浙江大学机械设计基础第三章带传动

1、浙江大学专用 第三章第三章 带传动带传动 3-1 带传动的组成、特点和应用带传动的组成、特点和应用 3-2 带和带轮带和带轮 3-3 带传动的受力分析和应力分析带传动的受力分析和应力分析 3-4 带传动的弹性滑动和打滑带传动的弹性滑动和打滑 3-5 普通普通V带传动的设计计算带传动的设计计算 3-7 其他带传动简介其他带传动简介 带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运动和动 力的，适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动 相比，它们具有结构简单，成本低廉等优点。 浙江大学专用 3 带传动的组成：带传动的组成：主动轮主动轮1、从动轮、从动轮2、环形带、环形带3。 工作原理：工作原理： 安装时带被张

2、紧在带轮上，产生的安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力初拉力使得带与使得带与 带轮之间产生带轮之间产生压力压力。主动轮转动时，依靠。主动轮转动时，依靠摩擦力摩擦力托动托动 从动轮一起同向回转。从动轮一起同向回转。 1 n2 n1 2 F0 F0 F0 F0 3-1 带传动的组成、特点和应用带传动的组成、特点和应用 特点：特点：传动平稳、噪声小、缓冲、吸振，过载时打滑可以防止传动平稳、噪声小、缓冲、吸振，过载时打滑可以防止 其它零件损坏。外廓尺寸较大，不能保证准确的传动比，效率其它零件损坏。外廓尺寸较大，不能保证准确的传动比，效率 较低，带的寿命较短，不宜用在高温、易燃、易爆场合。较低，带的寿命

3、较短，不宜用在高温、易燃、易爆场合。 浙江大学专用 2 1 3 .57180 12 dd 带传动的几何关系带传动的几何关系 中心距中心距a 包角包角: 2 因因较小较小, , sin以 代入得代入得: : )( 12 rad dd 带长带长: : ADBCABL 2 )2( 2 )2( 2 cos2 12 dd a 22 2 1 1sin1cos以代入得：及 a dd 2 12 a dd 2 12 )()( 2 cos2 1221 dddda aC A D B d1 d2 浙江大学专用 a dd ddaL 4 )( 2 2 2 12 21 11 C A D B d1 d2 a 带长带长: :

4、已知带长时，由上式可得中心距已知带长时，由上式可得中心距 : : 8 )( 8)(2)(2 2 12 2 2121 ddddLddL a 带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后， 因带永久伸长而松弛时，还应当重新张紧。 浙江大学专用 类型类型 平皮带平皮带 V 型带型带 多楔带多楔带 摩擦型摩擦型 啮合型啮合型同步带同步带 圆形带圆形带 -摩擦牵引力大 -摩擦牵引力大 -牵引力小，用于仪器牵引力小，用于仪器 应用：应用：两轴平行、且同向转动的场合。两轴平行、且同向转动的场合。 带传动的类型带传动的类型 抗拉体 浙江大学专用 a a 调整螺钉调整螺钉 调整螺钉调整螺钉 滑

5、道式张紧装置滑道式张紧装置 摆架式张紧装置摆架式张紧装置 a a 带传动的张紧方法：带传动的张紧方法： 1.1.调整中心距调整中心距 浙江大学专用 张紧轮张紧轮 带传动的张紧方法：带传动的张紧方法： 1.1.调整中心距调整中心距 2.2.采用张紧轮采用张紧轮 3.3.自动张紧自动张紧 自动张紧装置自动张紧装置 销轴销轴 浙江大学专用 带传动的优点：带传动的优点： 1. 适用于中心距较大的传动；适用于中心距较大的传动； 2. 带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动；带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动； 3. 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零

6、 件的损坏；件的损坏； 4. 结构简单、成本低廉。结构简单、成本低廉。 带传动的缺点：带传动的缺点： 1. 传动的外廓尺寸较大；传动的外廓尺寸较大； 2. 需要张紧装置；需要张紧装置； 3. 由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比； 4. 带的寿命较短；带的寿命较短； 5. 传动效率较低。传动效率较低。 浙江大学专用 应用：应用：两轴平行、且同向转动的场合，中小功率电机两轴平行、且同向转动的场合，中小功率电机 与工作机之间的动力传递。与工作机之间的动力传递。 V带传动应用最广，带速：带传动应用最广，带速： v=525 m/s 传动比：传动比：i=7 效率

7、：效率： 0.90.95 浙江大学专用 V V带可分为：带可分为：普通普通V带、窄带、窄V带、宽带、宽V带、大楔角带、大楔角V带、带、 汽车汽车V带等类型。其中普通带等类型。其中普通 V V带应用最广。带应用最广。 V V带的规格带的规格 组成：组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。抗拉体、顶胶、底胶、包布。 帘布芯结构帘布芯结构绳芯结构绳芯结构 包布包布 顶胶顶胶 抗拉体抗拉体 底胶底胶 节线节线 节面节面 节线：节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。弯曲时保持原长不变的一条周线。 节面：节面：全部节线构成的面。全部节线构成的面。 3-2 带和带轮带和带轮 浙江大学专用 b bd h =40，h/b

8、d =0.7的的V带称为普通带称为普通V带。已经标准化，有七种型号。带。已经标准化，有七种型号。 型型 号号 O A B C D E F 顶宽顶宽b 10 13 17 22 32 38 50 节宽节宽 bd 8.5 11 14 19 27 32 42 高度高度 h 6 8 10.5 13.5 19 23.5 30 楔角楔角 每米质量每米质量q（kq/m） 0.06 0.01 0.17 0.30 0.62 0.90 1.52 表表3-1 普通普通V带的截面尺寸（带的截面尺寸（GB11544-89） 40 在在V带轮上，与所配用带轮上，与所配用V带的节面宽度带的节面宽度 相对应的带轮直径称为相对应

9、的带轮直径称为基准直径基准直径d。 d V带在规定的张紧力下，位于带轮基准带在规定的张紧力下，位于带轮基准 直径上的周线长度称为直径上的周线长度称为基准长度基准长度Ld 。 标准长度系列详见下页表标准长度系列详见下页表3-2 ，P49 bd 浙江大学专用 f 1.6 1.6 6.3 H e b0 bd B h1 ha d da e 80.3 120.3 150.3 190.4 25.50.5 槽槽 型型 Y Z A B C bd 5.3 8.5 11 14 19 hamin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 famin 6 7 9 11.5 16 hfmin 4.7 7.0 8.7 1

10、0.8 14.3 min 5 5.5 6 7.5 10 60 - - - - - - 80 118 190 315 60 - - - - - - 80 118 190 315 对应的对应的d d 3232 3434 3636 3838 ( ) 表表3-1 普通普通V带轮的轮槽尺寸带轮的轮槽尺寸 浙江大学专用 224 0.82 2240 1.10 1.06 1.0 0.91 250 0.84 2500 1.30 1.09 1.03 0.93 280 0.87 2800 1.11 1.05 0.95 315 0.89 3150 1.13 1.07 0.07 355 0.92 3550 1.17 1

11、.07 0.97 400 0.96 0.79 4000 1.10 1.13 1.02 450 1.00 0.80 4500 1.15 1.04 500 1.02 0.81 5000 1.18 1.07 560 0.82 5600 1.09 630 0.84 0.81 6300 1.12 710 0.86 0.83 7100 1.15 800 0.90 0.85 8000 1.18 900 0.92 0.87 0.82 9000 1.21 1000 0.94 0.89 0.84 10000 1.23 1120 0.95 0.91 0.86 11200 1250 0.98 0.93 0.88 12

12、500 1400 1.01 0.96 0.90 14000 1600 1.04 0.99 0.92 0.83 16000 1800 1.06 1.01 0.95 0.86 Ld / mm Y Z Ld / mm 基准长度基准长度 KL 基准长度 基准长度 KL 表表3-2 普通普通V带的长度系列和带长修正系数（带的长度系列和带长修正系数（GB/T13575.1-92） 200 0.81 2000 1.08 1.03 0.98 0.88 浙江大学专用 带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。 带轮的结构带轮的结构 实心式实心式-直径小；直径

13、小； d0 d H L 实心式实心式 浙江大学专用 腹板式腹板式-中等直径；中等直径； dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) H 见图见图13 - 8 s= (0.2 0.3) B s11.5s s20.5s 腹板式一腹板式一 带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。 带轮的结构带轮的结构 实心式实心式-直径小；直径小； S1 斜度斜度1：25 S S2 dr dk dh d da L B S2 浙江大学专用 腹板式腹板式-中等直径；中等直径； dh = (1.82)ds d0=( dh

14、 +dr) /2 dr = de -2(H+) H 见图见图13 - 8 s= (0.2 0.3) B s20.5s 带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。 带轮的结构带轮的结构 实心式实心式-直径小；直径小； 腹板式二腹板式二 斜度斜度1：25 S2 dr dk dh d da B S L 浙江大学专用 轮辐式轮辐式-d350 mm； 腹板式腹板式-中等直径；中等直径； 带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。 带轮的结构带轮的结构 实心式实心式-直径小；直径小； h2 dr d

15、k dh a1 L 斜度斜度1：25 d da B h1 h2 =0.8 h1 a1 = 0.4 h1 a2 = 0.8 a1 f10.2 h1 f2 0.2 h2 P nA 3 h1 =290 P功率功率 n转速转速 A轮幅数轮幅数 浙江大学专用 F0 F0 F0 F0 静止时，带两边的初拉力相等：静止时，带两边的初拉力相等： 传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等： F1 = F2 = F0 为了可靠工作，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。 F1 F2 F1 ，紧边F2 松边 F1 F2 F1 F2 紧边紧边 松边松边 设带的总长不变

16、，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相 等：等： F1 F0 = F0 F2 从动轮从动轮 主动轮主动轮 n1 n2 n1 n2 F0 = (F1 + F2 )/2 3-3 带传动的受力分析和应力分析带传动的受力分析和应力分析 浙江大学专用 当圆周力当圆周力FF Ff时，带与带轮之间出现显著的滑动，称时，带与带轮之间出现显著的滑动，称 为打滑为打滑.经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低，经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低， 导致传动失效。导致传动失效。 称称 F1 - - F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：为有效拉力，即带所能传递的圆周

17、力： F = F = F1 - - F2 且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系：且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系： 1000 Fv P 以平带为例，分析打滑时紧边拉力F1 和松边拉力F2之间的关系。 dFN F1 F2 F+dF F f dFN dd dl d 2 d 2 取一小段弧进行分析：取一小段弧进行分析：参数如图 正压力：正压力：dFN 两端的拉力：两端的拉力：F 和和F+dF 力平衡条件：力平衡条件：忽略离心力, 水平、垂直力分别平衡 2 sin)( 2 sin d dFF d FdFN 2 cos 2 cos)( d F d dFFfdFN 摩擦力：摩擦力： f dFN 浙

18、江大学专用 由力平衡条件：由力平衡条件： 2 sin)( 2 sin d dFF d FdFN 2 cos 2 cos)( d F d dFFfdF N 1 2 cos, 22 sin ddd d很小，可取因 2 d dF 去掉二阶微量 FddF N fd F dF 0 1 2 fd F dF F F f F F 2 1 ln 积分得：积分得： 紧边和松边的拉力之比为：紧边和松边的拉力之比为： f e F F 2 1 绕性体摩擦的基本公式绕性体摩擦的基本公式 dFfdF N 浙江大学专用 联立求解：联立求解： 1 1 f f e e FF ) 1 1 ( 121 f e FFFF 1 1 2

19、f e FF F f 1f Q Q N Fff F fF 2 sin QN F f fF 2 sin f e F F 2 1 F=F=F1 - - F2 浙江大学专用 在相同条件下在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。带能传递较大的功率。 或在传递功率相同时，或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。带传动的结构更为紧凑。 用用 f 代替代替 f 后，得以下计算公式：后，得以下计算公式： 2 1 f e F F ) 1 1 ( 1 1 1 121 2 1 f f f f e FFFF e FF e e FF 1 1 f f e e FF ) 1 1 ( 121 f e FFFF 1 1 2

20、f e FF 2 1 f e F F 浙江大学专用 1)1)紧边和松边拉力产生的拉应力紧边和松边拉力产生的拉应力 紧边拉应力：紧边拉应力：MPa A F 1 1 MPa A F 2 2 松边拉应力：松边拉应力： A A为带的横截面积为带的横截面积 2)2)离心力产生的拉应力离心力产生的拉应力 带在微弧段上产生的离心力带在微弧段上产生的离心力： amdF Nc 带工作时应力由三部分组成 dFNc dd dl r F1 F2 Ndqv 2 2 )(rqrd r v qrd 2 )( 浙江大学专用 离心力离心力 F FNc Nc在微弧段两端会产生拉力 在微弧段两端会产生拉力 FcFc。 daqv d

21、a Fc 2 2 sin2由力平衡条件得：由力平衡条件得： dFNc dd dl r F1 F2 Fc Fc d 2 d 2 : 22 sin，得取 dada NqvFc 2 MPa A qv A F c c 2 离心力只发生在带作圆周运动的部分， 但由此引起的拉力确作用在带的全长。 离心拉应力：离心拉应力： 往x轴投影 浙江大学专用 3)3)弯曲应力弯曲应力当带绕过带轮时，因为弯曲而产生弯曲应力 MPa d yE b 2 设设y y为带的中心层到最外层的垂直距离；为带的中心层到最外层的垂直距离； E E为带的弹性模量；为带的弹性模量；d d为带轮直径。为带轮直径。 4. 4. 应力分布及最大

22、应力应力分布及最大应力 max 1 b2 c 2 n1 n2 1 b1 cb 11max 2 y 弯曲应力为弯曲应力为: : 最大应力最大应力max max出现在紧边与 出现在紧边与 小轮的接触处。小轮的接触处。 V带的节线带的节线 d V带轮的带轮的 基准圆基准圆 由材料力学公式得 离心应力 拉应力 弯曲应力 浙江大学专用 F2 F2 F1 F1 设设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为变形量为： 这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。弹性滑动。 紧边：紧边： 松边：松边： AE F 1 1 AE

23、 F2 2 F F1 1 F F2 2 1 1 2 2 带绕过带绕过主动轮主动轮时，将逐渐缩时，将逐渐缩 短并沿轮面滑动，使短并沿轮面滑动，使带速落带速落 后于轮速。后于轮速。 带经过带经过从动轮从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带带 速超前于轮速。速超前于轮速。 sm nd v/ 100060 11 1 sm nd v/ 100060 22 2 总有：总有：v v2 2 v v1 1 从动轮从动轮 n2 主动轮主动轮 n1 3-4 带传动的弹性滑动和打滑带传动的弹性滑动和打滑 浙江大学专用 得从动轮的转速：得从动轮的转速： 带传动的传动比：带传动的传动比：

24、 2 11 2 )1( d dn n )1( 1 2 d d 2 1 n n i V V带传动的滑动率带传动的滑动率=0.01=0.010.02，一般可忽略不计。，一般可忽略不计。 定义：定义： 11 2211 1 21 nd ndnd v vv 为滑动率。为滑动率。 定义定义：带传动这种因带的两边拉力不等而使弹性变形带传动这种因带的两边拉力不等而使弹性变形 量不等，引起带和带轮之间的局部微小相对滑量不等，引起带和带轮之间的局部微小相对滑 动，称为动，称为弹性滑动弹性滑动。 弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不可避免的物理现象弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不可避免的物理现象。 浙江大学专用 一、单

25、根普通一、单根普通V V带的许用功率带的许用功率 带载带轮上打滑或发生脱层、撕裂、拉断等疲劳损坏 时，就不能传递动力。因此带传动的设计依据是保证 带不打滑及具有一定的疲劳寿命。 传递的功率为：传递的功率为： ) 1 1 ( 121 f e FFFF 单根带所能传递的有效拉力为单根带所能传递的有效拉力为： 1000 ) 1 1 ( 1 v e F f 1000 ) 1 1 ( 1 v e A f 为保证带具有一定的疲劳寿命，应使为保证带具有一定的疲劳寿命，应使： max max = =1 1 + + b b + + c c 1 1 = = - -b b - - c c 代入得代入得： KW Av

26、 e P f cb 1000 ) 1 1)( 0 在在 =，L Ld d为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构 条件下计算所得条件下计算所得 P P0 0 称为单根带的基本额定功率。详见 称为单根带的基本额定功率。详见 图图3-13 3-13 教材教材P56P56。 1000 0 v FP 3-5 普通普通V带传动的设计计算带传动的设计计算 浙江大学专用 实际工作条件与特定条件不同时，应对实际工作条件与特定条件不同时，应对P P0 0值加以修正。值加以修正。 修正结果称为许用功率修正结果称为许用功率PP0 0 La KKPPP)( 000 K 包角系数包角系数

27、（表（表33）KL 长度系数长度系数（表（表32） ； PP0 0-功率增量功率增量； 二、普通二、普通V V带的型号和根数的确定带的型号和根数的确定 PKP Ac 计算功率：计算功率： K KA A - -工作情况系数工作情况系数 详见表13-6 P205 型号的确定型号的确定: : 根据根据Pc和小带轮的转速和小带轮的转速n1，由，由选型图选型图确定。确定。图图3 根数的确定根数的确定: : 0 P P z c L c KKPP P )( 00 考虑在i1，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的情况下， 可增大传递功率，取值详见表13-4 点击按钮： )( ) 1 1( 10 kW K

28、nKP i b 式中：式中：Kb 弯曲影响系数（表弯曲影响系数（表34）；）； Ki 传动比系数（表传动比系数（表35）；）；n1 小带轮速，小带轮速，r/min。 （表（表36） 浙江大学专用 3000 5000 2000 1600 4000 200 800 500 100 400 300 1000 小带轮的转速小带轮的转速 n1 ( r / min) 1250 2500 0.8 1 1.25 2 3.15 4 5 8 10 16 20 30 40 50 63 80 100 200 250 普通普通V带选型图带选型图 Z A B C D E d1=5071 d1=80100 d1=11214

29、0 d1=125140 d1=160200 d1=200315 d1=355400 d1=450500 d1=80100 -点击按钮 浙江大学专用 表表3-6 工作情况系数工作情况系数 载荷载荷 性质性质 载荷载荷 变动变动 很小很小 载荷变载荷变 动小动小 载荷变载荷变 动较大动较大 载荷变载荷变 动很大动很大 工工 作作 机机 原原 动动 机机 电动机（交流启动、三电动机（交流启动、三 角启动、直流并励）、角启动、直流并励）、 四缸以上内燃机四缸以上内燃机 电动机（联机交流启动、电动机（联机交流启动、 直流复励或串励）、四直流复励或串励）、四 缸以下内燃机缸以下内燃机 液体搅拌机、通风机和

30、液体搅拌机、通风机和 鼓风机、离心式水泵和鼓风机、离心式水泵和 压缩机、轻负荷输送机。压缩机、轻负荷输送机。 每天工作小时数每天工作小时数 / h 16 16 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 带式输送机、旋转式水带式输送机、旋转式水 泵和压缩机、发电机、泵和压缩机、发电机、 金属切削机床、印刷机、金属切削机床、印刷机、 旋转筛、木工机械。旋转筛、木工机械。 制砖机、斗式提升机、制砖机、斗式提升机、 往复式水泵和压缩机、往复式水泵和压缩机

31、、 起重机、磨粉机、冲剪起重机、磨粉机、冲剪 机床、橡胶机械、振动机床、橡胶机械、振动 筛、纺织机械等。筛、纺织机械等。 破碎机（旋转式、颚破碎机（旋转式、颚 式）、磨碎机（球磨、式）、磨碎机（球磨、 棒磨、管磨）。棒磨、管磨）。 ddmin min 三、主要参数的选择三、主要参数的选择 1.1.带轮直径与带速带轮直径与带速 型型 号号 Y Z A B C D E dmin 20 50 75 125 200 315 500 表表3-7 带轮的最小直径带轮的最小直径dmin 20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 67 20 22.4 25 28 31.5

32、35.5 40 45 50 56 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400 425 475 500 530 560 280 300 315 355 375 400 425 475 500 530 560 630 670 710 750 8

33、00 900 1000630 670 710 750 800 900 1000 大带轮的直径大带轮的直径d d2 2：)1( 1 2 1 2 d n n d d d1 1 、d d2 2：必须符合带轮的必须符合带轮的基准直径系列：基准直径系列： 浙江大学专用 带速：带速： sm nd v/ 100060 11 一般应使一般应使v v在在525m/s的范围内。的范围内。 2.2.中心距、带长和包角中心距、带长和包角 推荐范围：推荐范围：0.7(d0.7(d1 1+d+d2 2) ) a0 2(d 2(d1 1+d+d2 2) ) 初定初定V V带基准长度：带基准长度： 0 2 12 2100 4

34、 )( )( 2 2 a dd ddaL 根据根据L L0 0由表由表13-213-2选取接近的基准长度选取接近的基准长度L Ld d，然后计算中然后计算中 心距：心距： 2 0 0 LL aa d 中心距变动范围为：中心距变动范围为：考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。 ( (a-0.015L-0.015Ld d) ) ( (a +0.015L+0.015Ld d) ) 浙江大学专用 小轮包角：小轮包角： 3 .57180 12 1 a dd 一般应使一般应使1 1120120 , ,否则可加大中心距或增加张紧轮。否则可加大中心距或增加张紧轮。 2 0 )1 5.2 ( 500 qv Kzv P F a c 3.3.初拉力初拉力 保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，会出现打 滑，初拉力过大将增大轴和轴承上的压力，并降低带的寿命。 计算公式：计算公式：