机械设计教程－8带传动（图文教程）

 第一讲

一、教学目标

(一）能力目标

1.掌握带传动的受力、应力分析

2.能区别弹性滑动与打滑

(二)知识目标

1.了解带传动的类型与特点。

2.掌握带传动的应力分布规律

二、教学内容

1.带传动的工作原理、类型、特点及应用

2.V带和带轮

3.带传动的工作情况分析

三、教学的重点与难点

(一）重点

带传动工作原理、受力分析、带的应力分布图。

(二)难点

弹性滑动与打滑的区别。

四、教学方法与手段

利用动画演示弹性滑动、应力分布，实物图片展示带传动的应用场合。

第一节 概述

带传动是利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的。由于带传动具有传动平稳、结构简单、造价低廉、不需润滑和能缓冲吸振等优点，所以在机械中应用广泛。

8.1.1 带传动的类型

根据传动原理不同，带传动可分为摩擦传动型和啮合传动型两大类。按带的截面形状分，摩擦带可分平带（最简单，适合于a较大的情况）、V带（三角带）、圆带（适用于小功率传动）、多楔带（适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合）等(图4-23)。平带有帆布带、编织带、复合锦纶带、高速绳芯带。V带有普通V带、汽车V带、齿型V带、接头V带、大楔角v带、多楔带、窄V带等。啮合传动（同步带传动），适于高速、高精度仪器装置中带比较薄，比较轻。带有接头（胶接）在光滑轮面上工作，内面为工作面，接头影响平稳性。

      摩擦传动带                                  啮合传动带

8.1.2带传动的特点和应用

除齿轮传动外，带传动的应用是最为广泛的，其特点如下：

1）带是挠性体，有弹性，能缓冲和吸振，传动平稳，噪声小；

2）可适用于两轴中心距较大的传动；

3）过载时，带和带轮间发生打滑，可防止其它零件的损坏；

4）结构简单，制造和安装精度较低，维护方便；

5）不能保证准确的传动比。对轴的压力较大，带的寿命较短；传动的外轮廓尺寸较大；

6）摩擦损失较大，传动效率较低。一般平带传动的效率为0.94~0.98，V带传动的效率为0.92～0.96。

一般情况下，带传动用于要求传动平稳，传动比不要求准确的100KW以下的中小功率的远距离传动。

8.1.3带传动的形式

    见表8－1。 

8.2  V带和V带轮的结构

V带有普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带、大楔角V带、宽V带等。

8.2.1普通V带的结构和尺寸标准

标准V带都制成无接头的环形带，截面结构包括：拉伸层、压缩层、包布层、强力层（抗拉体）。

强力层的结构形式有帘布结构和线绳结构，帘布结构抗拉强度高，制造方便，但柔顺性及抗弯强度不如线绳结构好；线绳结构柔顺性较好，抗弯强度高、适于较高转速，载荷不大及带轮直径较小的场合。

我国普通V带和窄V带都已标准化，按截面尺寸由小到大，普通V带可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号；窄V带可分为SPZ、SPA、SPB、SPC四个型号。

带弯曲时既不伸长又不缩短的层称为中性层，又称节面，带节面宽度b_p

b_p/h—相对高度：普通V带 b_P/h=0.7；窄V带b_P/h=0.9

基准长度L_d：位于带轮基准直径上的周线长度。

普通V带和窄V带的标记由带型、带长和标准号组成。例如A-1400 GB11544-89（A型普通V带，基准长度为1400㎜）。又如SPA－1250 GB12730－91（SPA型窄V带，基准长度为1250㎜），带的标记通常压印在带的外表面上，以便选用识别。

8.2.2普通V带轮的结构

带轮基准直径D——带轮上与节面相对应的直径。

楔角要求：成型带剖面角，为保证带与轮槽接触良好，增大摩擦力，其轮槽角，一般，槽<带。

带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。灰铸铁应用最广，当v≤30 m/s时用HT200，25≤≤40m/s时，宜采用球墨铸铁或铸钢，也可用锻钢、钢板冲压—焊接带轮。小功率传动可用铸铝或塑料。

V带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽。轮槽尺寸见表。轮毂是带轮与轴的联接部分，轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）联接成一整体。

典型的结构形式有：实心轮、腹板轮、孔板轮、椭圆辐轮。

 8.3 V带传动的工作能力分析

8.3.1 带传动的受力分析

为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力套在带轮上。当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力F₀，如图所示。当传动带传动时，由于带与带轮接触面之间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等，如图所示。一边被拉紧，拉力由F₀增大到F₁，称为紧边；一边被放松，拉力由F₀减少到F₂，称为松边。设环形带的总长度不变，则紧边拉力的增加量F₁-F₀应等于松边拉力的减少量F₀-F₂。

紧边与松边拉力之差称为带传动的有效拉力F_e，也是带所传递的圆周力，其值为带和带轮接触面上各点摩擦力的总和F_f，即

∴      

F_e——有效圆周力    F_f——摩擦力的总和

带传递的功率：  （KW）

讨论：F₁与F₂与F₀和F_e有关，F_e又与P有关，当P↑时，F_e↑，即F_f↑，但对一定的带传动其摩擦力F_f有一个极限值F_fmax→由F_fmax决定了带传动的传动能力。

打滑：在一定的初拉力F₀下，带与带轮面间的摩擦力之总和有一极限值，当传递的圆周力超过该极限时，带将沿带轮表面全面滑动

提高带传动的工作能力的措施：增大初拉力，摩擦系数和包角。水平传动时，通常将松边置于上方以增加包角。

8.3.2 带传动的应力分析

带传动工作时，带中应力由三部分组成：

（1）拉应力、

紧边拉应力    =F₁/A    MPa 

松边拉应力    =F₂/A    MPa   

(2)弯曲应力  带绕过带轮时发生弯曲，从而引起弯曲应力，因此只存在于带与带轮相接触的部分。

式中  E——带的弹性模量(N／㎜2)；

      y_o——带的节面至最外层的距离；

D——带轮直径  (㎜)。

∵   ∴

(3)离心拉应力   当带在带轮上沿弧面运动时，由于本身质量将产生离心力，因而在带全长引起离心拉力F_c，以及相应的离心拉应力。

式中  q―每米带长的质量（kg/m）

v―带的线速度（m/s）

A―带的横截面积（㎜2）

虽然离心力F_c只产生在带作弧面运动的部分，但由此产生的拉应力却作用于带的全长，且各处大小相等。

带工作时的应力分布情况如图带中最大应力发生在紧边刚绕上主动轮处(A点)，其值为

带在变应力状态下工作，容易产生疲劳破坏，影响带的工作寿命。

8.3.3带传动的弹性滑动和传动比

由于带的弹性和拉力差而引起的带和带轮面间的局部相对滑动称为弹性滑动。弹性滑动不可避免，而打滑为非正常工作状态，是可以避免的。

带的弹性滑动使从动轮的圆周速度v₂低于主动轮的圆周速度v₁，其相对降低率用滑动率表示，即

由此得带的传动比为

式中：n₁、n₂－为主、从动轮的转速（r/min）；

d₁、d₂－为主、从动轮的直径，对Ｖ带传动为对应带轮的基准直径（㎜）。

弹性滑动与打滑的区别：

弹性滑动是由于带是挠性件，摩擦力引发的拉力差使带产生弹性变形不同而引起，是带传动所固有的，是不可避免的，是正常工作中允许的。而打滑是过载引起的，是失效形式之一，是正常工作所不允许的。是可以避免也是应该避免的。

弹性滑动的影响：影响传动比i，使i不稳定，常发热、磨损。

打滑的影响：使带剧烈磨损，转速急剧下降，不能传递T，不能正常工作。

小结：

1. 带传动的工作原理、类型、特点及应用

2. V带和带轮

3. 带传动的工作情况分析

作业与思考：

1、带传动的主要类型有哪些？各有何特点？

2、什么是有效拉力？什么是初拉力？

3、小带轮包角对带传动有何影响？

4、带传动的弹性滑动和打滑的区别？

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第二讲

一、教学目标

(一）能力目标

掌握V带设计方法

(二)知识目标

1.V带设计的参数确定、计算

2.了解带的张紧与维护特点

二、教学内容                          

1.普通V带传动的设计计算

2.带传动的张紧和维护

三、教学的重点与难点

(一）重点

V带传动的设计方法和注意事项。

(二)难点

V带传动的设计中参数的确定。

四、教学方法与手段

采用多媒体，结合实际。

8.4 Ｖ带传动的设计

8.4.1 带传动的失效形式和设计准则

带传动的失效形式：带与带轮之间的磨损、打滑和疲劳破坏。

带传动的设计准则：保证带在工作时不打滑，同时具有一定的疲劳强度和寿命。

8.4.2单根V带传递的功率

在＝180^。、特定带长、工作平稳的条件下，单根普通V带的基本额定功率P₀见表8－7、8－8

    实际工作条件下，单根V带所传递的功率[P₀]，

[P₀]＝（P₀＋∆P₀）K_αK_L

∆P₀=K_bn₁（1—1/K_i）

8.4.3 V带传动的设计步骤和方法

已知：P，n₁，n₂或i传动布置要求（中心距a）工作条件

要求：确定带的型号、根数、长度；带轮的Dmin、结构、尺寸、中心距（a、轴压力Q等。

带传动设计的一般步骤

1．选定带型

设计功率

根据p_d和n₁由图8.12选取带的型号

2．确定带轮基准直径、

≥_min

    _min见表8.6。

    宜取标准值，见表8.3。

3.验算带速

对普通V带V_max=5～25m/s。

4．初定中心距带基准长度

由表8.4选取近似的

实际中心距 

5．小带轮包角

一般应使＞120⁰

6．确定V带根数

Z=

       P₁－=180⁰时载荷平稳时，特定带长的单根V带的基本额定功率

K_b—弯曲影响系数

—传动比系数

—小带轮包角系数，

7．单根V带的预紧力

8．带作用在轴上的压力

9．带轮的结构设计

例题8.1  设计某鼓风机用普通V带传动。已知：异步电机额定功率P＝10kW，转速n₁＝1450r/min，n₂＝400 r/min，中心距a约为1500mm，每天工作24h。

解：1．选定普通V带型号

设计功率＝1.3×10＝13kW

根据p_d和n₁由图8.12选取B型带。

2．确定带轮基准直径，

≥_min，取＝140mm

，

取＝500mm（标准值）

3.验算带速

v_max=10.63mm在5～25m/s范围内，合适。

4．初定中心距带基准长度

取a_o=1500mm，＝4026.9mm，由表8.4选取近似的＝4000mm。

实际中心距 ＝1487mm

5．小带轮包角

=166.13⁰＞120⁰，合适。

6．确定V带根数

Z=＝3.62

取Z=4根。

7．单根V带的预取紧力

＝260.33N

8．带作用在轴上的压力

＝2067.4N

9.带轮的结构设计

8.5  带传动的张紧和维护

8.5.1带传动的张紧

张紧的目的：

（1）根据带的摩擦传动原理，带必须在预张紧后才能正常工作；

（2）运转一定时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。

常见的张紧装置有定期张紧装置和自动张紧装置。

1、调整中心距方式

（1）定期张紧

（2）自动张紧轮方式

2、张紧轮方式

张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮应尽量靠近大轮，以免过分影响在小带轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同。

8.5.2带的安装与维护

①安装时不能硬撬（应先缩小a或顺势盘上）；

②带禁止与矿物油、酸、碱等介质接触，以免腐蚀带，不能曝晒；

③不能新旧带混用（多根带时），以免载荷分布不匀；

④防护罩；

⑤定期张紧；

⑥安装时两轮槽应对准，处于同一平面

小结：                                

1. 普通V带传动的设计计算

2. 带传动的张紧和维护

作业与思考：

1、带传动的失效形式和设计准则是什么？

    2、如何对带传动进行张紧与维护？

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