第12單元

帶傳動(dòng)

項(xiàng)目背景

在機(jī)械傳動(dòng)中，當(dāng)主動(dòng)軸與從動(dòng)軸相距較遠(yuǎn)時(shí)，常采用帶傳動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞。

帶傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、傳動(dòng)中心距大，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備和帶式運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞中。圖12-1a所示為汽車風(fēng)扇帶傳動(dòng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞。在保證帶具有足夠的承載能力的情況下，如何進(jìn)行帶傳動(dòng)類型的選擇以及帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)、帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)等知識(shí)將是本單元學(xué)習(xí)的內(nèi)容。圖12-1帶傳動(dòng)應(yīng)用實(shí)例1—主動(dòng)輪2—從動(dòng)輪3—傳動(dòng)帶4—張緊輪

V帶與V帶輪帶傳動(dòng)的認(rèn)知帶傳動(dòng)工作性能分析帶傳動(dòng)的運(yùn)行與維護(hù)內(nèi)容CONTENTS綜合項(xiàng)目分析

第12單元

帶傳動(dòng)

第12單元帶傳動(dòng)

知識(shí)目標(biāo)

1.了解帶傳動(dòng)的類型和特點(diǎn)，熟悉V帶標(biāo)準(zhǔn)和帶輪結(jié)構(gòu)。2.掌握V帶傳動(dòng)的工作原理、失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及步驟。3.了解帶傳動(dòng)的安裝、張緊和維護(hù)知識(shí)。

1.能識(shí)別常用帶傳動(dòng)的類型、工作特性和應(yīng)用工況。2.能依工況要求對(duì)V帶傳動(dòng)進(jìn)行承載分析。3.能完成帶傳動(dòng)的運(yùn)行和維護(hù)方法的選用。

能力目標(biāo)

第12單元

帶傳動(dòng)

素質(zhì)目標(biāo)

1.學(xué)習(xí)中國(guó)古代帶傳動(dòng)發(fā)展史，樹立文化自信。2.培養(yǎng)工程思維，強(qiáng)化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

1.帶傳動(dòng)受力分析和帶的應(yīng)力分析。

2.V帶傳動(dòng)的維護(hù)。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)12.1帶傳動(dòng)的認(rèn)知12.1.1帶傳動(dòng)的類型

帶傳動(dòng)的組成：主、從動(dòng)帶輪、傳動(dòng)帶和機(jī)架組成。

根據(jù)傳動(dòng)原理不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)兩大類。

1.摩擦帶傳動(dòng)

摩擦帶傳動(dòng)：是利用傳動(dòng)帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。摩擦帶傳動(dòng)中，根據(jù)傳動(dòng)帶截面形狀不同，可分為平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)和圓帶傳動(dòng)。圖12-1帶傳動(dòng)組成

(1)平帶傳動(dòng)：平帶的橫截面為扁平矩形（見圖12-2），其工作面是與帶輪面相接觸的內(nèi)表面。平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，適用于中心距較大的場(chǎng)合。

(2)V帶傳動(dòng):V帶的橫截面為等腰梯形（見圖12-3），其工作面是帶與輪槽相接觸的兩側(cè)面。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%，因而其承載能力比平帶傳動(dòng)高。目前，大多數(shù)V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，是應(yīng)用最廣泛的帶傳動(dòng)。圖12-2平帶傳動(dòng)圖12-3V帶傳動(dòng)12.1帶傳動(dòng)的認(rèn)知

(3)多楔帶傳動(dòng):帶的橫截面為多楔形（見圖12-4），是以平帶為基體、內(nèi)表面具有若干等距縱向V形楔的環(huán)形傳動(dòng)帶，其工作面為楔的側(cè)面，具有平帶的柔軟、V帶摩擦力大的特點(diǎn)。多楔帶傳動(dòng)常用于傳遞功率大、結(jié)構(gòu)要求緊湊的場(chǎng)合。

(4)圓帶傳動(dòng):圓帶的橫截面為圓形，圓帶有圓皮帶、圓繩帶、圓錦綸帶等，主要用于

v<15m/s、

i=0.5～3的小功率傳動(dòng)，如儀器和家用電器設(shè)備中。圖12-4多楔帶傳動(dòng)圓帶傳動(dòng)12.1帶傳動(dòng)的認(rèn)知2.嚙合帶傳動(dòng)

嚙合帶傳動(dòng)（見圖12-5）又稱同步帶傳動(dòng)，它是靠帶上的齒與帶輪上的齒槽相嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。同步帶工作時(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。它常用于數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械中。圖12-5嚙合帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)應(yīng)用實(shí)例：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)12.1帶傳動(dòng)的認(rèn)知

12.1.2帶傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)1)帶為有彈性的撓性體，能緩沖和吸收振動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。2)有安全保護(hù)作用，過載時(shí)帶在小帶輪上打滑，可防止損壞其他零件。3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和維護(hù)方便，適用于中心距較大的傳動(dòng)。

2.帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)1)由于帶與帶輪之間為彈性滑動(dòng)，不能保證固定的傳動(dòng)比；傳動(dòng)的外廓尺寸大，需要張緊裝置。2)傳動(dòng)效率低，一般平帶的傳動(dòng)效率為0.83～0.98；V帶的傳動(dòng)效率為0.87～0.96；壽命較短，使用壽命一般為2000～3000h。

3.帶傳動(dòng)的應(yīng)用

帶傳動(dòng)主要用于中小功率電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間，傳動(dòng)比要求不嚴(yán)格的動(dòng)力傳遞。目前，V帶傳動(dòng)應(yīng)用最廣，多用于高速級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比i≤7，速度為5～25m/s，傳動(dòng)功率不超過50kW。12.1帶傳動(dòng)的認(rèn)知

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練1)根據(jù)日常觀察，試舉幾個(gè)帶傳動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例，并說明其在機(jī)器中所起的作用。2)請(qǐng)查閱相關(guān)資料，確定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)采用何種類型的帶傳動(dòng)，并說明為什么。12.1帶傳動(dòng)的認(rèn)知

12.2.1V帶傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和幾何關(guān)系

基本概念（1）節(jié)線：V帶運(yùn)行時(shí)，不伸長(zhǎng)、不縮短的周線，稱為節(jié)線。

（2）節(jié)寬：全部節(jié)線組成帶的節(jié)面，帶的節(jié)面寬度稱為節(jié)寬，用bp表示。

V帶節(jié)面與V帶輪槽相配處的節(jié)寬bp與輪槽的基準(zhǔn)寬度bp重合并相等。12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

(3)基準(zhǔn)直徑dd:

V帶輪的基準(zhǔn)寬度處直徑稱為基準(zhǔn)直徑，用dd表示。

(4)基準(zhǔn)長(zhǎng)度：V帶在規(guī)定的張緊力作用下，帶與帶輪基準(zhǔn)直徑相配處的周線長(zhǎng)度稱為基準(zhǔn)長(zhǎng)度，用Ld表示。

(5)帶輪包角：帶與帶輪接觸弧所對(duì)應(yīng)的中心角稱為帶輪包角，用α表示。

(6)楔角α：α=40o12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

1.V帶的運(yùn)動(dòng)（1）設(shè)主、從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑為dd1、dd2（mm）；n1、n2為主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速（r/min），兩輪的圓周速度分別為：

（2）彈性滑動(dòng)概念：

由于帶的彈性伸縮引起的帶沿帶輪表面的滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)。

（帶的彈性滑動(dòng)是不可以避免的）12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

由于彈性滑動(dòng)的影響，從動(dòng)輪的圓周速度

v2

將低于主動(dòng)輪的圓周速度

v1，其降低量可用彈性滑動(dòng)率ε來表示，即

由此得帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：

在一般傳動(dòng)中，ε=0.01~0.02，其值不大，可不予考慮。

傳動(dòng)比可以簡(jiǎn)化為：

12.2V帶與V帶輪V帶傳動(dòng)工作原理2.V帶的幾何關(guān)系

（1）小帶輪包角α1：帶與小帶輪接觸弧所對(duì)應(yīng)的中心角

（2）帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld

式中：a—中心距，表示兩帶輪軸線之間的距離（mm）；

dd1、dd2—小、大帶輪的基準(zhǔn)直徑；

Ld—帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度（mm）。12.2V帶與V帶輪圖12-6V帶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列見表12-112.2V帶與V帶輪

V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑見表12-2，普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度修正系數(shù)（KL）見表12-3。

12.2V帶與V帶輪12.2.2V帶構(gòu)造及其截面尺寸

由頂膠、抗拉體、底膠和包布層組成。

（1）簾布芯結(jié)構(gòu)：制造方便、抗拉強(qiáng)度高且型號(hào)多。

（2）繩芯結(jié)構(gòu)：柔韌性好，抗彎強(qiáng)度高且壽命長(zhǎng)。12.2V帶與V帶輪圖12-7V帶的結(jié)構(gòu)圖

普通V帶的截面尺寸見表12-4，V帶楔角α=40°。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T11544—2012），普通V帶按截面尺寸由小到大有Y、Z、A、B、C、D和E七種型號(hào)。

普通V帶的標(biāo)記由帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度和標(biāo)準(zhǔn)號(hào)三部分組成。一般將普通V帶的標(biāo)記壓印在帶的外表面上，以供識(shí)別。12.2V帶與V帶輪

項(xiàng)目12-1

請(qǐng)說明A1400GB/T11544—2012V帶所表示的含義。A1400GB/T11544—2012表示為A型普通V帶，基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1400mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T11544，2012年頒布。12.2V帶與V帶輪12.2.3V帶輪的輪槽結(jié)構(gòu)及其截面尺寸V帶輪輪槽的結(jié)構(gòu)如圖12-8所示，其截面尺寸見表12-5。

普通V帶兩側(cè)面的夾角為40°,V帶在帶輪上發(fā)生彎曲，底膠壓縮，頂膠拉伸，導(dǎo)致截面形狀發(fā)生改變，即使其夾角變小。為了使V帶仍能壓緊在帶輪輪槽兩側(cè)，產(chǎn)生足夠的摩擦力，需將V帶輪輪槽夾角減小，規(guī)定為32°、34°、36°和38°。12.2V帶與V帶輪圖12-8V帶輪的輪槽結(jié)構(gòu)V帶輪輪槽的結(jié)構(gòu)如圖12-8所示，其截面尺寸見表12-5。

12.2V帶與V帶輪12.2.4帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸

（1）V帶輪的組成：輪緣、腹板和輪轂三部分組成。

普通V帶輪的輪槽尺寸見表12-5。V帶輪按腹板的不同分為：S型、P型、H型和E型。

（2）普通V帶輪的結(jié)構(gòu)

實(shí)心式、輻板式、孔板式、輪輻式帶輪12.2V帶與V帶輪圖12-8V帶輪的輪槽結(jié)構(gòu)1）當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑dd≤（2.5～3）d0（d0

為軸的直徑，單位為mm）時(shí)，可采用S型實(shí)心式結(jié)構(gòu)，如圖12-9a所示；2）當(dāng)2.5d0≤dd≤300mm時(shí)，帶輪常采用P型腹板式帶輪結(jié)構(gòu)，如圖12-9b所示；

圖12-9帶輪結(jié)構(gòu)12.2V帶與V帶輪a)實(shí)心式結(jié)構(gòu)b)腹板式結(jié)構(gòu)

3）當(dāng)dd≤300mm，同時(shí)D1-d1≥100mm時(shí)，帶輪通常采用H型孔板式結(jié)構(gòu)，如圖12-9c所示；4）當(dāng)dd≥300mm時(shí)，帶輪常采用E型輪輻式帶輪結(jié)構(gòu)，如圖12-9d所示。圖12-9帶輪結(jié)構(gòu)12.2V帶與V帶輪c)孔板式結(jié)構(gòu)d)輪輻式結(jié)構(gòu)12.2.5V帶輪的制造工藝和材料

V帶輪應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)工藝性好、無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力、質(zhì)量分布均勻。

1.當(dāng)5m/s<v<30m/s時(shí)，要進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)；轉(zhuǎn)速高，v>30m/s時(shí)，要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)；輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般為Ra3.2），以減少帶的磨損；各輪槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。

2.帶輪的材料：主要采用鑄鐵、鑄鋼、鋁合金和工程塑料等，其中灰鑄鐵應(yīng)用最廣。當(dāng)帶速v<25m/s時(shí)，采用HT150；v>25～30m/s時(shí)，采用HT200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時(shí)可用鑄鋁或工程塑料。12.2V帶與V帶輪12.3.1帶傳動(dòng)中帶的受力分析

帶以一定的初拉力

F0

張緊在兩帶輪上，使帶與帶輪接觸面間產(chǎn)生正壓力（見圖12-10a）。

帶在傳動(dòng)過程中，由于帶和帶輪之間摩擦力的作用，使帶兩邊的拉力發(fā)生了變化，緊邊拉力由F0增加到F1，而松邊拉力由

F0

減小到

F2（見圖12-10b）。

1.緊邊與松邊拉力差（F1–F2）為傳遞動(dòng)力作用的拉力，稱為有效拉力

F，有效拉力

F

大小等于帶與小帶輪之間形成的摩擦帶的緊邊拉力和松邊拉力之差為傳遞動(dòng)力作用的拉力，稱為有效圓周力，記作F：

12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-10帶傳動(dòng)的受力分析

2.帶傳動(dòng)的傳遞功率、有效拉力和帶速之間的關(guān)系為

式中：F—有效拉力（N）

；v—帶的速度（m/s）

3.有效拉力超過帶與帶輪間的極限摩擦力總和引起帶在小帶輪上的全面滑動(dòng)稱為打滑。當(dāng)帶有打滑趨勢(shì)時(shí)，摩擦力即達(dá)到極限值

12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-10帶傳動(dòng)的受力分析

緊邊拉力

F1和松邊拉力

F2、最大有效拉力Fmax

和預(yù)緊力

F0之間有下列關(guān)系：

式中：e—自然對(duì)數(shù)的底，e≈2.718；fv—當(dāng)量摩擦系數(shù)，fv=fsin(φ/2)；fv=f/sin20o≈3f

α1—小帶輪上的包角，rad。

帶不打滑的條件是：需傳遞的有效拉力F

應(yīng)小于或等于最大有效拉力

Fmax。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-10帶傳動(dòng)的受力分析

影響最大有效拉力Fmax的因素有：

(1)初拉力F0：最大有效拉力Fmax與初拉力F0成正比。F0越大，帶傳遞載荷的能力就越強(qiáng)，但F0不宜過大，否則會(huì)因過分拉伸而降低帶的壽命，同時(shí)作用在軸上的壓力也增大。

(2)小帶輪包角α1：α

1

越大，帶與帶輪間產(chǎn)生的摩擦力就越大，傳遞載荷的能力就越強(qiáng)。水平傳動(dòng)時(shí)，為了增大帶包角，常將松邊放在帶的上方。

(3)當(dāng)量摩擦系數(shù)

fv：當(dāng)量摩擦系數(shù)

fv越大，F(xiàn)max

也就越大，帶傳遞載荷的能力就越強(qiáng)。當(dāng)量摩擦系數(shù)與帶和帶輪的材料表面情況有關(guān)。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

如果你家洗衣機(jī)的傳動(dòng)帶與帶輪之間發(fā)生了打滑現(xiàn)象，請(qǐng)問你可以采取哪幾種措施避免？12.3帶傳動(dòng)工作性能分析

12.3.2帶傳動(dòng)中帶的應(yīng)力分析

帶工作時(shí)所受的應(yīng)力:有工作拉應(yīng)力、離心拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。

1.工作拉應(yīng)力

緊邊拉應(yīng)力:R1=

F1/S

松邊拉應(yīng)力:R2=F2/S

式中:S

為帶的橫截面積（mm2）

R1、R2分別為緊邊和松邊上的拉應(yīng)力（MPa）

F1、F2分別為緊邊和松邊上的拉力（N）。

帶在繞過主動(dòng)輪時(shí)，拉應(yīng)力由R1

逐漸降為R2，在繞過從動(dòng)輪時(shí)，則由R2又增加至R1。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-11帶的應(yīng)力狀態(tài)圖

2.離心拉應(yīng)力

帶沿圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于離心力作用，引起帶的截面上的離心拉應(yīng)力

Rc

為:

式中:m—傳動(dòng)帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量（kg/m），各種型號(hào)V帶的

m

值見表12-4；

v

—傳動(dòng)帶的速度（m/s）。

12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-11帶的應(yīng)力狀態(tài)圖

3.彎曲應(yīng)力

繞過大、小帶輪上的傳動(dòng)帶，由于兩帶輪直徑不相等，帶的彎曲變形程度也不同，因而通過兩帶輪時(shí)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力也不相等。帶的彎曲應(yīng)力為

式中:E—膠帶的彈性模量（MPa）；

h為帶的高度（mm）；

dd1、dd2

分別為小帶輪和大帶輪的基準(zhǔn)直徑（mm）；

Rb1、Rb2

分別為小帶輪和大帶輪上帶的彎曲應(yīng)力（MPa）。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-11帶的應(yīng)力狀態(tài)圖

4.帶的最大應(yīng)力

Rmax發(fā)生在繞入小帶輪處，Rmax值為：5.為了保證帶具有足夠的疲勞強(qiáng)度，帶的疲勞強(qiáng)度條件應(yīng)滿足：

式中，

[σ]為帶的許用應(yīng)力，它是在大小兩帶輪的包角均為180°、規(guī)定帶長(zhǎng)和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、載荷平穩(wěn)等條件下通過試驗(yàn)確定的。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析圖12-11帶的應(yīng)力狀態(tài)圖Rmax=R1+Rb1+RcRmax=R1+Rb1+Rc≤[σ]

12.3.3V帶傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.V帶傳動(dòng)的失效形式

V帶傳動(dòng)的主要失效形式:是帶在小帶輪上打滑和帶的疲勞破壞。而帶的疲勞破壞包括脫層、撕裂和拉斷。

2.V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證帶與帶輪間不發(fā)生打滑的條件下，帶在一定時(shí)限內(nèi)不發(fā)生疲勞損壞。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析

3.原始數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)內(nèi)容

原始數(shù)據(jù)：已知傳動(dòng)的工作情況，傳遞的功率

P，兩輪的轉(zhuǎn)速

n1、n2（或傳動(dòng)比

i）以及空間尺寸要求等。

設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定

V

帶的型號(hào)、基準(zhǔn)長(zhǎng)度

Ld、帶的根數(shù)z、傳動(dòng)中心距、帶輪的基準(zhǔn)直徑及帶輪結(jié)構(gòu)等。12.3帶傳動(dòng)工作性能分析

12.4.1帶傳動(dòng)的張緊與調(diào)整

帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，會(huì)因?yàn)樗苄宰冃魏湍p而松弛。為了確保帶傳動(dòng)正常工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛程度，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。常用的張緊方法有調(diào)整中心距和采用張緊輪裝置兩種。

1.調(diào)整中心距12.4帶傳動(dòng)的運(yùn)行與維護(hù)圖12-12帶的張緊方式—調(diào)整中心距

2.采用張緊輪裝置

注意：張緊輪應(yīng)置于松邊的內(nèi)側(cè)且靠近大帶輪處。12.4帶傳動(dòng)的運(yùn)行與維護(hù)圖12-13帶的張緊方式—采用張緊輪裝置

12.4.2帶傳動(dòng)的安裝與維護(hù)

帶傳動(dòng)在安裝和使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的事項(xiàng)：1)新舊V帶、不同廠家生產(chǎn)的V帶不能同組混用，以免各帶受力不均勻。新帶使用前，

最好預(yù)先拉緊一段時(shí)間后再使用。