機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第四版帶傳動(dòng)1

1、第10章帶 傳 動(dòng)本章教學(xué)要求：通過本章的教學(xué)，要求了解帶傳動(dòng)的工作原理類型、特點(diǎn)及其應(yīng)用；了解V帶與V帶輪的結(jié)構(gòu)、材料及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，了解V帶與V帶輪的標(biāo)記的含義；掌握帶傳動(dòng)的受力分析及應(yīng)力分析。理解帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與打滑的區(qū)別及滑動(dòng)率的意義，掌握帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比的計(jì)算；理解掌握帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，掌握單根V帶傳遞功率的確定和主要參數(shù)的合理選擇，了解帶傳動(dòng)的一般設(shè)計(jì)步驟；了解帶傳動(dòng)的張緊、安裝與維護(hù)。10.1 概述帶傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中用以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的常用傳動(dòng)之一。帶傳動(dòng)通常是由主動(dòng)輪1、從動(dòng)輪2和張緊在兩輪上的撓性傳動(dòng)帶3所組成。如圖9-1所示。圖10-1 帶傳動(dòng)的組成 帶傳動(dòng)的類

2、型與應(yīng)用根據(jù)工作原理的不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)兩類。摩擦帶傳動(dòng)中，傳動(dòng)帶呈環(huán)形，并以一定的張緊力F0緊套在兩輪上，從而使帶與帶輪接觸面間產(chǎn)生一定的正壓力FN。當(dāng)主動(dòng)輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠帶與帶輪間的摩擦力Ff，將主動(dòng)輪1的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到從動(dòng)輪2上。按照帶的截面形狀，傳動(dòng)帶可分為平帶、V帶（俗稱三角帶）、多楔帶與圓形帶等，如圖10-2所示。平帶的橫截面為扁平矩形，其工作面是與輪面接觸的內(nèi)表面（圖10-2(a)），其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，多用于中心距較大的傳動(dòng)。近年來平帶傳動(dòng)應(yīng)用已大為減少，但在高速帶傳動(dòng)中，多采用薄而輕的平帶。V帶的橫截面為等腰梯形。其兩側(cè)面為工作表面，即靠帶的兩側(cè)面與輪槽

3、兩側(cè)面相接觸產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行工作（圖10-2(b)）。當(dāng)張緊力相同時(shí)，由于V帶傳動(dòng)利用楔形槽摩擦原理，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力，如圖10-2(a)和圖10-2(b)所示。故其傳動(dòng)能力也較平帶傳動(dòng)為大，在傳遞同樣功率的情況下，V帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)更為緊湊。 > a） b） c） d）圖10-2 帶傳動(dòng)的類型因此，在一般機(jī)械傳動(dòng)中，V帶傳動(dòng)應(yīng)用較平帶傳動(dòng)廣泛。 多楔帶是在其扁平膠帶基體下有若干條等距縱向楔形凸起。帶輪上有相應(yīng)的環(huán)形輪槽，靠楔面摩擦工作（圖10-2(c)）， 有平帶和V帶的優(yōu)點(diǎn)，而彌補(bǔ)其不足。適用于要求結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率較大及速度較高的場(chǎng)合。特別適用于要求V帶根數(shù)較多或輪

4、軸垂直于地面的傳動(dòng)。圓形帶的橫截面為圓形（圖10-2(d)），只用于小功率傳動(dòng)中，如縫紉機(jī)、真空泵和磁帶盤等的機(jī)械傳動(dòng)和一些儀器中。嚙合帶傳動(dòng)只有同步帶一種，如圖10-3所示。它是靠帶的內(nèi)表面上的凸齒與帶輪外緣上的輪齒相嚙合來傳動(dòng)的帶和帶輪面間無相對(duì)滑動(dòng)，因而主、從動(dòng)輪線速度相等，能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，但價(jià)格較高，常用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中小功率傳動(dòng)。 圖9-3 同步齒形帶 帶傳動(dòng)的特點(diǎn) 帶傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）由于傳動(dòng)帶有彈性，能緩沖吸振，故傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音??；2）帶與帶輪間在過載時(shí)打滑，能防止其他零件的損壞；3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，易于制造、安裝，故成本低 ；4）能傳遞較遠(yuǎn)距離的運(yùn)

5、動(dòng)，改變帶長(zhǎng)可適應(yīng)不同的中心距。 但同時(shí)帶傳動(dòng)也有如下缺點(diǎn)：1）外廓尺寸較大；2）效率較低；3）除同步帶外，由于有彈性滑動(dòng)，故不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；4）由于帶必須張緊在帶輪上，故對(duì)軸的壓力大；5）帶的壽命較短；6）帶與帶輪間可能由于摩擦而產(chǎn)生靜電放電，故不宜用于易燃易爆場(chǎng)合。 帶傳動(dòng)多應(yīng)用于功率不大（4050kw），速度適中（525m/s），要求傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比不要求準(zhǔn)確的遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。在多級(jí)傳動(dòng)中，通常將它置于高速級(jí)（電機(jī)與減速機(jī)之間）。10.2 V帶和帶輪 V帶 普通V帶的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)普通V帶的截面結(jié)構(gòu)如圖10-4所示，由包布、頂膠、抗拉體和底膠四部分構(gòu)成，包布由膠帆布構(gòu)成，形成V帶保護(hù)外殼。

6、頂膠和底膠主要由橡膠構(gòu)成?？估w有簾布芯結(jié)構(gòu)（圖10-4(a)）和繩芯結(jié)構(gòu)（圖10-4(b)）兩種。繩芯V 帶柔韌性好，抗彎強(qiáng)度高，適用于轉(zhuǎn)速較高，載荷不大和帶輪直徑較小的場(chǎng)合。簾布芯帶抗拉強(qiáng)度較高，制造方便，型號(hào)齊全，應(yīng)用較廣。普通V帶制成無接頭的環(huán)形，當(dāng)垂直其底邊彎曲時(shí)，在帶中保持原長(zhǎng)度不變的任一條周線稱為節(jié)線；由全部節(jié)線構(gòu)成的面稱為節(jié)面（中性面）, 如圖10-5所示。帶中節(jié)面長(zhǎng)度和寬度均不變，其寬度bp稱為節(jié)寬。截面高度h和節(jié)寬bp的比值約為 0.7，楔角（帶兩側(cè)面間的夾角）為40°的V帶稱為普通V帶，已標(biāo)準(zhǔn)化。圖10-4 V帶的結(jié)構(gòu)圖10-5 V帶的節(jié)線和節(jié)面V帶裝在帶輪上，

7、和節(jié)寬相對(duì)應(yīng)的帶輪直徑稱為基準(zhǔn)直徑d，V帶在規(guī)定張緊力下，位于測(cè)量帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長(zhǎng)度稱為帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld，它用于帶傳動(dòng)的幾何計(jì)算。普通V帶按截面尺寸分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)。其基本尺寸列于表10-1。其中Y型尺寸最小，只用于不傳遞動(dòng)力的儀器等機(jī)構(gòu)中。目前國(guó)產(chǎn)繩芯V帶僅有Z、A、B、C四種型號(hào)。普通V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度及配組公差見表10-2。表中配組公差范圍內(nèi)的多根同組V帶稱為配組帶，采用配組帶可使各帶承載不均勻程度減小。普通V帶的標(biāo)記：截型 基準(zhǔn)長(zhǎng)度 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)記示例：按GB/T1154497制造的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1600mmB型普通V帶標(biāo)記為： B 1600 GB/T1154497表1

8、0-1 普通V帶的截型與截面基本尺寸（摘自GB/T115441997）V帶截型（窄V帶）YZ(SPZ) A(SPA)B(SPB)C(SPC)DE節(jié)寬bp5.3811.014.019.027.032.0頂寬b6.010.013.017.022.032.038.0高度h4.06.0(8)8.0(10)11.0(14)14.0(18)19.023.0楔角40°m（kg/m）0.020.06(0.07)0.10(0.12)0.17(0.20)0.30(0.37)0.620.90 窄V帶窄V帶是一種新型V帶，如圖10-5(c)所示。普通V帶的相對(duì)高度（截面高h(yuǎn)與節(jié)寬bp之 表10-2 V帶的基

9、準(zhǔn)長(zhǎng)度及配組公差（GB/T13575.192，參照ISO115441997） mm基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld2002242502803153554004505005606307108009001000112012501400160018002000224025002800315035504000450050005600630071008000900010000普通V帶截 型YZ A BC D E 配組公 差248122032窄V帶截型 配組公 差2461016注：*表示各截型V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。比）為0.7，而窄V帶為0.9，其頂寬約為同高度的普通V帶的3/4。其頂面呈拱形，使受載后抗拉層仍處于同一面內(nèi)，受力

10、均勻。其抗拉層與節(jié)線位置較普通V帶略有上移，而兩側(cè)面呈內(nèi)凹，使其在帶輪上彎曲變形后能與槽面貼接良好，增大摩擦力。窄V帶能傳遞的功率較同級(jí)普通V帶可提高0.51.5倍，可達(dá)1200kW，且適用于高速傳動(dòng)（2025m/s），帶 速可達(dá)4050m/s。其相對(duì)高度雖然增大，但由于包布層材料的改進(jìn)，卻具有更好的柔順性，可適應(yīng)較小的帶輪和中心距，且由于帶輪的槽寬與槽距小，故輪寬較窄，結(jié)構(gòu)較緊湊。公制SP系列的窄V帶有SPZ、SPA、SPB、SPC四種截型，其截面基本尺寸及基準(zhǔn)長(zhǎng)度見表10-1和表10-2，其帶輪最小基準(zhǔn)直徑ddmin分別為63、90、140、224，其余dd值與相應(yīng)截型的普通V帶輪的dd值

11、相同。其它參數(shù)可查閱有關(guān)手冊(cè)。 其它V帶大楔角V帶的楔角則為60°。這種帶材料的摩擦系數(shù)大（f=0.48），重量輕，故彎曲應(yīng)力及離心應(yīng)力均較小，工作時(shí)，其抗拉層受力均勻是這種帶的特點(diǎn)。 將內(nèi)周制成齒形的齒形V帶能適應(yīng)較小的帶輪，與槽面貼合良好。 在有沖擊載荷或振動(dòng)很大的場(chǎng)合下，V帶可能由于抖動(dòng)而從槽中脫出，甚至側(cè)轉(zhuǎn)。為避免這些現(xiàn)象發(fā)生，可在各單根V帶的頂面加一簾布與橡膠的連接層，而構(gòu)成聯(lián)組V帶。 在必須調(diào)節(jié)帶長(zhǎng)時(shí)，可采用活絡(luò)V帶或接頭V帶，但只適用于低速輕載場(chǎng)合。需要帶兩面工作的場(chǎng)合，可用雙面V帶。 本章著重介紹應(yīng)用最廣泛的普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 。 V帶輪的材料和結(jié)構(gòu)V帶輪常用材

12、料為灰鑄鐵，當(dāng)<25m/s時(shí)用HT150；=2530m/s時(shí)，可用HT200；高速帶輪可用鑄鋼；小功率傳動(dòng)時(shí)可用鋁合金和工程塑料。單件小批量生產(chǎn)時(shí)，可將鋼板沖壓成形后焊接。帶輪由輪緣、輪轂和輪輻三部分組成。輪緣是帶輪外圈部分，其上制有與V帶相應(yīng)的輪槽。V 帶輪槽形尺寸見表10-3。表中帶輪槽角規(guī)定為32°、34°、36°、和38°，而V帶楔角為40°。這是考慮到帶在帶輪上彎曲時(shí)，其截面形狀的變化使楔角減小，從而使帶和帶輪槽面接觸良好，輪轂是帶輪的內(nèi)圈與軸相聯(lián)接的部分，連接輪緣和輪轂的中間部分為輪輻。帶輪按輪輻結(jié)構(gòu)不同，分為實(shí)心式、輻板式、

13、孔板式和橢圓輪輻式。通常根據(jù)帶輪基準(zhǔn)直徑dd選用：當(dāng)dd （2.53）d（d為帶輪軸的直徑，mm）時(shí)可采用實(shí)心式帶輪；dd 300mm時(shí)，可采用輻板式帶輪；如果ddd1 100mm 時(shí)，可采用孔板式帶輪；當(dāng)dd >300mm時(shí),可采用橢圓輪輻式帶輪，如圖10-6所示。普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列，見表10-4。表10-3 普通V帶輪輪槽尺寸（摘自GB/T13575.192，等效ISO41831989） （mm） 型號(hào)YZABCDEbp5.38.511.014.019.027.032.0ha1.62.02.753.54.88.19.6hfmin6.39.51215202833e81215192

14、5.53744.5fmin67911.5162328min55.567.5101215BB=（z）l+2f （z為輪槽數(shù)）32°dd6034°8011819031536°>6047560038°>80>118>190>315>475>600 V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，再根據(jù)V帶的型號(hào)按表10-3確定輪槽尺寸，帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸，可參照?qǐng)D10-6中的經(jīng)驗(yàn)公式確定 圖10-6 普通V帶帶輪結(jié)構(gòu)10-4 普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑dd（摘自GB/13575.192，等效ISO41831989）基準(zhǔn)

15、直徑 公稱值（mm）截 型基準(zhǔn)直徑 公稱值（mm）截 型YZABCZABCDE2831.535.54045*265280300315335*+*+50566371*355375400425*+*75808590*+*450475500530*+*95100106112*+*+*560600630670*+*+*118125132140*+*+*+*710750800900*+*+*150160170180*+*1000106011201250*200212224236250*14001500160018002000*注：（1）標(biāo)號(hào)*的帶輪基準(zhǔn)直徑為推薦值，其對(duì)應(yīng)的每種截型中的最小值為該截型帶輪

16、的最小基準(zhǔn)直徑ddmin； （2）標(biāo)號(hào)+的帶輪基準(zhǔn)直徑盡量不選用； （3）無記號(hào)的帶輪基準(zhǔn)直徑不推薦選用。10.3 帶傳動(dòng)的工作情況分析 帶傳動(dòng)的受力分析 由摩擦傳動(dòng)原理可知：為保證帶傳動(dòng)正常工作，傳動(dòng)帶必須以一定張緊力張緊在兩帶輪上，即帶工作前兩邊已承受了相等的拉力，如圖10-7（a）所示，稱為初拉力F0。工作時(shí)，帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力，主動(dòng)帶輪對(duì)帶的摩擦力Ff與帶的運(yùn)動(dòng)方向一致，從動(dòng)帶輪對(duì)帶的摩擦力Ff與帶的運(yùn)動(dòng)方向相反。于是帶繞入主動(dòng)輪的一邊被拉緊，稱為緊邊，拉力由F0增加到F1；帶表繞入從動(dòng)輪的一邊被略微放松，稱為松邊，拉力由F0減少到F2。如圖10-7（b）所示。由力矩平衡條件可得

17、Ff=F1F2 （10-1） 緊邊拉力與松邊拉力的差值（F1F2），是帶傳動(dòng)中起傳遞功率作用的拉力，稱為帶傳動(dòng)的有效拉力，以F表示。有效拉力不是作用在一固定點(diǎn)的集中力，它等于帶和帶輪整個(gè)接觸面上各點(diǎn)摩擦力的總和Ff，即 F=Ff=F1F2 （10-2）圖10-7 帶傳動(dòng)的受力分析若帶速為（m/s），則帶所傳遞的功率為 kW （10-3） 若忽略離心力的影響，緊邊拉力F1和松邊拉力F2之間的關(guān)系可用歐拉公式表示，即 （10-4）式中，e自然對(duì)數(shù)的底，e=2.718；fv當(dāng)量摩擦系數(shù)，fv=f/sin; 帶輪包角（rad），即帶與帶輪接觸弧所對(duì)應(yīng)的中心角。若近似認(rèn)為帶在靜止和傳動(dòng)時(shí)總長(zhǎng)不變，則帶緊

18、邊拉力的增量等于松邊的減小量，即 F1-F0=F0-F2，則 F1+F2=2F0 （10-5）由式（9-2）、式（9-4）和式（9-5）可得 （10-6）上式表明，帶所能傳遞的有效拉力F與下列因素有關(guān)： 1)初拉力F0 由式（10-6）知，F(xiàn)與F0成正比。但帶中初拉應(yīng)力過大時(shí)，會(huì)使帶的磨損加劇和帶的拉應(yīng)力增大，導(dǎo)致帶的疲勞壽命降低，軸和軸承受力亦大；如果F0過小，則帶的傳動(dòng)能力得不到充分發(fā)揮，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生跳動(dòng)和打滑，因此張緊力F0的大小要適當(dāng)。 2)包角 通常大帶輪包角2總是大于小帶輪包角1，故取=1。帶的有效拉力F隨1增大而增大，這是因?yàn)?越大，帶與帶輪接觸弧長(zhǎng)增加，接觸面上所產(chǎn)生的總摩擦

19、力就越大，傳動(dòng)能力就越高。因此帶處于水平位置傳動(dòng)時(shí)，通常將松邊置于上方以增加包角。 3)摩擦系數(shù)f f越大，摩擦力亦大，傳動(dòng)能力也就越高。摩擦系數(shù)與帶和帶輪的材料、表面狀況及工作環(huán)境條件等有關(guān)。將式（10-2）代入式（10-4）可得F1、F2與F之間的關(guān)系為 （10-7） 帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析 傳動(dòng)帶工作時(shí)，其橫截面內(nèi)將產(chǎn)生三種不同的應(yīng)力。 拉應(yīng)力 由緊邊拉力F1和松邊拉力F2產(chǎn)生的拉應(yīng)力分別為 （10-）式中，A帶的橫截面面積（mm2）。由于F1>F2，故1>2。2離心拉應(yīng)力c 傳動(dòng)時(shí)，帶隨帶輪作圓周運(yùn)動(dòng)，因本身質(zhì)量而產(chǎn)生離心力，由此引起的拉力為m2，作用于帶全長(zhǎng)，使帶各橫截面都產(chǎn)生

20、相等的拉應(yīng)力c，即 N/mm2 （10-9）式中，m每米帶長(zhǎng)的質(zhì)量（kg/m），查表10-1。 帶的圓周速度（m/s） 彎曲應(yīng)力b帶繞過帶輪時(shí)，將產(chǎn)生彎應(yīng)力。若近似認(rèn)為帶材料符合虎克定律，由材料力學(xué)公式可得 N/mm2 （10-10）式中，E帶材料的彈性模量（N/mm2）； y0帶的節(jié)面至外表面間的距離（mm），對(duì)于V帶y0ha，ha由表9-3查得。由上式可知，帶輪直徑dd越小，帶越厚，帶彎曲應(yīng)力越大，故b1>b2。為了防止產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力，對(duì)各種型號(hào)的V帶都規(guī)定了最小帶輪直徑ddmin。ddmin值可由表10-4查取。帶工作時(shí)的應(yīng)力分布如圖10-8所示，各截面的應(yīng)力大小 由該處引出的

21、帶的法線長(zhǎng)短表示，從圖上可看出，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊繞上小帶輪處，其值為 max=1+c+b1 （10-11）帶運(yùn)行時(shí)，作用在帶上某點(diǎn)的應(yīng)力是隨它運(yùn)行的位置變化而不斷變化的，帶在變應(yīng)力狀態(tài)下工作，容易產(chǎn)生疲勞破壞，影響帶的使用壽命。圖10-8 帶傳動(dòng)的應(yīng)力分析 帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)與打滑 帶是彈性體，受到拉力作用后將產(chǎn)生彈性變形。由于帶工作時(shí)，緊邊拉力F1和松邊拉力F2不同，因此，帶中緊邊和松邊的彈性變形也不相同。如圖10-9所示。帶的緊邊剛繞上輪1時(shí)（a1點(diǎn)），帶速與輪1的圓周速度1相等，當(dāng)帶隨著輪1由a1點(diǎn)轉(zhuǎn)至b1點(diǎn)的過程中帶所受的拉力由F1逐漸降至F2，因此其彈性變形將隨之逐漸減小，即出現(xiàn)帶逐

22、漸回縮現(xiàn)象，使帶的速度逐漸落后于輪子的圓周速度。帶在b1點(diǎn)處的速度已降為2，2<1；同樣，帶從松邊a2點(diǎn)轉(zhuǎn)向緊邊b2點(diǎn)時(shí)，帶的拉力由F2 逐漸增至F1其彈性變形將隨之逐漸增大。帶在從動(dòng)輪的表面將產(chǎn)生逐漸向前爬伸現(xiàn)象，帶速則由a2點(diǎn)的2增至b2點(diǎn)的1。這種由于帶的拉力差和帶的彈性變形而引起的帶與帶輪間的局部相對(duì)滑動(dòng)稱為帶的彈性滑動(dòng)。 圖10-9 帶的彈性滑動(dòng)當(dāng)傳遞的工作載荷增大時(shí)，要求有效拉力F隨之增大，在張緊力F0一定的條件下，帶與帶輪接觸面間的摩擦力總和Ff有一極限值。如果工作載荷所要求的有效拉力F超過這個(gè)極限摩擦力總和Ff時(shí)，帶將沿整個(gè)接觸弧全面滑動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為打滑。帶傳動(dòng)一旦出現(xiàn)

23、打滑，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急劇下降，帶磨損加劇，即失去正常工作能力。彈性滑動(dòng)和打滑是兩個(gè)截然不同的概念。彈性滑動(dòng)是不可避免的，因?yàn)閹鲃?dòng)工作時(shí)，要傳遞圓周力，帶兩邊的拉力必然不等，產(chǎn)生的變形量也不同，所以必然會(huì)發(fā)生彈性滑動(dòng)，而打滑是由于過載引起的，是可以且必須避免的。 帶的彈性滑動(dòng)導(dǎo)致從動(dòng)輪圓周速度2低于主動(dòng)輪圓周速度1，產(chǎn)生了速度損失，其損失程度用相對(duì)滑動(dòng)率表示。即 （10-12）由此得帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 （10-13）滑動(dòng)率的數(shù)值與彈性滑動(dòng)的大小有關(guān)，亦即與帶的材料和受力大小有關(guān)，不能得到準(zhǔn)確的恒定值。因此，由式（10-12）可知，在摩擦帶傳動(dòng)中，即使在正常使用條件下，也不能得到準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。但帶傳動(dòng)

24、的滑動(dòng)率通常僅為0.010.02，故在一般計(jì)算中可不予考慮。104 普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由前述可知，摩擦帶傳動(dòng)的主要失效形式是帶在帶輪上打滑和帶的疲勞破壞（帶在變應(yīng)力作用下，局部出現(xiàn)脫層、撕裂或拉斷）。因此，帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證帶傳動(dòng)時(shí)不打滑的條件下，同時(shí)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和一定的使用壽命。 要保證在變應(yīng)力作用下的傳動(dòng)帶有一定的疲勞壽命，必須滿足 （10-14）式中，根據(jù)疲勞壽命決定的帶的許用應(yīng)力，N/mm2。要保證帶不打滑，由式（10-7）可得帶的極限有效拉力Fmax為 （10-15） 單根V帶的額定功率 在傳動(dòng)裝置正確安裝和維護(hù)的條件下，按規(guī)定的幾何尺

25、寸和環(huán)境條件，在規(guī)定的壽命期限內(nèi)，單根V帶所能傳遞的功率，稱為單根V帶的額定功率。在滿足設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，單根V帶所能傳遞的額定功率P，可由式（10-3）、式（10-8）、式（10-14）和式（10-15）導(dǎo)得 kW （10-16） 表10-5 特定條件下單根V帶的基本額定功率值P1（摘自GB/T135751992） （Kw） 表10-6 考慮i1時(shí)，單根普通V帶的 基本額定功率增量P1（摘自GB/T135751992） （kW） 為了設(shè)計(jì)方便，將包角，特定基準(zhǔn)長(zhǎng)度，載荷平穩(wěn)時(shí)，單根普通V帶所能傳遞的額定功率P1，稱為單根V帶的基本額定功率。由式（10-15）計(jì)算得的P1值列于表10-5。但是

26、帶傳動(dòng)的實(shí)際工作條件往往與上述特定條件不同，其所能傳遞的功率也就有所不同，應(yīng)對(duì)由表10-5查得的P1值加以修正。因此，實(shí)際工作條件下，單根V帶的額定功率P'為 kW （10-17）式中，P1額定功率增量，當(dāng)i1時(shí)，帶在大帶輪上的彎曲應(yīng)力較小，在同樣壽命下，帶傳動(dòng)傳遞的功率可以增大些。其值查表10-6。 K包角修正系數(shù)，考慮180°時(shí)，對(duì)傳動(dòng)能力影響的修正系數(shù)，見表10-7。 KL帶長(zhǎng)修正系數(shù)，考慮帶的實(shí)際長(zhǎng)度不為特定長(zhǎng)度時(shí)，對(duì)傳動(dòng)能力影響的修正系數(shù)，見表10-8。表10-7 包角修正系數(shù)K（摘自GB/T135751992）小輪包角1180°175°170&

27、#176;165°160°155°150°145°140°135°130°125°120°K10.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.840.82 表10-8 帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL（摘自GB/T135751992）基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld（mm）帶長(zhǎng)系數(shù)KL基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld（mm）帶長(zhǎng)系數(shù)KLYZABCABCDE2000.8120001.030.980.882240.8222401.061.000.912500.8425001.091.030.932800.8728001

28、.111.050.950.833150.8931501.131.070.970.863550.9235501.171.090.990.894000.960.8740001.191.131.020.914501.000.8945001.151.040.930.905001.020.9150001.181.070.960.925600.9456001.090.980.956300.960.8163001.121.000.977100.990.8371001.151.031.008001.000.8580001.181.061.029001.030.870.8290001.211.081.05100

29、01.060.890.84100001.231.111.0711201.080.910.86112001.141.1012501.110.920.88125001.171.1214001.140.960.90140001.201.1516001.160.990.920.83160001.221.1818001.181.010.950.86 普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟與主要參數(shù)的選擇 設(shè)計(jì)普通V帶傳動(dòng)時(shí)，已知條件為：傳遞的功率P，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2（或傳動(dòng)比i），原動(dòng)機(jī)種類，傳動(dòng)用途，工作情況和外廓尺寸的要求等。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括確定V帶型號(hào)、根數(shù)z和長(zhǎng)度Ld；選定中心距a；確定初拉力F0及對(duì)

30、軸的壓力FQ；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)形式和尺寸等。 下面介紹普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一般步驟，并討論傳動(dòng)參數(shù)的選擇。1確定設(shè)計(jì)功率Pd 考慮載荷的性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的種類及每天工作的時(shí)間等因素，設(shè)計(jì)功率Pd應(yīng)比要求傳遞的功率P略大，即 kW （10-18）式中，KA工況系數(shù)，查表9-9。 表10-9 工況系數(shù)KA（摘自GB/T135751992）載荷性質(zhì)工 作 機(jī)原 動(dòng) 機(jī)空、輕 載 起 動(dòng)重 載 起 動(dòng)每 天 工 作 小 時(shí) (h)<101016>16<101016>16載荷變動(dòng)微小 液體攪拌機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)1.01.11.2

31、1.11.21.3載荷變動(dòng)小 帶式輸送機(jī)（不均勻負(fù)荷）、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)（非離心式）、發(fā)電機(jī)、金屬切削機(jī)床、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機(jī)和木工機(jī)械1.11.21.31.21.31.4載荷變動(dòng)較大 制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)床、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載輸送機(jī)1.21.31.41.41.51.6載荷變化很大 破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）、磨碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8注：1.空、輕載起動(dòng)電動(dòng)機(jī)（交流起動(dòng)、三角起動(dòng)、直流并勵(lì)）、四缸以上的內(nèi)燃機(jī)、裝有離心式離合器、液力聯(lián)軸器的動(dòng)力機(jī)； 2.重載起動(dòng)電動(dòng)機(jī)（聯(lián)機(jī)交

32、流起動(dòng)、直流復(fù)勵(lì)或串聯(lián)）、四缸以下的內(nèi)燃機(jī)； 3.反復(fù)起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)頻繁、工作條件惡劣等場(chǎng)合，KA應(yīng)乘以1.2。 設(shè)計(jì)功率Pd圖10-10 普通V帶選型圖 2選擇帶的型號(hào) 根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由圖10-10選擇帶的型號(hào)。當(dāng)坐標(biāo)點(diǎn)位于圖中型號(hào)分界線附近時(shí)，可初選兩種相鄰的型號(hào)，作為兩個(gè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最后比較兩種方案的設(shè)計(jì)結(jié)果，擇優(yōu)選用。 3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd 帶輪直徑愈小，結(jié)構(gòu)愈緊湊，但帶的彎曲應(yīng)力愈大，使帶的壽命降低；帶輪直徑選得大，則使帶速增加，當(dāng)帶傳遞功率P一定時(shí)，有效拉力減小，所需帶的根數(shù)減小，但傳動(dòng)的外廓尺寸增大，故應(yīng)按實(shí)際情況綜合考慮，通常應(yīng)在滿足的前提下盡量取較

33、小的dd1值。ddmin由表10-4查取。大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2=idd1。dd1和dd2應(yīng)盡量符合表10-4規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。 驗(yàn)算帶速 m/s （10-19） 當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，帶速越高，所需圓周力越小，可減少帶的根數(shù)；但同時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)繞過帶輪的次數(shù)也就過多，這將降低帶的使用壽命，且會(huì)因離心力過大，而降低帶傳動(dòng)的工作能力；若帶速過低，傳遞的圓周力增大，所需V帶根數(shù)增多。因此設(shè)計(jì)時(shí)，帶速應(yīng)在525m/s范圍內(nèi)，帶速為1015m/s時(shí)效果最好。若帶速超越上述許可范圍，應(yīng)重選小帶輪直徑dd1。 確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度d 傳動(dòng)中心距小，結(jié)構(gòu)緊湊，但帶短，單位時(shí)間內(nèi)帶繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，將降低帶的工作壽命，

34、同時(shí)會(huì)使小帶輪包角減小，從而導(dǎo)致傳動(dòng)能力降低；反之，中心距過大，則帶較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)尺寸較大，當(dāng)帶速較高時(shí)，帶會(huì)引起帶的顫動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按具體情況參考下式初定中心距0。 （10-20）帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度可通過帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系（圖9-1）求得。 mm （10-21）根據(jù)d，按表10-2選取接近的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長(zhǎng)度。 帶傳動(dòng)的中心距一般設(shè)計(jì)成可調(diào)的，故膠帶長(zhǎng)度確定后，實(shí)際中心距可按下式近似計(jì)算。 （10-22）考慮到安裝、調(diào)整和補(bǔ)償張緊力的需要，中心距應(yīng)有一定的調(diào)整范圍。即 （10-23） 驗(yàn)算小帶輪包角1 小帶輪的包角1不宜過小，以免影響傳動(dòng)能力。一般要求（至少大于90°），開口傳動(dòng)中小帶輪可按下式計(jì)算

35、（10-24）如果不滿足要求，可加大中心距，減小傳動(dòng)比。 確定帶根數(shù)z普通帶的根數(shù)可按下式計(jì)算 （9-25） 為使每根帶受力比較均勻，帶的根數(shù)不宜過多，通常取z，z。否則應(yīng)改選帶型號(hào)或加大帶輪直徑后重新計(jì)算。 確定帶的初拉力0 由前述可知，適當(dāng)?shù)某趵κ潜ＷC帶傳動(dòng)正常工作的重要因素，單根帶合適的初拉力0可按下式計(jì)算。 N （10-26） 合適的初拉力，通常由試驗(yàn)確定：即在帶與兩輪切點(diǎn)的跨度中點(diǎn)處，加一規(guī)定的垂直于帶邊的力F（FG值可從有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取），使帶沿跨距每100mm處產(chǎn)生的繞度=1.6mm時(shí)，帶的初拉力即符合要求。 計(jì)算帶對(duì)軸的壓力FQ 為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承的需要，應(yīng)計(jì)算帶傳

36、動(dòng)對(duì)軸的壓力F。若不考慮帶兩邊的拉力差，可近似按兩邊拉力均為初拉力z0計(jì)算。即 N （10-27） 例10-1 設(shè)計(jì)一帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的高速級(jí)普通V帶傳動(dòng)。傳動(dòng)水平布置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率P=5.5KW，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，從動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速n2=550r/min，每天工作8h。 解 列表給出本題設(shè)計(jì)計(jì)算過程和結(jié)果：設(shè) 計(jì) 項(xiàng) 目計(jì) 算 與 說 明結(jié) 果1. 確定設(shè)計(jì)功率Pd（1） 由表10-9查得工作情況系數(shù)KA=1.1（2） 據(jù)式（10-17）Pd=KAP=1.1×5.5=6.05kWPd=6.05kW2選擇V帶型號(hào)查圖10-10，選A型V帶A

37、型3確定帶輪直徑dd1、dd2（1）參考圖10-10及表10-4，選取小帶輪直徑dd1=112mm（2）驗(yàn)算帶速 由式（10-19） dd1=112mm1在525m/s內(nèi)，合適（3）從動(dòng)帶輪直徑查表10-4，取dd2=280mm傳動(dòng)比 （5）從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2dd2=280mmi=2.5n2=576r/min允許4確定中心距a和帶長(zhǎng)Ld(1) 按式(10-20)初選中心距a00.7(112+280)a02(112+280)274.4mma0784mm，取a0=500mm(2) 按式(10-21)求帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld0(3) 查表10-2，取帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1600mm（4）按式(10-22)計(jì)

38、算實(shí)際中心距(4)按式(10-23)確定中心距調(diào)整范圍amax=a+0.03Ld=485+0.03×1600533mmamin=a-0.015Ld=485-0.015×1600461mmLd0=1600ma=485mm amax=533mm amin=461mm5.驗(yàn)算小帶輪包角1由式(10-24)1=159.94°>120°,合適6.確定V帶根數(shù)z(1) 由表10-5查dd1=112mm，n1=1200r/min及n1=1450r/min時(shí)單根A型V帶的額定功率分別為1.39kW和1.61kW，用線性插值法求n1=1440r/min時(shí)的額定功率值

39、由表10-6查得P0=0.11kW(2) 由表10-7查得包角修正系數(shù)K=0.95(3) 由表10-8查得帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL=0.99(4) 計(jì)算V帶根數(shù)z 由式(9-25)取z=4根z=4根7.計(jì)算單根V帶初拉力F0由表10-1查得m=0.1kg/m由式(10-26)F0153N8.計(jì)算對(duì)軸的壓力FQ由式(10-27)FQ1204N9.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1=112mm，采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2=280mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)。帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算（略）。工作圖繪制（略）10.5 帶傳動(dòng)的張緊與維護(hù) 由于帶不是完全的彈性體，工作一定時(shí)間后，就會(huì)因塑性變形而松弛，使初拉力0減小。為了保證帶傳動(dòng)正常工作，應(yīng)定期檢查帶的