機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 機(jī)械 第8章 帶傳動(dòng)

第08章

帶傳動(dòng)研究對(duì)象：以普通V帶為主研究?jī)?nèi)容：帶傳動(dòng)的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)，分析普通帶傳動(dòng)的失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)的思路和方法，以及使用和維護(hù)方面應(yīng)注意的問題。重點(diǎn)：普通帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

帶傳動(dòng)的認(rèn)識(shí)與分析轎車發(fā)動(dòng)機(jī)放映機(jī)8.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)

如圖所示，帶傳動(dòng)一般是由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶及機(jī)架組成。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶與帶輪之間摩擦力的作用，使從動(dòng)帶輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。帶傳動(dòng)的組成

8.1.1帶傳動(dòng)的類型

1.按傳動(dòng)原理分：（1）摩擦帶傳動(dòng)：

靠傳動(dòng)帶與帶輪間的摩擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，如V帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)等；（2）嚙合帶傳動(dòng)：

靠帶內(nèi)側(cè)凸齒與帶輪外緣上的齒槽相嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，如同步帶傳動(dòng)。8.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)

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：

截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作表面。8.1.1帶傳動(dòng)的類型

8.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)

（4）圓形帶：

橫截面為圓形。只用于小功率傳動(dòng)。（5）齒形帶（同步帶）：（3）多楔帶：它是在平帶基體上由多根V帶組成的傳動(dòng)帶。可傳遞很大的功率。

按傳動(dòng)帶的截面形狀分8.1.1帶傳動(dòng)的類型

按用途分（1）傳動(dòng)帶

傳遞動(dòng)力用（2）輸送帶

輸送物品用。本章僅討論傳動(dòng)帶。8.1.1帶傳動(dòng)的類型

8.1帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)

8.1.2帶傳動(dòng)的形式V帶傳動(dòng)一般為開口式開口傳動(dòng)交叉?zhèn)鲃?dòng)半交叉?zhèn)鲃?dòng)8.1.3開口傳動(dòng)的幾何關(guān)系在帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，主要參數(shù)有中心距a、帶長(zhǎng)L、帶輪直徑d1、d2和包角α1α2等。8.1.4帶傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用能吸收振動(dòng)，緩和沖擊,傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小；過載時(shí)，帶會(huì)在帶輪上打滑，防止其他機(jī)件損壞，起到過載保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低；帶與帶輪之間存在一定的彈性滑動(dòng)，故不能保證恒定的傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率低；由于帶工作時(shí)需要張緊，帶對(duì)帶輪軸有很大的壓軸力；帶傳動(dòng)裝置外廓尺寸大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊；帶的壽命較短，需要經(jīng)常更換；不適用于高溫、易燃及有腐蝕介質(zhì)的場(chǎng)合。

摩擦帶傳動(dòng)適用于要求傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比要求不準(zhǔn)確、中小功率的遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。8.1.4帶傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用8.2

V帶的基本結(jié)構(gòu)

V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶、大楔角V帶等。其中以普通V帶和窄V帶應(yīng)用較廣。8.2.1普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標(biāo)準(zhǔn)

普通V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，按截面尺寸從小到大可分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖所示?？估w的結(jié)構(gòu)形式有簾布結(jié)構(gòu)和繩芯結(jié)構(gòu)。

帶繞在帶輪上時(shí)產(chǎn)生彎曲，外層受拉伸長(zhǎng)，內(nèi)層受壓縮短，內(nèi)外層之間必有一長(zhǎng)度不變的中性層，其寬度bp稱為節(jié)寬。

V帶輪上與bp相應(yīng)的帶輪直徑dd

稱為基準(zhǔn)直徑；相應(yīng)的帶的周長(zhǎng)稱為基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld；見表。8.2.1普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標(biāo)準(zhǔn)8.2普通V帶和V帶輪

1.帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為HT150或HT200,允許的最大圓周速度為25m/s；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。8.2.2普通V帶輪的材料及結(jié)構(gòu)選擇8.2.2普通V帶輪的材料及結(jié)構(gòu)選擇8.2普通V帶和V帶輪

2.帶輪的結(jié)構(gòu)要求：

質(zhì)量小且質(zhì)量分布均勻；足夠的承載能力；良好的結(jié)構(gòu)工藝性；輪槽工作面要精細(xì)加工，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。

3.帶輪的結(jié)構(gòu):

帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。

輪緣是帶輪的工作部分，制有梯形輪槽。輪轂是帶輪與軸的聯(lián)接部分，輪緣與輪轂則用輪輻（腹板）聯(lián)接成一整體。

見表9-4。8.2普通V帶和V帶輪

8.2.2普通V帶輪的材料及結(jié)構(gòu)選擇4.普通V帶輪的結(jié)構(gòu)形式及選擇

V帶輪按腹板結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：實(shí)心帶輪、腹板帶輪

、孔板帶輪、輪輻帶輪。

直徑較小時(shí)可采用實(shí)心式；中等直徑帶輪采用腹板式；直徑大于350mm時(shí)可采用輪輻式。輪轂與輪輻尺寸按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。8.2普通V帶和V帶輪

8.2.2V帶帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8.3帶傳動(dòng)的工作情況分析

8.3.1帶傳動(dòng)的受力分析

把一根或多根環(huán)形V帶張緊套裝在主動(dòng)輪1和從動(dòng)輪2上，使帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生壓力。工作時(shí)，靠帶與帶輪間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。

為保證帶傳動(dòng)正常工作，傳動(dòng)帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。當(dāng)傳動(dòng)帶靜止時(shí)，帶兩邊承受相等的拉力，稱為初拉力F0。當(dāng)傳動(dòng)帶傳動(dòng)時(shí)，由于帶與帶輪接觸面之間摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等，如圖所示。一邊被拉緊，拉力由F0增大到F1，稱為緊邊；一邊被放松，拉力由F0減少到F2，稱為松邊。8.3.1帶傳動(dòng)的受力分析

設(shè)環(huán)形帶的總長(zhǎng)度不變，則緊邊拉力的增加量F1-F0應(yīng)等于松邊拉力的減少量F0-F2。

F1-F0=F0-F2

F0=（F1+F2）/28.3.1帶傳動(dòng)的受力分析

帶兩邊的拉力之差F稱為帶傳動(dòng)的有效拉力。

實(shí)際上F是帶與帶輪之間摩擦力的總和，在最大靜摩擦力范圍內(nèi)，帶傳動(dòng)的有效拉力F與總摩擦力相等，F(xiàn)同時(shí)也是帶傳動(dòng)所傳遞的圓周力，即：P為傳遞功率，單位為KW；F為有效圓周力，單位為N；V為帶的速度，單位為m/s。緊邊拉力F1和松邊拉力F28.3.1帶傳動(dòng)的受力分析

由此帶的有效拉力與f、α、F0的大小有關(guān)。

在一定的初拉力F0作用下，帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和有一極限值。當(dāng)帶所傳遞的圓周力超過帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和的極限值時(shí)，帶與帶輪將發(fā)生明顯的相對(duì)滑動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為打滑。

帶打滑時(shí)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速急劇下降，使傳動(dòng)失效，同時(shí)也加劇了帶的磨損，應(yīng)避免打滑。8.3.1帶傳動(dòng)的受力分析

8.3.2傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析

(1)由拉力產(chǎn)生的應(yīng)力

式中：σ1——緊邊拉應(yīng)力,MPa；σ2——松邊拉應(yīng)力；A為傳動(dòng)帶的橫截面積，mm2。σ1和σ2值不相等，帶繞過主動(dòng)輪時(shí)，拉力產(chǎn)生的應(yīng)力由σ1逐漸降為σ2，繞過從動(dòng)輪時(shí)又由σ2逐漸增大到σ1。1.應(yīng)力分析

(2)由離心力產(chǎn)生的應(yīng)力

帶繞過帶輪做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于本身質(zhì)量將產(chǎn)生離心力，為平衡離心力在帶內(nèi)引起離心拉力FC及相應(yīng)的拉應(yīng)力σc。設(shè)帶以速度v(m／s)繞帶輪運(yùn)動(dòng)，帶中的離心拉應(yīng)力σc為式中：q——帶每米長(zhǎng)度的質(zhì)量，kg／m，其值見表。離心力引起的拉應(yīng)力作用在帶的全長(zhǎng)上，且各處大小相等。8.3.2傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析

(3)由帶彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力

帶繞過帶輪時(shí)發(fā)生彎曲，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力σb(只發(fā)生繞在帶輪部分上)，由材料力學(xué)公式可得式中：E—帶材料的彈性模量,MPa；d—為帶輪基準(zhǔn)直徑h—帶的高度可見，帶輪直徑越小，帶越厚，彎曲應(yīng)力愈大。8.3.2傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析

帶的彎曲應(yīng)力

(3)由帶彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力

8.3.2傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析

圖帶工作時(shí)應(yīng)力變化

8.3.2傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析

如所示的應(yīng)力分布圖可見，帶在工作中所受的應(yīng)力是變化的，最大應(yīng)力由緊邊進(jìn)入小帶輪處，其值為σmax=σ1+σc+σb1[σ]帶的許用應(yīng)力。在一般情況下，彎曲應(yīng)力最大，離心應(yīng)力較小。離心應(yīng)力隨帶速的增加而增加。顯然處于變應(yīng)力狀態(tài)下工作的傳動(dòng)帶，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到某一值后，帶將發(fā)生疲勞破壞。8.3.2傳動(dòng)帶的應(yīng)力分析

σmax≤[σ]傳動(dòng)帶是彈性體，受到拉力后會(huì)產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)量隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞過主動(dòng)輪進(jìn)入松邊時(shí)，帶的拉力由F1減小為F2,其彈性伸長(zhǎng)量也減小。帶在繞過帶輪的過程中，相對(duì)于輪面向后收縮，帶與帶輪輪面間出現(xiàn)局部相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致帶的速度逐步小于主動(dòng)輪的圓周速度。8.3帶傳動(dòng)的工作能力分析

8.3.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象8.3帶傳動(dòng)的工作能力分析

8.3.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)由于帶的彈性變形而產(chǎn)生的帶與帶輪間的滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)。當(dāng)帶由松邊繞過從動(dòng)輪進(jìn)入緊邊時(shí)，拉力增加，帶逐漸被拉長(zhǎng)，沿輪面產(chǎn)生向前的彈性滑動(dòng)，使帶的速度逐漸大于從動(dòng)輪的圓周速度。

彈性滑動(dòng)和打滑是兩個(gè)截然不同的概念。打滑是指過載引起的全面滑動(dòng)，是可以避免的。而彈性滑動(dòng)是由于拉力差引起的，只要傳遞圓周力，就必然會(huì)發(fā)生彈性滑動(dòng)，所以彈性滑動(dòng)是不可以避免的。8.3帶傳動(dòng)的工作能力分析

8.4普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算失效形式：打滑和疲勞斷裂。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在保證不打滑的條件下，應(yīng)具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。8.4.1帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則8.4普通V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算8.4.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括確定帶的型號(hào)、長(zhǎng)度、根數(shù)、傳動(dòng)中心距、帶輪基準(zhǔn)直徑及結(jié)構(gòu)尺寸等。

設(shè)計(jì)時(shí)需要給定的原始數(shù)據(jù)：傳遞的功率Ｐ，轉(zhuǎn)速ｎ１、ｎ２（或傳動(dòng)比），傳動(dòng)位置要求及工作條件等。8.4.3單根V帶允許傳遞的功率

在包角α=1800、特定帶長(zhǎng)、i=1、工作平穩(wěn)的條件下，單根普通V帶的基本額定功率Po（實(shí)驗(yàn)所得）見表9-7。

當(dāng)實(shí)際工作條件與確定Po值的特定條件不同時(shí)，應(yīng)對(duì)查得的Po值進(jìn)行修正。修正后得實(shí)際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率[Po]：P0—實(shí)驗(yàn)條件下單根普通V帶的基本額定功率,見表9-7；△P0—傳動(dòng)比不等于1時(shí)單根普通V帶額定功率增量,見表9-10；Kα—包角系數(shù)，見表9-8；KL—帶長(zhǎng)修正系數(shù)，見表9-9；8.4.3單根V帶允許傳遞的功率

Kα—包角系數(shù)，見下表；8.4.3單根V帶允許傳遞的功率

已知條件一般為：原動(dòng)機(jī)的性能傳動(dòng)用途傳遞的功率兩輪的轉(zhuǎn)速n1、n2（或傳動(dòng)比i12）工作條件及外廓尺寸要求等。8.4.4V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和方法設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定普通V帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和根數(shù)z；確定帶輪的材料；基準(zhǔn)直徑dd1、dd2及結(jié)構(gòu)尺寸；確定傳動(dòng)的中心距a；計(jì)算初拉力F0及作用在軸上的壓力FQ；選擇張緊裝置。

8.4.4V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和方法（1）確定計(jì)算功率

8.4.4V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和方法（2）選擇V帶的型號(hào)（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2（4）驗(yàn)算帶速v（5）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld（6）驗(yàn)算小帶輪包角

（7）確定帶的根數(shù)

z（8）確定單根帶的初拉力F0（9）計(jì)算作用在帶輪軸上的壓力FQ

（10）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟和方法：（1）確定計(jì)算功率

Pc—計(jì)算功率(kW)；KA

—工作情況系數(shù)，查表9-11；P—傳遞的額定功率(kW)。

8.4.4V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)步驟和方法（2）選擇V帶的型號(hào)根據(jù)計(jì)算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，按圖9-13選擇普通V帶的型號(hào)。設(shè)計(jì)步驟和方法：一般取，若過小則帶的彎曲應(yīng)力太大而導(dǎo)致帶的壽命降低；反之，則帶傳動(dòng)的外廓尺寸增大。普通V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑如下：設(shè)計(jì)步驟和方法：（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2大帶輪的基準(zhǔn)直徑由下式計(jì)算:帶型ddminYZABCDE205075125200355500帶輪的基準(zhǔn)直徑、應(yīng)符合帶輪基準(zhǔn)直徑尺寸系列。普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列2022.4252831.535.54045505663677175808590951001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254504755005305606006306707107508009001000…設(shè)計(jì)步驟和方法：（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1、dd2（4）驗(yàn)算帶速vm/s帶速一般限制在5—25m/s之間。

dd1—小帶輪的基準(zhǔn)直徑(mm)；n1—小帶輪的轉(zhuǎn)速(r/min)

設(shè)計(jì)步驟和方法：

初步確定中心距a0：設(shè)計(jì)時(shí)如無特殊要求，可按下式（5）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld設(shè)計(jì)步驟和方法：0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)初步確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度：由帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系得：（5）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld實(shí)際中心距a

:

考慮到安裝、張緊的調(diào)整，將中心距設(shè)計(jì)成可調(diào)式

amin=a-0.015Ldamax=a+0.03Ld

設(shè)計(jì)步驟和方法：由計(jì)算值Ld0，查表選定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld。（6）驗(yàn)算小帶輪包角

一般要求：，若不能滿足，可增大中心距或設(shè)置張緊輪。

設(shè)計(jì)步驟和方法：（7）確定帶的根數(shù)

z

P151P153P155P145

帶的根數(shù)取整。為使各根帶受力均勻，帶的根數(shù)不能太多，一般2～5根為宜，最多不多于8～10根。否則應(yīng)加大帶輪基準(zhǔn)直徑或選擇較大型號(hào)的帶，重新設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)步驟和方法：（8）確定單根帶的初拉力F0

保持適當(dāng)?shù)某趵κ菐鲃?dòng)正常工作的必要條件。初拉力過小，則傳動(dòng)時(shí)摩擦力過小易打滑；過大降低帶壽命、增大軸和軸承的壓力。單根V帶的初拉力計(jì)算可按下式（N）q為每米帶長(zhǎng)的質(zhì)量(kg/m)

設(shè)計(jì)步驟和方法：（9）計(jì)算作用在帶輪軸上的壓力FQ

為了設(shè)計(jì)軸和軸承，必須求出V帶作用在軸上的壓力?？砂聪率接?jì)算

（N）設(shè)計(jì)步驟和方法：帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)一帶式運(yùn)輸機(jī)中的普通V帶傳動(dòng)。已知原動(dòng)機(jī)為Y112M-4異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率P=4kW，滿載轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2=470r/min，單班制工作，載荷變動(dòng)較小，要求中心距a≤550mm。8.5V帶傳動(dòng)的張緊、安裝和維護(hù)8.5.1帶傳動(dòng)的張緊

1.調(diào)整中心距方式

采用定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的張緊力，使帶重新張緊