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機(jī)械設(shè)計(jì) Machine DesignPART ⅡDesign of Mechanisms and Drives in Common UseChapter 11 Design of Belt Drives主講教師——錢瑞明SEU-QRM111.1 Introduction 概述The Composition of Belt Drives—— 帶傳動(dòng)(belt drives)通常由主動(dòng)帶輪(driving pulley or sheave)1、從動(dòng)帶輪(driven pulley)2和張緊在兩輪上的環(huán) 形帶(belt)3所組成。1 n1 32n2SEU-QRM2The Types of Belt Drives—— 根據(jù)傳動(dòng)原理不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦傳動(dòng)型和嚙合 傳動(dòng)型兩大類。1. Belt Drives based on Friction (摩擦傳動(dòng)型) 工作原理——利用傳動(dòng)帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 類型——按帶截面形狀的不同，可分為：普通平帶(flat belt)傳動(dòng)、V帶 (V-belt)傳動(dòng)、多楔帶(poly-rib belt)傳動(dòng)、圓帶(circle belt)傳動(dòng)、高速 帶(high-speed belt)傳動(dòng)普通平帶傳動(dòng)V帶傳動(dòng)多楔帶傳動(dòng)圓帶傳動(dòng)3SEU-QRM普通平帶傳動(dòng)——帶的截面形狀為矩形。有膠帆布平帶(應(yīng)用 最多)、編織帶及強(qiáng)力錦綸帶等類型。平帶的規(guī) 格已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，通常整卷出售，使用時(shí)根據(jù)所 需長度截取，并將其端部聯(lián)接起來（硫化接頭 或 機(jī) 械接 頭 ） 。 帶 的 撓 性 較 好 ， 帶 輪 制 造 方 便，工作時(shí)帶的內(nèi)面是工作面，與圓柱形帶輪 工作面接觸，屬于平面摩擦傳動(dòng)。V帶傳動(dòng)——帶的截面形狀為等腰梯形。帶的厚度較大， 撓性較差，帶輪制造比較復(fù)雜。帶的兩側(cè)面是工 作面，與帶輪的環(huán)槽側(cè)面接觸，屬于楔面摩擦傳 動(dòng)。在相同的帶張緊程度下，V帶傳動(dòng)的摩擦力 要比平帶傳動(dòng)約大70%，其承載能力因而比平帶 傳動(dòng)高。在一般的機(jī)械傳動(dòng)中，V帶傳動(dòng)現(xiàn)已取 代了平帶傳動(dòng)而成為常用的帶傳動(dòng)裝置。SEU-QRM4多平楔帶傳動(dòng)——帶的截面形狀為多楔形，相當(dāng)于平帶與若干 等距縱向排列V帶的組合，工作面為側(cè)面，具有 平帶的柔軟、V帶摩擦力大的特點(diǎn)，比V帶傳動(dòng) 平穩(wěn)、外廓尺寸小，用于要求結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)， 特別是要求V帶根數(shù)多或輪軸垂直地面的傳動(dòng)。圓帶傳動(dòng)——帶的截面形狀為圓形，有圓皮帶、圓繩帶、圓 錦綸帶等，其傳動(dòng)能力小，主要用于v 高速帶傳動(dòng)——v>30m/s, n1=10000~50000r/min高速帶常用重量輕、薄而均勻、撓曲性好的環(huán)形 平帶。帶輪用鋼或鋁合金制造，各面均精加工，并進(jìn) 行動(dòng)平衡。為防帶從帶輪上滑落，大、小帶輪輪緣制 成鼓形面，在輪緣表面開環(huán)形槽，以防止在帶與輪緣 表面間形成空氣層而降低摩擦系數(shù)，影響正常傳動(dòng)。SEU-QRM52. Belt Drives based on Teeth Meshing (嚙合傳動(dòng)型) 工作原理——同步帶傳動(dòng)(timing or synchronous belt drives)靠帶上 的齒與帶輪上的齒槽的嚙合作用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 特點(diǎn)——同步帶傳動(dòng)工作時(shí)帶與帶輪之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，能夠獲得 準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，因此它兼有帶傳動(dòng)和齒輪嚙合傳動(dòng)的特性和優(yōu)點(diǎn)。同步 帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為承載層，氯丁橡膠或聚氨酯為基體。這 種帶薄而輕，可用于較高速度。傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)比可 達(dá)10，效率可達(dá)98%。此外，由于不是靠摩擦力傳遞動(dòng)力，帶的預(yù)緊力 可以很小，作用于帶輪軸和其軸承上的力也很小。其主要缺點(diǎn)在于制造 和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴(yán)格。SEU-QRM6帶傳動(dòng)的類型按傳動(dòng)比分類—— 定傳動(dòng)比，有級(jí)變 速，無級(jí)變速按兩軸的位置和 轉(zhuǎn)向分類——SEU-QRM7Characteristics of Belt Drives—— 兩類帶傳動(dòng)都采用帶作為中間撓性元件來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 優(yōu)點(diǎn)—— 結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，緩沖吸振 能實(shí)現(xiàn)較大距離兩軸間的傳動(dòng) 摩擦型帶傳動(dòng)具有過載時(shí)將引起帶在帶輪上打滑，起到防 止其它零件損壞的作用（過載保護(hù)） 缺點(diǎn)—— 帶與輪面之間存在相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致傳動(dòng)效率較低，傳動(dòng)比 不準(zhǔn)確，帶的壽命較短SEU-QRM811.2Analysis of Working Conditions of Belt Drives帶傳動(dòng)工作情況分析11.2.1 Force Analysis of Belt Drives 帶傳動(dòng)的受力分析1. The Effective Tensile Forces of Belt Drives (帶傳動(dòng)的有效拉力) 帶呈環(huán)形，以一定的 張緊力(初拉力)F0套在帶輪 上，使帶和帶輪相互壓 緊。靜止時(shí)，帶兩邊的拉 力相等，均為F0。 The angle of contact (包角)——SEU-QRMα11F0F0 2α2F0F09當(dāng)帶輪(sheave)1直徑小于帶輪2直徑時(shí)，α1 傳動(dòng)時(shí)，由于帶與輪面 間摩擦力的作用，帶兩邊的 拉力不再相等。繞進(jìn)主動(dòng)輪 的 一 邊 ， 拉 力 由 F0 增 加 到 F1 ， 稱 為 緊 邊 拉 力 (tight side tension) ；而另一邊 帶的拉力由F0減為F2，稱為 松 邊 拉 力 (slack side tension)。FfF2 1 n1F2 2 n2Slack sideFfTi ght s i deF1 Driving pulleyF1Driven pulley若近似認(rèn)為帶工作時(shí)的總長度不變，因帶是彈性體，符合胡克定 律，則帶緊邊拉力的增加量應(yīng)等于松邊拉力的減少量，即F1 ? F0 = F0 ? F2F1 + F2 = 2F0定義有效拉力(Effective tensile force) Fe —— Fe = F1 ? F2 帶傳動(dòng)依靠有效拉力Fe產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)功率P的傳遞。SEU-QRMFe ( N) × v(m/s) P(kW ) = 100010取包于小帶輪上的一段帶為分離體，若帶輪對(duì)帶沿接 觸弧的摩擦力總和為Ff，則由∑T=0得 d a1 d a1 d a1 F f = F1 ? F2 = Fe = 1000 P / v ? F1 + F2 =0 Ff 2 2 2 有效拉力Fe 也等于沿 帶輪的接觸弧上摩擦 力的總和Ff。 FfF2 F2 1 n1Slack side2n2FfF1 = F0 + Fe / 2 F2 = F0 ? Fe / 2Ti ght s i deF1 Driving pulleyF1Driven pulley由以上各式分析可知，帶的兩邊拉力F1和F2的大小取 決于預(yù)緊力F0 和帶傳動(dòng)的有效拉力Fe 。在傳動(dòng)能力范圍 內(nèi)，F(xiàn)e的大小與傳遞的功率P和帶的速度v有關(guān)。Fe的變化 實(shí)際上反映了帶與帶輪接觸面上摩擦力的變化。SEU-QRM112. The Tensile Force Caused by Centrifugal Force (由離心力所產(chǎn)生的拉力)當(dāng)帶繞過主、從動(dòng)輪時(shí)作圓 周運(yùn)動(dòng)，將產(chǎn)生離心力，它使帶在 全長上各處均受到大小相同的離心 拉力。 取一微小段帶： v2 dα = 2 Fc sin q (rdα ) 2 r d α dα sin ≈ 2 2q為帶單位長度的質(zhì)量（kg/m）。SEU-QRMdα /2Fcdl dFNcdα /2dαrFcFc = qv 2123. The Maximal Effective Tensile Force of Belt Drives (帶傳動(dòng)的最大有效拉力) 當(dāng)傳遞功率（工作阻力）增大時(shí)，帶的有效拉力也要相應(yīng)增大，即 帶和帶輪接觸面上摩擦力也要增大。但摩擦力有一極限值，當(dāng)帶有打滑 趨勢時(shí)，摩擦力即達(dá)到了極限值。有打滑趨勢時(shí)F1和F2的關(guān)系為F1 ? qv 2 = e fα F2 ? qv 2e為自然對(duì)數(shù)的底；f為帶與帶輪間的摩擦系數(shù)，對(duì)于V帶傳動(dòng)為當(dāng)量摩擦 系數(shù)fv；α為帶在帶輪上的包角（rad）。F1 = F0 + Fe / 2F2 = F0 ? Fe / 22帶傳動(dòng)的最大有效拉力(即極限摩擦力) ——2 ) Fec = 2( F0 ? qv )(1 ? fα e +1增大預(yù)緊力F0、包角α、摩擦系數(shù)f，或減小帶單位長度質(zhì)量q、帶 速v，可增大極限摩擦力和帶傳動(dòng)的最大有效拉力。SEU-QRM1311.2.2 Stress Analysis of Belt 帶傳動(dòng)中帶的應(yīng)力分析1. The Tensile Stresses of Tight Side and Slack Side (緊邊拉應(yīng)力和松邊拉應(yīng)力)松邊拉應(yīng)力 n1 n2F1 σ1 = Aσ2 =F2 A緊邊拉應(yīng)力A為帶的截面面積（mm2） 2. The Tensile Stress Caused by Centrifugal Force (離心力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力)離心應(yīng)力 n1 n2Fc qv 2 σc = = A A雖然是由帶包繞到帶輪上時(shí)的圓周運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生，但作用于整個(gè)帶長。SEU-QRM143. The Bending Stress (彎曲應(yīng)力)E——帶材料的彈性模量； y——由帶中性層至最外層的距離，V帶y =ha； r——帶的曲率半徑，mm，V帶r =dd /2。 帶輪直徑愈小、帶愈厚，彎曲 應(yīng)力就愈大。因此帶輪直徑不 宜過小。 三種應(yīng)力沿帶長的分布y σb = E rha最大應(yīng)力出現(xiàn) 在何處？小帶輪為主動(dòng)輪時(shí)，最 大應(yīng)力發(fā)生在緊邊進(jìn)入 小帶輪處。n1彎曲應(yīng)力 n2最小應(yīng)力出現(xiàn) 在何處？帶截面上的應(yīng)力是周期性變化的。SEU-QRMσ max = σ 1 + σ c + σ b11511.2.3 Elastic Sliding and Slipping 彈性滑動(dòng)和打滑1. Elastic Sliding定義 產(chǎn)生的原因由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相 對(duì)滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)。c F2Slack side 1 n1Ti ght s i d e由于帶是彈性體，受力后必然產(chǎn)生彈性 變形。傳動(dòng)工作時(shí)因?yàn)榫o邊和松邊拉力不 同，所以彈性變形也不同。帶自b點(diǎn)繞上主動(dòng) 輪時(shí)，帶所受拉力為F1 ，帶的速度和帶輪表 面的速度相等。而當(dāng)帶由b點(diǎn)轉(zhuǎn)到c點(diǎn)的過程 中，帶的拉力由F1 降低到F2 ，因而帶的拉伸 彈性變形量也隨之逐漸減小，相當(dāng)于帶在逐 漸縮短，并沿輪面滑動(dòng)，使帶的速度v 落后于 主動(dòng)帶輪的圓周速度v1 ，因此兩者之間必然 發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 SEU-QRMbF1Driving pulley16同樣的現(xiàn)象發(fā)生在從動(dòng)輪上，但 情況正好相反，在e點(diǎn)處帶和帶輪具有 相同的速度，但當(dāng)帶由e點(diǎn)轉(zhuǎn)到f點(diǎn)的過 程中，帶不是縮短而是被拉長，使帶的 速度v高于從動(dòng)帶輪的圓周速度v2。F2Slack sidee 2 n2v1 > v > v2 特點(diǎn) 后果 滑動(dòng)率Ti ght s i def Driven pulleyF1不可避免——帶的彈性、松邊與緊邊拉力差 傳動(dòng)比不準(zhǔn)確；帶的磨損、發(fā)熱、溫升，效率 降低 d d 2 n2 dd 2 1 v1 ? v2 π n1d d 1 ? π n2 d d 2 ε= = = 1? = 1? ? v1 π n1d d 1 d d 1n1 d d1 ida2 n1 i= = n 2 d a1 (1 ? ε )ε =0.01~0.0217SEU-QRM2. Slipping正常情況下，帶的彈性滑動(dòng)并不是發(fā)生在整個(gè)接觸弧 上。接觸弧可分滑動(dòng)弧和靜弧兩部分，對(duì)應(yīng)的中心角分別稱 為滑動(dòng)角 α ′和靜角 α″。靜弧總是位于帶繞上主、從動(dòng)輪的開 始部分。Driving pulley滑動(dòng)角 靜角cα1′α11n1F2 Slack sidee 2′ α 2′α2n2Ti ght s i d e F1 α1′′ b v f Driven pulley 靜角SEU-QRM′ α2滑動(dòng)角18當(dāng)帶不傳遞載荷時(shí)，滑動(dòng)角為零。隨著載荷的增加，滑 動(dòng)角逐漸增大，靜角逐漸減小。當(dāng)滑動(dòng)角增大到帶輪包角 時(shí)，達(dá)到極限狀態(tài)，帶傳動(dòng)的有效拉力達(dá)最大值，帶就開始 打滑。因α1 Driving pulley滑動(dòng)角 靜角cα1′α11n1F2 Slack sidee 2′ α 2′α2n2Ti ght s i d e F1 α1′′ b v f Driven pulley 靜角SEU-QRM′ α2滑動(dòng)角19深入理解彈性滑動(dòng)和打滑概念——現(xiàn)象、原因、特點(diǎn)、后果 彈性滑動(dòng)是由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的 相對(duì)滑動(dòng) 打滑是由于過載（實(shí)現(xiàn)功率傳遞所需要的有效拉力超過 了極限摩擦力）所引起的帶在帶輪上的全面滑動(dòng) 彈性滑動(dòng)造成傳動(dòng)比不穩(wěn)定 打滑是一種失效形式，工作中應(yīng)避免 動(dòng)弧是接觸弧的一部分，動(dòng)弧位于主動(dòng)輪的出口邊 當(dāng)動(dòng)弧擴(kuò)展到整個(gè)接觸弧時(shí)發(fā)生打滑 彈性滑動(dòng)不可避免，打滑可以避免如何避免 打滑？在傳動(dòng)突然超載時(shí)，打滑可以起到過載保護(hù)作用，避免 其它零件發(fā)生損壞SEU-QRM2011.3 Design & Calculation of V-belt Drives V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算11.3.1 Design Rules and Rating Power of a V-belt 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和單根V帶的額定功率1. The Failure Forms and Design Rules of Belt Drives (帶傳動(dòng)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則)The Failure Forms——帶疲勞斷裂；打滑；帶磨損 Design Rules——在保證帶傳動(dòng)不打滑的前提下，使帶具 有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。SEU-QRM212. The Rating Power of a Single V-belt (單根V帶的額定功率) 單根V帶傳動(dòng)不打滑的臨界有效拉力（即最大有效拉力或單根V帶傳遞的 最大載荷）——1 ? 1 ? ? ? Fec = ( F1 ? qv )?1 ? f vα ? = (σ 1 ? σ c ) A?1 ? f vα ? ? e ? ? e ?2保證V帶疲勞壽命的疲勞強(qiáng)度條件——σ max = σ 1 + σ b1 + σ c ≤ [σ ]σ 1 ≤ [σ ] ? σ b1 ? σ c單根V帶既不打滑又保證一定疲勞壽命時(shí)所能傳遞的基本額定功率 ——Fec v 1 ? P0 = = ([σ ] ? σ b1 ? σ c )?1 ? f vα 1000 ? eSEU-QRM? Av ? ? 1000223. The Allowable Stress (許用應(yīng)力)對(duì)于一定規(guī)格、材質(zhì)的帶，在特定試驗(yàn)條件下（如 α 1=α2=180° 、 循 環(huán) 次 數(shù) N=108 、 規(guī) 定 的 帶 長 、 載 荷 平 穩(wěn) 等），可求出疲勞方程σmN=C的C值。因此許用應(yīng)力為[σ ] =mCLd C =m N 3600Z P t h vLd——V帶的基準(zhǔn)長度，m； Zp——V帶繞行一周時(shí)所繞過帶輪的數(shù)目； th—— V帶總工作時(shí)數(shù)，h； m——指數(shù)，普通V帶m=11.1。 取fv=0.5，即得單根V帶基本額定功率計(jì)算公式。SEU-QRM2311.3.2Design Steps and Selection of Parameters for V-belt DrivesV帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟和傳動(dòng)參數(shù)選擇1. Selection of V-belt Numbers (選擇V帶型號(hào))V 帶 有 普 通 V 帶 (general V-belt) 、 窄 V 帶 (narrowsection V-belt)、寬V帶(wide-section V-belt)、大楔角V帶 (large wedge angle V-belt)等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用 最廣，窄V帶的使用也日見廣泛。General V-beltSEU-QRMNarrow-section V-belt24普通V帶由頂膠、抗拉體（承 載層）、底膠和包布組成�？估� 體由簾布或線繩組成，是承受負(fù) 載拉力的主體。其上下的頂膠和 底膠分別承受彎曲時(shí)的拉伸和壓 縮變形。線繩結(jié)構(gòu)的普通V帶具有 柔韌性好的特點(diǎn)，適用于帶輪直 徑較小，轉(zhuǎn)速較高的場合。頂膠抗拉體底膠包布General V-belt窄V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作承載層，與普通V帶 相比，當(dāng)高度相同時(shí)，其寬度比普通V帶小約30%。窄V帶 傳遞功率的能力比普通V帶大，允許速度和撓曲次數(shù)高，傳 動(dòng)中心距小。適用于大功率且結(jié)構(gòu)要求緊湊的傳動(dòng)。SEU-QRM25普通V帶有七種型號(hào)——Y、Z、A、B、C、D、E 窄V帶有四種型號(hào)——SPZ、SPA、SPB、SPC V帶都制成無接頭的環(huán)形，帶彎曲時(shí)保持長度不變 的周線稱為節(jié)線，考慮帶寬時(shí)為節(jié)面(pitch plane) (節(jié)寬bp)，沿節(jié)線的長度稱為帶的基準(zhǔn)長度(pitch 中性層 length) Ld（已標(biāo)準(zhǔn)化）。各種型號(hào)帶的基準(zhǔn)長度 見圖11.10。 （特殊長度可以定制，專開模具）b bphθ基準(zhǔn)長度Ld /mm （普通V帶）4 4 5 5 6 7 8 9 1 1 0 5 0 6 3 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 1 2 5 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 4 0 2 5 0 0 2 8 0 0 3 1 5 0 3 5 5 0 4 0 0 0 4 5 0 0 5 0 0 0 5 6 0 0 6 3 0 0 7 1 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 2 0 0 1 2 5 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0YZA B SEU-QRM CDE26各種型號(hào)帶的截面尺寸見表11.1。 各種型號(hào)帶輪溝槽尺寸見表11.2。 V帶的楔角都是θ =40°，帶彎曲時(shí)受拉部分在橫向要收縮，受壓部分在 橫向要伸長，因而楔角將減小。為保證帶和帶輪工作面能良好接觸，除 直徑很大的帶輪外，帶輪溝槽的楔角φ都應(yīng)適當(dāng)減小(φ b bp ha h 中性層 f bd hf B eθda ddδφSheave cross sectionV-belt cross sectionSEU-QRM27KA——工作情況系數(shù)，表11.3 計(jì)算功率—— P ——名義傳動(dòng)功率，kW 帶 的 型 號(hào) 可 根 據(jù) 計(jì) 算 功 率 Pc 和 小 帶 輪 轉(zhuǎn) 速 n1 選 取 ， 普 通 V 帶 見 圖 11.11，窄V帶見圖11.12。Pc = K A P小帶輪轉(zhuǎn)速n1/(r/min)例：Pc=10kW, n1=1400r/minZA B C D當(dāng)工況位于兩種 型號(hào)相鄰區(qū)域 時(shí)，可分別選取 這兩種型號(hào)進(jìn)行 計(jì)算，最后進(jìn)行 分析比較，選用 較好者。E普通V帶計(jì)算功率Pc /kW SEU-QRM282. Determination of Sheave Pitch Diameters (確定帶輪基準(zhǔn)直徑) 在V帶輪上，與所配用V帶的節(jié)面寬度bp相對(duì)應(yīng)的帶輪直徑稱為基準(zhǔn) 直徑dd ，帶輪基準(zhǔn)直徑系列見表11.4。帶輪愈小，傳動(dòng)尺寸結(jié)構(gòu)越緊 湊，但帶的彎曲應(yīng)力愈大，帶容易疲勞斷裂。為避免產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng) 力，對(duì)各種型號(hào)的V帶都規(guī)定了最小帶輪基準(zhǔn)直徑ddmin，表11.5所示。f ha bd hf B e 型號(hào) ddmin Y20Z50A75B125C200D355E500δda ddφSheave cross section設(shè)計(jì)時(shí)小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1 可 參考圖11.11及表11.5選取，大帶 輪基準(zhǔn)直徑按傳動(dòng)比計(jì)算，并按表 11.4圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。圓整后應(yīng)檢 驗(yàn)傳動(dòng)比或從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速是否在允許 的變化范圍內(nèi)。29SEU-QRM3. Check of Belt Velocity (驗(yàn)算帶速)帶速太高，會(huì)因離心力太大而降低帶和帶輪間的正壓 力，從而降低摩擦力和傳動(dòng)的工作能力，同時(shí)也降低帶的 疲勞強(qiáng)度； 帶速太低，所需有效拉力Fe大，要求帶的根數(shù)多。Fc = qvv= 60 ×10002Fec v P0 = 1000(m/s)π d d 1 (mm)n1 (r/min)一般情況下，帶速v在5～25m/s之間為宜，為充分發(fā) 揮 V 帶 的 傳 動(dòng) 能 力 ， V 帶 傳 動(dòng) 的 最 佳 帶 速 范 圍 應(yīng) 為 10 ～ 20m/s。SEU-QRM304. Determination of Center Distance and Belt Pitch Length (確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度) 初定中心距—— 帶傳動(dòng)的中心距不宜 過大，否則將由于載荷變 化引起帶的顫動(dòng)。中心距 也不宜過小，因?yàn)椋孩僦?心距愈小，帶的長度愈 短，在一定帶速下單位時(shí) 間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)愈 多，會(huì)加速帶的疲勞損 壞；②當(dāng)傳動(dòng)比較大時(shí)， 短的中心距將導(dǎo)致包角 α 1 過小。α11α2 θdd1θθdd2 2a0對(duì)于V帶傳動(dòng)，中心距a一般推薦范圍0.7(d d 1 + d d 2 ) ≤ a 0 ≤ 2(d d 1 + d d 2 )SEU-QRM31帶長——根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查圖 11.10選取接近的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn) α1 長度Ld。(d d 2 ? d d 1 ) 2 Ld 0 = 2a0 + (d d 1 機(jī)械設(shè)計(jì)之皮帶輪設(shè)計(jì)+ d d 2 ) + 4 a0 2α21根據(jù)初定中心距計(jì)算帶的基準(zhǔn)長度πθdd1θθdd2 2實(shí)際中心距—— 根據(jù)選取的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn) 長度Ld ，按下式計(jì)算實(shí)際 中心距（精確公式）：a0a=2 Ld ? π ( d d 1 + d d 2 ) + [ 2 Ld ? π ( d d 1 + d d 2 )] 2 ? 8(d d 1 ? d d 2 ) 2 8由于V帶傳動(dòng)的中心距一般是可以調(diào)整的， 故可作近似計(jì)算：SEU-QRMa ≈ a0 +Ld ? Ld 0 2325. Check of the Angle of Contact of the Smaller Sheave (驗(yàn)算小帶輪包角)α1 = 180° ? 2θd d 2 ? d d1 α 1 = 180° ? × 57.3° aα11d d 2 ? d d 1 180o θ ≈ sin θ = × π 2aV帶傳動(dòng)的包角一般應(yīng)α ≥120°， 個(gè)別情況下可小到70°。α2 θdd1θθdd2 2a0SEU-QRM336. Determination of the Number of V-belts (確定V帶根數(shù))Pc z= ( P0 + ?P0 ) Kα K LPc——計(jì)算功率，KW； P0——單根V帶所能傳遞的功率。普通V帶P0的值見表11.6，窄V帶的 P0值見表11.7；dd1↑→P0↑; n1↑→P0↑ ?P0——功率增量，考慮傳動(dòng)比i ≠1時(shí)，帶在大輪上的彎曲應(yīng)力較小， 故在壽命相同條件下，可提高傳遞的功率。普通V帶的?P0 值見表 11.8，窄V帶的?P0值見表11.9； i ↑→ ?P0↑; n1↑→ ?P0↑ Kα——包角修正系數(shù)，考慮α1 ≠ 180°時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響，Kα值見表 11.10； α1↓ → Kα ↓ KL——帶長修正系數(shù)，考慮帶長不為特定長度時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響， 見表11.11；Ld↑→KL↑ z應(yīng)取整數(shù)。為使每根V帶受力均勻，V帶根數(shù)不宜太多，通常 zSEU-QRM347. Determination of the Initial Tension of V-belts (確定帶的初拉力) 初拉力的大小是保證帶傳動(dòng)正常工作的重要因素。初拉力過小， 摩擦力小，容易打滑；初拉力過大，帶的壽命低，軸和軸承受力大。 推薦單根V帶張緊后的初拉力為Pc ? 2.5 ? F0 = 500 ? ? 1? + qv 2 ? zv ? Kα ? ?8. Calculation of Force Acting on the Sheave Axial (計(jì)算帶輪軸上所受壓力) 為了設(shè)計(jì)帶輪的軸和軸承，需求 出帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力，該壓力 可近似按下式計(jì)算α11F0 FQFQ = 2 zF0 sinα12F0SEU-QRM35SummaryDesign Programs of V-belt Drives—— ① 帶型號(hào)功率P 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n2（或i） 工作條件② 帶輪直徑dd1、dd2 ③ 帶根數(shù)z ④ 中心距 a ⑤ 帶長 Ld ⑥ 初拉力F0 ⑦ 壓軸力FQ ⑧ 帶輪結(jié)構(gòu)36機(jī)械設(shè)計(jì)教材p260例題11.1自學(xué)SEU-QRM11.4 Structure Design of Belt Drives 帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11.4.1 Structure Design of V-belt Sheaves V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶輪材料—— 常用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工 程塑料等。灰鑄鐵應(yīng)用最廣。 V≤30m/s時(shí)，用HT200； V ≥ 25~40m/s時(shí)，用球墨鑄鐵 或鑄鋼、鋼板沖壓焊接帶輪。 小功率傳動(dòng)可用鑄鋁或塑料。f ha bd hf B eδ帶輪由三部分組成：輪緣（用 以安裝傳動(dòng)帶）；輪轂（用以安裝 φ 在軸上）；輪輻或腹板（聯(lián)接輪緣 d d a d 與輪轂）。輪緣結(jié)構(gòu)尺寸按表11.2 帶輪溝槽尺寸取定。 Sheave cross sectionSEU-QRM37V帶帶輪輪輻結(jié)構(gòu)型式 ——實(shí)心、腹板、孔板和橢圓輪輻腹板式帶輪 實(shí)心式帶輪SEU-QRM38孔板式帶輪輪輻式帶輪SEU-QRM39SEU-QRM40其他帶輪結(jié)構(gòu)SEU-QRM4111.4.2 Tensile Equipments of Belt Drives 帶傳動(dòng)的張緊裝置 合理安排松邊、緊邊的位置兩帶輪水平布置時(shí)——松邊在上，緊邊在下。松邊在重力作用下的下垂 可增大小輪包角，提高有效拉力和承載能力 兩帶輪中心不等高時(shí)——應(yīng)避免使兩輪垂直放置，（帶的下垂使帶變 松），應(yīng)使小輪在下，緊邊在下，增大包角SEU-QRM42合理布置張緊輪 帶傳動(dòng)不僅安裝時(shí)必須把帶張緊在帶輪上，而且當(dāng)帶 工作一段時(shí)間之后，因永久伸長而松馳時(shí)，還應(yīng)將帶重新 張緊。張緊裝置分定期張緊和自動(dòng)張緊兩類，見表11.12。 對(duì) 于 中 心 距 固 定 情 況 ， 常 采 用 張 緊 輪 (tension pulley)。在兩個(gè)傳動(dòng)輪之間增加一個(gè)張緊輪，通過改變張 緊輪輪心的位置可以使帶拉緊。SEU-QRM43有兩種比較合理的張緊輪安裝位置，它們各有特點(diǎn)，都有采用： 張緊輪裝于松邊外側(cè)靠近小帶輪處——張緊力向內(nèi)，兩帶輪包角均增大 （張緊輪靠近小帶輪是為了提高小帶輪包角的增大量），增大承載能 力；但是帶存在反向彎曲，既增加了帶的彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，又使帶的 彎曲應(yīng)力變?yōu)閷?duì)稱循環(huán)應(yīng)力，降低了帶的疲勞強(qiáng)度 張緊輪裝于松邊內(nèi)側(cè)靠近大帶輪處——張緊力向外，帶不存在反向彎 曲，雖然增加了帶的彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，但是循環(huán)特性仍為脈動(dòng)循環(huán)， 對(duì)帶的疲勞強(qiáng)度影響不大；兩帶輪的包角均減小，為降低小帶輪包角的 減小量，應(yīng)使張緊輪靠近大輪。SEU-QRM44Problem圖示V帶傳動(dòng)的四種布置方案，試分析比較其張緊輪位 置的合理性，要求說明理由。SEU-QRM45基本概念總結(jié)——Summary離心應(yīng)力雖然是由帶包繞到帶輪上時(shí)的圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，但作用于整 個(gè)帶長。 小帶輪為主動(dòng)輪時(shí)，帶截面上最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊進(jìn)入小帶輪處 彈性滑動(dòng)導(dǎo)致v1 > v > v2 松邊在上，緊邊在下 因有效拉力隨α 的增大而增大，而α1 距意味著小帶輪包角減小SEU-QRM46帶速與承載能力之間的關(guān)系比較復(fù)雜。減小帶速，可以減小離心應(yīng) 力，增大有效圓周力；在傳遞功率一定時(shí)，由P=Fe×v知，減小帶速 意味著需要更大的有效拉力 如果不考慮帶的疲勞強(qiáng)度和壽命，那么只要一根帶理論上即可傳遞 任意大的載荷且不發(fā)生打滑，因?yàn)橹灰凶銐虼蟮某趵纯蓪?shí)現(xiàn) 打滑是由于過載（實(shí)現(xiàn)功率傳遞所需要的有效拉力超過了極限摩擦 力）所引起的帶在帶輪上的全面滑動(dòng)，打滑是一種失效形式，工作 中應(yīng)避免，打滑可以避免。為使帶傳動(dòng)不發(fā)生打滑現(xiàn)象，就必須使 初拉力達(dá)到足夠的值，而初拉力會(huì)直接影響帶的拉應(yīng)力、軸壓力， 為使帶既不發(fā)生打滑，也不過早損壞，必須是帶傳動(dòng)的參數(shù)滿足一 定的條件，這就是設(shè)計(jì)的任務(wù)。如何避免 打滑？SEU-QRMF0越大越好嗎？ 越小呢？47Problem下圖中，圖a為減速帶傳動(dòng)，圖b為增速帶傳動(dòng)。這兩傳動(dòng)裝置 中，帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=dd4、dd2=dd3，且傳動(dòng)中各帶輪材料相同，傳 動(dòng)的中心距a、帶的材料、尺寸及預(yù)緊力（或張緊力）均相同，兩傳動(dòng) 裝置分別以帶輪1和帶輪3為主動(dòng)輪，其轉(zhuǎn)速均為n(r/min)。試分析哪 個(gè)裝置傳遞的功率大，為什么？SEU-QRM48(1) 兩個(gè)傳動(dòng)裝置所傳遞的最大圓周力（有效拉力）相等 (2) 圖b)傳遞的功率大2 F = 2( F0 ? qv )(1 ? ?α ) e +1 F ×v π dd n P= (p182) v= 1000 60×10002va SEU-QRM49Exercises (see p264 in Machine Design) 11.3 (忽略離心力) 11.4SEU-QRM50
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