V形带

第三篇机械传动与减速器概述在化工生产中除了大量使用静止设备（如塔器、换热器）外，还广泛使用各种各样的机器，如带搅拌的反应器、往复式压缩机、离心式压缩机，螺旋输送器等等。一台完整的机器一般包括原动机、工作机和传动装置三部分。机器的组成原动部分：机器的动力来源，如电机等。传动部分：将原动部分的功率和运动传递到工作部分的中间环节，如带传动、链传动、齿轮传动等。工作部分：直接完成生产所需的工艺动作部分，如搅拌反应器中的搅拌桨等。机器传动装置图3－1为一搅拌反应釜的传动装置图，电动机通过减速机将能量传递给搅拌轴，减速机除传递能量外，还改变转速（如由1500r/min降低为250r/min）。在二三十年前，这种搅拌反应釜的传动装置大多数是电动机通过带传动，再通过蜗杆减速机，最后将能量传递给搅拌轴。机械传动按工作原理可将传动分为机械传动、液力传动、电力传动和磁力传动等。其中机械传动最为常见。按照传动原理，机械传动可分为两大类：1、摩擦传动――依靠构件接触面的摩擦力来传递动力和运动的，如带传动、摩擦轮传动；2、啮合传动――依靠构件间的相互啮合来传递动力和运动的，如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等。两个基本概念在旋转的机械传动中，传动比是指机构中主动件的转速n1与从动件转速n2的比值，并以i表示，i12=n1/n2(3－1)i1，为减速,i1为增速。机械传动中，减速居多。两个基本概念在机械传动中，摩擦损失是不可避免的，因此，传动的输出功率P2永远小于输入功率P1。机械传动的效率，用h表示h=P2/P1×100%(3－2)效率的大小是衡量各种机械传动形式的一项重要指标。第十章带传动主要内容：了解V形带传动的特点，适用场合。了解同步齿形带的特点。了解带传动中的一些国家标准，必要时会查找。掌握一种最简单的带传动的设计，包括选取型号及根数，带轮中心距，带长、大小带轮直径等。熟悉V形带的七种型号，V形带节线长度系列，带轮的几种结构，带传动的布置，带传动运转时的受力分析。第一节概述（一）带传动的工作过程：带传动是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形传动带3所组成（图3－2）。由于张紧，静止时带已受到预拉力，并使带与带轮的接触面间产生压力。当主动轮回转时靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮回转。观看带传动动画（二）带的类型按截面形状，传动带可分为：平带、Ｖ形带（又称三角带）、圆形带等类型，如图3－3所示。普通V形带的工作面是两侧面，与平带相比，由于截面的楔形效应，其摩擦力较大，所以能传递较大的功率。普通Ｖ形带无接头，传动平稳，应用最广泛。本章主要介绍Ｖ形带传动。1、V形带的截面结构及尺寸图3－4所示为V形带的截面结构。其包布层是由胶帆布构成的保护层；伸张层和压缩层由橡胶构成，带弯曲时分别承受拉伸和压缩；强力层承受基本拉力，由帘布或粗绳构成，粗绳结构较柔软，有利于提高带的寿命。V形带已标准化，按截面尺寸的不同，分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，其截面尺寸见表3－1。表3-1V形带截面尺寸（GB/T13575.1-92）/mm型号YZABCDE节宽bp5.38.51114192732顶宽b6101317223238高度h4.06.08.011141925楔角j40度沿V形带中性层（宽度为bp处）量得的带的周长称为节线长度Lp，又称为基准长度、公称长度，它主要用于带传动的几何尺寸计算，其长度系列见表3－2。Lp型号Lp型号Lp型号200224250280315355Y9001000112012501400ZAB4000BCD450050005600E6300710080009000100001600C400450500Z1800200022402500560630710800A280031503550D11200125001400016000表3－2普通Ｖ形带节线长度系列（GB11544-89）/mm2、带传动的特点：1、由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转平稳，噪音小。2、可用于两轴中心距较大的传动。3、由于它是靠摩擦力来传递运动的，当机器过载时，带在带轮上打滑，故能防止机器其它零件的破坏。4、结构简单，便于维修。5、带传动在正常工作时有滑动现象，它不能保证准确的传动比。另外，由于带摩擦起电，不宜用在有爆炸危险的地方，这在化工厂中有爆炸危险的车间应特别注意。6、带传动的效率较低（与齿轮传动比较），约为87%～98%3、V形带的应用：通常V形带用于功率小于100kW、带速5～30m/s、传动比i≤7(少数可达10)、传动比要求不十分准确的中小功率传动。。第二节带传动的工作原理及工作情况分析（一）传动带的受力分析由于传动带是张紧在两个带轮上，带中存在着初拉力F0。在静止状态时，带上下两边的拉力相等，都等于F0，见图3－5（a）。当工作时，在传动带与带轮接触面上的摩擦力作用下，主动轮带动从动轮转动。这时，带两边的拉力相应地发生变化：进入主动轮一边的带被拉紧，称为紧边，拉力由F0增大到F1；离开主动轮一边的带被放松，称为松边，拉力由F0减小到F2，如图3－5（b）所示。传送带主、从动边的拉力差（F1－F2）称为有效拉力。有效拉力就是传动带所传递的有效圆周力Fe。它等于带轮作用在带上的总摩擦力Ff，即：F1－F2＝Fe=Ff----------（3-4）带传动所能传递的功率P为：kW----------（3-5）式中Fe－有效圆周力，N；υ－带速，m/s（二）带传动的运动分析1、弹性滑动：工作时，带两边拉力不相等，带两边弹性变形也不相等，由此引起的带与轮之间局部而微小的相对滑动称为弹性滑动。显然弹性滑动使主动轮圆周速度大于从动轮圆周速度。弹性滑动的大小是随带的两边拉力差（F1－F2）的变化而变化。因此弹性滑动是靠摩擦力工作的带传动不可避免的物理现象。不利之处：①弹性滑动是引起传动比不恒定的重要原因；②引起带的磨损和温度升高，并降低了传动效率。2、打滑：由式（3－5）可知，有效圆周力的大小与带传递的功率P以及带的速度υ有关。当工作机要求传递的功率增大时，带两边拉力差F1－F2＝Fe也要相应地增大，带两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。实践证明，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。若带所传递的圆周力超过带与带轮接触面间的极限摩擦力时，带就会沿着轮面发生全面滑动，这种现象称为打滑。打滑将使传动失效。注：弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是由过载引起的带在带轮上的全面滑动，造成传动失效，应当避免。弹性滑动是由带的拉力差引起的，只要传递圆周力，必然会发生弹性滑动，它是不可避免的。第三节Ｖ形带传动的设计计算主要内容带传动设计计算的主要内容是：确定带的型号、根数、长度、带轮直径和中心距，以及带轮的材料和结构尺寸等。设计的原始条件为：传动的用途和工作情况，传递的功率，主动轮和从动轮的转速（或传动比），以及外廓尺寸的要求等1．选择带的型号V形带的型号可根据计算功率Pc及小轮转速n1由图3－6选取。(3-10)式中KA――工作情况系数，见表3－4；P――传递的功率，kW2．确定小带轮的节圆直径d1、验算带速、确定大带轮节圆直径d2d1应大于或等于表3－3中的最小节圆直径dmax。若d1过小则带的弯曲应力较大；反之，则传动的外廓尺寸增大。带速m/s（3－11）应满足5m/s≤v≤25m/s(30m/s)，否则须重选小轮直径d1。大轮直径（3－12）d1、d2应圆整为标准直径，见表3－5。表3-3V形带带轮最小直径及V形带每m长的质量型号YZABCDEd1min/mm205075125200355500m/Kg/m0.020.060.100.170.300.620.90表3-5V形带带轮节圆直径系列(摘录)d/mmZABd/mmZABCd/mmZABC505663717580859095100106112118******************125132140150160170180200212224236250265**********************************28031535540045050056063071080090010001120*****************************************注：带*为优先系列3．确定中心距a和带长Lp中心距偏大些有利于增大包角，但过大会使结构不紧凑，且在载荷变化时引起带颤动，降低带传动的工作能力。一般根据安装条件的限制或由下式初步确定中心距a0。mm（3－13）初定中心距后，由下式计算出相应于a0的带节线长度Lpomm（3－14）计算出Lpo后，查表3－2选取接近Lpo值的节线长度Lp，再根据选定的长度Lp值反过来求实际中心距a，一般常用下式近似计算中心距a。mm（3－15）4．验算小轮包角带与带轮接触弧所对应的中心角称为包角如图3－7所示，显然小轮包角α1比大轮包角α2要小。中心距a相同条件下，包角越大，带的摩擦力和能传递的功率也越大。小轮包角α1可按下式近似计算：（3－16）一般应使α1≥1200，否则，可加大中心距或增设张紧轮。5．计算带的根数Z带传动的承载能力受打滑和带疲劳两方面限制。根据计算功率Pc和单根V形带所能传递的功率P0，可按下式计算所需的根数Z（3－17）（3－18）式中P0--单根V形带所能传递的功率，kＷ，见表3－6；ΔP0--考虑i≠1时单根Ｖ形带所能传递功率的增量，kＷ。由于P0是按i＝1，即d1＝d2的条件下计算的。传动比越大，则从动轮直径相对主动轮来说越大，带绕过从动轮时的弯曲应力越小，因此提高了带传动的工作能力。Ka--考虑包角不同时的影响系数，称包角系数，见表3－7；KL--考虑带的长度不同时的影响系数，称带长修正系数，见表3－8；KB--弯曲影响系数，见表3－9；Ki--传动比系数，见表3－10；n1--主动轮转速，r/min。6.计算初拉力F0及作用在轴上的力QN（3－19）式中v――带速，m/s;m――Ｖ形带每m长的质量，Kg/m，见表3－3。由图3－8可得N(3-20)式中α1――主动轮的包角。例3－1：设计某液体搅拌釜的V形带传动。选用Y型异步电动机，其额定功率P=2.2kW，转速n1=1430r/min，搅拌轴转速n2=360r/min，三班制工作。解：（1）计算功率Pc由表3－4查得KA＝1.3，故Pc=KAP=1.3×2.2=2.86kW（2）选取Ｖ形胶带型号根据Pc＝2.86kW,n1=1430r/min由图3－6确定选用A型。由表3－3取d1＝100mm，由式（3－12）由表3－5取d2=400mm。（3）确定小带轮节圆直径d1及大带轮节圆直径d2（4）验算带速v带速合适。(5)带公称长度Lp和中心距a0初步选中心距a0＝450mm，符合由式（3－14）得带长：由表3－2选用普通Ｖ形带公称长度Lp＝1800mm，再由式（3－15）计算实际中心距，得：(6)小带轮包角a1由式（3－16）得：合适。(7)带根数Z由式（3－17）由n1=1430r/min，d1=100mm,查表3－6，用内插法得：P0=1.29kW由式（3－18）传动比查表3－9得KB＝1.03×10-3；由i=4,查表3－10得Ki=1.14，故由a1=144°查表3－7得Ka≈0.91；查表3－8得Ki=1.01,则取Z=3根。（8）作用在带轮轴上的力Q由式（3－19）得单根胶带的预拉力查表3－3得m=0.10Kg/m，故由式（3－20）算出作用在轴上的力为：(9)带轮结构设计（略）。第四节V形带轮轮缘、轮辐和轮毂1、轮缘带轮外圈的环形部分。轮缘的截面及其各部分尺寸见表3－11。V形带两侧面的夹角为40°，但在带轮上弯曲时，由于截面变形将使其夹角变小。为了使传动带仍能紧贴轮槽两侧，将轮槽楔角规定为32°、34°、36°和38°。2、轮毂带轮内圈环形部分。其内孔与传动轴配合，其外径dh和长度L，见（图3－9），可按下列经验公式计算dh=(1.8～2)ds(3－21)L=(1