机械设计基础第10章

第十章 带传动

§10.1带传动的组成、类型、特点及其应用

带传动一般是由主动轮、从动轮、紧套在两轮上的传动带及机架组成。当原动机驱动主动带轮转动时，由于带与带轮之间摩擦力的作用，是从动带轮一起转动，从而实现运动的动力的传递。

传动原理—以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力。

一、带传动的类型

1.按传动原理分

（1）摩擦带传动 靠传动带与带轮间的摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等；

（2）啮合带传动 靠带内侧凸齿与带轮外缘上的齿槽相啮合实现传动，如同步带传动。

2.按用途分

（1）传动带 传递动力用

（2）输送带 输送物品用。本章仅讨论传动带。

3. 按传动带的截面形状分

（1）平带 平带的截面形状为矩形，内表面为工作面。

（2）V带： 截面形状为梯形，两侧面为工作表面。

（3）多楔带：它是在平带基体上由多根V带组成的传动带。可传递很大的功率。

（4）圆形带： 横截面为圆形。只用于小功率传动。

（5）齿形带（同步带）：

二、 带传动的特点和应用

优点：●有过载保护作用；●有缓冲吸振作用、运行平稳无噪音； ●适于远距离传动；●制造、安装精度要求不高

缺点： ●弹性滑动使传动比不恒定；●张紧力较大，轴上压力较大；●结构尺寸较大、不紧凑； ●打滑，使带寿命较短；●带与带轮间摩擦放电，不适宜高温、易燃、易爆的场合。 一般情况下，带传动传动的功率P≤100KW，带速v=5-25m/s，平均传动比i≤5，传动效率为94%-97%。同步齿形带的带速为40-50m/s，传动比i≤10，传递功率可达200KW,效率高达98%-99%。

应用： 拖拉机 大理石切割机 车身冲压机 轿车发动机机器

人关节

§10—2 带传动的受力分析和应力分析

一、带传动的受力分析和打滑

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。 F1-F0=F0-F2 F0=（F1+F2）/2

带两边的拉力之差F称为带传动的有效拉力。实际上F是带与带轮之间摩擦力的总和，在最大静摩擦力范围内，带传动的有效拉力F与总摩擦力相等，F同时也是带传动所传递的圆周力，即 F=F1-F2

带传动所传递的功率为 P=Fv/1000

式中P为传递功率，单位为KW；F为有效圆周力，单位为N；v为带的速度，单位为m/s。

在一定的初拉力F0作用下，带与带轮接触面间摩擦力的总和有一极限值。当带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间摩擦力的总和的极限值时，带与带轮将发生明显的相对滑动，这种现象称为打滑。带打滑时从动轮转速急剧下降，使传动失效，同时也加剧了带的磨损，应避免打滑。

当V带即将打滑时，紧边拉力F1与松边拉力F2 之间的关系可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示，即

式中：f—摩擦系数（对V型带→f→fV代）

—包角（rad）一般为主动轮（小轮包角）)3.57(60180121aDD（大轮包角）ffeFFeFF2121)3.57(60180122aDD

e—自然对数的底（e=2.718……）

工作中，紧边伸长，松边缩短，但总带长不变（代数之和为0，伸长量=缩短量）这个关系反应在力关系上即拉力差相等

即：02120012FFFFFFF （10-4）

在不打滑的条件下所能传递的最大圆周力为：)1111(2)11(200ffffeceeFeeFF

①F0：0FFec。大0F；N大，ecfFF大

但F0过大，磨损重，易松驰，寿命短。F0过小，工作潜力不能充分发挥，易于跳动与打滑。结论：适当F0（经验）

②与：大接触弧长，Fec大，传递Fec大→传递扭矩T越大

③f：相同条件下，f大，Ff，Fe大，传动承载能力高。三角带fv>f，∴△带承载能力大。

最大拉力与F1的关系为：)11(1fecfceFFF

二、带传动的应力分析

带传动工作时，带上应力有以下三种：

1、 拉应力— AFAF//2211松边紧边 （Mpa） 21 A——带的横截面积

2、离心应力—C

由于带有厚度，绕轮作圆周运动，必有离心惯性力C（分布力学）在带中引起离心拉力FC，从而产生离心应力C。 离心拉应力：gAqVAFCC2/ （Mpa）

式中：q——单位带比质量（N），g——重力加速度 g=9.8m/s2

V——带的线速度（m/s）

3、弯曲应力——b，作用在带轮段，其大小为：DhEWMb （Mpa）

式中：E为带的弹性模量Mpa；h为带的高度mm; D为带轮的基准直径mm。

4、带中应力分布情况——如图所示

∵21，从紧边1→松边2

21bb——只在弯曲部分有C——带全长存在

∴在A1点最大应力：cb11max ,max位置产生在紧边与小带轮相切处

工作时带中的应力是周期性变化的，随着位置的不同，应力大小在不断地变化，∴带容易产生疲劳破坏。

由疲劳强度条件：][11maxcb ][——带的许用拉应力

§10—3 传动带的弹性滑动和传动比

传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由δ1减小为δ2。这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（δ1-δ2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度。同样，当带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度逐渐大于从动轮的圆周速度。这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。

弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。弹性滑动的影响，使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，其圆周速度的相对降低程度可用滑差率ε来表示。 即 滑动率ε

带传动的理论传动比： i = n1/n2=d2/d1

带传动的实际传动比：

在一般传动中ε=0.01~0.02其值不大,可不予考虑.

§10—4 普通V带传动的失效形式和计算准则

一、带传动的失效形式和设计准则

失效形式（主要） 1) 打滑； 2) 带的疲劳破坏 另外还有磨损静态拉断等

二、带传动的设计准则

设计准则：保证带在不打滑的前提下，具有足够的疲劳强度和寿命

单根普通v带在试验条件所能传递的功率，称为基本额定功率，用P1表示

单根普通v带在设计所给定的实际条件下，允许传递的功率，称为额定功率，用P／表示：

P／=(P1+≨P1)KαKL

式中: P1为单根V带的基本额定功率,kW； 查表

单根普通v带基本额定功率P1是在特定试验条件（特定的带基准长度Ld，特定使用寿命，传动比i=1，包角α＝180，载荷平稳）下测得的带所能传递的功率。一般设计给定的实际条件与上述试验条件不同，须引入相应的系数进行修正。

≨P1为功率增量,Kw; 当传动比i≠1时,带在大轮上的弯曲应力较小,传递的功率可以增大些。查表5—6。 Kα包角修正系数，见教材表5—7；KL带长修正系数,见教材表5—8。

121vvv)1(1221ddnni

§10—5 普通V带的结构和标准

V带有普通V带、窄V带、宽V带、联组V带等。普通V带为无接头的环形带。由伸张层、强力层、压缩层和包布层组成，如左图所示。包布层由胶帆布制成。强力层由几层胶帘布或一排胶线绳制成，前者为帘布结构V带，后者称为绳芯结构V带。帘布结构V带抗拉强度大，承载能力较强；绳芯结构V带柔韧性好，抗弯强度高，但承载能力较差。为了提高V带抗拉强度，近年来已开始使用合成纤维（锦纶、涤纶等）绳芯作为强力层。

我国生产的普通V带的尺寸采用基准宽度制，共有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号。Y型V带截面尺寸最小，E型V带截面尺寸最大，如左图所示。各种型号

V带的基准宽度bp对应V带轮基准直径dd，V带在规定的张紧力下位于带轮基准直径上的圆周线的长度称基准长度Ld,它是V带的公称长度。用于带传动的几何尺寸计算和带的标记。

窄v带顶面呈弧形，可使带芯受力后保持直线平齐排列，因而各线绳受力均匀；两侧呈凹形，带弯曲后侧面变直，与轮槽能更好贴合，增大了摩擦力；主要承受拉力的强力层位置较高，使带的传力位置向轮缘靠近；压缩层高度加大，使带与带轮的有效接触面积增大，可增大摩擦力和提高传动能力；保布层采用特制柔性保布，使带绕性更好，弯曲应力较小。因此，与普通v带传动相比，窄v带传动具有传动能力更大、（比同尺寸普通v带传动功率大50％－150％），能用于高速传动（v=3545m/s）。效率高（达92％96％）、结构紧凑、疲劳寿命长等优点。目前，窄v带传动已广泛应用于高速、大功率的机械传动装置。

普通V带的标记为：截面 基准长度 标记编号

标记实例： B型带，基准长度为1000mm,标记为：B1000 GB11544—89

V带截面与公称长度的关系：带弯曲时不伸长又不缩短的层——中性层——又称节面。 带的节面宽度bp，bp/h—称相对高度：普通V带 DP/h=0.7； 窄V带DP/h=0.9

带轮基准直径D——带轮上与节面相对应的直径。

基准长度Ld——位于带轮基准直径上的周线长度——对称公称长度Ld

§10—6 普通V带轮的常用材料与结构

带轮材料：铸铁、铸钢——钢板冲压件 铸铝或塑料

结构尺寸：

1）实心式 图 D≤（2.5~3）d

2) 胶板式 D≤300mm

3）孔板式 D≤300(D1-D1≥100mm时)

4）轮辐式 D>300

5）冲压式

结构尺寸按带的型号参照教材表和教材表定

注：)38,36,34(40槽 D越大，槽越大

§10—7 普通V带传动参数选择和设计计算方法

一、带传动的实效形式和设计准则

1、失效形式1) 打滑； 2) 带的疲劳破坏 另外还有磨损静态拉断等

2、设计准则：保证带在不打滑前提下，具有足够的疲劳强度和寿命

二、单根V带的基本额定功率