机械设计基础(第六版)第13章 高教版

机械设计基础(第六版)第13章高教版§13.1带传动的类型和应用§13.2带传动的受力分析§13.3带的应力分析§13.4带传动的弹性滑动和传动比§13.5V带传动的计算§13.6V带轮的结构§13.7同步带传动简介第13章带传动13.1

带传动的类型和应用一、带传动的分类1)按传动原理分类

摩擦型啮合型2)按横截面形状分类平带传动V带传动

特殊截面带传动

3)按带的布置分类开口传动

交叉传动半交叉传动抗拉体13.1

带传动的类型和应用平带传动V带传动多楔带传动圆带传动二、带传动的参数(开口传动)13.1

带传动的类型和应用α2θα1θ中心距a包角α

因θ较小,代入得:带长:θaCADBd1d2α2θα1θθaCADBd1d2带长:已知带长时，由上式可得中心距:

13.1

带传动的类型和应用1.定期张紧装置三、带传动的张紧

2.自动张紧装置3.张紧轮装置13.1

带传动的类型和应用四、带传动的特点

优点：①适用于中心距较大的传动；②可缓和冲击，吸收振动；③打滑可防止损坏其它零件；④结构简单、成本低廉。

缺点：①传动的外廓尺寸较大；②需要张紧装置；③传动比不固定；④带的寿命较短；⑤传动效率较低。

13.1

带传动的类型和应用V带传动应用最广，带速：v=5~25m/s

传动比：i≤7

效率：η≈0.9~0.95大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点一、带的有效拉力

13.2

带传动的受力分析F0F0F0F0静止时，带两边的初拉力相等：传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：F1=F2=F0F1≠F2

F1↑，紧边F2↓松边F1F2F1F2紧边松边从动轮主动轮n1n2n1n2设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：F1–F0=F0–F2

F0=(F1+F2)/2称

F1

-

F2为有效拉力，即带所能传递的圆周力：F=F1

-

F2且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系：13.2

带传动的受力分析1、定义：当圆周力F>∑Ff时，带与带轮之间出现显著的滑动，称为打滑。经常出现打滑使带的磨损加剧、传动效率降低，导致传动失效。是必须避免。dFNF1F2F+dFFfdFNαdαdldα2dα22、分析：平带上截取一微弧段正压力：dFN

两端的拉力：F和F+dF

力平衡条件：摩擦力：

fdFN二、带传动的打滑失效13.2

带传动的受力分析由力平衡条件：积分得：紧边和松边的拉力之比为：→绕性体摩擦的基本公式：欧拉公式

13.2

带传动的受力分析

联立求解：→F↑f↑α↑∵α1<α2用α1→

α分析：

F=F1

-

F213.2

带传动的受力分析φV带传动与平皮带传动初拉力相等时，它们的法向力则不同。平带的极限摩擦力为:

FNf=FQfFN/2FN/2FQFQFNFN=FQFN=FQ/sin(φ/2)φ/2φ/2则V带的极限摩擦力为：f’-----当量摩擦系数,

f’>f3、比较：平带与V带在相同条件下

，V带能传递较大的功率。或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。13.2

带传动的受力分析用

f’代替

f后，得到V带计算公式：13.2

带传动的受力分析三、带传递的圆周力及其影响因素欧拉公式四、作用在轴上的压力

13.2

带传动的受力分析→F↑f↑α↑∵α1<α2用α1→

α影响因素

圆周力一、带的疲劳强度1.应力分析1)拉应力

13.3

带的应力分析紧边拉应力：松边拉应力：2)弯曲应力E为带的弹性模量，MPa；d为带轮直径，mm

。注：两轮直径不等时，弯曲应力也不相等。设y为带的中心层到最外层的垂直距离，mm；

yV带的节线

dV带轮的基准圆dFNcdαdlrF1F2带在微弧段上产生的离心力：

3)

离心应力

13.3

带的应力分析离心力FNc在微弧段两端会产生拉力Fc。

由力平衡条件得：离心拉应力：

dFNcdαdlr

F1F2Fc

Fc

dα2dα213.3

带的应力分析4)应力分布及最大应力最大应力σmax出现在紧边与小轮的接触处。δmaxδ1δb2δcα2n1n2α1δb1δ2离心应力拉应力弯曲应力2.

疲劳强度条件实验表明，疲劳曲线方程也适用于经受变应力的带，即

。式中m、C与带的种类和材质有关，N为应力循环次数。设v为带速，L为带长，设带的寿命为T，则应力循环次数为13.4

带传动的弹性滑动和传动比F2F2F1F1设带的材料符合变形与应力成正比的规律，则变形量为：这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。

紧边：松边：∵F1>F2∴ε1>ε2带绕过主动轮时，将逐渐缩短并沿轮面滑动，使带速落后于轮速。带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超前于轮速。从动轮n2主动轮n1一、带传动的弹性滑动

弹性滑动是不可避免的，由拉力差引起，是固有特性；打滑是必须要避免的，由过载引起，是失效形式。

13.4

带传动的弹性滑动和传动比得从动轮的转速：带传动的传动比：V带传动的滑动率ε=0.01~0.02，一般可忽略不计。定义：为滑动率。二、带传动的传动比总有：v2<v1

13.5

V带传动的计算分类：普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、联组V带。其中普通V带应用最广。一、V带的规格组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。帘布芯结构绳芯结构包布顶胶抗拉体底胶节线节面节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。节面：全部节线构成的面。13.5

V带传动的计算普通V带：φ=40˚，h/bp

=0.7。已经标准化，有七种型号Y、Z、

A、B、C、D、E。应用最为广泛。窄V带：φ=40˚，h/bp=0.9。已经标准化，有四种型号SPZ、SPA、

SPB、SPC。用于大功率，结构紧凑传动。与普通V带比，当顶宽相同时，承载能力可提高1.5~2.5倍。宽V带：φ=40˚，h/bp=0.3。用于无级变速传动中。大楔角V带：φ=60˚。用于高速，结构特别紧凑的传动。联组V带：由2、3、4或5根普通V带（或窄V带）顶面用胶帘布等距粘结而成。基准直径d：在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相对应的带轮直径。d基准长度Ld

：V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为。标准长度系列详见下页表13-2，P212。bpbbphφ二、单根普通V带的许用功率1、失效形式

4、传动功率

13.5

V带传动的计算3、不打滑条件

打滑；带的疲劳损坏（脱层、撕裂或拉断）。2、设计依据

保证带不打滑的前提下，具有一定的疲劳寿命。13.5

V带传动的计算传递的功率为：单根带所能传递的有效拉力为：为保证带具有一定的疲劳寿命，应使：σmax=σ1+σb+σc≤[σ]σ1=[σ]

-σb-σc代入得：基本额定功率P0

:在α=π，Ld为特定长度、抗拉体为化学纤维绳芯结构条件下，计算所得功率称为单根带的~。详见下页表13-3教材P214。200400800950120014501600180020002400280032003600400050006000小带轮基准直径

d1/mm表13-3单根普通V带的基本额定功率P0（包角α=π

、特定基准长度、载荷平稳时）型号ZABC500.040.060.100.120.140.160.170.190.200.220.260.280.300.320.340.31560.040.060.120.140.170.190.200.230.250.300.330.350.370.390.410.40……………900.100.140.240.280.330.360.400.440.480.540.600.640.680.720.730.56750.150.260.450.510.600.680.730.790.840.921.001.041.081.091.00.80900.220.390.680.770.931.071.151.251.341.501.641.751.831.871.821.5……………1800.591.091.972.272.743.163.403.673.934.324.544.584.404.001.811250.480.841.441.641.932.192.332.502.642.852.962.942.802.511.091400.591.051.822.082.472.823.003.233.423.703.853.833.633.241.29…………2801.582.895.135.856.907.768.138.468.608.226.804.26小带轮转速

n1/(r/min)2001.392.414.074.585.295.846.076.286.346.025.013.232241.702.995.125.786.717.457.758.008.067.576.083.57…………………4504.518.2013.815.2316.5916.4715.5713.299.64许用功率[P0]：实际工作条件与特定条件不同时，应对

P0值加以修正。修正结果称为~。Kα—包角系数。KL—长度系数；∆[P0]--功率增量；三、普通V带的型号和根数的确定计算功率：KA

---工作情况系数

详见表13-8P218型号的确定:根据Pc和小带轮的转速n1，由选型图确定。根数的确定:考虑在i≠1，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的情况下，可增大传递功率，取值详见表13-413.5

V带传动的计算2240.8222401.101.061.00.912500.8425001.301.091.030.932800.8728001.111.050.953150.8931501.131.070.073550.9235501.171.070.974000.960.7940001.101.131.024501.000.8045001.151.045001.020.8150001.181.075600.8256001.096300.840.8163001.127100.860.8371001.158000.900.8580001.189000.920.870.8290001.2110000.940.890.84100001.2311200.950.910.861120012500.980.930.881250014001.010.960.901400016001.040.990.920.831600018001.061.010.950.86Ld/mmY

ZＡＢＣLd/mmＺＡＢＣ基准长度KL

基准长度

KL

表13-2普通V带的长度系列和带长修正系数（GB/T13575.1-92）2000.8120001.081.030.980.881.00~1.02~1.05~1.09~1.13~1.19~1.25~1.35~1.52~1.011.041.081.121.181.241.431.511.99小带轮转速

n1表13-4单根普通V带额定功率的增量∆P0型号ZABC4000.000.000.000.000.000.000.000.000.010.01……………传动比

i≥2.07300.000.000.000.000.000.000.010.010.010.0228000.000.010.020.020.030.030.030.040.040.044000.000.010.010.020.020.030.030.040.040.05……………7300.000.010.020.030.040.050.060.070.080.0928000.000.040.080.110.150.190.230.260.300.344000.000.010.030.040.060.070.080.100.110.13……………7300.000.020.050.070.100.120.150.170.200.2328000.000.100.200.290.390.490.590.600.700.894000.000.040.080.120.160.200.230.270.310.35……………7300.000.070.140.210.270.340.410.480.550.6228000.000.270.550.821.101.371.641.922.192.4713.5

V带传动的计算表13-5包角修正系数包角α1180˚170˚160˚150˚140˚130˚120˚110˚100˚90˚

Kα1.00.980.950.920.890.860.820.780.740.6913.5

V带传动的计算表13-6工作情况系数载荷性质载荷变动很小载荷变动小载荷变动较大载荷变动很大工作机原动机电动机（交流启动、三角启动、直流并励）、四缸以上内燃机电动机（联机交流启动、直流复励或串励）、四缸以下内燃机液体搅拌机、通风机和鼓风机、离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机。每天工作小时数/h<1010~16>16<1010~16>161.01.11.21.11.21.31.11.21.31.21.31.41.21.31.41.41.51.61.31.41.51.51.61.8带式输送机、旋转式水泵和压缩机、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、木工机械。制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械等。破碎机（旋转式、颚式）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）。300050002000160040002008005001004003001000小带轮的转速n1(r/min)125025000.811.2523.154581016203040506380100200250普通V带选型图ZABCDEd1=50~71d1=80~100d1=112~140d1=125~140d1=160~200d1=200~315d1=355~400d1=450~500d1=80~10013.5

V带传动的计算带轮的直径过小，则带的弯曲应力大，寿命降低。应取：d1>dmin四、主要参数的选择1.带轮直径与带速型号

YZABCDEdmin205075125200315500表13--9带轮的最小直径dmin大带轮的直径d2：d1

、d2必须符合带轮的基准直径系列：P219表13--9注。13.5

V带传动的计算带速：一般应使v在5~25m/s的范围内。2.中心距、带长和包角推荐范围：0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)初定V带基准长度：根据L0由表13-2选取接近的基准长度Ld，然后计算中心距：中心距变动范围为：(a-0.015Ld)~(a+0.015Ld)13.5

V带传动的计算小轮包角：一般应使α1≥120˚,否则可加大中心距或增加张紧轮。考虑带传动的安装、调整和V带张紧的需要。3.初拉力保持适当的初拉力是带传动工作的首要条件。初拉力不足，会出现打滑，初拉力过大将增大轴和轴承上的压力，并降低带的寿命。计算公式：式中：Pc为计算功率；设计带传动的原始数据是：传动用途、载荷性质、传递功率、带轮转速以及对传动的外廓尺寸的要求等。设计带传动的主要任务是：选择合理的传动参数、确定V带型号、长度和根数；确定带轮材料、结构和尺寸。z为V带根数；v为带速；q为V带每米长的质量；Ka为包角修正系数。13.5

V带传动的计算带传动设计的步骤:1.求计算功率；2.选择普通V带型号；3.求带轮的基准直径d1

、d2

；4.验算带速；5.求V带的基准长度Ld和中心距a；6.验算小带轮的包角；7.求V带根数z；8.求作用在带轮轴上的压力FQ；9.带轮的结构设计。13.5

V带传动的计算例：设计一通风机用的V带传动。选用异步电动机驱动。已知电动机转速为n1=1460r/min，通风机转速n2=640r/min，通风机输入功率P=9kW，两班制工作。解：1、求计算功率2、选择V带型号可用普通V带或窄V带，以普通V带为例计算。根据，n1=1460r/min，由图13-15查出此坐标点位于A型和B型交界处。现暂时按选用B型计算。(同学们自己可以按选用A型计算，并对比两个方案的计算结果)13.5

V带传动的计算3、求大、小带轮的基准直径由表13-9，d1应不小于125，现取d1=140mm，由式(13-9)得由表13-9取d2=315mm(虽使n2略有减小，但其误差小于5%，故允许)4、验算带速带速在5~25m/s之间，合适。13.5

V带传动的计算5、求V带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距取a0=700mm，符合。由式(13-2)得带长为查表13-2，对B型带选用Ld=2240mm。再由式(13-16)计算实际中心距为13.5

V带传动的计算6、验算小带轮包角α1

由式(13-2)得7、求V带根数z由式(13-15)得令n1=1460r/min，d1=140mm，查表13-3得。由式(13-9)得传动比为查表13-5得。由查表13-7得，查表13-2得KL=1，由此可得取4根13.5

V带传动的计算8、求作用在带轮轴上的压力FQ查表13-1得q=0.17kg/m，由式(13-17)得单根V带的初拉力为作用在轴上的压力为9、带轮结构设计(省略)13.5

V带传动的计算13.6

V带轮的结构带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的结构实心式----直径小；d0dHL实心式13.6

V带轮的结构腹板式----中等直径；dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσ见图13-8s=(0.2～0.3)Bs1≥1.5ss2≥0.5s腹板式一带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的结构实心式----直径小；S1斜度1：25SS2drdkdhddaLBS213.6

V带轮的结构腹板式----中等直径；dh=(1.8～2)dsd0=(dh+dr)/2dr=de-2(H+σ)Hσ见图13-8s=(0.2～0.3)Bs2≥0.5s带轮的材料：常用铸铁，有时也采用钢或塑料和木材。带轮的结构实心式----直径小；腹板式二斜度1:25S2drdkdhddaBSL13.6

V带轮的结构轮辐式----d>350mm；腹板式----