烟南院机械设计基础课件08带传动

第8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

8.1概述

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。1.带传动的组成

2.带传动的类型

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。

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。（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

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。3.带传动的特点能吸收振动，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。

4.带传动的应用

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。8.2普通V带和V带轮

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。1.普通V带的规格标准

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。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。两带轮轴线间的距离a称为中心距，带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角122.V带带轮的结构设计8.2普通V带和V带轮

设计要求：

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。

结构设计:

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。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，轮缘尺寸见表8-58.2普通V带和V带轮

8.2普通V带和V带轮

3.V带带轮材料选择带轮的材料：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。8.3带传动的工作能力分析

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。在一定的条件下，摩擦力有一极限值，如果工作阻力超过了摩擦力的极限值，带将在带轮面上打滑，带传动将不能正常工作。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。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）/2

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F=F1-F2

带传动所传递的功率为：P=Fv/1000

式中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。

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。2.传动带的应力分析

(1).

由紧边和松边拉力产生的应力

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。

(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。(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；ρ—曲率半径,mm;对V带有 ，

dd为带轮基准直径

h′=ha

可见，带轮直径越小，带越厚，弯曲应力愈大。带的弯曲应力

带中各截面上的应力大小，如用自该处所作的径向线(即把应力相位转90°)长短可画成如图所示的应力分布图。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

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。图带工作时应力变化

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

3.带传动的弹性滑动和传动比

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。

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。

考虑弹性滑动时的传动比为：

一般带传动的滑动系数，因值很小，非精确计算时可以忽略不计。8.3带传动的工作能力分析

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

8.4V带传动的设计失效形式：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。1.单根V带允许传递的功率

在包角α=1800、特定带长、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。

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(kW),见表；△P0—i12=1时单根普通V带额定功率增量(kW),见表；Kα—包角系数，见下表；KL—带长修正系数，见表；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。2.V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。

2.V带传动的设计步骤和方法设计步骤和方法：

（1）确定计算功率

Pc—计算功率(kW)；KA—工作情况系数，查表；

P—传递的额定功率(kW)。

2.V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，按下图选择普通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：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大带轮的基准直径由下式计算:带型ddminYZABCDE205075125200355500（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：

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)基准长度计算：由带传动的几何关系可得带的计算公式：Ld0—带的基准长度计算值，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

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。

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)

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：

8.4V带传动的张紧、安装和维护

1.带传动的张紧

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。滑道式张紧轮方式定期张紧自动张紧摆架式8.4V带传动的张紧、安装和维护

自动张紧

将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮绕固定轴摆动，