機械基礎（少學時第3版） 課件 第12單元 帶傳動

第12單元

帶傳動

項目背景

在機械傳動中，當主動軸與從動軸相距較遠時，常采用帶傳動進行動力和運動的傳遞。

帶傳動裝置結構簡單、成本低廉、傳動中心距大，廣泛地應用于機械加工設備和帶式運輸機等設備的動力與運動傳遞中。圖12-1a所示為汽車風扇帶傳動裝置，發(fā)動機工作時，發(fā)動機曲軸通過帶傳動驅(qū)動風扇轉動，實現(xiàn)動力和運動傳遞。在保證帶具有足夠的承載能力的情況下，如何進行帶傳動類型的選擇以及帶傳動的結構、帶傳動的安裝與維護等知識將是本單元學習的內(nèi)容。圖12-1帶傳動應用實例1—主動輪2—從動輪3—傳動帶4—張緊輪

V帶與V帶輪帶傳動的認知帶傳動工作性能分析帶傳動的運行與維護內(nèi)容CONTENTS綜合項目分析

第12單元

帶傳動

第12單元帶傳動

知識目標

1.了解帶傳動的類型和特點，熟悉V帶標準和帶輪結構。2.掌握V帶傳動的工作原理、失效形式、設計準則及步驟。3.了解帶傳動的安裝、張緊和維護知識。

1.能識別常用帶傳動的類型、工作特性和應用工況。2.能依工況要求對V帶傳動進行承載分析。3.能完成帶傳動的運行和維護方法的選用。

能力目標

第12單元

帶傳動

素質(zhì)目標

1.學習中國古代帶傳動發(fā)展史，樹立文化自信。2.培養(yǎng)工程思維，強化國家標準和行業(yè)標準的嚴謹性和科學性。

1.帶傳動受力分析和帶的應力分析。

2.V帶傳動的維護。

學習重點和難點12.1帶傳動的認知12.1.1帶傳動的類型

帶傳動的組成：主、從動帶輪、傳動帶和機架組成。

根據(jù)傳動原理不同，帶傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動兩大類。

1.摩擦帶傳動

摩擦帶傳動：是利用傳動帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運動和動力的。摩擦帶傳動中，根據(jù)傳動帶截面形狀不同，可分為平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動和圓帶傳動。圖12-1帶傳動組成

(1)平帶傳動：平帶的橫截面為扁平矩形（見圖12-2），其工作面是與帶輪面相接觸的內(nèi)表面。平帶傳動結構簡單，加工方便，適用于中心距較大的場合。

(2)V帶傳動:V帶的橫截面為等腰梯形（見圖12-3），其工作面是帶與輪槽相接觸的兩側面。在相同的帶張緊程度下，V帶傳動的摩擦力要比平帶傳動約大70%，因而其承載能力比平帶傳動高。目前，大多數(shù)V帶已標準化，是應用最廣泛的帶傳動。圖12-2平帶傳動圖12-3V帶傳動12.1帶傳動的認知

(3)多楔帶傳動:帶的橫截面為多楔形（見圖12-4），是以平帶為基體、內(nèi)表面具有若干等距縱向V形楔的環(huán)形傳動帶，其工作面為楔的側面，具有平帶的柔軟、V帶摩擦力大的特點。多楔帶傳動常用于傳遞功率大、結構要求緊湊的場合。

(4)圓帶傳動:圓帶的橫截面為圓形，圓帶有圓皮帶、圓繩帶、圓錦綸帶等，主要用于

v<15m/s、

i=0.5～3的小功率傳動，如儀器和家用電器設備中。圖12-4多楔帶傳動圓帶傳動12.1帶傳動的認知2.嚙合帶傳動

嚙合帶傳動（見圖12-5）又稱同步帶傳動，它是靠帶上的齒與帶輪上的齒槽相嚙合來傳遞運動和動力的。同步帶工作時帶與帶輪之間不會產(chǎn)生相對滑動，能夠獲得準確的傳動比。它常用于數(shù)控機床、紡織機械中。圖12-5嚙合帶傳動同步帶傳動應用實例：汽車發(fā)動機12.1帶傳動的認知

12.1.2帶傳動的特點和應用1.帶傳動的優(yōu)點1)帶為有彈性的撓性體，能緩沖和吸收振動，傳動平穩(wěn)，噪聲小。2)有安全保護作用，過載時帶在小帶輪上打滑，可防止損壞其他零件。3)結構簡單，制造、安裝和維護方便，適用于中心距較大的傳動。

2.帶傳動的缺點1)由于帶與帶輪之間為彈性滑動，不能保證固定的傳動比；傳動的外廓尺寸大，需要張緊裝置。2)傳動效率低，一般平帶的傳動效率為0.83～0.98；V帶的傳動效率為0.87～0.96；壽命較短，使用壽命一般為2000～3000h。

3.帶傳動的應用

帶傳動主要用于中小功率電動機與工作機械之間，傳動比要求不嚴格的動力傳遞。目前，V帶傳動應用最廣，多用于高速級傳動，傳動比i≤7，速度為5～25m/s，傳動功率不超過50kW。12.1帶傳動的認知

☆基礎能力訓練1)根據(jù)日常觀察，試舉幾個帶傳動的應用實例，并說明其在機器中所起的作用。2)請查閱相關資料，確定汽車發(fā)動機、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)采用何種類型的帶傳動，并說明為什么。12.1帶傳動的認知

12.2.1V帶傳動的運動和幾何關系

基本概念（1）節(jié)線：V帶運行時，不伸長、不縮短的周線，稱為節(jié)線。

（2）節(jié)寬：全部節(jié)線組成帶的節(jié)面，帶的節(jié)面寬度稱為節(jié)寬，用bp表示。

V帶節(jié)面與V帶輪槽相配處的節(jié)寬bp與輪槽的基準寬度bp重合并相等。12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動簡圖

(3)基準直徑dd:

V帶輪的基準寬度處直徑稱為基準直徑，用dd表示。

(4)基準長度：V帶在規(guī)定的張緊力作用下，帶與帶輪基準直徑相配處的周線長度稱為基準長度，用Ld表示。

(5)帶輪包角：帶與帶輪接觸弧所對應的中心角稱為帶輪包角，用α表示。

(6)楔角α：α=40o12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動簡圖

1.V帶的運動（1）設主、從動輪的基準直徑為dd1、dd2（mm）；n1、n2為主、從動輪的轉速（r/min），兩輪的圓周速度分別為：

（2）彈性滑動概念：

由于帶的彈性伸縮引起的帶沿帶輪表面的滑動稱為彈性滑動。

（帶的彈性滑動是不可以避免的）12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動簡圖

由于彈性滑動的影響，從動輪的圓周速度

v2

將低于主動輪的圓周速度

v1，其降低量可用彈性滑動率ε來表示，即

由此得帶傳動的傳動比為：

在一般傳動中，ε=0.01~0.02，其值不大，可不予考慮。

傳動比可以簡化為：

12.2V帶與V帶輪V帶傳動工作原理2.V帶的幾何關系

（1）小帶輪包角α1：帶與小帶輪接觸弧所對應的中心角

（2）帶的基準長度Ld

式中：a—中心距，表示兩帶輪軸線之間的距離（mm）；

dd1、dd2—小、大帶輪的基準直徑；

Ld—帶的基準長度（mm）。12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動簡圖

普通V帶輪的基準直徑系列見表12-112.2V帶與V帶輪

V帶輪的最小基準直徑見表12-2，普通V帶的基準長度修正系數(shù)（KL）見表12-3。

12.2V帶與V帶輪12.2.2V帶構造及其截面尺寸

由頂膠、抗拉體、底膠和包布層組成。

（1）簾布芯結構：制造方便、抗拉強度高且型號多。

（2）繩芯結構：柔韌性好，抗彎強度高且壽命長。12.2V帶與V帶輪圖12-7V帶的結構圖

普通V帶的截面尺寸見表12-4，V帶楔角α=40°。

根據(jù)國家標準（GB/T11544—2012），普通V帶按截面尺寸由小到大有Y、Z、A、B、C、D和E七種型號。

普通V帶的標記由帶的型號、基準長度和標準號三部分組成。一般將普通V帶的標記壓印在帶的外表面上，以供識別。12.2V帶與V帶輪

項目12-1

請說明A1400GB/T11544—2012V帶所表示的含義。A1400GB/T11544—2012表示為A型普通V帶，基準長度為1400mm，標準號為GB/T11544，2012年頒布。12.2V帶與V帶輪12.2.3V帶輪的輪槽結構及其截面尺寸V帶輪輪槽的結構如圖12-8所示，其截面尺寸見表12-5。

普通V帶兩側面的夾角為40°,V帶在帶輪上發(fā)生彎曲，底膠壓縮，頂膠拉伸，導致截面形狀發(fā)生改變，即使其夾角變小。為了使V帶仍能壓緊在帶輪輪槽兩側，產(chǎn)生足夠的摩擦力，需將V帶輪輪槽夾角減小，規(guī)定為32°、34°、36°和38°。12.2V帶與V帶輪圖12-8V帶輪的輪槽結構V帶輪輪槽的結構如圖12-8所示，其截面尺寸見表12-5。

12.2V帶與V帶輪12.2.4帶輪的結構和尺寸

（1）V帶輪的組成：輪緣、腹板和輪轂三部分組成。

普通V帶輪的輪槽尺寸見表12-5。V帶輪按腹板的不同分為：S型、P型、H型和E型。

（2）普通V帶輪的結構

實心式、輻板式、孔板式、輪輻式帶輪12.2V帶與V帶輪圖12-8V帶輪的輪槽結構1）當帶輪基準直徑dd≤（2.5～3）d0（d0

為軸的直徑，單位為mm）時，可采用S型實心式結構，如圖12-9a所示；2）當2.5d0≤dd≤300mm時，帶輪常采用P型腹板式帶輪結構，如圖12-9b所示；

圖12-9帶輪結構12.2V帶與V帶輪a)實心式結構b)腹板式結構

3）當dd≤300mm，同時D1-d1≥100mm時，帶輪通常采用H型孔板式結構，如圖12-9c所示；4）當dd≥300mm時，帶輪常采用E型輪輻式帶輪結構，如圖12-9d所示。圖12-9帶輪結構12.2V帶與V帶輪c)孔板式結構d)輪輻式結構12.2.5V帶輪的制造工藝和材料

V帶輪應滿足的要求有：質(zhì)量小、結構工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應力、質(zhì)量分布均勻。

1.當5m/s<v<30m/s時，要進行靜平衡試驗；轉速高，v>30m/s時，要進行動平衡試驗；輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般為Ra3.2），以減少帶的磨損；各輪槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。

2.帶輪的材料：主要采用鑄鐵、鑄鋼、鋁合金和工程塑料等，其中灰鑄鐵應用最廣。當帶速v<25m/s時，采用HT150；v>25～30m/s時，采用HT200；轉速較高時宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時可用鑄鋁或工程塑料。12.2V帶與V帶輪12.3.1帶傳動中帶的受力分析

帶以一定的初拉力

F0

張緊在兩帶輪上，使帶與帶輪接觸面間產(chǎn)生正壓力（見圖12-10a）。

帶在傳動過程中，由于帶和帶輪之間摩擦力的作用，使帶兩邊的拉力發(fā)生了變化，緊邊拉力由F0增加到F1，而松邊拉力由

F0

減小到

F2（見圖12-10b）。

1.緊邊與松邊拉力差（F1–F2）為傳遞動力作用的拉力，稱為有效拉力

F，有效拉力

F

大小等于帶與小帶輪之間形成的摩擦帶的緊邊拉力和松邊拉力之差為傳遞動力作用的拉力，稱為有效圓周力，記作F：

12.3帶傳動工作性能分析圖12-10帶傳動的受力分析

2.帶傳動的傳遞功率、有效拉力和帶速之間的關系為

式中：F—有效拉力（N）

；v—帶的速度（m/s）

3.有效拉力超過帶與帶輪間的極限摩擦力總和引起帶在小帶輪上的全面滑動稱為打滑。當帶有打滑趨勢時，摩擦力即達到極限值

12.3帶傳動工作性能分析圖12-10帶傳動的受力分析

緊邊拉力

F1和松邊拉力

F2、最大有效拉力Fmax

和預緊力

F0之間有下列關系：

式中：e—自然對數(shù)的底，e≈2.718；fv—當量摩擦系數(shù)，fv=fsin(φ/2)；fv=f/sin20o≈3f

α1—小帶輪上的包角，rad。

帶不打滑的條件是：需傳遞的有效拉力F

應小于或等于最大有效拉力

Fmax。12.3帶傳動工作性能分析圖12-10帶傳動的受力分析

影響最大有效拉力Fmax的因素有：

(1)初拉力F0：最大有效拉力Fmax與初拉力F0成正比。F0越大，帶傳遞載荷的能力就越強，但F0不宜過大，否則會因過分拉伸而降低帶的壽命，同時作用在軸上的壓力也增大。

(2)小帶輪包角α1：α

1

越大，帶與帶輪間產(chǎn)生的摩擦力就越大，傳遞載荷的能力就越強。水平傳動時，為了增大帶包角，常將松邊放在帶的上方。

(3)當量摩擦系數(shù)

fv：當量摩擦系數(shù)

fv越大，F(xiàn)max

也就越大，帶傳遞載荷的能力就越強。當量摩擦系數(shù)與帶和帶輪的材料表面情況有關。12.3帶傳動工作性能分析

☆基礎能力訓練

如果你家洗衣機的傳動帶與帶輪之間發(fā)生了打滑現(xiàn)象，請問你可以采取哪幾種措施避免？12.3帶傳動工作性能分析

12.3.2帶傳動中帶的應力分析

帶工作時所受的應力:有工作拉應力、離心拉應力和彎曲應力。

1.工作拉應力

緊邊拉應力:R1=

F1/S

松邊拉應力:R2=F2/S

式中:S

為帶的橫截面積（mm2）

R1、R2分別為緊邊和松邊上的拉應力（MPa）

F1、F2分別為緊邊和松邊上的拉力（N）。

帶在繞過主動輪時，拉應力由R1

逐漸降為R2，在繞過從動輪時，則由R2又增加至R1。12.3帶傳動工作性能分析圖12-11帶的應力狀態(tài)圖

2.離心拉應力

帶沿圓周運動時，由于離心力作用，引起帶的截面上的離心拉應力

Rc

為:

式中:m—傳動帶單位長度質(zhì)量（kg/m），各種型號V帶的

m

值見表12-4；

v

—傳動帶的速度（m/s）。

12.3帶傳動工作性能分析圖12-11帶的應力狀態(tài)圖

3.彎曲應力

繞過大、小帶輪上的傳動帶，由于兩帶輪直徑不相等，帶的彎曲變形程度也不同，因而通過兩帶輪時產(chǎn)生的彎曲應力也不相等。帶的彎曲應力為

式中:E—膠帶的彈性模量（MPa）；

h為帶的高度（mm）；

dd1、dd2

分別為小帶輪和大帶輪的基準直徑（mm）；

Rb1、Rb2

分別為小帶輪和大帶輪上帶的彎曲應力（MPa）。12.3帶傳動工作性能分析圖12-11帶的應力狀態(tài)圖

4.帶的最大應力

Rmax發(fā)生在繞入小帶輪處，Rmax值為：5.為了保證帶具有足夠的疲勞強度，帶的疲勞強度條件應滿足：

式中，

[σ]為帶的許用應力，它是在大小兩帶輪的包角均為180°、規(guī)定帶長和應力循環(huán)次數(shù)、載荷平穩(wěn)等條件下通過試驗確定的。12.3帶傳動工作性能分析圖12-11帶的應力狀態(tài)圖Rmax=R1+Rb1+RcRmax=R1+Rb1+Rc≤[σ]

12.3.3V帶傳動的失效形式及設計準則1.V帶傳動的失效形式

V帶傳動的主要失效形式:是帶在小帶輪上打滑和帶的疲勞破壞。而帶的疲勞破壞包括脫層、撕裂和拉斷。

2.V帶傳動的設計準則

V帶傳動的設計準則是：在保證帶與帶輪間不發(fā)生打滑的條件下，帶在一定時限內(nèi)不發(fā)生疲勞損壞。12.3帶傳動工作性能分析

3.原始數(shù)據(jù)與設計內(nèi)容

原始數(shù)據(jù)：已知傳動的工作情況，傳遞的功率

P，兩輪的轉速

n1、n2（或傳動比

i）以及空間尺寸要求等。

設計內(nèi)容：確定

V

帶的型號、基準長度

Ld、帶的根數(shù)z、傳動中心距、帶輪的基準直徑及帶輪結構等。12.3帶傳動工作性能分析

12.4.1帶傳動的張緊與調(diào)整

帶傳動運轉一定時間后，會因為塑性變形和磨損而松弛。為了確保帶傳動正常工作，應定期檢查帶的松弛程度，采取相應的補救措施。常用的張緊方法有調(diào)整中心距和采用張緊輪裝置兩種。

1.調(diào)整中心距12.4帶傳動的運行與維護圖12-12帶的張緊方式—調(diào)整中心距

2.采用張緊輪裝置

注意：張緊輪應置于松邊的內(nèi)側且靠近大帶輪處。12.4帶傳動的運行與維護圖12-13帶的張緊方式—采用張緊輪裝置

12.4.2帶傳動的安裝與維護

帶傳動在安裝和使用時應注意以下幾個方面的事項：1)新舊V帶、不同廠家生產(chǎn)的V帶不能同組混用，以免各帶受力不均勻。新帶使用前，

最好預先拉緊一段時間后再使用。