第7章 帶傳動(dòng)

1、第第7章章 帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)7.1 概述概述 7.2 V帶的標(biāo)準(zhǔn)及帶輪的結(jié)構(gòu)帶的標(biāo)準(zhǔn)及帶輪的結(jié)構(gòu)7.3 帶傳動(dòng)的工作原理帶傳動(dòng)的工作原理 7.4 普通普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 7.1概述 帶傳動(dòng)是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)形式，它的主要作用帶傳動(dòng)是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)形式，它的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。大部分帶傳動(dòng)是依靠撓性傳動(dòng)是傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。大部分帶傳動(dòng)是依靠撓性傳動(dòng)帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。本章將對帶帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。本章將對帶傳動(dòng)的工作情況進(jìn)行分析，并給出帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和傳動(dòng)的工作情況進(jìn)行分析，并給出帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和計(jì)算方法。重點(diǎn)介紹計(jì)算方法。重點(diǎn)介紹V

2、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 如圖7-1所示，帶傳動(dòng)一般是由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶及機(jī)架組成。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶與帶輪之間摩擦力的作用，使從動(dòng)帶輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。 圖圖7-1主動(dòng)輪主動(dòng)輪從動(dòng)輪從動(dòng)輪傳動(dòng)帶傳動(dòng)帶7.1.1、帶傳動(dòng)的特點(diǎn) (1) 帶傳動(dòng)是通過中間撓性件帶傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的, 傳動(dòng)帶具有良好的彈性, 有緩沖和吸振作用， 因此帶傳動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn), 噪音小。 (2) 帶傳動(dòng)可用于中心距較大的兩軸間的傳動(dòng)。 其結(jié)構(gòu)簡單, 制造、 安裝、 維護(hù)方便。 (3) 對于摩擦型帶傳動(dòng), 過載時(shí)帶和帶輪面間發(fā)生打滑, 可防止其他零件破壞, 故對系統(tǒng)

3、具有保護(hù)作用。 (4) 在摩擦帶傳動(dòng)中， 帶與帶輪接觸面間有相對滑動(dòng), 不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比, 對軸和軸承的壓力較大, 傳動(dòng)效率低, 帶的壽命較短, 傳動(dòng)的外廓尺寸較大。 7.1.2、帶傳動(dòng)的類型、帶傳動(dòng)的類型 1.按傳動(dòng)原理分（1）摩擦帶傳動(dòng) 靠傳動(dòng)帶與帶輪間的摩擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，如V帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)等；（2）嚙合帶傳動(dòng) 靠帶內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪外緣上的齒槽相嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，如同步帶傳動(dòng)。2.按用途分（1）傳動(dòng)帶 傳遞動(dòng)力用（2）輸送帶 輸送物品用。本章僅討論傳動(dòng)帶3. 按傳動(dòng)帶的截面形狀分（1）平帶 平帶的截面形狀為矩形, 內(nèi)表面為工作面, 主要用于兩軸平行, 轉(zhuǎn)向相同的較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。如圖7-2所示

4、圖 7-2平帶實(shí)物平帶實(shí)物（2）V帶： V帶的截面形狀為梯形, 兩側(cè)面為工作面, 帶輪的輪槽截面也為梯形。 根據(jù)斜面的受力分析可知, 在相同張緊力和相同摩擦系數(shù)的條件下, V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶的摩擦力大,所以, V帶傳動(dòng)能力強(qiáng), 結(jié)構(gòu)更緊湊, 在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛。如圖7-3所示圖 7-3V帶實(shí)物帶實(shí)物（3）多楔帶：多楔帶是平帶基體上有若干縱向楔形凸起, 如圖7-4(b)所示, 它兼有平帶和V帶的優(yōu)點(diǎn)且彌補(bǔ)其不足, 多用于結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)中。 圖圖7-4（a）（b）多楔帶實(shí)物（4）圓形帶：圓形帶的截面形狀為圓形, 如圖7 - 5所示, 僅用于如縫紉機(jī)、 儀器等低速小功率的傳動(dòng)。圖 7

5、-5（5）齒形帶（同步帶）： 同步齒形帶即為嚙合型傳動(dòng)帶, 如圖7 - 6所示。 同步帶內(nèi)周有一定形狀的齒。 圖 7-6 同步帶傳動(dòng) 同步帶實(shí)物傳動(dòng)帶實(shí)物傳動(dòng)帶實(shí)物7.2 V帶的標(biāo)準(zhǔn)及帶輪的結(jié)構(gòu)帶的標(biāo)準(zhǔn)及帶輪的結(jié)構(gòu)7.2.1、普通V帶標(biāo)準(zhǔn)： 普通V帶應(yīng)用最廣，其截面呈楔角等于40的梯形，相對高度h/bp0.7，工作面是帶的兩側(cè)面，帶與輪槽底部應(yīng)有間隙?？紤]到V帶張緊后產(chǎn)生的橫向收縮變形，小帶輪槽角=32、34、36、38。普通V帶的規(guī)格尺寸、性能、測量方法及使用要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化。普通V帶按截面大小分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，各型號(hào)代表的截面尺寸及具有的長度查表7-1。 表7 - 1

6、 普通V帶截面尺寸和單位帶長質(zhì)量(GB/T 11544-1992) V帶實(shí)物帶實(shí)物7.2.2、V帶的結(jié)構(gòu)帶的結(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖如圖7-7所示。強(qiáng)力層的結(jié)構(gòu)形式有簾布結(jié)構(gòu)和線所示。強(qiáng)力層的結(jié)構(gòu)形式有簾布結(jié)構(gòu)和線繩結(jié)構(gòu)。繩結(jié)構(gòu)。圖圖7-77.2.3普通普通V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的結(jié)構(gòu)1、V帶輪的設(shè)計(jì)要求帶輪的設(shè)計(jì)要求 質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡；輪槽工作面要精細(xì)加分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工工(表面粗糙度一般應(yīng)為

7、表面粗糙度一般應(yīng)為3.2)，以減小帶的磨損；各槽的尺寸，以減小帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻。和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻。 2帶輪的材料帶輪的材料 帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為HT150或或HT200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼(或用鋼板沖壓后焊接而成或用鋼板沖壓后焊接而成)；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。 3、V帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。輪緣是帶輪的工作部分，制有梯形輪槽。輪槽尺

8、輪緣是帶輪的工作部分，制有梯形輪槽。輪槽尺寸見表。輪轂是帶輪與軸的聯(lián)接部分，輪緣與輪寸見表。輪轂是帶輪與軸的聯(lián)接部分，輪緣與輪轂則用輪輻（腹板）聯(lián)接成一整體。轂則用輪輻（腹板）聯(lián)接成一整體。 實(shí)心帶輪實(shí)心帶輪V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：（1）實(shí)心帶輪）實(shí)心帶輪（2）腹板帶輪）腹板帶輪腹板帶輪腹板帶輪（3）孔板帶輪）孔板帶輪孔板帶輪孔板帶輪（4）輪輻帶輪。）輪輻帶輪。輪輻帶輪輪輻帶輪7.3帶傳動(dòng)的工作原理帶傳動(dòng)的工作原理7.3.1帶傳動(dòng)的受力分析帶傳動(dòng)的受力分析1.初拉力初拉力 為保證帶傳動(dòng)正常工作，傳動(dòng)帶必須以一定的為保證帶傳動(dòng)

9、正常工作，傳動(dòng)帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。當(dāng)傳動(dòng)帶靜止時(shí)，帶兩邊承受張緊力套在帶輪上。當(dāng)傳動(dòng)帶靜止時(shí)，帶兩邊承受相等的拉力，稱為初拉力相等的拉力，稱為初拉力F0，如圖，如圖7-8所示。所示。圖圖 7-8 不工作時(shí)不工作時(shí) 當(dāng)傳動(dòng)帶傳動(dòng)時(shí)，由于帶與帶輪接觸面之間摩當(dāng)傳動(dòng)帶傳動(dòng)時(shí)，由于帶與帶輪接觸面之間摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等，如圖擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等，如圖7-9所所示。一邊被拉緊，拉力由示。一邊被拉緊，拉力由F0增大到增大到F1，稱為緊邊；，稱為緊邊；一邊被放松，拉力由一邊被放松，拉力由F0減少到減少到F2，稱為松邊。設(shè)環(huán)，稱為松邊。設(shè)環(huán)形帶的總長度不變，則緊邊拉力的增

10、加量形帶的總長度不變，則緊邊拉力的增加量F1-F0應(yīng)應(yīng)等于松邊拉力的減少量等于松邊拉力的減少量F0-F2。 F1-F0=F0-F2 F0=（F1+F2）/2圖圖 7-9 工作時(shí)工作時(shí)2.有效拉力 帶兩邊的拉力之差F稱為帶傳動(dòng)的有效拉力。實(shí)際上F是帶與帶輪之間摩擦力的總和，在最大靜摩擦力范圍內(nèi)，帶傳動(dòng)的有效拉力F與總摩擦力相等，F(xiàn)同時(shí)也是帶傳動(dòng)所傳遞的圓周力，即 F=F1-F2 (7 - 1)帶傳動(dòng)所傳遞的功率為 P=Fv/1000 (7 - 2)式中, P為帶傳遞功率, 單位為kW； v為帶速, 單位為m/s。 當(dāng)帶速一定時(shí), 傳遞功率P愈大, 則有效拉力F愈大, 所需帶與輪面間的摩擦力也愈大

11、。 當(dāng)功率一定時(shí), 轉(zhuǎn)速愈高, 帶的有效拉力就愈小。 設(shè)帶的總長度不變, 則工作時(shí)緊邊增加的長度與松邊減少的長度相等； 緊邊增加的拉力與松邊減小的拉力相等。 即 F1-F0=F0-F2 所以 F1+F2 =2F0（7-3） 在一定的初拉力F0作用下，帶與帶輪接觸面間摩擦力作用下，帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和有一極限值。當(dāng)帶所傳遞的圓周力超過帶與帶輪接的總和有一極限值。當(dāng)帶所傳遞的圓周力超過帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和的極限值時(shí)，帶與帶輪將發(fā)生明顯的觸面間摩擦力的總和的極限值時(shí)，帶與帶輪將發(fā)生明顯的相對滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為打滑。帶打滑時(shí)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急劇相對滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為打滑。帶打滑時(shí)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急

12、劇下降，使傳動(dòng)失效，同時(shí)也加劇了帶的磨損，應(yīng)避免打滑。下降，使傳動(dòng)失效，同時(shí)也加劇了帶的磨損，應(yīng)避免打滑。 3.帶傳動(dòng)的最大摩擦力有效拉力的臨界值 當(dāng)傳動(dòng)帶和帶輪間有全面滑動(dòng)趨勢時(shí)，摩擦力達(dá)到最大值，即有效圓周力達(dá)到最大值。此時(shí)，緊邊拉力和松邊拉力之間的關(guān)系可用歐拉公式表示，即 （7-4）（7-5）（7-6）7.3.2 帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析 帶傳動(dòng)工作時(shí)帶傳動(dòng)工作時(shí),帶中的應(yīng)力由以下三部分組成帶中的應(yīng)力由以下三部分組成1. 帶的拉力產(chǎn)生的緊邊拉應(yīng)力1和松邊拉應(yīng)力2為AFAF2211式中, A為帶的橫截面面積, 單位為mm2。 2. 帶的離心力產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力 由于帶本身的質(zhì)量, 帶

13、繞過帶輪時(shí)隨著帶輪作圓周運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生離心力。 離心力將使帶受拉, 在截面產(chǎn)生離心拉應(yīng)力Aqc2式中, c為離心拉應(yīng)力, 單位為MPa； v為帶速, 單位為m/s； q為帶單位長度上的質(zhì)量, 單位為kg/m, 見表7 - 1。 表7 - 1 普通V帶截面尺寸和單位帶長質(zhì)量(GB/T 11544-1992) 3. 帶的彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 彎曲時(shí)橫截面上的正應(yīng)力分布規(guī)律如圖7-10所示受拉力中性軸受壓力bMhMMoyMyoh(b)(a)z圖7-10傳動(dòng)帶繞經(jīng)帶輪時(shí)要彎曲, 其彎曲應(yīng)力可近似按下式確定：dbdEh式中, E為帶的彈性模量, 單位為MPa； h為帶的厚度, 單位為mm； dd為帶輪的基準(zhǔn)直

14、徑, 單位為mm。 圖示7-11為帶工作時(shí)的應(yīng)力分布情況, 各截面的應(yīng)力大小由該處引出的帶的法線長短表示。 最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊和小輪接觸處, 其值為 max=1+c+b1 (7 - 7) 由圖7-11可知, 帶在工作過程中, 其應(yīng)力是在min=2+c與max=1+c+b1之間不斷變化的, 因此, 帶經(jīng)長期運(yùn)行后會(huì)發(fā)生疲勞破壞。 max=1+c+b1圖圖 7-11為保證帶具有足夠的疲勞強(qiáng)度, 應(yīng)滿足 max=1+c+b1 式中, 為根據(jù)疲勞壽命決定的帶的許用應(yīng)力, 其單位為MPa, 其值由疲勞實(shí)驗(yàn)得出。 疲勞破壞是指材料在交變應(yīng)力作用下的破壞. 7.3.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比1. 彈性滑動(dòng)傳

15、動(dòng)帶是彈性體，受到拉力后會(huì)產(chǎn)生彈性伸長，伸長量隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞過主動(dòng)輪進(jìn)入松邊時(shí)，帶的拉力由F1減小為F2,其彈性伸長量也由1減小為2。這說明帶在繞過帶輪的過程中，相對于輪面向后收縮了（1-2），帶與帶輪輪面間出現(xiàn)局部相對滑動(dòng)，導(dǎo)致帶的速度逐步小于主動(dòng)輪的圓周速度，如圖7-12示。同樣，當(dāng)帶由松邊繞過從動(dòng)輪進(jìn)入緊邊時(shí)，拉力增加，帶逐漸被拉長，沿輪面產(chǎn)生向前的彈性滑動(dòng)，使帶的速度逐漸大于從動(dòng)輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而產(chǎn)生的帶與帶輪間的滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)彈性滑動(dòng)。從動(dòng)輪從動(dòng)輪主動(dòng)輪主動(dòng)輪松邊松邊緊邊緊邊圖圖 7-12這種由于帶的彈性和拉力差而引起的帶與帶輪之間的局部相對滑

16、動(dòng)稱彈性滑動(dòng)。 所以, 帶工作時(shí)彈性滑動(dòng)是不可避免的。 由上述可知, 由于彈性滑動(dòng)的存在, 導(dǎo)致從動(dòng)輪的圓周速度v2低于主動(dòng)輪的圓周速度v1, 其降低程度用滑動(dòng)率表示:112211112211121ndndndndndnddddddd考慮彈性滑動(dòng)影響而得出的傳動(dòng)比公式表示如下： )1 (1221ddddnni式中, n1、 n2為主、 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速, 單位為r/min； dd1、 dd2為主、 從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑, 單位為mm。 （7-8）表 7 - 2 彈性滑動(dòng)和打滑的區(qū)別 7.4 普通普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)7.4.1. 帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和帶的疲勞斷裂。

17、因此, 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為: 在保證不打滑的條件下, 帶有一定的疲勞強(qiáng)度。 7.4.2. 單根V帶的基本額定功率 單根V帶所能傳遞的功率與帶的型號(hào)、 長度、 帶速、 帶輪直徑、 包角大小及載荷性質(zhì)等有關(guān)。 為便于設(shè)計(jì), 將實(shí)驗(yàn)測得的在載荷平穩(wěn)、 包角為180及特定長度條件下的單根V帶在保證不打滑并具有一定壽命時(shí)所能傳遞的功率P0稱為基本額定功率, 依此作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。 各種型號(hào)V帶的P0值見表7 - 3。 表7 - 3 單根V帶的基本額定功率 (略）當(dāng)實(shí)際使用條件與實(shí)驗(yàn)條件不符時(shí), 表7 - 3中的P0值應(yīng)當(dāng)加以修正, 修正后即得實(shí)際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率, 稱為許用功率P0。 P0

18、的計(jì)算公式為 P0=(P0+P0)KKL (7 - 9)式中, K為包角系數(shù), 考慮不同包角對傳動(dòng)能力的影響, 其值見表7 - 4； KL為長度系數(shù), 考慮不同帶長對傳動(dòng)能力的影響, 其值見表7 - 5； P0為功率增量, 單位為kW, 考慮傳動(dòng)比i1時(shí)帶在大帶輪上的彎曲應(yīng)力較小, 從而使P0值有所提高, 見表7 - 6。 表7- 6 單根普通V帶i1時(shí)額定功率的增量（略）表 7 4 包 角 系 數(shù) K表7 - 5 普通V帶的長度系列和帶長修正系數(shù)7.4.3. 設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí), 一般已知條件是傳動(dòng)的用途、 工作條件、 傳遞的功率、 主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速(或傳動(dòng)比)、 傳動(dòng)的位置要求及原動(dòng)機(jī)

19、類型等； 設(shè)計(jì)的內(nèi)容是確定V帶的型號(hào)、 長度和根數(shù), 傳動(dòng)中心距, 帶輪的材料、 結(jié)構(gòu)和尺寸,作用于軸上的壓力等。 設(shè)計(jì)步驟如下: (1) 確定計(jì)算功率Pc： Pc=KAP (7 - 10) 式中, KA為工況系數(shù), 見表7 - 7； P為傳遞名義功率(如電動(dòng)機(jī)的額定功率), 單位為kW。 表7 - 7 工 況 系 數(shù) KA(2) 選擇帶的型號(hào)。 帶的型號(hào)可根據(jù)計(jì)算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖7 - 13選取。 臨近兩種型號(hào)的交界線時(shí), 一般選小型號(hào), 或按兩種型號(hào)同時(shí)計(jì)算, 分析比較后決定取舍。 (3) 確定小帶輪直徑dd1。 帶輪直徑愈小, 傳動(dòng)所占空間愈小, 但彎曲應(yīng)力愈大, 帶愈易疲勞

20、。 表7 - 8列出了普通V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑。 設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)使小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1ddmin。 圖圖7-13表7 - 8 普通V帶輪最小基準(zhǔn)直徑 (4) 驗(yàn)算帶速v。 普通V帶質(zhì)量較大, 帶速較高, 會(huì)因慣性離心力過大而降低帶與帶輪間的正壓力, 從而降低摩擦力和傳動(dòng)能力； 帶速過低, 則在遞相同功率的條件下所需有效拉力F較大, 要求帶的根數(shù)較多。 一般以v=(525) m/s為宜。 帶速的計(jì)算公式為2111060ndd（7-11）(5) 確定大帶輪基準(zhǔn)直徑 1212dddnnddd2、 dd1通常按表7 - 8推薦的基準(zhǔn)直徑系列進(jìn)行調(diào)整。 （7-12）表 7 - 8 帶輪基準(zhǔn)直徑dd系列(6) 確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld。 當(dāng)中心距較小時(shí), 傳動(dòng)較為緊湊, 但帶長也減小, 在單位時(shí)間內(nèi)帶繞過帶輪的次數(shù)增多, 即帶內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增加, 會(huì)加速帶的疲勞； 而中心距過大時(shí), 傳動(dòng)的外廓尺寸大, 且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易引起帶的顫動(dòng), 影響正常工作。 一般初定中心距a0可根據(jù)題目要求或按以下范圍估算: 0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2) (7 - 13) 初選后, 可根據(jù)下式計(jì)算V帶的