带式输送机中的V带传动

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1、项目 5 带式输送机中的 V 带传动【项目提出】 带传动机构在工厂中应用极为广泛，掌握其各部分的相关名称，尺寸计算、受力分析、防止带传 动失效，最终设计出在一般条件下使用的V带传动机构是后续课程及在工厂企业从事相关专业工作不可 缺少的知识。带式输送机减速器中的 V 带传动机构具有一般带传动机构的普遍特征，掌握了该机构的知 识也就掌握了一般带传动机构的知识。本项目以其为例，叙述v带传动的基本知识及设计方法，直至绘 制出带轮的零件工作图。【能力目标】1. 能够进行带传动的设计；2. 能使用计算器及计算机软件设计常见的带轮并绘制其零件图。【知识目标】1. 熟悉带传动的类型、特性及应用；2. 掌握带传

2、动设计的基本理论和方法；3. 掌握带轮的几何尺寸计算；4掌握V带传动的传动比计算与弹性滑动。5.1 V 带传动的工作情况分析5.1.1 V 带传动的摩擦力在图1 1所示的带式输送机中，小V带轮、V带和大V带轮等零件一起组成V带传动。由于小V 带轮是装在电动机轴上的，所以电机的运动和转矩通过V带传动和减速器中的齿轮传动后，传递到输送 带上，从而使物体从一个地方输送到另一个地方。为了能使V带传动能正常工作，安装时应使V带预 先张紧，产生一个初拉力F0 （图5 1），初拉力F0使得带与带轮的接触面间产生正压力，从而使小带轮 转动时带与带轮间产生摩擦力，靠这摩擦力来传递运动和转矩。如果V带空套在V带轮

3、上（图52）， 也就是预先没有对V带张紧，初拉力F0=O则小带轮转动时，带与带轮之间没有摩擦力，这时V带和 大带轮都停止不动，V带传动失效。由此可知，V带传动是靠带与带轮之间的摩擦力来传递载荷的。在实际工作中还会看到，在正常情况下V带传动能很好工作，但由于意外原因作用在大带轮上的阻 力偶矩突然增大了，也会出现小带轮转动，而V带和大带轮都停止不动的现象，工程上把这种现象称为“打滑”出现这打滑的原因是V带传动时的需要的摩擦力超过了带与带轮之间的最大摩擦力Ff 。如fmax果带与带轮之间的最大摩擦力Ff越大，则越不容易打滑，传递载荷的能力也就越大。最大摩擦力Fffmafma与哪些因素有关呢？理论与实

4、践均表明，带与带轮之间的最大摩擦力Ff与带的初拉力F0、带与带轮 fma0之间摩擦系数f和小带轮的包角a 有关。它们之间的关系如公式（5 1）所示。F = 2 Ff ma 0ef s1 +丄ef 1(12 -1)从式（5 1）可知，初拉力F0增大，最大摩擦力Ff也增大，传递载荷的能力也随之增加。反之。 0fma传递载荷的能力降低。由于V带是由橡胶做的弹性原件，所以V带运转了一段时间后会不可避免地发 生松驰，这样初拉力F0就会减小，最大摩擦力Ff也会减小。当拉力F/小到一定值时，在大带轮上还 0fma0是作用到同样阻力偶矩的情况下时，也会出现打滑现象，从而使V带传动失效。为了防止这种情况的出 现

5、，V带传动的中心距做成可调的。当V带运转出现过松后，将中心距调大，保持适当的初拉力，从而 使V带传动保持正常工作。当V带传动的中心距不能调节时，可装张紧轮来保持V带适当的初拉力。V带传动常用的几种张紧装置如表5 1所示。从上分析得知，V带的初拉力F0越大，传递载荷的能力越大。但初拉力F0大，V带的拉应力也大， 带在工作过程中容易拉断，并容易发生疲劳破坏，从而使带的使用寿命缩短。所以初拉力F0既不能太大 也不能太小，应该有一个适当的值。对于中等中心距的V带张紧程度，是以母指能按下15mm左右为合 适（图 5 3）。表 5 1 带传动常用张紧装置及方法张紧方法训任蚪钉冏定蠟枪号轨滑道式用于水平或接

6、近水平的传动放松固定螺栓，旋转调整螺钉，可使带轮沿导轨 移动，调节带的张紧力，当带轮调到合适位置，使 带获得所需的张紧力，然后拧紧固定螺栓通 过 调 节 轴 的 位 置 张 紧定期张紧摆架式用于垂直或接近垂直的传动旋转调整螺母，使机座绕转轴转动，将带轮调到 合适位置，使带获得所需的张紧力，然后固定机座 位置自动张紧用于小功率传动利用自重自动张紧传动带通 过 张 紧 轮 张 紧定期张紧自动张紧固定张紧轮用于固定中心距传动张紧轮安装在带的松边、内侧。为了不使小带轮的包角减小过多，应将张紧轮尽量靠近大带轮浮动张紧轮用于中心距小、传动比大的传动，但寿命短， 适宜平带传动。张紧轮可安装在带松边的外侧。并

7、将张紧轮尽量靠近小带轮。这样可以增大小带轮上的包角从式(5 1)可知，带与带轮之间摩擦系数f增大，则最大摩擦力Ff也增大，传递载荷的能力也fmax增大。由于V带是市场上买的，因此要使摩擦系数f增大，只要在与V带接触的V带轮槽面上不加工 (图54(a)就可以使V带与带轮间的摩擦系数f达到最大值。但在与V带接触的V带轮槽面上不加 工，则由于V带弹性滑动的存在，会使V带迅速磨损，从而大大缩短V带的使用，这显然也是不合理的。因此V带轮槽面加工得太光洁不行，不加工也不好。所以工程上推荐与V带接触的V带轮槽面加工的粗糙度值为3即m (图54(b)。图53带受力示意图(a)(b)图54带传动摩擦系数最大摩擦

8、力Ffmax除了与初拉力F0与摩擦系数f有关外，还与小带轮的包角a 1有关。所谓包角是指 带与带轮接触弧所对的圆心角如图 55 所示。理论与实验分析表明：包角越大越好。包角小传递载荷 的能力就低，因此工程上规定小带轮的包角：a 250。工程上只规定小带轮的包角而没规定大带轮包角的原因是，大带轮包角要比小带轮的包角大(图55)。小带轮的包角a 1通过下式计算得到。d da = 1800 -2i x 57.3o(12 2)1a式中，-广-2分别为两带轮的基准直径，单位mm； a为带传动的中心距，单位mm。图55带轮包角从上分析可知，如果初拉力F0、摩擦系数f和包角a】一定，则最大摩擦力Ff是个定值

9、、是固有的。但带与带轮间的摩擦力Ff是随着外部载荷的变1fmaxf化而变化的，只要随着外部载荷变化而变化的带与带轮间的摩擦力Ff不超过最大摩擦力Ff这个固有ffmax的定值，带传动就能正常工作。以上是对V带传动的分析，这样的分析基本上也适合于象平皮带这些靠摩擦力来传动的带传动。5.1.2 V带传动的传动比与弹性滑动图1 1带式输送机中的V带传动与其它靠摩擦传动的带传动一样除了传递运动和转矩外，还起到降速的作用。为此经常要对它们进行转速等的计算，其传动比计算公式为：(12 - 3)ni 二 r n2式中：i为传动比；n1为主动带轮的转速、n2为从动带轮的转速，单位r/min； d1为主动带轮的计

10、算直径、 d2为从动带轮的计算直径，单位mm。例5.1在图1 1带式输送机中，已知电动机的转速n1=960r/min，两带轮间的传动比i=2.34，求大带轮 的转速 n2。解：i - n =佯=-960 = 410.3r / minn2 i 2.342例5.2已知小带轮转的转速n=960r/min,直径d1=100mm，大带轮的直径d2=300mm。求大带轮的转速 n2。解： .ndd100320 / i = r = r n = n xf = 960x= 320r/minn d21 d3002 1 2例5.3已知小带轮转的转速n1=960 r/min，直径d1=100mm。要求大带轮的转速n2

11、=240 r/min时，大带 轮的直径d2应为多少。解：i 2 d = d x 住=100 x= 400mmn d21 n2402 1 2在推导公式（53）时，把带传动中带的线速度与带轮的圆周线速度看成是一样的。在这种情况 下当带轮上的A点与带上的B点重合在AB点位置（图56）时，随着主动带轮的转动，它们又一起 到了 A的位置。但实际情况并否如此。当主动带轮转动时，带的下边部分进一步拉紧，这时初拉力 就上升到了片，片称为紧边拉力；而带的上边部分就相对放松，这时初拉力F0就下降到了 F2, F2称为 松边拉力。相应的上边带拉紧的部分称为紧边，下边带放松的部分称为松边（如图57 所示）。由于带 是

12、弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。带由紧边绕过主动轮进入松 边时，带的紧边拉力由F1减小为松边拉力F2,其弹性伸长量也由& 1减小为0 2。这说明带在绕过带轮的 过程中，相对于轮面向后收缩了（& 16 2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步 小于主动轮的圆周线速度，也就是原先带轮上的A点与带上的B点重合在AB点位置，随着主动带轮的 转动，带轮上的A点到达了 A的位置，而带上的B点只是在B的位置，如图5 8所示。同样，当 带由松边绕过从动轮进入紧边时，拉力增加，带逐渐被拉长，沿轮面产生向前的弹性滑动，使带的速度 逐渐大于从动轮的圆周线速度。这种由于带

13、的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为“弹性滑动”。图56带传动张紧状态图57带传动受力图从上述分析中可以看到，产生弹性滑动的原因有两：(1)带是弹性体；(2)两边拉力不等。所以弹性滑动是带传动中不可避免的。有弹性滑动后，会产生摩擦，摩擦会发热，消耗功率，传动效率降低。 有弹性滑动，带的线速度小于小带轮的线速度，而大 带轮的线速度有小于带的线速度，并且带弹性滑动变 化程度是随着紧边与松边拉力的变化而不断变化的， 所以带的线速度也是在不断变化的，这就引起了带传 动传动比的不正确。因此弹性滑动的后果是：(1)传 动效率降低；(2)传动比不正确。在 例 5.2 题中 ， n1=960r/min ，

14、d1=100mm ， d2=300mm 求得n2=320r/min。实际上n2是达不到320 r/min。为了考虑弹性滑动对对转速的影响，工程上对于一些计算要求相对精确的地方，不是用公式(53)进行计算的，而是用下式进行计算的： i=n=d2(1(12 - 4)nd21式中：称为弹性滑动率或弹性滑动系数。经试验得到，一般在0.010.02，计算时取 =0.02。所以例5.2中大带轮的转速n2=n1 (1 ) d/d2=960(10.02) X 100/300=313.6 r/min。实际上n2的转速也 不可能完全是313.6 r/min，而是随着载荷的变化而不断变化的。也就是说n2有可能为31

15、5.6 r/min、313.9 r/min 等等，但这些变化都很小。在要求从动带轮转速精确的地方， n2 应按(54)式计算，但在一般 计算中不考虑弹性滑动率 对从动轮转速的影响，因此在绝大多数情况下，从动轮的转速还是用(53) 式进行计算。带传动在工作的过程中不可避免的产生弹性滑动，并且拉力差越大，弹性滑动的现象也越明显。当 拉力差(耳一耳)达到很大的时候，它对主动带轮转动中心的矩超过了最大摩擦力Ff对主动带轮转动 12fmax中心的矩时，就出现上述的“打滑”。打滑除了带传动失效外，还会由于带与带轮之间产生相对滑动， 会产生发热，时间一长会导致皮带的烧坏和电动机的烧坏。通过以上分析，带传动的失效形式：(1)带 在带轮上的打滑，不能传递动力；(2)带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断；(3)带工作面的磨损。弹性 滑动和打滑的区别见表。表 5 1 弹性滑动和打滑的区别项目弹性滑动打滑现象局部带在局部轮面上的滑动整个带在整个轮面上发生滑动产生原因带两边拉力