第8章 皮带传动

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第8章皮带传动8.1带传动的类型和特点8.2普通V带和V带轮8.3带传动的工作能力分析8.4普通V带传动的设计计算8.5带传动的张紧维护与安装18.1带传动的类型和特点

带传动是应用很广泛的一种机械传动。当主动轴和从动轴相距较远时,常采用这种传动方式。带传动由主动带轮1、从动带轮2和挠性带3组成，借助带与带轮之间的摩擦或相互啮合，将主动轮1的运动传给从动轮2，如图8-1所示。高职高专“十一五”规划教材根据工作原理不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。具体应用特点及应用场合见表8-1。8.1.1带传动的类型图8-1工作原理图

（a）（b）（c）图8-2平带传动形式2高职高专“十一五”规划教材传动方式传动原理类型示意图特点及应用摩擦带传动摩擦带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力传递运动的。按带的横截面形状不同可分为四种类型，如图8-2所示。平带传动平带的横截面为扁平矩形，其工作面为内表面。常用的平带为橡胶帆布带。

平带传动的形式一般有三种：最常用的是两轴平行，转向相同的开口传动（见图8-2a）；还有两轴平行，转向相反的交叉传动（见图8-2b）和两轴在空间交错90°的半交叉传动（见图8-2c）。V带传动V带的横截面为梯形，其工作面为两侧面。V带传动由一根或数根V带和带轮组成。V带与平带相比，由于正压力作用在楔形截面的两侧面上，在同样的张紧力条件下，V带传动的摩擦力约为平带传动的三倍，能传递较大的载荷，故V带传动应用很广泛。多楔带传动多楔带相当于若干根V带的组合。传递功率大，传动平稳，结构紧凑，常用于要求结构紧凑的场合，特别是需要V带根数多的场合。圆带传动圆带的横截面为圆形，一般用皮革或棉绳制成。圆带传动只能传递较小的功率，如缝纫机、真空吸尘器、磁带盘的机械传动等。啮合带传动靠带齿的啮合来传递运动和动力同步带传动同步带传动工作时，带上的齿与带轮上的齿相互啮合，以传递运动和动力。同步带传动可避免带与轮之间产生滑动，以保证两轮圆周速度同步。常用于数控机床、纺织机械、医用机械等需要速度同步或传动功率较大的场合。齿孔带传动齿孔带传动工作时，带上的孔与轮上的齿相互啮合，以传递运动。如放映机、打印机采用的是齿孔带传动，被输送的胶片和纸张就是齿孔带。3高职高专“十一五”规划教材8.1.2带传动的特点

与其他机械传动相比，摩擦带传动具有以下特点：(1)结构简单，制造、安装和维护方便；适宜用于两轴中心距较大的场合。(2)胶带富有弹性，能缓冲吸振，传动平稳、噪声小。(3)过载时可产生打滑、能防止薄弱零件的损坏，起安全保护作用。(4)带与带轮之间存在一定的弹性滑动但不能保持准确的传动比。传动精度和传动效率较低。(5)传动带需张紧在带轮上，对轴和轴承的压力较大。(6)外廓尺寸大,结构不够紧凑。(7)带的寿命较短，需经常更换。根据上述特点，带传动多用于：①中、小功率传动（通常不大于100kW）；②原动机输出轴的第一级传动（高速级）；③传动比要求不十分准确的机械。4高职高专“十一五”规划教材

8.2普通V带和V带轮V带分为普通V带、窄V带、大楔角V带等多种类型，其中普通V带应用最广。8.2.1普通V带1．普通V带的构造

标准V带都制成无接头的环形，截面形状为等腰梯形，两侧面的夹角=40°。其横截面由强力层1、伸张层2、压缩层3和包布层4构成，如图8-3所示。(a)帘布结构(b)线绳结构图8-3V带结构强力层是承受载荷的主体，分为帘布结构和线绳结构两种。帘布结构抗拉强度高，制造方便。线绳结构比较柔软，弯曲性能较好，但拉伸强度低，常用于载荷不大，直径较小的带轮和转速较高的场合。伸张层和压缩层均由胶料组成，包布层由胶帆布组成，是带的保护层。52．普通V带规格

普通V带的尺寸已标准化，按截面尺寸由小到大分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。各种型号的普通V带的尺寸见表8-2。高职高专“十一五”规划教材表8-2普通V带的型号及剖面尺寸楔角带型节宽b（mm）顶宽b（mm）高度h（mm）质量m(kg/m)Y5.3640.0340°Z8.51060.06A11.01380.11B14.017110.19C19.022140.33D27.032190.66E32.038231.026高职高专“十一五”规划教材V带弯绕在带轮上产生弯曲，外层受拉伸变长，内层受压缩变短，两层之间存在一层长度不变的中性层，中性层面称为节面，如图8-4所示。节面的周长为带的基准长度Ld，节面的宽度称为节宽bp。普通V截面高度h与节宽bp的比值已标准化（约为0.7）。带的型号和标准长度都压印在胶带的外表面上，以供识别和选用。例如，B2240GB/T11544-97，表示B型V带，带的基准长度为2240mm。图8-4V带的节面和节线78.2.2V带带轮1．带轮的材料带轮材料常采用HT150、HT200等灰铸铁制造。带速较高、功率较大时宜采用铸钢或钢板冲压后焊接，小功率传动时可采用铸铝或塑料。2．带轮的结构V带轮按轮辐结构不同分为四种型式，如图8-5所示。设计时，可根据带轮的基准直径来确定其结构形式。当dd≤（1.5～3）do

(do为轴的直径)时,可采用实心带轮（图a）；当dd≤300mm时，可采用辐板带轮（图b）；当dd≤400mm时，可采用孔板带轮（图c）；当dd＞400mm时，可采用椭圆剖面的轮辐带轮（图d）。

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8高职高专“十一五”规划教材3．带轮的基本尺寸带轮的基本尺寸分为轮槽尺寸和结构尺寸两部分。参见表8-3、表8-4和图8-5、图8-6。图8-6轮槽剖面尺寸9高职高专“十一五”规划教材

表8-3V带轮轮槽尺寸（mm）槽型YZABCDE基准宽度bd5.38.511.014.019.027.032.0顶宽b6.310.119.217.22332.738.7基准线上槽深hamin1.62.02.753.54.88.19.6基准线下槽深hfmin4.77.08.710.814.319.923.4槽间距e8±0.312±0.315±0.319±0.425.5±0.537±0.644.5±0.7槽中心至轮端面间距fmin67911.5162328最小轮缘厚度δmin55.567.5101215轮缘宽度

BB=（z－1）e＋2f(z—轮槽数)外径dada=dd+2har10.2～0.5r20.5～1.01.0～1.61.6～2.01.6～2.0轮槽角φ(°)32对应基准直径dd≤60－－－－－－34－≤80≤118≤190≤315－－36＞60－－－－≤475≤60038－＞80＞118＞190＞315＞475＞600注:1.轮槽角φ＜V带楔角是为了保证V带绕在带轮上工作时能与轮槽侧面紧密贴合。2.槽间距e的极限偏差适用于任何两个轮槽对称中心面的距离，不论相邻与否。10高职高专“十一五”规划教材

带轮外型结构尺寸Ld1da(1.5～2)

do(1.8～2)

dodd＋2had0由轴的设计确定辐板、孔板结构尺寸m（da－2(H＋δ)—d1）/2；式中H=h1+h2dkm＋d1S(0.2～0.3)BS1≥1.5SS2≥0.5S椭圆轮辐结构尺寸h1P—功率（kW）A—轮辐数n—转速（r/min）h20.8h1α10.4h1α20.8α1f10.2

h1f20.2h2表8-4V带轮结构尺寸注:

B为轮缘宽度，L为带轮轮毂宽度，其他参数意义见图8-5所示。11

8.3.1带传动的受力分析1．有效拉力Fe为保证带传动正常工作，带传动须以一定的张紧力套在带轮上。带传动静止时，带两边承受的拉力相等，称为初拉力Fo，[见图8-7(a)]。当带工作时，由于带与带轮间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等。进入主动轮的一边被拉紧，称为紧边，拉力由Fo增大到F1[见图8-7(b)]

；而另一边被放松，称为松边，其拉力由Fo减小到F2。高职高专“十一五”规划教材8.3带传动的工作能力分析图8-7传动带承受的拉力12高职高专“十一五”规划教材

2．最大有效拉力在带传动中，当带与带轮表面间即将打滑时，摩擦力达到时极限值，带所能传递的有效拉力也达到最大值。

8.3.2带的应力分析

1．带传动时将产生的三种应力:由拉力产生的应力,离心拉应力与弯曲应力。2．应力分布情况三种应力分布如图8-8所示。带在工作过程中，其应力是不断变化的，最大应力发生在紧边开始进入小带轮处，其值为：

紧边与松边拉力的差值（F1－F2）为带传动中起传递力矩作用的拉力，称为有效拉力Fe，即

有效拉力Fe等于带与带轮接触弧上的摩擦力总和。由摩擦的特点可知，在初拉力一定的情况下，带与带轮之间的摩擦力是有限的。当所要传递的圆周力超过摩擦力总和的极限值时，带将沿带轮产生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑时从动轮转速急剧下降，以至丧失工作能力，同时也加剧了带的磨损，因此应尽量避免出现打滑现象。

图8-8传动带工作时的应力分布13高职高专“十一五”规划教材

8.3.3弹性滑动和打滑1．带的弹性滑动带是弹性体，受到拉力作用后将产生弹性变形。由于紧边和松边的拉力不同，弹性变形量也不同。如图8-9所示，在主动轮上，当带从紧边A点转到松边B点的过程中，拉力由F1逐渐降至F2，带因弹性变形渐小而回缩，由B点缩回至E点，于是带与带轮之间产生了向后的相对滑动，带的圆周速度滞后于带轮的圆周速度。这种现象也同样发生在从动轮上，但情况相反，带将逐渐伸长，这时带的圆周速度超前于带轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动，称为弹性滑动。在摩擦带传动中，弹性滑动是不可避免的。带传动中，由于弹性滑动而引起的从动轮圆周速度v2低于主动轮圆周速度v1的相对比率称为滑动率，用表示，即

图8-9带传动的弹性滑动在正常传动中，滑动率＝0.01~0.02,故在一般计算中可忽略不计。此时传动比计算公式可简化为：14高职高专“十一五”规划教材

2．打滑

当需要传递的有效拉力（圆周力）大于极限摩檫力时，带与带轮间将发生全面滑动，这种现象称为打滑。打滑将造成带的严重磨损并使从动轮转速急剧降低，致使传动失效。带在大轮上包角一般大于在小轮上的包角，所以打滑总是先在小轮上开始。带的打滑和弹性滑动是两个完全不同的概念。打滑是因为过载引起的，因此可以避免。而弹性滑动是由于带的弹性和拉力差引起的，是带传动正常工作时不可避免的现象。158.4.1带传动的失效形式及设计准则

由带传动的工作情况分析可知，带传动的主要失效形式为带的过度磨损、打滑和带的疲劳破坏等。因此，带传动的设计准则为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度的寿命。8.4.2单根V带的基本额定功率和许用功率

在包角=180°、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见表8-5。高职高专“十一五”规划教材8.4普通V带传动的设计计算16高职高专“十一五”规划教材

表8-5单根V带的基本额定功率Po

（kW）17高职高专“十一五”规划教材

当实际使用条件与特定条件不同时，应对Po进行修正。修正后即得与实际条件相符的单根V带所能传递的功率，称为许用功率，用[Po]表示

式中ΔPo——功率增量，考虑传动比i≠1时，带绕大带轮时的弯曲应力较小，可使带的疲劳强度提高，即传递的功率增大，ΔPo见表8-6；Kα——包角修正系数，见表8-7；Kβ——带长修正系数见8-8。18高职高专“十一五”规划教材

表8-6考虑i≠1时，单根V带的额定功率增△Po(kW)19高职高专“十一五”规划教材

表8-8普通V带的基准长度Ld及带长修正系数208.4.3普通V带传动的设计步骤和参数选择设计V带传动，通常应已知传动用途、工作条件、传递功率、带轮转速（或传动比）及外廓尺寸等。设计的主要内容有：V带的型号、长度和根数、中心距、带轮的基准直径、材料、结构以及作用在轴上的压力等。1.确定设计功率Pc设计功率Pc按下式计算

式中P——所需传递的功率（kW）KA——工况系数，按表8-9选取2.选择V带的型号根据设计功率Pc及主动带轮转速n1，由选型图（见图8-10）初选带的型号。若选点落在两种型号交界附近，则可以对两种型号同时进行计算，最后择优选定。高职高专“十一五”规划教材表8-7包角修正系数Kα（摘自GB/T13575.1-92）21高职高专“十一五”规划教材表8-9工况系数KA注：空、轻载启动—电动机（交流启动、三角启动、直流并励）、四缸以上的内燃机、装有离心式离合器、液力联轴器的动力机。重载启动－电动机（联机交流启动、直流复励或串励）、四缸以下的内燃机。22高职高专“十一五”规划教材图8-10普通V带选型图233.确定带轮基准直径dd1、dd2带轮直径小可使传动结构紧凑，但小带轮直径dd1越小，带在轮上弯曲加剧，弯曲应力也越大，会使带的寿命降低，因此应对dd1作必要的限制。表8-10给出各型号普通V带许用最小带轮直径ddmin。一般应使dd1≥ddmin，并从表8-11确定标准直径。忽略弹性滑动的影响，大带轮直径dd2

dd2也应符合带轮直径系列尺寸，见表8-11。高职高专“十一五”规划教材

表8-10带轮最小基准直径（mm）槽型YZABCDEddmin20507512520035550024高职高专“十一五”规划教材表8-11普通V带轮基准直径系列（mm）注：括弧内的数值尽量不选用。254.验算带速v

带速太高离心力增大，使带与带轮间的摩擦力减小，容易打滑；带速太低，传递功率一定时所需的有效拉力过大，也会打滑，一般应使v在5~25m/s范围内。如果带速超过上述范围，应重选小带轮直径。5.确定中心距a及带的基准长度Ld带传动的特点是适用于较大中心距的传动，但也不宜过大，否则将由于载荷变化而引起带的颤动。同时也不宜过小，中心距过小，在同一转速下，单位时间内带的绕转次数增多，降低带的寿命，且包角减小，传动能力降低。设计V带传动时，推荐按下式初定中心距ao

由带传动的几何关系可得带的基准长度计算公式

根据带基准长度的计算值Ldo，查表8-8选取与之相近的基准长度Ld。实际中心距可用下式近似计算，即

考虑安装及补偿初拉力的要求，中心距的变动范围为高职高专“十一五”规划教材266.验算小带轮包角小带轮上包角1应满足

7.确定带的根数Z

Z≥带的根数应取整数。为使各带受力均匀，带的根数Z不宜过多，一般Z<10。8.计算初拉力Fo适当的初拉力Fo是保证带传动正常工作的重要因素。Fo过小，摩擦力小，容易打滑。F0过大，不仅使轴及轴承受力过大，并使带的寿命降低。通常单根V带的初拉力可按下式计算高职高专“十一五”规划教材279.计算带对轴的压力FQ为了设计支承带轮的轴和轴承，需先计算带作用于轴上的压力FQ。FQ可按图8-11，用下式计算

10.带轮的结构设计

带轮的结构设计包括：根据带轮的基准直径选择结构形式；根据带的型号确定轮槽尺寸，根据经验公式确定辐板、轮毂等结构尺寸；绘制带轮工作图，并标注技术要求等。高职高专“十一五”规划教材【例8-1】设计某铣床电动机与变速箱的普通V带传动。已知所需电动机输出功率为P＝3.8kW（电动机额定功率P＝4kW），主动轮转速n1＝1440r/min，从动轮转速n2＝400r/min，要求中心距约为450mm，两班制工作，载荷变动较小。【解】设计计算过程列于下表：28高职高专“十一五”规划教材由表8-9查得，重载起动KA=1.2，由式（8-15）得由表8-10、8-11选带轮基准直径，小带轮dd1=100mm；大带轮由式（8-12）得设计项目计算内容及过程计算结果1.计算功率PcKA=1.2；Pc=4.56kW2.选择V带型号根据Pc=4.56kW，n1=1440r/min，由图8-10确定为A型V带。A型3.确定带轮基准直径转速误差为：[（405.6-400）/400]×100％=1.4％＜5％,允许。dd1=100mmdd2=355mm转速误差＜5％,允许。4.验算带速v

v=7.54m/sv在5～25m/s之间，合适。5.初定中心距a0得318.5≤ao≤910根据已知条件取中心距ao=450mm。a0=450mm6.初算带长Ld0

由表8-8查得相近的基准长度Ld=1600mm。Ld=1600mm按表8-11将dd2取标准为355mm，则实际从动轮转速由式（8-13）由下式计算带的基准长度Ldo29高职高专“十一五”规划教材设计项目

计算结果7.计算中心距a

=144.7°>120°。

=144.7°>120°合适。9.确定带的根数Z取Z=410.单根V带初拉力F0

式中m由表8-2查得m=0.1kg/m。Fo=138N11.作用在轴的力FQ

FQ=1052N12.带轮的零件图根据以上确定的尺寸，绘制出从动皮带轮的零件图见图8-12按式（8-15）计算实际中心距a8.验算小带轮的包角包角查表8-5，单根V带的基本额定功率Po=1.32kW；查表8-6，用插值法求得查得功率增量ΔPo=0.17kW；（按n1、i和A型带查得n1=1200r/min与n1=1460r/min时，ΔP0的值分别为0.15kW与0.17kW，故当n1=1440r/min时查表8-7，用插值法求得包角系数Kα=0.91；查表8-8带长修正系数KL=9.9；由式（8-17）得由式（8-18）得由式（8-19）得Po=1.32kWΔPo=0.17kWKα=0.91KL

=9.9取Z=4a=414mm30高职高专“十一五”规划教材31高职高专“十一五”规划教材8.5带传动的张紧维护与安装8.5.1带传动的张紧带传动工作一段时间后会由于塑性变形而松弛，使初拉力减小、传动能力下降。为了保证带的传动能力，必须重新张紧。常用的张紧装置见表8-12。8.5.2带传动的安装与维护正确的安装和维护是保证带传动正常工作、延长胶带使用寿命的有效措施，一般应注意以下几点：1）选用Ｖ带时要注意型号和长度，型号要和带轮轮槽尺寸相符合。新旧不同的Ｖ带不能同时使用。2）传动带不宜与酸、碱或矿物油等介质接触，工作温度不宜超过60℃，应避免日光暴晒。3）安装Ｖ带时，两轴线应平行，两轮相对应轮槽的中心线应重合，以防带侧面磨损加剧；应按规定的初拉力张紧。也可凭经验，对于中心距不太大的带传动，带的张紧程度以手按下15mm为宜。水平安装应保证带的松边在上，紧边在下，以增大包角。4）带传动装置必须安装安全防护罩。这样既可防止伤