機械設(shè)計基礎(chǔ)帶傳動及其設(shè)計資料課件

7.1帶傳動概述

第七章帶傳動及其設(shè)計

7.1.1帶傳動的組成、分類及工作原理

嚙合型帶傳動：當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的嚙合，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（同步帶傳動）。

摩擦型帶傳動：當(dāng)主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦力，便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞動力（平帶和Ｖ帶傳動）。帶傳動的類型

平帶傳動，結(jié)構(gòu)簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應(yīng)用較多。

Ｖ帶傳動是在一般機械傳動中應(yīng)用最廣的帶傳動，在同樣的張緊力下，Ｖ帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。

多楔帶傳動兼有平帶傳動和Ｖ帶傳動的優(yōu)點，柔韌性好、摩擦力大，主要用于傳遞大功率而結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合。

同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小。21.V帶的結(jié)構(gòu)2.V帶的類型按照帶的截面高度h與其節(jié)寬bp的比值不同，V帶又分為Ｖ帶普通Ｖ帶窄Ｖ帶半寬Ｖ帶寬Ｖ帶h/bp0.7h/bp0.9h/bp0.5h/bp0.37.1.2

V帶的結(jié)構(gòu)和類型33.普通V帶的型號表12–1普通V帶截面尺寸（摘自GB/T11544-2008）型號YZABCDE節(jié)寬bp5.38.51114192732頂寬b6101317223238高度h4.06.08.011141925楔角40°mm44.V帶的基本尺寸

當(dāng)V帶垂直其底邊彎曲時，在帶中保持原長度不變的一條周線稱為節(jié)線；由全部節(jié)線構(gòu)成的面稱為節(jié)面；（1）節(jié)線（2）節(jié)面節(jié)面寬度稱為節(jié)寬bp。（3）節(jié)寬bp（4）基準(zhǔn)直徑d

在V帶輪上與所配用V帶的節(jié)寬bp相對應(yīng)的帶輪直徑稱為基準(zhǔn)直徑d。（5）基準(zhǔn)長度Ld

V帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長度稱為基準(zhǔn)長度Ld

。5（5）普通V帶標(biāo)記示例：B1600GB/T11544——2008B——型號（B型）1600——基準(zhǔn)長度（1600mm）

GB/T11544——2008——標(biāo)準(zhǔn)號6

表7-2普通V帶基準(zhǔn)長度系列（摘自GB/T13575.1-2008）（單位：mm）Ld200224250280315355400450500560630710800900100011201250140016007型號YZABLd1800200022402500280031503550400045005000560063007100800090001000011200125001400016000型號ABCDE實心帶輪腹板帶輪孔板帶輪橢圓輪幅帶輪

對帶輪的主要要求是重量輕、加工工藝性好、質(zhì)量分布均勻、與普通V帶接觸的槽面應(yīng)光潔，以減輕帶的磨損。對于鑄造和焊接帶輪、內(nèi)應(yīng)力要小。

帶輪由輪緣、輪幅和輪轂三部分組成。

帶輪結(jié)構(gòu)形式：

輪緣部分的輪槽尺寸按V帶型號查教材表7–3。7.1.3

V帶輪71.包角

帶與帶輪接觸弧所對應(yīng)的中心角稱為包角。2.基準(zhǔn)長度Ld

3.中心距a7.1.4帶傳動的主要幾何參數(shù)81.改變帶傳動的中心距7.1.5

V帶傳動的張緊裝置92.張緊輪裝置10工作前:兩邊初拉力相等。工作時:兩邊拉力變化。

①緊邊F0→F1；②松邊F0→F27.2帶傳動的受力分析及運動特性

7.2.1帶傳動的受力分析112.最大有效拉力：柔韌體摩擦的歐拉公式：F1＝F2efa

（7–7）切記：歐拉公式不可用于非極限狀態(tài)下的受力分析！1.有效拉力：緊邊、松邊拉力之差，也等于摩擦力的總和

即

F＝F1–F2＝Ｆf

12設(shè)帶的總長度不變，根據(jù)線彈性假設(shè)：

F1－F0＝F0－F2；或：F1＋F2＝2F0；(7–4)將式（7–5）代入式（7–4）得（7–6）

將式（7–6）代入式（7–7）整理后，可得到帶傳動所能傳遞的最大有效圓周力（7–8）

133.帶傳動打滑

帶傳動工作時，從動輪上工作阻力矩T2所產(chǎn)生的圓周阻力F為

若傳動帶將在帶輪上打滑。

打滑是帶傳動的一種失效形式，將會加速帶的磨損，從動輪轉(zhuǎn)速急速降低，帶傳動失效，應(yīng)避免。14

帶傳動在工作時，從緊邊到松邊，傳動帶所受的拉力是變化的，因此帶的彈性變形也是變化的。7.2.2帶傳動的彈性滑動和傳動比

帶傳動中因帶的彈性變形變化所導(dǎo)致的帶與帶輪之間的相對運動，稱為彈性滑動。15或因此，傳動比為：

彈性滑動導(dǎo)致：

從動輪的圓周速度v2＜帶的圓周速度v

＜主動輪的圓周速度v1

，速度降低的程度可用滑動率ε來表示：其中16彈性滑動與打滑的區(qū)別：1.產(chǎn)生原因

打滑是由過載引起的；彈性滑動是由于帶具有彈性且兩邊具有拉力差引起的。2.能否避免

打滑是可避免的，彈性滑動是不可避免的一種物理現(xiàn)象。聯(lián)系：彈性滑動量變的積累而引起打滑質(zhì)變的發(fā)生。171.緊邊拉應(yīng)力1和松邊拉應(yīng)力2拉應(yīng)力1＝F1/A

（MPa），2=F2/A

（MPa）式中：F1、F2–––緊邊、松邊拉力（N）；A–––帶的截面積（mm2）。7.2.3傳動帶的應(yīng)力分析182.彎曲應(yīng)力b

而M＝EI/，W＝I/y0，＝d/2（MPa）（7–13）式中：E–––帶材料的彈性模量（MPa）；

y0–––傳動帶截面的中性層至最外層的距離（mm）；

d–––帶輪基準(zhǔn)直徑（mm）；–––中性層曲率半徑（mm）；

I–––慣性矩（mm4）。193.離心拉應(yīng)力c

微段帶上的離心力設(shè)離心力在傳動帶中引起的拉力為Fc，取微段帶dl為分離體，則根據(jù)平衡條件可得Fc=qv2因此，帶中的離心拉應(yīng)力c為

(MPa) （7–14）20結(jié)論：從應(yīng)力分布圖中可以看出：（2）帶的最大應(yīng)力出現(xiàn)在緊邊進入主動輪處，值為（1）帶是在變應(yīng)力下工作的，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達到一定數(shù)值后，帶將產(chǎn)生疲勞破壞。帶的應(yīng)力分布圖：21打滑、疲勞破壞1.失效形式2.設(shè)計準(zhǔn)則

在不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。7.3普通V帶傳動的設(shè)計

7.3.1失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則22帶傳動不發(fā)生打滑且有足夠疲勞壽命應(yīng)滿足由實驗知，在108~109次循環(huán)應(yīng)力下為由前知最大有效圓周力即7.3.2單根V帶的額定功率23單根V帶所能傳遞的功率為

在傳動比i=1（即包角=180）、特定帶長、載荷平穩(wěn)條件下由式（7-16）計算所得的單根普通V帶所能傳遞的基本額定功率P1值列于表7-5。即

(kW) （7-16）在實際工況下，單根V帶所能傳遞的額定功率為[P1]=(P1+P1)·Ka·KL(7-17)式中：P1——傳動比i>1時的功率增量（表7-5）；Ka——包角修正系數(shù)（表7-6）；KL——長度修正系數(shù)（表7-7）。24已知的條件：

設(shè)計計算的主要內(nèi)容：1）傳動的用途、工作情況和原動機類型；

2）傳遞的功率P；

3）大、小帶輪的轉(zhuǎn)速n2和n1；4）對傳動的尺寸要求等。1）V帶的型號、長度和根數(shù)；2）中心距；

3）帶輪基準(zhǔn)直徑及結(jié)構(gòu)尺寸；4）作用在軸上的壓力等。7.3.3

V帶傳動設(shè)計計算和參數(shù)選擇25設(shè)計計算步驟：1．確定計算功率Pc

Pc=KA·P(kW)式中：P–––傳遞的額定功率（kW）；

KA–––工況系數(shù)（表7–8）。2．選擇V帶型號

根據(jù)計算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖7–15選擇V帶型號。3．確定帶輪基準(zhǔn)直徑d1和d2

一般取d1≥dmin（表7–4），比規(guī)定的最小基準(zhǔn)直徑略大些。大帶輪基準(zhǔn)直徑可按d2=(n1/n2)d1計算。注：大、小帶輪直徑一般均應(yīng)按帶輪基準(zhǔn)直徑系列圓整（表7–9）。264．驗算帶的速度v

帶速一般在v=5~25m/s內(nèi)為宜。5．確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長度Ld

(1)根據(jù)空間結(jié)構(gòu)初選a00.7(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2)

(2)初算基準(zhǔn)長度Ld0

(3)根據(jù)Ld0值，由表7–2選定相近的基準(zhǔn)長度Ld

(4)確定實際中心距a

276．驗算小帶輪上的包角1

一般要求1≥120（特殊情況允許1＝90）。如1小于此值，可適當(dāng)加大中心距a；若中心距不可調(diào)時，可加張緊輪。

1也與傳動比i有關(guān),i越大，則1越小。通常為了在中心距不過大的條件下保證包角不致過小，所用傳動比不宜過大。普通V帶傳動一般推薦i≤7，必要時可到10。7．確定V帶根數(shù)z

為使每根V帶受力比較均勻，所以根數(shù)不宜太多，通常應(yīng)小于10根，否則應(yīng)改選V帶型號，重新設(shè)計。288．確定初拉力F0

單根V帶適當(dāng)?shù)某趵?N)9．確定作用在軸上的壓力FQ

297.4同步帶傳動

7.4.1

同步帶傳動的特點及應(yīng)用

同步帶傳動是由一根內(nèi)圓表面設(shè)有等間距齒的環(huán)形帶及具有相應(yīng)齒槽的帶輪所組成的傳動裝置。同步帶傳動綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點，靠帶齒與帶輪的嚙合來傳遞運動和動力。能保證準(zhǔn)確的傳動比，傳動精度較高，可做到主動輪和從動輪同步傳動。缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴格，成本較高。廣泛應(yīng)用于要求傳動比準(zhǔn)確的中、小功率傳動中，如紡織、機床、煙草、輕工、化工、冶金、儀器儀表、食品、石油、汽車等各行各業(yè)各種類型的機械傳動中。307.4.2同步帶傳動的參數(shù)

節(jié)距pb是同步帶傳動最基本的參數(shù)，它是在規(guī)定張緊力下，同步帶相鄰對稱兩齒中心線的直線距離（圖7-19）。

節(jié)線是指當(dāng)同步帶垂直其底邊彎曲時，在帶中保持原長度不變的周線（圖7-19），節(jié)線長Lp為公稱長度。圖7-19317.4.3同步帶傳動的設(shè)計計算

同步帶疲勞斷裂，帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側(cè)邊、帶齒的磨損。失效形式設(shè)計準(zhǔn)則

保證同步帶一定的疲勞強度和使用壽命是設(shè)計同步帶傳動的主要依據(jù)。327.4.3同步帶傳動的設(shè)計計算已知的條件：

設(shè)計計算的主要內(nèi)容：

1）傳動的用途、工作情況和原動機類型；

2）傳遞的功率P；

3）大、小帶輪的轉(zhuǎn)速n2和n1；4）對傳動的尺寸要求等。1）同步帶的型號、長度及齒數(shù)；2）中心距；

3）帶輪節(jié)圓直徑及齒數(shù)、帶寬及帶輪結(jié)構(gòu)尺寸等。33設(shè)計計算步驟：1．確定計算功率Pd

Pd=KA·P(kW)式中：P–––傳遞的額定功率（kW）；

KA–––工況系數(shù)（表7–13）。2.選擇同步帶型號

根據(jù)計算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖7–20選擇同步帶型號。3.確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑

小帶輪的齒數(shù)z1≥zmin，zmin由帶型和小帶輪的轉(zhuǎn)速由表7-14確定。在帶速和安裝尺寸允許時，z1盡可能選取較大值。大帶輪齒數(shù)z2=iz1。344.驗算同步帶的速度v（