第9章带传动9.5同步齿形带传动

图 9 - 7 普通V带的公称长度
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表9 - 3 普通V带的长度系列和带长修正系数
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9.3.2 普通V带轮 1. 带轮的材料 带传动一般安装在传动系统的高速级, 带轮的转速
较高, 故要求带轮有足够的强度。 带轮的常用材料为灰 铸铁、 钢、 铝合金或工程塑料等, 其中灰铸铁应用最 广。 当带轮圆周速度v＜25 m/s时, 可用球墨铸铁或铸 钢； 小功率传动时, 可用铸铝或塑料。
传动带绕经带轮时要弯曲, 其弯曲应力可近似按下 式确定：
b

Eh dd
(9 - 6)
式中, E为带的弹性模量, 单位为MPa； h为带的厚度, 单 位为mm； dd为带轮的基准直径, 单位为mm。
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图9 - 5所示为带工作时的应力分布情况, 各截面的 应力大小由该处引出的带的法线长短表示。 最大应力 发生在紧边和小轮接触处, 其值为
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表9 - 4 普通V带轮的轮槽尺寸
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图9 - 8给出了V带轮的结构, 当带轮基准直径 dｄ≤(2.5～３)ｄ(ｄ为轴的直径)时, 可采用实心式(见图9 - 8(a))； 当dｄ＜400 mm时, 可采用腹板式或板孔式(见 图9 - 8(b))； 当dｄ＞400 mm时, 可采用轮辐式(见图9 8(c))。 轮辐数目A可根据带轮直径选取, 当d＜500 mm 时, A=4； 当d=(500～1600) mm时, A=6； 当 d＝(1600～3000) mm时, A=8。
d1 d
2
1 3
n 1
1
2
n2
2
Байду номын сангаас
a
图 9 - 1 带传动
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9.1.1 带传动的特点 (1) 带传动是通过中间挠性件——带传递运动和动力
的, 传动带具有良好的弹性, 有缓冲和吸振作用， 因此 带传动传动平稳, 噪音小。
(2) 带传动可用于中心距较大的两轴间的传动。 其结构简单, 制造、 安装、 维护方便。
(9 - 8)
式中, ［σ］为根据疲劳寿命决定的带的许用应力,
其单位为MPa, 其值由疲劳实验得出。
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9.2.3 带传动的弹性滑动与打滑 1. 弹性滑动 传动带是弹性体, 受力不同时伸长量不等。 带自A
点绕上主动轮时, 所受的拉力为F1, 此时带速与主动轮 的线速度相同, 在带由A点转到B点的过程中, 带的拉力 由F1减小到F2, 带的弹性变形也随之减小, 在带与带轮 之间产生了相对滑动, 因而在B点的带速低于主动轮的 线速度。 同样, 带在从动轮上也会发生相对滑动, 但与 带在主动轮上相反, 带速大于从动轮的线速度, 如图9 5所示。
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图 9 - 8 V带轮的结构形式
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图 9 - 8 V带轮的结构形式
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图 9 - 8 V带轮的结构形式
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9.3.3 普通V带传动的设计计算 1. 带传动的失效形式和设计准则 带传动的主要失效形式是打滑和带的疲劳断裂。
因此, 带传动的设计准则为: 在保证不打滑的条件下, 带 有一定的疲劳强度。
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图 9 - 4 带两边拉力
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带两边拉力之差称为带传动的有效拉力F, 亦称圆 周力, 其值为带与带轮接触弧上各点摩擦力的总和
F=F1-F2 有效拉力F(N)可由下式确定：
(9 - 1)
F 1000 P

(9 - 2)
式中, P为带传递功率, 单位为kW； v为带速, 单位为m/s。
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(3) 对于摩擦型带传动, 过载时带和带轮面间发生 打滑, 可防止其他零件破坏, 故对系统具有保护作用。
(4) 在摩擦带传动中， 带与带轮接触面间有相对滑 动, 不能保证准确的传动比, 对轴和轴承的压力较大, 传 动效率低, 带的寿命较短, 传动的外廓尺寸较大。
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9.1.2 带传动的类型与应用 按工作原理区分, 带传动有摩擦型和啮合型两类。
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2. 单根V带的基本额定功率 单根V带所能传递的功率与带的型号、 长度、 带 速、 带轮直径、 包角大小及载荷性质等有关。 为便于 设计, 将实验测得的在载荷平稳、 包角为180°及特定 长度条件下的单根V带在保证不打滑并具有一定寿命时 所能传递的功率P0称为基本额定功率, 依此作为设计的 依据。 各种型号V带的P0值见表9 - 5。 表9 - 5 单根V带的基本额定功率 (略）
σmax=σ1+σc+σb1
(9 - 7)
由图可知, 带在工作过程中, 其应力是在σmin=σ2+σc与 σmax=σ1+σc+σb1之间不断变化的, 因此, 带经长期运行后 会发生疲劳破坏。
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图9 – 5 带工作时的应力分布情况
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为保证带具有足够的疲劳强度, 应满足
σmax=σ1+σc+σb1≤［σ］
当带速一定时, 传递功率P愈大, 则有效拉力F愈大, 所需
带与轮面间的摩擦力也愈大。 当功率一定时, 转速愈高,
带的有效拉力就愈小。
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设带的总长度不变, 则工作时紧边增加的长度与松 边减少的长度相等； 紧边增加的拉力与松边减小的拉 力相等。 即
所以
F1-F0=F0-F2
F1+F2 =2F0
Fm a x

2F0
e fa e fa
1 1
(9 - 12)
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表 9 - 2 弹性滑动和打滑的区别
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9.3 普通V带传动设计
9.3.1 普通V带 普通V带由顶胶、 抗拉体、 底胶和包布组成, 如
图9 - 6所示。 抗拉体是承受负载拉力的主体, 有帘布芯 结构和绳芯结构两类。 前者抗拉强度较高, 制造方便, 应用较广； 后者柔性好, 抗弯强度高, 适用于带轮直径 较小、 速度较高的场合。
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平带的截面形状为矩形, 内表面为工作面, 主要用 于两轴平行, 转向相同的较远距离的传动。
V带的截面形状为梯形, 两侧面为工作面, 带轮的轮 槽截面也为梯形。 根据斜面的受力分析可知, 在相同张 紧力和相同摩擦系数的条件下, V带产生的摩擦力要比 平带的摩擦力大,所以, V带传动能力强, 结构更紧凑, 在 机械传动中应用最广泛。
(9 - 3)
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9.2.2 应力分析 1. 带的拉力产生的紧边拉应力σ1和松边拉应力σ2为
1

F1 A

2

F2 A

(9 - 4)
式中, A为带的横截面面积, 单位为mm2。
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2. 带的离心力产生的离心拉应力
由于带本身的质量, 带绕过带轮时随着带轮作圆周 运动将产生离心力。 离心力将使带受拉, 在截面产生离 心拉应力
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工作时, 由于带和带轮接触面间摩擦力的作用, 使 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, 其拉力由F0增大到F1(如图9 - 4(b)所示), 称为紧边, F1称为紧边拉力； 带绕入从动轮的一边则被放松, 其拉 力由F0减小到F2, 称为松边, F2称为松边拉力。
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2. 带轮的结构设计 带轮由轮缘、 轮辐和轮毂三部分组成。 设计时应 使其结构便于制造, 质量轻且分布均匀。带轮工作表面 粗糙度Ra≤6.3 μm, 以免带过快磨损。 v＞25 m/s时, 应 进行动平衡。
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表9 - 4给出了普通V带轮的轮槽尺寸。 轮槽的形状 和尺寸与相应型号的带截面尺寸相适应, 规定梯形轮槽 的槽角有32°、 34°、 36°和38°等四种, 均小于V带 两侧面的夹角40°。 这是因为当V带在轮上受弯时, 其 截面形状会发生变化， 中性层以上(外边即宽边)受拉 而变窄, 中性层以下(内边即窄边)受压而变宽, 从而使V 带的楔角变小。 为保证V带和带轮接触良好, 应使轮槽 楔角小于40°。
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V带装在带轮上与bp相对应的带轮直径称为基准直 径dd。 在规定的张紧力下, 位于带轮基准直径上的周线 长度称为V带的基准长度, 用Ld表示, 它用于带传动几何 尺寸的计算, 如图9 - 7所示。 V带基准长度的尺寸系列 见表9 - 3。
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基 准 直 径d d
基 准 长 度Ld
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9.1 概述 9.2 带传动的工作情况分析 9.3 普通V带传动设计 9.4 带传动的张紧、 安装和维护 9.5 同步齿形带传动 思考与练习
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9.1 概 述
带传动是一种常见的机械传动形式, 它由主动轮1、 从动轮2和传动带3组成, 如图9 - 1 所示。
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这种由于带的弹性和拉力差而引起的带与带轮之 间的局部相对滑动称弹性滑动。 所以, 带工作时弹性滑 动是不可避免的。
由上述可知, 由于弹性滑动的存在, 导致从动轮的 圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1, 其降低程度用滑 动率ε表示:
1 2 dd1n1 dd 2n2 dd1n1 dd 2n2
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图 9 - 6 普通V带的结构
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普通V带已标准化, 通常制成无接头的环形。 在GB 11544-89中按其截面尺寸由小到大分为Y、 Z、 A、 B、 C、 D、 E七种型号, 各型号的截面尺寸和单位带长质 量见表9 - 1。
在弯曲时, 带的长度和截面宽度均不变的一层称为 中性层, 其截面宽度bp称为节宽。 V带截面高度h和宽 度bp的比值(h/bp)称为相对高度, V带两侧楔角θ为40°。