第6章 带传动

1、重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 第第 6 6 章章 带带 传传 动动 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 3 6.1 6.1 概述概述 6.1.1 带传动的工作原理和类型： 1.带传动的组成：主动轮1、从动轮2、环形带3。 2. 工作原理： 安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带 与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖 动从动轮一起同向回转。 1 n2 n1 2 F0 F0 F0 F0 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 设计：潘存云 类型 平皮带 V 型带 多楔带 摩擦型 啮合型同步带 圆形带 摩擦牵引力大 摩擦牵引力大 牵引力小，用于仪器 3. 带传动的

2、类型 抗拉体抗拉体 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 4. 带传动的优点： 1. 适用于中心距较大的传动； 2. 带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动； 3. 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它 零件的损坏； 4. 结构简单、成本低廉。 5.带传动的缺点： 1. 传动的外廓尺寸较大； 2. 需要张紧装置； 3. 由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比； 4. 带的寿命较短； 5. 传动效率较低。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 6.1.2 V6.1.2 V带的结构、型号和基本尺寸带的结构、型号和基本尺寸 V V带可分为：普通带可分为：普通V V带、窄带、窄V V

3、带、宽带、宽V V带、大楔角带、大楔角V V带、汽车带、汽车V V带等带等 类型。其中普通类型。其中普通 V V带应用最广。带应用最广。 1 1、V V带的结构带的结构 组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。 帘布芯结构帘布芯结构绳芯结构绳芯结构 包布包布 顶胶顶胶 抗拉体抗拉体 底胶底胶 节线节线 节面节面 节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。 节面：全部节线构成的面。节面：全部节线构成的面。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 b bp h 2 2、V V带的型号和基本尺寸带的型号和基本尺寸 型型 号号 Z A

4、B C D E Y 顶宽顶宽b 10 13 17 22 32 38 6 节宽节宽 bp 8.5 11 14 19 27 32 5.3 高度高度 h 6 8 11 14 19 23 4.0 楔角楔角 每米质量每米质量q（kq/m） 0.06 0.10 0.17 0.30 0.60 0.87 0.04 普通V带的截面尺寸（GB11544-1997） 40 普通普通V V带按截面基本尺寸由小至大分为带按截面基本尺寸由小至大分为Y Y、Z Z、A A、B B、C C、D D、 E E七种型号。已经标准化。七种型号。已经标准化。 各型号的截面尺寸如下表所示各型号的截面尺寸如下表所示 重庆大学机械工程学院

5、 作者： 陈德淑 在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带 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 周线长度称为基准长度Ld 。标准长度系列见表6-2 dd bp 普通V带标记示例： B B 16001600 GB/T11544-1997GB/T11544-1997 标准编号标准编号 基准长度，基准长度，1600mm 型号，B型 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 窄V带与普通V带相比，高度相同时，宽度减小1/3， 而承载能力提高1.52.5倍，适用于传递动力大而又 要求紧凑的场合。 b h 40 型 号 宽度b(mm) 高度 h(mm) 3

6、v 9.5 (3/8英寸) 8 A , B型 5 V 16.0(5/8英寸) 13.5 B, C , D型 8 V 25.4(1英寸) 23 D, E, F型 窄V带的结构及截面尺寸 可替代的 普通V带 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 6.1.3 V6.1.3 V带轮带轮 带轮的结构 实心式直径小,dd 2.5d(d为轴径为轴径) ； da dd B L 实心式 V带轮由轮缘、轮辐轮毂三部分组成。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 腹板式中等直径,dd 300 mm； dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+)

7、 s= (0.2 0.3) B s11.5s s20.5s 腹板式腹板式 V带轮由轮缘、轮辐轮毂三部分组成。 带轮的结构 实心式直径小,dd 2.5d(d为轴径为轴径) ； 设计：潘存云 S1 斜度斜度1：25 S S2 dr dk dh d da L B S2 6.1.3 V6.1.3 V带轮带轮 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 腹板式中等直径 , dd 300 mm ； dh = (1.82)ds d0=( dh +dr) /2 dr = de -2(H+) s= (0.2 0.3) B s20.5s 带轮的结构 实心式直径小,dd 2.5d(d为轴径为轴径) ； 腹板

8、式二腹板式二 设计：潘存云 斜度斜度1：25 S2 dr dk dh d da B S L V带轮由轮缘、轮辐轮毂三部分组成。 6.1.3 V6.1.3 V带轮带轮 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 设计：潘存云 轮辐式轮辐式dd300 mm； 腹板式腹板式中等直径；中等直径； 带轮的结构带轮的结构 实心式实心式直径小；直径小； h2 dr dk dh a1 L 斜度斜度1：25 d da B h1 h2 =0.8 h1 a1 = 0.4 h1 a2 = 0.8 a1 f10.2 h1 f2 0.2 h2 P nA 3 h1 =290 P功率功率 n转速转速 A轮幅数轮幅数

9、V带轮由轮缘、轮辐轮毂三部分组成。 6.1.3 V6.1.3 V带轮带轮 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 设计：潘存云 f 1.6 1.6 6.3 H e b0 bd B h1 ha d da e 80.3 120.3 150.3 190.4 25.50.5 槽槽 型型 Y Z A B C bd 5.3 8.5 11 14 19 hamin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 famin 6 7 9 11.5 16 hfmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 min 5 5.5 6 7.5 10 60 - - - - - - 80 118 190 315

10、60 - - - - - - 80 118 190 315 对应的对应的d d 3232 3434 3636 3838 ( ) 普通V带轮的轮槽尺寸 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 2 1 3 .57180 a dd d d1 1d d2 2 6.1.4 6.1.4 带传动的主要几何关系带传动的主要几何关系: : 中心距中心距a 包角包角 2 因因较小较小, , sin以 代入得代入得 )(rad a dd d d1 1d d2 2 带长带长 ADBCABL 2 d d )2( 2 )2( 2 cos2 d d1 1d d2 2 dd a 22 2 1 1sin1cos以代

11、入得：及 a dd 2 d d1 1d d2 2 a dd 2 d d1 1d d2 2 )()( 2 cos2 d d1 1d d2 2d d2 2d d1 1 dddda aC A D B dd1 dd2 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 a dd ddaL dd ddd 4 )( 2 2 2 12 21 11 C A D B dd1 dd2 a 带长带长 已知带长时，由上式可得中心距已知带长时，由上式可得中心距 8 )( 8)(2)(2 2 12 2 2121dddddddd ddddLddL a 带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后， 因带永

12、久伸长而松弛时，还应当重新张紧。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 6.2 6.2 带传动的受力分析及运动特性带传动的受力分析及运动特性 F0 F0 F0 F0 静止时，带两边的初拉力相等： 传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等： F1 = F2 = F0 为了可靠工作，带必须以一定的初拉力张紧在带轮上。 F1 F2 F1 紧边F2 松边 F1 F2 F1 F2 紧边紧边 松边松边 设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量 相等：F1 F0 = F0 F2 从动轮从动轮 主动轮主动轮 n1 n2 n1 n2 F0 = (F1 + F2 )/2 设计：潘存云 一

13、、带传动的受力分析一、带传动的受力分析 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 当圆周力 F 时，带与带轮之间出现显著的滑动， 称为打滑。带刚要开始打滑时，有效圆周力达到最大。 此时紧边拉力和松边拉力的关系 称 F1-F2 为有效拉力F，即带所能传递的有效圆周力F为： F = F = F1 - - F2 且传递功率与圆周力和带速之间的关系为： 1000 F v P dFN F1 F2 F+dF F f dFN dd dl d 2 d 2 取一小段弧进行分析：取一小段弧进行分析：参数如图 正压力：正压力：dFN 两端的拉力：两端的拉力：F 和和F+dF 力平衡条件：力平衡条件：忽略离

14、心力, 水平、垂直力分别平衡 2 sin)( 2 sin d dFF d FdFN 2 cos 2 cos)( d F d dFFfdFN 摩擦力：摩擦力： f dFN F 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 由力平衡条件由力平衡条件 2 sin)( 2 sin d dFF d FdFN 2 cos 2 cos)( d F d dFFfdF N 1 2 cos, 22 sin ddd d很小，可取因 2 d dF 去掉二阶微量 FddF N fd F dF 0 1 2 fd F dF F F f F F 2 1 ln 积分得积分得 紧边和松边的拉力之比为紧边和松边的拉力之比为 f e F F

15、 2 1 绕性体摩擦的基本公式绕性体摩擦的基本公式 dFfdF N 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 设计：潘存云 联立求解： 1 1 f f e e FF ) 1 1 ( 121 f e FFFF 1 1 2 f e FF F f 1f sin 2 Q NvQ F F fffF QN F f fF 2 sin f e F F 2 1 F=F=F1- -F2 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 在相同条件下在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。带能传递较大的功率。 或在传递功率相同时，或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。带传动的结构更为紧凑。 用用 f V代替代替

16、f 后，得以下计算公式后，得以下计算公式 1 2 v f F e F 1 max0 2 1 1 1 2 1 1 1 1 v v v v v f ff f f e FF ee FF FF e e 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 F2 F2 F1 F1 6.2.2 6.2.2 带传动的弹性滑动和打滑带传动的弹性滑动和打滑 设设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为变形量为： 这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动弹性滑动。 紧边：紧边： 松边：松边： AE F 1 1 AE F2 2 F

17、 F1 1 F F2 2 1 1 2 2 带绕过带绕过主动轮主动轮时，将逐渐缩短时，将逐渐缩短 并沿轮面滑动，使并沿轮面滑动，使带速落后于带速落后于 轮速。轮速。 带经过带经过从动轮从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超带速超 前于轮速。前于轮速。 1 1 1 / 60 1000 d n vm s 22 2 / 60 1000 d n vm s 总有：总有：v v2 2 v v1 1 从动轮 n2 n1 主动轮 n1 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 得从动轮的转速：得从动轮的转速： 带传动的传动比：带传动的传动比： 11 2 2 (1)n d n d

18、 2 1 (1) d d 1 2 n i n V V带传动的滑动率带传动的滑动率=0.01=0.010.02，一般可忽略不计。，一般可忽略不计。 定义：定义： 121 122 11 1 vvd nd n vd n 为滑动率。为滑动率。 一般说来，并不是全部接触弧上都发生弹性滑动。 接触弧分为有相对滑动（滑动弧）和无相对滑动（静弧） 两部分，它们所对应的中心角分别称为滑动角 和静 角 。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 带传动不传递载荷时，滑动角为零，随 着载荷的增加，滑动角逐渐加大而静角逐渐 减小，到滑动角等于包角而静角等于零时， 即弹性滑动扩大到整个接触弧时，带传动的 有效拉力达到最大

19、值，若载荷再进一步增大， 则带与带轮间将发生打滑。 所以，带传动在正常工作中应该避免出现打滑，即所需传递 的圆周力不能大于最大有效圆周力。 实践证明，静弧总是发生在带进入带轮的这一边。 如图所示 当带传动出现打滑时，就不能正常工作， 传动失效。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 6.2.3 6.2.3 带的传动的应力分析带的传动的应力分析 1.紧边和松边拉力产生的拉应力 紧边拉应力 MPa A F 1 1 MPa A F 2 2 松边拉应力 A为带的横截面积 2.离心力产生的拉应力 带在微弧段上产生的离心力 amdF Nc 带工作时应力由三部分组成 dFNc dd dl r

20、F1 F2 Ndqv 2 2 )(rqrd r v qrd 2 )( 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 离心力 FNc在微弧段两端会产生拉力 Fc。 daqv da Fc 2 2 sin2由力平衡条件得 dFNc dd dl r F1 F2 Fc Fc d 2 d 2 ，得取 2 2 sin dada NqvFc 2 MPa A qv A F c c 2 离心力只发生在带作圆周运动的部分， 但由此引起的拉力确作用在带的全长。 离心拉应力离心拉应力 往x轴投影 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 设计：潘存云 3.弯曲应力当带绕过带轮时，因为弯曲而产生弯曲应力

21、MPa d yE b 2 设设y y为带的中心层到最外层的垂直距离；为带的中心层到最外层的垂直距离； E E为带的弹性模量；为带的弹性模量；d d为带轮直径。为带轮直径。 4.应力分布及最大应力 max 1 b2 2 n1 n2 1 b1 cb 11max 2 y 弯曲应力为弯曲应力为 最大应力最大应力max max出现在紧边与 出现在紧边与 小轮的接触处。小轮的接触处。 V带的节线 d V带轮的基 准圆 由材料力学公式得 离心应力 拉应力 弯曲应力 c 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 6.3 6.3 普通普通V V带传动的设计带传动的设计 一、失效形式和设计准则一、失效形

22、式和设计准则 失效形式：打滑和带的疲劳破坏。 设计准则：在保证带传动不打滑的条件下，具有一 定的疲劳强度和寿命。 设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传 递功率、带轮转速以及对传动的外廓尺寸的要求等。递功率、带轮转速以及对传动的外廓尺寸的要求等。 设计带传动的主要任务是选择合理的传动参数、确设计带传动的主要任务是选择合理的传动参数、确 定定V V带型号、长度和根数；确定带轮材料、结构和尺寸。带型号、长度和根数；确定带轮材料、结构和尺寸。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 二、单根普通V带的许用功率 带载带轮上打滑或发生脱层、撕裂、拉断等

23、疲劳损坏 时，就不能传递动力。因此带传动的设计依据是保证 带不打滑及具有一定的疲劳寿命。 传递的功率为 121 1 (1) v v f FFFF e 单根带所能传递的有效拉力为 1 1 (1) 1000 v f v F e 1 1 (1) 1000 v f v A e 为保证带具有一定的疲劳寿命，应使 代入得 1 ( )(1) 1000 v vbc f Av PKW e 为了简化计算，将单根普通V带的额定功率分成基本额定功率 P0功率增量两部分。P0指在=，Ld为特定长度、载荷平稳的条件 下单根普通V带所能传递的最大功率。P0值详见教材表6-5。 max 1000 v v PF max11 1

24、1 bc bc 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修 正。修正得实际工况下单根普通V带的额定功率为： KL 长度系数；见表6-7。 P P0 0 功率增量； 考虑在考虑在i1i1，带在大轮上的弯曲应力较小，故，带在大轮上的弯曲应力较小，故 在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值 详见表详见表6-56-5 00 () VaL PPPKK 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 K 包角系数。 考虑考虑180180时对传动能力的影响时对传动能力的影响 KL 长度系数； P P0 0 功率增量； 包角修正系数 包

25、角包角1 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 K 1.0 0.98 0.95 0.92 0.89 0.86 0.82 0.78 0.74 0.69 实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修 正。修正得实际工况下单根普通V带的额定功率为： 00 () VaL PPPKK 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 三、普通三、普通V V带的型号和根数的确定带的型号和根数的确定 dA PK P计算功率 K KA A 工作情况系数见表6-8 K 包角系数。 KL 长度系数； P P0 0 功率增量； 实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修 正。修正得

26、实际工况下单根普通V带的额定功率为： 00 () VaL PPPKK 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 工作情况系数 载荷 性质 载荷变 动很小 载荷变 动小 载荷变 动较大 载荷变 动很大 工 作 机 KA 空、轻载起动重载起动 液体搅拌机、通风机和 鼓风机、离心式水泵和 压缩机、轻负荷输送机 每天工作小时数 / h 16 16 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 带式输送机、旋转式水 泵和压缩机、发电机、 金属切削机床

27、、印刷机、 旋转筛、木工机械 制砖机、斗式提升机、 往复式水泵和压缩机、 起重机、磨粉机、冲剪 机床、橡胶机械、振动 筛、纺织机械等。 破碎机（旋转式、颚 式）、磨碎机（球磨、 棒磨、管磨）。 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 型号的确定 根据根据Pd和小带轮的转速和小带轮的转速n1，由，由选型图选型图确定。确定。 三、普通三、普通V V带的型号和根数的确定带的型号和根数的确定 dA PK P计算功率 K KA A 工作情况系数见表6-8 K 包角系数。 KL 长度系数； P P0 0 功率增量； 实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修 正。修正得实际工况下单根普通V带的额定功率为

28、： 00 () VaL PPPKK 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 设计：潘存云 设计：潘存云 3000 5000 2000 1600 4000 200 800 500 100 400 300 1000 小带轮的转速小带轮的转速 n1 ( r / min) 1250 2500 0.8 1 1.25 2 3.15 4 5 8 10 16 20 30 40 50 63 80 100 200 250 普通普通V带选型图带选型图 Z A B C D E d1=5071 d1=80100 d1=112140 d1=125140 d1=160200 d1=200315 d1=355400 d1=45

29、0500 d1=80100 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 根数的确定 d V P z P 00 () d L P PPKK 型号的确定 根据根据Pd和小带轮的转速和小带轮的转速n1，由，由选型图选型图确定。确定。 三、普通三、普通V V带的型号和根数的确定带的型号和根数的确定 dA PK P计算功率 K KA A 工作情况系数见表6-8 K 包角系数。 KL 长度系数； P P0 0 功率增量； 实际工作条件与特定条件不同时，应对P0值加以修 正。修正得实际工况下单根普通V带的额定功率为： 00 () VaL PPPKK 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 带轮的直径过小，则带的弯曲

30、应力大，寿命降低。 应取：d dd1 d1d dmin min 四、主要参数的选择四、主要参数的选择 1.带轮直径与带速 型型 号号 Y Z A B C D E dmin 20 50 75 125 200 315 500 带轮的最小直径带轮的最小直径dmin 大带轮的直径d dd2 d2： ： 1 21 2 (1) dd n dd n d dd1 d1 、 、d dd2 d2： ：必须圆整且符合带轮的基准直径系列,详见教 材P165表6-9 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 带速带速 11 / 601000 d n vms 一般应使一般应使v v在在525m/s的范围内。的范围内。 2.2

31、.中心距、带长和包角中心距、带长和包角 推荐：推荐： 0.7(d0.7(dd1 d1+d +dd2 d2) ) a0 2(d 2(dd1 d1+d +dd2 d2) ) 初定初定V V带基准长度带基准长度 2 21 0012 0 () 2() 24 dd ddd dd Ladd a 根据根据L Ld0 d0由表 由表6-26-2选取接近的基准长度选取接近的基准长度L Ld d，然后计算实际中，然后计算实际中 心距心距a a 0 0 2 dd LL aa 中心距变动范围为中心距变动范围为 ( (a-0.015L-0.015Ld d) ) ( (a +0.03L+0.03Ld d) ) 如中心距如中心距a0未给出，初取时未给出，初取时 重庆大学机械工程学院 作者： 陈德淑 小轮包角小轮包角 21 1 18057.3 dd dd a 一般应使一般应使1 1120120 , ,否则可加大中心距或增加张紧轮。否则可加大中心距或增加张紧轮。 2 0 5002.5 (1) d a P Fqv zvK 3.3.初拉力初拉力 保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，会出现打滑， 初拉力过大将增大轴和轴承上的压力，并降低带的寿命。 计算