第13章带传动设计(新)机械设计A,精品课程,武汉理工大学2016

1、 第 十三 章 带传动的设计 一一. . 带带传动的组成及工作原理传动的组成及工作原理 带传的带传的 组成动组成动 主动带轮主动带轮1 从动带轮从动带轮2 环形胶带环形胶带3 v v 主动轮1 传动带3从动轮2 n2 n1 1 1 2 2 型带传动的工作原理型带传动的工作原理 依靠依靠带与带轮之间的摩擦带与带轮之间的摩擦 力传动运动和动力的力传动运动和动力的间接摩擦传动间接摩擦传动 13-1 13-1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用 1 1小轮包角小轮包角 2 2大轮大轮包角包角 n1 1小轮转速小轮转速 （r/minr/min） n2 2大轮转速大轮转速 （r/minr/min） v带

2、速带速 （m/s） 二二. . 带传动的类型带传动的类型 v v n2 n11 1 2 2 摩擦型带传动摩擦型带传动 啮合型带传动啮合型带传动 同步带同步带同步带轮同步带轮同步带轮同步带轮 摩擦型带传动摩擦型带传动利用带与带之间的摩擦力进行传动利用带与带之间的摩擦力进行传动 啮合型带传动啮合型带传动利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动 一）按工作一）按工作 原理分原理分 平带平带 V V带带 多楔带多楔带 圆带圆带 /2/2 Fn /2/2 Fn FQ 平带：平带：F Fn n = F = FQ Q ， ，F Ff f = F = Fn nf = Ff = FQ

3、 Qf f 承载能力小承载能力小 FQ Fn V V带：带：vQQf Q n fF sin f FF, sin F F 22 承载能力大承载能力大 V V带带 多楔带多楔带 圆带圆带 平带平带 二）二）按带的剖按带的剖 面型状分面型状分 V V带是无接头的环形带，其种类有普通带是无接头的环形带，其种类有普通V V带、窄带、窄V V带、宽带、宽V V带等。带等。 三三. . V V带的带的结构及尺寸结构及尺寸 1 1伸张层伸张层 3 3压缩层压缩层 4 4包布层包布层 1 1伸张层伸张层 3 3压缩层压缩层 4 4包布层包布层 压缩层（橡胶填充而成）压缩层（橡胶填充而成） 包布层（橡胶帆布构成）

4、包布层（橡胶帆布构成） 伸张层（橡胶制成）伸张层（橡胶制成） 帘布结构帘布结构容易制造容易制造 粗绳结构粗绳结构挠曲性好挠曲性好 强力层有强力层有 V V带由带由 四部分组成四部分组成 2 2强力层强力层 ( (粗绳结构）粗绳结构） 2 2强力层强力层 ( (帘布结构）帘布结构） 一）一）V V带的结构分析带的结构分析 二）二）V V带截面型号及尺寸带截面型号及尺寸 Y Z (SPZ) A A （SPASPA） B B （SPBSPB） C C D D E E . .普通普通V V带、窄带、窄V V带的截面型号：带的截面型号： 2. V带截面尺寸带截面尺寸: h b bP P 节宽节宽 ( (

5、节面宽度节面宽度) ) b b 顶宽顶宽 高度高度 带楔角，带楔角， =40=40 b bp p b b 各种型号各种型号V带的剖面带的剖面 尺寸见尺寸见表表13-1。 带的型号大，则剖带的型号大，则剖 面尺寸大，带的承面尺寸大，带的承 载能力就高。载能力就高。 3. V3. V带的长度带的长度 外周长外周长基准长度基准长度Ld内周长内周长 带轮基准直径带轮基准直径 d 四四. .带传动的特点和应用带传动的特点和应用 带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小；带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小； 过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏；过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏； 适

6、用于两轴中心距较大的传动；适用于两轴中心距较大的传动； 结构简单，易于制造和安装，故成本低。结构简单，易于制造和安装，故成本低。 优优 点点 缺缺 点点 由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定；由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定； 传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大；传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大； 由于需要施加张紧力，轴和轴承受力较大。由于需要施加张紧力，轴和轴承受力较大。 特点特点 应用：应用：用于中心距较大，传动比无严格要求的场合，在多级用于中心距较大，传动比无严格要求的场合，在多级 传动系统中通常用于高速级传动，如机床中由电动机到主轴传动系统中通常用于高速级传动，如机床中由电动机到主轴

7、 箱的第一级传动。箱的第一级传动。 啮合型传动带啮合型传动带一般以细钢丝绳、玻璃纤维绳或芳纶纤维绳一般以细钢丝绳、玻璃纤维绳或芳纶纤维绳 为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在工作表面上制成凸为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在工作表面上制成凸 齿的无接头环形带。同步带分为仅在一面有齿的单面同步带和齿的无接头环形带。同步带分为仅在一面有齿的单面同步带和 两面都有齿的双面同步带，齿的形状有梯形齿和弧齿等。两面都有齿的双面同步带，齿的形状有梯形齿和弧齿等。 五五. . 啮合型传动带（亦称同步齿形带）的结构啮合型传动带（亦称同步齿形带）的结构 同步带结构 1 12 2 3 3 4 4 1 1 包布

8、层包布层 2 2 带齿带齿 3 3 带背带背 4 4 承载绳承载绳 带带 长：长： 中心距中心距: : 8 822 2 12 2 1212 ddddLddL a 小轮包角：小轮包角： 357180 180 2180 12 1 . a dd 2 2 六六. . 带传动的几何尺寸计算带传动的几何尺寸计算 1 1 B A C C DD L= + + ABCD2BC a dd dda 42 2 2 12 21 一带传动的受力分析一带传动的受力分析 13-2 13-2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 一）带传动的有效拉力一）带传动的有效拉力F Fe e 工作前：带中各处均受工作前：带中各处均受

9、 到一定的初拉力到一定的初拉力F FO O O O2 2OO1 1 F F0 0 F F0 0 F F0 0 F F0 0 紧边紧边 F Ff2- f2-带带 松边松边 F Ff1- f1-带带 O O1 1 OO2 2 n n2 2 T T2 2 F F1 1 F F1 1 F F2 2 F F2 2 T T1 1 n n1 1 工作时：工作时：主动边被进一步主动边被进一步 拉紧，拉力由拉紧，拉力由F F0 0增大到增大到F F1 1， 称为紧边；另一边拉力减称为紧边；另一边拉力减 少到少到F F2 2，称为松边。，称为松边。 紧边拉力与松边拉力的差值紧边拉力与松边拉力的差值 称为带传动的有

10、效拉力称为带传动的有效拉力F Fe e: : F Fe e = =F F1 1一一F F2 2 = = F Ff f 1工作拉力工作拉力 带传动工作时，有效拉力带传动工作时，有效拉力F Fe e与初拉力与初拉力F Fo o、紧边拉力、紧边拉力F F1 1、 松边拉力松边拉力F F2 2关系：关系： F F1 1 + + F F2 2= = 2 2F Fo o F F1 1- F- F2 2 = = F Fe e 由由 F F1 1= =F FO O+ + F Fe e/2/2 F F2 2= =F F0 0- - F Fe e/2/2 得得 2 sin2 2 d F r v rdq c 22

11、sin dd 2 qvFc 离心拉力离心拉力 由牛顿定律 F = m a 有 带传动的最大有效拉力带传动的最大有效拉力 0 2 cos)( 2 cos 0 2 sin)( 2 sin d dFF d FfdF d dFF d FFdF N c N dqvF d ddd dF C 2 , 1 2 cos , 22 sin0 2 sin ， 代入，则代入，则 fd qvF dF 2 两端积分两端积分 二）带传动的极限有效拉力二）带传动的极限有效拉力F Felim elim及其影响因素 及其影响因素 带在带轮上即将打滑时：带在带轮上即将打滑时： 1 2 1 f e F F F F1 1 + + F

12、F2 2= = 2 2F Fo o F F1 1一一F F2 2 = = F Fe e 由由 1 2 2 2 1 f e qvF qvF 得得 1 1 )(2 1 1 2 0lim f f e e e qvFF 11 2 0 2 fd qvF dF F F 1 2 2 2 1 f e qvF qvF 低速时取低速时取v，得，得ular公式公式 1 1）初拉力）初拉力F F0 0 F F0 0，正压力，正压力，FFfmax fmax ， F Felim elim 但但F F0 0，磨损加快，带的寿命，磨损加快，带的寿命； 2 2）小轮包角）小轮包角 1 11 1，包围弧，包围弧，FFfmax f

13、max ，F Felim elim 1 1大小取决于设计参数大小取决于设计参数i i、d d1 1、d d2 2及及a a； 3 3）摩擦系数）摩擦系数f f ff，FFfmax fmax ，F Felim elim ，f f取决于带取决于带 和带轮的材料。和带轮的材料。 影响影响 F Felim elim 的因素的因素 1 1 2 1 1 0 f f lime e e FF 带相对带相对2 2轮轮 的滑动方向的滑动方向 带相对带相对1 1轮轮 的滑动方向的滑动方向 2 2 C C D D 二带传动的运动分析二带传动的运动分析 带传动的运动特性带传动的运动特性存在弹性滑动和打滑存在弹性滑动和打

14、滑 一）弹性滑动及其特性一）弹性滑动及其特性 1.1.弹性滑动弹性滑动: : 是带的弹性变形量的变化而引起是带的弹性变形量的变化而引起带与带轮之间微带与带轮之间微 量相对滑动量相对滑动的现象，称为弹性滑动。的现象，称为弹性滑动。 1 1 2 2 v v n n1 1 n n2 2 1 1 A A B B 带相对带相对2 2轮轮 的滑动方向的滑动方向 带相对带相对1 1轮轮 的滑动方向的滑动方向 2 2 C C D D v v n n1 1 n n2 2 1 1 A A B B F F1 1 F F1 1 F F2 2 F F2 2 1 1 1) 1) 带是弹性体，受力后会产生弹性变形带是弹性体

15、，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限，在带的弹性极限 内，变形：内，变形：=F/EA=F/EA，当带的截面积，当带的截面积A A一定时，一定时，FF， 2 2）摩擦型带传动依靠摩擦里传递运动和动力，必然存在）摩擦型带传动依靠摩擦里传递运动和动力，必然存在 拉力差，拉力差，即：紧边拉力即：紧边拉力F F1 1大于松边拉力大于松边拉力F F2 2，则带在紧，则带在紧 边的伸长边的伸长量量1 1大于松边的伸长量大于松边的伸长量2 2。 2.2.弹弹 性滑性滑 动动产产 生原生原 因因 2 2 是微量滑动是微量滑动，只发生在带离开带轮前的那部分接只发生在带离开带轮前的那部分接 触弧触弧A AB B和

16、和C CD(D(称为滑动弧称为滑动弧) ) 。 是摩擦型带传动正常工作时是摩擦型带传动正常工作时不可避免的固有特性不可避免的固有特性 3 3弹性滑弹性滑 动的性质动的性质 带相对带相对2 2轮轮 的滑动方向的滑动方向 带相对带相对1 1轮轮 的滑动方向的滑动方向 2 2 C C D D v v n n1 1 n n2 2 1 1 A A B B F F1 1 F F1 1 F F2 2 F F2 2 1 1 2 2 1 A A 2 c 1) 1)降低传动效率降低传动效率(V(V带传动效率带传动效率=0.91=0.91 0.96)0.96)，使带与带轮摩损增加和温度升高。，使带与带轮摩损增加和温

17、度升高。 4 4弹性弹性 滑动对传滑动对传 动的影响动的影响 2) 2)使从动轮的圆周速度使从动轮的圆周速度v2 2低于主动轮的圆周速低于主动轮的圆周速 度度v1 1，即：，即： v2 2 d dd d1 1 , , b2 2 b1 1 二二) ) 带中应力分布情况带中应力分布情况 b b2 2 1 1 2 2 b b1 1 1 1 2 2 n n1 1 n n2 2 C C C C B B = =C C+2 2+b b1 1 C C = =C C+2 2+b b2 2 D D=C C+1 1+b2 b2 max max = =A A = =C C+1 1+b1 b1 E E max max

18、= =A A = =C C+1 1+b1 b1 三）带的应力变化性质三）带的应力变化性质 e e 1. 1. 带中应力变化带中应力变化 带绕一周带绕一周 带的最大应力发生在紧边开始绕上小轮处（带的最大应力发生在紧边开始绕上小轮处（A A点）点） 大小为：大小为： max max = =A A = =C C+1 1+b b1 1 3 .3 .变应力对带的影响变应力对带的影响引起带的疲劳破坏（脱层和疲劳引起带的疲劳破坏（脱层和疲劳 断裂）断裂） 2. 2. 带中应力变化性质带中应力变化性质周期性变化的循环变应力周期性变化的循环变应力 e ea a max max b2 b2 1 1 c c b b

19、c cd d b1 b1 b2 b2 2 2 c c 1 1 c c b1 b1 四四. . 带传动的失效形式和计算准则带传动的失效形式和计算准则 2 2）疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）疲劳破坏（脱层和疲劳断裂） max max 引引 起失效起失效 一）带传动一）带传动 的失效形式的失效形式 1 1）过载打滑）过载打滑由由F F实传 实传 F Flim lim引起的失效 引起的失效 二）带传动的计算准则二）带传动的计算准则 带传动的计算准则是：保证带传动不打滑的前提下，充分带传动的计算准则是：保证带传动不打滑的前提下，充分 发挥带的传动能力，并使传动带具有足够的疲劳强度和寿命。发挥带的传动能力，并

20、使传动带具有足够的疲劳强度和寿命。 即应满足：即应满足： 不打滑条件：不打滑条件：F F实传 实传 ) e (A) e (FF lime 11 1 1 1 1 11 ff 疲劳强度条件：疲劳强度条件： 11bcmax 13-3 V13-3 V带传动的设计带传动的设计 kWkW 1000 1 1 10001 10 Av e vF P f cb lime 同时满足两条件同时满足两条件 的带传动功率：的带传动功率： 式中：式中： 由带的疲劳寿命决定的许用拉应力，由实验得出，由带的疲劳寿命决定的许用拉应力，由实验得出， 在在10108 8 10109 9 次应力循环下， 次应力循环下，V V带的许用应

21、力为：带的许用应力为： m vtj CL hn d 3600 式中：式中：C C由由V V带的材质和结构决定带的材质和结构决定 的实验常数的实验常数 L Ld dV V带的基准长度，带的基准长度，m m； j jn nV V带绕行一周时绕过带轮的数目带绕行一周时绕过带轮的数目 t th hV V带的预期寿命，带的预期寿命，h h； m m指数，对普通指数，对普通V V带，带，m=11.1m=11.1。 疲劳强度条件：疲劳强度条件： 11bcmax 根根 据据 不打滑条件：不打滑条件：F F实传 实传 ) e (A) e (FF ff lime 11 1 1 1 1 11 一在特定条件下，单根一

22、在特定条件下，单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率P P1 1 将将 、b b、c c 代入，取当量摩擦系数代入，取当量摩擦系数f=0.51,f=0.51,可得可得V V带带 传动功率的计算公式：传动功率的计算公式： ( A qv d Ey vt CL P . h d 2 1 0 2 7200 111 1000 ) 1 1 1 51.0 Av e kW kW 载荷平稳载荷平稳 1 1= = 2 2 = 180 = 1800 0 ，即： ，即：i=1=1 L Ld d为特定长度为特定长度 一）特定条件一）特定条件 二）单根二）单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率P P1 1表表8-3

23、8-3 P P1 1可根据可根据V V带型号、小带轮直径带型号、小带轮直径d d1 1及小轮转速及小轮转速n n1 1由表由表8-38-3查出。查出。 V带型号带型号 特定长度特定长度 Y 450 Z 800 A 1700 B 2240 C 3750 D 6300 E 7100 表表4-2 4-2 单根普通单根普通V V带的基本额定功率带的基本额定功率P P1 1 如：Z型V带、d1=80 mm 、n1=1420 r/min时，P0 = 0.35 kW A型V带、d1=100 mm 、n1=1420 r/min时，P0 = 1.31 kW 带型 d1 mm n n1 1 r/min r/min

24、 800950120014501600 Z Z 630.15 0.20 0.22 0.18 0.23 0.26 0.22 0.27 0.30 0.25 0.30 0.35 0.27 0.33 0.39 71 80 A A 75 0.45 0.68 0.83 1.00 1.19 0.51 0.77 0.95 1.15 1.37 0.60 0.93 1.14 1.39 1.66 0.68 1.07 1.32 1.61 1.92 0.73 1.15 1.42 1.74 2.07 90 100 112 125 100100A 1.31 14201420 8080 Z 0.35 kWKKPPP L11

25、式中：式中： 额定功率增量，考虑传动比额定功率增量，考虑传动比i1i1时，带在大带轮时，带在大带轮 上的弯曲应力较小，在相同寿命的条件下，额定上的弯曲应力较小，在相同寿命的条件下，额定 功率可比功率可比i =1i =1时的传动功率大。根据时的传动功率大。根据V V带型号、带型号、n n1 1 及 及i i查表。查表。 1 P 当使用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系当使用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系 数。经过修正后数。经过修正后单根单根V V带许用功率带许用功率PP为：为： 二二. 实际实际使用条件下使用条件下单根V带的许用功率 K K 包角系数，考虑 包角系数，考虑18

26、01800 0时对传动能力影响，时对传动能力影响， 根据小带轮包角根据小带轮包角1 1查表。查表。 K KL L 长度系数，考虑带长不为特定长度时对传动能力 长度系数，考虑带长不为特定长度时对传动能力 的影响，的影响，K KL L根据根据V V带型号及基准带长带型号及基准带长L Ld d查表；查表； 表表4-3 4-3 单根普通单根普通V V带额定功率的增量带额定功率的增量 P P0 0 kW kW 带带 型型 传传 动动 比比 i i 带速带速 m/s v 1.0 0 1.0 1 1.0 2 1.0 4 1.0 5 1.0 8 1.0 9 1.1 2 1.1 3 1.1 8 1.1 9 1.

27、2 4 1.2 5 1.3 4 1.3 5 1.5 1 1.5 2 1.9 9 2. 0 P1kW A A 0.000.00 0.010.01 0.020.02 0.030.03 0.050.05 0.090.09 0.100.10 0.110.11 0.150.15 0.170.17 0.190.19 0.240.24 0.290.29 2.5 5 6.7 8.3 10 12.5 15 17.5 20 25 0.020.02 0.030.03 0.030.03 0.040.04 0.050.05 0.060.06 0.060.06 0.080.08 0.100.10 0.020.02 0.0

28、40.04 0.040.04 0.050.05 0.070.07 0.080.08 0.090.09 0.110.11 0.130.13 0.030.03 0.050.05 0.050.05 0.060.06 0.080.08 0.090.09 0.110.11 0.130.13 0.160.16 0.030.03 0.060.06 0.060.06 0.070.07 0.100.10 0.110.11 0.130.13 0.160.16 0.190.19 0.040.04 0.070.07 0.080.08 0.080.08 0.110.11 0.130.13 0.150.15 0.190.

29、19 0.230.23 0.040.04 0.080.08 0.090.09 0.090.09 0.130.13 0.150.15 0.170.17 0.220.22 0.260.26 0.020.02 0.020.02 0.030.03 0.030.03 0.040.04 0.040.04 0.060.06 0.070.07 0.0 2 0.0 2 0.0 2 0.0 3 0.0 3 0.10 2.0 v = 7.44 m/s A A 表表8-48-4查法如：查法如： i = 3.62 v=7.44m/s P = 0.095 kw 0.1 kw A型带型带 小轮包角小轮包角18 0 17 5

30、 17 0 16 5 160 155 150 145 14 0 13 5 13 0 12 5 K 10.9 9 0.9 8 0.9 6 0.950.9 3 0.9 2 0.910.8 9 0.8 8 0.8 6 0.8 4 表表4-4 4-4 包角系数包角系数K K 152 0.924 表表4-5 4-5 普通V带的基准长度系列和长度系数KL 基准长度基准长度 L Ld d mm mm 型型 号号 ZABC 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 0.87 0.89 0.91 0.94 0.96 0.99 1.

31、00 1.03 1.06 1.08 1.11 1.14 1.16 1.18 0.85 0.87 0.89 0.91 0.93 0.96 0.99 1.01 0.82 0.84 0.86 0.88 0.90 0.92 0. 95 0.83 0.86 如：如： L Ld d=1250 mm=1250 mm Z型带型带 KL =1.11 L Ld d=1800 mm=1800 mm A型带型带 KL =1.01 12501.11 Z 1800 1.01 A PKPKKPPZPZP AcaL11能传 三三.V.V带传动正常工作条件及提高带传动承载能力的措带传动正常工作条件及提高带传动承载能力的措 施施

32、 一）一） V V带传动正常工作的条件带传动正常工作的条件 原动机类型原动机类型 工作机的载荷性质工作机的载荷性质 每天工作时间每天工作时间 取值取值 K KA A 工况系数，取决于 工况系数，取决于 若出现若出现P P能传 能传 P Pc c 时，则传动不能正常工作，必须采取措 时，则传动不能正常工作，必须采取措 施提高施提高V V带传动承载能力。带传动承载能力。 P P V V带传动需要传递的名义功率，一般为已知条件。带传动需要传递的名义功率，一般为已知条件。 式中：式中：Z Z V V带的根数；带的根数； P Pc c V V带传动的计算功率； 带传动的计算功率； 二）提高二）提高V V

33、带传动承载能力的措施带传动承载能力的措施 1. 1. 增加增加V V带根数：带根数： 2.2. 提高单根提高单根V V带带 的额定功率的额定功率PP 能传 ，则PZ 111 、d型号PP 3. 3. 增大摩擦系数增大摩擦系数 f fv v铸铁带轮 铸铁带轮皮革带皮革带=0.595 =0.595， f fv v铸铁带轮 铸铁带轮胶带胶带=0.51 =0.51； 4. 4. 采用新型带：多楔带，齿形带。采用新型带：多楔带，齿形带。 1 K dL LK 1 1传递的功率传递的功率P P，工作条件；，工作条件； 2 2主、从动轮转速主、从动轮转速n n1 1和和n n2 2或传动比或传动比i i； 3 3对传动位置和外部尺寸的要求。对传动位置和外部尺寸的要求。 1 1确定带的型号、长度和根数，带轮直径，传动中心距；确定带的型号、长度和根数，带轮直径，传动中心距； 2 2计算初拉力和作用在轴上的压力；计算初拉力和作用在轴上的压力； 3 3带轮的材料选择及结构设计带轮的材料选择及结构设计。 四普通四普通V V带传动的设计及参数选择带传动的设计及参数选择 一）普通一）普通V V带传动设计的原始数据带传动设计的