5.1带传动概述 1、教学目的 了解带传动类型,掌握带传动工作原理及Ⅴ带标准、理解初拉力、工作拉力等概念 2、重点与难点 重点:带传动工作原理及工作情况分析 难点:弹性滑动概念 3、教学手段与方法:利用动画演示弹性滑动、应力分布,实物图片展示带传动的应用场合 4、教学时间:2学时 带传动的类型: 带传动是利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的。带传动通常 是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形带3所组成。根据传动原理不同,带传动可 分为摩擦传动型(图5.1)和啮合传动型(图5.2)两大类 图5.1 图52 1.摩擦传动型摩擦传动型是利用传动带与带轮之间的摩擦力传递运动和动力。摩擦型带传 动中,根据挠性带截面形状不同,可分为: (1)普通平带传动(如图11.3(a))平带传动中带的截面形状为矩形,工作时带的内面是 工作面,与圆柱形带轮工作面接触,属于平面摩擦传动 (2)V带传动(如图11.3(b))V带传动中带的截面形状为等腰梯形。工作时带的两侧面 是工作面,与带轮的环槽侧面接触,属于楔面摩擦传动。在相同的带张紧程度下,V带传动 的摩擦力要比平带传动约大70%,其承载能力因而比平带传动高。在一般的机械传动中,V 带传动现已取代了平带传动而成为常用的带传动装置。 (3)多楔带传动(如图11.3(c))多楔带传动中带的截面形状为多楔形,其工作面为楔的 侧面,它具有平带的柔软、V带摩擦力大的特点
5.1 带传动概述 1、教学目的： 了解带传动类型，掌握带传动工作原理及 V 带标准、理解初拉力、工作拉力等概念 2、重点与难点： 重点：带传动工作原理及工作情况分析 难点：弹性滑动概念 3、教学手段与方法：利用动画演示弹性滑动、应力分布，实物图片展示带传动的应用场合。 4、教学时间：2 学时 一、带传动的类型： 带传动是利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力的。带传动通常 是由主动轮 1、从动轮 2 和张紧在两轮上的环形带 3 所组成。根据传动原理不同，带传动可 分为摩擦传动型（图 5.1）和啮合传动型（图 5.2）两大类。 图 5.1 图 5.2 1. 摩擦传动型 摩擦传动型是利用传动带与带轮之间的摩擦力传递运动和动力。摩擦型带传 动中，根据挠性带截面形状不同，可分为： (1) 普通平带传动（如图 11.3（a））平带传动中带的截面形状为矩形，工作时带的内面是 工作面，与圆柱形带轮工作面接触，属于平面摩擦传动。 (2) V 带传动（如图 11.3（b））V 带传动中带的截面形状为等腰梯形。工作时带的两侧面 是工作面，与带轮的环槽侧面接触，属于楔面摩擦传动。在相同的带张紧程度下，V 带传动 的摩擦力要比平带传动约大 70%，其承载能力因而比平带传动高。在一般的机械传动中，V 带传动现已取代了平带传动而成为常用的带传动装置。 (3) 多楔带传动（如图 11.3（c））多楔带传动中带的截面形状为多楔形，其工作面为楔的 侧面，它具有平带的柔软、V 带摩擦力大的特点
(4)圆带传动(如图11.3(d))圆带传动中带的截面形状为圆形,其传动能力小,主要用 于v15m/s,i=0.53的小功率传动,如仪器和家用器械中 5)高速带传动带速v>30m/s,高速轴转速n=100005000/min的带传动属于高速带传 2.啮合传动型啮合传动型是指同步带传动,同步带传动是靠带上的齿与带轮上的齿槽的啮 合作用来传递运动和动力的。同步带传动工作时带与带轮之间不会产生相对滑动,能够获 得准确的传动比,因此它兼有带传动和齿轮啮合传动的特性和优点 二、带传动的特点及应用 带传动的主要优点是:(1)适用于中心距较大的场合:(2)带是挠性物,可以缓冲、吸振 噪音小,传动平稳:(3)当过载时,带与带轮之间会产生打滑,保护其他零部件免受损坏 (4)结构简单,制造与维护方便,成本低。 带传动的主要缺点是:(1)外廓尺寸太大:(2)带在带轮上有相对滑动,传动比不恒定 (3)传动效率较低,寿命较短:;(4)常需要张紧装置,支承带轮的轴和轴承受力较大:(5) 不宜用于高温、易燃等场所。总的来说,带传动多用于两轴中心距较大,传动比要求不严格 的中、小功率的机械中。 一般情况下,带传动传递的功率P≤100kW,带速v=525m/s,平均传动比i≤5,传动 效率为94%~97%。高速带传动的带速可达60~100m/s,传动比i≤7。同步齿形带的带速 为40~50m/s,传动比i≤10,传递功率可达200kW,效率高达98%~99% 三、V带的结构和标准 521V带的结构和带轮 )V带结构 Ⅴ带有普通Ⅴ带、窄Ⅴ带、宽Ⅴ带、大楔角Ⅴ带和汽车V带等多种形式,其中普通V带应用 最广。本节主要介绍普通V带及带轮。 普通Ⅴ带是楔角为40°,相对高度h/b≈0.7的梯形截面环形带,其结构如图5.4所示, 由拉伸层1、强力层2、压缩层3和包布层4等部分组成 图5.4V带结构 1一拉伸层2—强力层3—压缩层4一包布层 二)V带及V带轮的几个参数: 当带垂直底边弯曲时,顶胶料受拉伸长,底胶料受压缩短,在两者之间的中性层长度保持不
(4) 圆带传动（如图 11.3（d））圆带传动中带的截面形状为圆形，其传动能力小，主要用 于 v<15m/s ，i=0.5~3 的小功率传动，如仪器和家用器械中。 (5) 高速带传动 带速 v>30m/s ，高速轴转速 n=10000~50000r/min 的带传动属于高速带传 动。 2. 啮合传动型啮合传动型是指同步带传动，同步带传动是靠带上的齿与带轮上的齿槽的啮 合作用来传递运动和动力的。 同步带传动工作时带与带轮之间不会产生相对滑动，能够获 得准确的传动比，因此它兼有带传动和齿轮啮合传动的特性和优点。 二、带传动的特点及应用： 带传动的主要优点是：（1）适用于中心距较大的场合；（2）带是挠性物，可以缓冲、吸振， 噪音小，传动平稳；（3）当过载时，带与带轮之间会产生打滑，保护其他零部件免受损坏； （4）结构简单，制造与维护方便，成本低。 带传动的主要缺点是：（1）外廓尺寸太大；（2）带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定； （3）传动效率较低，寿命较短；（4）常需要张紧装置，支承带轮的轴和轴承受力较大；（5） 不宜用于高温、易燃等场所。总的来说，带传动多用于两轴中心距较大，传动比要求不严格 的中、小功率的机械中。 一般情况下，带传动传递的功率 P≤100kW，带速 v=5~25m／s，平均传动比 i≤5，传动 效率为 94％～97％。高速带传动的带速可达 60～100m/s，传动比 i≤7。同步齿形带的带速 为 40～50m/s，传动比 i≤10，传递功率可达 200kW，效率高达 98％～99％。 三、 V带的结构和标准 5.2.1 V 带的结构和带轮 一）V 带结构： V 带有普通 V 带、窄 V 带、宽 V 带、大楔角 V 带和汽车 V 带等多种形式，其中普通 V 带应用 最广。本节主要介绍普通 V 带及带轮。 普通 V 带是楔角为 40°，相对高度 h／bp≈0．7 的梯形截面环形带，其结构如图 5．4 所示， 由拉伸层 1、强力层 2、压缩层 3 和包布层 4 等部分组成。 图 5.4 V 带结构 1—拉伸层 2—强力层 3—压缩层 4—包布层 二）V 带及 V 带轮的几个参数： 当带垂直底边弯曲时，顶胶料受拉伸长，底胶料受压缩短，在两者之间的中性层长度保持不
变,称其为节面,节面的宽度称为节宽,用b表示。普通V带的相对高度h/b≈0.7,窄 V带h/b≈0.9。由于在相同高度下,窄V带的宽度比普通Ⅴ带的减小约1/3,而承载能 力可提高1.5~2.5倍,所以窄V带的应用也日趋广泛。 普通V带已经标准化(GB11544——97),按其截面形状不同,分为Y、Z、A、B、C、D、E 七种,窄V带分为SPZ、SPA、SPB、SPC4种,其截面尺寸见表5.1。在Ⅴ带轮上,与所配 用的Ⅴ带节面宽度b相对应的带轮直径,称为基准直径,用d表示(见表5.2)。在规定的 张紧力下,v带位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度,用L表示,它是V带的公称 长度(见表5.3) 四、带传动的工作情况分析 1.带传递的力带呈环形,以一定的张紧力F套在带轮上,使带和带轮相互压紧。静止时, 带两边的拉力相等,均为F(图11.5a):传动时,由于带与轮面间摩擦力的作用,带两边 的拉力不再相等(图11.5b)。绕进主动轮的一边,拉力由F增加到F,称为紧边拉力;而 另一边带的拉力由F。减为F,称为松边拉力。两边拉力之差F=F1一F2即为带的有效拉力 它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下,摩擦力有一极限值,如果工作阻力 超过极限值,带就在轮面上打滑,传动不能正常工作 设带传动传递的功率为P(NW)、带速为V(m/s),则有效拉力F(N)为 F=F1F2=1000P 由上式可知,在传动能力范围内,F的大小和传递的功率P及带的速度V有关。当传 递功率增大时,带的有效拉力即带两边拉力差值也要相应增大。带的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。当带有打滑趋势时摩擦力即达到了极限值, 打滑一般首先发生在小带轮上。即将打滑时,带传动中F1与F2的关系可利用柔韧体摩擦的 欧拉公式表示: F 式中e一自然对数的底,e=2.718 f一带与带轮接触面间的摩擦系数(带为当量摩擦系数f) a—带在带轮上的包角,单位为rad 将式(5.3)代人式(5.4)整理后,可得到初拉力为F0时,带所能传递的最大有效拉力 F=2F +1 分析式5.5可知,带传动的最大有效拉力F与摩擦系数f、包角a和初拉力F有关。 增大f、α和F。,都可以提高带传动的工作能力,但F过大将使带的磨损加剧,缩短 带的寿命
变，称其为节面，节面的宽度称为节宽，用 bp 表示。普通 V 带的相对高度 h／bp≈0．7，窄 V 带 h/bp≈ 0．9。由于在相同高度下，窄 V 带的宽度比普通 V 带的减小约 1／3，而承载能 力可提高 1．5～2．5 倍，所以窄 V 带的应用也日趋广泛。 普通 V 带已经标准化(GBll544---97)，按其截面形状不同，分为 Y、Z、A、B、C、D、E 七种，窄 V 带分为 SPZ、SPA、SPB、SPC 4 种，其截面尺寸见表 5．1。在 V 带轮上，与所配 用的 V 带节面宽度 bp 相对应的带轮直径，称为基准直径，用 dd 表示(见表 5．2)。在规定的 张紧力下，v 带位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度，用 Ld 表示，它是 V 带的公称 长度(见表 5．3)。 四、带传动的工作情况分析： 1. 带传递的力带呈环形，以一定的张紧力 F0 套在带轮上，使带和带轮相互压紧。静止时， 带两边的拉力相等，均为 F0（图 11.5a）；传动时，由于带与轮面间摩擦力的作用，带两边 的拉力不再相等（图 11.5b）。绕进主动轮的一边，拉力由 F0 增加到 F1，称为紧边拉力；而 另一边带的拉力由 F0 减为 F2，称为松边拉力。两边拉力之差 F＝F１ －F２即为带的有效拉力， 它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下，摩擦力有一极限值，如果工作阻力 超过极限值，带就在轮面上打滑，传动不能正常工作。 设带传动传递的功率为 P（KW）、带速为 V（m/s），则有效拉力 F（N）为 F=F1-F2=1000P/V 由上式可知，在传动能力范围内，F 的大小和传递的功率 P 及带的速度 V 有关。当传 递功率增大时，带的有效拉力即带两边拉力差值也要相应增大。带的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。当带有打滑趋势时摩擦力即达到了极限值， 打滑一般首先发生在小带轮上。即将打滑时，带传动中 F1 与 F2 的关系可利用柔韧体摩擦的 欧拉公式表示： f F F e 1 = 2 （5—4） 式中 e 一自然对数的底，e=2.718； f—带与带轮接触面间的摩擦系数(V 带为当量摩擦系数 fv)； α——带在带轮上的包角，单位为 rad。 将式(5．3)代人式(5．4)整理后，可得到初拉力为 F0 时，带所能传递的最大有效拉力 为： 1 1 2 0 + − = f f e e Fmax F （5—5） 分析式5．5可知，带传动的最大有效拉力F与摩擦系数f、包角α和初拉力F有关。 增大f、α和F0，都可以提高带传动的工作能力，但F0过大将使带的磨损加剧，缩短 带的寿命
图5.8带与带轮间的法向压力 设平带传动与V带传动的初拉力均为F,如图5.8所示,则平带工作时产生的摩 擦力为: F=FN/=Fof (5-6) V带工作时产生的摩擦力为 F=FN/=FO sQ° f 式中: 带轮轮槽角 f、一一当量摩擦系数 f—一摩擦系数 F一一正压力。 当轮槽角为32°、34°、36°、38°时,f,=(3.62~3.07)f,由此可知,在 相同的条件下,V带的传动能力是平带的3倍以上。所以,传递相同功率时,V带传 动的结构紧凑,应用更广泛。 五、带的应力分析 带传动工作时,带中的应力由3部分组成 (1)拉应力 紧边拉应力=EMPa (5-8) F2 松边拉应力σ,=22MPa (5—9) 式中,A为带的横截面面积(mm (2)离心应力 当带以速度ⅴ沿着带轮轮缘做圆周运动时,带自身的质量将产生离心力。虽然离 心力只产生在带做圆周运动的部分,但由离心力产生的离心拉力作用于带的全长。 离心应力可用下式计算 (5-10) 式中q一一带单位长度的质量(kg/m)(见表5.5)
图5.8 带 与 带 轮 间的法 向压力 设平带传动与V带传动的初拉力均为F0，如图5．8所示，则平带工作时产生的摩 擦力为： F F f F f f = N = Q （5—6） V带工作时产生的摩擦力为： f N Q Q v F f f F = F f = F = 2 sin = 2 sin f f v （5—7） 式中： ——带轮轮槽角； fv——当量摩擦系数； f——摩擦系数； FQ——正压力。 当轮槽角为32°、34°、36°、38°时，fv =(3．62～3．07)f，由此可知，在 相同的条件下，V带的传动能力是平带的3倍以上。所以，传递相同功率时，V带传 动的结构紧凑，应用更广泛。 五、带的应力分析 带传动工作时，带中的应力由3部分组成： (1)拉应力 紧边拉应力 MPa A F1 1 = (5—8) 松边拉应力 MPa A F2 2 = （5— 9） 式中，A为带的横截面面积（mm 2）。 (2)离心应力 当带以速度 v 沿着带轮轮缘做圆周运动时，带自身的质量将产生离心力。虽然离 心力只产生在带做圆周运动的部分，但由离心力产生的离心拉力作用于带的全长。 离心应力可用下式计算： A qv c 2 = （5—10） 式中q一—带单位长度的质量(kg／m)(见表5.5)；
V一一带的线速度(m/s)。 3)弯曲应力 带绕在带轮上时因弯曲而引起弯曲应力,如图5.9所示,其大小由下式计算: 式中:h-一带的高度(mm) d。-一带轮的计算直径,对于V带轮,d为基准直径(mm): E一一带的弹性模量,单位:N/mm2。 ⅴ带轮基准 图5.9带的弯曲应力 显然,带的弯曲应力因带轮的直径不同而不同,带轮的直径越小,带的弯曲 应力越大。为了避免带的弯曲应力过大,各种型号的Ⅴ带都规定了最小带轮基准直径 (见表5.6)。 带工作时的应力分布情况如图5.10所示,各截面应力的大小用自该处引出的径 向线或垂直线的长短来表示。很明显,在传动过程中,带处于变应力状态下工作, 最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处,其值为: 01+ tobe 在变应力的作用下,当应力循环次数达到一定值后,带将因此产生疲劳破坏而失效。 图5.10带的应力分析 六、带的弹性滑动与传动匕i 带传动在工作时,由于带是弹性体,受到拉力后会产生弹性变形。因为紧边与松 边的拉力不同,所以带的变形量也会不同。如图5.7(b),当带在A点绕上主动轮时
v——带的线速度(m／s)。 (3)弯曲应力 带绕在带轮上时因弯曲而引起弯曲应力，如图 5．9 所示，其大小由下式计算： d b d Eh （5—11） 式中：h——带的高度(mm)； dd——带轮的计算直径，对于V带轮，dd为基准直径(mm)； E——带的弹性模量，单位：N／mm 2。 图5.9 带 的 弯 曲 应力 显然，带的弯曲应力因带轮的直径不同而不同，带轮的直径越小，带的弯曲 应力越大。为了避免带的弯曲应力过大，各种型号的V带都规定了最小带轮基准直径 (见表5．6)。 带工作时的应力分布情况如图5．10所示，各截面应力的大小用自该处引出的径 向线或垂直线的长短来表示。很明显，在传动过程中，带处于变应力状态下工作， 最大应力发生在带的紧边开始绕入小带轮处，其值为： max = 1 + c + b1 （5—12） 在变应力的作用下，当应力循环次数达到一定值后，带将因此产生疲劳破坏而失效。 图 5.10 带 的 应 力 分析 六、带的弹性滑动与传动比i 带传动在工作时，由于带是弹性体，受到拉力后会产生弹性变形。因为紧边与松 边的拉力不同，所以带的变形量也会不同。如图5．7(b)，当带在A点绕上主动轮时