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1、 第 十三 章 带传动的设计一一.带带传动的组成及工作原理传动的组成及工作原理带传的带传的组成动组成动 主动带轮主动带轮1从动带轮从动带轮2环形胶带环形胶带3vv主动轮1传动带3从动轮2n2n11 12 2型带传动的工作原理型带传动的工作原理 依靠依靠带与带轮之间的摩擦带与带轮之间的摩擦 力传动运动和动力的力传动运动和动力的间接摩擦传动间接摩擦传动13-1 13-1 带传动的类型和应用带传动的类型和应用1 1小轮包角小轮包角2 2大轮包角大轮包角n1 1小轮转速小轮转速 （r/minr/min）n2 2大轮转速大轮转速 （r/minr/min）v带速带速 （m/s）二二.带传动的类型带传动的类
2、型vvn2n11 12 2摩擦型带传动摩擦型带传动啮合型带传动啮合型带传动同步带同步带同步带轮同步带轮同步带轮同步带轮摩擦型带传动摩擦型带传动利用带与带之间的摩擦力进行传动利用带与带之间的摩擦力进行传动啮合型带传动啮合型带传动利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动利用带上凸齿与带轮齿槽啮合进行传动一）按工作一）按工作 原理分原理分平带平带V V带带多楔带多楔带圆带圆带/2/2Fn/2/2 FnFQ平带：平带：Fn=FQ Fn=FQ，Ff=Fnf=Ff=Fnf=FQfFQf 承载实力小承载实力小FQFnV V带：带：承载能力大承载能力大V V带带多楔带多楔带圆带圆带平带平带二）二）按带的剖按带的剖
3、面型状分面型状分V V带带是无接是无接头头的的环环形形带带，其种，其种类类有一般有一般V V带带、窄、窄V V带带、宽宽V V带带等。等。三三.V V带的带的结构及尺寸结构及尺寸11伸张层伸张层33压缩层压缩层44包布层包布层11伸张层伸张层33压缩层压缩层44包布层包布层压缩层（橡胶填充而成）压缩层（橡胶填充而成）包布层（橡胶帆布构成）包布层（橡胶帆布构成）伸张层（橡胶制成）伸张层（橡胶制成）帘布结构帘布结构简洁制造简洁制造粗绳结构粗绳结构挠曲性好挠曲性好强力层有强力层有V V带由带由四部分组成四部分组成22强力层强力层(粗绳结构）粗绳结构）22强力层强力层(帘布结构）帘布结构）一）一）V
4、V带的结构分析带的结构分析二）二）V V带截面型号及尺寸带截面型号及尺寸YZ(SPZ)A A（SPASPA）B B（SPBSPB）C CD DE E.一般一般V V带、窄带、窄V V带的截面型号：带的截面型号：2.V带截面尺寸带截面尺寸:hb bP P 节宽节宽 (节面宽度节面宽度)b b 顶宽顶宽高度高度带楔角，带楔角，=40=40b bp pb b各种型号各种型号V带的剖面带的剖面尺寸见尺寸见表表13-1。带的型号大，则剖带的型号大，则剖面尺寸大，带的承面尺寸大，带的承载实力就高。载实力就高。3.V3.V带的长度带的长度外周长外周长基准长度基准长度Ld内周长内周长带轮基准直径带轮基准直径d
5、四四.带传动的特点和应用带传动的特点和应用带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小；带有弹性，能缓冲减振，故传动平稳，噪声小；过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏；过载时，带在带轮上打滑，可防止其它零件损坏；适用于两轴中心距较大的传动；适用于两轴中心距较大的传动；结构简洁，易于制造和安装，故成结构简洁，易于制造和安装，故成本低。本低。优优点点缺缺点点 由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定；由于弹性滑动和打滑，传动比不恒定；传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大；传动效率较低，寿命较短，外廓尺寸较大；由于须要施加张紧力，轴和轴承受力较大。由于须要施加张紧力，轴和轴承受力较大。特点特点应用：应用：
6、用于中心距较大，传动比无严格要求的场合，在多级用于中心距较大，传动比无严格要求的场合，在多级传动系统中通常用于高速级传动，如机床中由电动机到主轴传动系统中通常用于高速级传动，如机床中由电动机到主轴箱的第一级传动。箱的第一级传动。啮合型传动带一般以细钢丝绳、玻璃纤维绳或芳纶纤维绳啮合型传动带一般以细钢丝绳、玻璃纤维绳或芳纶纤维绳为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在工作表面上制成凸为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在工作表面上制成凸齿的无接头环形带。同步带分为仅在一面有齿的单面同步带和齿的无接头环形带。同步带分为仅在一面有齿的单面同步带和两面都有齿的双面同步带，齿的形态有梯形齿和弧齿等。两面都
7、有齿的双面同步带，齿的形态有梯形齿和弧齿等。五五.啮合型传动带（亦称同步齿形带）的结构啮合型传动带（亦称同步齿形带）的结构同步带结构1 12 23 34 41 1 包布层包布层2 2 带齿带齿3 3 带背带背4 4 承载绳承载绳带带 长：长：中心距中心距:小轮包角：小轮包角：2 2六六.带传动的几何尺寸计算带传动的几何尺寸计算1 1 BAC CDDL=+ABCD2BC一带传动的受力分析一带传动的受力分析13-2 13-2 带传动的工作状况分析带传动的工作状况分析一）带传动的有效拉力一）带传动的有效拉力F Fe e 工作前：带中各处均受工作前：带中各处均受到确定的初拉力到确定的初拉力FO FO
8、OO2 2OO1 1F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0紧边紧边F Ff2-f2-带带松边松边F Ff1-f1-带带 O O1 1OO2 2n n2 2T T2 2F F1 1F F1 1F F2 2F F2 2T T1 1 n n1 1工作时：主动边被进一步工作时：主动边被进一步拉紧，拉力由拉紧，拉力由F0F0增大到增大到F1F1，称为紧边；另一边拉力，称为紧边；另一边拉力削减到削减到F2F2，称为松边。，称为松边。紧边拉力与松边拉力的差值紧边拉力与松边拉力的差值称为带传动的有效拉力称为带传动的有效拉力F Fe e:F Fe e=F F1 1一一F F2 2 =F Ff f1工作
9、拉力工作拉力带传动工作时，有效拉力带传动工作时，有效拉力F Fe e与初拉力与初拉力F Fo o、紧边拉力、紧边拉力F F1 1、松边拉力松边拉力F F2 2关系：关系：F F1 1+F F2 2=2 2F Fo oF F1 1-F-F2 2=F Fe e由由 F F1 1=F FO O+F Fe e/2/2F F2 2=F F0 0-F Fe e/2/2 得得离心拉力离心拉力由牛顿定律 F=m a 有带传动的最大有效拉力带传动的最大有效拉力代入，则代入，则两端积分两端积分二）带传动的极限有效拉力二）带传动的极限有效拉力F Felimelim及其影响因素及其影响因素 带在带轮上即将打滑时：带在
10、带轮上即将打滑时：F F1 1+F F2 2=2 2F Fo oF F1 1一一F F2 2=F Fe e由由得得低速时取低速时取v，得，得ular公式公式1 1）初拉力）初拉力F F0 0 F F0 0，正压力，正压力，FFfmaxfmax，F Felimelim 但但F F0 0，磨损加快，带的寿命，磨损加快，带的寿命；2 2）小轮包角）小轮包角 1 11 1，包围弧，包围弧，FFfmaxfmax，F Felimelim 1 1大小取决于设计参数大小取决于设计参数i i、d d1 1、d d2 2及及a a；3 3）摩擦系数）摩擦系数f f ff，FFfmaxfmax，F Felimeli
11、m，f f取决于带取决于带 和带轮的材料。和带轮的材料。影响影响F Felimelim的因素的因素带相对带相对2 2轮轮的滑动方向的滑动方向带相对带相对1 1轮轮的滑动方向的滑动方向2 2C CD D二带传动的运动分析二带传动的运动分析 带传动的运动特性带传动的运动特性存在弹性滑动和打滑存在弹性滑动和打滑 一）弹性滑动及其特性一）弹性滑动及其特性1.1.弹性滑动弹性滑动:是带的弹性变形量的变更而引起带是带的弹性变形量的变更而引起带与带轮之间微与带轮之间微 量相对滑动的现象，称为弹性滑动。量相对滑动的现象，称为弹性滑动。1 1 2 2vvn n1 1n n2 21 1A AB B带相对带相对2
12、2轮轮的滑动方向的滑动方向带相对带相对1 1轮轮的滑动方向的滑动方向2 2C CD Dvvn n1 1n n2 21 1A AB BF F1 1F F1 1F F2 2F F2 2 1 11)1)带是弹性体，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限带是弹性体，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限内，变形：内，变形：=F/EA=F/EA，当带的截面积，当带的截面积A A确定时，确定时，FF，2 2）摩擦型带传动依靠摩擦里传递运动和动力，必定存在）摩擦型带传动依靠摩擦里传递运动和动力，必定存在 拉力差，即：紧边拉力拉力差，即：紧边拉力F1F1大于松边拉力大于松边拉力F2F2，则带在紧，则带在紧 边的伸
13、长量边的伸长量11大于松边的伸长量大于松边的伸长量22。2.2.弹弹性滑性滑动动产产生原生原因因 2 2是微量滑动，是微量滑动，只发生在带离开带轮前的那部分接只发生在带离开带轮前的那部分接 触弧触弧A AB B和和C CD(D(称为滑动弧称为滑动弧)。是摩擦型带传动正常工作时不行避开的固有特性是摩擦型带传动正常工作时不行避开的固有特性3 3弹性滑弹性滑动的性质动的性质带相对带相对2 2轮轮的滑动方向的滑动方向带相对带相对1 1轮轮的滑动方向的滑动方向2 2C CD Dvvn n1 1n n2 21 1A AB BF F1 1F F1 1F F2 2F F2 2 1 1 2 21A A2c 1)
14、1)降降低低传传动动效效率率(V(V带带传传动动效效率率=0.91=0.91 0.96)0.96)，使带与带轮摩损增加和温度上升。，使带与带轮摩损增加和温度上升。4 4弹性弹性滑动对传滑动对传动的影响动的影响 2)2)使从动轮的圆周速度使从动轮的圆周速度v2 2低于主动轮的圆周速低于主动轮的圆周速度度v1 1，即：，即：v2 2 d dd d1 1,b2 2 b1 1 二二)带中应力分布状况带中应力分布状况 b b2 2 1 1 2 2 b b1 11 1 2 2 n n1 1n n2 2 C C C C B B=C C+2 2+b b1 1 C C=C C+2 2+b b2 2 D D=C
15、C+1 1+b2b2 max max=A A=C C+1 1+b1b1E E max max=A A=C C+1 1+b1b1三）带的应力变更性质三）带的应力变更性质e e1.1.带中应力变更带中应力变更带绕一周带绕一周带的最大应力发生在紧边起先绕上小轮处（带的最大应力发生在紧边起先绕上小轮处（A A点）点）大小为：大小为：max=A=C+1+b1 max=A=C+1+b1 3.3.变应力对带的影响变应力对带的影响引起带的疲惫破坏（脱层和疲惫引起带的疲惫破坏（脱层和疲惫 断裂）断裂）2.2.带中应力变更性质带中应力变更性质周期性变更的循环变应力周期性变更的循环变应力e ea a maxmax
16、b2b2 1 1 c cb bc cd d b1b1 b2b2 2 2 c c 1 1 c c b1b1四四.带传动的失效形式和计算准则带传动的失效形式和计算准则2 2）疲疲惫惫破破坏坏（脱脱层层和和疲疲惫惫断断裂裂）max max 引引起失效起失效一）带传动一）带传动的失效形式的失效形式 1 1）过载打滑）过载打滑由由F F实传实传F Flimlim引起的失效引起的失效二）带传动的计算准则二）带传动的计算准则 带带传传动动的的计计算算准准则则是是：保保证证带带传传动动不不打打滑滑的的前前提提下下，充分充分发发挥挥带带的的传传动动实实力力，并并使使传传动动带带具具有有足足够够的的疲疲惫惫强强度
17、度和和寿命。寿命。即应满足：即应满足：不打滑条件：不打滑条件：F F实传实传疲劳强度条件：疲劳强度条件：13-3 V13-3 V带传动的设计带传动的设计kWkW同时满足两条件同时满足两条件的带传动功率：的带传动功率：式中：式中：由带的疲惫寿命确定的许用拉应力，由试验得出，由带的疲惫寿命确定的许用拉应力，由试验得出，在在108 108 109 109 次应力循环下，次应力循环下，V V带的许用应力为：带的许用应力为：式中：式中：CC由由V V带的材质和结构确定带的材质和结构确定 的试验常数的试验常数LdVLdV带的基准长度，带的基准长度，m m；jnVjnV带绕行一周时绕过带轮的数目带绕行一周时
18、绕过带轮的数目thVthV带的预期寿命，带的预期寿命，h h；mm指数，对一般指数，对一般V V带，带，m=11.1m=11.1。疲劳强度条件：疲劳强度条件：根根据据不打滑条件：不打滑条件：F F实传实传一在特定条件下，单根一在特定条件下，单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率P P1 1将将 、b b、c c 代入，取当量摩擦系数代入，取当量摩擦系数f=0.51,f=0.51,可得可得V V带带传动功率的计算公式：传动功率的计算公式：kW kW 载荷平稳载荷平稳 1 1=2 2=180=1800 0，即：，即：i=1=1L Ld d为特定长度为特定长度一）特定条件一）特定条件二）单根二）
19、单根V V带的基本额定功率带的基本额定功率P P1 1表表8-38-3P1P1可依据可依据V V带型号、小带轮直径带型号、小带轮直径d1d1及小轮转速及小轮转速n1n1由表由表8-38-3查出。查出。V带型号带型号特定长度特定长度Y450Z800A1700B2240C3750D6300E7100表表4-2 4-2 单单根一般根一般V V带带的基本的基本额额定功率定功率P1 P1 如：Z型V带、d1=80 mm、n1=1420 r/min时，P0=0.35 kWA型V带、d1=100 mm、n1=1420 r/min时，P0=1.31 kW带型d1 mmn n1 1 r/min r/min800
20、950120014501600Z Z630.150.200.220.180.230.260.220.270.300.250.300.350.270.330.397180A A75 0.450.680.83 1.00 1.19 0.51 0.770.95 1.15 1.37 0.600.931.14 1.39 1.66 0.68 1.07 1.32 1.611.92 0.73 1.151.42 1.742.07 90100112125100100A1.31142014208080Z0.35式中：式中：额定功率增量，考虑传动比额定功率增量，考虑传动比i1i1时，带在大带轮时，带在大带轮 上的弯曲应
21、力较小，在相同寿命的条件下，额定上的弯曲应力较小，在相同寿命的条件下，额定 功率可比功率可比i=1i=1时的传动功率大。根据时的传动功率大。根据V V带型号、带型号、n n1 1 及及i i查表。查表。当运用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系当运用条件与特定条件不符时，需引入附加项和修正系数。经过修正后单根数。经过修正后单根V带许用功率带许用功率P为：为：二二.实际运用条件下单根实际运用条件下单根V带的许用功率带的许用功率KK包角系数，考虑包角系数，考虑18001800时对传动实力影响，时对传动实力影响，依据小带轮包角依据小带轮包角11查表。查表。KL KL 长度系数，考虑带长不为特定
22、长度时对传动实长度系数，考虑带长不为特定长度时对传动实力力 的影响，的影响，KLKL依据依据V V带型号及基准带长带型号及基准带长LdLd查表；查表；表表4-3 4-3 单根普通单根普通V V带额定功率的增量带额定功率的增量 P P0 0 kWkW带带型型传传 动动 比比 i i带速带速m/sv1.001.011.021.041.051.081.091.121.131.181.191.241.251.341.351.511.521.992.0P1kWA A0.000.000.010.010.020.020.030.030.050.050.090.090.100.100.110.110.150.
23、150.170.170.190.190.240.240.290.292.556.78.31012.51517.520250.020.020.030.030.030.030.040.040.050.050.060.060.060.060.080.080.100.100.020.020.040.040.040.040.050.050.070.070.080.080.090.090.110.110.130.130.030.030.050.050.050.050.060.060.080.080.090.090.110.110.130.130.160.160.030.030.060.060.060.06
24、0.070.070.100.100.110.110.130.130.160.160.190.190.040.040.070.070.080.080.080.080.110.110.130.130.150.150.190.190.230.230.040.040.080.080.090.090.090.090.130.130.150.150.170.170.220.220.260.260.020.020.020.020.030.030.030.030.040.040.040.040.060.060.070.070.020.020.020.030.03 0.102.0v=7.44m/sA A表表8-
25、48-4查法如：查法如：i=3.62v=7.44m/sP=0.095 kw 0.1 kw A型带型带小轮包角小轮包角180175170165160155150145140135130125K10.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.84表表4-4 4-4 包角系数包角系数K K1520.924表表4-5 4-5 一般一般V V带带的基准的基准长长度系列和度系列和长长度系数度系数KLKL基准长度基准长度L Ld d mmmm 型型 号号 ZABC4004505005606307108009001000112012501400160018000.870.
26、890.910.940.960.991.001.031.061.081.111.141.161.180.850.870.890.910.930.960.991.010.820.840.860.880.900.920.950.830.86 如：如：L Ld d=1250 mm=1250 mmZ型带型带KL=1.11L Ld d=1800 mm=1800 mmA型带型带KL=1.0112501.11Z1800 1.01A三三.V.V带传动正常工作条件及提高带传动承载实力的措施带传动正常工作条件及提高带传动承载实力的措施一）一）V V带传动正常工作的条件带传动正常工作的条件原动机类型原动机类型工作机
27、的载荷性质工作机的载荷性质每天工作时间每天工作时间取值取值K KA A 工况系数，取决于工况系数，取决于 若出现P能传 Pc 时，则传动不能正常工作，必需实行措施提高V带传动承载实力。P VP V带传动须要传递的名义功率，一般为已知条件。带传动须要传递的名义功率，一般为已知条件。式中：式中：Z VZ V带的根数；带的根数；P Pcc V V带传动的计算功率；带传动的计算功率；二）提高二）提高V带传动承载实力的措施带传动承载实力的措施1.1.增加增加V V带根数：带根数：2.2.提高单根提高单根V V带带 的额定功率的额定功率PP 3.3.增大摩擦系数增大摩擦系数 f fv v铸铁带轮铸铁带轮皮
28、革带皮革带=0.595=0.595，f fv v铸铁带轮铸铁带轮胶带胶带=0.51=0.51；4.4.接受新型带：多楔带，齿形带。接受新型带：多楔带，齿形带。1 1传递的功率传递的功率P P，工作条件；，工作条件；2 2主、从动轮转速主、从动轮转速n n1 1和和n n2 2或传动比或传动比i i；3 3对传动位置和外部尺寸的要求。对传动位置和外部尺寸的要求。1 1确定带的型号、长度和根数，带轮直径，传动中心距；确定带的型号、长度和根数，带轮直径，传动中心距；2 2计算初拉力和作用在轴上的压力；计算初拉力和作用在轴上的压力；3 3带轮的材料选择及结构设计带轮的材料选择及结构设计。四一般四一般V
29、 V带传动的设计及参数选择带传动的设计及参数选择一）一般一）一般V V带传动设计的原始数据：带传动设计的原始数据：二）一般二）一般V V带传动设计内容：带传动设计内容：三）一般三）一般V V带传动设计步骤和选择参数：带传动设计步骤和选择参数：1 1确定计算功率确定计算功率P Pc c ：P Pc c=K KA AP P kW kW原动机类型原动机类型（如：（如：轻载启动轻载启动）工作机的载荷性质工作机的载荷性质（如：（如：载荷变动小载荷变动小）每天工作时间每天工作时间（如：（如：=8 8小时小时）由表查出由表查出K KA A=1.1=1.1工况系数工况系数K KA A根据根据工工况况K KA
30、A空轻载启动空轻载启动重载启动重载启动每天工作时间（每天工作时间（h）1616载荷变动最小载荷变动最小液体搅拌机等液体搅拌机等1.01.11.21.11.21.3载荷变动小载荷变动小带式运输机等带式运输机等1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大载荷变动较大起重机等起重机等1.21.31.41.41.51.6载荷变动最大载荷变动最大破碎机等破碎机等1.31.41.51.51.61.8轻载启动轻载启动Zmax12Zmax=4=43.4653.465取取4Zmax4Zmax=5=5设计计设计计算算项项目目设计计设计计算依据算依据结结 论论方案方案方案方案 单单位位长长度度质质量量q q（k
31、g/mkg/m）表表4-14-10.060.060.110.11单单根根V V带带的初拉力的初拉力F F0 0（N)N)55.355.3133.7133.7轴轴上的上的压压力力F FQ Q（N N）F FQ Q 2zF 2zF0 0sin(sin(1 1/2)/2)128112811020.71020.7设计设计方案方案评评价价考考虑传动结虑传动结构的构的紧紧凑性及合凑性及合理的理的V V带带根数等根数等 不好不好较好较好设计结果设计结果（方案（方案），），A1600GB/T17711996A1600GB/T17711996，4 4根；根；本章内容小结本章内容小结1.带传动的类型、结构及特点；带传动的类型、结构及特点；3.3.普通普通 V V带带 传动设计传动设计失效形式和计算准则；失效形式和计算准则；带轮结构设计。带轮结构设计。（省略）（省略）初拉力初拉力F0F0确定及维持；确定及维持；传动参数选择传动参数选择（重点）（重点）；2.带传动受力分析、运动分析及应力分析带传动受力分析、运动分析及应力分析（重点）（重点）作业：作业：8-2，8-5，8-7，8-20