《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第十章-帶傳動(dòng)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第十章帶傳動(dòng)

帶傳動(dòng)是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置，他的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(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。10.1概述

組成：主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、傳動(dòng)帶和機(jī)架。10.1.1帶傳動(dòng)的類型及應(yīng)用1．按傳動(dòng)原理分摩擦型帶傳動(dòng)嚙合型帶傳動(dòng)2．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（2）V帶

V帶的截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作面（3）圓形帶橫截面為圓形，（4）多楔帶它是在平帶的基體上由多根V帶組成的傳動(dòng)帶

（5）同步帶縱截面為齒形

10.1.2帶傳動(dòng)的特點(diǎn)（1）帶有良好的彈性，可緩和沖擊和振動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音小。（2）過載時(shí)，帶在帶輪上打滑，對(duì)其它零件起安全保護(hù)作用。（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本較低。（4）能適應(yīng)兩軸中心距較大的場(chǎng)合。（5）工作時(shí)有彈性滑動(dòng)，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率低。（6）外廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，帶的壽命短，作用在軸上的力大。（7）不宜用于易燃易爆場(chǎng)合。

一般情況下，帶傳動(dòng)傳動(dòng)的功率P≤100kW，帶速5～25m/s，平均傳動(dòng)比i≤5，傳動(dòng)效率為94%～97%。目前帶傳動(dòng)所能傳遞的最大功率為700kW，高速帶的帶速可達(dá)60m/s。10.1.3V帶的結(jié)構(gòu)和型號(hào)

標(biāo)準(zhǔn)普通V帶都制成無接頭的環(huán)形。其構(gòu)造如圖所示。當(dāng)V帶受彎曲時(shí)，帶中保持其原長度不變的周線稱為節(jié)線，由全部節(jié)線構(gòu)成節(jié)面。帶的節(jié)面寬度稱為節(jié)寬（bd）,V帶受縱向彎曲時(shí)，該寬度保持不變。

普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，其周線長度Ld為帶的基準(zhǔn)長度。普通V帶兩側(cè)楔角φ為40°，相對(duì)高度約為0.7，并按其截面尺寸的不同將其分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)。普通V帶橫截面尺寸（GB/T11544-1997）（單位：㎜）10.2帶傳動(dòng)的工作情況分析10.2.1帶傳動(dòng)的受力分析緊邊松邊張緊狀態(tài):工作狀態(tài):拉力增加→緊邊Ｆ0↗Ｆ1

緊邊拉力拉力減少→松邊Ｆ0↘Ｆ2

松邊拉力

帶兩邊拉力相等→張緊力Ｆ0帶兩邊拉力不相等（通過帶所受摩擦力分析得知）

有效圓周力F（N）、速度V（m/s）和傳遞功率P（KW）之間的關(guān)系為

設(shè)帶在工作前后總長不變，并考慮帶為彈性體，則緊邊拉力的增加量應(yīng)等于松邊拉力的減少量。∴Ｆ1－Ｆ0＝Ｆ0－Ｆ2

即：2Ｆ0

＝Ｆ1＋Ｆ2

有效圓周力F的大小

松緊邊拉力差，即為帶傳動(dòng)的有效圓周力F，在數(shù)值上F等于任一帶輪與帶接觸弧上的摩擦力的總和Ff，即

KW

最大有效圓周力

當(dāng)帶在帶輪上即將打滑尚未打滑時(shí)，摩擦力達(dá)到臨界值，此時(shí)帶所能傳遞的有效圓周力亦達(dá)到最大值。臨界狀態(tài)下的F1與F2之間的關(guān)系可用著名的歐拉公式表示為：

fV

為當(dāng)量摩擦系數(shù)，f為帶與帶輪之間的摩擦系數(shù)；φ為帶的楔角；α為帶輪包角，rad；e為自然對(duì)數(shù)的底。根據(jù)前述幾個(gè)公式經(jīng)整理后，可得出帶所能傳遞的最大有效圓周力為：

由式上式可知，帶所傳遞的圓周力F與下列因素有關(guān)：10.2.2帶傳動(dòng)工作時(shí)的應(yīng)力分析

帶是在變應(yīng)力下工作，當(dāng)應(yīng)力較大，應(yīng)力變化頻率較高時(shí)，帶將很快產(chǎn)生疲勞斷裂而失效，從而限制了帶的使用壽命。帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶所受應(yīng)力有如下幾種：1．由緊邊拉力和松邊產(chǎn)生的拉應(yīng)力緊邊拉應(yīng)力松邊拉應(yīng)力∵F1>F2

∴σ1＞σ22．由離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力3．由帶彎曲產(chǎn)生彎曲應(yīng)力

帶工作時(shí)總應(yīng)力分布如圖所示。由圖可見，帶上的應(yīng)力是變化的，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊與小帶輪的接觸處。其最大應(yīng)力為10.2.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比

由于帶是彈性體，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)帶由緊邊繞經(jīng)主動(dòng)輪進(jìn)入松邊時(shí)，它所受的拉力由F1逐漸減小為F2，帶因彈性變形變小而回縮，帶的運(yùn)動(dòng)滯后于帶輪，即帶與帶輪之間產(chǎn)生了局部相對(duì)滑動(dòng)。導(dǎo)致帶速低于主動(dòng)輪的圓周速度。相對(duì)滑動(dòng)同樣發(fā)生在從動(dòng)輪上，使帶的速度大于從動(dòng)輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪之間的局部相對(duì)滑動(dòng)，稱為彈性滑動(dòng)。

彈性滑動(dòng)和打滑是兩個(gè)完全不同的概念，打滑是過載引起的，因此可以避免。而彈性滑動(dòng)時(shí)由于帶的彈性和拉力差引起的，是傳動(dòng)中不可避免的現(xiàn)象。由上式可得帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速10.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算10.3.1帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

由于帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在保證帶傳動(dòng)不打滑的情況下，使帶具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。10.3.2單根普通V帶所能傳遞的功率

在帶的實(shí)際工作條件與上述特定條件不同時(shí)，需對(duì)P0進(jìn)行修正。修正后即得與實(shí)際條件相符的單根普通V帶所能傳遞的功率，稱該功率為許用功率[P0]?！鱌0---功率增量，考慮傳動(dòng)比i≠1時(shí)，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小，故壽命相同的條件下，可增大傳遞的功率。

Kα---包角修正系數(shù)，考慮α≠180°時(shí)，對(duì)傳動(dòng)能力的影響。

KL---帶長度修正系數(shù)，考慮帶長與特定長度不同時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響。10.3.3普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟

一.已知條件和設(shè)計(jì)的內(nèi)容

已知條件：傳動(dòng)用途、工作情況和原動(dòng)機(jī)種類；傳遞的功率Ｐ，主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n1，n2(或傳動(dòng)比)；其它要求，如外廓尺寸及安裝位置要求等。

設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長度、根數(shù)；確定帶輪的材料、結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動(dòng)中心距及作用在軸上的力；初拉力和張緊方式。二.V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟

1、確定計(jì)算功率PC2、選擇V帶型號(hào)3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d1

、d2

4、驗(yàn)算帶速v5、計(jì)算中心距和帶長6、驗(yàn)算小帶輪包角7、確定V帶根數(shù)8、計(jì)算初拉力F09、計(jì)算軸上壓力10．帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1．確定計(jì)算功率KA---工作情況系數(shù)表10-7工作情況系數(shù)

2．選定V帶的型號(hào)根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，按圖10-10選擇普通V帶的型號(hào)。3．確定帶輪的基準(zhǔn)直徑

為降低帶的彎曲應(yīng)力，小帶輪的基準(zhǔn)直徑d1應(yīng)大于或等于該型號(hào)帶輪的最小直徑dmin。

大輪直徑由公式求得，并圓整，取標(biāo)準(zhǔn)系列值。表10-3V帶輪最小直徑及標(biāo)準(zhǔn)直徑系列5、計(jì)算中心距和帶長

初定中心距：如果中心距未給出，可按下式初選中心距a0

確定帶長：初定帶長L0可按下列幾何長度計(jì)算公式求得

根據(jù)初定的L0由表10-2選取相近的基準(zhǔn)長度Ld。傳動(dòng)的實(shí)際中心距可近似按下式確定：

L0=2a0+(d1+d2)+4、驗(yàn)算帶速v

帶速v不能太大也不能太小，一般v應(yīng)在5~25m/s范圍內(nèi)。

6、驗(yàn)算小帶輪包角

對(duì)于V帶，一般要求α1≥120°，否則，應(yīng)增大中心距或加張緊輪。7、確定V帶的根數(shù)

為了使每根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜太多，通常取帶的根數(shù)小于10根。

初拉力F0的大小對(duì)帶傳動(dòng)的正常工作及壽命影響很大。初拉力不足，易出現(xiàn)打滑；初拉力過大，則V帶壽命降低，壓軸力增大。8、計(jì)算初拉力F0式中PC——計(jì)算功率，kW；

Z——V帶的根數(shù)；

v——V帶速度，m/s；

Kα——包角修正系；

q——v帶每米長質(zhì)量，kg/m。

由于新帶易松弛，所以對(duì)于非自動(dòng)張緊的帶傳動(dòng)，安裝新帶時(shí)的初拉力應(yīng)為上述初拉力的1.5倍。

9、計(jì)算軸壓力V帶作用在軸上的壓力FQ一般可近似按兩邊的初拉力F0的合力來計(jì)算。FQ=2ZFo10．帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)帶輪槽型、槽數(shù)、基準(zhǔn)直徑和軸的尺寸確定。參見本章10.4節(jié)部分或有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。10.4V帶輪的設(shè)計(jì)10.4.1V帶輪的要求對(duì)于V帶輪設(shè)計(jì)的主要要求是：（1）質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)工藝性好。（2）無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力。（3）質(zhì)量分布較均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。（4）輪槽工作面表面粗糙度要合適，以減少帶的磨損。（5）輪槽尺寸和槽面角保持一定的精度，以使載荷沿高度方向分布10.4.2V帶輪的材料

帶輪的材料以鑄鐵為主，常用牌號(hào)為HT150、HT200。鑄鐵帶輪允許的最大圓周速度為25m/s，速度高于25m/s時(shí)，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接，小功率時(shí)可用鋁合金或工程塑料。

如圖所示，V帶輪由輪緣1、輪輻2、輪轂3三部分組成。輪緣是安裝傳動(dòng)帶的部分，輪轂是與軸配合的部分，輪輻是連接輪緣和輪轂的部分。

V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有四種：實(shí)心式、腹板式、孔板式、輪輻式。其結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)帶輪基準(zhǔn)直徑的大小來選擇。10.4.3V帶輪的結(jié)構(gòu)

為保證變形后V帶仍能夠與帶輪的兩側(cè)面很好的接觸，帶輪的槽角一般小于帶的楔角，一般為32°、34°、36°和38°

帶輪的技術(shù)要求有：輪槽工作面不應(yīng)有砂眼、氣孔，輪輻及輪轂不應(yīng)有縮孔及較大凹陷，輪槽棱邊要倒圓或倒鈍。帶輪頂圓的徑向圓跳動(dòng)和輪緣兩側(cè)面的端面圓跳動(dòng)按公差等級(jí)IT11選取。10.5帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)10.5.1帶傳動(dòng)的張緊裝置

由于V帶工作一段時(shí)間后，會(huì)因永久性伸長而松弛，影響帶傳動(dòng)的正常工作。為了保證帶傳動(dòng)具有足夠的工作能力，應(yīng)采用張緊裝置來調(diào)整帶的張緊力。①定期張緊（定期調(diào)整中心距）調(diào)整中心距②自動(dòng)張緊（靠自重）利用張緊輪使帶張緊①定期張緊②自動(dòng)張緊11.5.2帶傳動(dòng)