1、第14章 带 传 动u 14.1 带传动概述带传动概述u 14.2 普通普通V带和带和V带轮带轮u 14.3 普通普通V带传动的设计带传动的设计u 14.4 V带传动的张紧、带传动的张紧、安装和维护安装和维护u 思考与练习题思考与练习题带传动是机械中广泛使用的一种传动，仅次于齿轮传动。例如：金属切削机床、汽车柴油机冷却风扇、拖拉机、液压机、破碎机、客车发电机等。本章以普通V带为主研究带传动的工作原理、特点、应用及标准，分析普通V带传动的失效形式与设计准则，设计的思路和方法，以及使用和维护方面应注意的问题。14.1.1 带传动的组成带传动的组成带传动由主动带轮1、从动带轮2和传动带3组成，工作时
2、依靠带与带轮之间的摩擦或啮合来传递运动和动力，如图14-1所示。14.1 14.1 带传动概述带传动概述图14-1 带传动的组成14.1.2 带传动的主要类型带传动的主要类型根据工作原理的不同，带传动可分为:(1)摩擦式带传动，依靠带与带轮间的摩擦力传递运动和动力；(2)啮合式带传动，依靠带上的齿或孔与带轮上的齿或孔啮合传递运动和动力。1.摩擦式带传动摩擦式带传动根据带的截面形状不同可分为平带传动(矩形截面，如图14-2(a)所示)、V带传动(梯形截面，如图14-2(b)所示)、多楔带传动(如图14-2(c)所示)、圆带传动(圆形截面，如图14-2(d)所示)等类型。图14-2 摩擦式带传动的
3、类型(1)平带传动。平带传动结构最简单，其工作表面为内表面，平带挠曲性好，易于加工，在传动中心距较大场合应用较多。(2)V带传动。V带俗称三角带，其工作表面为两侧面，与平带相比，在相同的正压力作用下，V带的当量摩擦因数大，故能传递较大的功率，且V带结构紧凑，因此应用广泛。(3)多楔带传动。多楔带是在平带基体上由多根V带组成的传动带，兼有平带挠曲性好及V带传动能力强等优点，可以避免使用多根V带时长度不等、受力不均匀等缺点。(4)圆带传动。圆带通常用棉绳或皮革制成。圆带传动能力小，适合于仪器和家用机械，如缝纫机等。2.啮合式带传动啮合式带传动啮合式带传动分为同步带传动(如图14-1(b)所示)和齿
4、孔带传动，其兼有带传动和齿轮传动的特点，主要应用于要求传动比准确、功率较大、线速度较高的场合。如数控机床和电影胶片运动的传动分别应用了同步带传动和齿孔带传动。14.1.3 带传动的特点和应用带传动的特点和应用带是弹性元件，因此带传动有以下特点：(1)能吸收振动，缓和冲击，传动平稳，噪音小。(2)过载时，带会在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用。(3)结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。(4)带与带轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比，传动精度和传动效率较低。(5)由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力。(6)带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑。(7)带的寿命
5、较短，需要经常更换。(8)不适用于高温、易燃及有腐蚀介质的场合。摩擦带传动适用于要求传动平稳、传动比要求不准确、中小功率的远距离传动。一般情况下，带传动的传递功率P100 kW，带速v525 m/s，传动比i7，传动效率0.900.95。14.1.4 带传动的弹性滑动、打滑及其传动比带传动的弹性滑动、打滑及其传动比带是弹性体，受力后会产生弹性变形，带受力不同时弹性变形量不同，由此引起的带与带轮之间在微小范围内的相对滑动，称为带传动的弹性滑动。弹性滑动使得从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度，是带传动不能保证准确传动比的原因。弹性滑动在摩擦传动中是不可避免的。由于弹性滑动引起的从动轮圆周速度的降
6、低率称为带传动的滑动系数，用表示，即(14-1)考虑弹性滑动时的传动比为(14-2)11d22d11d22d11d1211ndndndndndvvv)1(1d2d2112ddnni 一般带传动的滑动系数0.010.02，因值很小，非精确计算时可以忽略不计。这时带传动的传动比为(14-3)打滑是过载时带与带轮之间的全面滑动，是带传动的一种失效形式。打滑是可以避免的。1d2d2112ddnniV带分为普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、汽车V带等多种类型，其中普通V带应用最为广泛。以下主要介绍普通V带。14.2 普通普通V带和带和V带轮带轮14.2.1 普通普通V带的结构和标准带的结构和标准普通
7、V带为无接头的环形带，由顶胶、底胶、抗拉体和包布层组成，如图14-3所示。包布层由胶帆布制成，抗拉体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。图14-3 普通V带的结构V带绕在带轮上时产生弯曲，外层受拉伸长，内层受压缩短，内外层之间必有一长度不变的中性层，其宽度bp称为节宽，见表14-1。V带轮上与bp相对应的带轮直径dd称为基准直径。与带轮基准直径相对应的带的周线长度称为基准长度，用Ld表示，见表14-2。两带轮轴线间的距离a称为中心距，带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角，
8、如图14-1(a)所示。普通V带已标准化，按截面尺寸从小到大可分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，各种型号V带的截面尺寸见表14-1。表表14-1 普通普通V带横截面尺寸带横截面尺寸(摘自摘自GB/T1154497)mm表表14-2 普通普通V带的长度系列和带长修正系数带的长度系列和带长修正系数KL(摘自摘自GB/T13575.192)14.2.2 V带轮带轮1.V带轮设计要求带轮设计要求设计V带轮时应满足的要求有：质量小且质量分布均匀；足够的承载能力；良好的结构工艺性；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。2.带轮的材料带轮的材料
9、带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200，允许的最大圆周速度为25 m/s。转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)。小功率时可用铸铝或塑料。3.结构尺寸结构尺寸V带轮由轮缘、轮毂、轮辐三部分组成。直径较小时可采用实心式(如图14-4(a)所示)；中等直径带轮采用腹板式(如图14-4(b)、(c)所示)；直径大于350 mm时可采用轮辐式(如图14-4(d)所示)。轮毂与轮辐尺寸见图14-4，按经验公式计算：轮槽尺寸见表14-3。图14-4 V带轮的结构dh(1.82)ds drda2(hahf)h1290 h20.8h1d0(dhdf)/2 ha、hf、见表14-
10、1P-功率a10.4h1s(0.20.3)B L(1.52)dsn-转速，r/mina20.8a1s11.5ss21.5sza辐条数 f1f20.2h1图14-4 V带轮的结构表表14-3 普通普通V带轮的轮槽尺寸带轮的轮槽尺寸(摘自摘自GB/T13575.192)mm续表14.3.1 带传动的失效形式和设计准则带传动的失效形式和设计准则带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳破坏。因此，带传动的计算准则是：(1)保证带与带轮间不发生打滑。(2)在一定时限内不会发生疲劳损坏。14.3 普通普通V带传动的设计带传动的设计14.3.2 单根单根V带的基本额定功率带的基本额定功率根据带传动的计算准则，通
11、过实验可得单根普通带V的基本额定功率P0(见表144)。当实际使用条件与实验条件不相符时，应对P0值进行修正。因此，在实际使用条件下单根普通V带许用的额定功率P0为P0(P0P0)KKL(14-4)式中:P0为实验条件下单根普通V带的基本额定功率，单位为kW，查表144；P0为i121时单根普通V带的额定功率增量，单位为kW，查表14-5；K为包角系数，查表14-6；KL为带长系数，查表14-2。表表14-4 单根普通单根普通V带的基本额定功率带的基本额定功率P0(包角包角12180、特定基准长度、载荷平稳、特定基准长度、载荷平稳)(摘自摘自GB/T13575.192)kW续表表14-5 i1
12、21时单根普通时单根普通V带的额定功率带的额定功率P0(摘自摘自GB/T13575.192)kW续表表14-6 包角修正系数包角修正系数K14.3.3 普通普通V带传动的设计计算带传动的设计计算1.已知条件及设计内容已知条件及设计内容设计V带传动的已知条件一般为：原动机的性能，传动用途，传递的功率P，两轮的转速n1、n2(或传动比i12)，工作条件及外廓尺寸要求等。设计内容包括：(1)确定普通V带的型号、基准长度Ld和根数z。(2)确定带轮的材料、基准直径dd1、dd2及结构尺寸。(3)确定传动的中心距a、计算初拉力F0及作用在轴上的压力F。(4)选择张紧装置。2.设计步骤和方法设计步骤和方法
13、(1)确定计算功率。PcKAP(14-5)式中:Pc为计算功率，单位为kW；KA为工作情况系数，查表147；P为传递的额定功率，单位为kW。表表14-7 工作情况系数工作情况系数KA(2)选择V带的型号。根据计算功率Pc和小带轮转速n1，按图14-5选择普通V带的型号。当选择的坐标点在两种型号分界线附近时，应按两种型号分别进行计算，然后择优选用。(3)确定带轮的基准直径dd1、dd2。一般取dd1dd min，若dd1过小，则带的弯曲应力太大而导致带的寿命降低；反之，则带传动的外廓尺寸增大。表14-8规定了带轮的最小基准直径dd min。大带轮的基准直径dd2由下式计算dd2i12dd1(1)
14、(14-6)带轮的基准直径dd1、dd2应符合带轮基准直径尺寸系列。图14-5 普通V带选型图表表14-8 普通普通V带轮的最小基准直径带轮的最小基准直径 mm(4)验算带速v。(14-7)式中:dd1为小带轮的基准直径，单位为 mm；n1为小带轮的转速，单位为r/min。带速应控制在525 m/s范围内。(5)确定中心距a和带的基准长度Ld。初定中心距a0。对于没有限定中心距的情况，可按下式初选中心距0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2)(14-8)m/s10006011ndvd若已限定中心距的范围，则a0应在所限定的范围内取值。确定带的基准长度Ld。按下式初步计算带的基准长度Ld0：
15、(14-9)由Ld0和V带的型号查表14-2，选取接近的基准长度Ld。021d2d2d1d00d4)(2)(2addddaL确定实际中心距a。(14-10)考虑安装、张紧和调整等，中心距需要有一定的调整范围，一般为amaxa0.03Ld，amina0.015Ld20dd0LLaa (6)验算小带轮包角1。(14-11)一般要求1120，若不能满足，可增大中心距或设置张紧轮。adda1d2d13.57180(7)确定带的根数z。(14-12)式中:Pc为计算功率，单位为kW；P0为单根普通V带在实际使用条件下的许用额定功率，单位为kW。带的根数z应圆整为整数。为使各根带受力均匀，带的根数z不能太
16、多，一般z25为宜，最多不多于810根。否则应加大带轮基准直径或选择较大型号的V带，重新设计。L00c0c)(KKPPPPPz(8)确定单根V带的初拉力F0。保持适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件。初拉力过小，则传动时摩擦力过小易打滑；初拉力过大，则降低带的寿命，并增大了轴和轴承的压力。单根V带的初拉力可按下式计算(14-13)式中：q为每米带长的质量，单位为kg/m，查表14-1。其他符号的意义同前。N)5.2(5002c0qvzvKPKF(9)计算作用在带轮轴上的压力FQ。为了设计轴和轴承，必须求出V带作用在轴上的压力FQ。FQ可按下式计算:(14-14)N2sin210zFFQ14.
17、3.4 V带传动的设计计算实例带传动的设计计算实例例例14-1 已知电动机型号为Y100L24，额定功率Pm3kW，满载转速nm1420r/min，电动机的效率0.93；其V带传动的传动比i122.5；每日工作16 h，工作载荷平稳，单向运转。试设计该传动系统中的普通V带传动。解解(1)确定计算功率Pc。电动机轴的输出功率即主动带轮的输入功率为P0Pm0.933 kW2.79 kW查表14-7得KA1.1，由式(14-5)得PcKAP01.12.79 kW3.069 kW (2)选择普通V带的型号。根据Pc3.069 kW，nm1420 r/min，由图14-5查得该坐标点位于A型带区域，按A
18、型带进行计算。(3)确定大小带轮基准直径dd1、dd2。由表14-8取dd180 mm，由式(14-6)得dd2i12dd1(1)2.580(10.02)mm196 mm由表14-8取dd2200 mm。(4)验算带速。由式(14-7)得带速在525 m/s之间，合适。m/s95.5m/s10006014208010006011dndv(5)确定V带基准长度Ld和中心距a。考虑电动机与减速器的安装位置，V带传动的中心距应保证电动机不与减速器外壁接触，且拆卸方便。据此，V带传动的中心距应不小于齿轮传动的中心距、从动齿轮轴线到减速箱左凸缘外壁距离、减速箱左凸缘外壁与电动机之间的间隙、电动机的外半径
19、等尺寸之和。初步确定中心距a0540 mm，符合0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2)。确定V带的基准长度Ld。由式(14-9)得查表14-2，对A型带取Ld1600 mm。计算实际中心距。由式(14-10)得mm3.1526mm5404)80200(22008054024)(2)(22021d2d2d1d00daddddaLmm577mm23.1526160054020dd0LLaa (6)验算小带轮的包角1。由式(14-11)得合适。120168577802003.571803.571801d2d1add(7)计算V带的根数。由式(14-12)得查表14-4得P00.86 kW；查表
20、14-5得P00.167 kW；查表14-6得K0.974；查表14-2得KL0.99。则取z4根带。L00c0c)(KKPPPPPz1.399.0974.0)167.086.0(069.3z(8)计算初拉力F0。查表14-1得q0.1 kg/m，由式(14-13)得初拉力为N2.138N95.51.095.53974.0069.3)974.05.2(500)5.2(50022c0qvzvKPKF (9)计算作用在轴上的压力FQ。由式(14-14)得(10)带轮结构设计。根据带轮的基准直径dd180 mm、dd2200 mm，小带轮拟采用实心式结构，大带轮拟采用腹板式结构。其结构和尺寸计算方法
21、见图14-4及表14-3，这里不再赘述，两带轮材料均用HT200。N7.824N2168sin2.138322sin210zFFQ14.3.5 提高带传动工作能力的措施提高带传动工作能力的措施(1)增大摩擦系数f。摩擦式带传动的摩擦系数越大，则其传动能力越强。所以，可通过选择合适的材料副等增大摩擦系数，以提高带传动的工作能力。(2)增大包角1。柔韧体摩擦其摩擦力的大小，不仅与摩擦系数和正压力有关，而且还与接触面积的大小有关。包角越大则接触面积越大，摩擦力也越大，传动能力越强。采用增大中心距、减小传动比以及在带传动外侧安装张紧轮等方法可以增大包角。(3)保持适当的张紧力。张紧力越大，摩擦力也越大
22、，传动能力越强。但张紧力太大会导致带的寿命缩短。(4)其他措施。如采用新型V带、采用高强度材料作为带的强力层等，都可以提高带传动的传动能力。14.4.1 V带传动的张紧带传动的张紧由于带使用一段时间后，会产生塑性变形而松弛，使带的张紧力减小，其传动能力降低，因而要重新张紧，以保持传动能力。常用的张紧方法有以下两种。14.4 V带传动的张紧、带传动的张紧、安装和维护安装和维护1.调整中心距调整中心距当中心距可调时，可加大中心距，使带张紧。调节中心距的张紧装置有以下两类：(1)定期张紧装置。该装置采用定期改变中心距的方法来调节带的张紧力，使带重新张紧。常见的有滑道式和摆架式两种结构。在水平或倾斜度
23、不大的传动中，可用滑道式的方法。将装有带轮的电动机安装在制有滑道的基板上，要调节带的张紧力时，松开基板上各螺栓的螺母，旋动调节螺钉，将电动机向左推移到所需的位置，然后拧紧螺母，如图14-6(a)所示。图14-6 调整中心距张紧装置在垂直或接近垂直的传动中，可用摆架式的方法。将装有带轮的电动机安装在可调整的摆架上，通过调整螺栓使电动机摆动，将带张紧，如图14-6(b)所示。(2)自动张紧装置，如图14-6(c)所示。该装置将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自重，使带轮绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。2.采用张紧轮采用张紧轮当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧，如图14-7所示
24、。张紧轮一般放在松边的内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。图14-7 张紧轮装置14.4.2 带传动的安装和维护带传动的安装和维护1.带传动的安装带传动的安装(1)安装V带时，首先将中心距缩小，将带套在带轮上后，慢慢的增大中心距，满足规定的初拉力要求。严禁用其他工具强行撬入或撬出，以免对带造成不必要的损坏。(2)安装V带时，两带轮轴线应相互平行，其V型槽对称平面应重合。(3)同组使用的V带应型号相同，长度相等，以免各带受力不均。2.带传动的维护带传动的维护(1)要采用安全防护罩，以保障操作人员的
25、安全；同时防止油、酸、碱对V带的腐蚀。(2)定期对V带进行检查有无松驰和断裂现象，如有一根松驰和断裂则应全部更换新带。(3)禁止给带轮上加润滑剂，应及时清除带轮槽及带上的油污。(4)带传动工作温度不应过高，一般不超过60。(5)若带传动久置后再用，应将传动带放松。14-1 什么情况下最适合选用带传动？14-2 打滑是带传动的一种失效形式，打滑一定有害吗？14-3 在C6140车床的传动系统中，为何将带传动放置在高速级？14-4 带速为什么不宜太高也不宜太低？14-5 采用张紧轮时，若将张紧轮放置在带的内侧，应靠近哪一个带轮，为什么？14-6 带传动中带为何要张紧？如何张紧？思考与练习题思考与练习题14-7 一普通V带传动，已知带的型号为A，两轮基准直径分别为dd1150 mm和dd2400 mm，初定中心距a0100 mm，小带轮转速为n11460 r/min。试求：(1)小带轮包角1；(2)选定带的基准长度Ld；(3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮的转速n2；(4)滑动率0.015时大带轮的实际转速n2；(5)确定实际中心距a。14-8 设计一磨面机，用普通V带传动。已知电动机额定功率为Pm5.5kW，转速n11420r/min，n2560r/min，允许n2误差5%，两班制工作，希望中心距不超过700 mm。
