同步帶的設(shè)計(jì)及典型計(jì)算

同步帶的設(shè)計(jì)及典型計(jì)算同步帶設(shè)計(jì)一、同步帶概述1.1.1同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖4-1）時(shí)，傳動比準(zhǔn)確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20?—80?,v<50m/s,P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。圖4-1同步帶傳統(tǒng)同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動時(shí)，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機(jī)械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴(kuò)展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨(dú)立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。同步帶的特點(diǎn)(1)、傳動準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動，具有恒定的傳動比;(2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低;(3)、傳動效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯;(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護(hù)費(fèi)用低;(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10,線速度可達(dá)50m/s,具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦;(6)、可用于長距離傳動，中心距可達(dá)10m以上。同步帶傳動的主要失效形式在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種:(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當(dāng)選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進(jìn)入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應(yīng)力作用，也會產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖4-2)。圖4-2同步帶承載繩斷裂損壞(2)、同步帶的爬齒和跳齒根據(jù)對帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施:1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力。2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。3、適當(dāng)增大帶安裝時(shí)的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。(3)、帶齒的剪切破壞帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落(見圖4-3)。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè):1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進(jìn)入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。3、同步帶的基體材料強(qiáng)度差。為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合;其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。圖4-3帶齒的剪切破壞(4)、帶齒的磨損帶齒的磨損(見圖4-4)包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力;在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削;此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。圖4-4帶齒磨損（5）、同步帶帶背的龜裂（圖4—5）同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)在帶背會產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)生龜裂的原因如下，1、帶基體材料的老化所引起;2、帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。圖4-5同步帶帶背龜裂防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。同步帶傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則據(jù)對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機(jī)械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴(yán)格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種;（1）同步帶的承載繩疲勞拉斷;（2同步帶的打滑和跳齒;（3）同步帶帶齒的磨損。因此，同步帶傳動的設(shè)計(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。同步帶分類同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒（H系列又稱HTD帶）、平頂圓弧齒（S系列又稱為STPD帶）和凹頂拋物線齒（R系列）。梯形齒同步帶梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA）和交錯齒型（代號DB〕。梯形齒同步帶有兩種尺寸制:節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO5296制訂了同步帶傳動相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T11361,11362-1989和GB/T11616-1989?；↓X同步帶弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉?；↓X同步帶耐磨性能好，工作時(shí)噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。1.2同步帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算.電機(jī)額定輸出功率估算P=Tw=4.8?0.1?0.067=7.16W2、確定計(jì)算功率電動機(jī)每天使用24小時(shí)左右，查表4-1得到工作情況系數(shù)KA=1.7。則計(jì)算功率為:Pca=KAP=7.16?1.7=12.17W3、小帶輪轉(zhuǎn)速計(jì)算n=v/r=0.1?0.067?60=8.96r/min4、選定同步帶帶型和節(jié)距由同步帶選型圖4.1可以看出，由于在這次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都比較小，所以帶的型號可以任意選取，現(xiàn)在選取H型帶，節(jié)距Pb=12.7mm表4-1工作情況系數(shù)看KA圖4.1同步帶選型圖5、選取主動輪齒數(shù)z1查表4-2知道小帶輪最小齒數(shù)為14，現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為41。6小帶輪節(jié)圓直徑確定di=z1Pb=41?12.73.14n=165.82mm表4-2小帶輪最小齒數(shù)表7、大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定由于系統(tǒng)傳動比為1:1，所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù)z2=29,節(jié)距Pb=12.7mm8、帶速v的確定v=ndn60?1000=3.14?117.29?8.9660?1000=0.1m/s?vmax9、初定周間間距根據(jù)公式0.7(d1+d2)?a0?2(d1+d2)得232mm?a0?663mm現(xiàn)在選取軸間間距為600mm。10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定L0=2a0+n2(d1+d2)=2?600+3.14?(165.82+165.82)/2=1720.67mm11、帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算有在本次設(shè)計(jì)中傳動比為一，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即zm=20。12、基本額定功率P0的計(jì)算P0=(Ta-mv)v10002查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道Ta=2100.85N，m=0.448kg/m。所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為P0=(2100.85-0.448?0.1)0.110002=0.21KW表4-3基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量13、計(jì)算作用在軸上力FrFr=1000Pdv=71.6N1.3同步帶的主要參數(shù)1、同步帶的節(jié)線長度同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)傳動的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)(見表4-4)。表4-4帶節(jié)線長度表2、帶的節(jié)距Pb如圖4-2所示，同步帶相鄰兩齒對應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)（在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表4-5。3、帶的齒根寬度一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳送較大的裁荷。圖4-2帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸表4-5梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸4、帶的齒根圓角帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。5、帶齒齒頂圓角半徑八帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。6、齒形角梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。4.3.2同步帶的設(shè)計(jì)在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4-6。帶的圖形如圖4-3。表4-6同步帶尺寸圖4-3同步帶1.4同步帶輪的設(shè)計(jì)同步帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入