第7章帶傳動(dòng)7.1概述7.2V帶的標(biāo)準(zhǔn)及帶輪的結(jié)構(gòu)7.3帶傳動(dòng)的工作原理7.4普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)7.1概述帶傳動(dòng)是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)方式，它的主要作用是傳遞扭矩和改變怠速。大部份帶傳動(dòng)是借助撓性傳動(dòng)帶與帶輪間的磨擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。本章將對(duì)帶傳動(dòng)的工作情況進(jìn)行剖析，并給出帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和估算方式。重點(diǎn)介紹V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)估算。如圖7-1所示，帶傳動(dòng)通常是由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、緊套在三輪上的傳動(dòng)帶及機(jī)架組成。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)閹c帶輪之間磨擦力的作用，使從動(dòng)帶輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。圖7-1主動(dòng)輪從動(dòng)輪傳動(dòng)帶7.1.1、帶傳動(dòng)的特征帶傳動(dòng)是通過中間撓性件——帶傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的,傳動(dòng)帶具有良好的彈性,有緩沖和吸振作用，因而帶傳動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲小。帶傳動(dòng)可用于中心距較大的兩軸間的傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造、安裝、維護(hù)便捷。生抱死,可避免其他零件破壞,故對(duì)系統(tǒng)具有保護(hù)作用。在磨擦帶傳動(dòng)中，帶與帶輪接觸面間有相對(duì)滑動(dòng),不能保證確切的傳動(dòng)比,對(duì)軸和軸承的壓力較大,傳動(dòng)效率低,帶的壽命較短,傳動(dòng)的外廓規(guī)格較大。7.1.2、帶傳動(dòng)的類型1.按傳動(dòng)原理分（1）磨擦帶傳動(dòng)靠傳動(dòng)帶與帶輪間的磨擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，如V帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)等；（2）漸開線帶傳動(dòng)靠帶外側(cè)凸齒與帶輪邊沿上的齒槽相漸開線實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，就像步帶傳動(dòng)。
2.按用途分（1）傳動(dòng)帶傳遞動(dòng)力用（2）輸送帶輸送物品用。本章僅討論傳動(dòng)帶平帶的截面形狀為圓形,內(nèi)表面為工作面,主要用于兩軸平行,轉(zhuǎn)向相同的較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。如圖7-2所示圖7-2平帶實(shí)物（2）V帶：V帶的截面形狀為矩形,兩側(cè)面為工作帶輪的輪槽截面也為矩形。按照斜面的受力剖析可知,在相同張緊力和相同磨擦系數(shù)的條件下,動(dòng)能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)更緊湊,在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛。如圖7-3所示圖7-3V帶實(shí)物（3）多楔帶：多楔帶是平帶碳化物上有若干橫向楔形隆起,如圖7-4(b)所示,它兼有平帶和V帶的優(yōu)點(diǎn)且填補(bǔ)其不足,多用于結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)中。圖7-4多楔帶實(shí)物（4）方形帶：矩形帶的截面形狀為方形,如圖7僅用于如縫紉機(jī)、儀器等低速小功率的傳動(dòng)。圖7-5（5）齒形帶（同步帶）：同步齒形帶即為漸開線型傳動(dòng)帶,如圖76所示。同步帶內(nèi)周有一定形狀的齒。圖7-6同步帶傳動(dòng)同步帶實(shí)物傳動(dòng)帶實(shí)物7.2V帶的標(biāo)準(zhǔn)及帶輪的結(jié)構(gòu)7.2.1、普通V帶標(biāo)準(zhǔn)：普通V帶應(yīng)用最廣，其截面呈楔角等于40的矩形，相對(duì)高度h/bp0.7，工作面是帶的兩側(cè)面，帶與輪槽頂部應(yīng)有間隙。考慮到V帶張緊后形成的縱向收縮變型，小帶輪槽角ψ=32、34、36、38。
普通V帶的尺寸規(guī)格、性能、測(cè)量方式及使用要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化。普通V帶按截面大小分為Y、Z、A、B、C、D、E七種機(jī)型，各機(jī)型代表的截面規(guī)格及具有的寬度查表7-1。普通V帶截面規(guī)格和單位帶長(zhǎng)質(zhì)量(GB/-1992)V帶實(shí)物7.2.2、V帶的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)V帶都制成無接頭的環(huán)型帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。強(qiáng)力層的結(jié)構(gòu)方式有簾布結(jié)構(gòu)和絲線結(jié)構(gòu)。圖7-77.2.3普通V帶輪的結(jié)構(gòu)1、V帶輪的設(shè)計(jì)要求質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)工藝性好、無過大的澆鑄內(nèi)撓度；質(zhì)量分布均勻，怠速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工(表面粗糙度通常應(yīng)為3.2)，以降低帶的銹蝕；各槽的規(guī)格和角度應(yīng)保持一定的精度，以使荷載分布較為均勻。2帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的鋼號(hào)為HT150或HT200；怠速較高時(shí)宜采用鑄件(或用厚板注塑后釬焊而成)；小功率時(shí)可用鋁制或塑膠。帶輪由車鉤、腹板（輪輻）和輪胎三部份組成。車鉤是帶輪的工作部份，制有矩形輪槽。輪槽規(guī)格見表。輪胎是帶輪與軸的連接部份，車鉤與輪胎則用輪輻（拱圈）連接成一整體。實(shí)心帶輪V帶輪按縱梁（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：（1）實(shí)心帶輪（2）縱梁帶輪縱梁帶輪（4）輪輻帶輪。
輪輻帶輪7.3帶傳動(dòng)的工作原理7.3.1帶傳動(dòng)的受力剖析1.初拉力為保證帶傳動(dòng)正常工作，傳動(dòng)帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。當(dāng)傳動(dòng)帶靜止時(shí)，帶兩側(cè)承受相等的拉力，稱為初拉力F0，如圖7-8所示。圖7-8不工作時(shí)當(dāng)傳動(dòng)帶傳動(dòng)時(shí)，因?yàn)閹c帶輪接觸面之間磨擦力的作用，帶兩側(cè)的拉力不再相等，如圖7-9所示。一邊被拉緊，拉力由F0減小到F1，稱為緊邊；一邊被放松，拉力由F0降低到F2，稱為松邊。設(shè)環(huán)型帶的總寬度不變，則緊邊拉力的降低量F1-F0應(yīng)等于松邊拉力的降低量F0-F2。F1-F0=F0-F2F0=（F1+F2）/2圖7-9工作時(shí)2.有效拉力帶兩側(cè)的拉力之差F稱為帶傳動(dòng)的有效拉力。實(shí)際上F是帶與帶輪之間磨擦力的總和，在最大靜磨擦力范圍內(nèi)，帶傳動(dòng)的有效拉力F與總磨擦力相等，F(xiàn)同時(shí)也是帶傳動(dòng)所傳遞的圓周力，即帶傳動(dòng)所傳遞的功率為P=Fv/1000P為帶傳遞功率,單位為kW；單位為m/s。當(dāng)帶速一定時(shí),傳遞功率P愈大,則有效拉力F愈大,所需帶與輪面間的磨擦力也愈大。當(dāng)功率一定時(shí),怠速愈高,有效拉力就愈小。設(shè)帶的總寬度不變,則工作時(shí)緊邊降低的寬度與松邊降低的寬度相等；緊邊降低的拉力與松邊減少的拉力相等。
即F1-F0=F0-F2所以F1+F2=2F0（7-3）在一定的初拉力F0作用下，帶與帶輪接觸面間磨擦力的總和有一極限值。當(dāng)帶所傳遞的圓周力超過帶與帶輪接觸面間磨擦力的總和的極限值時(shí)，帶與帶輪將發(fā)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)，這些現(xiàn)象稱為抱死。帶抱死時(shí)從動(dòng)輪怠速隨之增長(zhǎng)，使傳動(dòng)失效，同時(shí)也減緩了帶的銹蝕，應(yīng)防止打3.帶傳動(dòng)的最大磨擦力——有效拉力的臨界值當(dāng)傳動(dòng)帶和帶輪間有全面滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，磨擦力達(dá)到最大值，即有效圓周力達(dá)到最大值。此時(shí)摩擦力與拉力有關(guān)嗎，緊邊拉力和松邊拉力之間的關(guān)系可用歐拉公式表示摩擦力與拉力有關(guān)嗎，即（7-4）（7-5）（7-6）7.3.2帶傳動(dòng)的撓度剖析帶傳動(dòng)工作時(shí),帶中的撓度由以下三部份組成A為帶的橫截面面積,單位為mm2。帶的離心力形成的離心拉撓度因?yàn)閹П旧淼馁|(zhì)量,帶繞開帶輪時(shí)隨著帶輪作圓周運(yùn)動(dòng)將形成離心力。離心力將使帶受拉,在截面形成離心拉撓度σc為離心拉撓度,單位為MPa；v為帶速,單位為m/s；q為帶單位寬度上的質(zhì)量,單位為kg/m,見表7普通V帶截面規(guī)格和單位帶長(zhǎng)質(zhì)量(GB/-1992)帶的彎曲形成的彎曲撓度彎曲時(shí)橫截面上的正撓度分布規(guī)律如圖7-10所示圖7-10傳動(dòng)帶繞經(jīng)帶輪時(shí)要彎曲,其彎曲撓度可近似按下式確定：E為帶的彈性撓度,單位為MPa；h為帶的長(zhǎng)度,位為mm；dd為帶輪的基準(zhǔn)半徑,單位為mm。
圖示7-11為帶工作時(shí)的撓度分布情況,各截面的撓度大小由該處引出的帶的法線長(zhǎng)短表示。最大撓度發(fā)生在由圖7-11可知,帶在工作過程中,其撓曲是在σmin=σ2+σc與σmax=σ1+σc+σb1之間不斷變化的,因而,帶經(jīng)常年運(yùn)行后會(huì)發(fā)生疲勞破壞。σmax=σ1+σc+σb1圖7-11為保證帶具有足夠的疲勞硬度,應(yīng)滿足σmax=σ1+σc+σb1［σ］式中,［σ］為依據(jù)疲勞壽命決定的帶的許用撓度,其單位為MPa,其值由疲勞實(shí)驗(yàn)得出。疲勞破壞是指材料在交變撓度作用下的破壞.7.3.3帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和傳動(dòng)比彈性滑動(dòng)傳動(dòng)帶是彈性體，遭到拉力后會(huì)形成彈性伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)量隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞開主動(dòng)輪進(jìn)入松邊時(shí)，帶的拉力由F1減少為F2,其彈性伸長(zhǎng)量也由δ1降低為δ2。這說明帶在繞開帶輪的過程中，相對(duì)于輪面向后收縮了（δ1-δ2），帶與帶輪輪面間出現(xiàn)局部相對(duì)滑動(dòng)，造成帶的速率逐漸大于主動(dòng)輪的圓周速率，如圖7-12示。同樣，當(dāng)帶由松邊繞開從動(dòng)輪步入緊邊時(shí)，拉力降低，帶漸漸被拉長(zhǎng)，沿輪面形成往前的彈性滑動(dòng)，使帶的速率漸漸小于從動(dòng)輪的圓周速率。這種因?yàn)閹У膹椥宰冃投纬傻膸c帶輪間的滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)。
從動(dòng)輪主動(dòng)輪7-12這些因?yàn)閹У膹椥院屠Σ疃鴮?dǎo)致的帶與帶輪之間的局部相對(duì)滑動(dòng)稱彈性滑動(dòng)。所以,帶工作時(shí)彈性滑動(dòng)是不可防止的。由上述可知,因?yàn)閺椥曰瑒?dòng)的存在,造成從動(dòng)輪的圓周速率v2高于主動(dòng)輪的圓周速率v1,其增加程度用滑動(dòng)率ε表示:n1、n2為主、從動(dòng)輪怠速,單位為r/min；dd1、dd2為主、從動(dòng)輪基準(zhǔn)半徑,單位為mm。（7-8）彈性滑動(dòng)和抱死的區(qū)別7.4普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)7.4.1.帶傳動(dòng)的失效方式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則帶傳動(dòng)的主要失效方式是抱死和帶的疲勞破裂。因而,帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為:在保證不抱死的條件下,有一定的疲勞硬度。7.4.2.單根V帶的基本額定功率單根V帶所能傳遞的功率與帶的機(jī)型、長(zhǎng)度、帶速、帶輪半徑、包角大小及荷載性質(zhì)等有關(guān)。為易于設(shè)計(jì),將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的在荷載平穩(wěn)、包角為180及特定寬度條件下的單根V帶在保證不抱死并具有一定壽命時(shí)所能傳遞的功率P為基本額定功率,依此作為設(shè)計(jì)的根據(jù)。各類型單根V帶的基本額定功率(略）當(dāng)實(shí)際使用條件與實(shí)驗(yàn)條件不符時(shí),值應(yīng)該加以修正,修正后即得實(shí)際工作條件下單根V帶所能傳遞的功率,稱為許用功率［P為包角系數(shù),考慮不同包角對(duì)傳動(dòng)能力的影響,其值見表7為寬度系數(shù),考慮不同帶長(zhǎng)對(duì)傳動(dòng)能力的影響,其值見表7為功率增量,單位為kW,考慮傳動(dòng)比i1時(shí)帶在大帶輪上的彎曲撓度較小,因而使P普通V帶的寬度系列和帶長(zhǎng)修正系數(shù)7.4.3.設(shè)計(jì)估算設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí),通常已知條件是傳動(dòng)的用途、工作條件、傳遞的功率、主從動(dòng)輪的怠速(或傳動(dòng)比)、傳動(dòng)的位置要求及原動(dòng)機(jī)類型等；設(shè)計(jì)的內(nèi)容是確定V帶的型號(hào)、長(zhǎng)度和根數(shù),傳動(dòng)中心距,帶輪的材料、結(jié)構(gòu)和規(guī)格,作用于軸上的壓力等。
設(shè)計(jì)步驟如下:為工況系數(shù),見表7選擇帶的機(jī)型。帶的機(jī)型可依照估算功率Pc和小帶輪怠速n通常選小機(jī)型,或按兩種機(jī)型同時(shí)估算,剖析比較后決定抉擇。確定小帶輪半徑dd1。帶輪半徑愈小,傳動(dòng)所占空間愈小,但彎曲撓度愈大,帶愈易疲勞。表78列舉了普通V帶輪的最小基準(zhǔn)半徑。設(shè)計(jì)時(shí),半徑dd1驗(yàn)算帶速v。普通V帶質(zhì)量較大,帶速較高,性離心力過大而增加帶與帶輪間的正壓力,進(jìn)而減少磨擦力和傳動(dòng)能力；帶速過高,則在遞相同功率的條件下所需有效拉力F較大,要求帶的根數(shù)較多。
