第4章 带传动设计 (1)课件

第4章带传动的设计一.带传动的组成带传动的组成主动带轮1从动带轮2环形胶带3vv主动轮1传动带3从动轮2n2n1α1α2§4-1带传动的类型和应用α1——小轮包角α2——大轮包角n1——小轮转速（r/min）n2——大轮转速（r/min）v——带速（m/s）二.带传动的类型vvn2n1α1α2摩擦型带传动啮合型带传动同步带同步带轮同步带轮摩擦型带传动——利用带与带轮之间的摩擦力进行传动啮合型带传动——利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动一）按工作原理分二）按带的截面形状分1）平带结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面相接触的内表面。普通V带2）V带V带的横截面为等腰梯形，其工作面是与轮槽相接触的两侧面，而V带与轮槽槽底并不接触。φ平带的极限摩擦力为:

FNf=FQf

FN/2FN/2FQFQFNFN=FQFNf=FQ/sin(φ/2)×f=FQf’φφV带的极限摩擦力为：f

’

—当量摩擦系数,f’>fＶ带传动是应用最广的带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，传递较大的功率。V带传动与平带传动的初拉力相等(即带压向带轮的压力同为FQ)时，它们的法向力FN则不相同。FN=FQ/sin(φ/2)工作面是楔的侧面，兼有平带和V带的优点，工作接触面数多，摩擦力大，柔韧性好，用于结构紧凑而传递功率较大的场合。解决多根V带长短不一而受力不均。3）多楔带汽车发动机4）圆带圆带传动的传动能力较小，功率小，曲挠性更好，一般用于轻型机械、仪表、手动装置。啮合传动，兼有带传动和齿轮传动的优点吸振、i准确，在汽车、打印机中广泛应用。5）同步带机器人关节V带是无接头的环形带，其种类有普通V带、窄V带、宽V带等。三.V带的结构及尺寸1—伸张层3—压缩层4—包布层1—伸张层3—压缩层4—包布层压缩层（橡胶填充而成）包布层（橡胶帆布构成）伸张层（橡胶制成）帘布结构——容易制造粗绳结构——挠曲性好强力层有V带由四部分组成2—强力层(粗绳结构）2—强力层(帘布结构）一）V带的结构分析二）V带截面型号及尺寸YZ(SPZ)A（SPA）

B（SPB）

C

DE１.普通V带、窄V带的截面型号：

2.V带截面尺寸:hbP—节宽(节面宽度)b—顶宽ｈ—高度Φ－楔角，Φ=40⁰

φbpb各种型号V带的剖面尺寸见表8-1。带的型号大，则剖面尺寸大，带的承载能力就高。（SPC）3.V带的长度外周长基准长度Ld内周长带轮基准直径d（SPB）四.带传动的特点和应用①带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小；②过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏；

③适用于两轴中心距较大的传动；

④结构简单，易于制造和安装，故成本低。

优点缺点

①由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定；

②传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大；

③由于需要施加张紧力，轴和轴承受力较大。

特点应用：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箱的第一级传动。P<50kW；V=5~25m/s；i=2~4(常用)，平带可达5，V带可达7，加张紧轮时可到达10.啮合型传动带一般以细钢丝绳、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。

五.啮合型传动带（亦称同步齿形带）的结构同步带结构12341——包布层2——带齿3——带背4——承载绳标准同步带按节距的大小分为MXL(最轻型)、XXL(超轻型)、XL(特轻型)、L(轻型)、H(重型)、XH(特重型)、XXH(超重型)7种。节距同步齿形带传动的特点和应用①传动平稳，噪声小；②传动比准确；传动比大,I=12~20,且结构紧凑；

③适应高速传动，可达80m/s；

④传动效率高，0、98~0.99；⑤可使用铝合金或塑料带轮，减轻重量；⑥适合中心距较大的场合；⑦双面同步带可用于多轴正反向传动；⑧带的张力小，作用在轴和轴承上的力小；⑨清洁，不需润滑，维护简单。优点缺点

①制造安装要求高；

②中心距要求较严格；

③成本高。

特点应用：用于要求传动比较准确的中、小功率传动，P<300kW,V<50m/s.传动比一般小于10.带长：中心距:小轮包角：

α2六.带传动的几何尺寸计算α1ɑγγBACDL=++⁀AB⁀CD2BC一．带传动的受力分析§4-2带传动的基本原理1.带传动的有效拉力Fe

工作前：带中各处均受到一定的初拉力FO

O2O1F0F0F0F0紧边∑Ff2-带松边∑Ff1-带

O1O2n2T2F1F1F2F2T1

n1工作时：主动边被进一步拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；另一边拉力减少到F2，称为松边。

紧边拉力与松边拉力的差值称为带传动的有效拉力Fe:Fe=F1一F2

=∑Ff带传动工作时，有效拉力Fe与初拉力Fo、紧边拉力F1、松边拉力F2关系：

紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量。F1+F2=

2FoF1-F2=

Fe由F1=FO+Fe/2F2=F0-Fe/2

得２离心拉力由牛顿定律F=ma有３带传动的最大有效拉力代入，则两端积分径向的力平衡方程切向的力平衡方程4.带传动的极限有效拉力Felim及其影响因素

带在带轮上即将打滑时：F1+F2=

2FoF1一F2=

Fe由得低速时取v＝０，得Ｅular公式1）初拉力F0

——F0↑，正压力↑，∑Ffmax↑，Felim↑但F0↑↑，磨损加快，带的寿命↓；2）小轮包角α1——α1↑，包围弧↑，∑Ffmax↑，Felim↑α1大小取决于设计参数i、d1、d2及a；3）摩擦系数f——f↑，∑Ffmax↑，Felim↑，f取决于带和带轮的材料。影响Felim的因素带相对2轮的滑动方向带相对1轮的滑动方向α2CD二．带传动的运动分析

带传动的运动特性——存在弹性滑动和打滑

一）弹性滑动及其特性1.弹性滑动:是带的弹性变形量的变化而引起带与带轮之间微量相对滑动的现象，称为弹性滑动。ιδ1ιδ2vvn1n2α1AB带相对2轮的滑动方向带相对1轮的滑动方向α2CDvvn1n2α1ABF1F1F2F2ιδ11)带是弹性体，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限内，变形：δ=F/EA，当带的截面积A一定时，F↑，δ↑2）摩擦型带传动依靠摩擦力传递运动和动力，必然存在拉力差，即：紧边拉力F1大于松边拉力F2，则带在紧边的伸长量δ1大于松边的伸长量δ2。

2.弹性滑动产生原因ιδ2是微量滑动，只发生在带离开带轮前的那部分接触弧A′B和C′D(称为滑动弧)。是摩擦型带传动正常工作时不可避免的固有特性3．弹性滑动的性质带相对2轮的滑动方向带相对1轮的滑动方向α2CDvvn1n2α1ABF1F1F2F2ιδ1ιδ2β1A′β2c'1)降低传动效率(V带传动效率η=0.91～0.96)，使带与带轮摩损增加和温度升高。

4．弹性滑动对传动的影响2)使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，即：v2<

v1。从动轮圆周速度相对降低量称为滑动率ε。滑动率ε：F↑则ε↑，正常工作时，ε=1%～2%3)传动比不为常数即：≠常数二）带传动打滑打滑——当传递的有效拉力达到极限值Felim时，过载引起的带与小带轮接面间将发生显著的相对滑动。α2CDvvn1n2α1ABF1F1F2F2带与带轮2整个接触弧上发生相对滑动带与带轮1整个接触弧上发生相对滑动β1β2三）弹性滑动与打滑的本质区别发生在带和带轮的全部接触弧上。弹性滑动打滑是带传动正常工作时不可避免的固有特性；是带传动的失效形式，设计时必须避免；只发生在带离开带轮前的那部分接触弧上；α2CDα1BAn1β2β1弹性滑动打滑α2CDα1BAn1n2β2β1三.

带的应力分析一）带传动工作时，带截面上的应力种类

2.拉应力紧边拉应力：σ1=F1/AMPa松边拉应力：σ2=F2/AMPa∵F1＞F2∴σ＞σ23.弯曲应力

带绕过小带轮时：式中:E—带的当量弯曲弹性模量；

y

—带的最外层到中性层的距离；

dd2、dd1—大小带轮节圆直径。

1.离心拉应力：σc=Fc/A=qv2/AMPa——离心拉应力作用于带的全长。

带绕过大带轮时：当传动比i≠1时,∵

dd2

>dd1,∴

σb2<σb1

二)带中应力分布情况σb2σ1σ2σb1α1

α2

n1n2σCσCσB=σC+σ2+σb1σC=σC+σ2+σb2σD=σC+σ1+σb2σmax=σC+σ1+σb1Eσmax=σA=σC+σ1+σb1三）带的应力变化性质e1.带中应力变化带绕一周带的最大应力发生在紧边开始绕上小轮处（A点）大小为：σmax=σA=σC+σ1+σb1

3.变应力对带的影响——引起带的疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）2.带中应力变化性质——周期性变化的循环变应力eaσmaxσb2σ1σcbcdσb1σb2σ2σcσ1

σcσb1四.

带传动的失效形式和计算准则2）疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）—σmax＞[σ]引起失效一）带传动的失效形式1）过载打滑——由F实传＞Felim引起的失效二）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。即应满足：疲劳强度条件：不打滑条件：F实传≤§4-3V带传动设计kW同时满足两条件的带传动功率：式中：[σ]—由带的疲劳寿命决定的许用拉应力，由实验得出，在108～109次应力循环下，V带的许用应力为：

式中：C—由V带的材质和结构决定的实验常数；Ld—V带的基准长度，m；jn—V带绕行一周时绕过带轮的数目th—V带的预期寿命，h；m—指数，对普通V带，m=11.1。疲劳强度条件：根据不打滑条件：F实传≤一．在特定条件下，单根V带的基本额定功率P0将[σ]

、σb、σc代入，取当量摩擦系数f′=0.51,可得单根V带许用功率的计算公式：kW

载荷平稳α1=α2=1800，即：i=1Ld为特定长度1.特定条件2.单根V带的基本额定功率P0——表4-5P0可根据V带型号、小带轮直径d1及小轮转速n1由表4-5查出。V带型号特定长度Y450Z800A1700B2240C3750D6300E7100表4-5单根普通V带的基本额定功率P0

如：Z型V带、d1=80mm、n1=1420r/min时，P0=0.35kWA型V带、d1=100mm、n1=1420r/min时，P0=1.31kW带型d1

mmn1r/min

800950120014501600Z630.150.200.220.180.230.260.220.270.300.250.300.350.270.330.397180A750.450.680.831.001.190.510.770.951.151.370.600.931.141.391.660.681.071.321.611.920.731.151.421.742.0790100112125100A1.31142080Z0.35式中：额定功率增量，考虑传动比i≠1时，带在大带轮上的弯曲应力较小，在相同寿命的条件下，额定功率可比i=1时的传动功率大。根据V带型号、n1

及i查表4-6或表4-7。

当使用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系数。经过修正后单根V带许用功率[P0]为：二.实际使用条件下单根V带的许用功率Kα—包角系数，考虑α≠1800时对传动能力影响，根据小带轮包角α1查表4-10。KL—长度系数，考虑带长不为特定长度时对传动能力的影响，KL根据V带型号及基准带长Ld查表4-8或表4-9；

表4-6单根普通V带额定功率的增量P0

kW带型传动比i带速m/sv ≦1.00～1.011.02～1.041.05～1.081.09～1.121.13～1.181.19～1.241.25～1.341.35～1.511.52～1.99≥2.0∆P1kWA0.000.010.020.030.050.090.100.110.150.170.190.240.292.556.78.31012.51517.520250.020.030.030.040.050.060.060.080.100.020.040.040.050.070.080.090.110.130.030.050.050.060.080.090.110.130.160.030.060.060.070.100.110.130.160.190.040.070.080.080.110.130.150.190.230.040.080.090.090.130.150.170.220.260.020.020.030.030.040.040.060.070.020.020.020.030.03

0.10≥2.0v=7.44m/sA表4-6查法如：i=3.62v=7.44m/s∆P=0.095kw≈

0.1kw

A型带小轮包角180º175º170º165º160º155º150º145º140º135º130º125ºKα10.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.84表4-10包角系数Kα152º0.924

表4-8普通V带的基准长度系列和长度系数KL基准长度Ld

mm

型号

ZABC4004505005606307108009001000112012501400160018000.870.890.910.940.960.991.001.031.061.081.11

1.141.161.18

0.850.870.890.910.930.960.99

1.01

0.820.840.860.880.900.920.95

0.830.86

如：Ld=1250mmZ型带KL=1.11Ld=1800mmA型带KL=1.0112501.11Z1800

1.01A三.V带传动正常工作条件及提高带传动承载能力的措施1.V带传动正常工作的条件原动机类型工作机的载荷性质每天工作时间取值KA——工况系数，取决于

若出现P能传<Pcα时，则传动不能正常工作，必须采取措施提高V带传动承载能力。P——V带传动需要传递的名义功率，一般为已知条件。

式中：Z——V带的根数；Pcα——V带传动的计算功率；2.提高V带传动承载能力的措施1.增加V带根数：2.

提高单根V带的额定功率[P]3.增大摩擦系数——fv铸铁带轮—皮革带=0.595，fv铸铁带轮—胶带=0.51；4.采用新型带：多楔带，齿形带。1．传递的功率P，工作条件；2．主、从动轮转速n1和n2或传动比i；3．对传动位置和外部尺寸的要求。1．确定带的型号、长度和根数，带轮直径，传动中心距；2．计算初拉力和作用在轴上的压力；3．带轮的材料选择及结构设计。四．普通V带传动的设计及参数选择一）普通V带传动设计的原始数据二）普通V带传动设计内容三）普通V带传动设计步骤和选择参数：1．确定计算功率Pc：

Pc=KAPkW原动机类型（如：轻载启动）工作机的载荷性质（如：载荷变动小）每天工作时间（如：=8小时）由表4-11查出KA=1.1工况系数KA根据工况KA空轻载启动重载启动每天工作时间（h）<1010-16>16<1010-16>16载荷变动最小液体搅拌机等1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机等1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大起重机等1.21.31.41.41.51.6载荷变动最大破碎机等1.31.41.51.51.61.8空、轻载启动<10载荷变动小1.1表4-11工况系数KAV带型号↑，带截面尺寸↑，带传动的承载能力↑。2.选择V带型号V带型号根据计算功率Pc由选型图初选带型。小带轮转速n1普通V带选型图计算功率小带轮转速ADEdd=80～100Zdd=50～71dd=75～100dd=112～140Bdd=125～140dd=160～200Cdd=200～315dd=355～400dd=450～500G1－选A型带G2－可选Z、A型带同时计算注意：当选型点在两种型号交界线（图中粗实线）附近时，可以对两种型号同时进行计算,如Pc=4.4kW与n1=1420r/min交点G2处，可选Z、A型带同时计算，最后择优选定。普通V带选型图计算功率小带轮转速ADEdd=80～100Zdd=50～71dd=75～100dd=112～140Bdd=125～140dd=160～200Cdd=200～315dd=355～400dd=450～500500214204.43．确定带轮的基准直径d1和d21)初选小轮直径d1d1对传动影响：带轮直径小时，传动尺寸紧凑，但弯曲应力大，使带的疲劳强度降低；传递同样的功率时，所需有效圆周力也大，使带的根数增多。d1选择：一般取d1≥dmin，并取标准值。带速过高则离心力大，使带与带轮间的压力减小，易打滑。因此，必须限制带速v≤vmax.一般应使v=5～25m/s，最佳带速为20～25m/s。2)验算带速v：m/s型号YZABCDEdmin205075125200355500Zmax3456101010表4-12普通V带轮最小基准直径dmin及轮槽数Z当传动比无要求时：可忽略滑动率ε，则：d2

=id13)确定大轮直径d2：d2应根据传动比要求计算后取标准值当要求传动比较精确时：（一般取ε=0.02）d2计算式

4．确定中心距a和带长Ld带长：=2ɑ+中心距：

α2ɑγγBACDα1ɑO↑↑：尺寸↑，带的垂度↑，带上下抖动加剧，传动平稳性↓1)初选中心距ɑOɑO↓↓：尺寸小，包角α1小，传动能力降低，带短，绕转次数u=V/Ld↑，带的疲劳寿命降低。对传动影响结构尺寸有要求时：按要求初定ɑO；结构尺寸无要求时：推荐0.7(d1+d2)≤ɑO≤2(d1+d2)ɑO选择2)初算带长Lc和确定带长Ld初算带长Lc按表4-8中标准带长，选取相近的基准长度Ld标准值。如：Lc=1461mm，可取Ld=1400mm或取Ld=1600mm。若Lc超出该型带的长度范围，则应改变中心距或带轮直径重新设计。V带传动中心距不可调时：ɑ应按确定的基准带长Ld计算。即：考虑安装、更换V带和调整、补偿初拉力（例如带伸长而松弛后的张紧）中心距变化范围：

ɑmin=ɑ-0.015Ldmm，ɑmax=ɑ+0.03Ldmm（特殊情况允许4）验算小轮包角α1

3)确定中心距ɑ当V带传动中心距可调时：ɑ可近似计算：ɑ≈ɑ0+mm5．确定V带根数z满足V带传动正常工作要求所需带的根数：V带传动正常工作的实际根数Z：将计算值圆整为Z根。当V带根数超过表4-12中荐用的轮槽数时，应改选带轮直径或改选V带型号重新设计。

F0↓↓：∑Ff↓，Felim↓，Fe实传＜Felim时，就可能出现打滑

F0↑↑：带中应力过大，使带过早松弛，带的使用寿命↓6．确定初拉力F0F0对传动影响

F0确定原则——既能保证带传动传递额定功率时不打滑，又能保证V带具有一定寿命。单根带适宜的初拉力为：

7．计算带对轴的压力FQ计算FQ的目的

——

用于轴和轴承设计计算若不考虑带松紧边的拉力差和离心拉力的影响，则FQ可近似地按张紧时带两边拉力均为zF0的合力计算，即：ZF0FQZF0βα1带传动作用于轴上的压力四）普通V带带轮的材料与结构选择1.带轮的设计要求①质量轻，结构工艺性好，无过大的铸造内应力；②质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；③轮槽工作面粗糙度要合适，以减少带的磨损；④轮槽尺寸和槽面角应保持一定的精度，以使载荷分布均匀。2.带轮的材料①铸铁HT150、HT200（常用），带轮允许的最大圆周速度为25m/s;②铸铁或钢板冲压后焊接，速度>25m/s;③铸造铝合金或工程塑料，用于小功率。3.带轮的结构铸铁带轮的结构实心式：D<=(2.5~3)d,d为轴的直径；腹板式：D<=300mm孔板式：D1-d1>=100mm轮辐式：D>300mm实心式腹板式：D<=300mm孔板式：D1-d1>=100mm轮辐式：D>300mm4.带轮的结构设计①根据带轮的基准直径选择结构形式；②根据带的截面型号确定轮槽尺寸；③确定各部分尺寸后，绘制工作图。上表可查设计手册和课程设计指导书五）带传动的张紧装置由于带的材料不是完全的弹性体，因此带工作一段时间后发生塑料伸长而松弛，使初拉力降低，为保证皮带的传动能力，需要张紧。

定期张紧装置：采用定期改变中心距的方法调节皮带的初拉力。

自动张紧装置张紧装置安装在松边内侧靠近大轮（使带只受单向弯曲，靠近大轮张紧轮以免过分影响小轮的包角）安装在松边外侧靠近小轮，以增大小轮包角定期张紧将装有带轮的电动机安装在滑道1上，调整时，松开螺栓2，旋动调节螺钉3，将电机向左推移到所需位置，然后拧紧螺栓。123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，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。带轮与齿轮2为一体，套在系杆H上，可绕电动机轴上的齿轮1摆动，当传递功率增大时，Ft2增加，带张紧力加大。张紧轮张紧设计一带式运输机传动系统中第一级用的V带传动。已知:电动机型号为Y112M-4，额定功率P=4kW，转速n1=1440r/min，n2=400r/min，每天运转时间不超过10h。五．设计实例分析设计计算项目设计计算依据结论方案Ⅰ方案Ⅱ工况系数KA计算功率PC（kW)选V带型号小轮直径d1（mm）验算带速v（m/s）大轮直径d2（mm）表4-11V带型号图4-8，图4-9PC=KAP表4-12及推荐标准值