機械設(shè)計(Mechanical Design

)燕松山2013年09月第十三章 帶傳動的設(shè)計一.帶傳動的組成及工作原理帶傳的組成動主動帶輪1從動帶輪2環(huán)形膠帶3vv主動輪1傳動帶3 從動輪2n1α1α2型帶傳動的工作原理——依靠帶與帶輪之間的摩擦力傳動運動和動力的間接摩擦傳動§13-1

帶傳動的類型和應用1α

——小輪包角α2——大輪包角n1——小輪轉(zhuǎn)速（r/min）n2——大輪轉(zhuǎn)速（r/min）v——帶速（m/s）二. 帶傳動的類型vvα1

n1α2摩擦型帶傳動嚙合型帶傳動同步帶輪 同步帶同步帶輪摩擦型帶傳動——利用帶與帶之間的摩擦力進行傳動嚙合型帶傳動——利用帶上凸齒與帶輪齒槽嚙合進行傳動一）按工作原理分平帶V帶多楔帶圓帶φφ/2Fnφ/2FnFQ平帶：Fn

=FQ

，F(xiàn)f

=Fn·f=FQ·f承載能力小FQFnV帶：Q

vQfnsinfsin=

F

f,

F

=

FFQF

=f2f2承載能力大V帶多楔帶圓帶平帶二）按帶的剖面型狀分三.V帶的結(jié)構(gòu)及尺寸3—壓縮層4—包布層3—壓縮層4—包布層壓縮層（橡膠填充而成）包布層（橡膠帆布構(gòu)成）粗繩結(jié)構(gòu)——撓曲性好V帶是無接頭的環(huán)形帶，其種類有普通V帶、窄V帶、寬V帶等。伸張層（橡膠制成）簾布結(jié)構(gòu)——容易制造強力層有V帶由四部分組成1—伸張層2—強力層

(粗繩結(jié)構(gòu)）1—伸張層2—強力層

(簾布結(jié)構(gòu)）一）V帶的結(jié)構(gòu)分析二）V帶截面型號及尺寸YZ(SPZ)AB（SPA）

（SPB）CDE１.普通V帶、窄V帶的截面型號：2.

V帶截面尺寸:Pb

—節(jié)寬(節(jié)面寬度)b

—

頂寬ｈ—

高度Φ－帶楔角，Φ=40?φbpb各種型號V帶的剖面尺寸見表13-1。帶的型號大，則剖面尺寸大，帶的承載能力就高。3.

V帶的長度外周長

基準長度Ld

內(nèi)周長帶輪基準直徑d四.帶傳動的特點和應用①帶有彈性，能緩沖減振，故傳動平穩(wěn)，噪聲??；優(yōu)

②過載時，帶在帶輪上打滑，可防止其它零件損壞；點

③適用于兩軸中心距較大的傳動；④結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和安裝，故成本低。缺點①由于彈性滑動和打滑，傳動比不恒定；②傳動效率較低，壽命較短，外廓尺寸較大；特點③由于需要施加張緊力，軸和軸承受力較大。應用：用于中心距較大，傳動比無嚴格要求的場合，在多級傳動系統(tǒng)中通常用于高速級傳動，如機床中由電動機到主軸箱的第一級傳動。五.嚙合型傳動帶（亦稱同步齒形帶）的結(jié)構(gòu)同步帶結(jié)構(gòu)12嚙合型傳動帶一般以細鋼絲繩、玻璃纖維繩或芳綸纖維繩為強力層，以聚氨酯或氯丁橡膠為基體，在工作表面上制成凸齒的無接頭環(huán)形帶。同步帶分為僅在一面有齒的單面同步帶和兩面都有齒的雙面同步帶，齒的形狀有梯形齒和弧齒等。34——包布層——帶齒——帶背——

承載繩帶

長：中心距:822

1212(d

-

d

)+

d

)]

-

8[2L

-

p(d2L

-

p(d2

+

d1

)-a

?p=

180-

2g180小輪包角：

a1

=

180a-

d

2

-

d1

·

57

.3α2六.帶傳動的幾何尺寸計算α1ɑγBγACDL=

A?B

+

2BC

+

C?D4a2(d

-

d

)2(d1

+

d2

)+

2

1

=

2a

+p一．帶傳動的受力分析§13-2

帶傳動的工作情況分析eO2O1F0F0F0F0∑Ff2-帶松邊∑Ff1-帶O12n2O緊邊

T2F1F1F2F2T1n1工作前：帶中各處均受到一定的初拉力FO工作時：主動邊被進一步

拉緊，拉力由F0增大到F1，稱為緊邊；另一邊拉力減少到F2，稱為松邊。緊邊拉力與松邊拉力的差值e稱為帶傳動的有效拉力F

:Fe

=F1一F2

=∑Ff一）帶傳動的有效拉力F1

工作拉力帶傳動工作時，有效拉力Fe與初拉力Fo、緊邊拉力F1、松邊拉力F2關(guān)系：F1

+

F2=

2FoF1-

F2

=

Fe由F1=FO+

Fe/2F2=F0-

Fe/2得

2

2rq(rda

)v

=

2F

sin

da

c2

2

sin

da

?

dacF

=

qv

2２

離心拉力由牛頓定律F

=

m

a

有３

帶傳動的最大有效拉力2

22

2fdF

+

F

cos

da

-(F

+

dF

)

cos

da

=

0NdF

+

F

'c

-

F

sin

da

-(F

+

dF

)

sin

da

=

0NCcos

da

?1,

F

'

=

qv2da

dF

sin

da

?

0，sin

da

?

da

,2

2

22代入，則dF=

fdaF

-

qv2兩端積分二）帶傳動的極限有效拉力Felim及其影響因素2=

e

fa1F帶在帶輪上即將打滑時：F1F1

+

F2=

2FoF1一F2

=Fe由22=

e

fa1F

-

qv2F1

-

qv得0+1-1e

lime

fa1e

fa1F

=

2(F

-

qv2

)a1=

fda

F

-

qv2dFF1F2

012fa

1

=

eF

-

qv2F

-

qv2低速時取v＝０，得Ｅular公式初拉力F0

——F0↑，正壓力↑，∑Ffmax↑，F(xiàn)elim↑但F0↑↑，磨損加快，帶的壽命↓；小輪包角α1——α1↑，包圍弧↑，∑Ffmax↑，F(xiàn)elim↑α1大小取決于設(shè)計參數(shù)i、d1、d2及a；3）摩擦系數(shù)f——f↑，∑Ffmax↑，F(xiàn)elim↑，f取決于帶和帶輪的材料。影響Felim的因素fae

1

+1e

fa1

-1Fe

lim

=

2F0帶相對1輪的滑動方向α2CD二．帶傳動的運動分析帶傳動的運動特性——存在彈性滑動和打滑一）彈性滑動及其特性1.彈性滑動:是帶的彈性變形量的變化而引起帶與帶輪之間微量相對滑動的現(xiàn)象，稱為彈性滑動。δ1ιδ2ι

vn1n2α1AB帶相對1輪的滑動方向α2CDn1n2α1ABF1F1F2F2ιδ11)帶是彈性體，受力后會產(chǎn)生彈性變形，在帶的彈性極限內(nèi)，變形：δ=F/EA，當帶的截面積A一定時，F(xiàn)↑，δ↑2）摩擦型帶傳動依靠摩擦里傳遞運動和動力，必然存在拉力差，即：緊邊拉力F1大于松邊拉力F2，則帶在緊邊的伸長量δ1大于松邊的伸長量δ2。2.彈性滑動產(chǎn)生原因ι

vδ2是微量滑動，只發(fā)生在帶離開帶輪前的那部分接觸弧A′B和C′D(稱為滑動弧)。是摩擦型帶傳動正常工作時不可避免的固有特性3．彈性滑動的性質(zhì)帶相對1輪的滑動方向α2CDn1n21BF1F1F2F2ιδ1ι

vδ2β1αA′Aβ2c'1)降低傳動效率(V帶傳動效率η=0.91

～0.96)，使帶與帶輪摩損增加和溫度升高。4．彈性滑動對傳動的影響2)使從動輪的圓周速度v2低于主動輪的圓周速度v1，即：

v2<

v1

。從動輪圓周速度相對降低量稱為滑動率ε。v1·100%v1

-v2滑動率ε：e=F↑則ε↑，正常工作時，ε=1%～2%3)

傳動比不為常數(shù)即：d2n2

d1(1-e)i

=

n1

=≠常數(shù)二）帶傳動打滑α2CD打滑——當傳遞的有效拉力達到極限值Felim時，過載引起的帶與小帶輪接面間將發(fā)生顯著的相對滑動。vn1n2α1ABF1F1F2F2帶與帶輪2整個接觸弧上發(fā)生相對滑動帶與帶輪1整個接觸弧上發(fā)生相對滑動β1β2三）彈性滑動與打滑的本質(zhì)區(qū)別彈性滑動打

滑是帶傳動的失效形式，設(shè)計時必須避免；發(fā)生在帶和帶輪的全部接觸弧上。是帶傳動正常工作時不可避免的固有特性；只發(fā)生在帶離開帶輪前的那部分接觸弧上；α2CDABn1β2βα1

1彈性滑動打

滑α2CDAB

n1n2β2βα11三.帶的應力分析2.拉應力緊邊拉應力：σ1=F1/AMPa松邊拉應力：σ2=F2/AMPa∵F1＞F2∴σ1＞σ23.彎曲應力帶繞過小帶輪時：dd

1σb1

=

2

Ey

dd2

、dd1—大小帶輪節(jié)圓直徑。一）帶傳動工作時，帶截面上的應力種類1.離心拉應力：σc=Fc/A

=qv2/A

MPa——離心拉應力作用于帶的全長。帶繞過大帶輪時：d

2式中:

E

—

帶的當量彎曲彈性模量；y

—

帶的最外層到中性層的距離；2

Eyσb

2

=

d當傳動比i≠1時,d2

d1∵

d

>d

,∴

σb2

<σb1二)帶中應力分布情況σb2σ1σb1α1α2n1n2σCσCσB

=σC+σ2+σb1σC

=σC+σ2+σb2σD=σC+σ1+σb2σmax=σA

=σC+σ1+σb1E三）帶的應力變化性質(zhì)e1.帶中應力變化帶繞一周帶的最大應力發(fā)生在緊邊開始繞上小輪處（A點）大小為：σmax

=σA

=σC+σ1+σb12.帶中應力變化性質(zhì)——周期性變化的循環(huán)變應力3.變應力對帶的影響——引起帶的疲勞破壞（脫層和疲勞斷裂）eσmaxσb2σ1σca

b

c

dσb1σb2σ2cσ1σ

σcσb1四.帶傳動的失效形式和計算準則一）帶傳動的失效形式過載打滑——由F實傳＞Flim引起的失效疲勞破壞（脫層和疲勞斷裂）—σmax

＞[σ]

引起失效二）帶傳動的計算準則帶傳動的計算準則是：保證帶傳動不打滑的前提下，充分發(fā)揮帶的傳動能力，并使傳動帶具有足夠的疲勞強度和壽命。即應滿足：不打滑條件：F實傳≤1

1)

=

s1A(1-

)Fe

lim

=

F1(1-efa1

efa1疲勞強度條件：smax

=s1

+sc

+sb1

￡

s]§13-3 V帶傳動的設(shè)計kW1000Fe

limv

1

10001

Av

e

=

([s]-sb1

-sc

)

1-P0

=f

￠a同時滿足兩條件的帶傳動功率：式中：[σ]—由帶的疲勞壽命決定的許用拉應力，由實驗得出，在108

～109

次應力循環(huán)下，V帶的許用應力為：mCL

d3600

jn

thv[s

]=式中：C—由V帶的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)決定的實驗常數(shù)

Ld—V帶的基準長度，m；jn—V帶繞行一周時繞過帶輪的數(shù)目th—V帶的預期壽命，h；m—指數(shù)，對普通V帶，m=11.1。疲勞強度條件：

smax

=s1

+sc

+sb1

￡

s]根據(jù)不打滑條件：F實傳)11e

f

￠a1e

f

￠a1)

=

s1A(1-≤

Fe

lim

=

F1(1-將[σ]

、σb、σc

代入，取當量摩擦系數(shù)f′=0.51,可得V帶傳動功率的計算公式：(d

ACLd-

-qv

2

h

12

Ey7200

t

v

11

.1P0

=

)11

Ave

10000

.51

a

1

-

kW一．在特定條件下，單根V帶的基本額定功率P1載荷平穩(wěn)α1=α2

=1800

，即：i=1Ld為特定長度一）特定條件二）單根V帶的基本額定功率P1——表13-4P1可根據(jù)V帶型號、小帶輪直徑d1及小輪轉(zhuǎn)速n1由表13-4查出。V帶型號YZABCDE特定長度45080017002240375063007100表13-4單根普通V帶的基本額定功率P1如：Z型V帶、d1=80

mm、n1=1420

r/min時，P0

=0.35

kWA型V帶、d1=100

mm、n1=1420

r/min時，P0

=1.31

kW帶型d1mmn1

r/min800950120014501600Z630.150.200.220.180.230.260.220.270.300.250.300.350.270.330.397180A750.450.680.831.001.190.510.770.951.151.370.600.931.141.391.660.681.071.321.611.920.731.151.421.742.0790100112125100A1.31142080Z0.35二.

實際使用條件下單根V帶的許用功率當使用條件與特定條件不符時，需引入附加項和修正系數(shù)。經(jīng)過修正后單根V帶許用功率[P]為：P]=

(P1+ΔP1)KαK

L

kW式中：DP1

—額定功率增量，考慮傳動比i≠1時，帶在大帶輪上的彎曲應力較小，在相同壽命的條件下，額定功率可比i=1時的傳動功率大。根據(jù)V帶型號、n1及i查表。Kα—包角系數(shù)，考慮α≠1800時對傳動能力影響，根據(jù)小帶輪包角α1查表。KL—長度系數(shù)，考慮帶長不為特定長度時對傳動能力的影響，KL根據(jù)V帶型號及基準帶長Ld查表；表13-5

單根普通V帶額定功率的增量

?P0

kW帶型傳動比i帶速

m/sv≦≥2.0?P1kWA0.000.010.020.030.100.110.152.578.3100.020.020.030.030.040.040.0550.030.040.050.060.070.080.096.0.03

0.04

0.05

0.06

0.08

0.090.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.090.05

0.07

0.08

0.10

0.11

0.130.020.020.030.02

0.03

12.50.02

0.04

0.06

0.08

0.09

0.11

0.13

0.15

0.17

150.02

0.04

0.06

0.09

0.11

0.13

0.15

0.17

0.19

17.50.03

0.06

0.08

0.11

0.13

0.16

0.19

0.22

0.24

200.03

0.07

0.10

0.13

0.16

0.19

0.23

0.26

0.29

250.101.001.021.051.091.131.191.251.351.52~~~~~~~~~≥2.01.011.041.081.121.181.241.341.511.99v

=7.44m/sA表13-5查法如：?P

=

0.095 kw

≈

0.1

kwA型帶i

=3.62v=7.44m/s13-9包角系數(shù)Kα小輪包角180o175o170o165o160o155o152o150o145o140o135o130o125oKα10.990.980.960.950.930.9240.920.910.890.880.860.84表13-7普通V帶的基準長度系列和長度系數(shù)KL基準長度Ld

mm型

號ZABC4004505005606307108009001000112012501400160018000.870.890.910.940.960.991.001.031.061.081.111.141.161.180.850.870.890.910.930.960.991.010.820.840.860.880.900.920.

950.830.86Ld=1250

mm如：Z型帶KL

=1.11Ld=1800

mmA型帶LK

=1.0112501.1118001.01Z

A三.V帶傳動正常工作條件及提高帶傳動承載能力的措施工作機的載荷性質(zhì)每天工作時間取值KA

——

工況系數(shù)，取決于P

——

V帶傳動需要傳遞的名義功率，一般為已知條件。若出現(xiàn)P能傳

<

Pcα

時，則傳動不能正常工作，必須采取措施提高V帶傳動承載能力。一）

V帶傳動正常工作的條件P能傳=Z

P]=Z(P1

+ΔP1)KLKα

?Pca

=KAP式中：Z

——

V帶的根數(shù)；Pcα——

V帶傳動的計算功率；原動機類型2.提高單根V帶的額定功率[P]二）提高V帶傳動承載能力的措施1.增加V帶根數(shù)：Z

?，則P能傳?(P1

+ΔP1)?—型號?、d1

?增大摩擦系數(shù)——fv鑄鐵帶輪—皮革帶=0.595，fv鑄鐵帶輪—膠帶=0.51；采用新型帶：多楔帶，齒形帶。Kα

?

—α1

?K

L

?

—L

d

?四．普通V帶傳動的設(shè)計及參數(shù)選擇一）普通V帶傳動設(shè)計的原始數(shù)據(jù)：傳遞的功率P，工作條件；主、從動輪轉(zhuǎn)速n1和n2或傳動比i；3．對傳動位置和外部尺寸的要求。二）普通V帶傳動設(shè)計內(nèi)容：1．確定帶的型號、長度和根數(shù)，帶輪直徑，傳動中心距；2．計算初拉力和作用在軸上的壓力；帶輪的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計。三）普通V帶傳動設(shè)計步驟和選擇參數(shù)：1．確定計算功率Pc

：

Pc=KAP

kW原動機類型（如：輕載啟動）工作機的載荷性質(zhì)（如：載荷變動?。┟刻旃ぷ鲿r間（如：=8小時）由表查出

KA=1.1工況系數(shù)AK

根據(jù)空輕載啟動<10載荷變動小1.1工

況KA輕載啟動重載啟動每天工作時間（h）<1010-16>16<1010-16>16載荷變動最小液體攪拌機等1.01.11.21.11.21.3載荷變動小帶式運輸機等1.11.21.31.21.31.4載荷變動較大起重機等1.21.31.41.41.51.6載荷變動最大破碎機等1.31.41.51.51.61.8表13-10 工

況

系

數(shù)

KA2.選擇V帶型號：

V帶型號↑，帶截面尺寸↑，帶傳動的承載能力↑。V帶型號根據(jù)由選型圖初選帶型。計算功率Pc小帶輪轉(zhuǎn)速n1普通V帶選型圖計算功率小帶輪轉(zhuǎn)速DEZABCG1－選A型帶G2－可選Z、A型帶同時計算注意：當選型點在兩種型號交界線（圖中粗實線）附近時，可以對兩種型號同時進行計算,如Pc=4.4

kW與n1=1420

r/min交點G2處，可選Z、A型帶同時計算，最后擇優(yōu)選定。普通V帶選型圖計算功率小帶輪轉(zhuǎn)速ADEZBC500214204.43．確定帶輪的基準直徑d1和d21)初選小輪直徑d1帶速過高則離心力大，使帶與帶輪間的壓力減小，易打滑。因此，必須限制帶速v≤vmax.一般應使v=5～25m/s，最佳帶速為20～25m/s。2)驗算帶速v：m/s60·1000v

=pd1n1型號YZABCDEddmin205075125200355500Zmax3456101010d1對傳動影響：帶輪直徑小時，傳動尺寸緊湊，但彎曲應力大，使帶的疲勞強度降低；傳遞同樣的功率時，所需有效圓周力也大，使帶的根數(shù)增多。d1選擇：一般取d1≥dmin，并取標準值。表13-11

普通V帶輪最小基準直徑dd1及輪槽數(shù)Z3)確定大輪直徑d2：d2應根據(jù)傳動比要求計算后取標準值當要求傳動比較精確時：d2C

=i

d1(1-e)（一般取ε=0.02）d2C計算式4．確定中心距a和帶長Ld4a1

2(d

-

d

)2(d

+

d

)+

2

1

p2帶長：L

=2ɑ

+中心距：2122211

218ddd2L

-

d

+da

=2L

- +

[

p(

)]

-8(

-d

)

}{

p(d

+d

)α2ɑγBγA當傳動比無要求時：可忽略滑動率ε，則：d2C

=d1

=

id1CDα11)初選中心距ɑOɑO↓↓：尺寸小，包角α1小，傳動能力降低，帶短，dɑO↑↑：尺寸↑，帶的垂度↑，帶上下抖動加劇，傳動平穩(wěn)性↓繞轉(zhuǎn)次數(shù)u=V/L↑，帶的疲勞壽命降低。對傳動影響結(jié)構(gòu)尺寸有要求時：按要求初定ɑO；結(jié)構(gòu)尺寸無要求時：推薦0.7(d1+d2)≤ɑO≤2(d1+d2)ɑO選擇2)初算帶長Lca和確定帶長Ld04

aLca(

d

2

-

d

1

)2p初算帶長Lca

=

2

a

0

+

2

(

d

1

+

d

2

)

+按表13-7中標準帶長，選取相近的基準長度Ld標準值。如：Lca=1461mm，可取Ld=1400mm或取Ld=1600mm。若Lc超出該型帶的長度范圍，則應改變中心距或帶輪直徑重新設(shè)計。V帶傳動中心距不可調(diào)時：ɑ應按確定的基準帶長Ld計算。即：228d

d

1

2

2

1[2

L

+

d

)]a

=

1

{2

L-

p

(d

-

8(d

-

d

)

}-

p

(d1

+

d

2

)+考慮安裝、更換V帶和調(diào)整、補償初拉力（例如帶伸長而松弛后的張緊）中心距變化范圍：ɑmin=ɑ-0.015Ld

mm

，ɑmax=ɑ+0.03Ld

mm0（特殊情況允許

a1

?

90

)4）驗算小輪包角α11?

120

0·

57

.30a-

d

2

-

d

1a

?

180

03)確定中心距ɑ2-

Lc0當V帶傳動中心距可調(diào)時：ɑ可近似計算：ɑ≈ɑ+Ldmm5．確定V帶根數(shù)z滿足V帶傳動正常工作要求所需帶的根數(shù)：=PcZ

c

?K

A

P[P

]

(P1

+

D

P1

)K

L

K

aF0↓↓：∑Ff↓，F(xiàn)elim↓，F(xiàn)e實傳＜Felim時，就可能出現(xiàn)打滑F(xiàn)0↑↑：帶中應力過大，使帶過早松弛，帶的使用壽命↓，V帶傳動正常工作的實際根數(shù)Z：將ZC

圓整為Z根。當V帶根數(shù)超過表13-11中薦用的輪槽數(shù)時，應改選帶輪直徑或改選V帶型號重新設(shè)計。6．確定初拉力F0F0對傳動影響F0確定原則——既能保證帶傳動傳遞額定功率時不打滑，又能保證V帶具有一定壽命。單根帶適宜的初拉力為：20zv

Kaac( )

+

qv500P

2.5

-

KF

=7．計算帶對軸的壓力FQ計算FQ的目的

——

用于軸和軸承設(shè)計計算若不考慮帶松緊邊的拉力差和離心拉力的影響，則FQ可近似地按張緊時帶0兩邊拉力均為zF

的合力計算，即：ZF0FQZF0βα1帶傳動作用于軸上的壓力21aFQ

?

2zF0

sin設(shè)計一帶式運輸機傳動系統(tǒng)中第一級用的V帶傳動。已知:電動機型號為Y112M-4，額定功率P=4

kW，轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，n2=400

r/min，每天運轉(zhuǎn)時間不超過10h。五．設(shè)計實例分析值設(shè)計計算項目設(shè)計計算依據(jù)結(jié)

論方案Ⅰ方案Ⅱ工況系數(shù)KA表13-101.1計算功率PC（kW)PC

=

KAP4.4選V帶型號V帶型號圖Z型A型小輪直徑d1（mm）表13-11及推薦標準80100驗算帶速v（m/s）V

=πd1n1/60000，要求V

在5～2