- 機械設計基礎(第3版)
- 閔小琪 陶松橋主編
- 1648字
- 2021-10-27 14:04:34
4.4 V帶傳動的設計

微課:普通V帶傳動設計
4.4.1 帶傳動的主要失效形式
由帶傳動的工作情況分析可知,當所傳遞的載荷增大時,彈性滑動和滑動率也將隨之增大,傳動效率降低。若所傳遞的載荷超過帶的最大有效拉力Fe max,帶將在帶輪上打滑,以致失去傳動能力。所以,打滑是帶傳動的主要失效形式之一。
從圖4-6還可看出,傳動帶是處于變應力狀態下工作的。帶的任一橫截面上的應力,將隨著帶的運轉而循環變化。當應力循環次數達到一定數值后將發生疲勞破壞,帶的局部可能出現外層或芯體與橡膠脫離,以致發生斷裂而失去傳動能力。帶的疲勞破壞是帶傳動的另一種主要失效形式。
由于帶傳動中的彈性滑動,帶和帶輪之間不可避免地存在相對滑動。因此,帶和帶輪的磨損也是帶傳動的一種常見失效形式。
4.4.2 設計準則和單根V帶的額定功率
帶的打滑和帶的疲勞破壞是帶傳動的主要失效形式。因此,帶傳動的設計準則是:在保證帶傳動在工作時不打滑的條件下,具有一定的疲勞強度和壽命。
由這個設計準則出發,單根V帶的額定功率可通過試驗和計算來求得,表4-4列舉了各種型號單根V帶的額定功率P0。
表4-4 包角α=180°、特定帶長、工作平穩條件下,單根普通V帶的額定功率值P0

(續)

當傳動比i≠1時,兩輪直徑不相等,帶繞過大帶輪的彎曲應力較小,故V帶的額定功率還可再附加一個增量ΔP0,該增量ΔP0見表4-5。
表4-5 傳動比i≠1時,單根普通V帶額定功率的增量 ΔP0(單位:kW)

4.4.3 設計步驟和參數選擇
普通V帶傳動設計計算時,通常已知傳動的用途和工作情況,傳遞的功率P,主動輪、從動輪的轉速n1、n2(或傳動比i),傳動位置要求和外廓尺寸要求,原動機類型等。
設計時主要確定帶的型號、長度和根數,帶輪的尺寸、結構和材料,傳動的中心距,帶的初拉力和壓軸力,張緊和防護等。
1. 確定計算功率Pc
計算功率Pc是根據所傳遞的功率P,并考慮載荷性質和原動機類別、每天運行時間的長短等因素按下式確定的。

式中 P——傳動的名義功率(kW);
KA——工作情況系數,見表4-6。
表4-6 工作情況系數KA

注:1.Ⅰ類:普通籠型交流電動機、同步電動機、直流電動機(并勵),n≥600r/min內燃機。
Ⅱ類:交流電動機(雙籠型、集電式、單相、大轉差率)、直流電動機(復勵、串勵)、單缸發動機,n≥600r/min內燃機。
2.反復起動、正反轉頻繁、工作條件惡劣等場合,KA值應乘以1.1。
2. 選擇V帶型號
根據計算功率Pc和小帶輪的轉速n1,由圖4-8選取帶的型號。所選帶型可能會影響到傳動的結構尺寸,當坐標點(Pc,n1)處于圖中兩種型號分界線附近時,可按兩種帶型分別計算,選擇較好的結果。
3. 計算帶輪的基準直徑
(1)計算小帶輪基準直徑帶輪直徑越小,則帶的彎曲應力越大,易發生疲勞破壞。V帶輪的最小直徑ddmin見表4-7。選擇較小直徑的帶輪,傳動裝置外廓尺寸小,質量輕;而帶輪直徑增大,則可提高帶速,減小帶的拉力,從而可以減少V帶的根數,但這樣將增大傳動尺寸。設計時可參考圖4-8中給出的帶輪直徑范圍,按標準取值。
(2)計算從動輪基準直徑
根據求得,計算結果一般應按表4-7的基準直徑系列圓整。

圖4-8 普通V帶選型圖
4. 驗算帶速v

帶速v應在5~25m/s的范圍內,其中以10~20m/s為宜。若v>25m/s,則因帶繞過帶輪時離心力過大,使帶與帶輪之間的壓緊力減小,摩擦力降低而使傳動能力下降,而且離心力過大會降低帶的使用壽命。而當v<5m/s時,在傳遞相同功率時帶所傳遞的圓周力增大,使帶的根數增加。帶速超過上述許用范圍時,應重選小帶輪直徑。
表4-7 普通V帶帶輪的最小基準直徑及基準直徑系列(單位:mm)

注:括號內的直徑盡量不用。
5. 確定傳動中心距a和帶的基準長度Ld
中心距小使傳動緊湊,但帶長過短將使單位時間內帶繞轉帶輪的次數增多,降低帶的使用壽命;同時也使包角α1減小,降低傳動能力。中心距過大則易引起帶的跳動。因此,傳動中心距應有一定的尺寸保證,如果沒有給定傳動中心距,則可按結構要求選取。一般可按下式初選中心距a0

初選a0后,可根據帶傳動的幾何關系計算所需的V帶基準長度L0

根據L0,即可由表4-2選取與L0相近的標準V帶的基準長度Ld,再由Ld來計算實際中心距a

考慮到安裝、調整和保持V帶張緊的需要,允許實際中心距a有下列調整范圍

6. 校核小帶輪包角α1
對于V帶傳動,小帶輪包角α1應滿足

如果驗算不合格,可增大中心距或加裝張緊輪。
7. 確定V帶根數z

式中 Pc——計算功率(kW),由式(4-10)確定;
P0——特定條件單根V帶的額定功率(kW),見表4-4;
ΔP0——考慮到i>1時額定功率的增量(kW),見表4-5;
Kα——包角系數,考慮α≠180°時對傳動能力的影響系數,見表4-8;
KL——長度系數,考慮帶長不為特定長度時對壽命的影響系數,見表4-2。
為使各根V帶受力較為均勻,根數不宜過多,通常為z≤7。如果超出范圍,可改選V帶型號重新計算。
表4-8 小帶輪包角系數Kα

8. 確定帶的初拉力F0
使帶保持有適當的初拉力是帶傳動正常工作的必要條件。初拉力不足,則摩擦力小,容易發生打滑;初拉力過大,則使帶的應力過大而降低壽命。單根V帶適宜的初拉力可由下式計算

式中各符號的意義同前,q值見表4-3。
9. 計算V帶對軸的壓力FQ
設計軸和軸承時,應先計算出V帶作用在軸上的壓力FQ。為了簡便,通常不考慮松邊、緊邊的拉力差,近似按帶兩邊的初拉力F0的合力來計算(圖4-9)

圖4-9 帶作用在軸上的壓力
