任务4.1 带传动的分析与设计

《机械分析与设计基础》

情境4常用机械传动的分析与设计任务4.1带传动的分析与设计学习载体---带式输送机

【下达任务】如图4-1-0带传动带式输送机简图1.学会带传动的组成、工作原理。2.学会分析带传动的特点及其应用。3.能够根据工作情况选择带类型，确定带的根数、带轮中心距。能力目标4

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带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动挠性带及机架组成。一、带传动的组成

4.1.1带传动的组成与类型（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。平带传动.avi1.按传动原理分：（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2.avi。V带传动.avi二、带传动的分类

传动带：用于传递动力。输送带：用于输送物品。

2.按用途分：生产线输送带物料输送机①平带

平带的截面形状为矩形,工作面为内表面,主要用于两轴平行,转向相同的较远距离的传动。应用大理石切割机、高速磨床。平带传动3.按传动带的截面形状分：分为：平带、V带、多楔带、圆形带、齿形带（同步带）1—外覆盖层2、4—布层3—片基层5—工作面覆盖层片基平带：薄、柔，散热性好，用于传递速度较小，或V＞25m/s工作场合

主要由橡胶和增强材料(如棉帆布、人造丝、合成纤维或钢丝等)构成。以多层挂胶帆布、合成纤维织物、帘线和钢丝等作抗拉层，覆合橡胶后经成型、硫化而制成。

V带的截面形状为梯形,工作面为两侧面,带轮的轮槽截面也为梯形。在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下,V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大,所以,V带传动能力强,结构更紧凑,在机械传动中应用最广泛。应用：发动机②V带v带传动动画展示平带的摩擦力为：V带的摩擦力为：fv—

当量摩擦系数，显然fv>f相同条件下，V带的摩擦力大于平带，传动能力更大

说明----【普通V带与平带摩擦力之比较】

多楔带是平带基体上有若干纵向楔形凸起,它兼有平带和V带的优点且弥补其不足,载荷分布均匀，多用于结构紧凑的大功率传动中。③多楔带多楔带传动动画展示

圆形带的截面形状为圆形。仅用于如缝纫机、仪器等低速小功率的传动。④圆形带圆形带动画⑤齿形带（同步带）

同步齿形带即为啮合型传动带。同步带内周有一定形状的齿。应用：发动机

机器人关节、汽车、摩托车同步带动画4.1.2带传动的特点（1）柔性带具有良好的弹性，能减缓冲击、吸收振动，传动平稳，噪声小。（2）过载打滑，保护机器。（3）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。（4）适用于两轴距离较大的传动；主要用于高速级，传动速度5~25m/s。优点

一般情况下，带传动传动的功率P≤100kW，带速5～25m/s，平均传动比i≤5，传动效率为94%～97%。目前带传动所能传递的最大功率为700kW，高速带的带速可达60m/s。缺点（1）不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率低。（2）带对轴和轴承有很大的压轴力。（3）带传动装置结构不够紧凑。（4）带的寿命较短。（5）不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。17

一、带传动的形式

1.开口式传动：主要应用于主、从动轮轴线平行而且旋转方向相同的场合。2.交叉式传动：主要应用于主、从动轮轴线平行而且旋转方向相反的场合。3.半交叉式传动：主要应用于主、从动轮轴线不平行而且旋转方向相反的场合。4.1.3带传动的工程应用说明：此为平型带的型式。其他带一般是开口式传动形式。

带传动适用于要求传动平稳、传动比不要求准确，100KW以下的中小功率的远距离传动。如：汽车发动机、拖拉机、石材切割机等。发动机机器人关节驱动二、带传动的应用范围【课堂训练】

1.带传动是依靠（）来传递运动和功率的。

A.带与带轮接触面之间的摩擦力或啮合；C.带的紧边拉力B.带与带轮接触面之间的正压力；D.带的松边拉力2.与链传动相比较，带传动的优点是（）。

A.工作平稳，基本无噪声；B.承载能力大C.传动效率高；D.使用寿命长

3.与平带传动相比较，V带传动的优点是（）。A.承载能力大；B.传动效率高；C.带的寿命长；D.带的价格便宜4.按传动带的截面形状分，带有（）（）（）（）（）。

5.V带工作面是（）面。

6.平带的传动形式有（）（）（）。20

（1）V带有普通V带、窄V带、宽V带。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。

在同样条件下，截面尺寸大，则传递的功率就大，标准V带都制成无接头的环形带，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。一、分析普通V带的类型与结构4.1.4V带的类型与规格1.类型2.V带的结构

普通V带又分为两种结构：线绳芯结构和帘布芯结构都由四个层构成：顶胶层、抗拉体（承载层）、底胶层和包布层四部分组成。3.V带截面基本尺寸表

我国普通V带和窄V带都已标准化。按截面尺寸由小到大，普通V带可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号；窄V带可分为SPZ、SPA、SPB、SPC四个型号。普通V带截面基本尺寸表（1）节宽bp：

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。长度不变层所在位置称为中性层。4.

需要掌握的概念

（2）截面高度h：

相对高度h/bp已标准化（普通V带为0.7，窄V带为0.9）。

（3）基准直径dd:

V带装在带轮上，和节宽bp相对应的带轮直径。（标准值见下表）

（4）基准长度Ld：

与带轮基准直径相应的带的周线长度称为基准长度，用Ld表示。

它用于带传动的几何计算。（标准值见表）基准长度是在节线上量得的带周长。26

表1：普通V带的长度系列和带长修正系数KL27

中心距：两带轮轴线间的距离a称为中心距。包角：带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角α1和α2。（5）中心距和V带的包角α1－小带轮包角α2－大带轮包角α1<α2一般要求：

普通V带和窄V带的标记都是由带型、带长和标准号组成。

例如：A型、基准长度为1400㎜的普通V带，其标记为：

A-1400GB/T11544-2012又如：SPA型、基准长度为1250㎜的窄V带，其标记为：

SPA－1250GB/T12730－2018

带的标记通常压印在带的外表面上，以便选用识别。

【带的标记】一、普通V带轮的结构①质量小且质量分布均匀；②足够的承载能力；无过大的铸造内应力；

③良好的结构工艺性；容易制造④轮槽工作面要光滑，以减少带的磨损；⑤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。

1.

V带轮结构设计要求：4.1.5V带带轮的结构与材料2.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。（1）带轮的组成带轮由轮缘、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。3.带轮的结构轮缘腹板轮毂32

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。轮毂与轮辐尺寸按经验公式计算。（2）普通V带轮的型式①实心带轮dd≤(1.5～3)d0d0——轴的直径②腹板带轮dd≤300mm孔板带轮③孔板带轮dd≤400mm④椭圆轮辐带轮dd＞400mm注：轮槽的楔角应比普通V带的楔角（40°）小。为什么？38

带传动的应用：颚式破碎机颚式破碎机的工作是依靠电动机的转动带动偏心轮的转动，进而使颚板产生运动,与定颚板一起实现压碎物料的功能。4.1.6V带传动的工作情况分析一、带传动的受力分析

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。

1.几个概念与符号（1）初拉力F0：（2）紧边（带绕入主动轮的一边被进一步拉紧，称为紧边）拉力F1：（3）松边拉力F2：

2.带传动的受力分析紧边松边张紧精致状态:工作状态:拉力增加→紧边Ｆ0↗Ｆ1

紧边拉力拉力减少→松边Ｆ0↘Ｆ2

松边拉力

带两边拉力相等→张紧力Ｆ0带两边拉力不相等（通过带所受摩擦力分析得知）

有效圆周力F（N）、速度V（m/s）和传递功率P（KW）之间的关系为

设带在工作前后总长不变，并考虑带为弹性体，则紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量。∴Ｆ1－Ｆ0＝Ｆ0－Ｆ2

即：2Ｆ0

＝Ｆ1＋Ｆ2

有效圆周力F的大小

松、紧边拉力差，即为带传动的有效圆周力F，在数值上F等于任一带轮与带接触弧上的摩擦力的总和Ff，即

KW

最大有效圆周力

当带在带轮上即将打滑尚未打滑时，摩擦力达到临界值，此时带所能传递的有效圆周力亦达到最大值。临界状态下的F1与F2之间的关系可用著名的欧拉公式表示为：

fV

为当量摩擦系数，f为带与带轮之间的摩擦系数；φ为带的楔角；α为带轮包角，rad；e为自然对数的底。根据前述几个公式经整理后，可得出带所能传递的最大有效圆周力为：

上式表明，带所传动的圆周力与下列因素有关：

（1）初拉力F0

：F与F0成正比。增大F0，带与带轮间正压力增大（F0=fQ），传动时摩擦力就大，F越大。但F0过大会加剧带的磨损，致使带过快松弛，缩短其工作寿命。若F0过小则带传动的工作能力将不能充分发挥，运转时容易跳动和打滑。因此F0大小要适当。（2）摩擦系数f:

f越大，摩擦力越大，F越大。（3）包角:F随包角的增大而增大，所以包角增大，带的传动能力提高。由前面可知：带传动的最大有效圆周力（临界值）：【提高带传动工作能力的措施】1.增大摩擦系数

摩擦式带传动其摩擦系数越大，则传动能力越强。所以，可通过选择合适的材料副等增大摩擦系数，以提高带传动的工作能力。

2.增大包角

包角越大则接触面积越大，摩擦力也越大，传动能力越强。采用增大中心距、减小传动比以及在带传动外侧安装张紧轮等方法可以增大包角。

3.保持适当的张紧力

张紧力越大，摩擦力也越大，传动能力越强。但张紧力太大会导致带的寿命缩短。

4.其它措施

如采用新型带、采用高强度材料作为带的强力层等，都可以提高带传动的传动能力。

二、带的打滑

带传动是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定时，当传递的有效圆周力F超过带与轮面间的极限摩擦力时，带就会在带轮轮面上发生明显的全面滑动，这种现象称为打滑。当传动出现打滑现象时，虽然主动带轮仍在继续转动，但从动带轮及传动带有较大的速度损失，甚至完全不动。由于大带轮上的包角大于小带轮的包角，所以打滑总是在小带轮上首先开始的。打滑是一种有害现象，它将使传动失效并加剧带的磨损，传动效率降低。因此，在正常工作时，应避免打滑现象。

1.弹性滑动

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。这说明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。三、带传动的弹性滑动和传动比

同样，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。皮带轮滑动.avi48

由于带的弹性变形及带传动拉力差而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。

(1)从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致传动的传动比不准确。

(2)损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高，并引起传动带磨损。2.

弹性滑动会引起的后果

由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降低率称为带传动的滑动系数。

一般带传动的滑动系数，可以忽略不计。考虑弹性滑动时的传动比为：3.带传动的滑动系数四、弹性滑动和打滑的区别

◎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，是带传动的失效形式，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。带在工作时的应力随着带的运转而变化，是交变应力。转速越高、带越短，单位时间内带绕过带轮的次数越多，带的应力变化就越频繁。长时期工作，传动带在交变应力的反复作用下会产生脱层、撕裂，最后导致疲劳断裂，从而使传动失效。一、带传动的失效形式和设计准则失效形式：打滑和疲劳断裂（如脱层、撕裂或拉断）。1、失效：4.1.7V带传动的设计计算2.设计准则

由于带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带传动的设计准则是：在保证带传动不打滑的条件下，使V带具有一定的疲劳强度。

二、V带传动的设计步骤和方法1.已知条件一般为：带传动的工作情况;传动功率;两带轮的转速n1、n2（或传动比i12）;外廓尺寸要求。2.设计内容：（1）确定普通V带的型号、基准长度Ld和根数z；（2）基准直径dd1、dd2；（3）确定传动的中心距a；（4）画出带轮的零件工作图。55

3.设计步骤和方法：

（1）确定计算功率

式中：Pc—计算功率(kW)；

KA—工作情况系数，需查表，见下页；

P

—传递的额定功率(kW)。

【边学边设计案例】设计一鼓风机用普通V带传动。已知电动机额定功率P=10kW、转速n1=1450r/min，从动轴转速n2=400r/min，中心距约为1500mm，每天工作24h。56

工作情况系数KA表图普通V带选型图

（2）选择V带的型号根据计算功率Pc和小带轮转速n1，按下图选择普通V带的型号。58

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：（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表带轮最小基准直径59

带轮基准直径系列60

（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)

，则离心力，接触面上的正压力，承载能力，则传递的功率，即承载能力61

初步确定中心距a0：设计时如无特殊要求，可按下式实际中心距a

:

基准长度计算：Ld0—带的基准长度计算值，查表1选定带的基准长度Ld。（5）确定中心距a和带的基准长度Ld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中心距可调张紧装置（定期张紧装置----滑道式）滑轨电动机调整螺钉64

（6）验算小带轮包角α1

一般要求，若不能满足，可增大中心距或设置张紧轮。65

（7）确定带的根数z

带的根数应取整数。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。

单根V带额定功率单根V带所能传递的功率与带的型号、长度、带速、带轮直径、包角大小以及载荷性质等有关。为了便于设计，测得在载荷平稳、包角为180°及特定长度的实验条件下，单根V带在保证不打滑并具有一定寿命时所能传递的功率P0(kW)，称为额定功率。各种型号的P0值见表。单根普通V带的基本额定功率P0

表(α1=α2=180°，特定长度，载荷平稳)单位：kW表单根普通V带的基本额定功率P0

当实际使用条件与实验条件不符合时，此值应当加以修正，修正后即得实际工作条件下单根V带所能传递的功率［P］的计算公式如下：［P］=(P0+ΔP0)KαKL

式中：Kα——包角系数，考虑不同包角对传动能力的影响，其值见下表；KL——长度系数，考虑不同带长对传动能力的影响，其值见表.ΔP0——功率增量(kW)，考虑传动比i≠1时带在大带轮上的弯曲应力较小，从而使P0值有所提高，ΔP0值见表。单根V带允许传递的功率

----修正方法表包角系数

Kα

单根普通V带i≠1时额定功率的增量ΔP0

单位：kW介绍插值法取值单根普通V带i≠1时额定功率的增量ΔP0

单位：kW72

（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；过大则降低带的寿命，并增大了轴和轴承的压力。单根V带的初拉力可按下式计算：Nq为每米带长的质量(kg/m)。73

（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（10）带轮结构设计

确定带轮结构，绘制带轮零件图。解:1.确定计算功率

则2.选定带型

根据Pc=13kW、n1=1450r/min

，由选型图选用B型普通V带。根据已知工作条件查表8.21，取KA=1.3

设计一鼓风机用普通V带传动。已知电动机额定功率P=10kW、转速n1=1450r/min，从动轴转速n2=400r/min，中心距约为1500mm，每天工作24h。【教学案例】3.选小带轮数z1和带轮直径d1、d2

则实际传动比i、从动轮的实际转速分别为从带轮的转速误差率为（406-400）/406=1.5%4.校核带速v

5.确定中心距a及带长Lp根据机器的结构要求，初定中心距a0=1500mm。带速在5-25m/s范围内。带长L0为由表选取基准长度

因为轴间距可调整，则实际中心距a为中心矩a的变动范围为：6.校核小带轮包角7.确定V带根数z根据查表，用内插法得取P0=2.82k，得功率增量查表，根据传动比，查表得，则得普通V带的根数查得长度修正系数,包角系数圆整得z＝4根。8.确定初拉力F0及带轮轴上的压力FQN作用在轴上的压力9.带轮的结构设计10.设计结果

选用4根B-4000GB1171-89V带，中心矩a＝1487mm，带轮直径dd1=140mm，dd2=500mm，轴上压力FQ＝2.6704N。一、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。常见的有滑道式和摆架式两种结构。

带传动工作一