《机械设计基础》第十章-带传动

《机械设计基础》第十章带传动

带传动是一种常用的机械传动装置，他的主要作用是传递转矩和转速。大部分带传动是依靠挠性传动带与带轮间的摩擦力来传递运动和动力的。10.1概述

组成：主动轮、从动轮、传动带和机架。10.1.1带传动的类型及应用1．按传动原理分摩擦型带传动啮合型带传动2．按传动带的截面形状分（1）平带平带的截面形状为矩形，内表面为工作面（2）V带

V带的截面形状为梯形，两侧面为工作面（3）圆形带横截面为圆形，（4）多楔带它是在平带的基体上由多根V带组成的传动带

（5）同步带纵截面为齿形

10.1.2带传动的特点（1）带有良好的弹性，可缓和冲击和振动，传动平稳、噪音小。（2）过载时，带在带轮上打滑，对其它零件起安全保护作用。（3）结构简单，制造、安装和维护方便，成本较低。（4）能适应两轴中心距较大的场合。（5）工作时有弹性滑动，传动比不准确，传动效率低。（6）外廓尺寸较大，结构不紧凑，带的寿命短，作用在轴上的力大。（7）不宜用于易燃易爆场合。

一般情况下，带传动传动的功率P≤100kW，带速5～25m/s，平均传动比i≤5，传动效率为94%～97%。目前带传动所能传递的最大功率为700kW，高速带的带速可达60m/s。10.1.3V带的结构和型号

标准普通V带都制成无接头的环形。其构造如图所示。当V带受弯曲时，带中保持其原长度不变的周线称为节线，由全部节线构成节面。带的节面宽度称为节宽（bd）,V带受纵向弯曲时，该宽度保持不变。

普通V带已标准化，其周线长度Ld为带的基准长度。普通V带两侧楔角φ为40°，相对高度约为0.7，并按其截面尺寸的不同将其分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。普通V带横截面尺寸（GB/T11544-1997）（单位：㎜）10.2带传动的工作情况分析10.2.1带传动的受力分析紧边松边张紧状态:工作状态:拉力增加→紧边Ｆ0↗Ｆ1

紧边拉力拉力减少→松边Ｆ0↘Ｆ2

松边拉力

带两边拉力相等→张紧力Ｆ0带两边拉力不相等（通过带所受摩擦力分析得知）

有效圆周力F（N）、速度V（m/s）和传递功率P（KW）之间的关系为

设带在工作前后总长不变，并考虑带为弹性体，则紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量。∴Ｆ1－Ｆ0＝Ｆ0－Ｆ2

即：2Ｆ0

＝Ｆ1＋Ｆ2

有效圆周力F的大小

松紧边拉力差，即为带传动的有效圆周力F，在数值上F等于任一带轮与带接触弧上的摩擦力的总和Ff，即

KW

最大有效圆周力

当带在带轮上即将打滑尚未打滑时，摩擦力达到临界值，此时带所能传递的有效圆周力亦达到最大值。临界状态下的F1与F2之间的关系可用著名的欧拉公式表示为：

fV

为当量摩擦系数，f为带与带轮之间的摩擦系数；φ为带的楔角；α为带轮包角，rad；e为自然对数的底。根据前述几个公式经整理后，可得出带所能传递的最大有效圆周力为：

由式上式可知，带所传递的圆周力F与下列因素有关：10.2.2带传动工作时的应力分析

带是在变应力下工作，当应力较大，应力变化频率较高时，带将很快产生疲劳断裂而失效，从而限制了带的使用寿命。带传动工作时，带所受应力有如下几种：1．由紧边拉力和松边产生的拉应力紧边拉应力松边拉应力∵F1>F2

∴σ1＞σ22．由离心力产生的拉应力3．由带弯曲产生弯曲应力

带工作时总应力分布如图所示。由图可见，带上的应力是变化的，最大应力发生在紧边与小带轮的接触处。其最大应力为10.2.3带传动的弹性滑动和传动比

由于带是弹性体，工作时会产生产生弹性变形。当带由紧边绕经主动轮进入松边时，它所受的拉力由F1逐渐减小为F2，带因弹性变形变小而回缩，带的运动滞后于带轮，即带与带轮之间产生了局部相对滑动。导致带速低于主动轮的圆周速度。相对滑动同样发生在从动轮上，使带的速度大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而引起带与带轮之间的局部相对滑动，称为弹性滑动。

弹性滑动和打滑是两个完全不同的概念，打滑是过载引起的，因此可以避免。而弹性滑动时由于带的弹性和拉力差引起的，是传动中不可避免的现象。由上式可得带传动的传动比为从动轮的转速10.3普通V带传动的设计计算10.3.1带传动的失效形式和设计准则

由于带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带传动的设计准则是在保证带传动不打滑的情况下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。10.3.2单根普通V带所能传递的功率

在带的实际工作条件与上述特定条件不同时，需对P0进行修正。修正后即得与实际条件相符的单根普通V带所能传递的功率，称该功率为许用功率[P0]。△P0---功率增量，考虑传动比i≠1时，带在大轮上的弯曲应力较小，故寿命相同的条件下，可增大传递的功率。

Kα---包角修正系数，考虑α≠180°时，对传动能力的影响。

KL---带长度修正系数，考虑带长与特定长度不同时对传动能力的影响。10.3.3普通V带传动的设计方法和步骤

一.已知条件和设计的内容

已知条件：传动用途、工作情况和原动机种类；传递的功率Ｐ，主、从动轮的转速n1，n2(或传动比)；其它要求，如外廓尺寸及安装位置要求等。

设计内容：确定带的型号、基准长度、根数；确定带轮的材料、结构尺寸；确定传动中心距及作用在轴上的力；初拉力和张紧方式。二.V带传动的设计步骤

1、确定计算功率PC2、选择V带型号3、确定带轮的基准直径d1

、d2

4、验算带速v5、计算中心距和带长6、验算小带轮包角7、确定V带根数8、计算初拉力F09、计算轴上压力10．带轮结构的设计1．确定计算功率KA---工作情况系数表10-7工作情况系数

2．选定V带的型号根据计算功率和小带轮的转速，按图10-10选择普通V带的型号。3．确定带轮的基准直径

为降低带的弯曲应力，小带轮的基准直径d1应大于或等于该型号带轮的最小直径dmin。

大轮直径由公式求得，并圆整，取标准系列值。表10-3V带轮最小直径及标准直径系列5、计算中心距和带长

初定中心距：如果中心距未给出，可按下式初选中心距a0

确定带长：初定带长L0可按下列几何长度计算公式求得

根据初定的L0由表10-2选取相近的基准长度Ld。传动的实际中心距可近似按下式确定：

L0=2a0+(d1+d2)+4、验算带速v

带速v不能太大也不能太小，一般v应在5~25m/s范围内。

6、验算小带轮包角

对于V带，一般要求α1≥120°，否则，应增大中心距或加张紧轮。7、确定V带的根数

为了使每根V带受力均匀，带的根数不宜太多，通常取带的根数小于10根。

初拉力F0的大小对带传动的正常工作及寿命影响很大。初拉力不足，易出现打滑；初拉力过大，则V带寿命降低，压轴力增大。8、计算初拉力F0式中PC——计算功率，kW；

Z——V带的根数；

v——V带速度，m/s；

Kα——包角修正系；

q——v带每米长质量，kg/m。

由于新带易松弛，所以对于非自动张紧的带传动，安装新带时的初拉力应为上述初拉力的1.5倍。

9、计算轴压力V带作用在轴上的压力FQ一般可近似按两边的初拉力F0的合力来计算。FQ=2ZFo10．带轮结构的设计

带轮结构的设计根据带轮槽型、槽数、基准直径和轴的尺寸确定。参见本章10.4节部分或有关机械设计手册。10.4V带轮的设计10.4.1V带轮的要求对于V带轮设计的主要要求是：（1）质量轻、结构工艺性好。（2）无过大的铸造内应力。（3）质量分布较均匀，转速高时要进行动平衡试验。（4）轮槽工作面表面粗糙度要合适，以减少带的磨损。（5）轮槽尺寸和槽面角保持一定的精度，以使载荷沿高度方向分布10.4.2V带轮的材料

带轮的材料以铸铁为主，常用牌号为HT150、HT200。铸铁带轮允许的最大圆周速度为25m/s，速度高于25m/s时，可采用铸钢或钢板冲压后焊接，小功率时可用铝合金或工程塑料。

如图所示，V带轮由轮缘1、轮辐2、轮毂3三部分组成。轮缘是安装传动带的部分，轮毂是与轴配合的部分，轮辐是连接轮缘和轮毂的部分。

V带轮的典型结构有四种：实心式、腹板式、孔板式、轮辐式。其结构形式可根据带轮基准直径的大小来选择。10.4.3V带轮的结构

为保证变形后V带仍能够与带轮的两侧面很好的接触，带轮的槽角一般小于带的楔角，一般为32°、34°、36°和38°

带轮的技术要求有：轮槽工作面不应有砂眼、气孔，轮辐及轮毂不应有缩孔及较大凹陷，轮槽棱边要倒圆或倒钝。带轮顶圆的径向圆跳动和轮缘两侧面的端面圆跳动按公差等级IT11选取。10.5带传动的张紧、安装和维护10.5.1带传动的张紧装置

由于V带工作一段时间后，会因永久性伸长而松弛，影响带传动的正常工作。为了保证带传动具有足够的工作能力，应采用张紧装置来调整带的张紧力。①定期张紧（定期调整中心距）调整中心距②自动张紧（靠自重）利用张紧轮使带张紧①定期张紧②自动张紧11.5.2带传动