普通V帶傳動(dòng)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(cè)面的壓緊所產(chǎn)生的摩擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。該文在對(duì)普通V帶傳動(dòng)進(jìn)行受力分析的基礎(chǔ)上，通過正確合理地選擇帶所受的初拉力、帶的單位質(zhì)量、帶的速度、帶的包角、帶與帶輪的摩擦系數(shù)、帶的型號(hào)和帶的根數(shù)7個(gè)參數(shù)，分析了普通V帶傳動(dòng)的最大有效拉力及提高普通V帶傳動(dòng)能力的影響因素。

關(guān)鍵詞：普通V帶 最大有效拉力 帶的傳動(dòng)能力 影響因素

中圖分類號(hào)：TH132.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)是靠V帶的兩側(cè)面與帶輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的，是一種常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置。主要是用來傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速，是機(jī)械傳動(dòng)中比較典型的傳動(dòng)形式之一。與平帶傳動(dòng)比較，由于普通V帶摩擦系數(shù)大，傳動(dòng)的摩擦力大，能傳遞較大的功率。普通V帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊，而且普通V帶是無接頭的傳動(dòng)帶，所以傳動(dòng)較平穩(wěn)，應(yīng)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(dòng)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(dāng)帶傳動(dòng)不工作時(shí)，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(dāng)帶以小帶輪為主動(dòng)輪工作時(shí)，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，F(xiàn)1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，F(xiàn)2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(dòng)中，帶的有效拉力并不是作用在某一點(diǎn)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(dòng)的有效拉力與帶和帶輪整個(gè)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(dāng)帶的初拉力F0一定時(shí)，在帶傳動(dòng)的傳動(dòng)能力范圍內(nèi)，由于有

效圓周力Fe =，當(dāng)帶的速度一定時(shí)，如果帶傳動(dòng)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(gè)極限值，這個(gè)極限值限制了帶傳動(dòng)的傳動(dòng)能力。當(dāng)帶所傳遞的圓周力達(dá)到這個(gè)極限值時(shí)，帶與帶輪間就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)打滑，即發(fā)生打滑，帶傳動(dòng)失效，這時(shí)，帶傳動(dòng)的有效拉力達(dá)到了最大值，即為最大有效拉力Femax。

假設(shè)帶為柔性體，帶傳動(dòng)時(shí)摩擦力達(dá)到極限值，帶在靜摩擦狀態(tài)下無滑動(dòng)，帶工作時(shí)總長度不變[2]。在此假設(shè)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(zhì)量，kg/m；

v為帶的線速度，m/s；

e為自然對(duì)數(shù)的底（e=2.718…）；

f為摩擦系數(shù)（對(duì)于普通V帶，由受力可知，用當(dāng)量摩擦系數(shù)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(dòng)工作能力影響因素

帶傳動(dòng)的最大有效拉力決定了帶傳動(dòng)的工作能力，最大有效拉力越大，帶的傳動(dòng)能力越強(qiáng)。

（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(dòng)的最大有效拉力， 即提高了帶傳動(dòng)的工作能力。但初拉力增大， 一是帶所受的拉力也會(huì)隨之增大；二是增加帶與帶輪的摩擦磨損，使帶結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)力層被破壞， 帶過快松弛，降低了帶的使用壽命而導(dǎo)致帶傳動(dòng)過早失效[3]；三是使帶傳動(dòng)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(yīng)該根據(jù)傳動(dòng)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(dòng)能力。

（2）帶質(zhì)量q的影響。傳動(dòng)帶在工作時(shí)，速度與質(zhì)量產(chǎn)生的離心力會(huì)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(zhì)量越大，在相同的速度下，帶在傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的離心力就會(huì)增大，使帶與帶輪接觸面的摩擦力減小，即減小了帶傳動(dòng)的最大有效拉力，降低了帶的傳動(dòng)能力。因此，對(duì)于帶傳動(dòng)，一般都選用輕質(zhì)帶。普通V帶單位長度的質(zhì)量見表1[4]。

（3）帶速度v 的影響。由P =Fev/1000可知，當(dāng)傳遞的功率一定時(shí)，帶的速度愈大，有效拉力越小，所需帶的根數(shù)越少，帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸越??；帶的速度過大，一是單位時(shí)間內(nèi)帶繞過帶輪的次數(shù)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(chǎn)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(dòng)的最大有效拉力，降低了帶的傳動(dòng)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(fā)揮初拉力的作用以增大傳動(dòng)能力[5]。帶的速度過小會(huì)使帶傳動(dòng)所需的拉力增大，導(dǎo)致普通V帶根數(shù)增多，對(duì)傳動(dòng)不利。所以，在帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)中，規(guī)定帶的傳動(dòng)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(duì)應(yīng)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(dòng)能力越強(qiáng)。所以，帶設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)于水平或近于水平布置的帶傳動(dòng)，應(yīng)將帶的松邊放在上面；二是當(dāng)中心距一定時(shí)，小帶輪的直徑不宜過小，所以國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同型號(hào)的V帶規(guī)定了小帶輪的最小基準(zhǔn)直徑，見表1[4]；三是在帶輪直徑確定的情況下，帶傳動(dòng)的中心距不宜過??；四是設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)時(shí)，帶的傳動(dòng)比不宜過?。晃迨遣捎脧埦o輪進(jìn)行張緊時(shí)，如果把張緊輪放在帶的里側(cè)，則張緊輪放在靠近大帶輪處，如果把張緊輪放在帶的外側(cè)，則張緊輪放在靠近小帶輪處[8]。

（5）摩擦系數(shù)f的影響。帶與帶輪的摩擦系數(shù)越大，摩擦力越大，帶傳動(dòng)的最大有效拉力越大，帶的傳動(dòng)能力越強(qiáng)。由于V帶的摩擦系數(shù)代入的是當(dāng)量摩擦系數(shù)，當(dāng)量摩擦系數(shù)與帶輪槽的楔角有關(guān)。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(dāng)量摩擦系數(shù)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(dòng)能力越強(qiáng)[9]。

（6）帶型號(hào)的影響。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通V帶的型號(hào)有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號(hào)，七種型號(hào)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(dòng)能力越強(qiáng)。但帶的截面尺寸越大，一是帶輪的結(jié)構(gòu)越大，二是帶的質(zhì)量相應(yīng)增大，離心力增大，選擇大型號(hào)普通V帶時(shí)，帶的速度不宜過高。

（7）帶根數(shù)z的影響。對(duì)于普通V帶，選用的根數(shù)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(dòng)能力越強(qiáng)。但帶的根數(shù)越多，一是帶受力越不均勻，二是帶輪的結(jié)構(gòu)越大?？紤]到各根V帶受力的均勻性和帶輪的結(jié)構(gòu)，帶的根數(shù)不宜過多，一般帶的根數(shù)z<10。如果帶的根數(shù)超過10根，重新選擇帶的型號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)[9]。

2 結(jié)語

對(duì)于普通V帶，是靠帶與帶輪槽兩側(cè)面的接觸所產(chǎn)生的摩擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。由于帶與帶輪接觸面的摩擦力即為帶傳動(dòng)的有效拉力，因此，正確合理地選擇普通V帶傳動(dòng)的初拉力、帶的單位長度質(zhì)量、帶的速度、帶的包角、帶與帶輪的摩擦系數(shù)、帶的型號(hào)和帶的根數(shù)等參數(shù)，便可以增大普通V帶傳動(dòng)時(shí)帶和帶輪間的摩擦力，增大普通V帶傳動(dòng)的最大有效拉力，從而提高帶傳動(dòng)的工作能力。

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