《机械设计基础》(贾磊)课件-第8章-带传动

第8

章带传动●

8.1概述●

8.2V带与V带轮●

8.3带传动的设计●

8.4带传动的张紧、安装与维护●

8.5同步带传动的简介8.1概述:::::《机械设计基础》:::::

8.1.1带传动的组成和工作原理

8.1.2带传动的类型

8.1.3带传动的特点和应用8.1.1带传动的组成和工作原理:::::《机械设计基础》:::::带传动主要是由主动轮1、从动轮2和传动带3组成的，如下图所示。带传动在工作前，传动带被张紧在两带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生一定的正压力。当驱动力矩使主动轮转动时，带和带轮之间将产生摩擦力而驱动带运动，带又靠摩擦力使从动轮克服阻力矩而转动，从而实现运动和动力的传递。8.1.2带传动的类型:::::《机械设计基础》:::::按工作原理，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动。其中，摩擦带传动是指利用传动带与带轮间的摩擦力来传递运动；啮合传动是指依靠带上的齿或孔与带轮上的齿直接啮合来传递运动。按传动带横截面形状，带传动可分为平带传动、V带传动、多楔带传动和圆带传动等。1．平带传动平带的截面形状是矩形，内表面是工作面，如右图所示。平带的截面尺寸已标准化，常用的平带有橡胶帆布带、编织带和强力锦纶带等。平带结构简单，传动效率高，适用于平行轴传动，多用于中心距较大的场合。8.1.2带传动的类型:::::《机械设计基础》:::::2．V带传动V带的截面形状是等腰梯形，两侧面是工作面，如下图所示。在传动时，V带与带轮槽两侧面接触，在同样压紧力的作用下，V带的摩擦力比平带大，能传递较大的功率，结构紧凑，在机械传动中应用较广。8.1.2带传动的类型:::::《机械设计基础》:::::3．多楔带传动多楔带相当于是在平带基础上由多根V带组合而成的传动带（参见左图），兼有平带传动和V带传动的特点，有较大的摩擦牵引力，传动能力强，适用于传动功率较大且要求结构比较紧凑的场合。4．圆带传动圆带的截面形状是圆形（参见右图），多用皮革或棉绳制成。圆带传动的摩擦牵引力较小，适用于小功率的轻型或小型机械。8.1.3带传动的特点和应用:::::《机械设计基础》:::::带传动的优点有：传动带有良好的弹性，能缓冲减振，因而传动平稳噪声小。结构简单，制造、安装精度要求较低，使用、维护方便，成本较低。过载时，会因摩擦力的不足使带在带轮上打滑，对其他零件起安全保护作用。带传动的缺点有：传动效率较低，传动带的寿命较短。由于传动带的弹性滑动，因此带传动不能保证准确的传动比。工作时由于摩擦易产生静电，不宜放在易燃易爆的场合。支撑带轮的轴和轴承受力较大，一般需要张紧装置。根据上述特点，带传动常用于要求传动平稳，传动比要求不是很准确，中小功率及中心距较大的场合，不宜在高温、易燃、易爆、有腐蚀物质的场合下工作。8.2V带与V带轮:::::《机械设计基础》:::::

8.2.1V带的结构和标准

8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸8.2.1V带的结构和标准:::::《机械设计基础》:::::1．V带的结构V带呈无接头的环形，其结构如图8-3所示。V带主要是由顶胶、底胶、抗拉体和包布等部分组成。顶胶和底胶：其材料是橡胶，在带弯曲时分别受拉和受压。抗拉体：在工作时主要承受拉力，是主要的承载部分，其结构主要分为线绳结构和帘布结构两种。其中，线绳结构V带柔性较好，抗弯强度高，适用于直径较小的带轮；帘布结构V带制造方便，加工低廉，抗拉强度高，应用广泛。包布：由帆布制成，包在带的外面，起保护作用。8.2.1V带的结构和标准:::::《机械设计基础》:::::2．V带的标准V带都是标准件，其截面尺寸和长度都已标准化。按截面尺寸由大到小分为Y、Z、A、B、C、D、E七种，其尺寸如下表所示。在同等条件下，截面尺寸越大，可传递的功率就越大。8.2.1V带的结构和标准:::::《机械设计基础》:::::安装V带时，V带在规定的张紧力下套在两轮上，此时，顶胶伸长，底胶缩短，两层之间有一层既不伸长也不缩短的纤维层，此纤维层称为中性层。中性层的宽度称为节宽，用bp表示。中性层所对应的带的周长称为带的基准长度，用Ld表示，Ld已标准化，其值如表8-2所示。普通V带的标记由基准长度和标准号组成，一般标注在传动带的顶面上，以便选用和识别。例如，A1600GB/T1171—2006，表示A型普通V带，基准长度为1600mm。8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸:::::《机械设计基础》:::::1．V带轮常用的材料V带轮常采用铸铁、钢、铝合金或工程材料等材料制造，其中灰铸铁应用最为广泛。通常情况下，当带速v≤25m/s时，采用HT150；当v＝25～30m/s时，采用HT200；当v≥25～45时，采用球墨铸铁、铸钢或钢板冲压后焊接带轮；小功率时，常采用铸铝或塑料。2．V带轮的结构V带轮一般由轮缘、轮毂和轮辐三部分组成。其中，轮缘是带轮外圈的环形部分；轮毂是带轮内圈与轴连接的部分；轮辐是轮缘与轮毂的连接部分。:::::《机械设计基础》:::::8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸V带轮的结构形式根据带轮直径的大小决定。当带轮基准直径dd≤（～3）d（d为轴的直径）时，采用实心式（参见左图）；当直径dd≥350时，采用轮辅式（参见右图）。:::::《机械设计基础》:::::8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸中等直径的带轮采用腹板式（参见左图）或孔板式（参见右图）。:::::《机械设计基础》:::::带轮的基准直径dd是指在V带轮上，与所配用的V带节宽相对应的带轮直径。V带轮的基准直径系列如下表所示。8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸:::::《机械设计基础》:::::8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸V带轮的结构尺寸可以查设计手册，也可以按下面的经验公式确定。d1＝（1.8～2）d，D0＝0.5（D1＋d1）d0＝（0.2～0.3）（D1－d1），C΄＝（1/7－1/4B）Sh2＝0.8h1，b1＝0.4h1，b2＝0.8b1，f＝0.2h1，f1＝0.2h2L＝（1.5～2）d（当B＜1.5d时，L＝B）:::::《机械设计基础》:::::3．V带轮的轮槽尺寸V带轮轮槽的横截面及其各部分尺寸如表8-4所示。注意：V带两侧间的夹角（楔角）为40°，但V带弯曲时，V带的下部会膨胀，使得弯曲的V带的楔角小于槽轮的轮槽角。为了使皮带与槽轮侧面保持接触良好，应使轮槽角小于楔角，国标规定V带轮的轮槽角为32°、34°、36°、38°。8.2.2V带轮的材料、结构及轮槽尺寸8.3带传动的设计:::::《机械设计基础》:::::

8.3.1带传动的工作情况分析

8.3.2V带的设计计算8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::1．带传动的受力分析在带传动中，为使带与带轮接触面间产生足够的摩擦力，带必须以一定的初拉力紧套在带轮上，带的这种初拉力称为预紧力F0。当带传动处于静止状态时，传动带两边拉力相等，如左图所示。带传动工作时，主动轮作用在带上摩擦力的方向和主动轮的圆周速度方向相同。由于摩擦力的作用，使得两边的拉力不再相等，如右图所示。8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::若假设带工作时的总长度不变，则带的紧边拉力的增量等于松边拉力的减小量，即

F1－F0＝F0－F2F1＋F2＝2F0在带传动中，起传递作用的拉力是紧边与松边的拉力之差，称为有效拉力，用F表示。其表达式为

F＝F1－F2有效拉力的值等于带与带轮之间接触面上摩擦力的总和，于是可得带传动所传递的功率为8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::带传动的紧边拉力与松边拉力的关系可以用欧拉公式表示为带传动的最大有效拉力为带的最大有效拉力Fmax与预紧力F0、当量摩擦系数fv、包角α1有关。8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::2．带传动的应力分析（1）由拉力产生的拉应力由带的紧边拉力F1和带的松边拉力F2产生的拉应力分别为（2）由离心力产生的拉应力当带在带轮上以线速度v做圆周运动时，由于其本身质量将产生惯性离心力，由此力在带的截面上产生离心拉应力。离心拉应力在带全长各截面处均匀分布，其值为8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::（3）由带弯曲产生的弯曲应力带绕在带轮上要产生弯曲应力，弯曲应力只存在于带与带轮相接触的部位。由材料力学可知，弯曲应力的大小为由上式可知，带轮的基准直径越小，带的弯曲应力越大。因此为了防止产生过大的弯曲应力而影响带的使用寿命，对各种截面形状的V带都规定了带轮的最小基准直径，如表8-3所示。8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::带工作时，应力沿带长的分布情况如右图所示。由右图7所示可得出以下结论：带在运转过程中，应力是变化的，最大应力发生在带的紧边进入小带轮处，其值为

σmax＝σ1＋σc＋σb1带运转时，带绕行一周，拉应力变化4次。当应力循环次数达到一定值时，带将产生疲劳破坏。为保证有足够的疲劳寿命，应使σmax≤[σ]8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::3．带传动的失效形式和设计准则由带的受力分析和应力分析可知，传动带的主要失效形式有打滑、疲劳破坏和过度磨损等。（1）打滑在一定的初拉力的作用下，带与带轮面间的摩擦力之和有一极限值，当外载过大，所传递的有效拉力超过摩擦力的总和时，带将沿带轮表面滑动，这种现象称为打滑。打滑会加剧带的磨损，并使从动轮转速急剧下降，甚至停止运转而无法正常工作。为保证带传动的正常工作，应避免出现过载打滑现象。8.3.1带传动的工作情况分析:::::《机械设计基础》:::::（2）疲劳破坏带在变应力条件下工作的，当这种变应力的循环次数超过一定数值后，会发生裂纹、脱层、撕裂或拉断等疲劳破坏，导致运动失效。（3）过度磨损因带在传动过程中存在弹性滑动和打滑现象，所以不可避免地会产生磨损，当磨损程度过大时就会使带传动失效。针对传动带的主要失效形式，带传动的设计准则为：在传递规定功率时，传动带不打滑且有足够的疲劳强度和使用寿命。8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::1．单根V带的额定功率P0

单根V带的额定功率P0是指在特点的条件下，单根V带不打滑同时具有一定的疲劳强度和使用寿命时所能传递的功率。其中，特定的条件是指特定的基准长度、工作平稳、传动比i＝1、包角α1＝α2＝180°、抗拉体为化学纤维绳芯结构等。常用型号的单根普通V带的额定功率P0值如表8-5所示。在工程实际中，带的实际工作条件与上述特定条件不同，所以应对P0加以修正。因此，实际工作条件下单根V带的基本额定功率[P0]为

[P0]＝（P0＋ΔP0）KαKL

8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::2．带传动的设计步骤与参数的选择（1）确定计算功率计算功率是指根据传递的额定功率，并考虑载荷性质以及每天工作运转时间的长短等因素的影响而确定的，即

Pc＝KAP

（2）选择V带型号根据计算功率Pc和小带轮的转速n1，由右图所示选定V带的型号。选择方法是由Pc和n1两参数确定坐标点所在的区域，如果坐标点在A区则推荐选用A型带；若坐标点处于两种型号的分界线附近时，可同时选用两种型号，分别计算后进行比较，择优选用8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::（3）确定带轮的基准直径dd1和dd2

①初选小带轮的基准直径dd1

小带轮的基准直径dd1越小，带传动结构越紧凑，但带的弯曲应力越大，带的寿命就越短，故带的直径不易过小；但小带轮的基准直径dd1过大，会增大带传动的整体外廓尺寸，使结构欠紧凑。所以设计时，应使dd1≥dd1min（dd1min的值参见表8-3），并根据所选带型按上图所示带轮直径取值范围和表8-3所示带轮直径系列尺寸，确定小带轮的基准直径dd1。②验算带的速度v

带速v的计算公式为8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::③确定大带轮的基准直径dd2

大带轮的基准直径dd2的计算公式为按照上式计算后的结果圆整后按表8-3所示中的基准直径系列选取。（4）确定中心距a和带的基准长度Ld

①初确定中心距a0

中心距a的大小直接影响传递尺寸和带在单位时间内的绕转次数。若中心距过大，带的长度增加，传动时容易引起带的拍击和震颤；若中心距过小，机构虽然紧凑，但在单位时间内的绕转次数增多，带的疲劳寿命大大缩短。因此，设计时通常按照下式初选中心距（dd1＋dd2）≤a0≤2（dd1＋dd2）8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::②确定带的基准长度Ld根据带的基准直径和初选的中心距按照下式计算以初步确定带的基准长度L0根据初定的带的基准长度L0和表8-2所示选取相近的基准长度Ld。③计算实际中心距a

实际中心距可按照下式计算考虑到带需要安装、调整和补偿预拉力的需要，中心距一般应留有调整的余地，其变动范围为：（a－0.05Ld）～（a＋0.03Ld）。8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::（5）验算小带轮包角α1

小带轮包角α1的计算公式为若小带轮包角α1过小，摩擦力减小，带的传动能力也会降低，易出现打滑现象。一般来说，小带轮包角α1≥120°，特殊情况下α1≥90°。于是可得≥120°若α1不满足要求，可采取增大中心距或减小两带轮直径差以及设置张紧轮等措施增大小带轮的包角。8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::（6）确定V带根数z

V带的根数z可用下式进行计算根据上式计算出的V带的根数z应圆整。当z过大时，会造成带轮过宽，载荷分布不均匀，需改选带型或带轮直径重新设计。一般来说，z应为3～6根比较合适，最多不超过8根。（7）计算单根V带的预紧力F0

在带传动中，为了保证带传动正常工作，应使带具备一定的预紧力F0。若F0过小，带与带轮之间的摩擦力较小，带传动能力降低，易发生打滑现象；若F0过大，则带的寿命降低，轴及轴承的压力也会增大。因此为充分发挥带的传动能力，同时保证带的使用寿命，单根V带的预紧力F0应按下式计算8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::（8）计算带传动作用在轴上的压力FQ

带对轴的压力FQ是设计带轮所在轴和轴承的依据。为简化计算，可近似按静止状态下两边的预紧力的合力来计算，如下图所示。由力的平衡条件得静止时轴上的压力为（9）带轮的结构设计带轮的结构设计参见第节的知识点或有关设计手册。8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::【例8-1】设计一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V带传动。已知电动机的额定功率P＝7kW，转速n1＝960r/min，减速器输入轴的转速n2＝340r/min，允许误差为±5%，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，要求结构紧凑。【解】设计步骤如下：（1）确定计算功率Pc由表8-8查得KA＝1.3，由式（8-12）得Pc＝KAP＝1.3×7＝9.1kW。（2）确定V带型号根据Pc＝9.1kW，n1＝960r/min，由图8-8所示可知应选择B型普通V带。（3）确定带轮的基准直径dd1和dd2由图8-8所示可知，小带轮基准直径的推荐值为112～140。由表8-3所示可知B型V带轮的最小基准直径为125mm，故可暂取dd1＝125mm。由式（8-14）可得8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::根据表8-3所示选取dd2＝355mm。则实际传动比i为由式（8-13）可得带速为因带速v在5～25m/s的范围内，故带速比较合适。（4）确定中心距a和带的基准长度Ld①初确定中心距a0

由式（8-15）可得0.7（dd1＋dd2）≤a0≤2（dd1＋dd2）336≤a0≤960初取中心距为a0＝500mm。8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::②确定带的基准长度Ld

由式（8-16）可得根据表8-2所示选取Ld＝1800mm。③计算实际中心距a

由式（8-17）可得取a＝500mm8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::考虑到带需要安装、调整和补偿预拉力的需要，中心距一般应留有调整的余地，其变动范围为：（a0－Ld）～（a0＋Ld），即410～554mm。（5）验算小带轮包角α1

由小带轮包角α1的计算公式可知由于α1＝153.6°＞120°，所以小带轮包角α1满足要求。（6）确定V带根数z

根据带型、小带轮的转速和基准直径，查表8-5可得单根V带轮的基本额定功率P0＝1.64kW。根据带型、小带轮的转速和传动比，查表8-6可得单根V带轮额定功率的增量ΔP0＝0.30kW。8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::根据小带轮包角α1，查表8-7可得包角的修正系数Kα＝0.93。根据带的基准长度Ld，查表8-2可得带长修正系数KL＝0.95。将上面的数值代入式（8-19）可得将z圆整得z＝6。（7）计算单根V带的预紧力F0

查表8-1可得带单位长度质量q＝0.17kg/m。由式（8-20）可得8.3.2V带的设计计算:::::《机械设计基础》:::::（8）计算带传动作用在轴上的压力FQ

由式（8-21）可得（9）设计结果选用6根B1800GB/T1171—2006V带，中心距a＝500mm，带轮直径dd1＝125mm，dd2＝355mm，轴上压力FQ＝2452.55N。8.4带传动的张紧、安装与维护:::::《机械设计基础》:::::

8.4.1带传动的张紧

8.4.2带传动的安装与维护8.4.1带传动的张紧:::::《机械设计基础》:::::1．定期张紧装置定期张紧装置是用调节螺钉使装有带轮的电动机沿滑轨移动，以增大中心距而达到张紧的目的。在水平或倾斜不大的传动中，可采用左图所示的滑道式方法将装有带轮的电动机安装在制有滑道的基板1上。调节带的预紧力时，松开基板上螺栓的螺母2，旋动调节螺钉3，将电动机向右推动到所需位置，然后拧紧螺母2。在垂直或接近垂直的传动中，可采用右图所示的摆动式方法，将装有带轮的电动机安装在可调节的摆动架上。8.4.1带传动的张紧:::::《机械设计基础》:::::2．自动张紧装置自动张紧装置是将装有带轮的电动机1安装在浮动的摆动架2上（参见右图），靠电动机和机床自身的重量，使带轮绕固定轴摆动，通过载荷的大小自动调整中心距达到张紧的目的，此方法适用于小功率近似垂直布置的带传动。8.4.1带传动的张紧:::::《机械设计基础》:::::3．张紧轮装置当中心距不可调时，可采用下图所示张紧轮装置。左图所示摆锤式张紧是靠悬锤2将张紧轮1压在带上，以保持带的张紧。右图所示调位式张紧通过移动支架工来调整张紧轮1的位置。8.4.2带传动的安装与维护:::::《机械设计基础》:::::正确的安装与维护是保证带传动正常工作、延长带的使用寿命的有效措施，一般应注意以下几点：①在安装V带时，V带的外表面应与带轮的外缘相平齐（安装新带时可稍高于轮缘），使V带两侧面与轮槽的工作面充分接触，如左图所示；若V带嵌入过深，如中图所示，使带的底面与槽轮底部接触，会失去V带楔面增压效应的优势，降低其传动能力；若V带位置过高，如右图所示，带与带轮的接触面减小，传动能力下降。因此在安装V带时，应保证V带在槽轮中的位置。8.4.2带传动的安装与维护:::::《机械设计基础》::::