1、带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 V带传动的设计带传动的设计 第第6章章 带传动带传动带传动概述带传动概述 梯形齿同步带传动的设计梯形齿同步带传动的设计 带传动的张紧带传动的张紧 工程背景工程背景n 带传动由主动带轮、从动带传动由主动带轮、从动带轮和紧套在两带轮和紧套在两个个带轮上的带带轮上的带所组成。带是挠性件，因而带所组成。带是挠性件，因而带传动是一种挠性传动。带传动传动是一种挠性传动。带传动利用张紧在带轮上的传动带，利用张紧在带轮上的传动带，借助带和带轮间的摩擦（或啮借助带和带轮间的摩擦（或啮合）来传递运动和动力。带传合）来传递运动和动力。带传动具有传动平稳动具有传动平稳，结构简
2、单结构简单，造价低廉造价低廉，能缓冲能缓冲、减振等优减振等优点。点。第第6章章 带传动带传动 设计者思维设计者思维作为工程师，在设计带传动时，需要考虑解决以下几个作为工程师，在设计带传动时，需要考虑解决以下几个问题：问题：p如何选定带的类型？如何选定带的类型？p怎样选取带轮的直径？怎样选取带轮的直径？p如何初步确定带轮的轴间距？如何初步确定带轮的轴间距？p怎样计算并选取带的基准长度？怎样计算并选取带的基准长度？p带轮的主要失效形式是什么？带轮的主要失效形式是什么？p怎样确定带传递的额定功率？怎样确定带传递的额定功率？p带轮的工作寿命是否满足工作要求？带轮的工作寿命是否满足工作要求？p带传动需要
3、预紧吗？带传动需要预紧吗？p如何设计带轮的尺寸？如何设计带轮的尺寸？p设计出的带传动能否满足环境条件的要求？设计出的带传动能否满足环境条件的要求？设计者思维设计者思维第第6章章 带传动带传动 简单实例简单实例 图6-1所示的是空气压缩机中的带传动，电动机轴带动主动轮，从动轮与压缩机轴相连。工作时，电动机的转动通过带轮减速后带动空气压缩机工作。图6-1 空气压缩机中的带传动 第第6章章 带传动带传动6.1带传动概述带传动概述 1带传动的原理与类型带传动的组成 主动轮主动轮 1、从动轮、从动轮 2、环形带、环形带 3。第第6章章 带传动带传动工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使带与带轮
4、之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。n1n2 主动轮主动轮从动轮从动轮带带第第6章章 带传动带传动(1)(1)啮合带啮合带同步齿形带同步齿形带第第6章章 带传动带传动(2)(2)摩摩擦擦带带平带平带-橡胶带、编织带、皮革带橡胶带、编织带、皮革带O O形带形带多楔带多楔带第第6章章 带传动带传动V V带带普通带普通带窄窄带带齿形齿形带带宽宽带带联组带联组带大楔角带大楔角带第第6章章 带传动带传动2 摩擦带结构特点平带结构特点：平带结构特点：结构：帆布芯带、编织平带、皮革平带结构：帆布芯带、编织平带、皮革平带特点：带轮简单、按需取长，接头成环特点：带轮简单、按需取长，接头
5、成环 高速噪声（接头冲击）高速噪声（接头冲击）第第6章章 带传动带传动特点：无噪声特点：无噪声无无接头封闭环接头封闭环 传动比大、结构紧凑传动比大、结构紧凑 承载大承载大带、轮楔形传动带、轮楔形传动结构：帘芯、绳芯结构：帘芯、绳芯普通普通V V带带结构特点结构特点第第6章章 带传动带传动主要优点主要优点 带具有弹性和挠性，传动时可吸收振动、缓和冲击，故传动平稳、噪声小；当传动过载时，带与带轮间可相对滑动，能防止其他零件损坏；可用于中心距较大的场合；结构简单，装拆方便。第第6章章 带传动带传动主要缺点主要缺点 传动时带与带轮之间有弹性滑动，不能保证有准确的传动比；带的寿命较短；不宜用于高温、易燃
6、等场合。第第6章章 带传动带传动6.2 带传动的工作情况分析带传动的工作情况分析 受力分析 当带传动安装时，带紧套在带轮上。如图6-5(a)所示，当带传动不工作时，带两边所受的拉力相等，均为F0，称为初拉力。图6-5 带的受力情况分析第第6章章 带传动带传动 如图所示，当主动轮上受驱动力矩T1作用而工作时，由于带和带轮接触面上摩擦力的作用，带绕入带轮的一边被拉紧，称为紧边，拉力由F0增大为F1；带的另一边脱离带轮而被放松，称为松边，拉力由F0减小为F2。第第6章章 带传动带传动(1)工作前后带中力的变化工作前后带中力的变化主动边：初张力主动边：初张力F0从动边：初张力从动边：初张力F0F1紧边
7、紧边F2松边松边第第6章章 带传动带传动2001FFFF (2)初张力初张力F0与与F1、F2的关系的关系 设：带为弹性体、服从虎克定律；带总长不变设：带为弹性体、服从虎克定律；带总长不变)1(2021FFF 第第6章章 带传动带传动(3)有效圆周力有效圆周力Fe与与F1、F2(2)21FFFFfe )3(2/2/)2()1(0201eeFFFFFF ；得得：、由由第第6章章 带传动带传动有效拉力Fe和带传递的功率P及带速v满足 e1000PFvP为传递的功率（kW）v为带速（m/s）在其他条件不变，预紧力F0一定时，带和带轮接触面上的摩擦力Ff有一个极限值，即最大摩擦力（或最大有效拉力Fma
8、x）。该极限值限制了带传动的传动能力。若需要传递的有效拉力Fe超过极限值Fmax，则带将在带轮上打滑，这时传动失效。第第6章章 带传动带传动特定条件下带能传递的最大有效拉力Fmax为 max0e12e1ffFF 当带处于将要打滑而未打滑的临界状态时，紧边拉力F1和松边拉力F2的关系可由柔韧体摩擦的欧拉公式给出，即12efFF第第6章章 带传动带传动影响带传动最大有效拉力影响带传动最大有效拉力Fmax的因素有的因素有（1）初拉力F0：初拉力F0越大，带与带轮间的正压力越大，最大有效拉力Fmax越大。但当F0过大时，将导致带的磨损加剧，带的寿命缩短；当F0过小时，带的工作能力将不足，工作时易打滑。
9、第第6章章 带传动带传动影响带传动最大有效拉力影响带传动最大有效拉力Fmax的因素有的因素有（2）包角：最大有效拉力Fmax随包角的增大而增大。为保证带的传动能力，一般要求min120。第第6章章 带传动带传动影响带传动最大有效拉力影响带传动最大有效拉力Fmax的因素有的因素有（3）摩擦系数f：摩擦系数f越大，最大有效拉力Fmax越大。f与带及带轮材料、表面状况及工作环境等有关。第第6章章 带传动带传动应力分析 1拉应力 当带传动工作时，紧边产生的拉应力1和松边产生的拉应力2分别为 1122FAFA1为紧边拉应力（MPa）；2为松边拉应力（MPa）A为带的横截面积（mm2）第第6章章 带传动带
10、传动2离心应力 带在绕过带轮时做圆周运动，从而产生离心力，并在带中产生离心应力。离心应力作用于带长的各个截面上，且大小相等。离心应力c可由下式计算：2cqvAc为离心应力（MPa）；q为带单位长度的质量（kg/m）v为带的线速度（m/s）。第第6章章 带传动带传动3弯曲应力 当带绕过带轮时，因弯曲而产生弯曲应力，弯曲应力只产生在带绕上带轮的部分。根据材料力学有abd2hEdb为弯曲应力（MPa）；E为带的弹性模量（MPa）；ha为带的最外层到中性层的 距离（mm）；dd为带轮的基准直径（mm）。带轮基准直径带轮基准直径dd越小，带的弯曲应力越大。越小，带的弯曲应力越大。第第6章章 带传动带传动
11、 为防止过大的弯曲应力，对每种型号的V带，都规定了相应的最小带轮直径ddmin，见表6-1。表6-1 V带最小带轮直径ddmin和推荐轮槽数 第第6章章 带传动带传动带中最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处，其值为max1cb1 带在传动时，作用在带上某点的应力，随它所处的位置不同而变化。当带回转一周时，应力变化一个周期。当应力循环一定次数时，带将疲劳断裂。图6-6 带上各截面应力分布 第第6章章 带传动带传动带传动的弹性滑动(1)(1)弹性滑动弹性滑动弹弹性性滑滑动动。相相对对滑滑动动引引起起带带与与轮轮间间产产生生微微小小不不同同，带带绕绕过过轮轮时时两两边边变变形形量量差差，由由于于紧
12、紧边边松松边边存存在在拉拉力力 发生在带离开带轮的那部发生在带离开带轮的那部分圆弧上（图分圆弧上（图6-7中的中的C1B1和和C2B2）滑动弧 滑动弧 静止弧 静止弧 第第6章章 带传动带传动(2)(2)弹滑影响弹滑影响与与载载荷荷有有关关不不恒恒定定 i)()1(2112 fddnndd 11221211/ndndvvvdd 轮轮轮轮轮轮）（滑滑动动率率：21FFFe 式式中中：)1(12 ddddi效效率率降降低低温温度度升升高高、带带磨磨损损第第6章章 带传动带传动6.3 V带传动的设计带传动的设计 1、失效形式与设计准则、失效形式与设计准则失效形式失效形式：打滑、带疲劳破坏设计准则设计
13、准则：保证不打滑，带有一定疲劳寿命第第6章章 带传动带传动2、单根V带的许用功率不打滑、不疲劳的有效圆周力不打滑、不疲劳的有效圆周力emax1000PFFv 带处于开始打滑的临界状态时，带的最大有效拉力Fmax及带的紧边拉力F1应满足 vmax111efFF第第6章章 带传动带传动带的疲劳强度条件为max1cb1 为许用应力（MPa）当带不发生疲劳破坏且最大应力 达到许用应力 时，紧边拉应力为 max 1cb1 第第6章章 带传动带传动可得V带能传递的最大功率为vcb1e1 1e10001000fAvF vPv为带速（m/s）；A为带的截面面积（mm2）第第6章章 带传动带传动 许用应力 和V
14、带的型号、材料、长度及预期寿命等因素有关，由实验结果得出，在108109次循环应力条件下，许用应力 为 d11.13600CLmvTm为带轮数目；v为V带的速度（m/s）；T为V带的使用寿命（h）；Ld为V带的基准长度（m）；C为由V带材料及结构决定的实验系数 第第6章章 带传动带传动V带传动的设计与参数选择 已知条件已知条件 带传动的工作条件（原动机种类、工作机类型和特性等）传递的功率P 主从动轮的转速n1、n2或传动比i 传动位置和外部尺寸的要求 第第6章章 带传动带传动3 13 23 33 4设计的内容设计的内容 带的型号、长度和根数的确定 带轮中心距的确定 带轮的材料、结构及尺寸的设计
15、与选择 带的初拉力及作用在带轮轴上的压力计算 带张紧装置的设计 第第6章章 带传动带传动3 13 23 33 43 5设计计算步骤及参数选择的原则 1）确定计算功率 caAPK P2）选择V带类型根据计算功率Pca及小带轮转速n1，由普通V带选型图确定普通V带的类型。第第6章章 带传动带传动3）确定带轮的基 准直径dd1、dd2（1）初选小带轮基准直径dd1（2）验算带速d1 160 1000d nv（3）计算大带轮直径 第第6章章 带传动带传动4）确定中心距a及 带的基准长度Ld（1）初选中心距a0d1d20d1d20.7()2()ddadd（2）计算带长Ld0 2d2d1d00d1d20(
16、)2()24ddLadda（3）确定中心距add002LLaa第第6章章 带传动带传动5）验算小带轮上的包角1d2d1118057.3 120dda第第6章章 带传动带传动6）确定V带根数zcarPzP7）确定初拉力2ca0(2.5)500KPFqvK zv8）计算带对轴的压力 1p02sin2FzF第第6章章 带传动带传动V带轮的结构设计 V带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢；小功率时可用铸铝或塑料。带轮基准直径带轮基准直径dd(2.53)d（d为轴的直径，为轴的直径，mm）时）时 实心式结构 第第6章章 带传动带传动当dd300 mm时，可
17、采用腹板式或孔板式结构 当dd 300 mm时，可采用轮辐式结构 第第6章章 带传动带传动【工程实例6-1】机床传动系统的普通V带传动设计 设计某机床传动系统中与电动机相接的普通V带传动。已知电动机的额定功率为P=4 kW，转速n1=1440 r/min，传动比为3.4，三班制工作，载荷变动小，要求结构紧凑。第第6章章 带传动带传动解：（1）确定计算功率Pca。由附表6-6查得工作情况系数KA=1.3，计算功率Pca为 caA1.3 4 kW5.2 kWPK P第第6章章 带传动带传动附表6-6 工作情况系数KA（摘自GB/T 13575.11992）第第6章章 带传动带传动（2）选取带型。根
18、据Pca及n1，由图6-8选用A型带。第第6章章 带传动带传动（3）确定带轮的基准直径。根据表6-1推荐的最小基准直径，由附表6-7可选出小带轮的基准直径dd1=100 mm，则大带轮的基准直径dd2=idd1=100 3.4=340 mm。根据附表6-7，取dd2=355 mm。第第6章章 带传动带传动附表6-7 普通V带轮的基准直径系列（摘自GB/T 13575.11992）第第6章章 带传动带传动表6-1 V带最小带轮直径ddmin和推荐轮槽数 第第6章章 带传动带传动（4）验算带速，即 d1110014407.54 m/s601000601000d nv5 m/s25 m/sv，故符合
19、要求。（5）确定V带的基准长度和中心距。根据 初步确定中心距a0为考虑到设计要求结构紧凑，故选a0=400 mm。d1d20d1d20.7()2()ddadd00.7(100355)318.52(100355)910a第第6章章 带传动带传动根据式(6-24)，计算V带的基准长度Ld0为 2d2d1d00d1d202()2()24(355100)2400(100355)1555.36 mm24400ddLadda 由附表6-2选V带基准长度Ld为1600 mm。按式(6-25)计算出实际的中心距a为 dd0016001555.36400422.32 mm22LLaa第第6章章 带传动带传动（6
20、）验算主动轮上的包角。由式(6-27)可得 d2d11355 10018057.318057.3145.4120422.32dda故主动轮的包角合适。（7）计算V带的根数。由附表6-2查得KL=0.99，由附表6-5查得K=0.91，由附表6-4查得P=0.17 kW，由附表6-3查得P0=1.32 kW。根据式(6-20)，在此条件下，单根V带所传递的功率为=(1.32+0.17)0.990.90=1.33 kW r0L()PPP K K 由式(6-28)可得V带的根数z为 car5.23.921.33PzP取z=4根。第第6章章 带传动带传动附表6-2 普通V带、窄V带的基准长度和长度系数
21、KL（摘自GB/T 13575.11992）附表6-3 单根V带的基本额定功率（摘自GB/T 13575.11992）附表6-4 单根V带的功率增量（摘自GB/T 13575.11992）附表6-5 包角修正系数（摘自GB/T 13575.11992）（8）计算初拉力F0。由附表6-1查得q=0.1 kg/m。由式(6-29)可得V带的初拉力为 22ca0(2.5)(2.50.91)5.25005000.1 7.54156.3 N0.91 47.54KPFqvK zv（9）计算带对轴的压力。由式(6-30)得 1p0145.42sin24 156.3 sin1193.8 N22FzF（10）带
22、轮结构设计（略）第第6章章 带传动带传动6.4梯形齿同步带传动的设计梯形齿同步带传动的设计 同步带的类型与结构 同步带传动综合了带传动和链传动的优点，带面具有等距横向齿的环形带。同步带由带背1、承载绳2、带齿3和包布带4组成。第第6章章 带传动带传动带链结合，传动平稳，传动比准确；带链结合，传动平稳，传动比准确；不需张紧，效率高，适于高速。不需张紧，效率高，适于高速。第第6章章 带传动带传动第第6章章 带传动带传动 同步带按照齿形可分为梯形齿同步带梯形齿同步带和圆圆弧齿同步带弧齿同步带。节距制梯形齿同步带按照节距可分为7种带型，最基本的参数是节距P。同步带的标记为带长代号、带型和带宽代号。标记
23、举例：第第6章章 带传动带传动梯形齿同步带传动的设计计算 失效形式失效形式 同步带疲劳断裂、带齿的剪切和压溃、同步带两侧边和带齿的磨损。计算准则计算准则 保证同步带具有一定的疲劳强度和使用寿命。第第6章章 带传动带传动）确定计算功率PcacaAPK P2）选择梯形齿 同步带类型 根据计算功率Pca及小带轮转速n1，由图6-12确定梯形齿同步带的类型。第第6章章 带传动带传动3）确定带轮齿数 z1、z2及带轮节 圆直径dd1、dd2一般选小带轮齿数应满足：z1zmin 大带轮齿数z2=iz1。两个带轮的节圆直径分别为 1bd1z pd2bd2z pd第第6章章 带传动带传动4）验算带速 d1 1
24、max60 1000d nvv5）确定中心距 及同步带长 根据结构要求，按照V带的计算公式初定中心距a0，再计算带长Ld0。选取标准带长（节线长度）Ld。最后，计算出实际中心距a。第第6章章 带传动带传动6）确定同步带宽度（1）确定小带轮的啮合齿数zmd2d1m1126ddzza（2）确定基准额定功率P0 320p10PFqvv计算带宽bs为 ca1.14ss0z0PbbK P第第6章章 带传动带传动梯形齿同步带轮的结构 如图6-13所示，d=同步带轮的节圆直径，d0=带轮的实际外圆直径。同步带轮的齿形一般推荐采用渐开线齿形渐开线齿形，并由渐开线齿形带轮刀具用展成法展成法加工而成。图6-13
25、同步轮节径与外径示意图 第第6章章 带传动带传动 带轮在安装时，必须注意带轮轴线的平注意带轮轴线的平行度，使带轮的传动中心平面位于同一平面行度，使带轮的传动中心平面位于同一平面内，防止带轮斜偏而造成带轮侧面磨损加剧。内，防止带轮斜偏而造成带轮侧面磨损加剧。第第6章章 带传动带传动 图6-14为直边齿带轮的齿槽尺寸图，其主要参数有齿槽底宽bw、齿高hg、槽半角 、节顶距 、外圆直径da。各参数的尺寸及计算公式见附表6-12。图6-14 直边齿带轮的齿槽尺寸及参数 第第6章章 带传动带传动【工程实例6-2】牛头刨床传动系统的梯形齿同步带传动设计 设计某牛头刨床传动系统中与电动机相接的梯形齿同步带传
26、动。已知电动机的额定功率为P=4 kW，转速n1=1440 r/min，传动比为i=3.4，三班制工作，要求结构紧凑。第第6章章 带传动带传动解：（1）确定计算功率Pca。由附表6-9查得工作情况系数KA=1.9，计算功率Pca为 caA1.947.6 kWPK P（2）确定同步带的类型。根据计算功率Pca及小带轮转速n1，由图6-12可查得梯形齿同步带的类型应为H。第第6章章 带传动带传动图6-12 梯形齿同步带选型图 第第6章章 带传动带传动（3）确定带轮齿数z1、z2及带轮节圆直径dd1、dd2。由表6-2查得zmin=18，取z1=19。大带轮的齿数为z2=iz1=3.4 19=64.
27、6，取z2=65。表6-2 小带轮最小齿数zmin（摘自GB/T113621989）第第6章章 带传动带传动 由附表6-8查得H型同步带的节距Pb=12.7 mm。两个带轮的节圆直径分别为 1bd119 12.776.85z pd2bd265 12.7262.90z pdmm mm 第第6章章 带传动带传动附表6-8 梯形齿同步带齿形尺寸（摘自GB/T 116161989）第第6章章 带传动带传动（4）验算带速。H型同步带最大允许带速vmax为40 m/s，带速v为 d1 176.85 14405.794060 100060 1000d nv验算结果表明，带轮节圆直径取值合理。（5）确定中心距
28、及带长。根据式(6-23)初步确定中心距a0，即 00.7(76.85262.9)237.832(76.85262.9)679.5a考虑到设计要求结构紧凑，选a0=300 mm。根据计算V带的基准长度Ld0，有式(6-24)，则 2d2d1d00d1d202()2()24(262.976.85)2 300(76.85262.9)1162.25mm24 300ddLadda第第6章章 带传动带传动 由附表6-10选用带长代号为450的同步带，其节线长Ld为1143 mm，共90个齿。按式(6-25)计算实际中心距a为 dd001162.251143300309.6 mm22LLaa附表6-10
29、梯形齿同步带的节线长度（摘自GB/T 116161989）第第6章章 带传动带传动（6）确定同步带宽度bs。小带轮的啮合齿数zm为 d2d1m111262.976.851962626 309.6ddzza 确定基准额定功率P0。由表6-3查得H型同步带基准宽度bs0为76.2 mm，单位长度质量q及许用工作拉力Fp分别为0.448 kg/m和2100.85 N。H型同步带的基准额定功率P0为 32320p10()10(2100.850.448 5.79)5.7912.08PFqvv确定计算带宽bs。当zm6时，啮合齿数系数Kz=1。计算带宽bs应满足 ca1.141.14ss0z07.676.
30、250.831 12.08PbbK P最后，从附表6-8中选取标准值bs=50.8 mm，齿宽代号200。第第6章章 带传动带传动（7）计算作用在带轮轴上的压力FP。作用在带轮轴上的压力FP为 caP100010007.61312.61 N5.79PFv因此，此传动的同步带型号为450H200。（8）带轮的结构和尺寸（略）。第第6章章 带传动带传动6.5带传动的张紧带传动的张紧 由于带不是完全的弹性体，因此在工作一段时间后，会因伸长而松弛，使拉力降低。为保证带传动的正常工作，需要对带进行重新张紧。常见带的张紧装置有以下三类。第第6章章 带传动带传动1定期张紧装置定期张紧装置 如图6-16所示，通过定期调节带传动的中心距来增大带的初拉力，使带重新张紧。图6-16 定期张紧装置 第第6章章 带传动带传动2自动张紧装置 如图6-17所示，将小带轮所在的电动机装在摆架上，依靠电动机重力产生的力矩使带重新张紧。图6-17 自动张紧装置 第第6章章 带传动带传动3采用张紧轮装置 当中心距不可调时，可采用图6-18所示的张紧轮装置。张紧轮通常布置在松边内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮应尽量靠近大带轮，以减小对小带轮包角的影响。图6-18 张紧轮装置 第第6章章 带传动带传动
