《機械設計基礎》第十章-帶傳動

《機械設計基礎》第十章帶傳動

帶傳動是一種常用的機械傳動裝置，他的主要作用是傳遞轉矩和轉速。大部分帶傳動是依靠撓性傳動帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運動和動力的。10.1概述

組成：主動輪、從動輪、傳動帶和機架。10.1.1帶傳動的類型及應用1．按傳動原理分摩擦型帶傳動嚙合型帶傳動2．按傳動帶的截面形狀分（1）平帶平帶的截面形狀為矩形，內表面為工作面（2）V帶

V帶的截面形狀為梯形，兩側面為工作面（3）圓形帶橫截面為圓形，（4）多楔帶它是在平帶的基體上由多根V帶組成的傳動帶

（5）同步帶縱截面為齒形

10.1.2帶傳動的特點（1）帶有良好的彈性，可緩和沖擊和振動，傳動平穩(wěn)、噪音小。（2）過載時，帶在帶輪上打滑，對其它零件起安全保護作用。（3）結構簡單，制造、安裝和維護方便，成本較低。（4）能適應兩軸中心距較大的場合。（5）工作時有彈性滑動，傳動比不準確，傳動效率低。（6）外廓尺寸較大，結構不緊湊，帶的壽命短，作用在軸上的力大。（7）不宜用于易燃易爆場合。

一般情況下，帶傳動傳動的功率P≤100kW，帶速5～25m/s，平均傳動比i≤5，傳動效率為94%～97%。目前帶傳動所能傳遞的最大功率為700kW，高速帶的帶速可達60m/s。10.1.3V帶的結構和型號

標準普通V帶都制成無接頭的環(huán)形。其構造如圖所示。當V帶受彎曲時，帶中保持其原長度不變的周線稱為節(jié)線，由全部節(jié)線構成節(jié)面。帶的節(jié)面寬度稱為節(jié)寬（bd）,V帶受縱向彎曲時，該寬度保持不變。

普通V帶已標準化，其周線長度Ld為帶的基準長度。普通V帶兩側楔角φ為40°，相對高度約為0.7，并按其截面尺寸的不同將其分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。普通V帶橫截面尺寸（GB/T11544-1997）（單位：㎜）10.2帶傳動的工作情況分析10.2.1帶傳動的受力分析緊邊松邊張緊狀態(tài):工作狀態(tài):拉力增加→緊邊Ｆ0↗Ｆ1

緊邊拉力拉力減少→松邊Ｆ0↘Ｆ2

松邊拉力

帶兩邊拉力相等→張緊力Ｆ0帶兩邊拉力不相等（通過帶所受摩擦力分析得知）

有效圓周力F（N）、速度V（m/s）和傳遞功率P（KW）之間的關系為

設帶在工作前后總長不變，并考慮帶為彈性體，則緊邊拉力的增加量應等于松邊拉力的減少量?！啵?－Ｆ0＝Ｆ0－Ｆ2

即：2Ｆ0

＝Ｆ1＋Ｆ2

有效圓周力F的大小

松緊邊拉力差，即為帶傳動的有效圓周力F，在數(shù)值上F等于任一帶輪與帶接觸弧上的摩擦力的總和Ff，即

KW

最大有效圓周力

當帶在帶輪上即將打滑尚未打滑時，摩擦力達到臨界值，此時帶所能傳遞的有效圓周力亦達到最大值。臨界狀態(tài)下的F1與F2之間的關系可用著名的歐拉公式表示為：

fV

為當量摩擦系數(shù)，f為帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)；φ為帶的楔角；α為帶輪包角，rad；e為自然對數(shù)的底。根據前述幾個公式經整理后，可得出帶所能傳遞的最大有效圓周力為：

由式上式可知，帶所傳遞的圓周力F與下列因素有關：10.2.2帶傳動工作時的應力分析

帶是在變應力下工作，當應力較大，應力變化頻率較高時，帶將很快產生疲勞斷裂而失效，從而限制了帶的使用壽命。帶傳動工作時，帶所受應力有如下幾種：1．由緊邊拉力和松邊產生的拉應力緊邊拉應力松邊拉應力∵F1>F2

∴σ1＞σ22．由離心力產生的拉應力3．由帶彎曲產生彎曲應力

帶工作時總應力分布如圖所示。由圖可見，帶上的應力是變化的，最大應力發(fā)生在緊邊與小帶輪的接觸處。其最大應力為10.2.3帶傳動的彈性滑動和傳動比

由于帶是彈性體，工作時會產生產生彈性變形。當帶由緊邊繞經主動輪進入松邊時，它所受的拉力由F1逐漸減小為F2，帶因彈性變形變小而回縮，帶的運動滯后于帶輪，即帶與帶輪之間產生了局部相對滑動。導致帶速低于主動輪的圓周速度。相對滑動同樣發(fā)生在從動輪上，使帶的速度大于從動輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪之間的局部相對滑動，稱為彈性滑動。

彈性滑動和打滑是兩個完全不同的概念，打滑是過載引起的，因此可以避免。而彈性滑動時由于帶的彈性和拉力差引起的，是傳動中不可避免的現(xiàn)象。由上式可得帶傳動的傳動比為從動輪的轉速10.3普通V帶傳動的設計計算10.3.1帶傳動的失效形式和設計準則

由于帶傳動的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動的設計準則是在保證帶傳動不打滑的情況下，使帶具有一定的疲勞強度和壽命。10.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率

在帶的實際工作條件與上述特定條件不同時，需對P0進行修正。修正后即得與實際條件相符的單根普通V帶所能傳遞的功率，稱該功率為許用功率[P0]?！鱌0---功率增量，考慮傳動比i≠1時，帶在大輪上的彎曲應力較小，故壽命相同的條件下，可增大傳遞的功率。

Kα---包角修正系數(shù)，考慮α≠180°時，對傳動能力的影響。

KL---帶長度修正系數(shù)，考慮帶長與特定長度不同時對傳動能力的影響。10.3.3普通V帶傳動的設計方法和步驟

一.已知條件和設計的內容

已知條件：傳動用途、工作情況和原動機種類；傳遞的功率Ｐ，主、從動輪的轉速n1，n2(或傳動比)；其它要求，如外廓尺寸及安裝位置要求等。

設計內容：確定帶的型號、基準長度、根數(shù)；確定帶輪的材料、結構尺寸；確定傳動中心距及作用在軸上的力；初拉力和張緊方式。二.V帶傳動的設計步驟

1、確定計算功率PC2、選擇V帶型號3、確定帶輪的基準直徑d1

、d2

4、驗算帶速v5、計算中心距和帶長6、驗算小帶輪包角7、確定V帶根數(shù)8、計算初拉力F09、計算軸上壓力10．帶輪結構的設計1．確定計算功率KA---工作情況系數(shù)表10-7工作情況系數(shù)

2．選定V帶的型號根據計算功率和小帶輪的轉速，按圖10-10選擇普通V帶的型號。3．確定帶輪的基準直徑

為降低帶的彎曲應力，小帶輪的基準直徑d1應大于或等于該型號帶輪的最小直徑dmin。

大輪直徑由公式求得，并圓整，取標準系列值。表10-3V帶輪最小直徑及標準直徑系列5、計算中心距和帶長

初定中心距：如果中心距未給出，可按下式初選中心距a0

確定帶長：初定帶長L0可按下列幾何長度計算公式求得

根據初定的L0由表10-2選取相近的基準長度Ld。傳動的實際中心距可近似按下式確定：

L0=2a0+(d1+d2)+4、驗算帶速v

帶速v不能太大也不能太小，一般v應在5~25m/s范圍內。

6、驗算小帶輪包角

對于V帶，一般要求α1≥120°，否則，應增大中心距或加張緊輪。7、確定V帶的根數(shù)

為了使每根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜太多，通常取帶的根數(shù)小于10根。

初拉力F0的大小對帶傳動的正常工作及壽命影響很大。初拉力不足，易出現(xiàn)打滑；初拉力過大，則V帶壽命降低，壓軸力增大。8、計算初拉力F0式中PC——計算功率，kW；

Z——V帶的根數(shù)；

v——V帶速度，m/s；

Kα——包角修正系；

q——v帶每米長質量，kg/m。

由于新帶易松弛，所以對于非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的初拉力應為上述初拉力的1.5倍。

9、計算軸壓力V帶作用在軸上的壓力FQ一般可近似按兩邊的初拉力F0的合力來計算。FQ=2ZFo10．帶輪結構的設計

帶輪結構的設計根據帶輪槽型、槽數(shù)、基準直徑和軸的尺寸確定。參見本章10.4節(jié)部分或有關機械設計手冊。10.4V帶輪的設計10.4.1V帶輪的要求對于V帶輪設計的主要要求是：（1）質量輕、結構工藝性好。（2）無過大的鑄造內應力。（3）質量分布較均勻，轉速高時要進行動平衡試驗。（4）輪槽工作面表面粗糙度要合適，以減少帶的磨損。（5）輪槽尺寸和槽面角保持一定的精度，以使載荷沿高度方向分布10.4.2V帶輪的材料

帶輪的材料以鑄鐵為主，常用牌號為HT150、HT200。鑄鐵帶輪允許的最大圓周速度為25m/s，速度高于25m/s時，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接，小功率時可用鋁合金或工程塑料。

如圖所示，V帶輪由輪緣1、輪輻2、輪轂3三部分組成。輪緣是安裝傳動帶的部分，輪轂是與軸配合的部分，輪輻是連接輪緣和輪轂的部分。

V帶輪的典型結構有四種：實心式、腹板式、孔板式、輪輻式。其結構形式可根據帶輪基準直徑的大小來選擇。10.4.3V帶輪的結構

為保證變形后V帶仍能夠與帶輪的兩側面很好的接觸，帶輪的槽角一般小于帶的楔角，一般為32°、34°、36°和38°

帶輪的技術要求有：輪槽工作面不應有砂眼、氣孔，輪輻及輪轂不應有縮孔及較大凹陷，輪槽棱邊要倒圓或倒鈍。帶輪頂圓的徑向圓跳動和輪緣兩側面的端面圓跳動按公差等級IT11選取。10.5帶傳動的張緊、安裝和維護10.5.1帶傳動的張緊裝置

由于V帶工作一段時間后，會因永久性伸長而松弛，影響帶傳動的正常工作。為了保證帶傳動具有足夠的工作能力，應采用張緊裝置來調整帶的張緊力。①定期張緊（定期調整中心距）調整中心距②自動張緊（靠自重）利用張緊輪使帶張緊①定期張緊②自動張緊11.5.2帶傳動