第4章带传动设计4-1 4-1 带传动类型和型和应用用4-2 4-2 带传动工作情况分析工作情况分析4-3 4-3 普通普通V V带传动设计1. 带传动的的类型、型、结构及特点；构及特点； . . 本章主要内容本章主要内容2. 带传动受力分析、运受力分析、运动分析及分析及应力分析（重点）力分析（重点）3. 带传动设计第4章带传动设计一一. . 带传动的的组成及工作原理成及工作原理带传动的的组成成主主动带轮1从从动带轮2环形胶形胶带3vv主动轮1传动带3从动轮2n2n11 12 2摩擦型摩擦型带传动的工作原理的工作原理 依靠依靠带与与带轮之之间的摩擦的摩擦 力力传动运运动和和动力的力的间接摩擦接摩擦传动4-1 4-1 带传动的的类型和型和应用用1 1小小轮包角包角2 2大大轮包角包角n1 1小小轮转速速 （r/minr/min）n2 2大大轮转速速 （r/minr/min）v带速速（m/s）第4章带传动设计二二. . 带传动的的类型型vvn2n11 12 2摩擦型摩擦型带传动啮合型合型带传动同步同步带同步同步带轮同步同步带轮摩擦型摩擦型带传动利用利用带与与带之之间的摩擦力的摩擦力进行行传动啮合型合型带传动利用利用带上凸上凸齿与与带轮齿槽槽啮合合进行行传动一）按工作一）按工作 原理分原理分第4章带传动设计平平带V V带多楔多楔带圆带/2/2Fn/2/2 FnFQ平平带：F Fn n = F = FQ Q ，F Ff f = F= Fn nf = Ff = FQ Qf f 承承载能力小能力小FQFnV V带：承承载能力大能力大V V带多楔多楔带圆带平平带二）二）按按带的剖的剖 面型状分面型状分第4章带传动设计V V带是无接是无接头的的环形形带，其种，其种类有普通有普通V V带、窄、窄V V带、宽V V带等。等。三三. . V V带的的结构及尺寸构及尺寸1 1伸伸张层3 3压缩层4 4包布包布层1 1伸伸张层3 3压缩层4 4包布包布层压缩层（橡胶填充而成）（橡胶填充而成）包布包布层（橡胶帆布构成）（橡胶帆布构成）伸伸张层（橡胶制成）（橡胶制成）帘布帘布结构构容易制造容易制造粗粗绳结构构挠曲性好曲性好强力力层有有V V带由由四部分四部分组成成2 2强力力层( (粗粗绳结构）构）2 2强力力层( (帘布帘布结构）构）一）一）V V带的的结构分析构分析第4章带传动设计二）二）V V带截面型号及尺寸截面型号及尺寸YZ(SPZ)A A（SPASPA） B B（SPBSPB） C CD DE E. .普通普通V V带、窄、窄V V带的截面型号：的截面型号： 2.V带截面尺寸截面尺寸:hb bP P 节宽 ( (节面面宽度度) )b b 顶宽高度高度带楔角，楔角， =40=40b bp pb b各种型号各种型号V带的剖面的剖面尺寸尺寸见表表4-1。带的型号大，的型号大，则剖剖面尺寸大，面尺寸大，带的承的承载能力就高。能力就高。第4章带传动设计3. V3. V带的的长度度外周外周长基准基准长度度Ld内周内周长带轮基准直径基准直径d第4章带传动设计四四. .带传动的特点和的特点和应用用带有有弹性，能性，能缓冲减振，故冲减振，故传动平平稳，噪声小；，噪声小；过载时，带在在带轮上打滑，可防止其它零件上打滑，可防止其它零件损坏；坏； 适用于两适用于两轴中心距中心距较大的大的传动； 结构构简单，易于制造和安装，故成本低。，易于制造和安装，故成本低。 优点点缺缺点点 由于由于弹性滑性滑动和打滑，和打滑，传动比不恒定；比不恒定； 传动效率效率较低，寿命低，寿命较短，外廓尺寸短，外廓尺寸较大；大； 由于需要施加由于需要施加张紧力，力，轴和和轴承受力承受力较大。大。 特点特点应用：用于中心距用：用于中心距较大，大，传动比无比无严格要求的格要求的场合，在多合，在多级传动系系统中通常用于高速中通常用于高速级传动，如机床中由，如机床中由电动机到主机到主轴箱的第一箱的第一级传动。 第4章带传动设计 啮合型合型传动带一般以一般以细钢丝绳、玻璃、玻璃纤维绳或芳或芳纶纤维绳为强力力层，以聚氨，以聚氨酯或或氯丁橡胶丁橡胶为基体，在工作表面上制成凸基体，在工作表面上制成凸齿的无接的无接头环形形带。同步。同步带分分为仅在一面有在一面有齿的的单面同步面同步带和和两面都有两面都有齿的双面同步的双面同步带，齿的形状有梯形的形状有梯形齿和弧和弧齿等。等。 五五. . 啮合型合型传动带（亦称同步（亦称同步齿形形带）的）的结构构同步带结构1 12 23 34 41 1 包布包布层2 2 带齿3 3 带背背4 4 承承载绳第4章带传动设计中心距中心距: :小小轮包角：包角： 2 2六六. . 带传动的几何尺寸的几何尺寸计算算1 1 BAC CD D带 长： L=+ABCD2BC第4章带传动设计一一带传动的受力分析的受力分析4-2 4-2 带传动的工作情况分析的工作情况分析一）一）带传动的有效拉力的有效拉力F Fe e 工作前：工作前：带中各中各处均受均受到一定的初拉力到一定的初拉力F FO O O O2 2O O1 1F F0 0F F0 0F F0 0F F0 0紧边F Ff2-f2-带松松边F Ff1-f1-带O O1 1O O2 2n n2 2T T2 2F F1 1F F1 1F F2 2F F2 2T T1 1 n n1 1工作工作时：主：主动边被被进一步一步拉拉紧，拉力由，拉力由F F0 0增大到增大到F F1 1，称，称为紧边；另一；另一边拉力拉力减少到减少到F F2 2，称，称为松松边。 紧边拉力与松拉力与松边拉力的差拉力的差值称称为带传动的有效拉力的有效拉力F Fe e: :F Fe e = =F F1 1一一F F2 2 = = F Ff f第4章带传动设计带传动工作工作时，有效拉力，有效拉力F Fe e与初拉力与初拉力F Fo o、紧边拉力拉力F F1 1、松松边拉力拉力F F2 2关系：关系： F F1 1 + + F F2 2= = 2 2F Fo oF F1 1一一F F2 2 = = F Fe e由由 F F1 1= =F FO O+ + F Fe e/2/2F F2 2= =F F0 0- - F Fe e/2/2 得得二）二）带传动的极限有效拉力的极限有效拉力F Felimelim及其影响因素及其影响因素 带在在带轮上即将打滑上即将打滑时：F F1 1 + + F F2 2= = 2 2F Fo oF F1 1一一F F2 2 = = F Fe e由由得得第4章带传动设计1 1）初拉力）初拉力F F0 0 F F0 0，正，正压力力，F Ffmaxfmax， F Felimelim 但但F F0 0，磨，磨损加快，加快，带的寿命的寿命；2 2）小）小轮包角包角1 11 1，包，包围弧弧，F Ffmaxfmax，F Felimelim 1 1大小取决于大小取决于设计参数参数i i、d d1 1、d d2 2及及a a；3 3）摩摩擦擦系系数数f f ff，F Ffmaxfmax，F Felimelim，f f取取决决于于 带和和带轮的材料的材料 影响影响F Felimelim的因素的因素第4章带传动设计二二. . 带的的应力分析力分析一）一）带传动工作工作时，带截面上的截面上的应力种力种类 2.2.拉拉应力力紧边拉拉应力：力：1 1= =F F1 1/A /A MP MPa a松松边拉拉应力：力：2 2= =F F2 2/A/A MP MPa aFF1 1F F2 21 12 23.3.弯曲弯曲应力力 带绕过小小带轮时：式中式中: : E E 带的当量弯曲的当量弯曲弹性模量；性模量； y 带的最外的最外层到中性到中性层的距离；的距离；dd2、dd1 大小大小带轮节圆直径。直径。 1.1.离心拉离心拉应力：力：c c= =F Fc c/ /A A = =q qv v2 2/ /A A MP MPa a离心拉离心拉应力力 作用于作用于带的全的全长。 带绕过大大带轮时：当当传动比比i1 1时, , d dd d2 2 d dd d1 1 , , b2 2 b1 1 第4章带传动设计二二) ) 带中中应力分布情况力分布情况b b2 21 12 2b b1 11 1 2 2 n n1 1n n2 2C CC CB B = =C C+2 2+b b1 1C C = =C C+2 2+b b2 2D D=C C+1 1+b2b2max max =A A =C C+1 1+b1b1E Emax max =A A =C C+1 1+b1b1第4章带传动设计三）三）带的的应力力变化性化性质e e1. 1. 带中中应力力变化化带绕一周一周带的最大的最大应力力发生在生在紧边开始开始绕上小上小轮处（A A点）点） 大小大小为：max max =A A = =C C+1 1+b b1 1 3 3 . .变应力力对带的影响的影响引起引起带的疲的疲劳破坏（脱破坏（脱层和疲和疲劳 断裂）断裂）2. 2. 带中中应力力变化性化性质周期性周期性变化的循化的循环变应力力e ea amaxmaxb2b21 1c cb bc cd db1b1b2b22 2c c1 1 c cb1b1第4章带传动设计带相相对2 2轮的滑的滑动方向方向带相相对1 1轮的滑的滑动方向方向2 2C CD D二二带传动的运的运动分析分析 带传动的运的运动特性特性存在存在弹性滑性滑动和打滑和打滑 一）一）弹性滑性滑动及其特性及其特性1.1.弹性滑性滑动: : 是是带的的弹性性变形量的形量的变化而引起化而引起带与与带轮之之间微微 量相量相对滑滑动的的现象，称象，称为弹性滑性滑动。1 12 2vvn n1 1n n2 21 1A AB B第4章带传动设计带相相对2 2轮的滑的滑动方向方向带相相对1 1轮的滑的滑动方向方向2 2C CD Dvvn n1 1n n2 21 1A AB BF F1 1F F1 1F F2 2F F2 21 11) 1) 带是是弹性体，受力后会性体，受力后会产生生弹性性变形，在形，在带的的弹性极限性极限内，内，变形：形：=F/EA=F/EA，当，当带的截面的截面积A A一定一定时，FF，2 2）摩擦型）摩擦型带传动依靠摩擦力依靠摩擦力传递运运动和和动力，必然存在力，必然存在 拉力差，即：拉力差，即：紧边拉力拉力F F1 1大于松大于松边拉力拉力F F2 2，则带在在紧 边的伸的伸长量量1 1大于松大于松边的伸的伸长量量2 2。 2.2.弹性滑性滑动产生原生原因因2 2第4章带传动设计是微量滑是微量滑动，只只发生在生在带离开离开带轮前的那部分接前的那部分接 触弧触弧A AB B和和C CD(D(称称为滑滑动弧弧) ) 。是摩擦型是摩擦型带传动正常工作正常工作时不可避免的固有特性不可避免的固有特性3 3弹性滑性滑动的性的性质带相相对2 2轮的滑的滑动方向方向带相相对1 1轮的滑的滑动方向方向2 2C CD Dvvn n1 1n n2 21 1A AB BF F1 1F F1 1F F2 2F F2 21 12 21A A2c第4章带传动设计 1)1)降降低低传动效效率率(V(V带传动效效率率=0.91=0.91 0.96)0.96)，使，使带与与带轮摩摩损增加和温度升高。增加和温度升高。 4 4弹性性滑滑动对传动的影响的影响 2) 2)使从使从动轮的的圆周速度周速度v2 2低于主低于主动轮的的圆周速周速度度v1 1，即：，即： v2 2 v1 1 。 从从动轮圆周速度相周速度相对降低量称降低量称为滑滑动率率。滑滑动率率：F F则，正常工作时， =1% =1% 2%2%3)传动比不比不为常数即：常数即：常数常数第4章带传动设计二）二）带传动打滑打滑 打打滑滑当当传递的的有有效效拉拉力力达达到到极极限限值F Felimelim时，过载引引起起的的带与小与小带轮接面接面间将将发生生显著的相著的相对滑滑动。2 2C CD Dvvn n1 1n n2 21 1A AB BF F1 1F F1 1F F2 2F F2 2带与与带轮 2 2整整个个接接触触弧弧上上发生生相相对滑滑动带与与带轮 1 1整整个个接接触触弧弧上上发生生相相对滑滑动12第4章带传动设计三）三）弹性滑性滑动与打滑的本与打滑的本质区区别发生在生在带和和带轮的全部接触弧上。的全部接触弧上。弹性滑性滑动打打 滑滑是是带传动正常工作正常工作时不可避免的固有特性；不可避免的固有特性；是是带传动的失效形式，的失效形式，设计时必必须避免；避免；只只发生在生在带离开离开带轮前的那部分接触弧上；前的那部分接触弧上；2 2C CD D1 1B BA An n1 121弹性滑性滑动打打 滑滑2 2C CD D1 1B BA An n1 1n n2 221第4章带传动设计三三. . 带传动的失效形式和的失效形式和计算准算准则2 2）疲疲劳破破坏坏（脱脱层和和疲疲劳断断裂裂）max max 引引起失效起失效一）一）带传动的失效形式的失效形式 1 1）过载打滑打滑由由F F实传F Flimlim引起的失效引起的失效二）二）带传动的的计算准算准则 带传动的的计算准算准则是：保是：保证带传动不打滑的前提下，充分不打滑的前提下，充分发挥带的的传动能力，并使能力，并使传动带具有足具有足够的疲的疲劳强度和寿命。度和寿命。即即应满足：足：不打滑条件：不打滑条件：F F实传疲疲劳强度条件：度条件：第4章带传动设计4-3 V4-3 V带传动的的设计式中：式中： 由由带的疲的疲劳寿命决定的寿命决定的许用拉用拉应力，由力，由实验得出，得出，在在10108 8 10109 9 次次应力循力循环下，下，V V带的的许用用应力力为：式中：式中：C C由由V V带的材的材质和和结构决定构决定 的的实验常数常数L Ld dV V带的基准的基准长度，度，m m；j jn nV V带绕行一周行一周时绕过带轮的数目的数目t th hV V带的的预期寿命，期寿命，h h；m m指数，指数，对普通普通V V带，m=11.1m=11.1。疲疲劳强度条件：度条件：根根据据不打滑条件：不打滑条件：F F实传kWkW同同时满足两条件足两条件的的带传动许用功用功率：率：第4章带传动设计一在特定条件下，一在特定条件下，单根根V V带的基本的基本额定功率定功率P P0 0 将将 、b b、c c 代入，取当量摩擦系数代入，取当量摩擦系数f=0.51,f=0.51,可可得得V V带传动许用功率的用功率的计算公式：算公式： kW kW 载荷平荷平稳 1 1= = 2 2 = 180 = 1800 0 ，即：，即：i=1=1L Ld d为特定特定长度度一）特定条件一）特定条件二）二）单根根V V带的基本的基本额定功率定功率P P0 0表表4-44-4P P0 0可根据可根据V V带型号、小型号、小带轮直径直径d d1 1及小及小轮转速速n n1 1由表由表4-44-4查出。出。V带型号带型号特定长度特定长度Y450Z800A1700B2240C3750D6300E7100第4章带传动设计表表4-4 4-4 单根普通根普通V V带的基本的基本额定功率定功率P P0 0 如：Z型V带、d1=80 mm 、n1=1420 r/min时，P0 = 0.35 kWA型V带、d1=100 mm 、n1=1420 r/min时，P0 = 1.31 kW带型d1 mmn n1 1 r/min r/min800950120014601600Z Z630.150.200.220.180.230.260.220.270.300.250.310.360.270.330.397180A A75 0.450.680.83 1.00 1.19 0.51 0.770.95 1.15 1.37 0.600.931.14 1.39 1.66 0.68 1.07 1.32 1.611.93 0.73 1.151.42 1.742.07 90100112125100100A1.31142014208080Z0.35第4章带传动设计式中：式中： 额定功率增量，考定功率增量，考虑传动比比i1i1时，带在大在大带轮 上的弯曲上的弯曲应力力较小，在相同寿命的条件下，小，在相同寿命的条件下，额定定 功率可比功率可比i =1i =1时的的传动功率大。根据功率大。根据V V带型号、型号、n n1 1 及及i i查表表4-54-5 当使用条件与特定条件不符当使用条件与特定条件不符时，需引入附加，需引入附加项和修正系和修正系数。数。经过修正后修正后单根根V V带许用功率用功率PP0 0 为：二二.实际使用条件下使用条件下单根V带的许用功率K K包角系数，考包角系数，考虑1801800 0时对传动能力影响，能力影响， 根据小根据小带轮包角包角1 1查表表4-94-9K KL L 长度系数，考度系数，考虑带长不不为特定特定长度度时对传动能力能力 的影响，的影响，K KL L根据根据V V带型号及基准型号及基准带长L Ld d查表表4-84-8第4章带传动设计表表4-5 4-5 单根普通根普通V V带额定功率的增量定功率的增量 P P0 0kWkW带带型型传传 动动 比比 i i带速带速m/sv1.001.011.021.041.051.081.091.121.131.181.191.241.251.341.351.511.521.992.0P1kWA A0.000.000.010.010.020.020.030.030.050.050.090.090.100.100.110.110.150.150.170.170.190.190.240.240.290.292.556.78.31012.51517.520250.020.020.030.030.030.030.040.040.050.050.060.060.060.060.080.080.100.100.020.020.040.040.040.040.050.050.070.070.080.080.090.090.110.110.130.130.030.030.050.050.050.050.060.060.080.080.090.090.110.110.130.130.160.160.030.030.060.060.060.060.070.070.100.100.110.110.130.130.160.160.190.190.040.040.070.070.080.080.080.080.110.110.130.130.150.150.190.190.230.230.040.040.080.080.090.090.090.090.130.130.150.150.170.170.220.220.260.260.020.020.020.020.030.030.030.030.040.040.040.040.060.060.070.070.020.020.020.030.030.102.0v=7.44m/sA A表表4-34-3查法如：法如：i =3.62v=7.44m/sP=0.095kw0.1kwA型型带小轮包角小轮包角180175170165160155150145140135130125K10.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.84表表4-9 4-9 包角系数包角系数K K1520.924第4章带传动设计表表4-7 4-7 普通V带的基准长度系列和长度系数KL基准长度基准长度L Ld d mmmm型型 号号ZABC4004505005606307108009001000112012501400160018000.870.890.910.940.960.991.001.031.061.081.111.141.161.180.850.870.890.910.930.960.991.010.820.840.860.880.900.920.950.830.86如：如：L Ld d=1250 mm=1250 mmZ型型带KL=1.11L Ld d=1800 mm=1800 mmA型型带KL=1.0112501.11Z18001.01A第4章带传动设计三三.V.V带传动正常工作条件及提高正常工作条件及提高带传动承承载能力的措施能力的措施一）一） V V带传动正常工作的条件正常工作的条件原原动机机类型型工作机的工作机的载荷性荷性质每天工作每天工作时间取取值K KA A 工况系数，取决于工况系数，取决于 若出若出现P P能能传 P Pcaca 时，则传动不能正常工作，必不能正常工作，必须采取措采取措施提高施提高V V带传动承承载能力。能力。P P V V带传动需要需要传递的名的名义功率，一般功率，一般为已知条件。已知条件。 式中：式中：Z Z V V带的根数；的根数；P Pcaca V V带传动的的计算功率；算功率；第4章带传动设计二）提高二）提高V V带传动承承载能力的措施能力的措施1. 1. 增加增加V V带根数：根数：2. 2. 提高提高单根根V V带 的的额定功率定功率P P0 0 3. 3. 增大摩擦系数增大摩擦系数 f fv v铸铁带轮皮革皮革带=0.595=0.595， f fv v铸铁带轮胶胶带=0.51=0.51； 4. 4. 采用新型采用新型带：多楔：多楔带，齿形形带。第4章带传动设计1 1传递的功率的功率P P，工作条件；，工作条件；2 2主、从主、从动轮转速速n n1 1和和n n2 2或或传动比比i i；3 3对传动位置和外部尺寸的要求。位置和外部尺寸的要求。1 1确定确定带的型号、的型号、长度和根数，度和根数，带轮直径，直径，传动中心距；中心距；2 2计算初拉力和作用在算初拉力和作用在轴上的上的压力；力；3 3带轮的材料的材料选择及及结构构设计。四普通四普通V V带传动的的设计及参数及参数选择一）普通一）普通V V带传动设计的原始数据：的原始数据：二）普通二）普通V V带传动设计内容：内容：第4章带传动设计三）普通三）普通V V带传动设计步步骤和和选择参数：参数：1 1确定确定计算功率算功率P Pc c ： P Pc c= =K KA AP P kW kW原原动机机类型（如：型（如：轻载启启动）工作机的工作机的载荷性荷性质（如：（如：载荷荷变动小小）每天工作每天工作时间（如：（如：= =8 8小小时）由表由表查出出K KA A=1.1=1.1工况系数工况系数K KA A根据根据工工况况K KA A空轻载启动空轻载启动重载启动重载启动每天工作时间（每天工作时间（h）1616载荷变动最小载荷变动最小液体搅拌机等液体搅拌机等1.01.11.21.11.21.3载荷变动小载荷变动小带式运输机等带式运输机等1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大载荷变动较大起重机等起重机等1.21.31.41.41.51.6载荷变动最大载荷变动最大破碎机等破碎机等1.31.41.51.51.61.8轻载启启动Zmax12Zmax=4=43.4653.465取取4Zmax4Zmax=5=5第4章带传动设计设计计算项目设计计算项目设计计算依据设计计算依据结结 论论方案方案方案方案 单位位长度度质量量q q（kg/mkg/m）表表4-14-10.060.060.110.11单根根V V带的初拉力的初拉力F F0 0（N)N)55.355.3133.7133.7轴上的上的压力力F FQ Q（N N）F FQ Q 2zF 2zF0 0sin(sin(1 1 /2)/2)128112811020.71020.7设计方案方案评价价考考虑传动结构的构的紧凑性及合凑性及合理的理的V V带根数等根数等 不好不好较好好设计结果果（方案（方案），），A1600GB/T1771A1600GB/T177119961996，4 4根；根；第4章带传动设计本章内容小本章内容小结1. 带传动的的类型、型、结构及特点；构及特点；3. 3. 普通普通 V V带 传动设计失效形式和失效形式和计算准算准则；带轮结构构设计。（省略）（省略）初拉力初拉力F F0 0决定及决定及维持；持；传动参数参数选择（重点）；（重点）；2. 带传动受力分析、运受力分析、运动分析及分析及应力分析（重点）力分析（重点）第4章带传动设计