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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机械设计基础(第四版)第10章带传动1.精品文档.第10章带 传 动本章教学要求：通过本章的教学，要求了解带传动的工作原理类型、特点及其应用；了解V带与V带轮的结构、材料及相应的标准，了解V带与V带轮的标记的含义；掌握带传动的受力分析及应力分析。理解带传动的弹性滑动与打滑的区别及滑动率的意义，掌握带传动的传动比的计算；理解掌握带传动的失效形式和设计准则，掌握单根V带传递功率的确定和主要参数的合理选择，了解带传动的一般设计步骤；了解带传动的张紧、安装与维护。10.1 概述带传动是机械传动系统中用以传递运动和动力的常用传动之一。带传动通常是由主动
2、轮1、从动轮2和张紧在两轮上的挠性传动带3所组成。如图9-1所示。图10-1 带传动的组成 10.1.1 带传动的类型与应用根据工作原理的不同，带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。摩擦带传动中，传动带呈环形，并以一定的张紧力F0紧套在两轮上，从而使带与带轮接触面间产生一定的正压力FN。当主动轮1转动时，依靠带与带轮间的摩擦力Ff，将主动轮1的运动和动力传递到从动轮2上。按照带的截面形状，传动带可分为平带、V带（俗称三角带）、多楔带与圆形带等，如图10-2所示。平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面接触的内表面（图10-2(a)），其传动结构最简单，多用于中心距较大的传动。近年来平带传动应
3、用已大为减少，但在高速带传动中，多采用薄而轻的平带。V带的横截面为等腰梯形。其两侧面为工作表面，即靠带的两侧面与轮槽两侧面相接触产生的摩擦力进行工作（图10-2(b)）。当张紧力相同时，由于V带传动利用楔形槽摩擦原理，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，如图10-2(a)和图10-2(b)所示。故其传动能力也较平带传动为大，在传递同样功率的情况下，V带传动的结构更为紧凑。 a） b） c） d）图10-2 带传动的类型因此，在一般机械传动中，V带传动应用较平带传动广泛。 多楔带是在其扁平胶带基体下有若干条等距纵向楔形凸起。带轮上有相应的环形轮槽，靠楔面摩擦工作（图10-2(c)）， 有平带和
4、V带的优点，而弥补其不足。适用于要求结构紧凑，传递功率较大及速度较高的场合。特别适用于要求V带根数较多或轮轴垂直于地面的传动。圆形带的横截面为圆形（图10-2(d)），只用于小功率传动中，如缝纫机、真空泵和磁带盘等的机械传动和一些仪器中。啮合带传动只有同步带一种，如图10-3所示。它是靠带的内表面上的凸齿与带轮外缘上的轮齿相啮合来传动的带和带轮面间无相对滑动，因而主、从动轮线速度相等，能保持准确的传动比，但价格较高，常用于要求传动比准确的中小功率传动。 图9-3 同步齿形带10.1.2 带传动的特点 带传动与齿轮传动相比具有以下优点：1）由于传动带有弹性，能缓冲吸振，故传动平稳，噪音小；2）带
5、与带轮间在过载时打滑，能防止其他零件的损坏；3）结构简单，维护方便，易于制造、安装，故成本低 ；4）能传递较远距离的运动，改变带长可适应不同的中心距。 但同时带传动也有如下缺点：1）外廓尺寸较大；2）效率较低；3）除同步带外，由于有弹性滑动，故不能保证准确的传动比；4）由于带必须张紧在带轮上，故对轴的压力大；5）带的寿命较短；6）带与带轮间可能由于摩擦而产生静电放电，故不宜用于易燃易爆场合。 带传动多应用于功率不大（4050kw），速度适中（525m/s），要求传动平稳，传动比不要求准确的远距离传动。在多级传动中，通常将它置于高速级（电机与减速机之间）。10.2 V带和带轮10.2.1 V带
6、普通V带的结构和标准普通V带的截面结构如图10-4所示，由包布、顶胶、抗拉体和底胶四部分构成，包布由胶帆布构成，形成V带保护外壳。顶胶和底胶主要由橡胶构成。抗拉体有帘布芯结构（图10-4(a)）和绳芯结构（图10-4(b)）两种。绳芯V 带柔韧性好，抗弯强度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。帘布芯带抗拉强度较高，制造方便，型号齐全，应用较广。普通V带制成无接头的环形，当垂直其底边弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线；由全部节线构成的面称为节面（中性面）, 如图10-5所示。带中节面长度和宽度均不变，其宽度bp称为节宽。截面高度h和节宽bp的比值约为 0.7，楔角（带
7、两侧面间的夹角）为40的V带称为普通V带，已标准化。图10-4 V带的结构图10-5 V带的节线和节面V带装在带轮上，和节宽相对应的带轮直径称为基准直径d，V带在规定张紧力下，位于测量带轮基准直径上的周线长度称为带的基准长度Ld，它用于带传动的几何计算。普通V带按截面尺寸分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。其基本尺寸列于表10-1。其中Y型尺寸最小，只用于不传递动力的仪器等机构中。目前国产绳芯V带仅有Z、A、B、C四种型号。普通V带基准长度及配组公差见表10-2。表中配组公差范围内的多根同组V带称为配组带，采用配组带可使各带承载不均匀程度减小。普通V带的标记：截型 基准长度 标准编号标记示
8、例：按GB/T1154497制造的基准长度为1600mmB型普通V带标记为： B 1600 GB/T1154497表10-1 普通V带的截型与截面基本尺寸（摘自GB/T115441997）V带截型（窄V带）YZ(SPZ) A(SPA)B(SPB)C(SPC)DE节宽bp5.3811.014.019.027.032.0顶宽b6.010.013.017.022.032.038.0高度h4.06.0(8)8.0(10)11.0(14)14.0(18)19.023.0楔角40m（kg/m）0.020.06(0.07)0.10(0.12)0.17(0.20)0.30(0.37)0.620.90 窄V带窄
9、V带是一种新型V带，如图10-5(c)所示。普通V带的相对高度（截面高h与节宽bp之 表10-2 V带的基准长度及配组公差（GB/T13575.192，参照ISO115441997） mm基准长度 Ld2002242502803153554004505005606307108009001000112012501400160018002000224025002800315035504000450050005600630071008000900010000普通V带截 型YZ A BC D E 配组公 差248122032窄V带截型 配组公 差2461016注：*表示各截型V带的基准长度。比）为0.
10、7，而窄V带为0.9，其顶宽约为同高度的普通V带的3/4。其顶面呈拱形，使受载后抗拉层仍处于同一面内，受力均匀。其抗拉层与节线位置较普通V带略有上移，而两侧面呈内凹，使其在带轮上弯曲变形后能与槽面贴接良好，增大摩擦力。窄V带能传递的功率较同级普通V带可提高0.51.5倍，可达1200kW，且适用于高速传动（2025m/s），带 速可达4050m/s。其相对高度虽然增大，但由于包布层材料的改进，却具有更好的柔顺性，可适应较小的带轮和中心距，且由于带轮的槽宽与槽距小，故轮宽较窄，结构较紧凑。公制SP系列的窄V带有SPZ、SPA、SPB、SPC四种截型，其截面基本尺寸及基准长度见表10-1和表10-
11、2，其带轮最小基准直径ddmin分别为63、90、140、224，其余dd值与相应截型的普通V带轮的dd值相同。其它参数可查阅有关手册。 其它V带大楔角V带的楔角则为60。这种带材料的摩擦系数大（f=0.48），重量轻，故弯曲应力及离心应力均较小，工作时，其抗拉层受力均匀是这种带的特点。 将内周制成齿形的齿形V带能适应较小的带轮，与槽面贴合良好。 在有冲击载荷或振动很大的场合下，V带可能由于抖动而从槽中脱出，甚至侧转。为避免这些现象发生，可在各单根V带的顶面加一帘布与橡胶的连接层，而构成联组V带。 在必须调节带长时，可采用活络V带或接头V带，但只适用于低速轻载场合。需要带两面工作的场合，可用双
12、面V带。 本章着重介绍应用最广泛的普通V带传动的设计和计算 。 10.2.2 V带轮的材料和结构V带轮常用材料为灰铸铁，当300mm时,可采用椭圆轮辐式带轮，如图10-6所示。普通V带轮的基准直径系列，见表10-4。表10-3 普通V带轮轮槽尺寸（摘自GB/T13575.192，等效ISO41831989） （mm） 型号YZABCDEbp5.38.511.014.019.027.032.0ha1.62.02.753.54.88.19.6hfmin6.39.51215202833e812151925.53744.5fmin67911.5162328min55.567.5101215BB=（z）
13、l+2f （z为轮槽数）32dd60348011819031536604756003880118190315475600 V带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，再根据V带的型号按表10-3确定轮槽尺寸，带轮的其它结构尺寸，可参照图10-6中的经验公式确定 图10-6 普通V带带轮结构10-4 普通V带轮的基准直径dd（摘自GB/13575.192，等效ISO41831989）基准直径 公称值（mm）截 型基准直径 公称值（mm）截 型YZABCZABCDE2831.535.54045*265280300315335*+*+50566371*355375400425*+*7580
14、8590*+*450475500530*+*95100106112*+*+*560600630670*+*+*118125132140*+*+*+*710750800900*+*+*150160170180*+*1000106011201250*200212224236250*14001500160018002000*注：（1）标号*的带轮基准直径为推荐值，其对应的每种截型中的最小值为该截型带轮的最小基准直径ddmin； （2）标号+的带轮基准直径尽量不选用； （3）无记号的带轮基准直径不推荐选用。10.3 带传动的工作情况分析 10.3.1 带传动的受力分析 由摩擦传动原理可知：为保证带传动
15、正常工作，传动带必须以一定张紧力张紧在两带轮上，即带工作前两边已承受了相等的拉力，如图10-7（a）所示，称为初拉力F0。工作时，带与带轮之间产生摩擦力，主动带轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向一致，从动带轮对带的摩擦力Ff与带的运动方向相反。于是带绕入主动轮的一边被拉紧，称为紧边，拉力由F0增加到F1；带表绕入从动轮的一边被略微放松，称为松边，拉力由F0减少到F2。如图10-7（b）所示。由力矩平衡条件可得 Ff=F1F2 （10-1） 紧边拉力与松边拉力的差值（F1F2），是带传动中起传递功率作用的拉力，称为带传动的有效拉力，以F表示。有效拉力不是作用在一固定点的集中力，它等于带和带轮整个接
16、触面上各点摩擦力的总和Ff，即 F=Ff=F1F2 （10-2）图10-7 带传动的受力分析若带速为（m/s），则带所传递的功率为 kW （10-3） 若忽略离心力的影响，紧边拉力F1和松边拉力F2之间的关系可用欧拉公式表示，即 （10-4）式中，e自然对数的底，e=2.718；fv当量摩擦系数，fv=f/sin; 带轮包角（rad），即带与带轮接触弧所对应的中心角。若近似认为带在静止和传动时总长不变，则带紧边拉力的增量等于松边的减小量，即 F1-F0=F0-F2，则 F1+F2=2F0 （10-5）由式（9-2）、式（9-4）和式（9-5）可得 （10-6）上式表明，带所能传递的有效拉力F与
17、下列因素有关： 1)初拉力F0 由式（10-6）知，F与F0成正比。但带中初拉应力过大时，会使带的磨损加剧和带的拉应力增大，导致带的疲劳寿命降低，轴和轴承受力亦大；如果F0过小，则带的传动能力得不到充分发挥，运转时容易发生跳动和打滑，因此张紧力F0的大小要适当。 2)包角 通常大带轮包角2总是大于小带轮包角1，故取=1。带的有效拉力F随1增大而增大，这是因为1越大，带与带轮接触弧长增加，接触面上所产生的总摩擦力就越大，传动能力就越高。因此带处于水平位置传动时，通常将松边置于上方以增加包角。 3)摩擦系数f f越大，摩擦力亦大，传动能力也就越高。摩擦系数与带和带轮的材料、表面状况及工作环境条件等
18、有关。将式（10-2）代入式（10-4）可得F1、F2与F之间的关系为 （10-7） 10.3.2 带传动的应力分析 传动带工作时，其横截面内将产生三种不同的应力。 拉应力 由紧边拉力F1和松边拉力F2产生的拉应力分别为 （10-）式中，A带的横截面面积（mm2）。由于F1F2，故12。2离心拉应力c 传动时，带随带轮作圆周运动，因本身质量而产生离心力，由此引起的拉力为m2，作用于带全长，使带各横截面都产生相等的拉应力c，即 N/mm2 （10-9）式中，m每米带长的质量（kg/m），查表10-1。 带的圆周速度（m/s） 弯曲应力b带绕过带轮时，将产生弯应力。若近似认为带材料符合虎克定律，由
19、材料力学公式可得 N/mm2 （10-10）式中，E带材料的弹性模量（N/mm2）； y0带的节面至外表面间的距离（mm），对于V带y0ha，ha由表9-3查得。由上式可知，带轮直径dd越小，带越厚，带弯曲应力越大，故b1b2。为了防止产生过大的弯曲应力，对各种型号的V带都规定了最小带轮直径ddmin。ddmin值可由表10-4查取。带工作时的应力分布如图10-8所示，各截面的应力大小 由该处引出的带的法线长短表示，从图上可看出，最大应力发生在紧边绕上小带轮处，其值为 max=1+c+b1 （10-11）带运行时，作用在带上某点的应力是随它运行的位置变化而不断变化的，带在变应力状态下工作，容易
20、产生疲劳破坏，影响带的使用寿命。图10-8 带传动的应力分析10.3.3 带传动的弹性滑动与打滑 带是弹性体，受到拉力作用后将产生弹性变形。由于带工作时，紧边拉力F1和松边拉力F2不同，因此，带中紧边和松边的弹性变形也不相同。如图10-9所示。带的紧边刚绕上轮1时（a1点），带速与轮1的圆周速度1相等，当带随着轮1由a1点转至b1点的过程中带所受的拉力由F1逐渐降至F2，因此其弹性变形将随之逐渐减小，即出现带逐渐回缩现象，使带的速度逐渐落后于轮子的圆周速度。带在b1点处的速度已降为2，21；同样，带从松边a2点转向紧边b2点时，带的拉力由F2 逐渐增至F1其弹性变形将随之逐渐增大。带在从动轮的
21、表面将产生逐渐向前爬伸现象，带速则由a2点的2增至b2点的1。这种由于带的拉力差和带的弹性变形而引起的带与带轮间的局部相对滑动称为带的弹性滑动。 图10-9 带的弹性滑动当传递的工作载荷增大时，要求有效拉力F随之增大，在张紧力F0一定的条件下，带与带轮接触面间的摩擦力总和Ff有一极限值。如果工作载荷所要求的有效拉力F超过这个极限摩擦力总和Ff时，带将沿整个接触弧全面滑动。这种现象称为打滑。带传动一旦出现打滑，从动轮转速急剧下降，带磨损加剧，即失去正常工作能力。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。弹性滑动是不可避免的，因为带传动工作时，要传递圆周力，带两边的拉力必然不等，产生的变形量也不同，所以
22、必然会发生弹性滑动，而打滑是由于过载引起的，是可以且必须避免的。 带的弹性滑动导致从动轮圆周速度2低于主动轮圆周速度1，产生了速度损失，其损失程度用相对滑动率表示。即 （10-12）由此得带传动的传动比为 （10-13）滑动率的数值与弹性滑动的大小有关，亦即与带的材料和受力大小有关，不能得到准确的恒定值。因此，由式（10-12）可知，在摩擦带传动中，即使在正常使用条件下，也不能得到准确的传动比。但带传动的滑动率通常仅为0.010.02，故在一般计算中可不予考虑。104 普通V带传动的设计计算 10.4.1 带传动的失效形式和设计准则 由前述可知，摩擦带传动的主要失效形式是带在带轮上打滑和带的疲
23、劳破坏（带在变应力作用下，局部出现脱层、撕裂或拉断）。因此，带传动的设计准则是：在保证带传动时不打滑的条件下，同时具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。 要保证在变应力作用下的传动带有一定的疲劳寿命，必须满足 （10-14）式中，根据疲劳寿命决定的带的许用应力，N/mm2。要保证带不打滑，由式（10-7）可得带的极限有效拉力Fmax为 （10-15） 10.4.2 单根V带的额定功率 在传动装置正确安装和维护的条件下，按规定的几何尺寸和环境条件，在规定的寿命期限内，单根V带所能传递的功率，称为单根V带的额定功率。在满足设计准则的前提下，单根V带所能传递的额定功率P，可由式（10-3）、式（10-
24、8）、式（10-14）和式（10-15）导得 kW （10-16） 表10-5 特定条件下单根V带的基本额定功率值P1（摘自GB/T135751992） （Kw） 表10-6 考虑i1时，单根普通V带的 基本额定功率增量P1（摘自GB/T135751992） （kW） 为了设计方便，将包角，特定基准长度，载荷平稳时，单根普通V带所能传递的额定功率P1，称为单根V带的基本额定功率。由式（10-15）计算得的P1值列于表10-5。但是带传动的实际工作条件往往与上述特定条件不同，其所能传递的功率也就有所不同，应对由表10-5查得的P1值加以修正。因此，实际工作条件下，单根V带的额定功率P为 kW （
25、10-17）式中，P1额定功率增量，当i1时，带在大带轮上的弯曲应力较小，在同样寿命下，带传动传递的功率可以增大些。其值查表10-6。 K包角修正系数，考虑180时，对传动能力影响的修正系数，见表10-7。 KL带长修正系数，考虑带的实际长度不为特定长度时，对传动能力影响的修正系数，见表10-8。表10-7 包角修正系数K（摘自GB/T135751992）小轮包角1180175170165160155150145140135130125120K10.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.840.82 表10-8 带长修正系数KL（摘自GB/T13575
26、1992）基准长度Ld（mm）带长系数KL基准长度Ld（mm）带长系数KLYZABCABCDE2000.8120001.030.980.882240.8222401.061.000.912500.8425001.091.030.932800.8728001.111.050.950.833150.8931501.131.070.970.863550.9235501.171.090.990.894000.960.8740001.191.131.020.914501.000.8945001.151.040.930.905001.020.9150001.181.070.960.925600.94560
27、01.090.980.956300.960.8163001.121.000.977100.990.8371001.151.031.008001.000.8580001.181.061.029001.030.870.8290001.211.081.0510001.060.890.84100001.231.111.0711201.080.910.86112001.141.1012501.110.920.88125001.171.1214001.140.960.90140001.201.1516001.160.990.920.83160001.221.1818001.181.010.950.86 1
28、0.4.3 普通V带传动的设计步骤与主要参数的选择 设计普通V带传动时，已知条件为：传递的功率P，主动轮转速n1，从动轮转速n2（或传动比i），原动机种类，传动用途，工作情况和外廓尺寸的要求等。设计内容包括确定V带型号、根数z和长度Ld；选定中心距a；确定初拉力F0及对轴的压力FQ；确定带轮的材料、结构形式和尺寸等。 下面介绍普通V带传动设计的一般步骤，并讨论传动参数的选择。1确定设计功率Pd 考虑载荷的性质、原动机和工作机的种类及每天工作的时间等因素，设计功率Pd应比要求传递的功率P略大，即 kW （10-18）式中，KA工况系数，查表9-9。 表10-9 工况系数KA（摘自GB/T1357
29、51992）载荷性质工 作 机原 动 机空、轻 载 起 动重 载 起 动每 天 工 作 小 时 (h)1616载荷变动微小 液体搅拌机、通风机和鼓风机（7.5kW）、离心式水泵和压缩机、轻型输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小 带式输送机（不均匀负荷）、通风机（7.5kW）、旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发电机、金属切削机床、旋转筛、锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大 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、重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变化很大 破碎机（旋转式、颚式等）、
30、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8注：1.空、轻载起动电动机（交流起动、三角起动、直流并励）、四缸以上的内燃机、装有离心式离合器、液力联轴器的动力机； 2.重载起动电动机（联机交流起动、直流复励或串联）、四缸以下的内燃机； 3.反复起动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合，KA应乘以1.2。设计功率Pd图10-10 普通V带选型图 2选择带的型号 根据设计功率Pd和小带轮转速n1，由图10-10选择带的型号。当坐标点位于图中型号分界线附近时，可初选两种相邻的型号，作为两个方案进行设计计算，最后比较两种方案的设计结果，择优选用。 3确定带轮的基准直径dd 带轮直径愈小，结
31、构愈紧凑，但带的弯曲应力愈大，使带的寿命降低；带轮直径选得大，则使带速增加，当带传递功率P一定时，有效拉力减小，所需带的根数减小，但传动的外廓尺寸增大，故应按实际情况综合考虑，通常应在满足的前提下尽量取较小的dd1值。ddmin由表10-4查取。大带轮基准直径dd2=idd1。dd1和dd2应尽量符合表10-4规定的标准值。 验算带速 m/s （10-19） 当传递功率一定时，带速越高，所需圆周力越小，可减少带的根数；但同时，单位时间内绕过带轮的次数也就过多，这将降低带的使用寿命，且会因离心力过大，而降低带传动的工作能力；若带速过低，传递的圆周力增大，所需V带根数增多。因此设计时，带速应在52
32、5m/s范围内，带速为1015m/s时效果最好。若带速超越上述许可范围，应重选小带轮直径dd1。 确定中心距和带的基准长度d 传动中心距小，结构紧凑，但带短，单位时间内带绕转次数增多，将降低带的工作寿命，同时会使小带轮包角减小，从而导致传动能力降低；反之，中心距过大，则带较长，结构尺寸较大，当带速较高时，带会引起带的颤动。设计时应按具体情况参考下式初定中心距0。 （10-20）带的基准长度可通过带传动的几何关系（图9-1）求得。 mm （10-21）根据d，按表10-2选取接近的标准基准长度。 带传动的中心距一般设计成可调的，故胶带长度确定后，实际中心距可按下式近似计算。 （10-22）考虑到
33、安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调整范围。即 （10-23） 验算小带轮包角1 小带轮的包角1不宜过小，以免影响传动能力。一般要求（至少大于90），开口传动中小带轮可按下式计算 （10-24）如果不满足要求，可加大中心距，减小传动比。 确定带根数z普通带的根数可按下式计算 （9-25） 为使每根带受力比较均匀，带的根数不宜过多，通常取z，z。否则应改选带型号或加大带轮直径后重新计算。 确定带的初拉力0 由前述可知，适当的初拉力是保证带传动正常工作的重要因素，单根带合适的初拉力0可按下式计算。 N （10-26） 合适的初拉力，通常由试验确定：即在带与两轮切点的跨度中点处，加一规定的垂直于带边的力F（FG值可从有关设计手册中查取），使带沿跨距每100mm处产生的绕度=1.6mm时，带的初拉力即符合要求。 计算带对轴的压力FQ 为了设计安装带轮的轴和轴承的需要，应计算带传动对轴的压力F。若不考虑带两边的拉力差，可近似按两边拉力均为初拉力z0计算。即 N （10-27） 例10-1 设计一带式输送机传动系统中的高速级普通V带传动。传动水平布置，