高職高專“十一五”規劃教材

第8章皮帶傳動8.1帶傳動的類型和特點8.2普通V帶和V帶輪8.3帶傳動的工作能力分析8.4普通V帶傳動的設計計算8.5帶傳動的張緊維護與安裝18.1帶傳動的類型和特點

帶傳動是應用很廣泛的一種機械傳動。當主動軸和從動軸相距較遠時,常采用這種傳動方式。帶傳動由主動帶輪1、從動帶輪2和撓性帶3組成，借助帶與帶輪之間的摩擦或相互嚙合，將主動輪1的運動傳給從動輪2，如圖8-1所示。高職高?！笆晃濉币巹澖滩母鶕ぷ髟聿煌?，帶傳動可分為摩擦帶傳動和嚙合帶傳動兩類。具體應用特點及應用場合見表8-1。8.1.1帶傳動的類型圖8-1工作原理圖

（a）（b）（c）圖8-2平帶傳動形式2高職高?！笆晃濉币巹澖滩膫鲃臃绞絺鲃釉眍愋褪疽鈭D特點及應用摩擦帶傳動摩擦帶傳動是依靠帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運動的。按帶的橫截面形狀不同可分為四種類型，如圖8-2所示。平帶傳動平帶的橫截面為扁平矩形，其工作面為內表面。常用的平帶為橡膠帆布帶。

平帶傳動的形式一般有三種：最常用的是兩軸平行，轉向相同的開口傳動（見圖8-2a）；還有兩軸平行，轉向相反的交叉傳動（見圖8-2b）和兩軸在空間交錯90°的半交叉傳動（見圖8-2c）。V帶傳動V帶的橫截面為梯形，其工作面為兩側面。V帶傳動由一根或數根V帶和帶輪組成。V帶與平帶相比，由于正壓力作用在楔形截面的兩側面上，在同樣的張緊力條件下，V帶傳動的摩擦力約為平帶傳動的三倍，能傳遞較大的載荷，故V帶傳動應用很廣泛。多楔帶傳動多楔帶相當于若干根V帶的組合。傳遞功率大，傳動平穩，結構緊湊，常用于要求結構緊湊的場合，特別是需要V帶根數多的場合。圓帶傳動圓帶的橫截面為圓形，一般用皮革或棉繩制成。圓帶傳動只能傳遞較小的功率，如縫紉機、真空吸塵器、磁帶盤的機械傳動等。嚙合帶傳動靠帶齒的嚙合來傳遞運動和動力同步帶傳動同步帶傳動工作時，帶上的齒與帶輪上的齒相互嚙合，以傳遞運動和動力。同步帶傳動可避免帶與輪之間產生滑動，以保證兩輪圓周速度同步。常用于數控機床、紡織機械、醫用機械等需要速度同步或傳動功率較大的場合。齒孔帶傳動齒孔帶傳動工作時，帶上的孔與輪上的齒相互嚙合，以傳遞運動。如放映機、打印機采用的是齒孔帶傳動，被輸送的膠片和紙張就是齒孔帶。3高職高專“十一五”規劃教材8.1.2帶傳動的特點

與其他機械傳動相比，摩擦帶傳動具有以下特點：(1)結構簡單，制造、安裝和維護方便；適宜用于兩軸中心距較大的場合。(2)膠帶富有彈性，能緩沖吸振，傳動平穩、噪聲小。(3)過載時可產生打滑、能防止薄弱零件的損壞，起安全保護作用。(4)帶與帶輪之間存在一定的彈性滑動但不能保持準確的傳動比。傳動精度和傳動效率較低。(5)傳動帶需張緊在帶輪上，對軸和軸承的壓力較大。(6)外廓尺寸大,結構不夠緊湊。(7)帶的壽命較短，需經常更換。根據上述特點，帶傳動多用于：①中、小功率傳動（通常不大于100kW）；②原動機輸出軸的第一級傳動（高速級）；③傳動比要求不十分準確的機械。4高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

8.2普通V帶和V帶輪V帶分為普通V帶、窄V帶、大楔角V帶等多種類型，其中普通V帶應用最廣。8.2.1普通V帶1．普通V帶的構造

標準V帶都制成無接頭的環形，截面形狀為等腰梯形，兩側面的夾角=40°。其橫截面由強力層1、伸張層2、壓縮層3和包布層4構成，如圖8-3所示。(a)簾布結構(b)線繩結構圖8-3V帶結構強力層是承受載荷的主體，分為簾布結構和線繩結構兩種。簾布結構抗拉強度高，制造方便。線繩結構比較柔軟，彎曲性能較好，但拉伸強度低，常用于載荷不大，直徑較小的帶輪和轉速較高的場合。伸張層和壓縮層均由膠料組成，包布層由膠帆布組成，是帶的保護層。52．普通V帶規格

普通V帶的尺寸已標準化，按截面尺寸由小到大分為Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。各種型號的普通V帶的尺寸見表8-2。高職高專“十一五”規劃教材表8-2普通V帶的型號及剖面尺寸楔角帶型節寬b（mm）頂寬b（mm）高度h（mm）質量m(kg/m)Y5.3640.0340°Z8.51060.06A11.01380.11B14.017110.19C19.022140.33D27.032190.66E32.038231.026高職高?！笆晃濉币巹澖滩腣帶彎繞在帶輪上產生彎曲，外層受拉伸變長，內層受壓縮變短，兩層之間存在一層長度不變的中性層，中性層面稱為節面，如圖8-4所示。節面的周長為帶的基準長度Ld，節面的寬度稱為節寬bp。普通V截面高度h與節寬bp的比值已標準化（約為0.7）。帶的型號和標準長度都壓印在膠帶的外表面上，以供識別和選用。例如，B2240GB/T11544-97，表示B型V帶，帶的基準長度為2240mm。圖8-4V帶的節面和節線78.2.2V帶帶輪1．帶輪的材料帶輪材料常采用HT150、HT200等灰鑄鐵制造。帶速較高、功率較大時宜采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接，小功率傳動時可采用鑄鋁或塑料。2．帶輪的結構V帶輪按輪輻結構不同分為四種型式，如圖8-5所示。設計時，可根據帶輪的基準直徑來確定其結構形式。當dd≤（1.5～3）do

(do為軸的直徑)時,可采用實心帶輪（圖a）；當dd≤300mm時，可采用輻板帶輪（圖b）；當dd≤400mm時，可采用孔板帶輪（圖c）；當dd＞400mm時，可采用橢圓剖面的輪輻帶輪（圖d）。

高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

8高職高專“十一五”規劃教材3．帶輪的基本尺寸帶輪的基本尺寸分為輪槽尺寸和結構尺寸兩部分。參見表8-3、表8-4和圖8-5、圖8-6。圖8-6輪槽剖面尺寸9高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

表8-3V帶輪輪槽尺寸（mm）槽型YZABCDE基準寬度bd5.38.511.014.019.027.032.0頂寬b6.310.119.217.22332.738.7基準線上槽深hamin1.62.02.753.54.88.19.6基準線下槽深hfmin4.77.08.710.814.319.923.4槽間距e8±0.312±0.315±0.319±0.425.5±0.537±0.644.5±0.7槽中心至輪端面間距fmin67911.5162328最小輪緣厚度δmin55.567.5101215輪緣寬度

BB=（z－1）e＋2f(z—輪槽數)外徑dada=dd+2har10.2～0.5r20.5～1.01.0～1.61.6～2.01.6～2.0輪槽角φ(°)32對應基準直徑dd≤60－－－－－－34－≤80≤118≤190≤315－－36＞60－－－－≤475≤60038－＞80＞118＞190＞315＞475＞600注:1.輪槽角φ＜V帶楔角是為了保證V帶繞在帶輪上工作時能與輪槽側面緊密貼合。2.槽間距e的極限偏差適用于任何兩個輪槽對稱中心面的距離，不論相鄰與否。10高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

帶輪外型結構尺寸Ld1da(1.5～2)

do(1.8～2)

dodd＋2had0由軸的設計確定輻板、孔板結構尺寸m（da－2(H＋δ)—d1）/2；式中H=h1+h2dkm＋d1S(0.2～0.3)BS1≥1.5SS2≥0.5S橢圓輪輻結構尺寸h1P—功率（kW）A—輪輻數n—轉速（r/min）h20.8h1α10.4h1α20.8α1f10.2

h1f20.2h2表8-4V帶輪結構尺寸注:

B為輪緣寬度，L為帶輪輪轂寬度，其他參數意義見圖8-5所示。11

8.3.1帶傳動的受力分析1．有效拉力Fe為保證帶傳動正常工作，帶傳動須以一定的張緊力套在帶輪上。帶傳動靜止時，帶兩邊承受的拉力相等，稱為初拉力Fo，[見圖8-7(a)]。當帶工作時，由于帶與帶輪間摩擦力的作用，帶兩邊的拉力不再相等。進入主動輪的一邊被拉緊，稱為緊邊，拉力由Fo增大到F1[見圖8-7(b)]

；而另一邊被放松，稱為松邊，其拉力由Fo減小到F2。高職高?！笆晃濉币巹澖滩?.3帶傳動的工作能力分析圖8-7傳動帶承受的拉力12高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

2．最大有效拉力在帶傳動中，當帶與帶輪表面間即將打滑時，摩擦力達到時極限值，帶所能傳遞的有效拉力也達到最大值。

8.3.2帶的應力分析

1．帶傳動時將產生的三種應力:由拉力產生的應力,離心拉應力與彎曲應力。2．應力分布情況三種應力分布如圖8-8所示。帶在工作過程中，其應力是不斷變化的，最大應力發生在緊邊開始進入小帶輪處，其值為：

緊邊與松邊拉力的差值（F1－F2）為帶傳動中起傳遞力矩作用的拉力，稱為有效拉力Fe，即

有效拉力Fe等于帶與帶輪接觸弧上的摩擦力總和。由摩擦的特點可知，在初拉力一定的情況下，帶與帶輪之間的摩擦力是有限的。當所要傳遞的圓周力超過摩擦力總和的極限值時，帶將沿帶輪產生明顯的相對滑動，這種現象稱為打滑。打滑時從動輪轉速急劇下降，以至喪失工作能力，同時也加劇了帶的磨損，因此應盡量避免出現打滑現象。

圖8-8傳動帶工作時的應力分布13高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

8.3.3彈性滑動和打滑1．帶的彈性滑動帶是彈性體，受到拉力作用后將產生彈性變形。由于緊邊和松邊的拉力不同，彈性變形量也不同。如圖8-9所示，在主動輪上，當帶從緊邊A點轉到松邊B點的過程中，拉力由F1逐漸降至F2，帶因彈性變形漸小而回縮，由B點縮回至E點，于是帶與帶輪之間產生了向后的相對滑動，帶的圓周速度滯后于帶輪的圓周速度。這種現象也同樣發生在從動輪上，但情況相反，帶將逐漸伸長，這時帶的圓周速度超前于帶輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相對滑動，稱為彈性滑動。在摩擦帶傳動中，彈性滑動是不可避免的。帶傳動中，由于彈性滑動而引起的從動輪圓周速度v2低于主動輪圓周速度v1的相對比率稱為滑動率，用表示，即

圖8-9帶傳動的彈性滑動在正常傳動中，滑動率＝0.01~0.02,故在一般計算中可忽略不計。此時傳動比計算公式可簡化為：14高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

2．打滑

當需要傳遞的有效拉力（圓周力）大于極限摩檫力時，帶與帶輪間將發生全面滑動，這種現象稱為打滑。打滑將造成帶的嚴重磨損并使從動輪轉速急劇降低，致使傳動失效。帶在大輪上包角一般大于在小輪上的包角，所以打滑總是先在小輪上開始。帶的打滑和彈性滑動是兩個完全不同的概念。打滑是因為過載引起的，因此可以避免。而彈性滑動是由于帶的彈性和拉力差引起的，是帶傳動正常工作時不可避免的現象。158.4.1帶傳動的失效形式及設計準則

由帶傳動的工作情況分析可知，帶傳動的主要失效形式為帶的過度磨損、打滑和帶的疲勞破壞等。因此，帶傳動的設計準則為：在保證帶傳動不打滑的條件下，具有一定的疲勞強度的壽命。8.4.2單根V帶的基本額定功率和許用功率

在包角=180°、特定帶長、工作平穩的條件下、單根普通V帶的基本額定功率Po見表8-5。高職高?！笆晃濉币巹澖滩?.4普通V帶傳動的設計計算16高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

表8-5單根V帶的基本額定功率Po

（kW）17高職高?！笆晃濉币巹澖滩?/p>

當實際使用條件與特定條件不同時，應對Po進行修正。修正后即得與實際條件相符的單根V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率，用[Po]表示

式中ΔPo——功率增量，考慮傳動比i≠1時，帶繞大帶輪時的彎曲應力較小，可使帶的疲勞強度提高，即傳遞的功率增大，ΔPo見表8-6；Kα——包角修正系數，見表8-7；Kβ——帶長修正系數見8-8。18高職高專“十一五”規劃教材

表8-6考慮i≠1時，單根V帶的額定功率增△Po(kW)19高職高專“十一五”規劃教材

表8-8普通V帶的基準長度Ld及帶長修正系數208.4.3普通V帶傳動的設計步驟和參數選擇設計V帶傳動，通常應已知傳動用途、工作條件、傳遞功率、帶輪轉速（或傳動比）及外廓尺寸等。設計的主要內容有：V帶的型號、長度和根數、中心距、帶輪的基準直徑、材料、結構以及作用在軸上的壓力等。1.確定設計功率Pc設計功率Pc按下式計算

式中P——所需傳遞的功率（kW）KA——工況系數，按表8-9選取2.選擇V帶的型號根據設計功率Pc及主動帶輪轉速n1，由選型圖（見圖8-10）初選帶的型號。若選點落在兩種型號交界附近，則可以對兩種型號同時進行計算，最后擇優選定。高職高專“十一五”規劃教材表8-7包角修正系數Kα（摘自GB/T13575.1-92）21高職高?！笆晃濉币巹澖滩谋?-9工況系數KA注：空、輕載啟動—電動機（交流啟動、三角啟動、直流并勵）、四缸以上的內燃機、裝有離心式離合器、液力聯軸器的動力機。重載啟動－電動機（聯機交流啟動、直流復勵或串勵）、四缸以下的內燃機。22高職高專“十一五”規劃教材圖8-10普通V帶選型圖233.確定帶輪基準直徑dd1、dd2帶輪直徑小可使傳動結構緊湊，但小帶輪直徑dd1越小，帶在輪上彎曲加劇，彎曲應力也越大，會使帶的壽命降低，因此應對dd1作必要的限制。表8-10給出各型號普通V帶許用最小帶輪直徑ddmin。一般應使dd1≥ddmin，并從表8-11確定標準直徑。忽略彈性滑動的影響，大帶輪直徑dd2

dd2也應符合帶輪直徑系列尺寸，見表8-11。高職高專“十一五”規劃教材

表8-10帶輪最小基準直徑（mm）槽型YZABCDEddmin20507512520035550024高職高?！笆晃濉币巹澖滩谋?-11普通V帶輪基準直徑系列（mm）注：括弧內的數值盡量不選用。254.驗算帶速v

帶速太高離心力增大，使帶與帶輪間的摩擦力減小，容易打滑；帶速太低，傳遞功率一定時所需的有效拉力過大，也會打滑，一般應使v在5~25m/s范圍內。如果帶速超過上述范圍，應重選小帶輪直徑。5.確定中心距a及帶的基準長度Ld帶傳動的特點是適用于較大中心距的傳動，但也不宜過大，否則將由于載荷變化而引起帶的顫動。同時也不宜過小，中心距過小，在同一轉速下，單位時間內帶的繞轉次數增多，降低帶的壽命，且包角減小，傳動能力降低。設計V帶傳動時，推薦按下式初定中心距ao

由帶傳動的幾何關系可得帶的基準長度計算公式

根據帶基準長度的計算值Ldo，查表8-8選取與之相近的基準長度Ld。實際中心距可用下式近似計算，即

考慮安裝及補償初拉力的要求，中心距的變動范圍為高職高?！笆晃濉币巹澖滩?66.驗算小帶輪包角小帶輪上包角1應滿足

7.確定帶的根數Z

Z≥帶的根數應取整數。為使各帶受力均勻，帶的根數Z不宜過多，一般Z<10。8.計算初拉力Fo適當的初拉力Fo是保證帶傳動正常工作的重要因素。Fo過小，摩擦力小，容易打滑。F0過大，不僅使軸及軸承受力過大，并使帶的壽命降低。通常單根V帶的初拉力可按下式計算高職高?！笆晃濉币巹澖滩?79.計算帶對軸的壓力FQ為了設計支承帶輪的軸和軸承，需先計算帶作用于軸上的壓力FQ。FQ可按圖8-11，用下式計算

10.帶輪的結構設計

帶輪的結構設計包括：根據帶輪的基準直徑選擇結構形式；根據帶的型號確定輪槽尺寸，根據經驗公式確定輻板、輪轂等結構尺寸；繪制帶輪工作圖，并標注技術要求等。高職高專“十一五”規劃教材【例8-1】設計某銑床電動機與變速箱的普通V帶傳動。已知所需電動機輸出功率為P＝3.8kW（電動機額定功率P＝4kW），主動輪轉速n1＝1440r/min，從動輪轉速n2＝400r/min，要求中心距約為450mm，兩班制工作，載荷變動較小。【解】設計計算過程列于下表：28高職高專“十一五”規劃教材由表8-9查得，重載起動KA=1.2，由式（8-15）得由表8-10、8-11選帶輪基準直徑，小帶輪dd1=100mm；大帶輪由式（8-12）得設計項目計算內容及過程計算結果1.計算功率PcKA=1.2；Pc=4.56kW2.選擇V帶型號根據Pc=4.56kW，n1=1440r/min，由圖8-10確定為A型V帶。A型3.確定帶輪基準直徑轉速誤差為：[（405.6-400）/400]×100％=1.4％＜5％,允許。dd1=100mmdd2=355mm轉速誤差＜5％,允許。4.驗算帶速v

v=7.54m/sv在5～25m/s之間，合適。5.初定中心距a0得318.5≤ao≤910根據已知條件取中心距ao=450mm。a0=450mm6.初算帶長Ld0

由表8-8查得相近的基準長度Ld=1600mm。Ld=1600mm按表8-11將dd2取標準為355mm，則實際從動輪轉速由式（8-13）由下式計算帶的基準長度Ldo29高職高?！笆晃濉币巹澖滩脑O計項目

計算結果7.計算中心距a

=144.7°>120°。

=144.7°>120°合適。9.確定帶的根數Z取Z=410.單根V帶初拉力F0

式中m由表8-2查得m=0.1kg/m。Fo=138N11.作用在軸的力FQ

FQ=1052N12.帶輪的零件圖根據以上確定的尺寸，繪制出從動皮帶輪的零件圖見圖8-12按式（8-15）計算實際中心距a8.驗算小帶輪的包角包角查表8-5，單根V帶的基本額定功率Po=1.32kW；查表8-6，用插值法求得查得功率增量ΔPo=0.17kW；（按n1、i和A型帶查得n1=1200r/min與n1=1460r/min時，ΔP0的值分別為0.15kW與0.17kW，故當n1=1440r/min時查表8-7，用插值法求得包角系數Kα=0.91；查表8-8帶長修正系數KL=9.9；由式（8-17）得由式（8-18）得由式（8-19）得Po=1.32kWΔPo=0.17kWKα=0.91KL

=9.9取Z=4a=414mm30高職高?！笆晃濉币巹澖滩?1高職高?！笆晃濉币巹澖滩?.5帶傳動的張緊維護與安裝8.5.1帶傳動的張緊帶傳動工作一段時間后會由于塑性變形而松弛，使初拉力減小、傳動能力下降。為了保證帶的傳動能力，必須重新張緊。常用的張緊裝置見表8-12。8.5.2帶傳動的安裝與維護正確的安裝和維護是保證帶傳動正常工作、延長膠帶使用壽命的有效措施，一般應注意以下幾點：1）選用Ｖ帶時要注意型號和長度，型號要和帶輪輪槽尺寸相符合。新舊不同的Ｖ帶不能同時使用。2）傳動帶不宜與酸、堿或礦物油等介質接觸，工作溫度不宜超過60℃，應避免日光暴曬。3）安裝Ｖ帶時，兩軸線應平行，兩輪相對應輪槽的中心線應重合，以防帶側面磨損加?。粦匆幎ǖ某趵埦o。也可憑經驗，對于中心距不太大的帶傳動，帶的張緊程度以手按下15mm為宜。水平安裝應保證帶的松邊在上，緊邊在下，以增大包角。4）帶傳動裝置必須安裝安全防護罩。這樣既可防止傷