10带传动基础知识解析

带传动基础知识介绍：

带传动的工作原理：.以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动或动力。 带传动的分类及优缺点： 带传动的分类：

按其传动原理不同可分为：摩擦型和啮合型两大类，摩擦型过载可以打滑但传动比不准确，啮合型可保证同步传动比。以传动的原理来分：摩擦带传动，啮合带传动。按用途分类：传动带，输送带； 按带的截面形状来分：平带，V 带，同步带。

胶帆布平带 编织带 棉纶片复合 高速环形胶带

窄V 带 普通V 带 联组V 带 汽车V 带 齿形V 带

多楔带 大楔角V 带 双面V 带 圆形带

宽V 带 V 带

平带

摩擦传动分类

梯形齿同步带

圆弧同步齿形带

同步齿形带

啮合传动分类

图： 带传动的类型（根据形状划分的）

带传动优点：

1）有过载保护作用(过载打滑可起到保护作用) 2）有缓冲吸振作用 3）运行平稳无噪音 4）适于远距离传动,传动最大距离为15m ）制造、安装精度要求不高 带传动的缺点：1）有弹性滑动使传动比i 不恒定 2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大 3）结构尺寸较大、不紧凑 4）打滑，使带寿命较短 5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。

主要失效形式：1.带在带轮上打滑，不能传递动能。2.带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断。3.带的工作表面产生磨损。 带传动的应用：

带传动应用于两轴平行，并且主动轮、从动轮平行的场合。带传动的应用范围较为广泛，其工作速度一般为5m/s-25m/s, 使用高速环形胶带时可达60m/s ；使用锦纶片复合平带时，可达80m/s 。胶帆布平带传递功率小于500Kw ，普通V 带传递功率小于700kW 。带传动因具有许多的的优点，它广泛应用于各种中低精度的传动领域。运动简图如图所示：

电机

输送带

V 带

减速器

联轴器

图：带传动运动简图 带和带轮

平带和V 带

平带。胶帆布平带抗拉强度较大，耐湿性好，价廉，开边式教柔软。在平带中应用最多。此外编织带曲挠性好，传递功率小，易松弛。棉纶片复合平带强度高，摩擦因数大，曲挠性好，不易松弛，适合于大功率传动。高速环形胶带的带体薄而软，曲挠性好，强度较高，传动平稳，耐油、耐磨性好，不易松弛，适应于高速传动。

V 带是V 形胶带或者三角带简称，是断面为梯形的环形传动带的统称，分特种带芯V 带和普通V 带两大类。V 带与平型传动带相比，具有安装容易、占地面积小、传动效率高和噪音小等优点，在整个传动领域中占有重要地位。按其截面形状及尺寸可分为普通V 带、窄V 带、宽V 带、多楔带等；按带体结构可分为包布式V 带和功边式V 带； 带轮由轮缘、轮毂和轮辐三部分组成。根据带轮轮辐结构的不同可将带轮分为：实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式四种形式。带速v ≦30m/s 的带传动其带轮一般使用HT200制造，高速时宜使用钢制带轮，速度可达45m/s 带传动的计算基础

作用力分析 带传动的力

带传动中带呈环形，并以一定的拉力（称为张紧力）套在一对带轮上，使带和带轮之间相互压紧。当带传动带不工作时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力0F ，如图3.2a 所示。当带传动工作时，由于带和带轮接触面间摩擦力的作用，带两边的拉力不再相等，如图3.2b 所示，使其一边拉力加大到1F ，称为紧边拉力，另一边拉力减小到F 2，为松边拉力。两者之差21F F F -=即为有带的效拉力，它等于沿带轮的接触弧边上的摩擦力总和。在一定条件下，摩擦力有一定的极限值，如果工作阻力超过极限值，带在轮上就会打滑而不能正常工作。

摩擦力的极限值取决于带的材料、张紧程度、包角（带与轮的接触角）大小等因素。当其他条件相同时，张紧力

和包角（两轮包角中较小的一个）越大，

摩擦力的极限值也越大。因此，带传动必须适当地控制张紧力和维持不要过小的包角，后一要求限制了带传动的最小中心距和最大传动比。

以v 表示速度，m/s ；P 表示名义传动功率，kW ； 则有效拉力

υ/100021P F F F =-= (3.1)

1F 和2F 的关系可用如下公式表示

22

2q 1q u

F u F -- （3.2）

其中e —自然对数的底；u —带与带轮之间的摩擦系数；a —带在带轮上的包角；q —每米带长带质量，kg/m ，查表可得。

由公式3.1和3.2，可得紧边拉力F1和松边拉力F2为

(3.3)

(3.4)

列出dl 微断弧的带离心力NC F d 与离心拉力的c F 的平衡式：

2

s i n 2)

(2

α

υαd F R Rd q c = 当αd 很小时：2

2sin

α

αd d ≈ 因此带的离心力产生的拉力： （3.5）

图3.2 带传动的工作原理图

当有效拉力F 到达极限拉力max F 时，带传动处于即将打滑的临界状态，此时

1F 达到最大，2F 达到最小值。

211

qv

e Fe F +-=μαμα221

qv e F F +-=μα2

qv

F c =

以上式子表明，带传动的有效拉力与以下因素有关：

1．增大张紧力0F ，带和带轮的正压力增大，则传动产生的摩擦力将增大，故有效拉力F 增大。但0F 过大会加剧带的磨损，使带过快松弛，缩短了其工作寿命；张紧力过小带的工作能力不能充分发挥，易产生跳动和打滑。

2．摩擦系数μ大，摩擦力也越大，F 就越大。μ带和带轮的材料、 表面状况、工作环境、条件等有关。

3．包角α的增大而增大。因为增加口会使整个接触弧上摩擦力的总和增加，从而提高传动能力。因此水平装置的带传动，通常将松边放置在上边，以增加包角。由于大带轮的包角2α于小带轮的包角1α，打滑首先在小带轮上发生，所以只需考虑小带轮的包角1α。 3.3.2 带传动的应力分析

带传动是产生的应力拉应力，离心应力，张紧应力三部分组成。

1.拉应力σ

紧 边 拉应力 A

F 1

1=

σ 松 边 拉应力 A

F 2

2=

σ 张紧力： A

F 0

0=

σ 其中A 为带的横截面的面积。 2.离心应力c σ 由离心力

产生（沿横截面处处相等）

（3.8）

由此可见，离心力与每米带长的质量q 成正比，与速度v 的平方成正比

2

2

ρυσ===A qv A F C C

表3.1 V 带每米长 质量q

3. 弯曲应力b σ

传动带绕过带轮时发生弯曲，从而产生弯曲应力。由材料力学得带的弯曲应力

r

y

E b =σ (3.9)

E 为带的弹性模量，平带为200—350MPa ，V 带为250—400MPa ；r 为曲率半径，平带r=(D+h)/2(h 为带厚)，V 带r=D/2；y 由中性层到最外层的距离，平带y=h/2，V 带y=

（见表3.1）。

图3.3

为带的应力分布情况

图 3.3 带的应力分布

图表示带传动的应力分布情况，图中小带轮为主动轮，大带轮为从动轮，最大应力发生在

紧边刚刚进入主动轮处的应力最大；带传动在一般情况下，弯曲应力最大，离心应力比较小。离心应力只占紧边应力的一部分，随着速度的增大而增大。 弯曲应力只发生在带在包

角所对应的圆弧部分，带的高度H 越大，带的直径D 越小，则带的弯曲应力就越大，一般21b b σσ>。因此，为了避免弯曲应力过大，小带轮的直径不能过小。所以应力的最大值是在进入小带轮时产生的。其值

1

12

111m a x )

1(1e 1)1(b c b b c b e A Fe q e F A e A Fe σσσυσσσσσμα

μαμαμαμαμα++-=++-=++-=+=）（ （3.10）

为了满足带具有足够的疲劳寿命，应使

][m a x

σσ≤ (3.11)

[σ]是带的许用应力，它是在021180==αα，规定的带长和循环次数，载荷平稳等条件下通过实验测得的。 3.3.3 带传动的失效形式及设计准则

带传动的实效形式主要是打滑和疲劳磨损（如脱层，撕裂，拉断等）及带与

带轮之间的磨损。其中打滑与弹性打滑时不同的概念，打滑时由于过载所引起的带在带轮上的全面滑动，弹性打滑是由于带是弹性体，受力不同时伸长量不等，使带传动发生弹性滑动的现象。打滑可以避免，弹性滑动式不可避免的，只能选用弹性模量大的材料来降低弹性滑动。因此，带传动的设计准则是：在传递规定功率不打滑，同时具有足够的疲劳强度和使用寿命。

1.1 V 带的设计

V 带的截面形状为梯形，两侧面是工作面，它是利用了楔形增压原理是在同样大的张紧力下产生较大的摩擦力，提供比平带更大的有效拉力，在一定程度上能补偿由于包角和张紧力的减小所产生的不利影响。一般说来V 带适用于短中心距和较大传动比，在垂直或倾斜的传动中都能工作得很好，此外V 带没有接头运动平稳，多根同时使用时可以提高机器的可靠性。但是，V 带的使用寿命较短，带轮的价格较贵，传递的功率相对于平带要低。 1.1.1 单根V 带传递的功率

表3.2 A 型单根V 带的基本额定功率P 0

在包角0180=α、特定带长、工作平稳的条件下，单根普通v 带的基本额定功率0P ，不同的带型有不同的额定功率表，表3.2列举了A 型V 带的额定功率。

当实际工作条件与确定0P 值的特定条件不同时，应对查得的单根V 带的基本额定功率0P 值加以修正。修正后即的实际工作条件下单根V 带所能传递的功率][0P 的计算公式为

L K K P P P α)(][000?+=

(3.12)

式中0P ?为功率增量，考虑传动比1≠i 时，带在大轮上的弯曲应力较小，故在寿命相同的条件下，可传递的功率应比基本额定功率0P 大；αK 为包角系数，

L K 为带长修正系数。

表3.3 V带带长修正系数

3.4.2 V带的设计步骤

设计V带传动时，一般己知条件是:传动的工作情况，传递的功率P，两轮转速1n、2n (或传动比i)及空间尺寸要求等。具体的设计内容有:确定V带的型号、长度和根数，传动中心距及带轮直径。

P

1.确定计算功率

C

计算功率Pc是按所传递的额定功率(如电动机的额定功率)P，并考虑载荷性质以及每天运行时间等因素的影响而由下列公式式确定的：

(3.13)

P

P

K

C

A

式中P 为传递功率、为工作情况系数，查表3.4可得

表3.4 工况系数A K

2. 选择V 带型号

带的型号根据计算功率C P 和小带轮转速1n 选取，由图3.4选择V 带型号。当所选的坐标点在图中两种型号分界线附近时，可先选择两种型号分别进行计算，然后择优选用。

图3.4 普通V 带型号选择

3.初定最小的带轮直径min D

带轮越小，弯曲应力越大。弯曲应力是引起带疲劳损坏的重要原因。V 带带轮最小直径见表3.5

表3.5 V 带带轮最小计算直径

4.中心距a 、带的基准长度d L

带传动的中心距不宜过大，否则将由于载荷变化引起带的颤动。中心距小则结构紧凑，但传动带较短，包角减小，且在一定速度下带的绕转次数增多，加速了带的疲劳损坏，致使传动能力降低。设计时应根据具体的结构要求或按下式进行初步确定中心距：

h D D a D D ++≥≥+)(55.0)(22121

（3.14）

大带轮直径： 2

1

12)

1(n n D D ε-= （3.15）

计算功率 kW

P C

/

式中 21D D 是大小带轮的计算直径；h 是V 带的高度。

大带轮转速：2

11)1(2n D n

D ε-=

决定中心距后，计算带长L ： 求m D ： 22

2D D D m +=

求?： 2

1

2D D -=

? a D D a D D L 4/)(22/)(21221-+++=π （3.16）

根据计算带长，查表3.5得到基准带长d L

图3.5 带的基准长度

求带长： a

D L 2

m 2?++=απ

中心距：

（3.17）

5. 小带轮包角:

21222121

)

2(8)2(4142D D D D L D D L a --+-++-=ππ??--

?=601801

21a

D D α

（3.18） 求带根数： 带速:1000

60n 1

1?=

D πυ

传动比i ：2

1

n n i =

图3.6 单根普通V 带所能传递的功率),180(P 210特定长度，载荷平稳 ==αα 图3.7 V 带包角系数αk

α1 180° 170° 160° 150° 140° 130° 120° 110° 100° 90° K α 1.00 0.98 0.95 0.92 0.89 0.86 0.82 0.78 0.74 0.69 图3.8 长度系数L K ;

图3.9单根普通V 带额度功率的增量0P ?

由图3.6 查出0P 由图3.7查出αk 由图3.8查出L k 由图3.9查出0P ?

V 带传动的包角1α一般不小于0120，个别情况下可以小于070。传动比i 通常不

大于7，个别情况下可到10。

6. 确定V 带的根数Z:

12~10)(00≤?+=

L

a C

K K P P P z (3.19)

带的根数应取整数。为使个带受力均匀，根数不宜过多，一般应满足10

7. 计算轴上的载荷张紧力：

（q 由表查出）

（3.20）

轴上的载荷： （3.21） 8. 显示计算结果

列出带型号、带的基准长度Ld 、带的根数z ，中心距a a ，轴上载荷Q F 等相关参数。

1.2 平带传动的设计

1.2.1 胶帆布平带

1. 选定胶带：

表3.6 胶帆布平带规格图①

()2C

0vz 5.2500qv K P K F +-?

=α

α2

sin 21

0αzF F Q =

注①. 普通平带以带的单位宽的最小抗拉强度分为190～560等类型(见下表)，带长任意截取，再用硫化接头或皮带扣等连接成环形。普通平带又分为切边式C 和包边式F 两种，标记方法(GB/T524-1989)：带型号×带宽-内周带长，如240型(4层)普通平带，带宽50mm ，带长2240 mm ，标记为： 切边式：240×50-2.24 ，包边式：F240×50-2.24

② 带轮直径设计时应考虑到最有利带速为：v=10～20m/s ，普通平带max v =30m/s 。带轮直径d 1过小时带速低，带的工作载荷增大，弯曲加重，影响带的寿命；反之，带速过大，带的离心力增大(正比于v 2

)，同样会降低带的寿命。

带轮直径d 1和d 2一般应取标准值:50，56，63，71，80，90，100，112，125，140，160，180，200，224，250，280，315，355，400，450，500等(GB/T11358-1989)。特殊设计可不受此限。

③ 对开口传动，在中心距和传动比设计时，要考虑带的包角α≥150°。否则，会因摩擦力减小而必须增大初拉力，减短带的寿命。可以采用交叉传动解决(转动方向会反向)。 ④ 对高速传动，应选择带的质量很轻的编制带等高速带。

2.小带轮直径： 3

1

1)1350~1100(n P d c

=（按下图取标准值）或

1

1100060n v

d π?=

（最合适的带速

）

（3.22）

标准值的选取如下图:

图3.6 平带轮的直径、结构形式和辅板厚度图

3.带速： 1

1

max 30/601000

d n

u u m s π=≤=?

（3.23）

4.大带轮直径：

（ε∈取0.01～0.02） （3.24）

5.中心距： 21211.5()5()d d a d d +≤≤+

（3.25）

6.带长：

21212

()2()24d d L a d d a

π

-=+++

（3.26）

7.

交叉传动：

21212

()2()24d d L a d d a

π

+=+++

（3.27）

8.

半交叉传动

：

221212

2()24d d L a d d a

π

+=+++

（3.28）

9.小带轮包角：开口传动 21118057.3150d d a

α-=-?≥

（3.29）

10.叉传动 uioyuyu 21118057.3d d a

α-≈-?

（3.30）

11.半交叉传动 ： 1118057.3d a

α≈-

?

（3.31）

12.曲饶次数： 10006~10mu

y L

=≤ （3.32）

13.带厚： 111

(~)4030

d δ≤

（3.33）

14.带截面面积： 0100A K P A P K αβ

=

K

（3.34）

注：P 0---查表3.7； αK ----查表3.8； βK -----查图3.7。

表3.7 胶帆布带单位截面面积传递的基本功率P 0

表3.8 平带传动的包角修正系数表

α/°220 210 200 190 180 170 Kα 1.20 1.15 1.10 1,05 1,00 0.97 α/°160 150 140 130 120

Kα0.94 0.91 0.88 0.85 0.82

图3.7 传动布置系数βK 图

15. 带宽：

/b A δ=

(3.35)

16. 轴

上载荷：

1

02sin

2

Q F A α

σ=

(3.36)

3.5.2 尼龙片片复合平带设计

其设计步骤参考胶帆布平带的计算进行。但计算时应考虑一下点：

1.带性选择时，先根据载荷的大小和变化情况选择类型，宜先选用LL 或LR 、LT 型。后根据设计功率和小带轮的转速选择带型如下图：