数z的影响。对于普通V带, 选用的根数越多, 带与带轮的接触面越多, 摩擦力越大, 带的最大有效拉力越大, 带的传动能力越强。但带的根数越多, 一是带受力越不均匀, 二是带轮的结构越大。考虑到各根V带受力的均匀性和带轮的结构, 带的根数不宜过多, 一般带的根数z<10。如果带的根数超过10根, 重新选择带的型号进行设计[9]。

2 结语

对于普通V带, 是靠带与带轮槽两侧面的接触所产生的摩擦力实现传动的。由于带与带轮接触面的摩擦力即为带传动的有效拉力, 因此, 正确合理地选择普通V带传动的初拉力、带的单位长度质量、带的速度、带的包角、带与带轮的摩擦系数、带的型号和带的根数等参数, 便可以增大普通V带传动时带和带轮间的摩擦力, 增大普通V带传动的最大有效拉力, 从而提高带传动的工作能力。

摘要：普通V带是靠带与带轮槽两侧面的压紧所产生的摩擦力实现传动的。该文在对普通V带传动进行受力分析的基础上, 通过正确合理地选择带所受的初拉力、带的单位质量、带的速度、带的包角、带与带轮的摩擦系数、带的型号和带的根数7个参数, 分析了普通V带传动的最大有效拉力及提高普通V带传动能力的影响因素。

关键词：普通V带,最大有效拉力,带的传动能力,影响因素

参考文献

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[9]谭庆昌, 赵洪志, 曾平.机械设计[M].吉林:吉林科学技术出版社, 2000:114-123.

普通V带传动 篇2

V带传动是种重要的传动方式,属于摩擦传动,用于将原动机的动力传递到工作机,广泛应用于机械制造、工程机械、农用机械等行业。机械传动装置作为机器的重要组成部分,它的设计水平的高低,对整机工作性能的好坏、产品质量的高低及在国内外市场是否有竞争力起着关键的作用[1]。随着计算机辅助设计、可靠性设计和优化设计在机械设计中的广泛应用,如何利用现代设计方法更加高效地进行机械设计对于产品的更新换代、市场竞争力以及将设计人员从繁杂的设计过程中解放出来具有重要意义。作者利用计算机辅助设计系统Kisssoft,对V带传动进行了参数的优化及传动误差校核。

2 技术数据

原动机功率P=7.5kW,转速n=1500r/min,要求传动比i=5。每天工作8h,工作时有轻微冲击。

3 设计分析

带型的选择,文中作者选择具有普遍意义的普通V带,并且选择A型带。在需要传递的功率一定的情况下,减小带轮的直径,会增大带传动的有效拉力,从而导致V带根数的增加,并且会使带的弯曲应力增加,因而小带轮的基准直径就不能太小,依据参考资料[3]选择小带轮的直径为112mm。

4 人工设计计算

经分析计算[2]:(1)取主动轮d1=112mm,从动轮d2=560mm;(2)选择A型带,计算得带长L=2240mm,中心距a=530.5mm;(3)计算带数为4,小带轮包角为130°。

5 Kisssoft计算

依据技术要求,小带轮与原动机相连,转速n1=1500r/min,大带轮驱动工作机或者下级减速机构,转速n2=300r/min。在软件中输入初始条件(如图1),这里可以直接根据工作机的工作条件参考Kisssoft软件中提供的Application factor进行选择(如图2),由于工作机工作条件要求一般,属于一般传动要求,这里应用因素参数f1定为1。由Application factor参数的选择就可以体验到Kisssoft软件设计的人性化。

接下来在Kisssoft参数中设置V带带型为A型带,带数n=4,传动比i=5,并指定小带轮直径为112mm(如图3)。并点击参数设置旁的图标进行各个参数计算。

需要介绍的是,在Kisssoft还可以对带有张力调整轮(tensioning pulley)的V带进行参数设置,因为此处设计的V带不涉及tensioning pulley因而不对其进行设置。接下来就可以运行软件对所设置的参数进行设置,计算完成之后就可以查看V带的中心距a、带长L、大带轮的直径d2等参数(如图3),如果要对设计结果进行微调可以选择带长L参数框旁的按钮在可选带长中进行调整(如图4),并重新进行计算,直至得到满意的设计结果。

这里作者选择的带长L=2240.03mm(可以圆整为2240mm),Kisssoft最终的计算结果如图5。Kisssoft计算得到的中心距a=545.558mm,大带轮直径d2=560mm,小带轮的包角131.52°,这三项与手工计算的结果都是比较相近的。软件还给出了小带轮的扭矩为44.57N·m,大带轮的扭矩为222.83N·m,这两个量对于接下来的轴的设计和强度十分重要。利用Kisssof的输出报告的功能还能了解到更多的设计结果,如带轮的离心力、圆周力大小等。

计算得到的小带轮和大带轮的传动比为5,没有传动误差,符合设计要求。

6 结论

V带传动具有广泛的应用,借助计算机利用Kisssoft对V带传动进行设计或者校核十分快速,并且能得到与手工计算相媲美的计算精度。课件利用Kisssoft进行机械传动的设计有较高的设计效率和设计质量。

参考文献

[1]卜炎.机械传动装置设置手册(上册)[M].北京:机械工业出版社,1988.

普通V带传动 篇3

V带传动结构简单、传动平稳、噪音低, 过载时能起到保护作用, 广泛应用于农业机械传动。目前V带传动设计是靠经验和使用设计手册的传统的设计方法, 很难使V带传动的结构参数达到最佳。优化设计已成为现代机械设计理论和方法中的一个重要领域, 利用该技术能够从众多的设计方案中寻找到尽可能完善的设计方案[1,2,3,4,5]。

本文采用优化设计方法, 并利用Matlab优化工具箱提供的优化函数对自走联合收割机的V带传动进行了结构参数优化, 对合理设计V带传动具有一定的参考价值。

1 优化数学模型的建立

1.1 目标函数的建立和设计变量的确定

为了使V带传动外廓尺寸小, 结构紧凑, 同时以小带轮直径最小和带传动中心距最小作为追求目标, 则目标函数为

f1 (x) =D1→min

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式中 D1—小带轮直径;

D2—大带轮直径;

L—带的基准长度;a—中心距。

由于大带轮直径D2=i (1-ε) D1, i为带的传动比, 设计带传动时, 一般先给定;ε为带的弹性滑动率, 一般为1%～2%[1]。因此, 在带传传动中, 虽然变量共有5个, 但独立的设计变量只有2个, 该优化问题的设计变量为

x=[x1, x2]T=[D1, L]T

1.2 约束条件的确定

1.2.1 带速

带速v过小会增加带中的拉力, 导致带的根数过多;反之, 会产生过大的离心力, 降低带和带轮间的压紧力, 使极限摩擦力减小, 降低带的承载能力。因此取5m/s≤v≤25m/s。

1.2.2 带的根数

V带根数过多, 则不能保证每根带受力均匀, 在农业机械中带的根数z一般不超过10根[6], 即

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式中 kA—工作情况系数, 农机一般取1.1～1.5[7];

P—名义功率;

P0—单根普通V带所能传递的功率;

ΔP0—单根普通V带i≠1 时传动功率的增量;

kα—包角系数;

kL—带长系数。

ΔP0可根据小带轮转速n1, 带的型号以及传动比i直接从手册上查出;P, kα, kL都是以表格形式给出, 为了便于分析, 这里采用多项式拟合的方法来确定。多项式的阶数利用Matlab中提供的交互式函数‘polytoo’确定, 在图形中输入相应的参数, 可以观察各阶多项式拟合的图形, 选择置信区间最小、拟合效果好的图形, 确定多项式的拟合阶数[2]。

1.2.3 包角

V带传动, 为了保证带的传递能力, 要求小带轮包角α1不能小于120°, 取小带轮包角为

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1.2.4 中心距

带的中心距a若取得过小, 会降低带的疲劳寿命, 减小小带轮的包角;若取得过大, 会引起带的颤动。一般可取

0.55 (D1+D2) +h≤a≤2 (D1+D2)

式中 h—V带的高度。

1.2.5 小带轮直径

带轮直径愈小, 胶带中弯曲应力越大。另一方面, 带轮直径过小意味着带和轮接触副短, 极限摩擦力小, 传动能力低, 故需限制小带轮的最小直径, 取D1≥Dmin (Dmin为小带轮最小直径, 由带的型号确定) 。

2 优化模型的求解

从上面的分析可以看出, V带的优化问题是一个多目标优化问题, 多目标问题的求解方法有统一目标法、主要目标法、协调曲线法等, 这里采用统一目标法中的线性加权和法来求解。在加权之前, 首先对2个目标做统一量纲处理, 处理之后的2个目标函数分别为

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考虑到这2个目标各自的重要程度, 这里取加权系数为w[w1, w2]T=[0.4, 0.6]T, 则原来的多目标问题变为

求x=[x1, x2]T=[D1, L]T使

minf (x) =min[w1f′1 (x) +w2f′2 (x) ]

s.t

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Matlab 软件数值计算功能强大, 编程简单易学, 是工程问题分析计算的基本工具, 它包括几十个工具箱, 其中优化工具箱提供的优化函数可以解决包括线性规划、非线性规划、最小二乘问题、多目标决策等优化问题, 用户可以方便灵活地使用优化函数[2]。Matlab优化工具箱中的'fmincon' 函数是用来求解多维约束优化问题的函数, 它可以用来求解大、中、小型约束优化问题。V带的优化问题是一个具有2个设计变量、3个线性不等式约束和4个非线性不等式约束的小型的非线性约束优化问题。该问题可以用函数'fmincon'来求解。编程时, 先将目标函数、约束函数分别定义成2个m文件, 然后再用‘fmincon’进行优化计算, 就可以得出该优化问题的最优解。

3 计算实例

某自走联合收割机左侧传动系统由发动机到主皮带传动轴的V带传动, 功率8.82kW, 输入转速n1=1 700r/min, 传动比i=2.2, 用B型普通V带, 每天工作8h。

利用Matlab编程后得到的最优解为

X*=[196, 3 498.5]

经圆整, 得到V带的参数为D1=200mm, L=3 550mm。

优化前后结构参数优化, 如表1所示。从表1可以看出, 优化后带轮直径减小约11%, 带长缩短约18%, 中心距减小约21%, V带轮廓尺寸减小, 结构更紧凑。

4 结论

本文将优化设计方法用于V带设计, 建立了V 带传动优化数学模型, 并利用Matlab优化工具箱提供的优化函数进行了V带传动结构参数优化。从联合收割机V带传动的优化可以看出, 优化设计方法可以减小带轮直径和中心距, 使V带传动结构参数更合理。优化设计方法在农业机械设计中是非常有用的, 它可以大大提高设计效率和设计水平。

摘要：建立了以V带传动小带轮直径和中心距最小为追求目标, 以带速、包角、中心距、带的根数和小带轮直径等为约束条件的优化数学模型。求解时, 首先采用线性加权和的方法建立评价函数, 然后利用Matlab软件优化工具箱提供的'fmincon'函数进行优化计算。优化结果显示, 优化后小带轮直径和中心距明显减小, V带传动更紧凑。

关键词：V带传动,优化设计,Matlab,联合收割机

参考文献

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[6]浙江农业大学农机系《农业机械零件基础知识》编写组.农业机械零件基础知识[M].杭州:浙江科学技术出版社, 1981.

V型带传动中离合器功能的应用 篇4

由于V带传动要在可靠传递动力的同时又要具有离合器的功能作用, 显然在结构设计上有别于纯传递动力的结构。一般机械设计手册也难以寻到相关资料。这里我们通过在联合收割机的具体应用的事例进行剖析总结, 供大家设计时参考。

如图1所示为某型号收割机行走传动V型带张紧机构的简图。当操纵手柄7拉起时, V型带处于张紧状态, 柴油机带轮9将动力传递给变速箱带轮2, 当操纵手柄7放开后, 张紧轮10下垂, V带松驰, 动力传递切断。该机构设计成功与否主要考核两点:一是张紧后能否可靠传递动力, V带的预紧力应在合理的范围内。二是脱开后动力传递迅速切断, V带不跟转、不跳动。为此我们需要回顾一下V带传递动力的机理。

当V带处于静止状态时 (图2) , V带仅承受初拉力F0, 上下两侧的带受力相等, 均为F0。

当V带处于传动时 (图3) , 由于带与轮槽面间摩擦力的作用, 带两边的拉力不再相等, 绕进主动轮的一边, 拉力由F0增加到F1, 称为紧边拉力, 而另一边带的拉力由F0减为F2, 称为松边拉力。Fe=F1-F2, Fe称为有效拉力, 带传动依靠有效拉力Fe产生转矩实现功率的传递。

有效拉力Fe也等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和Ff。综合以上分析, 影响带传动能力的因素主要有:预紧力F0、V带围包带轮的包角α、摩擦系数f等。当要切断动力时, 我们仅需从几个主要影响因素入手。当操纵手柄放开后, 预紧力F0=0, 由于V带是一挠性体与带轮不一定能够完全脱开, 主动轮依然可通过接触弧上的摩擦力带动从动轮转动。当然所传递的扭矩有限, 但对于离合器是不允许的。V带具有挠性, 又具有僵硬性。如果我们利用V带的僵硬性, 在撤消张紧后, 将V带的富余长度集中到带轮的接触弧处, 使围包角区间的带与带轮形成空隙, 产生不了摩擦力, 从而切断主、从动轮的扭矩的传递。

在具体结构设计上, 我们在主、从动轮各加装一个弧形挡板, 或一端弧形挡板, 另一端装一限位杆。弧形挡板的半径大于带轮半径5~10mm左右, 在主、从动轮轴距较大时应沿带拉直的方向上设计托板。总之, 在撤消张紧后应将带长富余部分限制在围包角区段内, 利用带的僵硬性使其撑起一大于带轮的弧, 使带与轮脱离接触。

V形带长度的选择应大于理论计算长度5~15mm, 主、从动轮中心距长, 带的超长部分取小值, 主、从动轮中心距短, 带的超长部分取大些, 齿形带超长部分应更大些 (10~20mm) 。