普通V帶傳動最大有效拉力影響因素分析

摘 要：普通V帶是靠帶與帶輪槽兩側面的壓緊所產生的摩擦力實現傳動的。該文在對普通V帶傳動進行受力分析的基礎上，通過正確合理地選擇帶所受的初拉力、帶的單位質量、帶的速度、帶的包角、帶與帶輪的摩擦系數、帶的型號和帶的根數7個參數，分析了普通V帶傳動的最大有效拉力及提高普通V帶傳動能力的影響因素。

關鍵詞：普通V帶 最大有效拉力 帶的傳動能力 影響因素

中圖分類號：TH132.3 文獻標識碼：A 文章編號：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帶傳動是靠V帶的兩側面與帶輪槽側面壓緊產生摩擦力進行動力傳遞的，是一種常用的機械傳動裝置。主要是用來傳遞轉矩和改變轉速，是機械傳動中比較典型的傳動形式之一。與平帶傳動比較，由于普通V帶摩擦系數大，傳動的摩擦力大，能傳遞較大的功率。普通V帶較平帶結構緊湊，而且普通V帶是無接頭的傳動帶，所以傳動較平穩，應用較為廣泛。

1 普通V帶的受力分析

1.1 初拉力

為保證帶傳動正常工作，必須將帶以一定的初拉力F0緊繞到帶輪上，以保證帶與帶輪接觸面間有一定的正壓力。當帶傳動不工作時，帶兩邊受相等的初拉力F0作用，如圖1所示[1]。

1.2 緊邊拉力和松邊拉力

當帶以小帶輪為主動輪工作時，由于帶和帶輪接觸面間摩擦力的作用，使帶兩邊受力改變。帶繞上小帶輪一邊的拉力由F0增大到F1被拉緊，稱為帶的緊邊，F1為緊邊拉力；帶繞上大帶輪一邊的拉力由F0減小到F2，被放松，稱為帶的松邊，F2為松邊拉力，如圖2所示[2]。

1.3 有效拉力

帶的有效拉力Fe為緊邊拉力F1和松邊拉力F2的差。由于帶傳動中，帶的有效拉力并不是作用在某一點的集中力，而是帶與帶輪接觸面上各處摩擦力的總和，所以，帶傳動的有效拉力與帶和帶輪整個接觸面上的摩擦力Ff相等，即Fe=Ff=F1-F2[1]。

1.4 最大有效拉力

當帶的初拉力F0一定時，在帶傳動的傳動能力范圍內，由于有

效圓周力Fe =，當帶的速度一定時，如果帶傳動的功率增大，則Fe=Ff=F1-F2增大。由于帶和帶輪接觸面的摩擦力有一個極限值，這個極限值限制了帶傳動的傳動能力。當帶所傳遞的圓周力達到這個極限值時，帶與帶輪間就會產生相對打滑，即發生打滑，帶傳動失效，這時，帶傳動的有效拉力達到了最大值，即為最大有效拉力Femax。

假設帶為柔性體，帶傳動時摩擦力達到極限值，帶在靜摩擦狀態下無滑動，帶工作時總長度不變[2]。在此假設條件下，取帶的一微段為分離體，如圖3所示，可得出帶所能傳遞的最大有效拉力： Femax=

式中：F0為帶的初拉力，N；

q為帶的單位長度質量，kg/m；

v為帶的線速度，m/s；

e為自然對數的底（e=2.718…）；

f為摩擦系數（對于普通V帶，由受力可知，用當量摩擦系數fv=代替f，φ為V帶輪的槽角，如圖4所示）；

α為帶輪的包角，rad。

1.5 帶傳動工作能力影響因素

帶傳動的最大有效拉力決定了帶傳動的工作能力，最大有效拉力越大，帶的傳動能力越強。

（1）初拉力F0的影響。增大初拉力，可以增加帶與帶輪接觸面的正壓力， 從而增大帶與帶輪接觸面的摩擦力，提高了帶傳動的最大有效拉力， 即提高了帶傳動的工作能力。但初拉力增大， 一是帶所受的拉力也會隨之增大；二是增加帶與帶輪的摩擦磨損，使帶結構中的強力層被破壞， 帶過快松弛，降低了帶的使用壽命而導致帶傳動過早失效[3]；三是使帶傳動的壓軸力增大，過大的壓軸力使支承帶輪的軸和軸承尺寸增大。因此， 帶的初拉力應該根據傳動功率的大小確定，不能簡單地用增大初拉力的方法來提高帶的傳動能力。

（2）帶質量q的影響。傳動帶在工作時，速度與質量產生的離心力會使帶在離心拉力的作用下減小帶與帶輪接觸面的正壓力。單位長度帶的質量越大，在相同的速度下，帶在傳動過程中產生的離心力就會增大，使帶與帶輪接觸面的摩擦力減小，即減小了帶傳動的最大有效拉力，降低了帶的傳動能力。因此，對于帶傳動，一般都選用輕質帶。普通V帶單位長度的質量見表1[4]。

（3）帶速度v 的影響。由P =Fev/1000可知，當傳遞的功率一定時，帶的速度愈大，有效拉力越小，所需帶的根數越少，帶傳動的結構尺寸越小；帶的速度過大，一是單位時間內帶繞過帶輪的次數增多，容易引起帶的過早疲勞破壞，帶的疲勞壽命降低；二是產生的離心力大，帶與帶輪接觸面的正壓力減小，減小了帶傳動的最大有效拉力，降低了帶的傳動能力。因此，在保證傳遞最大有效拉力的情況下，既要使帶的拉力最小以延長其壽命，又要充分發揮初拉力的作用以增大傳動能力[5]。帶的速度過小會使帶傳動所需的拉力增大，導致普通V帶根數增多，對傳動不利。所以，在帶傳動的設計中，規定帶的傳動速度5 m/s≤v≤25 m/s[6]。

（4）包角α的影響。包角是帶與帶輪接觸弧所對應的圓心角，主要是指小帶輪的包角α1。帶輪的包角越大，帶與帶輪的接觸弧越大，帶與帶輪接觸面的摩擦力越大，帶的最大有效拉力越大，帶的傳動能力越強。所以，帶設計時要保證小帶輪的包角α1≥1 200[1]。為了增大小帶輪的包角，一是對于水平或近于水平布置的帶傳動，應將帶的松邊放在上面；二是當中心距一定時，小帶輪的直徑不宜過小，所以國家標準對不同型號的V帶規定了小帶輪的最小基準直徑，見表1[4]；三是在帶輪直徑確定的情況下，帶傳動的中心距不宜過小；四是設計帶傳動時，帶的傳動比不宜過小；五是采用張緊輪進行張緊時，如果把張緊輪放在帶的里側，則張緊輪放在靠近大帶輪處，如果把張緊輪放在帶的外側，則張緊輪放在靠近小帶輪處[8]。

（5）摩擦系數f的影響。帶與帶輪的摩擦系數越大，摩擦力越大，帶傳動的最大有效拉力越大，帶的傳動能力越強。由于V帶的摩擦系數代入的是當量摩擦系數，當量摩擦系數與帶輪槽的楔角有關。國家標準規定，V帶的楔角為40°，而V帶輪槽角為32°、34°、36°、38°，主要是為了保證V帶楔入帶輪受彎曲后仍能與輪槽良好貼合，保證有足夠的摩擦力。輪槽楔角越小，當量摩擦系數越大，帶與帶輪接觸面的摩擦力就越大，帶的最大有效拉力越大，帶的傳動能力越強[9]。

（6）帶型號的影響。國家標準規定，普通V帶的型號有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號，七種型號普通V帶的截面尺寸從Y到E由小到大，見表2[9]。單從帶的截面尺寸看，截面尺寸越大，帶與帶輪的接觸面積越大，摩擦力越大，最大有效拉力越大，帶的傳動能力越強。但帶的截面尺寸越大，一是帶輪的結構越大，二是帶的質量相應增大，離心力增大，選擇大型號普通V帶時，帶的速度不宜過高。

（7）帶根數z的影響。對于普通V帶，選用的根數越多，帶與帶輪的接觸面越多，摩擦力越大，帶的最大有效拉力越大，帶的傳動能力越強。但帶的根數越多，一是帶受力越不均勻，二是帶輪的結構越大。考慮到各根V帶受力的均勻性和帶輪的結構，帶的根數不宜過多，一般帶的根數z<10。如果帶的根數超過10根，重新選擇帶的型號進行設計[9]。

2 結語

對于普通V帶，是靠帶與帶輪槽兩側面的接觸所產生的摩擦力實現傳動的。由于帶與帶輪接觸面的摩擦力即為帶傳動的有效拉力，因此，正確合理地選擇普通V帶傳動的初拉力、帶的單位長度質量、帶的速度、帶的包角、帶與帶輪的摩擦系數、帶的型號和帶的根數等參數，便可以增大普通V帶傳動時帶和帶輪間的摩擦力，增大普通V帶傳動的最大有效拉力，從而提高帶傳動的工作能力。

參考文獻

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