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第六章 带传动传动的作用：在一定的距离内传递机械能，传递或变换速度和扭矩，有时改变运动形式。描述运动和动力的指标：运动指标 动力指标 6-1 概述带传动由主动带轮1、从动带轮3和绕在两轮上的传动带2组成。当原动机驱动主动轮1转动时，由于带和带轮间摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。特点：结构简单，传动平稳，造价低廉，缓冲吸振，应用广泛。一 带传动类型平带传动、V带传动、多楔带传动、同步带传动等。平带传动结构最简单，带轮易制造，传动中心距较大。V带传动应用最广。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也作出相应的梯形环槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦原理，在同样张紧力下，V 带传动较平带传动能产生更大摩擦力。V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，V带多已标准化并大量生产，所以应用广泛。平带：V带：多楔带兼有平带和V带的优点：柔性好，摩擦力大，能传递的功率高，解决了多根V带长短不一而使各带受力不均的问题。主要用于传递功率较大而要求结构紧凑的场合，传动比可达10，带速可达40m/s。二 V带的类型与结构V带有：普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等。标准普通V带制成无接头的环形。由顶胶、抗拉体、底胶和包布组成。帘布芯V带，制造方便。绳芯V带柔韧性好，抗弯强度高，适用于转速较高、载荷不大、带轮直径较小等场合。V带弯曲时，顶胶伸长，底胶缩短，只有在两者间的中性层长度不变，称为节面。带的节面宽度bp-节宽，带弯曲时，节宽不变。带的相对高度。dd-V带轮上，与所配用的V带的节宽bp相对应的带轮直径为基准直径。Ld-V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径dd上的周线长度为基准长度。V带的公称长度以Ld表示。窄V带用合成纤维绳作抗拉体，相对高度约为0.9的新型V带。与普通V带相比，当高度相同时，窄V带的宽度约缩小1/3，承载能力可提高1.52.5倍，适用于传递动力大而要求传动装置紧凑的场合。普通V带的截型分为Y、Z、A、B、C、D、E七种。窄V带分为：SPZ、SPA、SPB、SPC四种。6-2 带传动工作情况分析一 带传动中的力分析安装带传动时，传动带以一定的预紧力F紧套在两个带轮上。由于的作用，带和带轮的接触面上产生正压力。带传动不工作时，传动带两边的拉力相等，都等于F0。带传动工作时，设主动轮以转速转动，带与带轮的接触面间产生摩擦力，主动轮作用在带上的摩擦力的方向和主动轮的圆周速度相同，主动轮即靠此摩擦力驱使带运动；带作用在从动轮上的摩擦力的方向，与带的运动方向相同，带靠摩擦力驱使从动轮以转速转动。这时，传动带两边的拉力发生了变化：带绕上主动轮的一边被拉紧，叫紧边，紧边拉力由F0增加到F1；带绕上从动轮的一边被放松，叫松边，松边拉力由F0减小为F2。如果近似认为带工作时的总长度不变，则带的紧边拉力的增加量等于松边拉力的减少量，即取主动轮一端的带为分离体时，Ff和两边拉力对轴心力矩的代数和T=0，即F1 -F2 为带传动中传递功率的有效拉力Fe ，并不是作用于某固定点的集中力，而是带、带轮接触表面上各点摩擦力的总和，故整个接触面上的总摩擦力Ff = Fe。带传动所能传递的功率为由上式知：当功率P增大- Fe相应增大。反映了摩擦力的变化。当其他条件不变且预紧力一定时，此摩擦力有一极限值。这个极限值限制了带传动的传动能力。二 带传动的最大有效拉力Fec及其影响因素当带有打滑趋势时，摩擦力达到极限值。这时，带传动的有效拉力也达到最大值。柔韧体摩擦的欧拉公式：式中：e-自然对数的底； f-摩擦系数（对V带，用当量摩擦系数fv代替f）； -带在带轮上的包角，rad。带所能传递的最大有效拉力（即有效拉力的临界值）Fec为：由上式可知，最大有效拉力与下列因素有关：1） 预紧力F0 最大有效拉力Fec与F0成正比。因为F0越大，带与带轮间的正压力越大，则传动时的摩擦力就越大，最大有效拉力Fec就越大。但F0过大时，带的磨损加剧，带过快松弛，缩短带的工作寿命。如F0过小，则带传动的工作能力得不到充分发挥，运转时容易发生跳动和打滑。2） 包角 最大有效拉力Fec随包角的增大而增大。因为越大，带和带轮接触面上所产生的总摩擦力就越大，传动能力就越高。3） 摩擦系数f 最大有效拉力Fec随摩擦系数的增大而增大。因为摩擦系数越大，摩擦力就越大，传动能力就越高。摩擦系数f与带及带轮的材料和表面状况、工作环境条件等有关。三 带的应力分析1 拉应力紧边拉应力 松边拉应力 2 弯曲应力带绕在带轮上时要引起弯曲应力，带的弯曲应力为：式中：h-带的高度，；dd -带轮的计算直径，对于V带轮，指它的基准直径；E-带的弹性模量，MPa。由上式可知，h越大，D越小时，带的弯曲应力就越大。故带绕在小带轮上的弯曲应力大于绕在大带轮上的弯曲应力。为避免弯曲应力过大，带轮直径不能过小。V带轮的最小直径列于表8-4。3 离心应力当带以切线速度v在带轮边缘作圆周运动时，带本身的质量将引起离心力，由于离心力的作用，带中产生的离心拉力在带的横截面上产生离心应力c。式中：q-传动带单位长度的质量，kg/m。A 带的横截面面积，mm2。 v-带的线速度，m/s。上图表示带工作时的应力分布。带中可能产生的瞬时最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处。此时的最大应力可近似地表示为由图可见，带是在变应力状态下工作的。即带每绕两带轮循环一周时，作用在带上某点的应力是变化的。当应力循环到一定次数后，带将产生疲劳破坏。四.带的弹性滑动和打滑带传动工作时，带是弹性体，受拉后要产生弹性变形。但由于紧边、松边拉力不同，所以弹性变形也不同。当紧边在A1点绕上主动轮时，其所受拉力为F1，带的线速v和主动轮的圆周速度v1相等，在A1C1弧段，带和带轮一起转动，v= v1，带和带轮无相对滑动。带由C1到B1点，带的拉力由F1减小为F2，带的弹性变形也随之减小。所以带沿带轮的运动是一边绕进，一边向后收缩，速度由v1减小为v2。同理，相对滑动在从动轮上也要发生，但情况相反，带绕过从动轮时，拉力由F2增大为F1，弹性变形逐渐增大，所以带沿从动轮的运动是一边绕进一边向前伸长，带速由v2增大为v1。这种由于带的弹性变形引起的带与带轮间的滑动叫弹性滑动。弹性滑动是带传动正常工作时的固有特性。由于弹性滑动的影响，将使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，其降低量用滑动率表示：，带传动的实际平均传动比为 在一般传动中，滑动率并不大（12%），故可不考虑，取传动比为：在正常情况下，带的弹性滑动并不是发生在整个接触弧上。当有效拉力较小时，弹性滑动只发生在带离开带轮的那一部分接触弧上，并把它们称为滑动弧，所对的中心角叫滑动角；未发生弹性滑动的接触弧称为静弧，所对的中心角叫静角。随着有效拉力的增大，滑动弧扩大，静弧减小。当弹性滑动区段扩大到整个接触弧时，带传动的有效拉力达到最大（临界）值。如果工作载荷再进一步增大，则带与带轮间将发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效，这种情况应该避免。6-3 V带传动的设计计算一 设计准则和单根V带的基本额定功率1 设计准则带传动的失效形式：打滑和疲劳破坏。设计准则：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。2 单根V带的基本额定功率带在有打滑趋势时的有效拉力为： 带的疲劳强度条件为： 或 则 单根V带允许传递的功率为由实验，在108109次循环应力下，V带的许用应力为式中：Ld-带的基准长度，m。 j-带上某一点绕行一周时所绕过的带轮数。 Lh -V带寿命，h。 c-由带的材质和结构决定的实验常数。在=1800、特定长度、载荷平稳时，单根V带的基本额定功率P0见表8-6a、c。考虑i1时，提高承载能力，单根V带额定功率的增量P0，见表8-6b、d。为符合实际，修正单根V带的额定功率值 P=（P0+P0）KKL。式中：K-考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数，查表8-9。 KL-考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数，查表8-10。二 设计计算1 原始数据：传递功率P，转速n1、n2（或传动比i），传动位置要求及工作条件等。2 设计内容：确定带的截型、长度、根数、传动中心距、带轮直径及结构尺寸等。3 传动参数的设计计算 1) 确定计算功率Pca计算功率Pca根据传递的P，并考虑载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响确定。即 式中：P-传递的额定功率，kW。 K-工作情况系数，表8-7。2）选择带型根据计算功率和主动轮转速由图8-7或8-8选定带型。3） 确定带轮的基准直径dd1、dd2（1） 初选小带轮的直径dd1 根据V带截型，参表8-4及8-8选取dd1。为提高带的寿命，宜选取较大的直径。（2） 验算带速v 。普通V带，对于窄V带，。如，则离心力过大，即应减小dd1；如v过小，则dd1过小，将使有效拉力Fe过大，即所需带的根数z过多，带轮的宽度、轴径及轴承的尺寸随之增大。一般以为宜。（3） 计算从动轮的基准直径dd2 ，按V带轮的基准直径系列表8-8加以适当圆整。4） 确定中心距a和带的基准长度Ld如果中心距未给出，可根据传动的结构需要初定中心距a0，取取定a0后，计算所需带的基准长度Ld根据Ld由表8-3中选取和Ld相近的基准长度Ld。再根据Ld计算实际中心距a。由于V带传动的中心距一般可调，可近似计算，即考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距变动范围为5） 验算主动轮上的包角16） 确定带的根数z7） 确定预紧力F0 由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的预紧力为上述预紧力的1.5倍。在带传动中，预紧力F0通过在带与两轮的切点跨距的中点M，加上一个垂直于两轮上部外公切线的适当载荷G，使带沿跨距每长100mm所产生的挠度y为16mm。8） 计算带作用在轴上的力（简称压轴力）Q为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定压轴力Q。如不考虑带两边的拉力差，则压轴力可近似按带两边的预紧力F0的合力计算，即6-4 V带轮设计V带轮设计要求：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀；转速高时经过动平衡；轮槽工作面精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度保持一定的精度，以使载荷分布均匀。V带轮材料：铸铁，常用HT150或HT200；转速较高时用ZG；小功率时用铸铝或塑料。V带轮结构：1实心式：dd（2.53）d； 2.腹板式：dd300mm； 3.孔板式： dd300mm(D1-d11