《機械設(shè)計基礎(chǔ)》(張新亮)435-4課件 第六章

帶傳動項目六主目錄帶傳動的類型和特點1

V帶及V帶輪2帶傳動工作能力的分析33普通V帶傳動設(shè)計計算4

V帶傳動的張緊、安裝和維護563學習目標

（1）掌握摩擦型帶傳動的類型、特點和應(yīng)用。（2）掌握普通V帶和V帶輪的標準和結(jié)構(gòu)。（3）掌握帶傳動的受力分析、應(yīng)力分析。（4）理解帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象。（5）掌握帶傳動的失效形式、設(shè)計準則和設(shè)計步驟。（6）了解帶傳動的張緊、安裝和維護。一、帶傳動的類型任務(wù)一帶傳動的類型和特點

根據(jù)工作原理的不同，帶傳動可分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動兩大類，如圖6-1所示。根據(jù)帶橫截面形狀的不同，摩擦型帶傳動可分為平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動和圓帶傳動等，如圖6-2所示。

摩擦型帶傳動依靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運動。

嚙合型帶傳動依靠帶上的齒或孔與帶輪上的齒嚙合傳遞運動。

（a）平帶傳動（b）V帶傳動（c）多楔帶傳動（d）圓帶傳動二、帶傳動的特點任務(wù)一帶傳動的類型和特點

摩擦型帶傳動一般具有以下特點：

（1）帶有良好的撓性和彈性，能吸收振動、緩和沖擊，故其傳動平穩(wěn)，噪音小。（2）當帶傳動過載時，帶在帶輪上打滑，可防止其他機件損壞，能起到過載保護作用。（3）結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護方便。（4）帶與帶輪之間存在一定的彈性滑動，故不能保證恒定的傳動比，傳動精度和傳動效率較低。（5）由于帶工作時需要張緊，因此帶對帶輪軸有很大的壓軸力。（6）帶傳動裝置外廓尺寸大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。（7）帶的壽命較短，需經(jīng)常更換。一、V帶任務(wù)二V帶及V帶輪

V帶可分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、聯(lián)組V帶等類型，其中，普通V帶的應(yīng)用最廣。

普通V帶為無接頭的環(huán)形帶，主要由伸張層1、強力層2、壓縮層3和包布層4組成，如圖6-3所示。

（a）簾布結(jié)構(gòu)（b）繩芯結(jié)構(gòu)1—伸張層；2—強力層；3—壓縮層；4—包布層。二、V帶輪任務(wù)二V帶及V帶輪

1．V帶輪材料V帶輪材料一般采用灰鑄鐵和鋼等。當帶速v＜25m/s時，V帶輪材料一般采用灰鑄鐵；當帶速v＞25m/s時，V帶輪材料一般采用鑄鋼。

普通V帶為無接頭的環(huán)形帶，主要由伸張層1、強力層2、壓縮層3和包布層4組成，如圖6-3所示。

（a）簾布結(jié)構(gòu)（b）繩芯結(jié)構(gòu)1—伸張層；2—強力層；3—壓縮層；4—包布層。二、V帶輪任務(wù)二V帶及V帶輪

2．V帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸如圖6-5所示，V帶輪由輪緣、輻板（或輪輻）和輪轂三部分組成。

（1）輪緣是帶輪外圈環(huán)形部分，輪緣上有輪槽。（2）輪轂是帶輪與軸配合的部分。（3）輻板（或輪輻）是帶輪用于連接輪緣和輪轂的部分。

圖6-5V帶輪的結(jié)構(gòu)一、帶傳動的受力分析任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

圖6-7所示為帶傳動工作前后的受力情況。

安裝帶傳動時，傳動帶就以一定的初拉力F0緊套在帶輪上，由于F0的作用，帶和帶輪接觸面上就產(chǎn)生了正壓力。帶傳動不工作時，傳動帶兩邊拉力相等，都等于F0。

（a）工作前（b）工作時圖6-7帶傳動的受力分析二、帶傳動的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

帶傳動工作時，帶上應(yīng)力有以下幾種。1．拉應(yīng)力

緊邊拉應(yīng)力的計算公式為

松邊拉應(yīng)力的計算公式為式中σ1——緊邊拉應(yīng)力，單位為MPa；

σ2——松邊拉應(yīng)力，單位為MPa；

A——帶的橫截面面積，單位為mm2。二、帶傳動的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

2．彎曲應(yīng)力

帶繞在帶輪上引起的彎曲應(yīng)力計算公式為式中σb——由帶彎曲產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，單位為MPa；

E

——帶的彈性模量，單位為MPa；

h

——帶的高度，單位為mm；

D

——帶輪計算直徑，單位為mm。對于V帶輪，帶輪的計算直徑即為基準直徑dd。二、帶傳動的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

3．離心拉應(yīng)力當帶在帶輪上以線速度v做圓周運動時，由于其本身質(zhì)量將產(chǎn)生慣性離心力，因而在帶的截面上會產(chǎn)生離心拉應(yīng)力。離心拉應(yīng)力在帶全長各截面處均勻分布，其值為

式中σe——離心拉應(yīng)力，單位為MPa；

q

——帶單位長度質(zhì)量，單位為kg/m；

A——帶的橫截面面積，單位為mm2；

v

——帶速，單位為m/s。二、帶傳動的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

帶工作時的應(yīng)力分布情況如圖6-8所示。帶上最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊開始繞上小帶輪處，即式中

σb1——小帶輪上帶的彎曲應(yīng)力，單位為MPa。

圖6-8帶工作時的應(yīng)力分布情況二、帶傳動的應(yīng)力分析任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

由于帶工作在交變應(yīng)力狀態(tài)下，當應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達到一定值時，將發(fā)生疲勞破壞。為保證帶有足夠的疲勞壽命，應(yīng)滿足式中[σ]——帶的許用應(yīng)力。它是在σ1=σ2=1800、規(guī)定的帶長、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和載荷平穩(wěn)等條件下通過試驗確定的。三、彈性滑動和打滑現(xiàn)象任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

1．彈性滑動現(xiàn)象如圖6-9所示，帶是撓性體，受拉后會產(chǎn)生彈性變形。由于緊邊和松邊拉力不同，因而帶兩邊的彈性變形也不同。

圖6-9帶傳動的彈性滑動現(xiàn)象

這種由于帶的彈性變形不一致而引起的帶與帶輪之間的相對滑動，稱為帶的彈性滑動。

三、彈性滑動和打滑現(xiàn)象任務(wù)三帶傳動工作能力的分析

2．打滑當帶傳動的工作載荷超過帶與帶輪之間摩擦力的極限值時，帶與帶輪之間會發(fā)生劇烈的相對滑動，從動輪轉(zhuǎn)速急速下降，甚至停轉(zhuǎn)，導致帶傳動失效，這種現(xiàn)象稱為打滑。打滑對其他機件有過載保護作用，但應(yīng)盡快采取措施克服，以免磨損發(fā)熱使帶損壞。一、帶傳動的失效形式和設(shè)計準則任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

帶傳動的主要失效形式有以下幾種。（1）帶在帶輪上打滑，不能傳遞運動和動力。（2）帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷。（3）帶的工作面磨損。帶傳動的設(shè)計準則為：在保證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度和壽命。二、單根V帶的基本額定功率和許用功率任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

單根普通V帶在試驗條件所能傳遞的功率稱為基本額定功率，用P1表示

單根普通V帶的基本額定功率P1是在特定試驗條件（特定的帶基準長度，特定使用壽命Ld，傳動比i=1，包角α=180°，載荷平穩(wěn)）下測得的帶所能傳遞的功率。

當時i≠1時，考慮到帶繞過大帶輪時產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力比繞過小帶輪的小，故在使用壽命相同的條件下，可以增大傳遞的功率。二、單根V帶的基本額定功率和許用功率任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

在工程實際中，帶的實際工作條件與P1的特定試驗條件不同，所以應(yīng)對P1加以修正。因此，實際工作條件下單根V帶的基本額定功率[P1]為式中P1——單根普通V帶的基本額定功率，單位為KW；△P1——單根普通V帶的基本額定功率增量，單位為KW；

Kα——包角的修正系數(shù)，考慮α≠1800時包角對傳動能力的影響，其值如表6-8所示；

KL——帶長修正系數(shù)，考慮實際帶長不等于特定基準長度時對傳動能力的影響。三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

1．設(shè)計計算的已知條件和主要內(nèi)容普通V帶傳動設(shè)計計算前應(yīng)明確的設(shè)計條件包括以下幾點。

傳遞的功率

傳動的用途、工作情況和原動機種類。

主、從動輪轉(zhuǎn)速n1和n2（或n1和傳動比i）。

其他要求，如中心距大小、安裝位置限制等。三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

設(shè)計應(yīng)完成的主要內(nèi)容包括以下幾點

帶輪的尺寸、材料和結(jié)構(gòu)

V帶的型號、長度和根數(shù)

傳動中心距a

帶作用在軸上的壓軸力F0等三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

2．普通V帶傳動設(shè)計計算步驟1）確定計算功率計算功率Pe是根據(jù)傳遞的額定功率，并考慮載荷性質(zhì)及每天工作運轉(zhuǎn)時間等因素的影響而確定的，即引入工況系數(shù)KA對給定的名義功率P進行修正。計算功率Pe為2）選擇V帶的型號據(jù)計算功率Pe和主動輪轉(zhuǎn)速n1，選擇方法是由和兩參數(shù)確定坐標點所在的區(qū)域，如果坐標點在A區(qū)則推薦選用A型帶；若坐標點處于兩種型號的分界線附近時，可先同時選用兩種型號，待分別計算比較后擇優(yōu)選用。三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

3）確定V帶輪的基準直徑dd1，dd2

(1）確定小帶輪的基準直徑dd1小帶輪的基準直徑越小，帶傳動結(jié)構(gòu)越緊湊，帶的彎曲應(yīng)力越大，壽命越短，故帶的直徑不易過小，應(yīng)使dd1＞dd1min表6-10V帶輪的最小基準直徑三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

（2）驗算帶速v。一般取5m/s＜v＜25m/s，如帶速超過上述范圍，應(yīng)重選小帶輪直徑dd1

（3）確定大帶輪的基準直徑dd2。大帶輪基準直徑dd1的計算公式為

三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

4）確定中心距a和帶的基準長度Ld（1）初定中心距。設(shè)計時，初定中心距a0的取值范圍為（2）確定帶的基準長度Ld。由帶傳動的幾何關(guān)系初算帶的基準長度Ld0，即

（3）確定實際中心距a。實際中心距a的計算公式

三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算

5）驗算小帶輪包角α1

包角的計算公式為6）確定V帶根數(shù)z

V帶根數(shù)z的計算公式為7）計算單根V帶的初拉力為充分發(fā)揮帶的傳動能力，同時保證帶的使用壽命，單根V帶的初拉力F0應(yīng)按下式計算三、普通V帶傳動設(shè)計計算任務(wù)四普通V帶傳動設(shè)計計算8）計算壓軸力如圖6-11所示，可不考慮兩邊的拉力差，近似地按初拉力F0的合力計算，計算公式為

9）V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計

帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)帶的型號確定輪槽尺寸等。

圖6-11帶傳動作用于軸上的壓軸力一、帶傳動的張緊方法任務(wù)五V帶傳動的張緊、安裝和維護

1．調(diào)節(jié)中心距

當中心距可調(diào)時，可加大中心距使帶張緊。調(diào)節(jié)中心距的張緊裝置有以下兩類。1）定期張緊裝置

定期張緊裝置是用調(diào)節(jié)螺釘使裝有帶輪的電動機沿滑軌移動，以增大中心距而達到張緊的目的。

在水平或傾斜不大的傳動中，可采用圖6-13（a）所示的移動式定期張緊裝置。

圖6-13（a)定期張緊裝置一、帶傳動的張緊方法任務(wù)五V帶傳動的張緊、安裝和維護

在垂直或接近垂直的傳動中，可用圖6-13（b）所示的擺動式定期張緊裝置。

圖6-13（a)定期張緊裝置一、帶傳動的張緊方法任務(wù)五V帶傳動的張緊、安裝和維護

2）自動張緊裝置

如圖6-14所示，利用電機和擺架的自重使擺架順時針旋轉(zhuǎn)，將帶自動張緊。自動張緊裝置常用于小功率傳動中。

圖6-14自動張緊裝置一、帶傳動的張緊方法任務(wù)五V帶傳動的張緊、安裝和維護

2．采用張緊輪

中心距不可調(diào)時，可采用張緊輪進行張緊，如圖6-15所示。張緊輪一般應(yīng)布置在松邊的內(nèi)側(cè)并盡可能靠近大帶輪，以免過多減小小帶輪包角α1。

圖6-15采用張緊輪進行張緊二、V帶傳動的安裝和維護任務(wù)五V帶傳動