第7章 带传动

1、第第7章章 带传动带传动7.1 概述概述 7.2 V带的标准及带轮的结构带的标准及带轮的结构7.3 带传动的工作原理带传动的工作原理 7.4 普通普通V带传动设计带传动设计 7.1概述 带传动是一种常用的机械传动形式，它的主要作用带传动是一种常用的机械传动形式，它的主要作用是传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠挠性传动是传递转矩和改变转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。本章将对带带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。本章将对带传动的工作情况进行分析，并给出带传动的设计准则和传动的工作情况进行分析，并给出带传动的设计准则和计算方法。重点介绍计算方法。重点介绍V

2、带传动的设计计算。带传动的设计计算。 如图7-1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。 图图7-1主动轮主动轮从动轮从动轮传动带传动带7.1.1、带传动的特点 (1) 带传动是通过中间挠性件带传递运动和动力的, 传动带具有良好的弹性, 有缓冲和吸振作用， 因此带传动传动平稳, 噪音小。 (2) 带传动可用于中心距较大的两轴间的传动。 其结构简单, 制造、 安装、 维护方便。 (3) 对于摩擦型带传动, 过载时带和带轮面间发生打滑, 可防止其他零件破坏, 故对系统

3、具有保护作用。 (4) 在摩擦带传动中， 带与带轮接触面间有相对滑动, 不能保证准确的传动比, 对轴和轴承的压力较大, 传动效率低, 带的寿命较短, 传动的外廓尺寸较大。 7.1.2、带传动的类型、带传动的类型 1.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。2.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. 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, 主要用于两轴平行, 转向相同的较远距离的传动。如图7-2所示

4、图 7-2平带实物平带实物（2）V带： V带的截面形状为梯形, 两侧面为工作面, 带轮的轮槽截面也为梯形。 根据斜面的受力分析可知, 在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下, V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力大,所以, V带传动能力强, 结构更紧凑, 在机械传动中应用最广泛。如图7-3所示图 7-3V带实物带实物（3）多楔带：多楔带是平带基体上有若干纵向楔形凸起, 如图7-4(b)所示, 它兼有平带和V带的优点且弥补其不足, 多用于结构紧凑的大功率传动中。 图图7-4（a）（b）多楔带实物（4）圆形带：圆形带的截面形状为圆形, 如图7 - 5所示, 仅用于如缝纫机、 仪器等低速小功率的传动。图 7

5、-5（5）齿形带（同步带）： 同步齿形带即为啮合型传动带, 如图7 - 6所示。 同步带内周有一定形状的齿。 图 7-6 同步带传动 同步带实物传动带实物传动带实物7.2 V带的标准及带轮的结构带的标准及带轮的结构7.2.1、普通V带标准： 普通V带应用最广，其截面呈楔角等于40的梯形，相对高度h/bp0.7，工作面是带的两侧面，带与轮槽底部应有间隙。考虑到V带张紧后产生的横向收缩变形，小带轮槽角=32、34、36、38。普通V带的规格尺寸、性能、测量方法及使用要求等均已标准化。普通V带按截面大小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，各型号代表的截面尺寸及具有的长度查表7-1。 表7 - 1

6、 普通V带截面尺寸和单位带长质量(GB/T 11544-1992) V带实物带实物7.2.2、V带的结构带的结构 标准标准V带都制成无接头的环形带，其横截面结构带都制成无接头的环形带，其横截面结构如图如图7-7所示。强力层的结构形式有帘布结构和线所示。强力层的结构形式有帘布结构和线绳结构。绳结构。图图7-77.2.3普通普通V带轮的结构带轮的结构1、V带轮的设计要求带轮的设计要求 质量小、结构工艺性好、无过大的铸造内应力；质量质量小、结构工艺性好、无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工工(表面粗糙度一般应为

7、表面粗糙度一般应为3.2)，以减小带的磨损；各槽的尺寸，以减小带的磨损；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。和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀。 2带轮的材料带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或或HT200；转速较高时宜采用铸钢；转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成或用钢板冲压后焊接而成)；小功率时可用铸铝或塑料。小功率时可用铸铝或塑料。 3、V带轮的结构带轮的结构带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。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。轮槽尺

8、轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮槽尺寸见表。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮寸见表。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。毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。 实心带轮实心带轮V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：（1）实心带轮）实心带轮（2）腹板带轮）腹板带轮腹板带轮腹板带轮（3）孔板带轮）孔板带轮孔板带轮孔板带轮（4）轮辐带轮。）轮辐带轮。轮辐带轮轮辐带轮7.3带传动的工作原理带传动的工作原理7.3.1带传动的受力分析带传动的受力分析1.初拉力初拉力 为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的为保证带传动

9、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，称为初拉力相等的拉力，称为初拉力F0，如图，如图7-8所示。所示。图图 7-8 不工作时不工作时 当传动带传动时，由于带与带轮接触面之间摩当传动带传动时，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，如图擦力的作用，带两边的拉力不再相等，如图7-9所所示。一边被拉紧，拉力由示。一边被拉紧，拉力由F0增大到增大到F1，称为紧边；，称为紧边；一边被放松，拉力由一边被放松，拉力由F0减少到减少到F2，称为松边。设环，称为松边。设环形带的总长度不变，则紧边拉力的增

10、加量形带的总长度不变，则紧边拉力的增加量F1-F0应应等于松边拉力的减少量等于松边拉力的减少量F0-F2。 F1-F0=F0-F2 F0=（F1+F2）/2图图 7-9 工作时工作时2.有效拉力 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 (7 - 1)带传动所传递的功率为 P=Fv/1000 (7 - 2)式中, P为带传递功率, 单位为kW； v为带速, 单位为m/s。 当带速一定时, 传递功率P愈大, 则有效拉力F愈大, 所需带与轮面间的摩擦力也愈大

11、。 当功率一定时, 转速愈高, 带的有效拉力就愈小。 设带的总长度不变, 则工作时紧边增加的长度与松边减少的长度相等； 紧边增加的拉力与松边减小的拉力相等。 即 F1-F0=F0-F2 所以 F1+F2 =2F0（7-3） 在一定的初拉力F0作用下，带与带轮接触面间摩擦力作用下，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相对滑动，这种现象称为打滑。带打滑时从动轮转速急

12、剧下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。 3.带传动的最大摩擦力有效拉力的临界值 当传动带和带轮间有全面滑动趋势时，摩擦力达到最大值，即有效圆周力达到最大值。此时，紧边拉力和松边拉力之间的关系可用欧拉公式表示，即 （7-4）（7-5）（7-6）7.3.2 带传动的应力分析带传动的应力分析 带传动工作时带传动工作时,带中的应力由以下三部分组成带中的应力由以下三部分组成1. 带的拉力产生的紧边拉应力1和松边拉应力2为AFAF2211式中, A为带的横截面面积, 单位为mm2。 2. 带的离心力产生的离心拉应力 由于带本身的质量, 带

13、绕过带轮时随着带轮作圆周运动将产生离心力。 离心力将使带受拉, 在截面产生离心拉应力Aqc2式中, c为离心拉应力, 单位为MPa； v为带速, 单位为m/s； q为带单位长度上的质量, 单位为kg/m, 见表7 - 1。 表7 - 1 普通V带截面尺寸和单位带长质量(GB/T 11544-1992) 3. 带的弯曲产生的弯曲应力 弯曲时横截面上的正应力分布规律如图7-10所示受拉力中性轴受压力bMhMMoyMyoh(b)(a)z图7-10传动带绕经带轮时要弯曲, 其弯曲应力可近似按下式确定：dbdEh式中, E为带的弹性模量, 单位为MPa； h为带的厚度, 单位为mm； dd为带轮的基准直

14、径, 单位为mm。 图示7-11为带工作时的应力分布情况, 各截面的应力大小由该处引出的带的法线长短表示。 最大应力发生在紧边和小轮接触处, 其值为 max=1+c+b1 (7 - 7) 由图7-11可知, 带在工作过程中, 其应力是在min=2+c与max=1+c+b1之间不断变化的, 因此, 带经长期运行后会发生疲劳破坏。 max=1+c+b1图图 7-11为保证带具有足够的疲劳强度, 应满足 max=1+c+b1 式中, 为根据疲劳寿命决定的带的许用应力, 其单位为MPa, 其值由疲劳实验得出。 疲劳破坏是指材料在交变应力作用下的破坏. 7.3.3带传动的弹性滑动和传动比1. 弹性滑动传

15、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,其弹性伸长量也由1减小为2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（1-2），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，如图7-12示。同样，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。这种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弹性滑动。从动轮从动轮主动轮主动轮松边松边紧边紧边图图 7-12这种由于带的弹性和拉力差而引起的带与带轮之间的局部相对滑

16、动称弹性滑动。 所以, 带工作时弹性滑动是不可避免的。 由上述可知, 由于弹性滑动的存在, 导致从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1, 其降低程度用滑动率表示:112211112211121ndndndndndnddddddd考虑弹性滑动影响而得出的传动比公式表示如下： )1 (1221ddddnni式中, n1、 n2为主、 从动轮转速, 单位为r/min； dd1、 dd2为主、 从动轮基准直径, 单位为mm。 （7-8）表 7 - 2 弹性滑动和打滑的区别 7.4 普通普通V带传动设计带传动设计7.4.1. 带传动的失效形式和设计准则 带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳断裂。

17、因此, 带传动的设计准则为: 在保证不打滑的条件下, 带有一定的疲劳强度。 7.4.2. 单根V带的基本额定功率 单根V带所能传递的功率与带的型号、 长度、 带速、 带轮直径、 包角大小及载荷性质等有关。 为便于设计, 将实验测得的在载荷平稳、 包角为180及特定长度条件下的单根V带在保证不打滑并具有一定寿命时所能传递的功率P0称为基本额定功率, 依此作为设计的依据。 各种型号V带的P0值见表7 - 3。 表7 - 3 单根V带的基本额定功率 (略）当实际使用条件与实验条件不符时, 表7 - 3中的P0值应当加以修正, 修正后即得实际工作条件下单根V带所能传递的功率, 称为许用功率P0。 P0

18、的计算公式为 P0=(P0+P0)KKL (7 - 9)式中, K为包角系数, 考虑不同包角对传动能力的影响, 其值见表7 - 4； KL为长度系数, 考虑不同带长对传动能力的影响, 其值见表7 - 5； P0为功率增量, 单位为kW, 考虑传动比i1时带在大带轮上的弯曲应力较小, 从而使P0值有所提高, 见表7 - 6。 表7- 6 单根普通V带i1时额定功率的增量（略）表 7 4 包 角 系 数 K表7 - 5 普通V带的长度系列和带长修正系数7.4.3. 设计计算 设计V带传动时, 一般已知条件是传动的用途、 工作条件、 传递的功率、 主从动轮的转速(或传动比)、 传动的位置要求及原动机

19、类型等； 设计的内容是确定V带的型号、 长度和根数, 传动中心距, 带轮的材料、 结构和尺寸,作用于轴上的压力等。 设计步骤如下: (1) 确定计算功率Pc： Pc=KAP (7 - 10) 式中, KA为工况系数, 见表7 - 7； P为传递名义功率(如电动机的额定功率), 单位为kW。 表7 - 7 工 况 系 数 KA(2) 选择带的型号。 带的型号可根据计算功率Pc和小带轮转速n1由图7 - 13选取。 临近两种型号的交界线时, 一般选小型号, 或按两种型号同时计算, 分析比较后决定取舍。 (3) 确定小带轮直径dd1。 带轮直径愈小, 传动所占空间愈小, 但弯曲应力愈大, 带愈易疲劳

20、。 表7 - 8列出了普通V带轮的最小基准直径。 设计时, 应使小带轮基准直径dd1ddmin。 图图7-13表7 - 8 普通V带轮最小基准直径 (4) 验算带速v。 普通V带质量较大, 带速较高, 会因惯性离心力过大而降低带与带轮间的正压力, 从而降低摩擦力和传动能力； 带速过低, 则在递相同功率的条件下所需有效拉力F较大, 要求带的根数较多。 一般以v=(525) m/s为宜。 带速的计算公式为2111060ndd（7-11）(5) 确定大带轮基准直径 1212dddnnddd2、 dd1通常按表7 - 8推荐的基准直径系列进行调整。 （7-12）表 7 - 8 带轮基准直径dd系列(6) 确定中心距a和带的基准长度Ld。 当中心距较小时, 传动较为紧凑, 但带长也减小, 在单位时间内带绕过带轮的次数增多, 即带内应力循环次数增加, 会加速带的疲劳； 而中心距过大时, 传动的外廓尺寸大, 且高速运转时易引起带的颤动, 影响正常工作。 一般初定中心距a0可根据题目要求或按以下范围估算: 0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2) (7 - 13) 初选后, 可根据下式计算V带的