機械設計中必須掌握的帶傳動知識以及帶傳動選型知識！原理動圖讓你一目了然！
冬天到了，天氣越來越冷，小編雖然熱愛運動，但也不愿意去戶外跑步了，怎么辦呢?機智如我，這時候跑步機派上了大用場，在跑步機上跑步，既可以享受室內(nèi)的溫暖又可以達到鍛煉身體的目的，真是太棒了!那么大家知道，跑步機上的跑步帶為什么能夠轉(zhuǎn)動起來嗎?實際上，這與一種機械傳動——“帶傳動”密切相關。帶傳動是如何工作的呢?雖然我們不能把跑步機拆開看，今天我們聊聊在機械設計中，我們必須掌握的帶傳動知識!帶傳動怎么設計，沒思路的設計師可以看看這篇文章
帶傳動是一種常用的機械傳動形式，它的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。大部分帶傳動是依靠撓性傳動帶與帶輪間的摩擦力來傳遞運動和動力的。
帶傳動屬于撓性傳動，傳動平穩(wěn)、噪聲小、可緩沖吸振。過載時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從而起到保護其他傳動件免受損壞的作用。帶傳動允許較大的中心距、結(jié)構簡單、安裝與維修方便且成本低廉。但帶與帶輪之間存在滑動，傳動比不能嚴格保證不變，帶傳動效率也較低，帶與帶輪之間傳動為摩擦傳動，帶的壽命一般也較短。同時帶傳動不適合在易燃易爆場合使用。
帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。
▲摩擦型帶傳動
▲嚙合型帶傳動
1、帶傳動種類分類
根據(jù)用途不同，有一般工業(yè)用傳動帶、汽車用傳動帶、農(nóng)業(yè)機械用傳動帶和家用電器用傳動帶。摩擦型傳動帶根據(jù)其截面形狀的不同又分平帶、V帶和特殊帶(多楔帶、圓帶)等。
平型帶傳動
有開口傳動、交叉?zhèn)鲃雍桶虢徊鎮(zhèn)鲃拥龋謩e適應主動軸與從動軸不同相對位置和不同旋轉(zhuǎn)方向的需要。平型帶傳動結(jié)構簡單，但容易打滑，通常用于傳動比為3左右的傳動。
三角帶傳動
三角帶傳動工作時，帶放在帶輪上相應的型槽內(nèi)，靠帶與型槽兩壁面的摩擦實現(xiàn)傳動。三角帶通常是數(shù)根并用，帶輪上有相應數(shù)目的型槽。用三角帶傳動時,帶與輪接觸良好,打滑小,傳動比相對穩(wěn)定,運行平穩(wěn)。三角帶傳動適用于中心距較短和較大傳動比(7左右)的場合,在垂直和傾斜的傳動中也能較好工作。此外，因三角帶數(shù)根并用，其中一根破壞也不致發(fā)生事故。
多楔帶傳動
柔性很好，皮帶背面也可用來傳遞功率。如果圍繞每個被驅(qū)動皮帶輪的包容角足夠大，就能夠用一條這樣的皮帶同時驅(qū)動車輛的幾個附件(交流發(fā)電機、風扇、水泵、空調(diào)壓縮機、動力轉(zhuǎn)向泵等)。它有PH、PJ、PK、PL和PM型等5種斷面供選用，其中PK型斷面近年來已廣泛用于汽車上。這種皮帶允許使用比窄型三角帶更窄的皮帶輪(直徑dmin≈45mm)。為了能夠傳遞同樣的功率，這種皮帶的預緊力最好比窄型三角帶增大20%左右。
摩擦型傳動帶的應用范圍：
帶傳動適用于傳遞功率不大或不需要保證精確傳動比的場合。在多級減速裝置中，帶傳動通常配置在高速級。普通V帶傳遞的功率一般不超過50～100 kW，帶的工作速度為5～35 m/s。
在一般機械中，應用最廣的是V帶傳動。V帶的橫截面為等腰梯形，帶輪上也做成相應的輪槽。傳動時，V帶只與輪槽的兩個側(cè)面接觸，即V帶的兩側(cè)面為工作面，帶的底面不與帶輪接觸。根據(jù)槽面摩擦原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，所以V帶傳動能力強，結(jié)構更緊湊，因而V帶傳動的應用比平帶廣泛得多。
2、V帶和V帶輪
V帶是斷面為梯形的環(huán)形傳動帶的統(tǒng)稱，分特種帶芯V帶和普通V帶兩大類。 與平型傳動帶相比，具有安裝容易、占地面積小、傳動效率高和噪音小等優(yōu)點，在整個傳動領域中占有重要地位。主要應用于電動機和內(nèi)燃機驅(qū)動的機械設備的動力傳動。
▲普通V帶
V帶輪
V帶輪是V帶輪結(jié)構由輪緣、輪輻和輪轂組成。根據(jù)輪輻結(jié)構分為實心式帶輪、輻板式帶輪、輪輻式帶輪三種，V帶輪常用材料為灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程塑料等，其中以灰鑄鐵應用最廣。
▲實心式帶輪
▲輻板式帶輪
▲輪輻式帶輪
3、嚙合型同步帶傳動
嚙合型帶傳動一般也稱為同步帶傳動。它通過傳動帶內(nèi)表面上等距分布的橫向齒和帶輪上的相應齒槽的嚙合來傳遞運動。與摩擦型帶傳動比較，同步帶傳動的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格的傳動比。但同步帶傳動對中心距及其尺寸穩(wěn)定性要求較高。
同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力，故帶與帶輪之間無相對滑動，能保證準確的傳動比。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體，這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。傳動時的線速度可達50m/s，傳動比可達10，效率可達98%。
同步帶傳動優(yōu)缺點：
傳動噪聲比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。其主要缺點是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴格。所以同步帶廣泛應用于要求傳動比準確的中、小功率傳動中。
下面以普通V帶為例，介紹其設計選型。
設計V帶傳動時，一般已知條件是：傳動的工作情況、傳動功率、傳動比及空間尺寸等。主要設計內(nèi)容有：確定V帶型號、長度、根數(shù)，傳動中心距及帶輪直徑，繪制零件圖等。
下面以實例的方法，介紹V帶傳動的設計步驟和方法。
已知電動機額定功率P=10KW，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，從動軸轉(zhuǎn)速n2=400r/min，中心距為1500mm，每天工作24h，設計此帶傳動。
1、確定計算功率Pc：
根據(jù)傳動電機的額定功率P，并考慮工作情況以及運轉(zhuǎn)時間等因素進行確定。其工況系數(shù)KA如下圖。選取KA=1.3
Pc=KA*P=1.3*10KW=13KW
2、選取V帶型號：
依據(jù)Pc=13KW及轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，參照下圖選擇B型V帶。
3、確定帶輪直徑：
帶輪直徑依據(jù)上圖可知dd1=125--140mm，設計時應使其值大于最小帶輪直徑。最小帶輪直徑見下圖。
參考V帶輪基準直徑系列，選取小帶輪直徑dd1=140mm
大帶輪直徑dd2=dd1*n1/n2=140*1450/400mm=507.5mm ，取標準值dd2=500mm
則實際傳動比i=dd2/dd1=500/140=3.57
從動輪實際轉(zhuǎn)速n2=n1/i=1450/3.57=406r/min
從動輪的轉(zhuǎn)速誤差率為(406-400)*100%/400=1.5%
在±5%以內(nèi)為允許值。如果不在范圍內(nèi)改變大帶輪直徑，重新計算，直到適合。
4、驗算帶速：
v=π*dd1*n1/(60*1000)=3.1415*140*1450/60000m/s=10.63m/s
帶速在5--25m/s范圍內(nèi)。如果不在范圍內(nèi)改變小帶輪直徑，重新計算，直到適合。
5、確定帶的基準長度和實際中心距：
將a0=1500、dd1=140、dd2=500代入下式
求得基準長度：Ld0=4026.9mm
參考V帶輪基準長度系列，選取基準長度Ld=4000mm
則實際中心距：
求得a=1487mm
考慮到安裝調(diào)整和補償初拉力的需要，應將中心距設計成可調(diào)式，有一定的調(diào)整范圍，取中心距a的變化范圍如下：
amin=a-0.015Ld=1487-0.015*4000mm=1427mm
amax=a+0.03Ld=1487+0.03*4000mm=1607mm
6、校驗小帶輪包角：
一般應使得α1≥120°，若不滿足此條件，可適當增大中心距或減小帶輪直徑差，也可在帶的外側(cè)加壓帶輪，但這樣做會降低帶的使用壽命。將各個數(shù)值代入下式：
求得α1=166.13°≥120°
7、確定V帶根數(shù)：
依據(jù)下式計算V帶根數(shù)，注意帶的根數(shù)取整數(shù)，且?guī)Ц鶖?shù)小于10，如計算結(jié)果超出范圍，應改選V帶型號或加大帶輪直徑后重新計算。
其中
Pd：計算功率
Ka：包角系數(shù)，可查表取0.97
KL:帶長修正系數(shù)，可查表取1.13
P1:單根V帶傳遞的基本額定功率，見下圖
△P1：額定功率增量，見下圖
依據(jù)上圖，根據(jù)內(nèi)差法求得P1=2.816KW
△P1=0.46KW
將以上數(shù)值代入上式可得
z=3.62
取整z=4<10
8、確定初拉力及帶輪軸上的壓力
確定初拉力F0，計算公式如下
其中
Pd：計算功率Pd=13kw
Ka：包角系數(shù)，可查表取0.97
Z:V帶根數(shù)z=4
V：帶速V=10.63m/s
m：V帶每米長的質(zhì)量,可查表取m=0.17kg/m
將以上數(shù)值代入上式得
F0=260.33N
確定帶輪軸上的壓力Fr，計算公式如下
其中
Fo為初拉力Fo=260.33N
α1為包角α1=166.13°
將以上數(shù)值代入上式，計算得
Fr=2067.4N
9、繪制帶輪零件:
依據(jù)上述計算結(jié)果，繪制大小帶輪零件圖
10、確定設計結(jié)果：
選用4根B-4000V帶，中心距1487mm，小帶輪直徑140mm，大帶輪直徑500mm，軸上壓力2067.4N。
以上以實例的方式介紹了帶傳動設計計算準則及步驟，在實際工作中，可以依據(jù)以上步驟進行選型計算。
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