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第二章 带传动


第二章 带传动

目录

第二章
2.1 带传动的类型和特点
2.1.1 带传动的类型 2

带传动

2 2 2

2.1.1.1.摩擦型带传动 2.1.1.2.啮合型带传动
2.1.2 带传动的形式 3

2.1.3 带传动的特点及应用 3

2.2 V 带和带轮 4
2.2.1 带的构造和标准 4

2.3 带传动的工作能力分析 6
2.3.1 带传动的受力分析和应力分析 6

2.3.1.1.带传动的受力分析 2.3.1.2.带传动的应力分析 2.3.1.2.传动比 2.4.1 2.4.3 2.5.1 2.5.2 8 2.4 普通 V 带传动的设计 9

6 7

带传动的失效形式和设计准则

9 9

2.4.2 单根 V 带的基本额定功率和许用功率 9 V 带传动的设计步骤和传动参数选择 9 10 带传动的张紧方法 9 带传动的安装与维护 2.5 带传动的张紧、安装与维护

1

第二章 带传动

第二章
2.1 带传动的类型和特点
2.1.1 带传动的类型

带传动

带传动的种类很多,根据工作原理的不同,带传动可分为摩擦型和啮合型两大类。 2.1.1.1.摩擦型带传动 摩擦型带传动利用带与带轮之间的摩擦力传递运动和动力。按带的横截面形状不同可分为: V 带传动(图 2-1a)、平带传动(图 2-1b)、多楔带传动(图 2-1c)、圆带传动(图 2-1d)等四种 (a) (b) (c) (d)

图 2-1 摩擦型带传动 (a) V 带传动 (b)平带传动 (c) 多楔带传动 (d) 圆带传动

(1) V 带传动(图 2-1a) V 带的横截面为等腰梯形,两侧面为工作面。在初拉力相同和传动尺 寸相同的情况下,V 带传动所产生的摩擦力比平带传动大很多,而且允许的传动比较大,结构紧 凑,故在一般机械中已取代平带传动。 V 带有普通 V 带、窄 V 带、宽 V 带、联组 V 带、齿形 V 带、大楔角 V 带、汽车 V 带、农 机双面 V 带等 10 余种。一般机械常用普通 V 带。 (2) 平带传动(图 2-1b) 平带的横截面为扁平矩形。 带内面与带轮接触, 相互之间产生摩擦力, 平带内面为工作面。平带有普通平带、编织平带和高速环形平带等多种。常用普通平带。 平带传动结构简单,带轮制造方便,平带质轻且挠曲性好,多用于高速和中心距较大的传动 中。 (3)多楔带传动(图 2-1c) 多楔带是在绳芯结构平带的基体下接有若干纵向三角形楔的环形带。 多楔带传动的工作面为楔的侧面,这种带兼有平带挠曲性好和 V 带摩擦力较大的优点。与普通 V 带相比,多楔带传动克服了 V 带传动各根带受力不均的缺点,传动平稳,效率高,故适用于传递 功率较大且要求结构紧凑的场合,特别是要求 V 带根数较多或两传动轴垂直于地面的传动。 (4)圆带传动(图 2-1d) 圆带的横截面呈圆形,传递的摩擦力较小。圆带传动仅用于载荷很小 的传动,如用于缝纫机和牙科机械中 2.1.1.2.啮合型带传动 (1)同步带传动 工作时,利用带上内侧凸齿与带轮齿槽的啮合传递运动和动力。亦称同 2

第二章 带传动

步齿形带传动(图 2-2) 。

图 2-2 同步带传动

图 2-3 齿孔带传动

(2)齿孔带传动 工作时,利用带上的孔与带轮上的齿啮合传递运动和动力(图 2-3).

2.1.2 带传动的形式
常见的带传动形式有开口传动、交叉传动和半交叉传动等(图 2-4). 交叉传动用于两平行轴的反向传动;半交叉传动用于两轴空间交错的单向传动。平带可 用于交叉传动和半交叉传动,V 带一般不宜用于交叉传动和半交叉传动。

(a)开口传动 图 2-4 传动形式

(b)交叉传动

(C)半交传动

2.1.3 带传动的特点及应用
带传动的主要优点是:①具有弹性,能缓冲、吸振,传动平稳,当传递的中心距较小时,噪 声小;②过载时,带在带轮上打滑,防止其它零部件损坏,起安全保护作用;③适用于中心距较 大的场合;结构简单,成本较低,装拆方便。 带传动的主要缺点:①带在带轮上有相对滑动,没有恒定传动比;②传动效率低,带的寿命 较短;③传动的外廓尺寸大;④需要张紧,支承带轮的轴及轴承受力较大;⑤不宜用于高温、易 燃、油性较大的场所。 摩擦型带传动一般适用于功率不大和无需准确传动比的场合。在多级减速传动装置中,带传 动常置于与电动机相连接的高速级。

3

第二章 带传动

2.2 V 带和带轮
2.2.1 带的构造和标准
标准 V 带都制成无接头的环形,其横截面由强力层 1、伸张层 2、压缩层 3 和包布层 4 构成, 如图 2-5 所示。伸张层和压缩层均由胶料组成,包布层由胶帆布组成,强力层是承受载荷的主体, 分为帘布结构(由胶帘布组成)和线绳结构(由胶线绳组成)两种。帘布结构抗拉强度高,一般 用途的 V 带多采用这种结构。线绳结构比较柔软,弯曲疲劳强度较好,但拉伸强度低,常用于载 荷不大,直径较小的带轮和转速较高的场合。V 带在规定张紧力下弯绕在带轮上时外层受拉伸变 长,内层受压缩变短,两层之间存在一长度不变的中性层,沿中性层形成的面称为节面,如图 2-6 所示。节面的宽度称为节宽 bp。节面的周长为带的基准长度 Ld。 V 带和带轮有两种尺寸制,即有效宽度制和基准宽度制。基准宽度制是以带的节宽为特征参 数的传动体系。普通 V 带和 SP 型窄 V 带为基准宽度制传动用带。 按 GB/T11544-92 规定,普通 V 带分为 Y、 Z、A、B、C、D、E 七种,截面高度与节宽的比值为 0.2;窄 V 带分为 SPZ、SPA、SPB、 SPC 四种,截面高度与节宽的比值为 0.9。窄 V 带的强力层采用高强度绳芯,能承受较大的预紧 力,且可挠曲次数增加,当带高与普通 V 带相同时其带宽较普通 V 带小约 1/3,而承载能力可提高 1.5~2.5 倍。 图 2-7 V 带的节面和节线

在传递相同功率时,带轮宽度和直径可减小, 费用比普通 V 带降低 20~40%,故应用日 趋广泛。V 带的型号和标准长度都压印在胶带 的 外 表 面 上 , 以 供 识 别 和 选 用 。 例 : B2240 GB/T11544-92,表示 B 型 V 带,带的基准长度为 2240mm。 a)帘布结构 图 2-5 b)线绳结构

V 带剖面结构

4 图 2-7

表 8-1 V 带的截面尺寸 图 2.8 V 带的截面尺寸

第二章 带传动

制造 V 带轮的材料可采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料,以灰铸铁应用最为广泛。 当带速 v 不大于 25m/s 时,采用 HT150,v>25~30m/s 时采用 HT200,速度更高的带轮可采 用球墨铸铁或铸钢,也可采用钢板冲压后焊接带轮。小功率传动可采用铸铝或工程塑料。 带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。 V 带轮按轮辐结构不同分为四种型式,如图 2-8 所示。 带轮基准直径 dd≤ (2.5~3) (d0 为带轮轴直径) d0 时可采用 S 型(实心带轮,图 a); dd≤300mm 时可采用 P 型(腹板式带轮,图 b) ;且当 dd-d1≥100mm 时,可采用 H 型(孔板式带轮,图 c) ; dd>300mm 时可采用 E 型(轮辐式带轮,图 d) 。


2-2 V

5

带 的 基 准 长 度 系 列 及 长 度 系 数
KL

第二章 带传动

2.3 带传动的工作能力分析
2.3.1 带传动的受力分析和应力分析

由于 V 带应用最为广泛,在带传动的工作能力分析时,以 V 带为例作为分析对象。 2.3.1.1.带传动的受力分析 带传动在尚未转动时,由于带紧套在带轮上,带在带轮两边所受的初拉力相等,均为 F0 (图 2-9a)。

a) 图 2-9 带传动的受力分析

b)

主、从动轮上所受的摩擦力方向相反(图 2-9b),使带在带轮两边的拉力发生变化;带绕进主 动轮一边的拉力增大,拉传动工作时,主动轮作用在带上的摩擦力使带运行,带又通过摩擦力驱 动从动轮。 由于带在力由 F0 增至 F1 , 被拉得更紧, 称为紧边; 绕出主动轮的一边拉力减小, F0 由 减至 F2 ,带有所放松,称带为松边。假定环形带总长不变,那么紧边拉力增量 F1 ? F0 应与松边 拉力减量 F0 ? F2 相等,即。 F ? F0 ? F0 ? F2 1 或

F0 ?

显然,当带均匀传动时,紧边、松边的拉力差应等于接触面间的摩擦力的总和 Ff ,称为带传 动的有效拉力 Fe ,即圆周力 F 。

1 ?F1 ? F2 ? 2

(2 - 1)

F ? F1 ? F2 ? F f
综合上述二式,有: 紧边拉力 松边拉力

(2 - 2)

F1 ? F0 ? F2 ? F0 ?

F 2 F 2

(2 - 3)

当 Ff 达到极限 Ff lim 时, F1 与 F2 的关系可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示: 式中。 f --带与带轮间的摩擦系数; 综上所述可得

F1 ? e fa F2

(2 - 4)

a -- 带在带轮上的包角。
(2 - 5)

e fa ?1 1 ? ? Ff lim ? 2F0 fa ? F1 ?1 ? fa ? e ?1 ? e ? 带在正常传动时,须使有效圆周力 F < F f lim 。
6

第二章 带传动 由式(2-5)可知,带传动的最大有效圆周力不仅与摩擦系数和小带轮包角有关,而且与初拉力 有关。增大摩擦系数、小带轮包角和初拉力,则有效圆周力增大,从而增大传动能力。增大带轮 包角使带与带轮接触弧上摩擦力的总和增大;增大初拉力,带与带轮间的正压力增大,则传动时 的摩擦力就越大,最大有效圆周力也就越大。但初拉力过大会加剧带的磨损,致使带过快松驰, 缩短带的使用寿命,而初拉力过小又会造成带的工作能力不足。因此,需要正确选择和保持带传 动的初拉力。 带传动所能传递的功率为

P?
P -- 传递功率(KW);

Fv 1000

( 2-6)

F -- 有效圆周力(N) ;

v -- 带的速度( m /s)
2.3.1.2.带传动的应力分析 带传动工作时的应力大致有三种:由拉力产生的拉应力、由离心力产生的离心拉应力和带绕 过带轮时产生的弯曲应力。 (1)拉应力 ? 1 、 ? 2 紧边拉应力 松边拉应力

?1 ?

F1 A

(Mpa) (Mpa) (2-2)

式中, F1 、 F2 为紧、松边拉力(N) 为带的横截面积(mm2)。 ;A 由上式可知,带在绕过主动轮时,拉应力由 ? 1 逐渐降至 ? 2;带在绕过从动轮时,拉应力 则由 ? 2 逐渐增加到 ? 1。 (2)离心拉应力 ? c
2 当带沿带轮轮缘作圆周运动时,带上每一质点都受离心力的作用。带的离心力 Fc ? qv 。

F ?2 ? 2 A

此力作用于整个传动带,因此,它产生的离心拉应力 ? c 在带的所有横剖面上都是相等的。即

Fc qν 2 (2 - 8) σ c = A = A (Mpa) 式中, q -- 传动带单位长度的质量(kg/ m ) ,见表(2-1) ;

v -- 带速( m s );
A -- 带的横截面积(mm2)。 (3)弯曲应力 σ b 带绕在带轮上时,由于弯曲而产生弯曲应力 σ b。根据材料力学公式有

2 Ey Eh ? dd d d (Mpa) 式中, E -- 带的弹性模量(Mpa) ;

?b ?

(2 - 9)

; d d -- 带轮的基准直径( mm),查表(2-4) 7

第二章 带传动

y -- 带的中性层到最外层的距离( mm);

h -- 带的高度( mm).
由式(2-9)可知,带轮直径愈小,带愈厚,则带的弯曲应力愈大。为了防止产生过大的弯曲 应力而影响带的使用寿命,对每种型号带都规定了带轮的最小直径,见表(2-4) 带工作时,传动带中各截面的应力分布如图 2-9 所示,各截面应力的大小用自该处引出的径 向线的长短来表示。带中最大应力发生在紧边刚绕入主动轮处,其值为

? max= ? 1+ ? c+ ?

b1

(2 - 10)

式中, ? b1 为小带轮带上的弯曲应力(Mpa) ? 1、 ? c 意义同上。 ; 带是在变应力状态下工作的,当应力循环次数达到一定值时,会产生疲劳破坏,使带发生裂

纹、脱层、松散,直至断裂、破坏。 2.3.1.2.传动比 弹性滑动导致传动效率降低、带磨损、从动轮的圆周速度低于主动轮、传动比不准确。从动 轮圆周速度降低的相对值称为滑动率 ? ,

d d 2 n2 d v1 ? v2 = 1= 1- d 2 (2 - 11) d d 1n1 v1 d d 1i 式中, n 1、 n 2 分别为主、从动轮的转速(r/min)。 d n n2 =(1- ε ) d1 1 从动带轮实际转速 dd 2

??

(2 - 12)

图 2-10 传动带的应力分布 实际传动比

i=

滑动率 ? 与带材料和载荷大小有关。在正常传动中, ε =1%~2%。对于输出转速要求不高 的机械, ε 可略去不计,于是传动比为

dd 2 n1 = n 2 d d1 (1 - ε )

(2 - 13)

i=

n1 d d 2 ≈ n2 d d1 d d 1 、 d d 2 分别为两个带轮的基准直径。

(2 - 14)

【例 2-1】已知一普通 V 带传动,主动小带轮的直径 d d 1 =140 mm,转速 n 1=1440r/min,从 动轮直径 d d 2 =315 mm,滑动率 ? =2%。计算从动轮的转速 n 2,并与不计入 ? 时的 n 2 作比较。 【解】 (1)计入时,由式(2-12)得

n2 =(1- ? )

d d1n1 =(1-0.02)× = 622.2 r/min dd 2
8

第二章 带传动 (2)不计入 时,由式(2-14) 得

n2 =

由于弹性滑动的影响,从动轮的转速降低了 12.8 r/min 。

n1 d d 1 = 640 r/min dd2

2.4
2.4.1

普通 V 带传动的设计
带传动的失效形式和设计准则

带传动的主要失效形式有: (1)带在带轮上打滑,不能传递运动和动力; (2)带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断; (3)带的工作面磨损。 带传动的设计准则为: 在保证不打滑的条件下, 使带具有足够的疲劳强度和一定的使用寿命。

2.4.2 单根 V 带的基本额定功率和许用功率
在包角 =180°、特定带长、工作平稳条件下,单根普通 V 带在实验条件下所能传递的功率, 称为基本额定功率。

2.4.3

V 带传动的设计步骤和传动参数选择

设计 V 带传动的条件一般是:已知传递的功率、传动的用途、带轮的转速、传动位置及对传 动外廓尺寸的要求等。 设计计算的内容包括:选择合理的传动参数,确定 V 带的截型、长度和根数;确定带轮的材 料、结构和尺寸

2.5
2.5.1

带传动的张紧、安装与维护
带传动的张紧方法

V 带在张紧状态下工作一段时间后会产生塑性变形,使初拉力减小,造成传动能力下降。为 了保证带传动的工常工作,应定期检查初拉力 ,当发现初拉力小于允许范围时,须重新张紧。 常见的张紧装置有三类: (1)定期张紧装置 定期调整中心距以恢复初拉力。常见的有滑道式(图 2-11a)和摆架式

(图 2-11b)两种,均靠调节螺钉调节带的张紧程度。滑道式适用于水平传动或倾斜不大的传动 场合。 (2)自动张紧装置 (图 2-11c) 使带始终在一定的张紧力下工作。 (3)张紧轮张紧装置(图 2-11d) 当中心距不可调节时,采用张紧轮张紧。张紧轮一般应设 置在松边内侧,并尽量靠近大带轮。张紧轮的轮槽尺寸与带轮相同,直径应小于小带轮的直径。 9 将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上, 利用电动机自重,

第二章 带传动

若设置在外侧时,则应使其靠近小轮,这样可以增加小带轮的包角

2.5.2

带传动的安装与维护

V 带传动的安装与维护需要注意以下几点: 1)两轮的轴线必须安装平行,两轮轮槽应对齐,否则将加剧带的磨损,甚至使带从带轮上 脱落。 2)应通过调整中心距的方法来安装带和张紧,带套上带轮后慢慢地拉紧至规定的初拉力。 新带使用前,最好预先拉紧一段时间后再使用。同组使用的 V 带应型号相同、长度相等。 3)应定期检查胶带,若发现有的胶带过度松弛或已疲劳损坏时,应全部更换新带,不能新 旧并用。若一些旧带尚可使用,应测量长度,选长度相同的胶带组合使用。 4)带传动装置外面应加防护罩,以保证安全;防止带与酸、碱或油接触而腐蚀传动带,带 传动的工作温度不应超过 60℃。 5)如果带传动装置需闲置一段时间后再用,应将传动带放松。

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