V带选型要点（选型概要）

V型带一种用于传递旋转动力的机械构件，2根旋转轴上分别安装V型带皮带轮 ，用V型带将两根轴连接起来，利用V型带惰轮产生的张力在轴间传递旋转运动。

结构、用途、使用案例

结构

如图1所示，使用外观呈圆形的V型带连接2个V型带皮带轮，利用V型带惰轮对V型带施加张力以传递动力。

图1.V型带的结构

种类与特征

如表1所示，传递旋转力的机械构件有多种，而V型带的特征在于转速高、芯距大、成本低。

利用V型带传递动力时，V型带卡入V型带皮带轮的凹槽中，张力随之增大，从而能够利用较细的带状形状传递动力。

表1.传递旋转力的机械构件种类与特征

V型带

同步皮带

链条

平皮带

齿轮

结构

角度传动

不可

可能（中精度）

可能（低精度）

不可

可能（高精度）

传动

中扭矩

中扭矩

大扭矩

低扭矩

大扭矩

转速（声音）

高速（低）

中速（大）

低速（大）

高速（低）

高速（大）

润滑

不需要

不需要

必要

不需要

必要

芯距

大

大

大

大

小

尺寸

大型

中型

小型

大型

小型

成本

低

中

低

低

昂贵

使用案例

使用V型带传递旋转动力的案例如图2所示。

图2.使用V型带驱动从动轴的案例

使用2根皮带，并利用主动轴驱动2根从动轴。虽然图中没有使用调节皮带张力的V型带惰轮，但可以通过改变从动轴（第2）的安装位置来调节张力。这些产品主要多用于车辆和旋转机器（电机）等。

选型要点

选型要点有以下3点。

根据传动功率、位置形状等选择V型带。

选择V型带时，确定选择项目的规格非常重要。选型项目和选型要点如以下表2所示。

表2.V型带选型项目与要点

选型项目

选型要点

形状

寿命

· V型带的特征在于其截面形状和长度方向的形状，根据寿命和传动功率来选择“型号”、“尺寸”、“长度方向的形状”。

· 长度方向的形状包括普通的“扁平”、长寿命的“梯形”和“波浪形”等。

截面

动力

· 传动功率由作为V型带型号的尺寸和横截面梯形尺寸决定。

· 在进行皮带截面尺寸的选择时，需要考虑传动功率的变动。当变动较大时，请使用大尺寸的V型带。

使用根数

动力

· 根据V型带的使用根数决定传动功率。

长度

距离

· 皮带长度由两个皮带轮的直径和芯间距离的几何条件所决定。

强度

动力

· 至于截面形状，在制造商型号中，“芯线”、“橡胶带芯”和“包布”的形状所决定。

材质

环境

· 根据温度、耐油性、耐水性、振动等使用环境选择材质。

速度

使用

· V型带速度由驱动轴的转速和驱动V型带的带轮直径决定。由于V型带存在最大速度限制，所以根据需要该速度来判断是否能够进行V型带传动。

V型带皮带轮的选型

V型带的皮带轮是决定V型带寿命的重要部件。此外，当利用V型带传动时，皮带轮是决定皮带长度和速比等的关键要点。选型项目和选型要点如下表所示。

表3.V型带皮带轮的选型项目与要点

选型项目

选型要点

V型带皮带轮直径

皮带长度

· 皮带长度由两个皮带轮的直径和芯间距离的几何条件所决定。

速比

· 速比是以从动轴的V型带皮带轮直径除以主动轴直径所计算出的数值。

最小直径

· 传动功率由作为V型带型号的尺寸和横截面梯形尺寸决定。

· 在进行皮带截面尺寸的选择时，需要考虑传动功率的变动。当变动较大时，请使用大尺寸的V型带。

动力

· 传动功率由作为V型带型号的尺寸和横截面梯形尺寸决定。

· 在进行皮带截面尺寸的选择时，需要考虑传动功率的变动。当变动较大时，请使用大尺寸的V型带。

V型带惰轮的选型和安装方法

利用V型带传动需要V型带具有张力，而要产生张力就需要使用V型带惰轮。

惰轮的规格因传动部件和使用场所而异。其选型要点如下表所示。

表4.V型带惰轮的选型项目与要点

选型项目

选型要点

惰轮

外形形状

· 由于传动部件需要进行张力调整，因此惰轮是必不可少的部件。

张力调整结构

· 图3中显示了利用惰轮施加张力的方法。

安装位置

· 惰轮用于张力的张紧侧。

图3.V型带惰轮的张力调整机构图

旋转动力的传动

利用V型带进行的传动是通过张力的移动而实现的。这可以通过V型带缠绕在主动皮带轮上时，在接触点产生的张力来解释。下面利用图4，对这一传动过程进行讲解。

图4.利用V型带传动进行的动力传递与皮带张力

功是以力乘以移动距离所计算出的数字表示，旋转功率是以功除以力移动所需的时间（t）所计算出的数字表示。

因此，因张紧侧的张力T1而产生的功率为T1×s/t，因松弛侧的张力T2而产生的功率为-T2×s/t。之所以这两者的符号相反，是因为皮带上的张力方向是相反的。因此，传动功率为（T1-T2）× s/t。

使用V型带进行动力传动，必须满足如下2点

①V型带上应产生张力

②V型带主动轮两端承受的张力应不同

因此，用于动力传动的V型带需要张紧。

皮带的张力

皮带传动的关键点，就在于张力。关于张力的力学计算*1方法总结如下。为了简化计算方法，仅以平皮带作为计算对象。

如图4所示，传递动力的扭矩是以张紧侧张力减去松弛侧张力后计算出的数值，而根据参考资料，两种张力都应用如下符号表示。

Te：有效张力

Tt：张紧侧张力

Ts：松弛侧张力

Te=Tt-Ts-------①

接下来，评估缠绕在V带皮带轮上的皮带的张力平衡。关于这一力平衡状况，假定满足如下条件。

·     皮带轮与皮带的摩擦力恒定。

·     与皮带轮接触的皮带，其张力朝向张紧侧逐渐增大。

图5中是显示皮带和皮带轮之间的力平衡状态的模型图。

图5.平皮带与皮带轮之间的力平衡模型图

Ts：有效张力

Tt：张紧侧张力

Te：松弛侧张力

T：松弛侧张力

T+dT：皮带上张紧侧张力

Θ：皮带上的角度

Θ0：皮带上的缠绕角度

dΘ：皮带上的微小角度

ω：皮带轮转动的角速度

d：皮带轮直径

Nc：来自于皮带轮的反作用力

由于皮带的离心力而在半径方向上产生的向外的力为

Nc=m × ds × (d/s) × ω2＝2 × m × v2 × ds/d=mv2dΘ--------②

因此，半径方向上的力平衡为

N=2T × sin(dΘ/2)＋dT × sin(dΘ/2)-mv2 × dΘ-------③

在此，由于dΘ极小，所以sin(dΘ/2)=dΘ/2， dT × sin(dΘ/2)=0、③式为

N=(T-m × v2)dΘ--------④

将摩擦力考虑在内，圆周方向上的力平衡为

T × cos(dΘ/2)+F=(T+dT) × cos(dΘ/2)--------⑤

设皮带与皮带轮之间的摩擦力为µ，则摩擦力F可通过F=µN计算得出，由于dΘ极小，所以cos(dΘ/2)=1。因此，⑤式变为

µN=dT---------⑥

将该式代入④，则

µdΘ＝dT/(T-mv2)--------⑦

以接触角Θ对⑦式进行积分，则

可以得到

(Tt-mv2)/(Ts-mv2)＝eµΘ0--------⑧

该公式称为欧拉公式，是皮带传动的基础公式。⑧式可变形为

Ts=(Tt-mv2)e-µΘ0+mv2--------⑨

将⑨式代入①式中，则有效张力Te为：

Te=(Tt-mv2)(eµΘ0-1)/eµΘ0)---------⑩

从该式中可以判断出，有效张力Te会受到摩擦系数µ、接触角Θ0、以及皮带离心力mv2的影响。如果皮带速度增加，且离心力与张紧张力相同，则有效张力变为零。在这种情况下将无法传递动力，所以在使用皮带传递动力时，皮带的速度受到限制。

注释

*1摘自日本机械学会《机械要素设计（JSME教材系列）》P127 皮带张力

关联类别

Ø  V型带皮带轮、惰轮