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1、第7章 帶傳動,7.1 機械傳動概述 7.2 帶傳動概述 7.3 帶傳動的工作情況分析 7.4 V帶傳動選用計算 7.5 V帶輪材料和結構 7.6 帶傳動的張緊,7.1 機械傳動概述,機器一般都有傳動裝置，它是將原動機的運動和動力傳給工作機的中間裝置，它常起以下作用： （1） 減速(或增速)。 工作機速度往往和原動機速度不一致，利用傳動裝置可以達到改變速度的目的。 （2） 調速。 許多工作機的轉速需要能根據(jù)工作要求進行調整，而依靠原動機調速往往不經(jīng)濟，甚至不可能，而用傳動裝置很容易達到調整速度的目的。 （3） 改變運動形式。原動機的輸出軸常用等速回轉運動，而工作機要求的運動形式則是多種
2、多樣的，如直線運動、 螺旋運動、間歇運動等，靠傳動裝置可實現(xiàn)運動形式的改變。 （4） 增大轉矩。工作機需要的轉矩往往是原動機輸出轉矩的幾倍或幾十倍，通過減速傳動裝置可實現(xiàn)增大轉矩的要求。 （5） 動力和運動的傳遞和分配。一臺原動機常要帶動若干個不同速度、不同負載的工作機，這時傳動裝置還起到分配動力和運動的作用。,表7-1 機械傳動的形式和應用特點,表7-1 機械傳動的形式和應用特點,7.2 帶 傳 動 概 述,7.2.1 帶傳動的工作原理和應用 1. 帶傳動的工作原理,圖7-1 磨擦型帶傳動工作原理,圖7-2 嚙合型帶傳動,摩擦型帶傳動通常由主動輪、從動輪和傳動帶組成。傳動帶以一定的初拉
3、力F0緊套在帶輪上，在F0的作用下，帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生正壓力，當主動輪1回轉時，接觸面間產(chǎn)生摩擦力，主動輪靠摩擦力使傳動帶3與其一起運動。同時，傳動帶靠摩擦力驅使從動輪2與其一起轉動，從而主動軸上的運動和動力通過傳動帶傳遞給了從動軸。在相同張緊力和相同摩擦系數(shù)的條件下，V帶產(chǎn)生的摩擦力要比平帶的摩擦力要大，所以V帶傳動能力強，結構更緊湊， 在機械傳動中應用最廣泛。V帶按其寬度和高度相對尺寸的不同， 又分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、 汽車V帶、齒形V帶、大楔角V帶等多種類型。目前，普通V帶應用最廣， 本章主要討論普通V帶的設計問題。 今天主要學習普通V帶傳動選用計算 ,2. 帶傳動的特點
4、 摩擦型帶傳動主要特點如下： (1) 傳動帶具有彈性和撓性， 可吸收振動并緩和沖擊， 從而使傳動平穩(wěn)、噪聲小。 (2) 當過載時，傳動帶與帶輪間可發(fā)生相對滑動而不損傷其他零件，起過載保護作用。 (3) 適合于主、 從動軸間中心距較大的傳動。 (4) 由于有彈性滑動存在， 故不能保證準確的傳動比， 傳動效率較低。 (5) 張緊力會產(chǎn)生較大的壓軸力， 使軸和軸承受力較大， 傳動帶壽命降低。 另外，帶在工作時，會產(chǎn)生彈性滑動，因此，傳動比不能嚴格保持不變。帶傳動的輪廓尺寸大，傳動效率較低。因此， 帶傳動一般傳遞功率為50100 kW，帶速為525 m/s，傳動比不超過5，效率約為
5、0.920.97。,3. 帶傳動的類型,圖7-3 帶的傳動類型和橫截面形狀 (a) 平帶； (b) V帶； (c) 多楔帶； (d) 圓形帶,圖7-4 V帶的結構,7.2.2 普通V帶型號和基本尺寸,表7-2 普通V帶截面基本尺寸 ha基準直徑，B頂寬，Bp基準寬度，H 高度，鍥角,表7-9 普通V帶輪的輪槽尺寸： bp基準寬度，ha基準線上槽深，hf基準線下槽深，e槽間距，f第一槽對稱面至端面的距離，輪槽角，B帶輪寬，da外徑,表7-3 普通V帶的基準長度系列及長度系數(shù) （KL代長修正系數(shù)）,,7.3.3 帶傳動的彈性滑動 帶工作時，如帶不伸長，主動輪和從動輪的圓周速度v1和v2將與帶的
6、線速度相等，即,則理論傳動比i為,(7-12),(7-13),式中：dd1，dd2帶輪的基準直徑，mm。,彈性滑動會引起下列后果： (1) 從動輪的圓周速度總是落后于主動輪的圓周速度，并隨載荷變化而變化，導致此傳動的傳動比不準確。 (2) 損失一部分能量，降低了傳動效率，會使帶的溫度升高， 并引起傳動帶磨損。由于彈性滑動引起從動輪圓周速度低于主動輪圓周速度，其相對降低率通常稱為帶傳動滑動系數(shù)或滑動率，用表示,(7-14),7.3.4 打滑現(xiàn)象 帶傳動是靠摩擦工作的，在初拉力F0一定時，當傳遞的有效圓周力F超過帶與輪面間的極限摩擦力時，帶就會在帶輪輪面上發(fā)生明顯的全面滑動， 這種現(xiàn)象
7、稱為打滑。當傳動出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時，雖然主動帶輪仍在繼續(xù)轉動，但從動帶輪及傳動帶有較大的速度損失，使帶傳動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至完全不動。由于大帶輪上的包角大于小帶輪的包角，由式（7-7）可知，打滑總是在小帶輪上首先開始的。打滑是一種有害現(xiàn)象， 它將使傳動失效并加劇帶的磨損。因此，在正常工作時，應避免打滑現(xiàn)象。,7.3.5 帶的疲勞破壞 帶在工作時的應力隨著帶的運轉而變化，是交變應力。 轉速越高、帶越短，單位時間內帶繞過帶輪的次數(shù)越多， 帶的應力變化就越頻繁。長時期工作，傳動帶在交變應力的反復作用下會產(chǎn)生脫層、撕裂，最后導致疲勞斷裂，從而使傳動失效。,7.4 V帶傳動選用計算,7.4.1 設計準
8、則和單根V帶額定功率 1. 設計準則 由于帶傳動的主要失效形式是打滑和疲勞破壞，因此帶傳動的設計準則是：在保證帶傳動不打滑的條件下，使V帶具有一定的疲勞強度。,2. 單根V帶額定功率 單根V帶所能傳遞的功率與帶的型號、長度、帶速、帶輪直徑、包角大小以及載荷性質等有關。為了便于設計，測得在載荷平穩(wěn)、包角為180及特定長度的實驗條件下，單根V帶在保證不打滑并具有一定壽命時所能傳遞的功率P0(kW)，稱為額定功率。各種型號的P0值見表7-4。,表7-4 單根普通V帶的基本額定功率P0,(1=2=180，特定長度，載荷平穩(wěn)),單位： kW,表7-4 單根普通V帶的基本額定功率P0,當實際使
9、用條件與實驗條件不符合時，此值應當加以修正， 修正后即得實際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率P的計算公式如下：,P=(P0+P0)KKL,(7-16),式中：K包角系數(shù)，考慮不同包角對傳動能力的影響，其值見表7-5； KL長度系數(shù)，考慮不同帶長對傳動能力的影響，其值見表7-3； P0功率增量(kW)， 考慮傳動比i1時帶在大帶輪上的彎曲應力較小，從而使P0值有所提高，P0值見表7-6。,表7-5 包 角 系 數(shù) K,表7-6 單根普通V帶i1時額定功率的增量P0 單位：kW,表7-6 單根普通V帶i1時額定功率的增量P0 單位：kW,7.4.2 設計計算的一般步驟和方法 1. 確
10、定設計功率PC 設計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率再考慮載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素而確定的，表達式如下。,PC=KAP,(7-17),式中: P所需傳遞的名義功率，kW； KA工作情況系數(shù)， 按表7-7選取。,表7-7 工作情況系數(shù)KA （I類軟起動，II類負載啟動）,2. 選擇帶型 V帶的帶型可根據(jù)設計功率PC和小帶輪轉速n1由圖7-9選取。,3. 確定帶輪的基準直徑dd1。dd2 (1) 選取小帶輪基準直徑dd1 。如前所述，帶輪直徑越小， 則帶的彎曲應力越大，易于疲勞破壞。V帶輪的最小直徑ddmin見表7-8。選擇較小直徑的帶輪，傳動裝置外廓尺寸小、重量輕
11、； 而帶輪直徑增大，則可提高帶速、減小帶的拉力，從而可能減少V帶的根數(shù)，但這樣將增大傳動尺寸。設計時可參考圖7-9中給出的帶輪直徑范圍按標準取值。,表7-8 V帶輪的最小直徑,注： 帶輪的基準直徑系列是 20 22.4 25 28 31.5 35.5 40 45 50 56 63 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 200 212 224 236 250 265 280 300 315 335 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 9
12、00 1000 1060 1120 1250 1600 2000 2500,(2) 驗算帶的速度。傳遞一定功率時， 帶速愈高，圓周力愈小，所需帶的根數(shù)愈少，但帶速過大，帶在單位時間內繞過帶輪的次數(shù)增加，使疲勞壽命降低。同時，增加帶速會顯著地增大帶的離心力，減小帶與帶輪間接觸壓力。 當帶速達到某一數(shù)值后，不利因素將超過有利因素，致使P0降低，設計時應使vvmax。一般在v=525 m/s內選取，以v=2025 m/s最有利。對Y、Z、A、B、C型帶vmax=25 m/s，對D、E型帶，vmax=30 m/s。如vvmax，應減小dd。 （一般V不得小于5M/s，為充分發(fā)揮V帶的傳送能力，應使V約
13、等于20M/s）,（3）確定大帶輪的基準直徑dd2。大帶輪基準直徑 計算后也應按表7-8直徑系列值圓整。當要求傳動比精確時， 應考慮滑動系數(shù)來計算輪徑，此時dd2可不圓整。,(7-18),通常取=0.02。,4. 確定中心距和帶長 當中心距較小時，傳動較為緊湊，但帶長也減小，在單位時間內帶繞過帶輪的次數(shù)增多，即帶內應力循環(huán)次數(shù)增加，會降低帶的壽命。而中心距過大時則傳動的外廓尺寸大，且高速時容易引起帶的顫動， 影響正常工作。 一般推薦按下式初步確定中心距a0，即,a0=(0.72)(dd1+dd2),(7-19),初選a0后，可根據(jù)下式計算V帶的初選長度L0。,(7-20),根據(jù)初選
14、長度L0，由表7-3選取與L0相近的基準長度Ld，作為所選帶的長度，然后就可以計算出實際中心距a，即,(7-21),考慮到安裝調整和帶松弛后張緊的需要，應給中心距留出一定的調整余量。中心距的變動范圍為,(7-22),5. 驗算小帶輪包角1 小帶輪包角可按下式計算,(7-23),一般要求1120否則應適當增大中心距或減小傳動比，也可以加張緊輪。,6. 確定V帶根數(shù)z,(7-24),帶的根數(shù)z應圓整，為使各根帶受力均勻，其根數(shù)不宜過多， 一般取z25根為宜，最多不能超過810根，否則應改選型號或加大帶輪直徑后重新設計。,7. 計算初拉力F0和軸上壓力FQ （1）初拉力。初拉力F0過小，則產(chǎn)生的摩
15、擦力小，傳動易打滑。初拉力愈大，帶對輪面的正壓力和摩擦力也愈大，不易打滑，即傳遞載荷的能力愈大： 但初拉力過大會增大帶的拉應力，從而降低帶的疲勞強度，同時作用在軸上的載荷也大，故初拉力的大小應適當。 考慮離心力的影響時，單根V帶的初拉力(預緊力)可按下式計算,(7-25),（2） 軸上壓力。帶的張緊對安裝帶輪的軸和軸承來說， 會影響其強度和壽命。因此必須確定作用在軸上的徑向壓力FQ， 為了簡化計算，通常不考慮松邊、緊邊的拉力差，近似按帶兩邊的初拉力的合力來計算。 由圖7-10可知,8. 帶輪設計 帶輪設計包括以下內容：確定結構類型、結構尺寸、輪槽尺寸、 材料，畫出帶輪工作圖。 【例7
16、-1】試設計帶式輸送機的V帶傳動，采用三相異步電機Y160L6，其額定功率P11kW，轉速n1970r/min，傳動比i=2.5，兩班制工作。 解 (1) 確定計算功率PC，選取V帶類型。 查表7-7得工作情況系數(shù)KA=1.2，根據(jù)式(7-17)有,PC=KAP=1.211=13.2kW,根據(jù)FC13.2 kW、n1970r/min，從圖7-9中選用B型普通V帶。,(2) 確定帶輪基準直徑。 由表7-8查得主動輪的最小基準直徑dd1min=125 mm，根據(jù)帶輪的基準直徑系列，取dd1160 mm。 根據(jù)式(7-13)，計算從動輪基準直徑,dd2=dd1i=1602.5=400
17、mm,根據(jù)基準直徑系列，取dd2=400 mm。,(3) 驗算帶的速度。 根據(jù)式(7-12)有,速度在5m/s25 m/s內，合適。,(4) 確定普通V帶的基準長度和傳動中心距。 根據(jù)式(7-19),初步確定中心距a0=800 mm。 根據(jù)式(7-20)計算帶的初選長度,根據(jù)表7-3選帶的基準長度Ld=2500 mm。 根據(jù)式(7-21)，帶的實際中心距a,根據(jù)式7-22可知，中心距可調整范圍為,(5) 驗算主動輪上的包角1。 根據(jù)式(7-23)有,主動輪上的包角合適。（要求大于或等于120）,(6) 計算V帶的根數(shù)z。 根據(jù)式(7-24),由B型普通V帶，n1970rmin，dd1160mm
18、，查表7-4得P0=2.70 kW；由i2.5，查表7-6得 P0 0.3kW；由1163， 查表7-5得K0.953；由Ld=2500 mm，查表7-3得KL=1.03。則,取z=5根。,(7) 計算初拉力F0。 根據(jù)式(7-25)有,查表7-2得q=0.17kgm，故,(8) 計算作用在軸上的壓力FQ。 根據(jù)式(7-26)有,7.5 V帶輪材料和結構,帶輪通常由三部分組成：輪緣(用以安裝傳動帶)、 輪轂(與軸聯(lián)接)、 輪輻或腹板(聯(lián)接輪緣和輪轂)。 對帶輪的主要要求是質量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面要仔細加工，以減少帶的磨損。轉速高時要進行動平衡。 對于鑄造和焊接帶輪的內
19、應力要小。 帶輪的常用材料是鑄鐵，如HT150、HT200；轉速較高時可用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成；小功率時可用鑄鋁或非金屬。,帶輪的典型形式有如下幾種， 如圖7-11所示： （1） 實心輪用于尺寸較小的帶輪(dd(2.53)d時)； （2） 腹板輪用于中小尺寸的帶輪(dd300mm時)； （3） 孔板輪用于尺寸較大的帶輪((dd d)100 mm時)； （4） 橢圓輪輻輪用于尺寸大的帶輪(dd 500mm時)。,圖7-11 帶輪的結構 (a) 實心輪； (b) 腹板輪；(c) 孔板輪； (d) 橢圓輪輻輪,7.6 帶傳動的張緊,1. 定期張緊裝置 定期張緊裝置是利用定期改變中心距的
20、方法來調節(jié)傳動帶的初拉力，使其重新張緊。在水平或傾斜不大的傳動中，可采用如圖7-12(a)所示滑道式結構。電動機裝在機座的滑道上，旋動調節(jié)螺釘推動電動機，調節(jié)中心距以控制初拉力，然后固定。 在垂直或接近垂直的傳動中，可以采用如圖7-12(b)所示的擺架式結構。電動機固定在搖擺架上，用旋動調節(jié)螺釘上的螺母來調節(jié)。,圖7-12 張緊裝置,2. 自動張緊裝置,圖7-12(c)所示是一種能隨外載荷變化而自動調節(jié)張緊力大小的裝置。它將裝有帶輪的電機放在擺動架上，當帶輪傳遞轉矩T1時，在電機座上產(chǎn)生反力矩TR，使電機軸O繞搖擺架軸O1向外擺動。工作中傳遞的圓周力愈大，反力矩TR愈大；電機軸向外擺動角度愈大， 張緊力愈大。,3. 張緊輪張緊裝置,采用張緊輪進行張緊，一般用于中心距不可調的情況。 因置于緊邊需要的張緊力大，且張緊輪也容易跳動，通常張緊輪置于帶的松邊。圖7-12(d)所示為用張緊輪進行張緊的機構。 張緊輪壓在松邊的內側，張緊輪應盡量靠近大帶輪，以免小帶輪上包角減小過多。圖7-12(e)所示是張緊輪壓在松邊的外側， 它使帶承受反向彎曲，會使壽命降低。這種裝置常用于需要增大包角或空間受限制的傳動中。,Thanks！,
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