《同步带特性探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同步带特性探讨（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、同步带传动特性探讨摘要：介绍同步带的传动技术、特点主要参数，分析了同步带传动的运动特性和 受力，对带传动技术的特点及研究现状进行了综述，探讨使用同步带应注意的问 题，讨论同步带工作寿命和可靠性的措施，并分析了形效应对同步带直线传动移 动误差的影响。关键字：同步带；特性；失效；噪音；应用0引言带传动是重要的机械传动形式之一。具有以下优点：弹性和挠性、可吸收振 动、缓和冲击。传动平稳、噪声小，过载时传动带与带轮间可发生相对滑动，起 到保护作用，适用于中心距较大的场合，结构简单，制造、安装、维护方便。在 机械设备，特别是汽车工业、家用电器和办公机械及各种新型机械装备中普遍使 用1。传动带最初由皮革制
2、造，19世纪中叶为橡胶所取代。/0世纪60年代开始, 陆续由NR、SBR转向CR、PUR。80年代又进一步扩大到采用CSM和HN-BR。 随着工业技术水平的不断提高，以及对机械设备精密化、轻量化、功能化和个性 化的要求不断向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、长寿命、低噪声、 低振动、低成本和紧凑化发展，带传动应用范围越来越广，在许多场合替代了其它 传动形式。其品种规格向多样性发展，由传统的普通包布V带和普通平带发展 出窄V带、宽V带、广角带、联组V带、切边V带、多楔带、同步带、平带等。同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和具有相应齿 的带轮组成。运转时，带的凸齿与带轮齿
3、槽相啮合来传递运动和动力如图一。由 于同步带具有传动平稳，结构简单，传动比恒定，耗能少，传动效率高等特点，近年 来在各国得到广泛应用。据日本有关资料报道，配有顶置式凸轮发动机的轿车， 具有80%的配气结构用同步带代替了链和V带传动;在纺织机械中，过去多采用V 带结构，但随着能量损耗成为主要矛盾后，美、英、德、日等国的纺织机械也逐步 用同步带代替V带，此外，在一些要求精密同步传动的打印机、绘图机、传真机及 各种自动化办公机械上，同步带也得到了广泛的应用。图一同步带传动1同步带传动的特点同步带，也称为同步齿形带，有梯形齿同步带和弧齿同步带2种。梯形齿同步 带的工作面为梯形齿，承载层为玻璃纤维绳芯、
4、钢丝绳等的环形带，外面包覆氯丁 胶或聚氨脂橡胶。弧齿同步带的工作面为弧齿，承载层为玻璃纤维、合成纤维绳 芯的环形带，外面包覆氯丁胶。同步带的横载面为矩形，带面具有等距横向齿,带 轮轮面也制成相应的齿形，工作时靠带齿与轮齿啮合传动。由于带与带轮无相对 滑动,能保持2轮的圆周速度同步。同步带传动具有如下优点：(l)传动比恒定； (2)结构紧凑；(3)由于带薄而轻、抗拉强度高，故带速可达40m/s,传动比可达10, 传递功率可达220kw； (4)效率较高，约为0.98； (5)比齿轮传动、链传动噪声小；（6）清洁，不需润滑，维护简单；（7）带的张紧力小，作用在轴和轴承上压力小。它 的缺点是缺乏象能
5、打滑的皮带所提供的对过载和突然起动的保护性能；带及带轮 价格较高，对制造、安装要求高。带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们的摩擦或啮合，在两轴间传递运 动或动力。根据带传动原理不同，带传动可分为摩擦型和啮合型两大类。前者过 载可以打滑，但传动比不准确,后者可保证同步传动，故称为同步带传动。近年来, 同步带传动在粮食机械中的应用日益增多。2名称型号及参数表一同步带传动与其他传动的性能比较性能同步带 三角带 平皮带 链条 齿轮传动准确，无滑移瞬时速度均匀，同步性好 速比范围大允许线速度高传动匀速安静，噪声小轻便，功率/重量比值大传递功率大效率高初张紧力小轴承压力小突然超载能力大，耐冲击低速时转矩
6、大不需润滑寿命长，磨损小维修简便允许污秽和灰尘耐油安装误差对传动性能影响好好好好好好中好好好好好好好好好好差差差好中好中中差差差好差好中好好差中差差中中好中中中差差好差好好好好差好好好好差差差中中好好差好差中中中好好好好中中中中好好好好中好差好差差好差当同步带弯曲时，在带中保持原长度不变的任意一条周线，称为节线,通常位 于承载层的中线。节线长度为同步带的公称长度。在规定的张紧力下，带的纵截 面上相邻两齿对称中心线的直线距离称为带的节距p,它是同步带传动的一个主 要参数。同步带分单面有齿和双面有齿2种，简称为单面带和双面带。双面带又 按齿排列的不同，有DA型（对称齿形）和DB型（交错齿形）之分，
7、如图二所示。带型即节距代号，有7种,分别为MXL最轻型、XXL超轻型、XL特轻型、L轻 型、H重型、XH特重型、XXH超重型。根据国家标准GB厅11616-1989，同步带的 齿形尺寸包括节距p、齿形角Z、齿根厚、齿高h、带高h、齿根圆角半径r 和齿顶圆角半径r，如图三所示。并规定了同步带的节线长度系列及其极限偏差, 由带长代号表示节线长度，国标也规定了同步带宽度b系列，由带宽代号表示带4失效形式及安装要求同步带传动设计主要是限制单位齿宽的拉力，必要时才校核工作齿面的压力。 同步带传动的主要失效形式：（l）同步带在变应力的长时间作用下,将发生疲劳破 坏（断裂）；（2）带齿的剪切和压溃；（3）同
8、步带两侧边、带齿的过度磨损。一般小带轮均装双边挡圈，或大、小轮的不同侧各装单边挡圈。轴间距a大 于8d,时，两轮均装双边挡圈。轮轴垂直水平面时，两轮均应装双边挡圈；或至少 主动轮装双边挡圈，从动轮下侧装单边挡圈c带轮在安装时，必须注意带轮轴线 的平行度,带轮的安装要求带的预紧力对其传动能力、寿命和轴的压力都有很大 影响。为了得到合适的预紧力，可在带与带轮的切边中点处加一垂直于带边的载 荷，使切边长每100mm挠度为6mm来保证。5同步带使用的问题1）带轮使用寿命及齿形精度对同步带传动有重要影响。超过使用寿命，齿廓形 状变化，带齿与带轮轮齿不能正确啮合，则会造成同步齿形带在短期内失效。2）同步齿
9、形带传动中，为避免同步带从带轮一侧滑脱，带轮必须有挡盘，挡盘 应比带的背面高出1-2mm，并有约为5的倾角。3）带轮的材质、齿面硬度等对传动质量有重要影响。带轮最常见的失效形式 是齿面磨损和点蚀，因此带轮齿面应有足够的耐磨性和接触强度。研究表明，一 般带轮材料可选用中碳钢或中碳合金结构钢，如45钢、40Cr钢、35SMin钢等， 进行正火或调质处理，使齿面硬度为200-260HBS。较高的强度和表面硬度、良好 的韧性，才能满足工程实际需要，因硬度适中，故可在热处理以后精切齿廓。4）当带轮转速大于极限转速时，必须进行动平衡小于极限转速时，只需作静 平衡,经平衡检测后，带轮的残余不平衡量应不大于允
10、许值。5）带轮安装发生偏斜，则带侧面紧压在挡盘上,造成带侧面磨损加剧。因此， 安装时必须注意带轮轴线的平行度，使各带轮的传动中心平面位于同一平面内。6）带过载或预紧力过大时将导致齿距误差超差，从而产生啮合干涉与齿面磨 损，过载时、承载能大为下降。因此，同步齿形带应用中要防止过载，并选择合适 的预紧力。6多边形效应与齿形带直线传动移动误差实际使用中，有许多因素会影响同步带的传动误差。如同步带的材料为弹性 材料,在张力作用下，将产生弹性伸长；同步带轮的偏心转动；同步形带的横向振 动;同步带轮的多边形效应等都会影响到同步带传动的准确性。显然，同步带传动 的综合误差是前述诸因素的综合影响结果，或称之为
11、综合影响效应。研究这种综 合效应是为了能在设计、制造阶段就有意识地控制各种因素的影响，使之综合影 响的结果在允许的误差范围内。而要得到诸因素的综合影响效应，必须首先得到 每种单一因素与同步带传动误差之间的关系。本文首次从几何学的角度研究主动 同步带轮的多边形效应对同步带直线传动移动误差的影响4同步带直线传动机构简图。图中1、2为两相同的同步带轮，移动件3套在 同步带3上并固联形成一封闭环。通过该传动机构，将主动轮1的正逆回转运动 （U）转换为移动件3的往复直线移动（S）。图2a是同步带和同步带轮的结构图， K-K为同步带的节线，同步带轮上半径为RC的圆为节圆。当同步带绕在同步带轮 上后，两者之
12、间的理想接触状态应是同步带的节线K-K与同步带轮的节圆完全吻 合，如图2a所示，这时同步带与同步带轮的接触相当于半径为C的平带传动，同步带的直线移动等于同步带轮节圆上的圆周运动。设同步带轮的转角为H,则同步 带的直线移动位移S 可写成S =R。由于同步带轮上齿槽的存在:当同步带绕在同步带轮上工作时的实际接触情 况如图2b所示。在同步带轮的齿厚部分，同步带的节线与同步带轮的节圆完全吻 合,而在齿槽部分，同步带在张力作用下变成一直线。特别地，称在前种接触状态 下，同步带的运动为圆运动，而在后种接触状态下的运动为弦运动1。所以同步 带轮的转动实际上是由圆运动和弦运动相互交替进行的啮合运动，变化的周期
13、为 同步带或同步带轮的一个节距。在弦运动阶段，同步带的直线移动位移S实际等 于同步带轮在节圆上的齿槽弦长，即S =ab(2)定义S理论与S实际之间的偏差 X=S理-S为同步带直线传动移动误差。并称该现象为同步带传动的多边形效 应。论实际ba图五 步带和同步带轮的理想与实际接触情况图四同步带直线传动机构简图图五同步带直线传动移动误差曲线7同步带跑偏问题由于受自身结构及制造精度等的影响有时出现跑偏和割边，降低了带的使用 寿命。一些粮机厂及应用同步带传动的部门为了纠正带的跑偏,都在积极地探 索纠偏措施，例如，天津理化院采取的自动补偿纠偏法，某粮机厂探索的同步带轮 中间起凸的方法，这些方法在某种程度上
14、对同步带的跑偏都起到了一定的纠正作 用。1992年意大利LAM和OLRO/E型磨粉机都设计并采用齿楔带传动，该机构采 用三轮系传动，见图2,该机构与图1中的四轮系相比结构更加简化，由于楔面的 作用较好地解决了带的跑偏问题，但是同样受到制造及安装精度的影响，例如，在 加工多楔带轮时，楔距的积累误差对带的楔面工作压力影响较大，安装时快辊带 轮楔槽与张紧带轮楔槽的对应一致性随机性很大，对带楔产生较大的滑切力，同 双面圆弧齿同步带相比，带的寿命有所下降。通过对二者的结构及使用情况进行 分析,我们在1999年初推出了 FMHQ型气压磨粉机，该机采用三轮系双面圆弧齿同 步带传动,传动结构同图2相似，磨粉机
15、快辊带轮及张紧带轮用圆弧齿同步带轮 代替多楔带轮，另外在某些关键的细节结构上进行了合理的调整,经过近一年的 应用，没有发现同步带跑偏及割边现象存在,使以往长期困扰人们的同步带跑偏 问题得到了较好的解决。下面就其结构改进与传统方法设计进行具体对比与分析。要求两传动轮轴间的不平行度不大于1/1000,对于象录音机等固定轴传动， 同步带较易满足传动要求，而对于磨粉机来说是非定轴传动，至少有二个轮（慢辊 带轮及张紧带轮）的轴线在工作中受载荷变化等影响在不断地摆动，加上结构需 要，连接副较多，对于磨粉机辊间传动来说,各轴之间1/1000的轮轴平行度要求 往往难以达到，致使带在带轮上跑偏。同步带在带轮上跑
16、偏，人们常采取了一种强制措施，即加设挡圈实际上带 在运转过程中受到一定的侧向力，带在进入带轮的瞬间，致使带的侧边与挡圈弯 角dw处首先接触并形成滑切，尽管实际工作中的接触由理论上的一点接触变为 微小的面接触，但是由于橡胶同步带质地柔软，经过一段时间的运转后，带边逐渐 出现磨毛边，并且由外向里逐渐延伸，大大地降低了带的使用寿命，如表二。图六同步带轮挡圈表二挡圈的尺寸（mm）槽型3M5M8M挡圈最小高度K2.0-2.52.5-3.54.0-5.5R=(dw-d0)/211.52挡圈厚度t1.5-2.01.5-2.01.5-2.5为了使同步带传动在磨粉机中的应用更加合理，对同步带挡圈进行如下结构 改造:挡圈不
