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 |
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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
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