4.4 V带传动的设计
微课：普通V带传动设计
4.4.1 带传动的主要失效形式
由带传动的工作情况分析可知，当所传递的载荷增大时，弹性滑动和滑动率也将随之增大，传动效率降低。若所传递的载荷超过带的最大有效拉力Fe max，带将在带轮上打滑，以致失去传动能力。所以，打滑是带传动的主要失效形式之一。
从图4-6还可看出，传动带是处于变应力状态下工作的。带的任一横截面上的应力，将随着带的运转而循环变化。当应力循环次数达到一定数值后将发生疲劳破坏，带的局部可能出现外层或芯体与橡胶脱离，以致发生断裂而失去传动能力。带的疲劳破坏是带传动的另一种主要失效形式。
由于带传动中的弹性滑动，带和带轮之间不可避免地存在相对滑动。因此，带和带轮的磨损也是带传动的一种常见失效形式。
4.4.2 设计准则和单根V带的额定功率
带的打滑和带的疲劳破坏是带传动的主要失效形式。因此，带传动的设计准则是：在保证带传动在工作时不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。
由这个设计准则出发，单根V带的额定功率可通过试验和计算来求得，表4-4列举了各种型号单根V带的额定功率P0。
表4-4 包角α=180°、特定带长、工作平稳条件下，单根普通V带的额定功率值P0
（续）
当传动比i≠1时，两轮直径不相等，带绕过大带轮的弯曲应力较小，故V带的额定功率还可再附加一个增量ΔP0，该增量ΔP0见表4-5。
表4-5 传动比i≠1时，单根普通V带额定功率的增量 ΔP0（单位：kW）
4.4.3 设计步骤和参数选择
普通V带传动设计计算时，通常已知传动的用途和工作情况，传递的功率P，主动轮、从动轮的转速n1、n2（或传动比i），传动位置要求和外廓尺寸要求，原动机类型等。
设计时主要确定带的型号、长度和根数，带轮的尺寸、结构和材料，传动的中心距，带的初拉力和压轴力，张紧和防护等。
1. 确定计算功率Pc
计算功率Pc是根据所传递的功率P，并考虑载荷性质和原动机类别、每天运行时间的长短等因素按下式确定的。
式中 P——传动的名义功率（kW）；
KA——工作情况系数，见表4-6。
表4-6 工作情况系数KA
注：1.Ⅰ类：普通笼型交流电动机、同步电动机、直流电动机（并励），n≥600r/min内燃机。
Ⅱ类：交流电动机（双笼型、集电式、单相、大转差率）、直流电动机（复励、串励）、单缸发动机，n≥600r/min内燃机。
2.反复起动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合，KA值应乘以1.1。
2. 选择V带型号
根据计算功率Pc和小带轮的转速n1，由图4-8选取带的型号。所选带型可能会影响到传动的结构尺寸，当坐标点（Pc，n1）处于图中两种型号分界线附近时，可按两种带型分别计算，选择较好的结果。
3. 计算带轮的基准直径 
（1）计算小带轮基准直径
带轮直径越小，则带的弯曲应力越大，易发生疲劳破坏。V带轮的最小直径ddmin见表4-7。选择较小直径的带轮，传动装置外廓尺寸小，质量轻；而带轮直径增大，则可提高带速，减小带的拉力，从而可以减少V带的根数，但这样将增大传动尺寸。设计时可参考图4-8中给出的带轮直径范围，按标准取值。
（2）计算从动轮基准直径
根据
求得，计算结果一般应按表4-7的基准直径系列圆整。
图4-8 普通V带选型图
4. 验算带速v
带速v应在5～25m/s的范围内，其中以10～20m/s为宜。若v>25m/s，则因带绕过带轮时离心力过大，使带与带轮之间的压紧力减小，摩擦力降低而使传动能力下降，而且离心力过大会降低带的使用寿命。而当v<5m/s时，在传递相同功率时带所传递的圆周力增大，使带的根数增加。带速超过上述许用范围时，应重选小带轮直径
。
表4-7 普通V带带轮的最小基准直径及基准直径系列（单位：mm）
注：括号内的直径尽量不用。
5. 确定传动中心距a和带的基准长度Ld
中心距小使传动紧凑，但带长过短将使单位时间内带绕转带轮的次数增多，降低带的使用寿命；同时也使包角α1减小，降低传动能力。中心距过大则易引起带的跳动。因此，传动中心距应有一定的尺寸保证，如果没有给定传动中心距，则可按结构要求选取。一般可按下式初选中心距a0
初选a0后，可根据带传动的几何关系计算所需的V带基准长度L0
根据L0，即可由表4-2选取与L0相近的标准V带的基准长度Ld，再由Ld来计算实际中心距a
考虑到安装、调整和保持V带张紧的需要，允许实际中心距a有下列调整范围
6. 校核小带轮包角α1
对于V带传动，小带轮包角α1应满足
如果验算不合格，可增大中心距或加装张紧轮。
7. 确定V带根数z
式中 Pc——计算功率（kW），由式（4-10）确定；
P0——特定条件单根V带的额定功率（kW），见表4-4；
ΔP0——考虑到i>1时额定功率的增量（kW），见表4-5；
Kα——包角系数，考虑α≠180°时对传动能力的影响系数，见表4-8；
KL——长度系数，考虑带长不为特定长度时对寿命的影响系数，见表4-2。
为使各根V带受力较为均匀，根数不宜过多，通常为z≤7。如果超出范围，可改选V带型号重新计算。
表4-8 小带轮包角系数Kα
8. 确定带的初拉力F0
使带保持有适当的初拉力是带传动正常工作的必要条件。初拉力不足，则摩擦力小，容易发生打滑；初拉力过大，则使带的应力过大而降低寿命。单根V带适宜的初拉力可由下式计算
式中各符号的意义同前，q值见表4-3。
9. 计算V带对轴的压力FQ
设计轴和轴承时，应先计算出V带作用在轴上的压力FQ。为了简便，通常不考虑松边、紧边的拉力差，近似按带两边的初拉力F0的合力来计算（图4-9）
图4-9 带作用在轴上的压力
