第八章帶傳動
案例匯入：在實際生活中，縫紉機、洗衣機、拖拉機、工具機等利用帶傳動的例子有許多，v帶傳動獨有的緩衝吸振、過載打滑的特點是獲得廣泛應用的主要原因；同步帶傳動具有傳動比恆定、效率高、不需潤滑、噪音低等特點，主要用於計算機、數控工具機、紡織機械、菸草機械等。
第一節帶傳動的型別和特點
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嚙合，將主動輪1的運動傳給從動輪2，如圖8-1所示。
一、帶傳動的型別
根據工作原理不同，帶傳動可分為摩擦帶傳動和嚙合帶傳動兩類。
1.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型別，如圖8-2所示。
(1)平帶傳動。平帶的橫截面為扁平矩形（圖a），內表面與輪緣接觸為工作面。常用的平帶有普通平帶(膠帆布帶)、皮革平帶和棉布帶等，在高速傳動中常使用麻織帶和絲織帶。
其中以普通平帶應用最廣。平帶可適用於平行軸交叉傳動和交錯軸的半交叉傳動。
(2)v帶傳動。v帶的橫截面為梯形，兩側面為工作面（圖b），工作時v帶與帶輪槽兩側面接觸，在同樣壓力fq的作用下，v帶傳動的摩擦力約為平帶傳動的三倍，故能傳遞較大的載荷。
(3)多楔帶傳動。多楔帶是若干v帶的組合(圖c),可避免多根v帶長度不等,傳力不均的缺點。
(4)圓形帶傳動。橫截面為圓形(圖d), 常用皮革或棉繩製成, 只用於小功率傳動。
2.嚙合帶傳動
嚙合帶傳動依靠帶輪上的齒與帶上的齒或孔嚙合傳遞運動。嚙合帶傳動有兩種型別，如圖8-3所示。
(1)同步帶傳動。利用帶的齒與帶輪上的齒相嚙合傳遞運動和動力，帶與帶輪間為嚙合傳動沒有相對滑動，可保持主、從動輪線速度同步（圖a）。
(2)齒孔帶傳動。帶上的孔與輪上的齒相嚙合，同樣可避免帶與帶輪之間的相對滑動，使主、從動輪保持同步運動（圖b）。
二、帶傳動的特點
摩擦帶傳動具有以下特點：
(1)結構簡單，適宜用於兩軸中心距較大的場合。
(2)膠帶富有彈性，能緩衝吸振，傳動平穩無雜訊。
(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。但不能保持準確的傳動比。
(4)傳動帶需張緊在帶輪上，對軸和軸承的壓力較大。
(5)外廓尺寸大,傳動效率低(一般0.94~0.96)。
根據上述特點，帶傳動多用於①中、小功率傳動（通常不大於100kw）；②原動機輸出軸的第一級傳動（工作速度一般為5~25m/s）；③傳動比要求不十分準確的機械。
第二節 v帶和帶輪
一、 帶的構造和標準
標準v帶都製成無接頭的環形，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8-4所示。伸張層和壓縮層均由膠料組成，包布層由膠帆布組成，強力層是承受載荷的主體，分為簾布結構（由膠簾布組成）和線繩結構（由膠線繩組成）兩種。簾布結構抗拉強度高，一般用途的v帶多採用這種結構。
線繩結構比較柔軟，彎曲疲勞強度較好，但拉伸強度低，常用於載荷不大，直徑較小的帶輪和轉速較高的場合。v帶在規定張緊力下彎繞在帶輪上時外層受拉伸變長，內層受壓縮變短，兩層之間存在一長度不變的中性層，沿中性層形成的面稱為節面，如圖8-5所示。節面的寬度稱為節寬bp。
節面的周長為帶的基準長度ld。
v帶和帶輪有兩種尺寸制，即有效寬度制和基準寬度制。基準寬度制是以v帶的節寬為特徵引數的傳動體系。普通v帶和sp型窄v帶為基準寬度制傳動用帶。
按gb/t11544-97規定，普通v帶分為y、
z、a、b、c、d、e七種，截面高度與節寬的比值為0.7；窄v帶分為spz、spa、spb、spc四種，截面高度與節寬的比值為0.9。
帶的截面尺寸如表8-1所示，基準長度系列如表8-2所示。窄v帶的強力層採用高強度繩芯，能承受較大的預緊力，且可撓曲次數增加，當帶高與普通v帶相同時其頻寬較普通v帶小約1/ 3,而承載能力可提高1.5~2.
5倍。在傳遞相同功率時，帶輪寬度和直徑可減小，費用比普通v帶降低20~40％，故應用日趨廣泛。v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：b2240gb/t11544-97,表示b型v帶，帶的基準長度為2240mm。
表8-1 v帶的截面尺寸（摘自gb/t11544-97mm)
注：在一列中有兩個資料的，左邊乙個對應普通v帶、右邊乙個對應窄v帶。下同。
二、v帶輪的材料和結構
製造v帶輪的材料可採用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料，以灰鑄鐵應用最為廣泛。
當帶速v不大於25m/s時，採用ht150，v＞25~30m/s時採用ht200，速度更高的帶輪可採用球墨鑄鐵或鑄鋼，也可採用鋼板沖壓後焊接帶輪。小功率傳動可採用鑄鋁或工程塑料。
帶輪由輪緣、輪輻、輪轂三部分組成。
v帶輪按輪輻結構不同分為四種型式，如圖8-6所示。
帶輪基準直徑dd≤（2.5~3）d0（d0為帶輪軸直徑）時可採用s型(實心帶輪,圖a)；dd≤300mm時可採用p型（腹板式帶輪，圖b）；且當dd－d1≥100mm時，可採用h型（孔板式帶輪，圖c）；dd＞300mm時可採用e型（輪輻式帶輪，圖d）。每種型式根據輪轂相對腹板（輪輻）位置不同分為ⅰ、ⅱ、ⅲ等幾種，帶輪的結構尺寸如表8-3所示。
帶輪的輪緣尺寸如表8-4所示。表中bd表示帶輪輪槽的基準寬度，通常與v帶的節面寬度bp相等，即bd = bp。基準寬度處帶輪的直徑稱為基準直徑dd，如表8-4中的插圖所示。
v帶輪的基準直徑系列如表8-5所示。
表8-2 v帶的基準長度系列及長度係數kl（摘自gb/t13575.1-92）
表8-3 v帶輪的結構尺寸
表8-5 v帶輪的基準直徑系列（摘自gb/t 13575.1-92mm)
注: *只用於普通v帶
第三節 v帶傳動工作能力分析
一、帶傳動的受力分析
帶以一定的預緊力套在帶輪上。靜止時帶輪兩邊的拉力相等，均為預緊力f0，如圖8-7a)所示。負載轉動時，由於帶與帶輪接觸面摩擦力的作用，帶繞上主動輪的一邊被拉
緊，稱為緊邊，緊邊的拉力由f0增加到f1；另一邊被放鬆，稱為松邊，拉力由f0降至f2。如圖8-7b)所示。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f即：
f = f1－f28-1)
若帶傳遞功率為p（kw）、帶速為v（m/s）則：
n8-2)
如果近似的認為工作前後膠帶總長不變，則帶的緊邊拉力增量應等於松邊拉力的減少量，即f1－f0＝f0－f2 ，即：
8-3)
由式（8-1）、（8-3）得：
8-4二、帶傳動的應力分析
帶在工作過程中主要承受拉應力，離心應力和彎曲應力三種應力。三種應力迭加後，最大應力發生在緊邊繞入小帶輪處，其值為：
8-5）
式中：σ1 = f1/a為緊邊拉應力(mpa), a為帶的橫截面積(mm2)；σb1= eh/dd為帶繞過小帶輪時發生彎曲而產生的彎曲應力, e為帶的彈性模量(mpa),h為帶的高度(mm),dd為帶輪的基準直徑(mm)；σc =qv/a 為帶繞帶輪作圓周運動產生的離心應力，q為每公尺長帶的質量（kg/m），見表（8-1）。
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