普通V带传动最大有效拉力影响因素分析

摘 要：普通V带是靠带与带轮槽两侧面的压紧所产生的摩擦力实现传动的。该文在对普通V带传动进行受力分析的基础上，通过正确合理地选择带所受的初拉力、带的单位质量、带的速度、带的包角、带与带轮的摩擦系数、带的型号和带的根数7个参数，分析了普通V带传动的最大有效拉力及提高普通V带传动能力的影响因素。

关键词：普通V带 最大有效拉力 带的传动能力 影响因素

中图分类号：TH132.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（b）-0040-03

Analysis of Impact Factor of Maximum Effective Tension About Ordinary V-belt Transmission

Gao Lu

（College of Mechanical &Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin Jilin ， 132022， China）

Abstract：Ordinary V-belt transmission utilizes friction between belt and belt wheel. Based on force analysis of ordinary V-belt， we analyzed the factor that affects the maximum effective btension of belt and improvement of ordinary V-belt transmission ability， by choosing the initial tension， unit mass， speed， wrap angle， type， number of ordinary V-belt and friction coefficient of belt and belt wheel.

Key Words：Ordinary V-belt； Maximum effective tension； Belt transmission ability； Impact factor

普通V带传动是靠V带的两侧面与带轮槽侧面压紧产生摩擦力进行动力传递的，是一种常用的机械传动装置。主要是用来传递转矩和改变转速，是机械传动中比较典型的传动形式之一。与平带传动比较，由于普通V带摩擦系数大，传动的摩擦力大，能传递较大的功率。普通V带较平带结构紧凑，而且普通V带是无接头的传动带，所以传动较平稳，应用较为广泛。

1 普通V带的受力分析

1.1 初拉力

为保证带传动正常工作，必须将带以一定的初拉力F0紧绕到带轮上，以保证带与带轮接触面间有一定的正压力。当带传动不工作时，带两边受相等的初拉力F0作用，如图1所示[1]。

1.2 紧边拉力和松边拉力

当带以小带轮为主动轮工作时，由于带和带轮接触面间摩擦力的作用，使带两边受力改变。带绕上小带轮一边的拉力由F0增大到F1被拉紧，称为带的紧边，F1为紧边拉力；带绕上大带轮一边的拉力由F0减小到F2，被放松，称为带的松边，F2为松边拉力，如图2所示[2]。

1.3 有效拉力

带的有效拉力Fe为紧边拉力F1和松边拉力F2的差。由于带传动中，带的有效拉力并不是作用在某一点的集中力，而是带与带轮接触面上各处摩擦力的总和，所以，带传动的有效拉力与带和带轮整个接触面上的摩擦力Ff相等，即Fe=Ff=F1-F2[1]。

1.4 最大有效拉力

当带的初拉力F0一定时，在带传动的传动能力范围内，由于有

效圆周力Fe =，当带的速度一定时，如果带传动的功率增大，则Fe=Ff=F1-F2增大。由于带和带轮接触面的摩擦力有一个极限值，这个极限值限制了带传动的传动能力。当带所传递的圆周力达到这个极限值时，带与带轮间就会产生相对打滑，即发生打滑，带传动失效，这时，带传动的有效拉力达到了最大值，即为最大有效拉力Femax。

假设带为柔性体，带传动时摩擦力达到极限值，带在静摩擦状态下无滑动，带工作时总长度不变[2]。在此假设条件下，取带的一微段为分离体，如图3所示，可得出带所能传递的最大有效拉力： Femax=

式中：F0为带的初拉力，N；

q为带的单位长度质量，kg/m；

v为带的线速度，m/s；

e为自然对数的底（e=2.718…）；

f为摩擦系数（对于普通V带，由受力可知，用当量摩擦系数fv=代替f，φ为V带轮的槽角，如图4所示）；

α为带轮的包角，rad。

1.5 带传动工作能力影响因素

带传动的最大有效拉力决定了带传动的工作能力，最大有效拉力越大，带的传动能力越强。

（1）初拉力F0的影响。增大初拉力，可以增加带与带轮接触面的正压力， 从而增大带与带轮接触面的摩擦力，提高了带传动的最大有效拉力， 即提高了带传动的工作能力。但初拉力增大， 一是带所受的拉力也会随之增大；二是增加带与带轮的摩擦磨损，使带结构中的强力层被破坏， 带过快松弛，降低了带的使用寿命而导致带传动过早失效[3]；三是使带传动的压軸力增大，过大的压轴力使支承带轮的轴和轴承尺寸增大。因此， 带的初拉力应该根据传动功率的大小确定，不能简单地用增大初拉力的方法来提高带的传动能力。

（2）带质量q的影响。传动带在工作时，速度与质量产生的离心力会使带在离心拉力的作用下减小带与带轮接触面的正压力。单位长度带的质量越大，在相同的速度下，带在传动过程中产生的离心力就会增大，使带与带轮接触面的摩擦力减小，即减小了带传动的最大有效拉力，降低了带的传动能力。因此，对于带传动，一般都选用轻质带。普通V带单位长度的质量见表1[4]。

（3）带速度v 的影响。由P =Fev/1000可知，当传递的功率一定时，带的速度愈大，有效拉力越小，所需带的根数越少，带传动的结构尺寸越小；带的速度过大，一是单位时间内带绕过带轮的次数增多，容易引起带的过早疲劳破坏，带的疲劳寿命降低；二是产生的离心力大，带与带轮接触面的正压力减小，减小了带传动的最大有效拉力，降低了带的传动能力。因此，在保证传递最大有效拉力的情况下，既要使带的拉力最小以延长其寿命，又要充分发挥初拉力的作用以增大传动能力[5]。带的速度过小会使带传动所需的拉力增大，导致普通V带根数增多，对传动不利。所以，在带传动的设计中，规定带的传动速度5 m/s≤v≤25 m/s[6]。

（4）包角α的影响。包角是带与带轮接触弧所对应的圆心角，主要是指小带轮的包角α1。带轮的包角越大，带与带轮的接触弧越大，带与带轮接触面的摩擦力越大，带的最大有效拉力越大，带的传动能力越强。所以，带设计时要保证小带轮的包角α1≥1 200[1]。为了增大小带轮的包角，一是对于水平或近于水平布置的带传动，应将带的松边放在上面；二是当中心距一定时，小带轮的直径不宜过小，所以国家标准对不同型号的V带规定了小带轮的最小基准直径，见表1[4]；三是在带轮直径确定的情况下，带传动的中心距不宜过小；四是设计带传动时，带的传动比不宜过小；五是采用张紧轮进行张紧时，如果把张紧轮放在带的里侧，则张紧轮放在靠近大带轮处，如果把张紧轮放在带的外侧，则张紧轮放在靠近小带轮处[8]。

（5）摩擦系数f的影响。带与带轮的摩擦系数越大，摩擦力越大，带传动的最大有效拉力越大，带的传动能力越强。由于V带的摩擦系数代入的是当量摩擦系数，当量摩擦系数与带轮槽的楔角有关。国家标准规定，V带的楔角为40°，而V带轮槽角为32°、34°、36°、38°，主要是为了保证V带楔入带轮受弯曲后仍能与轮槽良好贴合，保证有足够的摩擦力。轮槽楔角越小，当量摩擦系数越大，带与带轮接触面的摩擦力就越大，带的最大有效拉力越大，带的传动能力越强[9]。

（6）带型号的影响。国家标准规定，普通V带的型号有Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，七种型号普通V带的截面尺寸从Y到E由小到大，见表2[9]。单从带的截面尺寸看，截面尺寸越大，带与带轮的接触面积越大，摩擦力越大，最大有效拉力越大，带的传动能力越强。但带的截面尺寸越大，一是带轮的结构越大，二是带的质量相应增大，离心力增大，选择大型号普通V带时，带的速度不宜过高。

（7）带根数z的影响。对于普通V带，选用的根数越多，带与带轮的接触面越多，摩擦力越大，带的最大有效拉力越大，带的传动能力越强。但带的根数越多，一是带受力越不均匀，二是带轮的结构越大。考虑到各根V带受力的均匀性和带轮的结构，带的根数不宜过多，一般带的根数z<10。如果带的根数超过10根，重新选择带的型号进行设计[9]。

2 结语

对于普通V带，是靠带与带轮槽两侧面的接触所产生的摩擦力实现传动的。由于带与带轮接触面的摩擦力即为带传动的有效拉力，因此，正确合理地选择普通V带传动的初拉力、带的单位长度质量、带的速度、带的包角、带与带轮的摩擦系数、带的型号和带的根数等参数，便可以增大普通V带传动时带和带轮间的摩擦力，增大普通V带传动的最大有效拉力，从而提高带传动的工作能力。

参考文献

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