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一、 同步带传动
    同步带传动早在1900年已有人研究并多次提出专利,但其实用化却是在二次世界大战以后。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件,随着二次大战后工业的发展而得到重视,于1940年由美国尤尼罗尔(Unirayal)橡胶公司首先加以开发。1946年辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上,取得显著效益,并被逐渐引用到其他机械传动上。同步带传动的开发和应用,至今仅60余年,但在各方面已取得迅速进展。
   (一)分类
    1.按用途分
    (1) 一般工业用同步带传动 即梯形齿同步带传动(图6-1)。它主要用于中、小功率的同步带传动,如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带传动。
(2) 高转矩同步带传动 又称HTD带(High Torque Drive)或STPD带传动(Super Torque Positive Drive)。由于其齿形呈圆弧状(图6-2),在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中,如运输机械(飞机、汽车)、石油机械和机床、发电机等的传动。

同步带传动
 
图6-1 同步带传动
(3) 特种规格同步带传动 这是根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传动,如工业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。
    (4) 特殊用途的同步带传动 即为适应特殊工作环境制造的同步带。
    2. 按规格制度分
    (1) 模数制  同步带主要参数是模数m(与齿轮相同),根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。在60年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国,后随国际交流的需要,各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。
梯形齿同步带传动 高转矩同步带传动

图6-2 同步带截面形状
Pb—节距    ht—齿厚   hs—带厚

 

(2) 节距制  即同步带的主要参数是带齿节距,按节距大小不同,相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。
    由于节距制来源于英、美,其计量单位为英制或经换算的公制单位。
    (3) DIN米制节距  DIN米制节距是德国同步带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距,但标准节距数值不同于ISO节距制,计量单位为公制。在我国,由于德国进口设备较多,故DIN米制节距同步带在我国也有应用。
随着人们对齿形应力分布的解析,开发出了传递功率更大的圆弧齿同步带(图6-3b),紧接着人们根据渐开线的展成运动,又开发出了与渐开线相近似的多圆弧齿形,使带齿和带轮能更好的啮合(图6-3c),使得同步带传动啮合性能和传动性能得到进一步优化,且传动变得更平稳、同步带精确、噪音更小。三种齿形传递能力、噪音水平、打滑扭矩的比较如图6-4。

 

 

梯形齿同步带传动

 

圆弧齿同步带传动

 

近似渐开线齿同步带传动
a—梯形齿同步带 b—圆弧齿同步带 c—近似渐开线齿

图6-3 同步带齿形的变迁

三种齿形同步带传动比较
 
图6-4 三种齿形比较
 
(二) 同步带传动的优缺点
1.工作时无滑动,有准确的传动比
同步带传动是一种啮合传动,虽然同步带是弹性体,但由于其中承受负载的承载绳具
有在拉力作用下不伸长的特性,故能保持带节距不变,使带与轮齿槽能正确啮合,实现无滑差的同步传动,获得精确的传动比。
    2.传动效率高,节能效果好
    由于同步带作无滑动的同步传动,故有较高的传动效率,一般可达0.98。它与三角带传动相比,有明显的节能效果。
    3.传动比范围大,结构紧凑
    同步带传动的传动比一般可达到l0左右,而且在大传动比情况下,其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动,其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多,此外由于同步带不需要大的张紧力,使带轮轴和轴承的尺寸都可减小。所以与三角带传动相比,在同样的传动比下,同步带传动具有较紧凑的结构。
    4.维护保养方便,运转费用低
    由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成,故在运转过程中带伸长很小,不需要像三角带、链传动等需经常调整张紧力。此外,同步带在运转中也不需要任何润滑,所以维护保养很方便,运转费用比三角带、链、齿轮要低得多。
    5.恶劣环境条件下仍能正常工作
尽管同步带传动与其它传动相比有以上优点,但它对安装时的中心距要求等方面极其严格,同时制造工艺复杂、制造成本高。
 (三) 同步带的结构和尺寸规格
1.同步带结构
如图6-5所示,同步带一般由承载绳、带齿、带背和包布层组成。
    工业用同步带带轮及截面形状如图6-6、图6-7所示。
 
同步带传动结构
图6-5 同步带结构
1—带背  2—承载绳  3—带齿  4—包布带
 
 
常用同步带轮结构
图6-6 常用同步带轮结构
 
 

 

RPP同步带传动
a)RPP同步带

 

梯形齿同步带传动
b)梯形齿同步带

 

圆弧齿同步带传动
c)圆弧齿同步带

 

梯形齿双面同步带传动
d)梯形齿双面同步带

 

圆弧齿双面同步带传动
e)圆弧齿双面同步带

 

交错双面齿同步带传动
f)交错双面齿同步带

 

图6-7 常用同步带结构

    2.同步带规格型号
    根据国标GB/T11616-1989、GB/T11362-1989,我国同步带型号及标记方法分别如表6-1和图6-8所示。
    (四)同步带的设计计算
    1.失效形式和计算准则
     同步带传动主要失效形式有:
(1) 承载绳断裂  原因是带型号过小和小带轮直径过小等。

6-1 同步带型号 

 

     
名 称
     
mm
in
MXL(Minima Extra Light)
XXL(Extra Extra Light)
XL(Extra Light)
L(Light)
H(Heavy)
XH(Extra Heavy)
XXH(Double Extra Heavy)
最轻型
超轻型
特轻型
轻 型
重 型
特重型
最重型
2.032
3.175
5.080
9.525
12.700
22.225
31.750
0.08
0.125(1/8)
0.200(1/4)
0.375(3/8)
0.5(1/2)
0.875(7/8)
1.25

 

同步带传动
(a)                                                    (b)
图6-8 同步带标记举例
(a) 单面齿同步带标记      (b) 双面齿同步带标记
(2) 爬齿和跳齿  原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。
    (3) 带齿的磨损  原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。
    (4) 其他失效方式  带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。
    在正常的工作条件下,同步带传动的设计准则是在不打滑的条件下,保证同步带的抗拉强度。在灰尘杂质较多的条件下,则应保证带齿的一定耐磨性。
    2.同步带传动的设计计算步骤
    设计同步带传动的已知条件为:
Pm 需要传递的名义功率;
n1、n2 主从动轮的转速或传动比;
传动部件的用途、工作环境和安装位置等。
根据以上条件,按以下步骤进行设计计算,详细设计过程请参照相关手册。
(1) 确定带的设计功率;
(2) 选择带型和节距;
(3) 确定带轮齿数和节圆直径;
(4) 确定同步带的节线长度、齿数及传动中心距;
(5) 校验同步带和小带轮的啮合齿数;
(6) 确定实际所需同步带宽度;
(7) 带的工作能力验算。
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