机械设计基础（第5版）课件：挠性传动（一）

挠性传动（一）带传动潘存云教授研制第一节带传动概述1.组成主动带轮1从动带轮2传动带32.工作原理工作时，靠带和带轮间的摩擦或啮合来传递运动和动力。带传动示意图1－主动带轮2－从动带轮3－传动带一、带传动的类型

根工作原理的不同，带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动。按照带的截面形状，摩擦型带传动分为平带、V带、圆带和多楔带等。啮合型带传动为同步带传动。带传动的类型a)平带b)V带c)圆带d)多楔带e)同步带二、带传动的特点及应用优点：①适用远距离传递运动和动力，改变带的长度可适应不同的中心距；②传动带具有弹性，可以起到缓冲、吸振的作用，传动平稳、噪声小；③过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零部件损坏，起安全保护作用；④结构简单，制造和维护方便，成本低廉。缺点：①带传动外廓尺寸大，结构不紧凑；②带与带轮间有相对滑动，不能保证准确的传动比；③传动效率较低，带的寿命较短；④需要设置张紧装置。应用：用于传递功率不大（≤50kW），速度适中（v＝5～25m/s），传动比要求不严格，中心距较大的场合；不宜用于高温、易燃等场合。在多级传动系统中，通常将其置于高速级，可起到过载保护作用，还可减小其结构尺寸和重量。第二节带传动的工作情况分析一、受力分析1．初拉力F0

安装带传动时，必须将传动带张紧在带轮上。当带传动静止时，带上各处所受拉力均相同，此拉力称为初拉力，用F0表示。2．有效拉力Fe、紧边拉力F1

和松边拉力F2

当传递载荷时，在带和带轮间产生摩擦力，使带两边的拉力发生变化。

进入主动轮一边的带被进一步拉紧，拉力由F0增大到F1,称为紧边。

进入从动轮的一边，相应被放松，拉力由F0减小到F2,称为松边。紧松边的拉力差值称为有效拉力Fe,即带传递的圆周力。其值等于带与带轮间的摩擦力总和Ff。3．欧拉公式

带传动是摩擦传动，当初拉力F0一定时，摩擦力的极限值就一定。当Fe>Fflim时，带传动打滑，使磨损加剧、效率降低、传动失效。

当带传动出现打滑趋势时，摩擦力达到最大值。根据理论力学可推导出此时带紧、松边拉力的关系式。欧拉公式：e=2.718(自然对数的底)f—摩擦因数α—小带轮包角(red)

欧拉公式表示带传动处于打滑临界状态时带松、紧两边拉力的关系。是柔韧体摩擦计算的理论基础。平带：V带：

—当量摩擦因数4．带所能传递的最大有效拉力

设带工作时带的总长不变，则其松、紧边拉力的增、减量相等。即：F1-F0=F0-F2F1+F2=2F0联解：F1-F2=FeF1+F2=2F0得：F1=F0+Fe/2F2=F0-Fe/2代入欧拉公式：N

最大有效拉力Fec与初拉力F0成正比，并随摩擦因数f及小轮包角α的增大而增大。

二、应力分析1.由工作拉力产生的拉应力紧边：松边：2．离心拉应力q—每米带长的质量

kg/mm/s带工作时的应力分布情况3．弯曲应力

E—带的弹性摸量

dd—带轮基准直径

h—带的高度

带在工作过程中，各点的应力大小是不同的，最大应力发生在带的紧边进入小带轮处（图中A点）。最大应力：三、带传动的弹性滑动和打滑1．弹性滑动

带的紧边拉力F1大于松边拉力F2，带绕过主动带轮时拉力由F1逐渐减小到F2

，弹性变形逐渐减小，带速滞后于主动轮；带绕过从动带轮时拉力由F2逐渐增大到F1，弹性变形逐渐加大，带速超前于从动轮。致使带绕过带轮时在其结合面间发生相对滑动。（1）弹性滑动产生的原因a.带是弹性体。b.松、紧边存在拉力差。（2）弹性滑动的发生过程

这种由带的弹性变形引起的滑动称为弹性滑动，是带传动的固有现象，是不可避免的。（3）弹性滑动对带传动的影响

弹性滑动造成从动轮丢转，使传动比不恒定，故带传动不能用于精密传动。2．打滑

随着工作载荷的增大，有效拉力Fe相应增大。当有效拉力Fe达到或超过带与小带轮之间摩擦力总和的极限值时，带将在带轮的整个接触弧上发生相对滑动，这种现象称为打滑。

打滑使带的磨损加剧，使从动轮的转速急剧降低甚至停止转动，致使传动失效。

打滑是由于过载引起的，是可以避免的。第三节V带传动的设计一、V带的类型和结构V带类型(普通V带、窄V带除外)a)宽V带b)接头V带c)接头V带d)联组V带e)齿形V带f)大楔角V带V带有普通V带、窄V带、宽V带、接头V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带等类型，普通V带应用最广，近年来窄V带应用趋于广泛。2．V带

V带截面为等腰梯形，两侧面为工作面，工作面间的摩擦为楔面摩擦，承载能力较高，结构紧凑，主要用于工业机械设备中，以减小设备占地面积。

V带制成无接头环形，有各种标准长度供选用。（1）普通V带

普通V带按截面尺寸大小分为Y、A、B、C、D、E七种型号，由YE截面尺寸逐渐增大，承载能力相应提高。普通V带的结构a)

帘布芯结构b)绳芯结构

当V带弯曲时，顶胶伸长，底胶缩短，只有在两者之间的中性层长度保持不变，称其为节面，节面宽度称为节宽bp（见表8-1），带弯曲时，节宽保持不变。带的节面（线）长度称为带的基准长度，即带的公称长度，以Ld表示，其长度系列和带长系数KL见表8-2。在V带轮上，与相配用V带的节宽

bp相对应的直径称为基准直径dd，见表8-6。1）窄V带

窄V带采用合成纤维绳作抗拉体，与普通V带相比，当高度相同时，其宽度约缩小1/3，而承载能力可提高1.5~2.5倍，适用于传递动力大而又要求传动装置紧凑的场合。

窄V带按截面大小分SPZ、SPA、SPB、SPC四种。窄V带的结构（3）V带的其它类型2）多楔带

多楔带兼有V带承载能力高及平带挠性好的优点，宜用于要求带的根数较多、结构紧凑、传递功率较大的场合。3）圆带

截面为圆形，适用于小功率的机械和仪器的传动。如；缝纫机、录音机等。4）同步带

同步带传动是通过带齿的环形带与带轮轮齿啮合进行传动，带与带轮间无相对滑动，传动比准确，带的柔性好，能缓冲、吸振。

同步带传动用于要求传动比准确的中、小功率传动。如：放映机、录音机、磨床和纺织机械等。V=30~50m/s,i10η=0.98二、带传动的设计准则和单根V带的基本额定功率

设计准则：在保证带传动不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。

3．单根V带的许用功率：

最大有效拉力：保证带传动不打滑的条件：Fe≤Fflim保证带具有一定的疲劳强度的条件：或单根V带所能传递的功率为单根普通V带在载荷平稳、包角α＝180°（i＝1）、特定带长等特定条件下的基本额定功率P0值，如表8-3所示。

ΔP0

为考虑i

≠1时基本额定功率P0

的增量，ΔP0

值可根据传动比i由表8-4中查得。三、V带传动的设计计算及参数选择

原始数据：

传动的用途，载荷的性质，传递的功率P，带轮的转速n1，传动比i，传动的位置要求以及外廓尺寸要求等。

设计内容：

①确定V带的型号，基准长度Ld，根数z；

②确定带轮的材料、基淮直径dd1、dd2以及结构尺寸；

③计算传动中心距a，传动的初拉力F0及V带对轴的压力FQ；

④确定张紧装置等。设计步骤：

1．确定计算功率PcPc=KAPkwP—传递的功率KA—工作情况系数P92表8-7

2．选择带的型号

普通V带型号根据带传动的计算功率PC和小带轮转速n1，由图8-8选取，当选择的坐标点（PC、n1）位于图中两种型号分界线附近时，可按两种型号分别计算，最后比较两种方案的设计结果，择优选用。普通V带选型图3．确定带轮基准直径dd1、dd2

（1）选择小带轮基准直径dd1

小带轮基准直径越小,带传动越紧凑,但弯曲应力越大,导致带疲劳强度下降。dd1≥ddmin按表8-6选取V带轮的最小基准直径。（2）计算大带轮基准直径dd2

dd1、dd2应尽量按表8-6带轮的基准直径系列圆整，圆整后应保证传动比误差控制在±5％的允许范围内。

4．验算带速vm/s

一般v=5~25m/s为宜

v=10~20m/s最佳。

带速v过大，则因离心力加大，使带与带轮间的压力减小，传动能力下降；带速过小，在传递相同功率时，则要求有效拉力Fe过大，所需带的根数较多，载荷分布不均匀。分析：5．确定中心距a和带的基准长度Ld

中心距过大，则结构尺寸大，易引起带的颤动；中心距过小，在单位时间内带的绕转次数会增加，导致带的疲劳寿命和传动能力降低。

（1）初定中心距a0（2）初步计算的带基准长度

由表8-2选取相近的标准基准长度Ld。（3）实际中心距α

考虑到安装、调整和补偿张紧的需要，实际中心距允许有一定变动范围

6．验算小带轮包角α1

仅传递运动时，允许到α1＞90°。否则应加大中心距或减小传动比，或者加装张紧轮。

7．确定带的根数zKα：小带轮包角系数，见表8-7KL：带长系数，见表8-2。计算结果应圆整。为使各根带受力均匀，带的根数不宜过多，一般z＜10，当z过大时，应改选带的型号或加大带轮基准直径，重新计算。8．确定带的初拉力F0

保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件，初拉力F0过小，传动能力减小，易出现打滑；F0过大，则带的寿命低，对轴及轴承的压力大。

初拉力F0的测量方法：在V带与两轮切点的跨度中点M处，对单根V带施加一垂直于带边的力F，使带沿跨距每100mm所产生的挠度y=1.6mm，按y＝1.6a/100确定。9．计算压轴力FQ

计算V带对轴的压力FQ，是为设计轴和轴承，做准备。带传动作用在轴上的压力

第四节V带轮设计1．V带轮的材料

常用材料为铸铁HT150或HT200，转速较高时可用钢制带轮，小功率时可用铝合金或工程塑料。2．V带轮的结构

V带轮由轮缘、轮幅、轮毂三部分组成。轮缘是安装带的部分，轮毂是与轴配合的部分，轮幅是连接轮缘和轮毂的部分。

结构型式可根据带轮基准直径的大小决定。

基准直径dd

≤（2.5～3）d（d为轴的直径）时，可采用实心式；dd≤300mm时，可采用腹板式或孔板式；dd＞300mm时，应采用轮幅式。实心式腹板式孔板式轮幅式dd≤(2.5~3)ddd≤300mmD1-d1≥100dd>350mm第五节带传动的张紧、使用和维护一、带传动的张紧滑道式

摆架式

为了使带与带轮间产生压力，带在安装时必须张紧在带轮上，带传动常用的张紧装置有：（1）定期张紧装置（2）自动张紧装置张紧轮自动张紧装置（3）张紧轮装置二、带传动的使用和维护1.安装时，应使两轮轴线平行，两轮轮槽处于同一平面内，避免带发生扭曲使侧面过度磨损。2.使带在带轮轮槽中处于正确位置。

错误错误正确V带轮轴线安装情况V带在轮槽中的位置a)正确b)、c)错误3.使用多根V带时应精心挑选，避免带长误差过大，使各根带受力不均。4.带传动应设防护罩。5.应保持带的清洁，避免与油、酸、碱等介质接触，以防变质。也不宜在阳光下曝晒。思考题：1.为什么带传动应布置在传动的高速级？2.为什么V带论的轮槽角小于V带的楔角？

3.试分析F0、i、dd1、v、a、α1各参数对带传动的影响。第六节

其它带传动简介一、同步带

同步带的齿面与带轮的齿槽作啮合传动，主、从动轮间能作无滑差的同步传动。

特点：传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油、耐磨损，抗老化性能好，传动效率达

99.5％

，传递功率从几W到数百kW，传动比可达10，线速度可达40m/s以上。

带速v＞30m/s或高速轴转速n1=10000～50000r/min，的平带传动属于高速平带传动；带速v≥100m/s的平带传动为超高速平带传动。二、高速平带传动

特点：

（1）带速高，最高线速度可达80m/s，传动比大。

（2）带体薄、轻、软，具有优异的耐弯曲性能。

（3）强度高、伸长小，摩擦因数大，不易打滑，传动效率可达80％以上。

（4）应用范围广，既能很好地用于小功率传动（如扫描仪），又能用于大功率传动（如大型钢板冷轧机）。

（5）中心距较小，通常不使用张紧轮，中心距可调节。