第 8章 带传动
研究对象, 以普通 V带为主
研究内容, 带传动的工作原理、特点、应用
及标准,分析普通带传动的失效形式与设计
准则,设计的思路和方法,以及使用和维护
方面应注意的问题。
重点,普通带传动的设计计算
8.1 概述
如图所示,带传动一般是由 主动轮、从动轮,
紧套在两轮上的 传动带及机架 组成。当原动机
驱动主动带轮转动时,由于带与带轮之间摩擦
力的作用,使从动带轮一起转动,从而实现运
动和动力的传递。
1.带传动的组成
2.带传动的类型
按传动原理分,
( 1) 摩擦带传动,靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动,
如 V带传动、平带传动等;
( 2) 啮合带传动,靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相
啮合实现传动,如同步带传动。
按传动带的截面形状分
( 1) 平带,平带的截面形状为矩形,内表面为工作面 。
( 2) V 带,
截面形状为梯
形,两侧面为
工作表面。
( 4) 圆形带,横截面为圆形。
只用于小功率传动。
( 5) 齿形带(同步带),
( 3) 多楔带, 它是在平带基体上由多根 V带组成的传动带。
可传递很大的功率。
按传动带的截面形状分
按用途分
( 1) 传动带 传递动力用
( 2) 输送带 输送物品用 。
本章仅讨论传动带。
3.带传动的特点
能吸收振动,缓和冲击,传动平稳,噪音小;
过载时,带会在带轮上打滑,防止其他机件损坏,起到过
载保护作用;
结构简单,制造、安装和维护方便,成本低;
带与带轮之间存在一定的弹性滑动,故不能保证恒定的传
动比,传动精度和传动效率低;
由于带工作时需要张紧,带对带轮轴有很大的压轴力;
带传动装置外廓尺寸大,结构不够紧凑;
带的寿命较短,需要经常更换;
不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。
4.带传动的应用
摩擦带传动适
用于要求传动
平稳、传动比
要求不准确、
中小功率的远
距离传动。
8.2普通 V带和 V带轮
V带有普通 V带、窄 V带、宽 V带、汽车 V带、大楔角 V带等。
其中以普通 V带和窄 V带应用较广。
1.普通 V带的规格标准
普通 V带已标准化,按截面尺寸从小到大可分为 Y,Z,A,B、
C,D,E七种型号 。标准 V带都制成无接头的环形带,其横截面
结构如图所示。抗拉体的结构形式有帘布结构和绳芯结构。
带绕在带轮上时产生弯曲,外层受拉伸长,内层受压缩短,
内外层之间必有一长度不变的 中性层,其宽度 b p称为 节
宽 。 V带轮上与 b p相应的带轮直径 d d 称为 基准直径 。与
带轮基准直径相应的带的周线长度称为 基准长度,用 Ld表
示。两带轮轴线间的距离 a称为 中心距,带与带轮接触弧
所对应的中心角称为包角
1 2
2.V带带轮的结构设计
8.2 普通 V带和 V带轮
设计要求,
质量小且质量分布均匀;
足够的承载能力;
良好的结构工艺性;
轮槽工作面要精细加工,以减少带的磨损;
各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载
荷分布较为均匀等。
结构设计, 带轮由 轮缘、
腹板(轮辐)和轮毂 三部分
组成。轮缘是带轮的工作部
分,制有梯形轮槽。轮毂是
带轮与轴的联接部分,轮缘
与轮毂则用轮辐(腹板)联
接成一整体。 V带轮按腹板
结构的不同分为以下几种型
式,实心带轮、腹板带轮,
孔板带轮、轮辐带轮。
直径较小时可采用实心式;中等直径带轮采用腹板式;直
径大于 350mm时可采用轮辐式。 轮毂与轮辐尺寸按经验公式计算,
轮缘尺寸见表 8-5
8.2 普通 V带和 V带轮
8.2 普通 V带和 V带轮
3.V带带轮材料选择
带轮的材料, 带轮的材料主要采用铸铁,
常用材料的牌号为 HT150或 HT200,允许的
最大圆周速度为 25m/s; 转速较高时宜采
用铸钢 ( 或用钢板冲压后焊接而成 ) ;
小功率时可用铸铝或塑料 。
8.3 带传动的工作能力分析
1.带传动的受力分析
把一根或多根环形 V带张紧套装在主动轮 1
和从动轮 2上,使带与带轮的接触面间产生压力。
工作时,靠带与带轮间的摩擦力传递运动与动
力。在一定的条件下,摩擦力有一极限值,如
果工作阻力超过了摩擦力的极限值,带将在带
轮面上 打滑,带传动将不能正常工作。
为保证带传动正常工作,传动带必
须以一定的张紧力套在带轮上。当
传动带静止时,带两边承受相等的
拉力,称为初拉力 F0。 当传动带传
动时,由于带与带轮接触面之间摩
擦力的作用,带两边的拉力不再相
等,如图所示。一边被拉紧,拉力
由 F0增大到 F1,称为 紧边 ;一边被
放松,拉力由 F0减少到 F2,称为 松
边 。设环形带的总长度不变,则紧
边拉力的增加量 F1-F0应等于松边拉
力的减少量 F0-F2。
F1-F0=F0-F2
F0=( F1+F2) /2
带两边的拉力之差 F称为带传动的 有效拉力 。实际上 F
是带与带轮之间摩擦力的总和,在最大静摩擦力范围内,
带传动的有效拉力 F与总摩擦力相等,F同时也是带传动所
传递的 圆周力,即 F=F1-F2
带传动所传递的功率为, P=Fv/1000
式中 P为传递功率,单位为 KW;
F为有效圆周力,单位为 N;
V为带的速度,单位为 m/s。
在一定的初拉力 F0作用下,带与带轮接触面间摩擦力
的总和有一极限值。当带所传递的圆周力超过带与带轮接
触面间摩擦力的总和的极限值时,带与带轮将发生明显的
相对滑动,这种现象称为 打滑 。带打滑时从动轮转速急剧
下降,使传动失效,同时也加剧了带的磨损,应避免打滑。
2,传动带的应力分析
(1),由紧边和松边拉力产生的应力
?
?
?
?
?
?
?
?
?
A
F
A
F
2
2
1
1
?
?
式中,σ1—— 紧边拉应力,MPa;
σ2—— 松边拉应力; A为传动带的横截面积, mm2。
σ1和 σ2值不相等, 带绕过主动轮时, 拉力产生的应力由 σ1逐渐降
为 σ2, 绕过从动轮时又由 σ2逐渐增大到 σ1 。
(2),由离心力产生的应力
带绕过带轮做圆周运动时, 由于本身质量将产生离心力,
为平衡离心力在带内引起离心拉力 FC及相应的拉应力 σc。 设带
以速度 v(m/ s)绕带轮运动, 带中的离心拉应力 σc为
A
qv
c
2
??
式中,q—— 带每米长度的质量, kg/ m,其值见表 。
离心力引起的拉应力作用在带的全长上,且各处大小相等 。
(3),由带弯曲产生的应力
带绕过带轮时发生弯曲, 产生弯曲应力 σb(只发生绕在带轮
部分上 ),由材料力学公式可得
?
? 'hEb ?
式中,E— 带材料的弹性模量,MPa;
ρ— 曲率半径,mm;对 V带有,
dd
h′=ha
可见,带轮直径越小,带越厚,弯曲应力愈大。
2
dd??
带的弯曲应力
带中各截面上的应力大小, 如用自该处所作的径向线 (即
把应力相位转 90 ° )长短可画成如图所示的应力分布图 。 可见,
带在工作中所受的应力是变化的, 最大应力由紧边进入小带轮
处, 其值为
σmax=σ1+σc+σb1
在一般情况下, 弯曲应力最大, 离心应力较小 。 离心应力
随带速的增加而增加 。
显然处于变应力状态下工作的传动带, 当应力循环次数达
到某一值后, 带将发生疲劳破坏 。
图 带工作时应力变化
传动带是弹性体,受到拉力后会产生弹性伸长,伸长量随拉力
大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时,带的拉
力由 F1减小为 F2,其弹性伸长量也减小。带在绕过带轮的过程
中,相对于轮面向后收缩,带与带轮轮面间出现局部相对滑动,
导致带的速度逐步 小于 主动轮的圆周速度。
8.3 带传动的工作能力分析
3.带传动的弹性滑动和传动比
由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为 弹性滑动 。
当带由松边绕过从动
轮进入紧边时,拉力
增加,带逐渐被拉长,
沿轮面产生向前的弹
性滑动,使带的速度
逐渐 大于 从动轮的圆
周速度。
由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降
低率称为带传动的 滑动系数。
1 1 2 2 2 212
1 1 1 1 1
1d d d
dd
d n d n d nvv
v d n d n
??
?
?
??
? ? ? ?
考虑弹性滑动时的 传动比 为,
21
12
21
( 1 )
d
d
dn
i
nd ?
??
?
一般带传动的滑动系数,因值很小,
非精确计算时可以忽略不计。
02.0~01.0??
8.3 带传动的工作能力分析
弹性滑动和打滑是两个截然不同
的概念。打滑是指过载引起的全面滑
动,是可以避免的。而弹性滑动是由
于拉力差引起的,只要传递圆周力,
就必然会发生弹性滑动,所以弹性滑
动是不可以避免的。
8.3 带传动的工作能力分析
8.4 V带传动的设计
失效形式:打滑和疲劳断裂 。
设计准则:在保证不打滑的条件下,
应具有一定的疲劳强度和寿命。
1.单根 V带允许传递的功率
在包角 α =1800,特定带长、工作平稳的条件下,
单根普通 V带的基本额定功率 Po( 实验所得)见表。
当实际工作条件与确定 Po值的特定条件不同时,应对查
得的 Po值进行修正。修正后得实际工作条件下单根 V带所能
传递的功率 [Po],
LKKPPP ?)(][ 000 ???
P0 — 实验条件下单根普通 V带的基本额定功率 (kW),见表 ;
△ P0— i12=1时单根普通 V带额定功率 增量 (kW),见表 ;
Kα — 包角系数,见下表;
KL— 带长修正系数,见表;
已知条件一般为,
原动机的性能
传动用途
传递的功率
两轮的转速 n1,n2( 或传动比 i12)
工作条件及外廓尺寸要求等 。
2.V带传动的设计步骤和方法
设计内容,
确定普通 V带的型号, 基准长度 Ld和根数 z;
确定带轮的材料;
基准直径 dd1,dd2及结构尺寸;
确定传动的中心距 a;
计算初拉力 F0及作用在轴上的压力 FQ;
选择张紧装置 。
2.V带传动的设计步骤和方法
设计步骤和方法,
( 1) 确定计算功率
PKP Ac ?
Pc— 计算功率 (kW);
KA — 工作情况系数,查表 ;
P — 传递的额定功率 (kW)。
2.V带传动的设计步骤和方法
( 2)选择 V带的型号
根据计算功率 Pc和小带轮转速 n1,按下图选择普通 V带的型号。
设计步骤和方法,
一般取, 若过小则带的弯曲应力太大而
导致带的寿命降低;反之, 则带传动的外廓尺寸增
大 。 普通 V带轮 的最小基准直径如下,
1 m i ndddd?
2 1 2 1 ( 1 )ddd i d ???
带轮的基准直径、应符合带轮基准直径尺寸系列。
普通 V带轮的基准直径系列 20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56
63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150
160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 355 375 400
425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 900 1000…
设计步骤和方法,
( 3) 确定带轮的基准直径 dd1,dd2
大带轮的基准直
径由下式计算,
带型
d d min
Y Z A B C D E
20 50 75 125 200 355 500
( 4) 验算带速 v
11
6 0 1 0 0 0
d
dn
v
?
?
?
m/s
带速一般限制在 5— 25m/s之间。
dd1— 小带轮的基准直径 (mm);
n1— 小带轮的转速 (r/min)
设计步骤和方法,
初步确定中心距 a0,设计时如无特殊要求,可按下式
( 5) 确定中心距 a和带的基准长度 Ld
2
0 0 1 2 2 1 02 ( ) / 2 ( ) / 4d d d d dL a d d d d a?? ? ? ? ?
实际中心距 a, 考虑到安装、张紧的调整,将中心距设计
成可调式 a min=a-0.015Ld a max=a+0.03Ld
设计步骤和方法,
0.7(dd1+dd2)≤a 0≤2(d d1+dd2)
基准长度计算,由带传动的几何关系可得带的计算公式,
Ld0— 带的基准长度计算值,查表 选定带的基准长度 Ld。
( 6) 验算小带轮包角
1?
add dd /)(3.57180 121 ???????
一般要求,若不能满足,
可增大中心距或设置张紧轮。
?? 1 2 01?
设计步骤和方法,
( 7)确定带的根数 z
0 0 0
[ ] ( )
cc
L
PP
z
P P P K K
?
??
??
带的根数应取整数。为使各根带受力均匀,
带的根数不能太多,一般 2~ 5根为宜,最多不多
于 8~ 10根。否则应加大带轮基准直径或选择较大
型号的带,重新设计。
设计步骤和方法,
( 8)确定单根带的初拉力 F0
保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条
件。初拉力过小,则传动时摩擦力过小易打滑;过
大则降低带的寿命,并增大了轴和轴承的压力。单
根 V带的初拉力可按下式计算
2
0
( 2, 5 )
500 c
KP
F q v
K z v
?
?
?
? ? ?
N
q为每米带长的质量 (kg/m)
设计步骤和方法,
( 9)计算作用在带轮轴上的压力 FQ
为了设计轴和轴承,必须求出 V带作用在
轴上的压力。可按下式计算
012 s i n ( / 2 )QF z F ??
N
设计步骤和方法,
8.4 V带传动的张紧、安装和维护
1.带传动的张紧
调整中心距方式
采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力,使
带重新张紧。常见的有 滑道式和摆架式 两种结构。
滑道式
张紧轮方式
定期张紧
自动张紧
摆架式
8.4 V带传动的张紧、安装和维护
自动张紧
将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上,利用电动机的
自重,使带轮绕固定轴摆动,以自动保持张紧力 。
8.4 V带传动的张紧、安装和维护
当中心距不能调节时,可采用张紧轮将带张紧,如图所示。张
紧轮一般放在松边的内侧,使带只受单向弯曲,同时张紧轮还
应尽量靠近大轮,以免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮的
轮槽尺寸与带轮的相同,且直径小于小带轮的直径。
张紧轮方式
14.4 V带传动的张紧、安装和维护
(1) 安装 V带时, 应按规定的初拉
力张紧 。 对于中等中心距的带传
动, 也可凭经验安装, 带的张紧
程度以大拇指能将带按下 15mm为
宜 。 新带使用前, 最好预先拉紧
一段时间后再使用 。 严禁用其他
工具强行撬入或撬出, 以免对带
造成不必要的损坏 。
8.4 V带传动的张紧、安装和维护
(2) 安装带时, 两带轮轴线应相互平行, 其 V型槽对称平面应重合 。
2.带传动的安装
( 3)同组使用的带应型号相同,长度相等,以免各带受力不均。
3.带传动的维护
8.4 V带传动的张紧、安装和维护
( 1)要采用安全防护罩,以保障操作人员的安
全;同时防止油、酸、碱对带的腐蚀。
( 2)定期对带进行检查有无松驰和断裂现象,
如有一根松驰和断裂则应全部更换新带。
( 3)禁止给带轮上加润滑剂,应及时清除带轮
槽及带上的油污。
( 4)带传动工作温度不应过高,一般不超过 60。
( 5)若带传动久置后再用,应将传动带放松。
i12≠1 时单根普通 V带的额定功率增量△ P0
普通 V带的长度系列和带长修正系数 KL
工作情况系数 KA
单根普通 V带的基本额定功率 Po( KW)