第1页：第五章带传动：组成与工作原理
第五章 带传动 作用：在两个平行轴之间传递运动和动力。
1、组成：带传动一般是由固联于主动轴上的带轮 1（主动轮）、固联于从动轮上的带轮 2（从动轮）和紧套在两轮上的传动带 3 组成的（图 3-1）。图中标出中心距 a、包角 α1、α2、转速 n1、n2 与带轮直径 D1、D2。
第2页：带的类型与V带结构
- 2、类型
- V 带（三角带）传动、平带、同步带
- 3、带的结构
- 帘布芯结构：由伸张层 1（胶料）、强力层 2（胶帘布）、压缩层 3（胶料）和包布层 4（胶帆布）组成；绳芯结构：由伸张层 1（胶料）、强力层 2（胶线绳）、压缩层 3（胶料）和包布层 4（胶帆布）组成。
在同样的张紧力下，V 带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，因而 V 带传动的应用比平带传动广泛得多。
第3页：V带剖面尺寸与几何计算
4、剖面尺寸：普通 V 带的剖面尺寸分为 Y、Z、A、B、C、D、E 七种型号（表 3-1），其长度系列见表 3-8。
5、带传动的几何计算：在带传动的设计中，主要几何参数有包角 α、带长 L、带轮直径 d1、d2 和中心距 a 等。包角 α1、α2 由带轮直径与中心距确定。
第4页：带长与工作原理：初拉力、紧边与松边
- 内周长度 Li
- 也称公称长度
- 基准长度 Ld
- 沿 V 带的节面量得的节线周长
二、工作能力分析 1、工作原理：工作前 F0——初拉力；工作后 F1——紧边，F2——松边。
第5页：带传动的有效拉力
摩擦传动：摩擦力决定带传动的工作能力，通过传动带将主动轴上的运动和动力传给从动轴。
2、有效拉力：进入小带轮一边为紧边，退出小带轮一边为松边。如果近似地认为带工作时的总长度不变，则带的紧边拉力的增加量应等于松边拉力的减少量。
第6页：总摩擦力等于有效拉力
在图中，当取主动轮一端的带为分离体时，根据摩擦力分布可得带的有效拉力；将上式代入前式，可得整个接触面上的总摩擦力 Ff 即等于带所传递的有效拉力，即 Fe=Ff=F1-F2。
第7页：极限摩擦力与打滑
带的最大有效拉力用 Fec 表示。图示装置中 Ff=N·f：当 W=Ff 时，这个装置就达到了极限；当 W>Ff 时，发生打滑现象，这个装置就失效了。
第8页：初拉力对传动能力的限制
带的两边拉力 F1 和 F2 的大小，取决于初拉力 F0 和带传动的有效拉力 Fe。显然，当其他条件不变且初拉力 F0 一定时，这个摩擦力有一极限值，这个极限值就限制着带传动的传动能力。图中给出紧边、松边拉力与总摩擦力的分布。
第9页：最大有效拉力Fec的推导（一）
3、最大有效拉力 Fec：带传动中，当带有打滑趋势时，摩擦力即达到极限值，这时带传动的有效拉力亦达到最大值。
如果截取微量长度的带为分离体，如图所示，作用在微段两端的拉力为 F 与 F+dF，法向力为 dN，摩擦力为 f·dN，据此建立平衡方程。
第10页：最大有效拉力Fec的推导（二）
又根据法向平衡条件得 dN=F·dθ，对上两式两边积分（α1）即可得到 F1 与 F2 的关系，进而代入前式可得出带所能传递的最大有效拉力 Fec。
第11页：欧拉公式与影响因素（一）
由推导得到 F1/F2=e^(fα)，即所谓柔性体摩擦的欧拉公式。由此可得出带所能传递的最大有效拉力 Fec。
- e
- 自然对数的底（e=2.718…）
- f
- 摩擦系数（对于 V 带，用当量摩擦系数 fv 代替 f）
- α
- 带在带轮上的包角（rad）
讨论：最大有效拉力 Fec 与下列几个因素有关：（1）初拉力 F0。
第12页：欧拉公式与影响因素（二）
- （2）摩擦系数 f
- 与材料、结构有关；V 带用当量摩擦系数 fv
- （3）包角 α1
- 小带轮包角 α1 ≥ 120°；包角 α1 与中心距 a、带轮直径 D1、D2 有关（D1、D2 相差越大，包角越小）
三、应力分析：带传动工作时，带中的应力有以下几种。1、拉应力：紧边 F1 产生 σ1，松边 F2 产生 σ2。
第13页：带的离心应力
2、离心应力 σc：带绕过带轮时，离心力使带产生离心拉力 Fc，Fc=q·v²（q 为传动带单位长度的质量），由此产生的离心应力沿带的全长分布。
第14页：带的弯曲应力
3、弯曲应力：带绕在带轮上时要引起弯曲应力，带的弯曲应力为 σb=h·E/D（小带轮受的弯曲应力比较大）。
- h
- 带的高度
- D
- 带轮的计算直径
- E
- 带的弹性模量
第15页：带的最大应力位置
- 带中应力为循环变应力
- 带中最大应力由紧边拉应力 σ1、离心应力 σc 与小带轮弯曲应力 σb1 叠加而成
- 位置：进入小带轮的那一点应力最大
第16页：带传动的弹性滑动
四、运动特性
- 1、弹性滑动
- 是带传动固有的特性。小带轮处 V<V1，大带轮处 V>V2，因而 V1>V2。图中给出动弧、静弧与滑动率的概念。
第17页：打滑与带传动的失效形式
- 2、打滑
- 外载荷大于最大有效拉力 Fec 时发生打滑。
五、失效：
- 变应力 → 疲劳失效
- 过载 → 打滑
- 弹性滑动 → 磨损
三类失效分别对应疲劳、过载与弹性滑动三种工况。
第18页：V带传动的设计方法
六、V 带的设计 1、方法：
- 受力分析
- F0、F1、F2
- 应力分析
- 拉应力、离心应力、弯曲应力
- 失效分析
- 疲劳失效、打滑、磨损
- 计算准则
- 在保证不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命
- 确定主要参数
- z（根数）、D1、D2、a
- 结构设计
- 带轮尺寸（轮毂、轮缘）
第19页：单根V带的许用功率P0
2、许用功率：试验方法条件为 α=180°、i=1、特定长度、化学纤维带质、平稳工作条件，测得单根 V 带的许用功率 P0。当 i>1 时有一增量 ΔP0（大轮上弯曲应力 σb2 减小，寿命增加）。
第20页：许用功率公式的变换
把相应参数代入疲劳强度条件式，经整理可得单根 V 带许用功率 P0 的表达式，上式可进一步变换为按小带轮转速与直径查取的形式。
第21页：实际传递功率P
3、实际的传递功率：P=F·v/1000（kW），式中 F 为有效拉力、v 为带速。
式中 v 为带速、F 为有效拉力，由此可得带传动实际传递的功率。
第22页：名义功率与工作机负载
- a）名义功率
- 根据电动机的额定功率选取
- b）工作机负载
- 按工作机的实际负载与使用情况确定
设计时应按工作机的实际工况选取载荷系数 KA，进而确定计算功率 Pca。
第23页：载荷系数与各项修正系数
设计计算式为 z=Pca/((P0+ΔP0)·kα·kL·k)。
- KA
- 载荷系数
- P0
- 与带的型号、D1、n1 有关
- kα
- 包角系数
- kL
- 长度系数
- ΔP0
- 传动比 i≠1 时的功率增量
- k
- 材质系数：0.75 用于棉帘布和棉线绳结构的胶带，1.00 用于化学纤维线绳结构的胶带
4、设计步骤：已知 n1、n2（或 i）、P，设计带传动。
第24页：设计步骤（一）：计算功率与选型号
- 1）计算设计功率 Pca=KA·P，KA 查 P52 表 3-6
- 2）查带的型号：由 Pca、n1 查 P54 图 3-10
第25页：设计步骤（二）：带轮直径与带速
- 3）计算 D1、D2：根据带的型号按 Dmin 选取（P46 表 3-3）
- 4）验算带速 V：一般 V=10～20 m/s
第26页：设计步骤（三）：中心距、基准长度与包角
- D1、D2 取系列值（P49 表 3-4a）
- 5）中心距 a：一般以 0 和 5 结尾，不要用小数点
- 6）基准长度 Ld：先按 P54 公式（3-19）算得 Ld′，再按 P52 表 3-8 取标准 Ld
- 7）验算小带轮包角 α1
第27页：设计步骤（四）：根数、初拉力与压轴力
- 8）查取 P0、kα、kL、ΔP0、k：P0 查 P49 表 3-4a，kα 查 P52 表 3-7，kL 查 P52 表 3-8，ΔP0 查 P51 表 3-5a
- 9）计算带的根数 z
- 10）计算初拉力 F0（P56 公式 3-23）
- 11）计算压轴力 Q（P56 公式 3-24）
第28页：带轮结构与张紧装置
- 12）带轮的结构设计：材料选择铸铁、钢；结构形式有实心式（孔径 (2.5～3)d）、腹板式、孔板、轮辐式
- 13）设计张紧装置（P56 图 3-13）
作业：3-2 题。
第29页：第五章习题：选择题（一）
- V 带传动主要依靠____传递运动和动力。
- （1）带的紧边拉力
- （2）带和带轮接触面间的摩擦力
- （3）带的预紧力
- 在一般传递动力的机械中，主要采用____传动。
- 带传动中，V1 为主动轮圆周速度，V2 为从动轮圆周速度，V 为带速，这些速度之间存在的关系是____。
- 带传动打滑总是____。
- （1）在小轮上先开始
- （2）在大轮上先开始
- （3）在两轮上同时开始
第30页：第五章习题：选择题（二）
- 带传动中，带每转一周，拉应力是____。
- 带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为____。
- （1）带的材料不符合胡克定律
- （2）带容易变形和磨损
- （3）带在带轮上打滑
- （4）带的弹性滑动
- 带传动工作时产生弹性滑动是因为____。
- （1）带的预紧力不够
- （2）带的紧边和松边拉力不等
- （3）带绕过带轮时有离心力
- （4）带和带轮间摩擦力不够
- 带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带____处。
- （1）进入主动轮
- （2）进入从动轮
- （3）退出主动轮
- （4）退出从动轮
第31页：第五章习题：选择题（三）
- 11、V 带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了____。
- （1）使结构紧凑
- （2）限制弯曲应力
- （3）保证带和带轮接触面间有足够摩擦力
- （4）限制小带轮上的包角
- 12、V 带传动设计中，选取小带轮基准直径的依据是____。
- （1）带的型号
- （2）带的速度
- （3）主动轮转速
- （4）传动比
- 13、带传动采用张紧装置的目的是____。
- （1）减轻带的弹性滑动
- （2）提高带的寿命
- （3）改变带的运动方向
- （4）调节带的预紧力
- 14、下列 V 带传动中，____图的张紧轮位置是最合理的。
