机械设计基础 课件 机械 第8章 带传动

第08章

带传动研究对象：以普通V带为主研究内容：带传动的工作原理、特点、应用及标准，分析普通带传动的失效形式与设计准则，设计的思路和方法，以及使用和维护方面应注意的问题。重点：普通带传动的设计计算

带传动的认识与分析轿车发动机放映机8.1带传动的类型和特点

如图所示，带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成。当原动机驱动主动带轮转动时，由于带与带轮之间摩擦力的作用，使从动带轮一起转动，从而实现运动和动力的传递。带传动的组成

8.1.1带传动的类型

1.按传动原理分：（1）摩擦带传动：

靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等；（2）啮合带传动：

靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。8.1带传动的类型和特点

按传动带的截面形状分（1）平带：

平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。（2）V带：

截面形状为梯形，两侧面为工作表面。8.1.1带传动的类型

8.1带传动的类型和特点

（4）圆形带：

横截面为圆形。只用于小功率传动。（5）齿形带（同步带）：（3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。

按传动带的截面形状分8.1.1带传动的类型

按用途分（1）传动带

传递动力用（2）输送带

输送物品用。本章仅讨论传动带。8.1.1带传动的类型

8.1带传动的类型和特点

8.1.2带传动的形式V带传动一般为开口式开口传动交叉传动半交叉传动8.1.3开口传动的几何关系在带传动设计中，主要参数有中心距a、带长L、带轮直径d1、d2和包角α1α2等。8.1.4带传动的特点和应用能吸收振动，缓和冲击,传动平稳，噪音小；过载时，带会在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用；结构简单，制造、安装和维护方便，成本低；带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率低；由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力；带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑；带的寿命较短，需要经常更换；不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。

摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比要求不准确、中小功率的远距离传动。8.1.4带传动的特点和应用8.2

V带的基本结构

V带有普通V带、窄V带、宽V带、汽车V带、大楔角V带等。其中以普通V带和窄V带应用较广。8.2.1普通V带的结构和尺寸标准

普通V带已标准化，按截面尺寸从小到大可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图所示。抗拉体的结构形式有帘布结构和绳芯结构。

带绕在带轮上时产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压缩短，内外层之间必有一长度不变的中性层，其宽度bp称为节宽。

V带轮上与bp相应的带轮直径dd

称为基准直径；相应的带的周长称为基准长度Ld；见表。8.2.1普通V带的结构和尺寸标准8.2普通V带和V带轮

1.带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200,允许的最大圆周速度为25m/s；转速较高时宜采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。8.2.2普通V带轮的材料及结构选择8.2.2普通V带轮的材料及结构选择8.2普通V带和V带轮

2.带轮的结构要求：

质量小且质量分布均匀；足够的承载能力；良好的结构工艺性；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。

3.带轮的结构:

带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。

轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。

见表9-4。8.2普通V带和V带轮

8.2.2普通V带轮的材料及结构选择4.普通V带轮的结构形式及选择

V带轮按腹板结构的不同分为以下几种型式：实心带轮、腹板带轮

、孔板带轮、轮辐带轮。

直径较小时可采用实心式；中等直径带轮采用腹板式；直径大于350mm时可采用轮辐式。轮毂与轮辐尺寸按经验公式计算。8.2普通V带和V带轮

8.2.2V带带轮的结构设计8.3带传动的工作情况分析

8.3.1带传动的受力分析

把一根或多根环形V带张紧套装在主动轮1和从动轮2上，使带与带轮的接触面间产生压力。工作时，靠带与带轮间的摩擦力传递运动与动力。

为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F0。当传动带传动时，由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等，如图所示。一边被拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；一边被放松，拉力由F0减少到F2，称为松边。8.3.1带传动的受力分析

设环形带的总长度不变，则紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2。

F1-F0=F0-F2

F0=（F1+F2）/28.3.1带传动的受力分析

带两边的拉力之差F称为带传动的有效拉力。

实际上F是带与带轮之间摩擦力的总和，在最大静摩擦力范围内，带传动的有效拉力F与总摩擦力相等，F同时也是带传动所传递的圆周力，即：P为传递功率，单位为KW；F为有效圆周力，单位为N；V为带的速度，单位为m/s。紧边拉力F1和松边拉力F28.3.1带传动的受力分析

由此带的有效拉力与f、α、F0的大小有关。

在一定的初拉力F0作用下，带与带轮接触面间摩擦力的总和有一极限值。当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。

带打滑时从动轮转速急剧下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。8.3.1带传动的受力分析

8.3.2传动带的应力分析

(1)由拉力产生的应力

式中：σ1——紧边拉应力,MPa；σ2——松边拉应力；A为传动带的横截面积，mm2。σ1和σ2值不相等，带绕过主动轮时，拉力产生的应力由σ1逐渐降为σ2，绕过从动轮时又由σ2逐渐增大到σ1。1.应力分析

(2)由离心力产生的应力

带绕过带轮做圆周运动时，由于本身质量将产生离心力，为平衡离心力在带内引起离心拉力FC及相应的拉应力σc。设带以速度v(m／s)绕带轮运动，带中的离心拉应力σc为式中：q——带每米长度的质量，kg／m，其值见表。离心力引起的拉应力作用在带的全长上，且各处大小相等。8.3.2传动带的应力分析

(3)由带弯曲产生的应力

带绕过带轮时发生弯曲，产生弯曲应力σb(只发生绕在带轮部分上)，由材料力学公式可得式中：E—带材料的弹性模量,MPa；d—为带轮基准直径h—带的高度可见，带轮直径越小，带越厚，弯曲应力愈大。8.3.2传动带的应力分析

带的弯曲应力

(3)由带弯曲产生的应力

8.3.2传动带的应力分析

图带工作时应力变化

8.3.2传动带的应力分析

如所示的应力分布图可见，带在工作中所受的应力是变化的，最大应力由紧边进入小带轮处，其值为σmax=σ1+σc+σb1[σ]带的许用应力。在一般情况下，弯曲应力最大，离心应力较小。离心应力随带速的增加而增加。显然处于变应力状态下工作的传动带，当应力循环次数达到某一值后，带将发生疲劳破坏。8.3.2传动带的应力分析

σmax≤[σ]传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也减小。带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩，带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度。8.3带传动的工作能力分析

8.3.3带传动的弹性滑动和打滑现象8.3带传动的工作能力分析

8.3.3带传动的弹性滑动由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。

弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。8.3带传动的工作能力分析

8.4普通V带传动的设计计算失效形式：打滑和疲劳断裂。设计准则：在保证不打滑的条件下，应具有一定的疲劳强度和寿命。8.4.1带传动的失效形式和设计准则8.4普通V带传动的设计计算8.4.2带传动的设计内容带传动的设计内容包括确定带的型号、长度、根数、传动中心距、带轮基准直径及结构尺寸等。

设计时需要给定的原始数据：传递的功率Ｐ，转速ｎ１、ｎ２（或传动比），传动位置要求及工作条件等。8.4.3单根V带允许传递的功率

在包角α=1800、特定带长、i=1、工作平稳的条件下，单根普通V带的基本额定功率Po（实验所得）见表9-7。

当实际工作条件与确定Po值的特定条件不同时，应对查得的Po值进行修正。修正后得实际工作条件下单根V带所能传递的功率[Po]：P0—实验条件下单根普通V带的基本额定功率,见表9-7；△P0—传动比不等于1时单根普通V带额定功率增量,见表9-10；Kα—包角系数，见表9-8；KL—带长修正系数，见表9-9；8.4.3单根V带允许传递的功率

Kα—包角系数，见下表；8.4.3单根V带允许传递的功率

已知条件一般为：原动机的性能传动用途传递的功率两轮的转速n1、n2（或传动比i12）工作条件及外廓尺寸要求等。8.4.4V带传动的设计步骤和方法设计内容：确定普通V带的型号、基准长度Ld和根数z；确定带轮的材料；基准直径dd1、dd2及结构尺寸；确定传动的中心距a；计算初拉力F0及作用在轴上的压力FQ；选择张紧装置。

8.4.4V带传动的设计步骤和方法（1）确定计算功率

8.4.4V带传动的设计步骤和方法（2）选择V带的型号（3）确定带轮的基准直径dd1、dd2（4）验算带速v（5）确定中心距a和带的基准长度Ld（6）验算小带轮包角

（7）确定带的根数

z（8）确定单根带的初拉力F0（9）计算作用在带轮轴上的压力FQ

（10）带轮结构设计设计步骤和方法：（1）确定计算功率

Pc—计算功率(kW)；KA

—工作情况系数，查表9-11；P—传递的额定功率(kW)。

8.4.4V带传动的设计步骤和方法（2）选择V带的型号根据计算功率Pc和小带轮转速n1，按图9-13选择普通V带的型号。设计步骤和方法：一般取，若过小则带的弯曲应力太大而导致带的寿命降低；反之，则带传动的外廓尺寸增大。普通V带轮的最小基准直径如下：设计步骤和方法：（3）确定带轮的基准直径dd1、dd2大带轮的基准直径由下式计算:带型ddminYZABCDE205075125200355500带轮的基准直径、应符合带轮基准直径尺寸系列。普通V带轮的基准直径系列2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254504755005305606006306707107508009001000…设计步骤和方法：（3）确定带轮的基准直径dd1、dd2（4）验算带速vm/s带速一般限制在5—25m/s之间。

dd1—小带轮的基准直径(mm)；n1—小带轮的转速(r/min)

设计步骤和方法：

初步确定中心距a0：设计时如无特殊要求，可按下式（5）确定中心距a和带的基准长度Ld设计步骤和方法：0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)初步确定基准长度：由带传动的几何关系得：（5）确定中心距a和带的基准长度Ld实际中心距a

:

考虑到安装、张紧的调整，将中心距设计成可调式

amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld

设计步骤和方法：由计算值Ld0，查表选定带的基准长度Ld。（6）验算小带轮包角

一般要求：，若不能满足，可增大中心距或设置张紧轮。

设计步骤和方法：（7）确定带的根数

z

P151P153P155P145

带的根数取整。为使各根带受力均匀，带的根数不能太多，一般2～5根为宜，最多不多于8～10根。否则应加大带轮基准直径或选择较大型号的带，重新设计。

设计步骤和方法：（8）确定单根带的初拉力F0

保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件。初拉力过小，则传动时摩擦力过小易打滑；过大降低带寿命、增大轴和轴承的压力。单根V带的初拉力计算可按下式（N）q为每米带长的质量(kg/m)

设计步骤和方法：（9）计算作用在带轮轴上的压力FQ

为了设计轴和轴承，必须求出V带作用在轴上的压力。可按下式计算

（N）设计步骤和方法：带传动设计实例设计一带式运输机中的普通V带传动。已知原动机为Y112M-4异步电动机，其额定功率P=4kW，满载转速n1=1440r/min，从动轮转速n2=470r/min，单班制工作，载荷变动较小，要求中心距a≤550mm。8.5V带传动的张紧、安装和维护8.5.1带传动的张紧

1.调整中心距方式

采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧