机械及其设计-第14章

14.1带传动的工作原理、特点、类型及应用14.1.1带传动的特点

与齿轮传动相比，带传动的主要优点：1.带具有良好的挠性和弹性，有缓冲、吸振作用，因此传动平稳、噪声小；2.过载时，带在带轮上产生打滑，从而防止损坏其他零件，保护原动机；3.适合中心距较大的传动；4.结构简单，成本低。

其主要缺点是：1.带是弹性体，在传动中存在着弹性滑动，故不能保证准确的传动比；2.传动效率较低；3.带传动的结构尺寸较大，不够紧凑；4.不适于高温、易燃及有腐蚀性的场合。下一页返回14.1带传动的工作原理、特点、类型及应用14.1.2带传动的主要类型和应用在带传动中，常用的有平带和普通V带传动。其横截面的形状如图14-2所示。平带的横截面为扁平矩形，这种带传动结构最简单，带轮制造容易，在中心距较大的场合应用较多。普通V带横截面是梯形,工作时其两侧面与轮槽面相接触。与平带相比,普通V带传动具有传动比大、结构紧凑、已标准化等优点，因而普通V带传动应用最广。上一页下一页返回14.1带传动的工作原理、特点、类型及应用当带与带轮间的径向压力均为

时，平带轮的反力N=Q,如图14-2a所示；普通V带带轮反力(φ为V带轮轮槽楔角)，如图14-2b、c所示。因此，当摩擦系数相同时，平带产生的摩擦力

。普通V带产生的摩擦力Ff=，其中

显然，

即在相同的情况下，V带产生摩擦力大于平带。上一页下一页返回14.1带传动的工作原理、特点、类型及应用近年来出现的同步齿形带传动（图14-3）具有一般啮合传动的优点，无滑动，能保证准确的传动比，可允许在较高的速度下工作，结构紧凑。其缺点是制造安装的要求较高。

上一页返回14.2带传动的力和运动分析14.2.1带传动的受力分析

安装时，带以初拉力F0张紧在带轮上，使带与轮的接触面间产生正压力F0。带的两边拉力均等于初拉力

，如图14-4（a）。工作时，传动带在摩擦力的作用下，两边拉力不再相等,带绕入主动轮一边拉力由F0增至F1，称为紧边;另一边拉力由F0降至F2

，称为松边，如图14-4（b）。由力矩平衡条件，紧边和松边的拉力差等于带传动的有效圆周力Ft

，也等于带与轮之间所产生的摩擦力Ff。即下一页返回14.2带传动的力和运动分析带传动在工作时，可以认为在弹性范围内其总长度不变，即紧边拉力的增加量与松边拉力的减少量相等带传动能够传递的功率

上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析功率一定时，带速越小，要求带传递的圆周力越大，则带与轮间的摩擦力就越大，所要求的初拉力越大，初拉力大到一定程度就会降低带的寿命，所以应限制带速v≥5m/s。若带速

不变，传递功率P取决于带的有效圆周力Ft。当初拉力F0为定值时，若带传动有效圆周力Ft超过带于轮面间的极限摩擦力总和时，带就会在带轮上打滑。带在即将打滑时F1

和F2的关系可用著名的欧拉公式表示上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析将式（14-1）、（14-2）与式（14-4）联立求解，可得最大有效圆周力由式（14-5）可以看出，影响带传动工作能力的因素有：1.初拉力F0

F0越大，带与轮间的正压力越大，带传动所能产生的摩擦力也越大，则

Fmax越大。2.小轮包角α1

α1越大能传递的有效圆周力

Fmax也越大。3.当量摩擦系数fv

fv大则Fmax

也大。上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析14.2.2带的应力分析带在工作时的应力有：拉应力、离心拉应力和弯曲应力三种。

1.紧边和松边拉力产生的拉应力紧边拉应力松边拉应力上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析2.由离心力产生的离心拉应力当带沿带轮轮缘作圆周运动时，产生离心力，离心力使带中产生离心拉应力。取微段弧dl为分离体（图14-5），其上产生的离心力离心力在微段弧两边引起的拉力为Fc

，分离体的受力平衡式为上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析因

，有

，则离心拉应力离心力只发生在带作圆周运动的部分，而离心拉应力却作用于带的全长。离心拉应力与速度的平方成正比，

过大会降低带传动的工作能力，因此应限制带速v≤25m/s。上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析3.弯曲应力当带绕过带轮时，因弯曲而产生的弯曲应力为由于带轮直径越小，弯曲应力越大，所以应对

dd1加以限制,选择时要保证

。带在传动中，拉应力、离心拉应力和弯曲应力分布情况如图14-6所示。由图可见，在传动过程中带上应力是变化的，最大应力发生在带绕入小带轮处，其值为上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析14.2.3带传动的运动分析1．带的弹性滑动

带在传动过程中，由于紧边拉力F1大于松边拉力F2，所以紧边的弹性变形大于松边。由此可知，传动带在绕过主动轮的过程中会逐渐向后收缩，而绕过从动轮时又逐渐向前伸长。如图14-7所示，如果在时间t内主动轮上A点绕过

时，则带上和A点相对应的A0点在同一时间内转过

，这说明传动带在后缩。从动轮上，带沿从动轮

运动时不是缩短而是伸长。这种由于带的弹性变形引起的带与带轮间的滑动，称为弹性滑动。弹性滑动是摩擦带传动不可避免的物理现象。上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析显然，弹性滑动使从动轮圆周速度低于主动轮的圆周速度，其速度变化可用滑动率来表示因此带传动的传动比为一般带传动

ε值很小，故传动比计算可忽略不计。于是有上一页下一页返回14.2带传动的力和运动分析2．打滑带传动所能产生的摩擦力是有一定限度的。若带传动所能产生的最大摩擦力小于带传动要传递的有效圆周力时，带在轮面上将产生全面的相对滑动，这种现象称为打滑。带传动一旦出现打滑就不能继续正常工作，从而转速急剧下降，带将严重磨损。因此打滑是必须避免的。上一页返回14.3普通V带传动的设计14.3.1普通V带的标准和尺寸按剖面尺寸分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，基本尺寸见表14-1。在V带轮上，与所配有V带的截面宽度

相对应的带轮直径，称为基准直径（

dd）。V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周长，称为普通V带的基准长度（Ld

）。其长度系列值见表14-2。下一页返回14.3普通V带传动的设计14.3.2普通V带带轮轮槽尺寸V普通带的带轮轮槽尺寸标准化了，其尺寸见表14-3，其基准直径也已系列化，但是除非现成批量产品配件，在相应维修点上可能找到，市场上很少有现成各式V带轮出售。因此，通常情况下，带轮都是需要根据设计图纸订做加工的。上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计14.3.3V带传动的设计计算准则1．不打滑条件带传动不打滑的条件是其传递的有效圆周力不超过所能传递的最大有效圆周力，即

2．疲劳强度条件为了保证带传动具有一定的寿命，带的疲劳强度条件为上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计将F1=σ1A代入式（14-5）得

因此，在不打滑的条件下，单根V带所能传递的最大功率为上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计14.3.4V带传动设计步骤设计步骤如下：1．选择带的型号

带的型号根据计算功率

及小带轮转速n1

由图14-8选取2．确定带轮的基准直径dd1和dd2在保证dd1≥dd1min的条件下,使dd1尽量小并取标准直径（表14-5）。验算带速

上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计带速应满足5m/s≤≤25m/s,否则须重新选择dd1。确定大带轮基准直径

，算得dd2应按表14-5圆整为标准系列直径。3．确定中心距

a和带长Ld

根据安装条件或由下式初定的中心距a0上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计计算相应于a0的带基准长度Ld0根据初定Ld0

查表14-2，选取接近Ld0值的基准长度

Ld

。实际中心距a可按下式近似计算上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计4．验算小轮包角

α15．计算带的根数Z带的根数应取整数。为使各带受力均匀，根数不宜超过带轮的最大轮槽数Zmax。上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计6.计算带作用在轴上的载荷Q为设计轴和轴承，应计算出V带对轴的压力Q

。为方便计算，可近似按两边均为F0的合力考虑，见图14-10。上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计14.3.5V带轮的材料与结构对V带带轮的主要要求是：重量轻，质量分布均匀，加工工艺性好，带轮轮槽与带接触的工作表面应精细加工(表面粗糙度一般为1.6)。带轮的材料通常采用HT150或HT200。对于带轮圆周速度较高的场合，可采用铸钢。为减轻带轮的重量，小功率时也可采用铝合金、工程塑料等。带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成，V带带轮的典型结构见图14-11。上一页下一页返回14.3普通V带传动的设计1.实心式带轮，基准直径dd≤d0（2.5～3）（d0为轴的直径mm）时采用。2.辐板式带轮，基准直径dd≤300mm时采用，当dd－d1≥100mm时，可采用孔板式。3.椭圆轮辐式带轮，基准直径dd≥300mm时采用。带轮的结构尺寸见表14-10。上一页返回14.4带传动的张紧方法带传动常用的张紧装置如图14-12所示。在水平或近水平的带传动布置中，可采用图（a）所示的结构，通过调节螺钉2使电机移动，张紧传动带；在垂直或近垂直的带传动的布置中，可采用图（b）所示的结构，通过调节螺钉2使电机摆动达到张紧目的；图（c）所示的结构，是靠电机自重张紧带轮；图（d）所示结构，是带传动的中心距不可调的情况下，靠张紧轮调节，达到张紧目的。返回图14-1带传动组成返回图14-2带的类型返回图14-3同步齿形带返回图14-4带传动的受力分析返回图14-5带的离心应力返回图14-6带中应力分布返回图14-7带的弹性滑动返回表14-1普通V带截面尺寸返回表14-2普通V带基准长度系列返回表14-3普通V带带轮轮槽尺寸返回图14-8V带选型返回表14-4工作情况系数KA下一页表