第6章带传动和链传动机械设计基础

机械设计基础——带传动和链传动
窄V带：φ =40˚，h/bp =0.9。已经标准化，
有四种型号SPZ、SPA、SPB、SPC。用
b
于大功率，结构紧凑传动。与普通V带
bp
比，当顶宽相同时，承载能力可提高
1.5~2.5倍。
φ
宽V带：φ =40˚，h/bp =0.3。用于无级变
速传动中。
大楔角V带：φ =60˚。用于高速，结构特
四、带传动的使用和维护
1.带传动的使用和维护
1）安装时应缩小中心距后套上V带，再调整，不应硬撬。 2）严防胶带与矿物油、酸、碱等腐蚀性介质接触，也不 易在阳光下暴晒，以免老化变质。 3）更换V带时，应全部更换，不能新旧带并用，否则寿 命长短不一引起受力不均，加速新带的损坏。
4）为保证安全生产，带传动要安装好保护罩。 5）V带工作一段时间后会发生永久变形，导致张紧力减 小，因此要重新张紧胶带
9000
1.21
1000
0.94 0.89 0.84
10000
1.23
1120
0.95 0.91 0.86
11200
1250
0.98 0.93 0.88
12500
1400
1.01 0.96 0.90
14000
1600
1.04 0.99 0.92 0.83 16000
1800
1.06 1.01 0.95 0.86
松边
F2 F2
n1
n2
F0 F0
F1 F1 主动轮 紧边
从动轮
传动时，由于摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等：
F1 ≠ F2
F1↑ ，紧边 F2 ↓，松边
机械设计基础——带传动和链传动
设带的总长不变，则紧边拉力增量和松边的拉力减量相等：
F1 – F0 = F0 – F2
F0 = (F1 + F2 )/2
2
A
及 d2 d1 代入得：
α1 θ
θ
2a
d1
带长:
D
B θ
α2 d2
aC
L

2a


2
(d1

d2
)

d2
d1 4a
2
已知带长时，由上式可得中心距 :
a 2L (d1 d2 ) 2L (d1 d2 )2 8(d2 d1 )2
8
机械设计基础——带传动和链传动
这种因材料的弹性变形而产生的滑动被称为弹性滑动。
* 弹性滑动是不可避免的，由拉力差引起，是固有特性；
* 打滑是必须要避免的，由过载引起，是失效形式。
机械设计基础——带传动和链传动
6-3 普通V带传动的设计计算
一、单根普通V带的额度功率
失效形式 ：打滑；带的疲劳损坏（脱层、撕裂或拉断）。 设计依据：保证带不打滑的前提下，具有一定的疲劳寿命。
三、带传动的弹性滑动
设带的材料符合胡克定律，则变形量为：
紧边： 1

F1 AE
松边： 2

F2 AE
∵ F1 > F2 ∴ ε1 > ε2
F2
F2 n1
n2
带绕过主动轮时，将逐渐缩短 并沿轮面滑动，使带速落后于 轮速。
F1 F1
主动轮
从动轮
带经过从动轮时，将逐渐被拉长并沿轮面滑动，使带速超
前于轮速。
在相同条件下 ，V带能传递较大的功率。 或在传递功率相同时，V带传动的结构更为紧凑。
机械设计基础——带传动和链传动
二、带的应力
1 拉应力
V带的节线
y
F2
紧边拉应力：
1

F1 A
MPa
r
d
松边拉应力：
2

F2 A
2 弯曲应力
b

2 yE d
MPa MPa
V带轮F的1 基准圆
设 y 为带的中心层到最外层的垂直距离，mm；
2
A A 1

2
b

2 yE dd
α1 n1
σ2
弯曲应力
σb2
σc n2 α2
离心应力
σmax σ1 拉应力
最大应力σmax出现在紧边与小轮的接触处。
max 1 b1 c
疲劳强度条件：max 1 b1 c
机械设计基础——带传动和链传动
d
别紧凑的传动。
联组V带：由2、3、4或5根普通V带（或
bp
窄V带）顶面用胶帘布等距粘结而成。
机械设计基础——带传动和链传动
三、带传动的几何计算
B
A
θ
中心距 a
α1 θ
θ
α2
包 角α 2
d1
d2
因θ较小,以 sin d2 d1 D
代入得: d2 d1
2240 1.10 1.06 1.0 0.91
250 0.84
2500 1.30 1.09 1.03 0.93
280 0.87
2800
1.11 1.05 0.95
315 0.89
3150
1.13 1.07 0.07
355 0.92
3550
1.17 1.07 0.97
400 0.96 0.79
4000
第6章 带传动和链传动
§6-1 带传动的类型和应用 §6-2 带传动的工作情况分析 §6-3 普通V带传动的设计计算 §6-4 V带轮的材料和结构 §6-5 链传动的类型、结构和特点 §6-6 链传动的运动特性 §6-7 滚子链传动的的设计计算
机械设计基础——带传动和链传动
6-1 带传动的类型及应用
包布 顶胶 抗拉体
节面
帘布芯结构 底胶 绳芯结构
机械设计基础——带传动和链传动
φ =40˚，h/bd =0.7的V带称为普通V带。已经标准化，有七种型号。 表6-1 普通V带的截面尺寸（GB11544-89）
型号 Z A B C D E F
b
顶宽b
10 13 17 22 32 38 50
bp
节宽 bd 高度 h
机械设计基础——带传动和链传动
2.带传动的张紧
1）定期张紧装置
2）自动张紧装置
适用于水平布置 3）张紧轮装置
适用于垂直布置
适用于水平布置
适用于中心距不可调时
机械设计基础——带传动和链传动
6-2 带传动的受力分析
一、带传动的受力分析
n2
静止时，带两边的初拉力相等： n1
F1 = F2 = F0
F0 F0
须避免。
当带即将打滑时，紧边拉 力和松边拉力可以用绕性 体摩擦的欧拉公式表示：
α1
F2
F1 e fα1 F2
F1 主动轮
F0 = (F1 + F2 )/2
F t= F1 - F2
F1 e fα1 F2
Ft max
2F0
e fα1 1 e fα1 1

2F0
(1

e
2 fα1
) 1
机械设计基础——带传动和链传动
比较：平带与V带 V带传动与平皮带传动初拉力相等时，
它们的法向力则不同。
平带极限摩擦力为:
FQ
FQ
FN f = FQ f
/2
/2
则V带的极限摩擦力为 ：
FN FN/2 FN/2
f
FN f FQ =fvFQ
sin 2
FN = FQ FN =FQ /sin(/2) f v-----当量摩擦系数, f v>f
一、带传动的类型：
带传动的组成：主动轮1、从动轮2、环形带3。
F0
F0
1 n1
2 n2
3
F0
F0
工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力
使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩
擦力托动从动轮一起同向回转。
a 2
1
机械设计基础——带传动和链传动
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类型
摩擦型 啮合型
平皮带 V 型带 ----摩擦牵引力大 多楔带 ----摩擦牵引力大 圆形带 ----牵引力小，用于仪器
75
A
90 …
0.15 0.26 0.45 0.51 0.60 0.68 0.73 0.79 0.84 0.92 1.00 1.04 1.08 1.09 1.0 0.80 0.22 0.39 0.68 0.77 0.93 1.07 1.15 1.25 1.34 1.50 1.64 1.75 1.83 1.87 1.82 1.5 … … … …… … … … … … … … … … … …
Z
56 …
0.04 0.06 0.12 0.14 0.17 0.19 0.20 0.23 0.25 0.30 0.33 0.35 0.37 0.39 0.41 0.40 … … … …… … … … … … … … … … … …
90 0.10 0.14 0.24 0.28 0.33 0.36 0.40 0.44 0.48 0.54 0.60 0.64 0.68 0.72 0.73 0.56
型 小带轮 基准直
小带轮转速 n1/( r/ min)
号径
d1/ mm 200 400 800 950 1200 1450 1600 1800 2000 2400 2800 3200 3600 4000 5000 6000
50 0.04 0.06 0.10 0.12 0.14 0.16 0.17 0.19 0.20 0.22 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.31
8.5 11 14 19 27 32 42 6 8 10.5 13.5 19 23.5 30
楔角φ
40 ˚
φ
每米质量q（kq/m） 0.06 0.01 0.17 0.30 0.62 0.90 1.52
在V带轮上，与所配用V带的节面宽度相
d
对应的带轮直径称为基准直径d。
V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直
1.10 1.13 1.02
450 1.00 0.80
4500
1.15 1.04
500 1.02 0.81
5000
1.18 1.07
560
0.82
5600
1.09
630
0.84 0.81
6300
1.12
710
0.86 0.83
7100
1.15
800
0.90 0.85
8000
1.18
900
0.92 0.87 0.82
E为带的弹性模量，MPa；d为带轮直径，mm 。
注：两轮直径不等时，弯曲应力也不相等。
机械设计基础——带传动和链传动
3 离心应力 带在微弧段上产生的离心力：
dα
2 Fc
F2
dFNc m a (rd )q r 2
dl dFNc
r
(rd )q v2 / r
dα
qv2d N
基本额定功率P1 : 在 α=180°，Ld为特定长度、抗拉体为 化学纤维绳芯结构条件下，保证带不打滑，具有一定的疲 劳寿命，计算所得功率。详见下页表6-3 教材P128。
当实际工作条件与上述特定条件不同时，应对P1加以修正。
表6-3 单根普通V带的基本额定功率P1(教材P128) （包角α=π 、特定基准长度、载荷平稳时）
同步带
抗拉体
机械设计基础——带传动和链传动
按传动形式分
开口传动：两轴平行，同向回转
交叉传动：两轴平行，反向回转
半交叉传动：两轴交错，不能逆转
机械设计基础——带传动和链传动
带传动的优点：
1. 适用于中心距较大的传动； 2. 带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动； 3. 过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零
件的损坏； 4. 结构简单、成本低廉。
带传动的缺点：
1. 传动的外廓尺寸较大； 2. 传动效率较低。 3. 由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比； 4. 带的寿命较短；
机械设计基础——带传动和链传动
二、V带
分类：普通V带、窄V带、宽V带、大楔角V带、联组V带。 其中普通 V带应用最广。
组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。 节线：弯曲时保持原长不变的一条周线。 节面：全部节线构成的面（中性层）。 节线
F1 - F2为带传递的有效 圆周力，也等于带与轮 之间所产生的摩擦力：
Ft= F1 - F2=∑F
F2 F2
n1
n2
主动轮
F1 F1
且传递功率与圆周力和带速之间有如下关系：
从动轮
P(kW) Fv (N m/s) 1000
Ft

1000P v
机械设计基础——带传动和链传动
当圆周力Ft >∑F时，带与带轮之间出现显著的滑动， 称为打滑。打滑使带的磨损加剧、导致传动失效。是必
2a (rad )
aC
a
180 d2 d1 57.3
a
带长: L 2AB BC AD
2a cos d2 ( 2 ) d1 ( 2 )
2
2

2a
cos


2
(d1

d2
)


(d2

d1
)
机械设计基础——带传动和链传动
以cos 1 sin 2 1 1 2
径上的周线长度称为基准长度Ld 。标准长
bp
度系列详见下表
表6-2 普通V带的长度系列和带长修正系数（GB/T13575.1-92）
基准长度
KL
基准长度
KL
Ld / mm Y Z Ａ Ｂ Ｃ Ld / mm Ｚ Ａ Ｂ Ｃ
200 0.81
2000 1.08 1.03 0.98 0.88
224 0.82
dα
2
离心力 FNc在微弧段两端产生拉力 Fc。
Fc
F1
由力平衡条件得： 2Fc sin
取 sin d d ，得 :
22
Fc
d
2
qv 2

qv 2d N
离心拉应力：
c

Fc A

qv 2 A
机械设计基础——带传动和链传动
4 应力分布及最大应力
c

Fc A

qv 2 A
σb1
F F 1