带传动的主要类型和特点

第18章 带 传 动
第一节 带传动的主要类型和特点
带传动是应用比较广泛的一种机械传动，一般是由主动带轮、从动带轮和张紧在两轮上的传动带所组成。

由于带被张紧，使带与带轮接触面间产生正压力。

当主动轮转动时，靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮一起转动，并传递一定的运动和动力。

一、带传动的主要类型
传动带按工作原理的不同可分为摩擦型传动带和啮合型传动带。

摩擦型传动带按带的横截面形状，可分为平带、Ｖ带和特殊截面带。

同步齿形带，属于啮合型传动带，带的工作面制有横向齿，与有相应齿的带轮作啮合传动，传动比较准确，具有链传动的优点，但制造和安装要求较高。

如拖拉机、坦克等的履带。

在一般机械传动中，应用最为广泛的是Ｖ带传动。

Ｖ带的横截面呈等腰梯形，传动时，以两侧为工作面，但Ｖ带与轮槽槽底不接触。

在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，这是Ｖ带传动性能上的最大优点。

Ｖ带有普通Ｖ带、窄Ｖ带、接头Ｖ带等近十种。

其中普通Ｖ带 应用最为广泛。

常见Ｖ带的横剖面结构由包布、顶胶、抗拉体、底 胶等部分组成，按抗拉体结构可分为绳芯Ｖ带和帘布芯Ｖ带两种。

帘布芯Ｖ带，制造方便，抗拉强度好；绳芯Ｖ带柔韧性好，抗弯强 度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮直径较小的场合。

当带垂直底边弯曲时，在带中保持原长度不变的任一条周线称为节线，由全部节线构成的面称为节面。

如材力中学的中性层与中性轴。

带的节面宽度称为节宽（p b ），当带垂直底边弯曲时，该宽度保持不变。

楔角为40°、相对高度（带的高度与节宽之比）约为0.7的Ｖ带称为普通Ｖ带。

普通Ｖ带按截面尺寸分为Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ七种型号，其截面尺寸和长度都已标准化。

目前，窄Ｖ带在国内也有了较为广泛的应用，特别在中型和重型设备中有取代普通Ｖ带的趋势。

窄Ｖ带采用涤纶等高强度合成纤维绳作抗拉体，相对高度9.0b h p。

与普通V 带相比,当高度相同时,窄V 带的宽度
约缩小3
1,而承载能力可提高1.5～2.5倍。

窄V 带可分为SPZ 、SPA 、SPB 、
SPC 四种型号。

窄Ｖ带的顶部呈弓形，侧面为内凹曲线形状，受力弯曲时，带芯仍保持直线排列，受力均匀；侧面则变直，可完全填满并均匀地楔紧在轮槽中，故带与带轮的有效接触面积增大，传动能力也增大。

带的底面与侧面有较大的圆角过渡，可避免带的先期磨损。

二、带传动的特点 带传动的主要优点有：（１）具有良好的弹性，能起吸振缓冲作用，因而传动平稳，噪音小；（２）过载时，带与带轮会出现打滑，防止其它零件损坏；（３）结构简单，成本低，加工和维护方便；（４）、适用于两轴中心距较大的传动。

缺点有：（１）外廓尺寸较大，结构不够紧凑；（２）由于带的弹性滑动，不能保证准确的传动比；（４）带的寿命较短，一般2000～3000小时；（５）摩擦损失较大，传动效率较低，一般平带传动为0.94～0.98，Ｖ带传动为0.92～0.97。

第二节 带传动的工作原理
一、带传动的受力分析
为使带和带轮接触面上产生足够的摩擦力，带必须以一定的拉力张紧在带轮上，当带传动不工作时，传动带两边所受的张紧力大小相同，称为初拉力F 0。

带传动工作时，由于摩擦力的作用，传动带两边的拉力发生了变化，带绕入主动轮的一边被拉紧，称为紧边，紧边拉力由F 0增加到F 1，带绕入从动轮的一边被放松，称为松边，松边拉力则由F 0减少到F 2。

由于带工作前后带的总长近似不变，则带的紧边拉力增加量，应等于松边拉力的减少量，即：2001F F F F -=-或0212F F F =+。

带两边拉力差就是带传动传递的圆周力，称为有效拉力Ｆe ，它等于任意一个带轮接触弧上的摩擦力总和。

F 1和F 2的大小，取决于初拉力F 0和带传动有效拉力F e 的大小。

在带传动的传动能力范围内，F e 的大小又和传动功率Ｐ及带的速度ｖ有关。

当传动的功率增大时，带两边拉力的差值也相应增大，带两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。

显然，当其它条件不变且初拉力F 0一定时，这个摩擦力有一极限值，这一极限值就限制着带的传动能力。

当摩擦力达到极限值时，由柔韧体摩擦的欧拉公式，得紧边拉力与松边拉力的关系为：
1
12αf e F F =，从而得到带能
传递的最大有效拉力为
11
21
10
+-=ααf f ec e e F F 。

二、带的弹性滑动和打滑
由于带的弹性变形及其在带轮两边的拉力差引起带在带轮上的相对滑动称为弹性滑动，其大小将随外载荷的大小而变化。

弹性滑动和打滑是两个完全不同的概念。

打滑是指由于超载引起的带在带轮面上的全面滑动，造成传动失效，使小带轮急剧发热，胶带很快磨损，是应该可以避免的。

而带的弹性滑动，是由于带的弹性和拉力差引起的，只要传递圆周力，就会发生弹性滑动，是带传动不可避免的固有特性，故可传递运动和动力。

由于弹性滑动，故从动轮的速度ｖ2总是小于主动轮的速度ｖ1，其
相对减小率称为滑动率ε；即
%1001
2
1⨯-=
v v v ε，由此可得带传动的传动比
)
1(12
21ε-=
=
d d n n i 。

，一般情况下，ε＝0.01～0.02，在计算中可急略不计，
则传动比1
2
21d d n n i ≈=。

三、带的应力分析
传动时，带横剖面上的应力由以下三部分组成： 1、由紧边拉力和松边拉力产生的拉应力σ1、σ2 2、由离心力产生的离心应力σc
3、由带在小、大带轮上弯曲产生的弯曲应力σb1、σb2。

当带的材料和厚度一定时，弯曲应力和带轮直径成反比。

为避免弯曲应力过大，小带轮的直径不能过小。

由图34-８可知，带是在变应力状态下工作的。

最大应力发生在带绕入小带轮Ａ点处，其值为：11max b c σσσσ++=。

当应力较大和应力变化频率较高时，带将容易产生疲劳损坏，局部产生疲劳裂纹，然后脱层、松散以至断裂，使带传动失效，从而限制了带的使用寿命。

由上述分析可知，带传动的主要失效形式为带在带轮面上的打滑和带的疲劳损坏。

第三节 Ｖ带传动的设计计算
根据带传动的失效形式，可得Ｖ带传动设计计算的准则为：在保证带传动不打滑的前提下，使带具有足够的疲劳强度和寿命。

一、已知条件与设计内容
通常设计Ｖ带传动时已知条件为：传递的功率，主、从动轮的转速，传动的用途和工作情况，原动机种类及外廓尺寸方面的要求。

Ｖ带传动设计的内容有：带的型号、长度、根数，带轮的基准直径，中心距以及带轮的结构尺寸，轴上的压力等。

必要时还需设计传动的张紧装臵。

二、设计方法及步骤
1、确定设计功率：带传动的承载能力包括工作能力和工作寿命两方面。

因此在设计时必须综合考虑这两方面因素，最后确定带传动可能传递的功率。

2、选择带型：根据Ｐd 和ｎ1按图选取带的型号。

3、确定带轮的基准直径ｄd1和ｄd2
当带绕在带轮上时，带便产生了弯曲应力。

带轮直径越小，弯曲应力越大，带越易产生疲劳损坏。

因此小带轮的直径不能取得过小。

表34-4规定了小带轮的最小基准直径。

小带轮的基准直径可根据带的型号，参考表34-4和表34-5选取。

大带轮的基准直径12d d id d =，计算出ｄd2后要按带轮基准直径系列进行圆整。

4、验算带的速度
带的速度一般要满足5m/s ≤ｖ≤ｖmax 。

对Y 、Z 型带，ｖmax ＝25m/s ；对其它型号的带，ｖmax ＝35m/s 。

速度太大或太小，都会降低带的承载能力。

此时应调整小带轮的基准直径ｄd1，重新计算。

5、确定中心距ａ和带的基准长度Ｌｄ
中心距可按下式初定：)(2)(7.021021d d d d d d a d d +≤≤+。

ａ０取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算带所需的基准长度
2
122100
4)()(22a d d d d a L d d d d d -+
++≈π
根据Ｌd0由表34-2选取相近的基准长度Ｌd ，再根据Ｌd 来计算实际
中心距：2
d d
L L a a -+≈
6、验算小带轮包角
α１≈180°－57.3°×a
d d 12
-≥90°∽120° 7、确定带的根数ｚL
d
K K P P P z α)(11∆+=
△Ｐ1——基本额定功率的增量，考虑实际工作条件与特定工作条件不同时，对额定功率进行的修正；)11(11i
b K n K P -
=∆ 8、确定初拉力Ｆ0
初拉力Ｆ0是影响带传动能力的重要因素。

单根Ｖ带传动的初拉力为：20)5.2(500qv zv
K P K F d +-⨯=αα,Ｎ
9、计算对轴的压力Ｑ：2
sin
21
0αzF Q =
10、带轮结构设计：确定带轮材料、结构尺寸和加工要求，绘带轮工作图。

（详见第四节）
例１：设计某带式输送机传动系统中第一级用的普通Ｖ带传动。

选用Ｙ系列异步电动机，其额定功率Ｐ＝11kW ，转速ｎ1＝970r ／min ，从动轮的转速ｎ2＝330r ／min ，工作平稳，载荷变动小，两班制工作。

第四节普通Ｖ带轮的结构设计
带轮材料多采用灰铸铁，牌号一般选用HT150或HT200，也可选用钢或非金属材料（塑料、木材）。

铸铁带轮允许的最大圆周速度为25m/s，速度更高时，可采用铸钢或钢板冲压而成。

塑料带轮的重量轻，摩擦系数大，常用于机床中。

一、带轮的基本型式
带轮由轮缘、轮毂和轮辐组成。

根据轮辐结构的不同，可将带轮分为以下四种型式：Ｓ型实心带轮（d
≤（2.5～3）d）、Ｐ型辐板带轮（d d≤300mm）、
d
Ｈ型孔板带轮（轮毂和轮缘之间的距离超过100mm）、Ｅ型椭圆轮辐带轮（d
>300mm）。

d
二、带轮的结构尺寸
普通Ｖ带轮的轮槽截面如图34-16所示，其各部分尺寸见表34-8，带轮的其它尺寸见表34-9。

因为带在带轮上弯曲时要产生横向变形，使其夹角变小，故为了使带轮的轮槽工作面和胶带侧面接触良好，一般槽角φ都制成小于40°，且带轮直径越小，槽角也越小。

槽角φ的极限偏差：Y、Z、A、B型为±1°；C、D、E型为±30′。

槽间距ｅ的极限偏差适用于任何两个轮槽对称中心面的距离。

三、带轮的标记
带轮的标记由名称、带轮槽型、轮槽数、基准直径、带轮结构型式代号和标准编号所组成。

例如带轮标记为：带轮B3×280P－ⅢGB10412－89，表示B型槽、3轮槽，基准直径280mm，Ⅲ型辐板。

四、带轮的技术要求
轮槽工作面不应有砂眼、气孔，轮辐及轮毂不应有缩孔和较大的凹陷。

带轮外缘棱角要倒圆和倒钝。

轮毂孔公差多取H7或H8，毂长上偏差为IT14，下偏差为零。

带轮表面粗糙度和形位公差见有关标准。

第五节Ｖ带传动的张紧与维护
一、带的张紧装臵
Ｖ带具有一定的弹性，工作一段时间后会产生塑性变形，使带张紧力减小，导致带松弛。

因此需重新张紧胶带，调整带的初拉力。

常见带
的张紧装臵有定期张紧装臵、自动张紧装臵、张紧轮装臵三种。

图34-17ａ所示为移动式定期张紧装臵，通过定期
调整带传动的中心距来张紧带。

调整时，用调节螺钉改变电动机的位臵，然后用螺栓固定电动机。

这种张紧装臵主要适用于水平或近似水平布臵的带传动。

图ｂ所示的摆动式定期张紧装臵是通过机座绕固定轴转动使带张紧，适合垂直或近似垂直的传动。

图ｃ为一自动张紧装臵。

装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用电机与摆架的自重实现自动张紧。

当中心距不能调整时，可采用图ｄ所示的张紧轮装臵。

通过调节压在皮带松边内侧的张紧轮，达到张紧目的。

张紧轮应尽量靠近大轮，防止因张紧造成小轮包角过小，而且也避免了带的反向弯曲。

二、Ｖ带的使用与维护
为了保证带传动能够正常运转，并延长带的使用寿命，必须重视正确使用和维护。

１．安装Ｖ带前应减小两轮中心距，然后再进行调紧，不得强行撬入。

工作时，带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的Ｖ型槽的对称平面应重合，误差不得超过20′。

在同一平面内，以免传动时加速带的磨损或从轮槽中脱出。

２．胶带不宜与酸、碱、矿物油等介质接触，也不宜在阳光下曝晒，以防带迅速老化变质，降低带的使用寿命。

３．定期检查胶带。

如有一根损坏应全部换新带，不能新旧带混合使用，否则会引起受力不均而加速新带的损坏。

４．为了保证安全生产，带传动要安装防护罩。