機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 第8章 帶傳動

2023/9/10第八章帶傳動第一節(jié)

概述

第二節(jié)

帶傳動的工作情況分析

第三節(jié)普通V帶傳動的設(shè)計計算

第四節(jié)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計

第五節(jié)V帶傳動的使用和維護(hù)

第八章2023/9/10第一節(jié)概述

工作原理：帶傳動是靠摩擦力進(jìn)行工作的第八章圖８－１一、工作原理、類型、特點和應(yīng)用2023/9/10第八章1.平帶[截面為扁平矩形，圖(a)]類型：3.多楔帶[圖(c)]2.V帶[截面為梯形，圖(b)]2023/9/10類型4.圓形帶[截面為圓形，圖(d)]5.同步齒形帶傳動（圖8-3）圖8-32023/9/10第八章特點：1、優(yōu)點：有良好的彈性，能吸振緩沖，工作平穩(wěn)，噪音小。過載時，帶在輪上打滑，能保護(hù)其它零件免遭損壞。能適應(yīng)兩軸中心距較大的場合。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、維護(hù)方便，成本低。2023/9/10工作時有彈性滑動，傳動比不準(zhǔn)確，不能用于要求傳動比精確的場合。外廓尺寸較大，不緊湊。轉(zhuǎn)動效率低，V帶傳動的效率一般η=0.94~0.96。帶的壽命較低，作用在軸上的力較大。由于帶與帶輪間的摩擦生電，可能產(chǎn)生火花，不宜用于易燃易爆的地方。第八章２、主要缺點：2023/9/10應(yīng)用常用于傳動比要求不十分準(zhǔn)確、功率在100kW以下，帶速v=5~25m/s、傳動比i≤7（少數(shù)可達(dá)10）的中小功率傳動中。2023/9/10第八章二、V帶的結(jié)構(gòu)和型號結(jié)構(gòu)組成：伸張層——由膠料構(gòu)成，帶彎曲時受拉；強(qiáng)力層——由幾層掛膠的簾布或浸膠的尼龍繩構(gòu)成，工作時主要承受拉力；壓縮層——由膠料構(gòu)成，帶彎曲時受壓；包布層——由掛膠的簾布構(gòu)成。

2023/9/10第八章型號：普通V帶按截面尺寸由小到大分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號，各型號剖面尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，見下表。

V帶剖面尺寸（GB1154—89）2023/9/10各型號V帶基準(zhǔn)長度系列尺寸見下表。2023/9/10第二節(jié)帶傳動的工作情況分析

第八章一、帶傳動的受力分析

帶傳動是靠摩擦力工作的，安裝時必須把帶張緊。

圖8-52023/9/10第八章(8-1)(8-2)假定在工作時帶的總長不變，則緊邊拉力的增量與松邊拉力的減少量相等。即：

F1-F0=F0-F2得F1+F2=2F0

緊邊與松邊的拉力差稱為有效拉力F，也就是帶所傳遞的圓周力F=F1-F2一、帶傳動的受力分析2023/9/10根據(jù)力矩平衡條件有：根據(jù)圓周力和速度、功率的關(guān)系：Fv=P

而一、帶傳動的受力分析2023/9/10第八章N(8-3)當(dāng)考慮到量綱時:式中T1——作用在主動輪上的轉(zhuǎn)矩（N.m）；

d1——主動輪節(jié)圓直徑（mm）；

P——主動輪傳遞的功率（kW）；

v——帶速（m/s）；

F——帶所傳遞的圓周力，即帶的有效拉力N。

一、帶傳動的受力分析2023/9/10由工程力學(xué)可知，緊邊拉力F1、松邊拉力F2與包角α之間的關(guān)系由如下歐拉公式（8-4）所確定：（8-4）式中e——自然對數(shù)的底數(shù)，e=2.718……

f——帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)a——帶輪上的包角（rad）。2023/9/10第八章（8-5）聯(lián)立解式（8-1）、（8-2）、（8-4）得

2023/9/10影響帶傳遞圓周力F的主要因素是:第八章1、初拉力F0大小要適當(dāng)：太大，失去彈性過小，運(yùn)轉(zhuǎn)時易跳動和打滑。2023/9/10影響帶傳遞圓周力F的主要因素是:2、包角α

包角α愈大，帶與帶輪接觸面上摩擦力愈大，帶傳遞的圓周力愈大。大輪上包角α2＞小輪上的包角α1，故摩擦力的最大值ΣFmax取決于α1。為保證帶傳動的承載能力，α1不能太小。對于V帶傳動，一般α1≥120°。對于兩軸連心線呈水平或接近水平位置的帶傳動，應(yīng)使松邊在上，以增大包角。2023/9/10影響帶傳遞圓周力F的主要因素是:3、摩擦系數(shù)f摩擦系數(shù)f大則摩擦力大，傳遞的圓周力就大。橡膠對鋼的f約為0.4，而橡膠對鑄鐵的f可達(dá)0.8，所以帶輪常用鑄鐵制造，以提高傳動能力。

2023/9/10１、由拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ

σ=F/AMPa

（8-6)

式中：F（F1或F2）－－帶承受的拉力（N）；

A－－帶的斷面積（mm2）

因F1＞F2所以緊邊σ1＞松邊σ2第八章二、傳動帶工作時的應(yīng)力分析2023/9/102、由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力σc

式中：q——帶的單位長度質(zhì)量（kg/m），見表8-3v——帶速（m/s）A——帶的橫截面積（mm2）

MPa

表8-3V帶輪的最小直徑和帶的單位長度質(zhì)量qV帶型號YZABCDEdmin(mm)205075125200355500q(kg/m)0.020.060.100.170.300.620.902023/9/103、

由帶彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σb

MPa(8-7)式中：

——帶的最外層到節(jié)面的距離（mm）；d——帶輪的基準(zhǔn)直徑（mm）；Ｅ——帶材料的彈性模量。帶在小輪上彎曲變形大，彎曲應(yīng)力σb1＞大輪處彎曲應(yīng)力σb2。為限制帶中σb1，規(guī)定了d1的最小值見表8-32023/9/10帶工作時總應(yīng)力分布如圖所示：傳動時，帶上的應(yīng)力是變化的，最大應(yīng)力發(fā)生在帶繞過小帶輪的A點處。其值為

σmax=σ1+σc+σb1(8-8)圖8-62023/9/10第八章m/s(8-9)(8-10)三、帶傳動的彈性滑動與打滑彈性滑動：因帶的彈性及拉力差引起的帶與帶輪間的滑動，若不計彈性滑動的影響，則帶速為：由此可導(dǎo)出帶傳動的理論傳動比為：式中：n1、n2－－主、從動輪轉(zhuǎn)速r/mind1、d2－－主、從動輪節(jié)圓直徑(mm)2023/9/10打滑：

當(dāng)克服外加負(fù)荷所需的圓周力大于帶輪整個接觸弧AB上的極限摩擦力（F>ΣFi）時，帶將沿輪面發(fā)生全面滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。打滑使傳動失效，還會使帶的磨損加劇，在傳動中應(yīng)防止打滑出現(xiàn)。2023/9/10打滑：防止打滑措施：

設(shè)計時，選擇合適的V帶型號，增大初拉力F0和小輪包角α1，可提高帶傳遞圓周力的能力。如果所需的圓周力F小于摩擦力ΣFi，即F<ΣFi，就可避免打滑的產(chǎn)生。2023/9/10第三節(jié)普通V帶傳動的設(shè)計計算

帶傳動的主要失效形式：打滑和疲勞破壞第八章一、失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則：帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則：在保證帶傳動工作時不發(fā)生打滑的條件下具有足夠的疲勞強(qiáng)度（壽命）。2023/9/10一、失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則：為保證帶傳動不打滑，必須限制帶傳動所需傳遞的圓周力，使其不超過最大的有效拉力（數(shù)值上等于帶與小帶輪上的摩擦力總和，即極限值）由式8-52023/9/10得到帶傳動不發(fā)生打滑能傳遞的功率:第八章kW(8-11)由為保證帶有足夠的疲勞強(qiáng)度，還應(yīng)滿足：或式中：為帶的疲勞強(qiáng)度許用拉應(yīng)力 2023/9/10kW（8-12）由上兩式可得單根帶傳遞的功率P0：2023/9/10二、單根V帶所能傳遞的功率在108～109

次應(yīng)力循環(huán)實驗下，普通V帶的疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力為第八章MPaLd——V帶的基準(zhǔn)長度（mm）；k——帶繞過的帶輪數(shù)；T——帶的使用壽命（h）；V——帶速（m/s）；C——帶的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)決定的實驗數(shù)。2023/9/10將[σ]、σb1、σc再代入式（8-12），以k=2，以fv代f，可得單根V帶所能傳遞的功率P0kW(8-13)2023/9/10

在傳動比i=1（a1=a2=180），特定帶長，載荷平穩(wěn)條件下，將有關(guān)數(shù)值代入式（8-13）計算，所得的單根V帶所能傳遞的功率值P0列于表8-4（抗拉體材質(zhì)為化纖）。當(dāng)實際情況與上述實驗條件不同時，需對P0加以修正，即在P0的基礎(chǔ)上加上實際條件下的功率增量,如表8-4。2023/9/102023/9/10三、普通V帶傳動設(shè)計1．計算設(shè)計功率Pc，選擇V帶型號

Pc=KAPkW

式中:KA——工況系數(shù)，由表8-5選??；

P——需要傳遞的功率（kW）。

普通V帶的型號根據(jù)傳動設(shè)計功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速按圖8-7選取。2023/9/102023/9/10圖８－７2023/9/102．確定帶輪基準(zhǔn)直徑，校核帶速小輪d1≥dmin,dmin的值見表8-6。大輪d2≈d1n1/n2,d1與d2宜取標(biāo)準(zhǔn)值見表8-6當(dāng)傳遞功率一定時，提高帶速，有效拉力將減小，即可減少帶的根數(shù)。但帶速過高，由于離心力增大，使帶和帶輪間正壓力減小，而降低傳動能力，并影響壽命。一般應(yīng)使帶速在5～25m/s范圍內(nèi)。2023/9/102023/9/103．確定中心距、帶長和驗算包角

a、按下式初定中心距

0.7（d1+d2）≤a0≤2(d1+d2)（8-14）

b、按下式計算出帶的基準(zhǔn)長度第八章mm（8-15）2023/9/103．確定中心距、帶長和驗算包角

c、將求得的Ld0按表8-2圓整為相近的基準(zhǔn)長度Ld

d、根據(jù)所選定的帶長Ld，求得實際中心距mm（8-16）

2023/9/10e、驗算小帶輪包角，應(yīng)滿足下列條件：否則應(yīng)增大中心距或加裝張緊輪。3．確定中心距、帶長和驗算包角2023/9/104．確定V帶根數(shù)V帶根數(shù)Z可按下式計算并圓整成整數(shù)。式中Pc——設(shè)計功率（kW）；

P0——單根V帶所能傳遞的功率(kW)，查表8-4；△P0——考慮i>1單根V帶所能傳遞的功率增量(kW)，查表8-4。Ka——帶輪包角修正系數(shù)，考慮≠180?時對傳動的影響，查表8-7KL——長度系數(shù)，考慮帶長不等于特定帶長時的影響，查表8-8。Kq——抗拉體材質(zhì)系數(shù)，棉質(zhì)結(jié)構(gòu)Kq=0.75，化纖結(jié)構(gòu)Kq=1。V帶根數(shù)不宜過多，通常Z<8～10。（8-17）2023/9/102023/9/10五、計算單根V帶的初拉力F0

N(8-19)2023/9/10六．確定作用在軸上的壓力FQ

N

（8-18）2023/9/10第四節(jié)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、V帶輪的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)組成：工作部分－－輪緣1

聯(lián)接部分－－輪輻2支承部分－－輪轂3第八章圖8-92023/9/10V帶輪輪緣部分設(shè)有輪槽，其尺寸可根據(jù)表8-9查得2023/9/10圖8-10為使帶側(cè)面和輪槽較好接觸，輪槽角應(yīng)小于40°，且隨直徑減小而減小為減少帶的磨損，槽側(cè)面的表面粗糙度值Rz不應(yīng)高于3.2～1.6。為使帶輪自身慣性力盡可能的平衡，高速帶輪的輪緣內(nèi)表面也應(yīng)加工輪轂部分內(nèi)孔徑與支撐軸徑相同，外徑和長度可依經(jīng)驗公式計算：D１=(1.8～2)dh,L=(1.5～2)dh,式中dh為軸孔直徑。2023/9/10輪輻型式：1、輻板式（圖8-11）2023/9/102、輪輻式（圖8-12）輪輻型式：2023/9/103、直徑很小的帶輪輪緣：和輪轂可制成一體稱為實心式（圖8-13）。輪輻型式：2023/9/10二、帶輪的材料

當(dāng)圓周速度v小于25m/s時，通常采用HT150；當(dāng)v接近或等于25m/s時，可采用HT200；對于特別重要或速度較高的帶動輪可選用鑄鋼；為了減輕帶輪的重量，也可用鋁合金及工程塑料。常選用灰鑄鐵2023/9/10例題：設(shè)計離心式水泵傳動裝置的V帶傳動。已知電

動機(jī)（Y160M-4）額定功率P=11kW，轉(zhuǎn)速

n1=1460r/min，傳動比i=2.85，雙班制工作。解：

1．計算功率Pc如按表8-5選定工作情況系數(shù)KA=1.1，則Pc=KAP=1.1×11=12.1kW由小帶輪轉(zhuǎn)速n1和設(shè)計功率Pc查圖8-7選用B型V帶。2023/9/10由表8-3知，B型V帶的最小基準(zhǔn)直徑d1min

=125mm，由圖8-7推薦選取d1=140mm，大帶輪直徑d2=id1=2.85×140=399mm。由表8-6帶輪直徑系列選取標(biāo)準(zhǔn)直徑d2=400mm。

2.確定帶輪基準(zhǔn)直徑d1、d2，計算帶速v2023/9/10允許帶速:

合適則實際傳動比:

i=d2/d1=400/140=2.857誤差2.5%，2.確定帶輪基準(zhǔn)直徑d1、d2，計算帶速v2023/9/103．計算中心距a、帶長Ld和驗算包角a1由中心距的推薦值:0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)0.7(140+400)<a0<2(140+400)378<a0<1080初選中心距a0=560mm，2023/9/103．計算中心距a、帶長Ld和驗算包角a1相應(yīng)的帶長

mm

2023/9/103．計算中心距a、帶長Ld和驗算包角a1由表8-2選用Ld=2000mm，其實際中心距mm2023/9/10驗算小帶輪包角a1符合要求3．計算中心距a、帶長Ld和驗算包角a12023/9/104．計算帶的根數(shù)式中，P0由表8-4確定；B型V帶，當(dāng)d1=140mm，n1=1450r/min時，查得P0=2.83kW。功率增量=0.46kW（i>2）。2023/9/10查表8-7得查表8-8得取抗拉體材質(zhì)化纖結(jié)構(gòu)則4．計算帶的根數(shù)取Z=4根2023/9/105.計算初拉力F0及作用在軸上的力FQ

由表8-3查得V帶每米長的質(zhì)量q=0.17kg/m，得初拉力=259.3

N

2023/9/106．確定帶輪的結(jié)構(gòu)（略）。7．V帶標(biāo)記:B2000GB11544-895.計算初拉力F0及作用在軸上的力FQ

作用在軸上的壓力2023/9/10第五節(jié)V帶傳動的使用和維護(hù)

第八章1、接近水平布置的傳動可用圖a結(jié)構(gòu)一、張緊裝置

2、接近于垂直布置的傳動可用圖b結(jié)構(gòu)。2023/9/103、圖c所示結(jié)構(gòu)是靠電動機(jī)和機(jī)架重量自動將帶張緊。一、張緊裝置

4、圖d所示為帶輪中心距固定，利用張緊輪將帶調(diào)緊。2023/9/10二、安裝、使用和維護(hù)

(1)安裝帶時應(yīng)先縮小中心距后再套上帶，而后張緊之，不要硬撬，以免損壞帶，降低使用壽命。

(2)嚴(yán)防帶與礦物油、酸、堿等介質(zhì)接觸，以免被腐蝕變質(zhì)。帶也不宜在陽光下曝曬。2023/9/10

(3)帶的根數(shù)較多時，若壞了幾根，不要立即補(bǔ)全