普通V带传动的设计优化方案

一、V带传动的设计准则

由V带传动的工作情况分析可知，带传动的主要失效形式是打滑及疲劳损坏（撕裂、脱层或拉断），故带传动的设计准则是保证带在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。

二、V带和V带轮的结构

1.V带的结构

V带分普通V带、窄V带、宽V带等，其中普通V带应用最广（同学们可自己查阅有关资料，了解窄V带、宽V带的知识）。

普通V带已经标准化，按截面尺寸分为Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，见表2－1。

V带一般为无接头的环形，其结构如图2－9所示，由包布层、伸张层、强力层和压缩层组成，其中，包布层多由胶帆布制成，伸张层和压缩层主要由橡胶组成，强力层主要承受拉力。强力层有帘布结构和线绳结构两种。帘布结构的V带制造方便，抗拉强度高，价格低廉，生产中应用较多；线绳结构的V带柔韧性好，抗弯强度高，适用于带轮直径小，但转速较高的场合。V带弯曲时，在带中保持原长不变的一条周线称为节线，由全部节线构成的面称为节面，带的节面宽度称为节宽bp。在带轮上，与V带的节宽相对应的V带轮直径称为基准直径dd。V带在规定的张紧力下，位于带轮基准直径上的周线长度称为基准长度Ld，其长度系列见表2－2。

图2－9　V带的结构

（a）帘布结构；（b）线绳结构

表2－2　V带基准长度及带长修正系数

续表

V带标记：类型—基准长度国标标准编号。

例如：A－1400GB／T11544—2012，表示A型普通V带，基准长度为1400mm。

带的标记通常压印在带的外表面上，以便使用时识别。

2.V带轮的结构

V带轮由轮缘、轮辐、轮毂三部分组成。轮缘是带轮的工作部分，制有梯形轮槽；轮毂是带轮与轴的连接部分；轮缘与轮毂则用轮辐（腹板）连接成一整体。V带轮按腹板结构的不同分为以下几种形式：实心带轮、腹板带轮、孔板带轮和轮辐带轮，如图2－10所示。

带轮基准直径小于150mm时常采用实心式［图2－10（a）］；带轮基准直径为150～450mm时常采用腹板式和孔板式［图2－10（b）、（c）］；带轮基准直径大于450mm时常采用轮辐式［图2－10（d）］。

图2－10　带轮的形式

（a）实心带轮；（b）腹板带轮；（c）孔板带轮；（d）轮辐带轮

V带轮轮槽结构形状及其截面尺寸见表2－3，其中带轮槽角随基准直径dd变化，以适应带在弯曲时楔角的变化。为了保证带的两侧工作面和带轮轮槽面充分接触，带轮轮槽角φ均小于V带楔角（40°），并按带轮基准直径dd不同，分为32°、34°、36°、38°。带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料，其中灰铸铁应用最广。当带轮的圆周速度在25m／s以下时，用HT150或HT200；当转速较高时，可采用铸钢或钢板冲压焊接结构；传递小功率时可用铸铝或塑料，以减轻带轮质量。

表2－3　V带轮轮缘截面尺寸

续表

三、V带传动的设计步骤

在设计V带传动时，一般来说，原始数据和已知条件有：原动机的类型、带传动的用途和工作条件、所需传递的功率、小带轮和大带轮的转速或传动比、对传动的位置以及外廓尺寸的要求等。

V带传动设计计算的内容包括传动带和带轮两部分。

传动带设计计算的主要内容是：选择传动带的型号；确定传动带的基准长度和根数；计算传动的中心距和压轴力等。

1.计算设计功率Pc，选取V带型号

设计功率Pc由下式计算

式中　P——传递的功率；

KA——工况系数，见表2－4。

表2－4　工况系数KA

续表

带的型号根据设计功率Pc和主带轮转速n从图2－11中选取。

图2－11　普通V带选型图

2.确定主、从动带轮基准直径dd1、dd2

小带轮的基准直径小，在一定的传动比下，大带轮的基准直径相应也小，则带传动的外廓尺寸小，结构紧凑，质量轻。为使带传动尺寸紧凑，应使小带轮的基准直径dd1小些，但dd1越小，带在带轮上的弯曲应力越大，带的疲劳寿命就越低。小带轮直径根据表2－5确定。

表2－5列出了V带轮的最小基准直径和带轮的基准直径系列，选择小带轮直径时，应使dd1≥dmin，以减小带内的最小应力。大带轮的基准直径dd2按下式计算

计算后按表2－5进行圆整。传动比若要求比较精确，则应考虑弹性滑动的影响，按下式计算

表2－5　普通V带轮的最小基准直径及直径系列　（mm）

3.验算带速v

带速v可由下式计算

由公式P＝Fv知，传递功率一定时，带速越低，圆周力越大，带容易打滑，同时使带的尺寸和根数增加。因此，带传动应布置在高速级。带速高时，带每秒绕转次数增多，同时离心力加大，使带与带轮间的摩擦力降低而影响带的工作能力。一般应使带速为5～25m／s。

4.确定中心距a和带的基准长度Ld0

（1）初选中心距a0。

当传动的中心距较小时，结构较为紧凑，但传动带的基准长度较短，包角也会减小，而且在带速一定的情况下，会使得传动带绕过带轮的次数增多，从而降低传动带的寿命；而当传动的中心距过大时，传动的外廓尺寸较大，而且带速较高时容易引起带的抖动，影响传动带的正常工作。

中心距通常按下式初定

（2）计算带的基准长度Ld0。(www.xing528.com)

根据Ld0和带的型号，由表2－2选取带的基准长度Ld。

（3）确定实际中心距a。

实际中心距a可由下式近似确定

考虑到安装、调整和补偿拉应力的需要，中心距应可调，调节范围为

5.验算小带轮包角

一般应使α1≥120°。若不满足此条件，可采取适当增大中心距、减小两带轮直径或在带轮外侧加张紧轮等措施。

6.确定V带根数Z（V带传动最多使用带根数见表2－8）

式中　P0——单根V带的基本额定功率（kW），见表2－6；

ΔP——单根V带基本额定功率的增量，是考虑i≠1时，带在大带轮上的弯曲应力小于小带轮上的弯曲应力，使传动功率有所增加的量，见表2－6；

Kα——包角修正系数，见表2－7；

KL——带长修正系数，见表2－2。

7.确定带的初拉力F

带传动正常工作的首要条件就是要保持适当的初拉力。初拉力F0不足时，会使传动能力降低，出现打滑。而初拉力越大，带对轮面的正压力和摩擦力也越大，越不易打滑，即传递载荷的能力越大；但初拉力过大时会增大带的拉应力，从而降低带的疲劳强度，故初拉力的大小应适当。

单根V带的初拉力可按下式计算

由于新带易松弛，对于不能调整中心距的普通V带传动，安装新带时的初拉力应为计算值的1.5倍。

8.计算带轮轴上的压力Q

为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的压力，又称为压轴力，可近似按初拉力的合力进行计算，如图2－12所示。

图2－12　带传动作用在轴上的压力

表2－6　单根带的额定功率及功率增量

表2－7　包角修正系数Kα

表2－8　V带传动最多使用带根数