《汽车机械基础》课件第12章

第12章带传动12.1概述12.2V带的结构与标准

12.3带传动的工作情况分析12.1概述

带传动是一种应用很广的机械传动，如图12-1所示，它是由主动轮、从动轮和紧套在两带轮上的传动带所组成。依靠传动带与带轮之间的摩擦力，将主动轴的运动和转矩传给从动轴。

图12-1带传动示意图

1.带传动的特点及应用与齿轮传动相比较，带传动的主要优点为：（1）传动带弹性好，能减缓冲击，吸收振动，特别是无接头的V形带，使运转平稳，无噪声；（2）当机器发生过载时，带与带轮之间会自动打滑，可防止其他零件因过载而损坏，起到保护作用；（3）结构简单，制造成本低，维护方便；（4）能用于两轴中心距较大的传动。

带传动的主要缺点是：外廓尺寸大、传动效率较低、带的寿命短、对轴的作用力较大。另外，由于带传动在工作中受摩擦力和皮带弹性变形的影响，所以不能保证传动比恒定。由以上特点可知，带传动通常应用于传动比要求不高、两轴中心距较大的机械中，如汽车中曲轴与水泵、发电机之间的传动。

2.带传动的类型根据带的横截面形状，传动带可分为平带、V带、多楔带、圆带及同步带等类型，如图12-2所示。平带的横截面为长方形，由多层胶帆布构成，工作面是与带轮接触的内表面，带长可按需要剪截后连接成封闭环形。

V带的横截面为等腰梯形，工作面是带与轮槽接触的两侧面，这种皮带是无接头的环形带，常常几根一起使用。根据带与带轮楔形槽两侧面摩擦的受力分析可知，在相同压紧力和摩擦系数的条件下V带产生的摩擦力约为平带的3倍，同时，V带可以多根并用，所以，V带可比平带传递更大的功率。V带又分为普通V带、窄V带、宽V带、半宽V带及大楔角V带等多种类型，其中普通V带应用最广。

多楔带相当于多条V带组合，兼有平带与V带的优点，主要用于要求结构紧凑的大功率传动。圆带的横截面为圆形，一般用于功率较小的低速传动，如仪器、缝纫机等。同步带是带齿的环形带，属啮合型传动，靠皮带上的齿与带轮上相应的轮齿啮合进行传动。因而，其传动比准确，但对制造及安装精度要求较高，成本也较高。

图12-2传动带的主要类型(a)平带；(b)V带；(c)多楔带；(d)同步带；(e)圆带

12.2

V带的结构与标准

普通V带已经标准化，按其结构分为帘布芯结构和绳芯结构两类。它的横截面结构如图12-3所示，由包布层（胶帆布）、伸张层（顶胶）、强力层（抗拉体）和压缩层（底胶）组成。包布层由胶帆布制成，用于保护V带。伸张层由橡胶制成，装在带轮上弯曲时承受拉伸。强力层可由几层胶帘布或由一层胶线绳制成，用来承受基本拉力。帘布芯结构的V带容易制造，抗拉强度好，用于一般用途的传动；蝇芯结构的V带柔软、韧性好、抗弯强度高，用于带轮直径小及转速较高的场合。近年来，有时还采用合成纤维作V带的强力层，以提高其承载能力。压缩层用橡胶制成，以便在弯曲时承受压缩。

图12-3普通V带的结构

根据国家标准规定，普通V带按截面尺寸不同，分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。Y型V带的截面尺寸最小，E型V带的截面尺寸最大，具体的截面尺寸如需要请查阅有关资料。V带是无接头的环形带，每种型号都有几种不同的周长。当V带弯曲时，伸张层将会伸长，压缩层被压缩，而两者之间的中性层的长度不发生变化。沿V带中性层量得的宽度叫节宽，用bp表示。在皮带轮槽中亦有与V带节宽相应的轮槽宽度称为基准宽度，用bd表示；而该处的直径称为带轮的基准直径，用dd表示（如图12-4所示）。V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的皮带中性层的周长，称为V带的基准长度，用Ld表示，用于V带传动的几何尺寸的计算。图12-4基准宽度与基准直径

12.3带传动的工作情况分析

1.带传动的受力分析

带传动的皮带是紧套在主、从动带轮上的，带与带轮之间存在一定的正压力。

(1)静态下：带轮两边的带拉力相等，即上下两边受相同的初拉力F0（如图12-5（a）所示）。

图12-5带传动的受力分析

(2)带传动工作时：当主动轮转动时，靠摩擦力拖动带和从动轮。传递载荷时，在摩擦力的作用下，使绕主动轮一边的带拉得更紧，带的拉力由F0增至F1，形成紧边；而另一边的带则由F0降至F2，形成松边(如图12-5（b）所示)。紧边和松边的拉力差称为有效拉力F，即F=F1-F2

（12-1）

有效拉力F在数值上等于带与小带轮接触面上产生的摩擦力总和Ff。若传递功率为P（kW），带的速度为v（m/s），则带传动所需要的有效拉力应为（12-2）

由于工作前后V带的总长近似不变，故紧边的拉力增加量应等于松边拉力的减少量，即F1+F2=2F0（12-3）

由式（12-1）及式（12-3）得

紧边拉力

（12-4）

松边拉力

（12-5）

(3)带将打滑时：对于一定的张紧力F0来说，当带所传递的有效拉力F超过带与带轮接触面之间的最大摩擦力总和时，带将在带轮上打滑，即将打滑时，F1和F2之间的关系，可用欧拉公式表示（12-6）

式中：e为自然对数底，e=2.718；f为摩擦系数（对于V带传动，用当量摩擦系数fv）；α1为皮带在小带轮上的包角（rad）。

2.带传动的应力分析当带传动工作时，带中的应力有拉应力、弯曲应力及离心应力三种。

(1)拉应力。由于带传动的紧边拉力与松边拉力不相等，故带在紧边和松边上的拉应力值也不同，其值为紧边拉应力

紧边拉应力

松边拉应力

（12-7）

（12-8）

(2)弯曲应力。带绕在带轮上将会产生弯曲应力，其值为

小带轮应力

（12-9）

大带轮应力

（12-10）

式中：E为带的弹性模量（MPa）；h为带高度（mm）；dd1为小带轮的基准直径（mm）；dd2为大带轮的基准直径（mm）。

(3)离心应力σc。带绕带轮作圆周运动时，由于离心力作用而在带的全长上产生离心拉应力，其值为（12-11）

式中：q为带单位长度的质量（kg/m）；A为带的横截面面积（mm2）；v为皮带的速度（m/s）。由图12-6可以看出，带中最大应力发生在带的紧边开始绕入小轮处（即A1点），其值为σmax=σ1+σb1+σc

（12-12）

图12-6带工作时应力分布情况

3.带的弹性滑动和打滑

皮带是弹性体。带传动时，由于紧边和松边的拉力不同，而两边的弹性变形就不同，运动速度v1和v2也就不同，如图12-7所示，显然，v1＞v2

。可见，带在主动轮上绕行时，其速度由v1降至v2

，由于主动轮是等速转动，其线速度始终为v1

，所以，皮带与主动轮产生了相对滑动。同理，皮带与从动轮面也发生了相对滑动，造成带速领先于从动轮。我们把由于皮带紧、松边的弹性变形不同而引起皮带在带轮面上滑动的现象称为弹性滑动。图12-7带传动的弹性滑动

一般说来，并不是在带与带轮的全部接触弧上都发生弹性滑动，只有当外载荷引