新型式传动带运转减速机的能效周围力运行

1分体式V带传动无级变速器的工作原理

　　众所周知，带传动无级变速器的带长都是固定不变的，若要实现变速，使主、从动带轮的半径相应变化，所以普通V带无级变速器将带轮在轴向上分成两半，通过调节两个半轮之间的距离使带轮工作半径变化。而分体式V带传动无级变速器是将带轮在圆周上分解成几个部分，通过锥轮轴的轴向移动使分体工作在不同的直径处，从而调节带轮半径的连续变化。在实际应用中可采用液压机构或螺旋传力机构调节锥轮轴的轴向移动来实现无级调速。

　　2设计与校核

　　在此，笔者进行了变速比范围为0.6～2.2、传动功率为10kW的分体式V带传动无级变速器设计，设计参数，并采用经典的带传动理论设计方法进行计算。

　　分体式V带传动无级变速器的结构参数设计结果，完成了样机试制，并进行了带传动性能试验，在试验中出现了明显的传动功率不足的现象。按文献的论述：带轮分体会对传动能力产生影响。笔者经过深入的分析，发现在进行分体式V带传动无级变速器的设计过程中使用的公式只适用于带轮为圆形且连续的情况，然而分体式V带传动无级变速器的带轮是分段的，这种带轮只有工作在直径时才是连续的。因此对这种分体带轮进行计算时，一些传统的公式就不再适用了，当使用这些不合适的公式进行设计时，得出的理论结果必然与试验结果难以吻合。

　　2.1传动功率P传动功率

　　P的计算公式为：

　　P=F e v。

　　（1）

　　其中，F e为圆周力，v为带速。如果带式无级变速器能正常工作，带就不能打滑，那么带速计算公式为：

　　v=nd/（60×1000）。（2）

　　其中，输入转速n是恒定的，带轮直径d受带轮分体的影响很小，因为分体的作用就是为了带轮工作在某个直径处。

　　通过式（1）可知，影响传动功率的因素只有F e和v，而上述论述说明带轮分体对v没有影响，因此，只要改变F e就能使P发生变化。

　　2.2圆周力F e由于计算圆周力需要考虑带的离心拉力F c，那么需要先分析离心拉力的计算公式在分体式V带传动无级变速器中是否可用。离心拉力公式推导过程如下。

　　在带与带轮的接触弧上取微段弧长dl的带为分离体，则分离体的离心力dC为：

　　dC=dlqv2r.（3）

　　式中：qDD传动带单位质量，kg/m；rDD带轮半径，m.

　　列力平衡方程，并取sin d 2≈d 2（其中为包角），得：

　　Fc=qv2.（4）

　　通过该推导过程的分析，可知离心拉力与带轮的分体无关。

　　圆周力推导的模型，可见在包角0～范围内，带轮对带的支反力N是一直存在的，然而在新型带传动无级变速器中，由于带轮的分体必然使带在一段距离上存在支反力而在另一段上由于分体间隙使支反力消失。可见，经典的圆周力计算公式在分体式V带传动无级变速器设计中的应用受到了限制。

　　分体式V带传动变速器计算模型，在分体式V带传动无级变速器设计中计算圆周力应对带有支撑部分和无支撑部分进行分段计算。以文章前述的设计为例，取带传动工作的最情况进行推导，即在包角范围内恰好有4个分体，然后再推广到一般情况。下面对带作如下假设：

　　带是弹性体；带符合胡克定律。

　　取一段微元dl长的带来研究，该微段在水平方向和竖直方向的平衡方程为：（F+dF）sin d 2 +Fsin d 2 -dN-dC=0（F+dF）cos d 2 -Fcos d 2 -fdN=0式中：FDD带的内力；fDD摩擦系数。

　　经化简、消项、整理后得：

　　dF F-qv 2 =fd.（5）

　　分体式V带传动无级变速器计算模型按所示，F的取值区间依次为<t，对应的取值区间全部为为每个分体对应的圆心角，依次对式两边积分化简整理可见，带在无分体支撑的区段只受离心力和带内部的拉力，由于离心力相对于带内部的作用力很小，可以忽略不计，那么根据初始的假设在无支撑段，就可以把带近似看成一个只受两个拉力的弹性体，由于二力平衡f 0dd带的初拉力，n；f="" 1dd带的紧边拉力，n；　　笔者把上面的公式进行修正，并把它推广到更一般的情况中，k定义为分体包角系数，它是在包角范围内所有分体对应的圆心角与包角的比值。

　　3圆周力计算结果比较

　　为了验证修正后公式的正确性，针对的设计结果分别采用原公式和修正后的公式进行了圆周力计算（本结构中k为0.62），代入相关参数，可见，用原公式计算的结果为200.32N，而实际圆周力仅为176.54N.这样就圆满地解释了前述问题DD理论设计计算正确而实际传动功率不足，圆周力设计值大约偏大13%.同时也说明了分体式V带传动较普通V带传动圆周力减小，传动能力也相应下降。

　　4结论

　　本文通过分析分体式V带传动无级变速器传动功率不足的问题，从原理上对分体式V带传动无级变速器的设计公式进行了分析，证明了在分体式V带传动无级变速器设计中可用的公式和不可用的公式，并对不可用的公式进行了修正，进一步完善了分体式V带传动无级变速器设计理论，为分体式V带传动无级变速器的广泛应用奠定了基础。