《机械设计》课件-ch04第四章 带传动

2第四章带传动第一节概述第二节带传动工作情况分析第三节

V带传动的设计计算第四节带传动结构设计第五节其他带传动简介3拖拉机发动机带传动带传动在哪？带的形状长什么样呢？V型带4生产线上的带传动带传动在哪？带的形状长什么样呢？平带5早期工业机器人关节处的带传动带传动在哪？带的形状长什么样呢？齿型带6学习目标1.能解释带传动的类型、特点和应用2.能说明带传动的工作原理，界定带传动的几何关系，会分析带传动的受力和应力，能证明和解释带的弹性滑动和打滑现象3.会分析带传动的最大有效圆周力，能说明带传动的失效情况和设计准则，会判断单根带所能传递的功率4.能按照设计步骤，设计计算V带传动各项参数5.能叙述其他带传动的原理和结构7现代的机器由四个部分组成

动力部分（原动机，如电动机等）

传动部分（如齿轮传动、带传动等）

工作部分(执行机构，如车轮、走刀架等）

控制部分

（如数控系统等）现代的机器由几部分组成？8一、带传动的组成及工作原理由主动带轮1、从动带轮3和传动带2以及机架组成。按传动原理分：摩擦带传动和同步带传动第一节概述摩擦带传动：由于传动带紧套在带轮上，带与带轮之间产生的摩擦力传递运动和动力。

同步带传动：依靠带内周的等距横向齿与带轮相应齿槽间的啮合传递运动和动力。9二、带传动的类型、特点和应用（一）带传动的类型

根据带的截面形状：平带V带圆带多楔带传动第一节概述1011平带传动：结构简单、制造容易、传动效率较高、带的寿命较长，适用于较大中心距的远距离传动。V带传动：横截面为梯形，其两侧面为工作面。V带传动的工作能力较平带传动大。在一般机械中，V带传动已取代了平带传动而成为应用最广的带传动装置，故本章主要介绍V带传动。多楔带传动：兼有平带和V带传动的优点，适于结构紧凑、传递功率较大的场合。圆带：结构简单，多用于小功率传动，如仪器和家用器械中。第一节概述12（二）带传动的特点（三）应用范围优点：

1）运行平稳，噪声小；

2）能缓冲冲击载荷；

3）构造简单，精度低，特别是在中心距大的地方；

4）不用润滑，维护成本低；

5）过载时打滑，可以保护传动系统中的其他零件。缺点：

1）存在弹性滑动，效率低，传动比不准确（同步带除外）；

2）带的寿命较短，且不宜于高温、易燃、易爆等场合；

3）轴上的压轴力和轮廓尺寸大；带传动的应用范围很广，特别是在传动中心距大的场合，如农业机械、食品机械、汽车、自动化设备等。第一节概述13指出带传动的类型？V带传动平带传动（输送带）1分钟便利贴三、V带的类型、特点和结构V带有普通V带(a)、窄V带(b)、联组V带(c)、齿形V带(d)、大楔角V带(e)、宽V带(f)等多种类型。其中普通V带和窄V带已标准化。普通V带有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。窄V带分为基准宽度制的窄V带和有效宽度制的窄V带，基准宽度制窄V带有SPZ、SPA、SPB、SPC四种型号。第一节概述15V带由包布、顶胶、抗拉体及底胶等部分构成。抗拉体用来承受基本拉力。按抗拉体的结构可分为帘布芯V带和绳芯V带两种类型。绳芯V带挠性好，抗弯强度高，适用于转速较高，带轮直径较小，要求结构紧凑场合。帘布芯V带制造方便，抗拉强度较高，但易伸长、发热和脱层。节线——V带弯曲时，在带中保持原长度不变的一条周线。节宽bp——由全部节线构成的面称为节面，节面的宽度称为节宽。基准直径dd——与所配用V带的节宽bp相对应的带轮直径。基准长度Ld——在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度，基准长度系列见表4-3。节面第一节概述16第二节带传动工作情况的分析一、带传动中的受力分析安装时，带必须以一定的预紧力F0紧套在带轮上Ffn2FfF1带工作前：带工作时：F0F0此时，带只受预紧力F0作用n1F2F2松边－退出主动轮的一边紧边－进入主动轮的一边由于摩擦力的作用：紧边拉力--由F0

增加到F1；松边拉力--由F0

减小到F2

。Ff

－带轮作用于带的摩擦力F117Fe

－

有效拉力带是弹性体，工作后可认为其总长度不变紧边拉力增量＝松边拉力减量即F1

-F0

＝

F0-F2

F1

＝F0

＋Fe/2F2

＝F0

－Fe/2再由Fe=F1

–F2，得：带所传递的功率为：P增大时，所需的Fe

加大。但Ff

不可能无限增大，有一极限值，即最大摩擦力(临界值，最大有限圆周力）

Ffmax。

Ffmax≥Fe时，带传动才能正常运转。若有效拉力超出此值时，传动带将在带轮上打滑。F1F2FfFe=

Ff

=F1

–F2

带速v(m/s)Fe(N)P=Fev(W)第二节带传动工作情况的分析18二、带传动的最大有效拉力及其影响因素带传动中，当带有打滑趋势时，摩擦力即达到极限值，也即带传动的有效拉力达到最大值。柔韧体摩擦的欧拉公式式中，f——摩擦因数（对V型带用fv代）；

——带在带轮上的包角（rad），一般为主动轮。小轮包角：大轮包角：第二节带传动工作情况的分析19最大有效拉力Fec

最大有效拉力Fec与下列因素有关：（1）预紧力F0

：Fec与

F0成正比。（2）包角

：Fec与

成正比。由于小带轮上的包角

1较小，因此Fec取决于

1的大小。（3）摩擦因数f：Fec与

f成正比。f与带及带轮的材料和表面状况、工作环境等有关。

此外带的单位质量q和带速v对Fec也有影响，带的q，v越大，Fec越小，故高速传动时带的质量要尽可能轻。

Fe=F1–F2F1

＝F0

＋Fe/2F2

＝F0

－Fe/2第二节带传动工作情况的分析20三、带的应力分析工作时，带横截面上的应力由三部分组成：（一）拉应力

A

－带的横截面积第二节带传动工作情况的分析21（二）弯曲应力

b式中E——带材料的弹性模量（MPa）；

dd——带轮基准直径（mm）；

h——带的高度（mm）。

h越大、dd越小时，弯曲应力就越大。故带绕在小带轮上时的弯曲应力大于大带轮上的弯曲应力。

为了避免弯曲应力过大，带轮的基准直径就不能过小。V带轮的最小基准直径见表4-5

。

第二节带传动工作情况的分析22（三）离心拉应力带在绕过带轮时作圆周运动，从而产生离心力，并在带中引起离心拉力FC，从而在带中引起离心拉应力，作用在整个带长上。式中q——V带的单位长度质量（kg/m），见表4-6

v——带的线速度（m/s）

A–––带的截面积（mm2）

第二节带传动工作情况的分析表4-6V带的单位长度质量（摘自GB/T13575.1-2008）带型YZSPZASPABSPBCSPCDEddmin/mm0.040.060.070.100.120.170.200.300.370.600.8723带传动在传递动力时，带中产生拉应力σ1、弯曲应力σb和离心拉应力σc，其应力分布如图所示。在紧边进入主动轮处带的应力最大（减速传动时），其值为带是在变应力下工作的，当应力循环次数达到一定数值后，带将产生疲劳破坏。第二节带传动工作情况的分析24四、弹性滑动和打滑（一）弹性滑动带传动在工作时，带受到拉力后要产生弹性变形。由于带所受的拉力是变化的，因此带弹性变形也是变化的。当带在b点绕上主动轮时，带的速度v和主动轮的圆周速度v1是相等的。但在带自b点转到c点的过程中，所受拉力由F1逐渐降到F2，弹性伸长量也要相应减小。这样带一面随带轮前进，一面向后收缩，因此带的速度低于主动轮的圆周速度，造成两者之间发生相对滑动。

在从动轮上，情况正好相反，即带的速度v大于从动轮的圆周速度v2，两者之间也发生相对滑动。

第二节带传动工作情况的分析25

由于带传动中存在着带的弹性变形的变化，导致了带与带轮之间有一定的相对速度，因此存在带与带轮间的相对滑动。这种因弹性变形而引起的相对滑动称之为带传动的弹性滑动。

弹性滑动是带传动中无法避免的一种正常的物理现象。由于弹性滑动的存在，使带温度升高，降低了传动效率；从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，即产生了速度损失。这就使得带传动不能保证准确的传动比。其降低量可用滑动率ε来表示。在考虑弹性滑动的情况下，带传动的传动比为：式中n1、n2——分别为主、从动轮的转速（r/min）；

dd1、dd2——分别为主、从动轮的基准直径(mm)。1%~2%,粗略计算可忽略不计第二节带传动工作情况的分析26

打滑是由过载引起的带在带轮上的全面滑动。打滑是可以避免的。弹性滑动不能避免。

接触弧可分成有相对滑动（滑动弧）和无相对滑动（静弧）两部分，两段弧所对应的中心角，分别称为滑动角（

）和静角（

）。实践证明，静弧总是出现在带进入带轮的这一边上，动弧总是发生在离开带轮的一侧。带不传递载荷时，滑动角为零，随着载荷增加，滑动角逐渐加大而静角则在减小，当滑动角增大到包角时，达到极限状态，带传动的有效拉力达最大值，带就开始打滑。（二）打滑第二节带传动工作情况的分析如何避免打滑？27第三节V带传动的设计计算

根据带传动的工作情况分析可知，带传动的失效形式有带的疲劳断裂、打滑和磨损。

带的打滑和疲劳断裂是最常见的失效形式，因此，带传动的设计准则是：既要在工作中充分发挥其工作能力而又不打滑，同时还要求传动带有足够的疲劳强度，以保证一定的使用寿命。一、带传动的失效形式、设计准则及单根V带的基本额定功率（一）带传动的失效形式、设计准则28（二）单根V带的基本额定功率1）由疲劳强度条件得：

2）由带传动不打滑条件：传递的临界功率为：单根V带所能传递的功率P1为：表4-9（单根普通V带）或表4-11（单根窄V带）

单根V带功率：定义：指在一定预紧力作用下，带传动不发生打滑且有足够疲劳寿命时所能传递的最大功率。第三节V带传动的设计计算293）许用应力式中j——绕过带轮的数目

Lh——总工作时数（h）

v——带速（m/s）

m——指数；

Ld——带的基准长度（m）

C——由实验得到的常数，取决于

带的材料和结构对于一定规格、材质的带，特定试验条件下：在传动比i=1（即包角

=180°）、特定带长、载荷平稳条件下，在108～109次的循环次数时，V带的许用应力为：当与实验条件不同时，将引入一系列的修正系数

（1）Kα包角系数，（表4-7）（2）KL带长系数，（表4-3）（3）KA工作情况系数，（表4-8）（4）ΔP1功率的增量，（表4-10或表4-12）

第三节V带传动的设计计算30二、设计计算和参数选择（一）设计数据、设计内容A.已知条件是 （1）传动的用途、工作情况和原动机类型 （2）传递的功率P （3）大、小带轮的转速n2和n1 （4）对传动的尺寸要求等B.设计计算的主要内容是确定 （1）V带的型号、长度和根数 （2）中心距 （3）带轮基准直径及结构尺寸 （4）作用在轴上的压力等第三节V带传动的设计计算31（二）设计方法及参数选择（1）确定计算功率Pca：（2）选择V带型号：式中P——传递的额定功率（kW）KA——工况系数（表4-8）根据计算功率Pca和小带轮转速n1选择V带型号

第三节V带传动的设计计算如何查表选带型?选B型带Pca=13kWn1=1450r/min计算功率Pca/kW32（3）确定带轮基准直径dd1和dd2

1）dd1≥dmin（表4-5）2）大带轮基准直径可按计算3）大、小带轮直径一般均应按带轮基准直径系列圆整（表4-13）4）验算带的速度v带速一般在v=5~25m/s内为宜v太大→离心力过大，减小了带与带轮间的接触压力→降低了传动的工作能力，疲劳寿命降低，v太小→Fe(=1000P/v)过大→带根数Z过多→带轮宽度等尺寸增大dd1过小→弯曲应力过大→带寿命降低第三节V带传动的设计计算带速不满足怎么办？33（5）确定中心距a和V带基准长度Ld

1）初定中心距2）初算基准长度3）选定相近的基准长度Ld（表4-3）4）确定实际中心距a5）中心距a范围（考虑到中心距调整、补偿F0

）最小中心距为最大中心距为第三节V带传动的设计计算34（6）验算小带轮上的包角

1

一般要求

1≥120°（特殊情况允许

1＝90°）如

1小于此值，可适当加大中心距a；若中心距不可调时，可加张紧轮。（7）确定V带根数z

带根数通常应小于10根（8）确定初拉力F0

安装新带时的初拉力应为上述初拉力计算值的1.5倍。（9）确定作用在轴上的压力FQ

第三节V带传动的设计计算35

例1设计某鼓风机用普通V带传动。一电动机额定功率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。解：1）确定计算功率

由表4-8查得工况系数1.3，由式（4-18）得

2）选取普通V带型号根据Pca=13kW，n=1450mm，由图4-9选用B型普通V带。3）确定带轮基准直径dd1、dd2

根据表4-5和图4-9选取dd1=140mm因为dd1=140mm>ddmin=125mm第三节V带传动的设计计算36大带轮基准直径dd2为选取标准直径dd2=500mm，实际传动比i、从动轮的实际转速分别为n2=n1/i=1450/（500/140）=1450/3.57（r/min）=406

r/min从动轮的转速误差率为在以内，为允许值第三节V带传动的设计计算374）验算带速v带速度在5-25m/s范围内。5）确定带的基准长度Ld和实际中心距a按结构设计要求初步确定中心距由式（4-22）得

第三节V带传动的设计计算由表（4-3）选取Ld=4060mm。38由式（4-23）的实际中心距a为

中心距a的变动范围为=1455mmamax=a+0.03Ld

=(1516+0.03×4060)mm=1638mm

第三节V带传动的设计计算396）校验小带轮包角由式（4-27）得7）计算V带的根数z

由式（4-28）得

第三节V带传动的设计计算40根据，n=1440r/min，查表4-9，有P1=2.82KW由表4-10得功率增量∆P1

由表4-3查得带长度修正系数KL=1.13，由表4-7查得包角系数Kα=0.97，得普通带根数取Z=4根

第三节V带传动的设计计算418）求初拉力F0及带轮轴上的压力FQ

由表查得B型普通V带的每米质量q=0.17kg/m，根据式(4-29)得单根V带的初拉力为

第三节V带传动的设计计算42由式(4-30)可得作用在轴上的压力FQ

9）带轮的结构设计（设计过程及带轮工作图略）

选用4根B-4000GB1171—89V带，其中心距a=1516mm，带轮直径dd1=140，dd2=500，轴上压力FQ=2067.4N。10）设计结果第三节V带传动的设计计算43第四节带传动结构设计一、V带轮的结构设计（一）V带轮设计的要求（二）V带轮的材料质量小、分布均匀，加工工艺性及结构工艺性好、加工精度高。无过大的铸造或焊接内应力、转速高时要经过动平衡，带速小于30m/s时，带轮一般用HT200制造，高速时要用钢材（铸钢或用钢板冲压后焊接而成）制造，速度可达45m/s。小功率时可用铝或塑料。（三）V带轮的结构实心式轮辐式孔板式腹板式根据带轮的基准直径选择结构形式44第四节带传动结构设计45第四节带传动结构设计46张紧目的：保证带的传动能力。张紧方法：定期张紧自动张紧张紧轮张紧张紧轮的位置一般张紧轮放在松边的内侧靠近大轮处，使带只受单向弯曲，且对小轮上的包角影响较小。张紧轮轮槽尺寸与带轮相同，但直径小于小轮的直径。但也可放在外侧靠小带轮处。二、V带传动的张紧装置由于传动带的材料不是完全弹性体，因而带在工作一段时间后会发生塑性伸长而松弛，使张紧力降低。因此带传动需要有重新张紧的装置，以保证正常工作。第四节带传动结构设计47第四节带传动结构设计48第四节带传动结构设计49第四节带传动结构设计50第四节带传动结构设计51第五节其他带传动简介一、同步带传动的特点及应用同步带的优点：无相对滑动、带长不变，传动比稳定。带薄而轻，强度高，适合高速传动。带的柔性好可用直径较小的带轮，能获得较大的传动比