机械设计基础 第8章 带传动

2023/9/10第八章带传动第一节

概述

第二节

带传动的工作情况分析

第三节普通V带传动的设计计算

第四节带轮的结构设计

第五节V带传动的使用和维护

第八章2023/9/10第一节概述

工作原理：带传动是靠摩擦力进行工作的第八章图８－１一、工作原理、类型、特点和应用2023/9/10第八章1.平带[截面为扁平矩形，图(a)]类型：3.多楔带[图(c)]2.V带[截面为梯形，图(b)]2023/9/10类型4.圆形带[截面为圆形，图(d)]5.同步齿形带传动（图8-3）图8-32023/9/10第八章特点：1、优点：有良好的弹性，能吸振缓冲，工作平稳，噪音小。过载时，带在轮上打滑，能保护其它零件免遭损坏。能适应两轴中心距较大的场合。结构简单，制造容易、维护方便，成本低。2023/9/10工作时有弹性滑动，传动比不准确，不能用于要求传动比精确的场合。外廓尺寸较大，不紧凑。转动效率低，V带传动的效率一般η=0.94~0.96。带的寿命较低，作用在轴上的力较大。由于带与带轮间的摩擦生电，可能产生火花，不宜用于易燃易爆的地方。第八章２、主要缺点：2023/9/10应用常用于传动比要求不十分准确、功率在100kW以下，带速v=5~25m/s、传动比i≤7（少数可达10）的中小功率传动中。2023/9/10第八章二、V带的结构和型号结构组成：伸张层——由胶料构成，带弯曲时受拉；强力层——由几层挂胶的帘布或浸胶的尼龙绳构成，工作时主要承受拉力；压缩层——由胶料构成，带弯曲时受压；包布层——由挂胶的帘布构成。

2023/9/10第八章型号：普通V带按截面尺寸由小到大分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，各型号剖面尺寸已标准化，见下表。

V带剖面尺寸（GB1154—89）2023/9/10各型号V带基准长度系列尺寸见下表。2023/9/10第二节带传动的工作情况分析

第八章一、带传动的受力分析

带传动是靠摩擦力工作的，安装时必须把带张紧。

图8-52023/9/10第八章(8-1)(8-2)假定在工作时带的总长不变，则紧边拉力的增量与松边拉力的减少量相等。即：

F1-F0=F0-F2得F1+F2=2F0

紧边与松边的拉力差称为有效拉力F，也就是带所传递的圆周力F=F1-F2一、带传动的受力分析2023/9/10根据力矩平衡条件有：根据圆周力和速度、功率的关系：Fv=P

而一、带传动的受力分析2023/9/10第八章N(8-3)当考虑到量纲时:式中T1——作用在主动轮上的转矩（N.m）；

d1——主动轮节圆直径（mm）；

P——主动轮传递的功率（kW）；

v——带速（m/s）；

F——带所传递的圆周力，即带的有效拉力N。

一、带传动的受力分析2023/9/10由工程力学可知，紧边拉力F1、松边拉力F2与包角α之间的关系由如下欧拉公式（8-4）所确定：（8-4）式中e——自然对数的底数，e=2.718……

f——带与带轮之间的摩擦系数a——带轮上的包角（rad）。2023/9/10第八章（8-5）联立解式（8-1）、（8-2）、（8-4）得

2023/9/10影响带传递圆周力F的主要因素是:第八章1、初拉力F0大小要适当：太大，失去弹性过小，运转时易跳动和打滑。2023/9/10影响带传递圆周力F的主要因素是:2、包角α

包角α愈大，带与带轮接触面上摩擦力愈大，带传递的圆周力愈大。大轮上包角α2＞小轮上的包角α1，故摩擦力的最大值ΣFmax取决于α1。为保证带传动的承载能力，α1不能太小。对于V带传动，一般α1≥120°。对于两轴连心线呈水平或接近水平位置的带传动，应使松边在上，以增大包角。2023/9/10影响带传递圆周力F的主要因素是:3、摩擦系数f摩擦系数f大则摩擦力大，传递的圆周力就大。橡胶对钢的f约为0.4，而橡胶对铸铁的f可达0.8，所以带轮常用铸铁制造，以提高传动能力。

2023/9/10１、由拉力产生的拉应力σ

σ=F/AMPa

（8-6)

式中：F（F1或F2）－－带承受的拉力（N）；

A－－带的断面积（mm2）

因F1＞F2所以紧边σ1＞松边σ2第八章二、传动带工作时的应力分析2023/9/102、由离心力产生的拉应力σc

式中：q——带的单位长度质量（kg/m），见表8-3v——带速（m/s）A——带的横截面积（mm2）

MPa

表8-3V带轮的最小直径和带的单位长度质量qV带型号YZABCDEdmin(mm)205075125200355500q(kg/m)0.020.060.100.170.300.620.902023/9/103、

由带弯曲产生的弯曲应力σb

MPa(8-7)式中：

——带的最外层到节面的距离（mm）；d——带轮的基准直径（mm）；Ｅ——带材料的弹性模量。带在小轮上弯曲变形大，弯曲应力σb1＞大轮处弯曲应力σb2。为限制带中σb1，规定了d1的最小值见表8-32023/9/10带工作时总应力分布如图所示：传动时，带上的应力是变化的，最大应力发生在带绕过小带轮的A点处。其值为

σmax=σ1+σc+σb1(8-8)图8-62023/9/10第八章m/s(8-9)(8-10)三、带传动的弹性滑动与打滑弹性滑动：因带的弹性及拉力差引起的带与带轮间的滑动，若不计弹性滑动的影响，则带速为：由此可导出带传动的理论传动比为：式中：n1、n2－－主、从动轮转速r/mind1、d2－－主、从动轮节圆直径(mm)2023/9/10打滑：

当克服外加负荷所需的圆周力大于带轮整个接触弧AB上的极限摩擦力（F>ΣFi）时，带将沿轮面发生全面滑动，这种现象称为打滑。打滑使传动失效，还会使带的磨损加剧，在传动中应防止打滑出现。2023/9/10打滑：防止打滑措施：

设计时，选择合适的V带型号，增大初拉力F0和小轮包角α1，可提高带传递圆周力的能力。如果所需的圆周力F小于摩擦力ΣFi，即F<ΣFi，就可避免打滑的产生。2023/9/10第三节普通V带传动的设计计算

带传动的主要失效形式：打滑和疲劳破坏第八章一、失效形式及设计准则：带传动的设计准则：在保证带传动工作时不发生打滑的条件下具有足够的疲劳强度（寿命）。2023/9/10一、失效形式及设计准则：为保证带传动不打滑，必须限制带传动所需传递的圆周力，使其不超过最大的有效拉力（数值上等于带与小带轮上的摩擦力总和，即极限值）由式8-52023/9/10得到带传动不发生打滑能传递的功率:第八章kW(8-11)由为保证带有足够的疲劳强度，还应满足：或式中：为带的疲劳强度许用拉应力 2023/9/10kW（8-12）由上两式可得单根带传递的功率P0：2023/9/10二、单根V带所能传递的功率在108～109

次应力循环实验下，普通V带的疲劳强度许用应力为第八章MPaLd——V带的基准长度（mm）；k——带绕过的带轮数；T——带的使用寿命（h）；V——带速（m/s）；C——带的材质和结构决定的实验数。2023/9/10将[σ]、σb1、σc再代入式（8-12），以k=2，以fv代f，可得单根V带所能传递的功率P0kW(8-13)2023/9/10

在传动比i=1（a1=a2=180），特定带长，载荷平稳条件下，将有关数值代入式（8-13）计算，所得的单根V带所能传递的功率值P0列于表8-4（抗拉体材质为化纤）。当实际情况与上述实验条件不同时，需对P0加以修正，即在P0的基础上加上实际条件下的功率增量,如表8-4。2023/9/102023/9/10三、普通V带传动设计1．计算设计功率Pc，选择V带型号

Pc=KAPkW

式中:KA——工况系数，由表8-5选取；

P——需要传递的功率（kW）。

普通V带的型号根据传动设计功率和小带轮的转速按图8-7选取。2023/9/102023/9/10图８－７2023/9/102．确定带轮基准直径，校核带速小轮d1≥dmin,dmin的值见表8-6。大轮d2≈d1n1/n2,d1与d2宜取标准值见表8-6当传递功率一定时，提高带速，有效拉力将减小，即可减少带的根数。但带速过高，由于离心力增大，使带和带轮间正压力减小，而降低传动能力，并影响寿命。一般应使带速在5～25m/s范围内。2023/9/102023/9/103．确定中心距、带长和验算包角

a、按下式初定中心距

0.7（d1+d2）≤a0≤2(d1+d2)（8-14）

b、按下式计算出带的基准长度第八章mm（8-15）2023/9/103．确定中心距、带长和验算包角

c、将求得的Ld0按表8-2圆整为相近的基准长度Ld

d、根据所选定的带长Ld，求得实际中心距mm（8-16）

2023/9/10e、验算小带轮包角，应满足下列条件：否则应增大中心距或加装张紧轮。3．确定中心距、带长和验算包角2023/9/104．确定V带根数V带根数Z可按下式计算并圆整成整数。式中Pc——设计功率（kW）；

P0——单根V带所能传递的功率(kW)，查表8-4；△P0——考虑i>1单根V带所能传递的功率增量(kW)，查表8-4。Ka——带轮包角修正系数，考虑≠180˚时对传动的影响，查表8-7KL——长度系数，考虑带长不等于特定带长时的影响，查表8-8。Kq——抗拉体材质系数，棉质结构Kq=0.75，化纤结构Kq=1。V带根数不宜过多，通常Z<8～10。（8-17）2023/9/102023/9/10五、计算单根V带的初拉力F0

N(8-19)2023/9/10六．确定作用在轴上的压力FQ

N

（8-18）2023/9/10第四节带轮的结构设计一、V带轮的结构

结构组成：工作部分－－轮缘1

联接部分－－轮辐2支承部分－－轮毂3第八章图8-92023/9/10V带轮轮缘部分设有轮槽，其尺寸可根据表8-9查得2023/9/10图8-10为使带侧面和轮槽较好接触，轮槽角应小于40°，且随直径减小而减小为减少带的磨损，槽侧面的表面粗糙度值Rz不应高于3.2～1.6。为使带轮自身惯性力尽可能的平衡，高速带轮的轮缘内表面也应加工轮毂部分内孔径与支撑轴径相同，外径和长度可依经验公式计算：D１=(1.8～2)dh,L=(1.5～2)dh,式中dh为轴孔直径。2023/9/10轮辐型式：1、辐板式（图8-11）2023/9/102、轮辐式（图8-12）轮辐型式：2023/9/103、直径很小的带轮轮缘：和轮毂可制成一体称为实心式（图8-13）。轮辐型式：2023/9/10二、带轮的材料

当圆周速度v小于25m/s时，通常采用HT150；当v接近或等于25m/s时，可采用HT200；对于特别重要或速度较高的带动轮可选用铸钢；为了减轻带轮的重量，也可用铝合金及工程塑料。常选用灰铸铁2023/9/10例题：设计离心式水泵传动装置的V带传动。已知电

动机（Y160M-4）额定功率P=11kW，转速

n1=1460r/min，传动比i=2.85，双班制工作。解：

1．计算功率Pc如按表8-5选定工作情况系数KA=1.1，则Pc=KAP=1.1×11=12.1kW由小带轮转速n1和设计功率Pc查图8-7选用B型V带。2023/9/10由表8-3知，B型V带的最小基准直径d1min

=125mm，由图8-7推荐选取d1=140mm，大带轮直径d2=id1=2.85×140=399mm。由表8-6带轮直径系列选取标准直径d2=400mm。

2.确定带轮基准直径d1、d2，计算带速v2023/9/10允许带速:

合适则实际传动比:

i=d2/d1=400/140=2.857误差2.5%，2.确定带轮基准直径d1、d2，计算带速v2023/9/103．计算中心距a、带长Ld和验算包角a1由中心距的推荐值:0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)0.7(140+400)<a0<2(140+400)378<a0<1080初选中心距a0=560mm，2023/9/103．计算中心距a、带长Ld和验算包角a1相应的带长

mm

2023/9/103．计算中心距a、带长Ld和验算包角a1由表8-2选用Ld=2000mm，其实际中心距mm2023/9/10验算小带轮包角a1符合要求3．计算中心距a、带长Ld和验算包角a12023/9/104．计算带的根数式中，P0由表8-4确定；B型V带，当d1=140mm，n1=1450r/min时，查得P0=2.83kW。功率增量=0.46kW（i>2）。2023/9/10查表8-7得查表8-8得取抗拉体材质化纤结构则4．计算带的根数取Z=4根2023/9/105.计算初拉力F0及作用在轴上的力FQ

由表8-3查得V带每米长的质量q=0.17kg/m，得初拉力=259.3

N

2023/9/106．确定带轮的结构（略）。7．V带标记:B2000GB11544-895.计算初拉力F0及作用在轴上的力FQ

作用在轴上的压力2023/9/10第五节V带传动的使用和维护

第八章1、接近水平布置的传动可用图a结构一、张紧装置

2、接近于垂直布置的传动可用图b结构。2023/9/103、图c所示结构是靠电动机和机架重量自动将带张紧。一、张紧装置

4、图d所示为带轮中心距固定，利用张紧轮将带调紧。2023/9/10二、安装、使用和维护

(1)安装带时应先缩小中心距后再套上带，而后张紧之，不要硬撬，以免损坏带，降低使用寿命。

(2)严防带与矿物油、酸、碱等介质接触，以免被腐蚀变质。带也不宜在阳光下曝晒。2023/9/10

(3)带的根数较多时，若坏了几根，不要立即补全