带传动技术现状和发展前景.pdf

文章编号:1004-2539(2002)04-0001-02带传动技术现状和发展前景(机械科学研究院,北京100044)秦书安摘要介绍了我国带传动技术发展基本状况,包括带传动种类、生产情况、与国外的差距、理论研究和标准化以及“十五”期间带传动技术发展前景及主要任务。关键词带传动现状发展任务前言带传动用于传递动力和运动,是机械传动中重要的传动形式,已得到越来越广泛的应用并日益起着更为重要的作用。近年来,特别是在汽车工业、家用电器和办公机械以及各种新型机械装备中使用相当普遍。科学技术的进步,合成材料不断发展并迅速地在带传动上得到使用,伴随制带设备、工艺水平的持续提高,使得带传动的工作能力显著增强。为满足各种用途的需要,品种也不断增加。带传动具有结构简单,传动平稳,价格低廉,不需润滑及可以缓冲吸振等特点。这一切,使带传动在机械传动中占据了重要地位,而且从易损件向传动的功能部件演变,以至在许多场合替代了其它传动形式。1我国带传动技术现状1.1带传动的种类带传动通常根据其传动原理分为摩擦型和啮合型两大类；根据其用途分为一般工业用、汽车用和农业机械用三大类。家用电器和各种办公机械用带传动渐成第四大类。摩擦型带传动包括平带传动、V带传动、多楔带传动以及双面V带传动、圆型带传动等。啮合型带传动即同步带传动。由于机械设备不断向高精度、高速度、大功率、长寿命、低噪声、低成本和紧凑化发展,使近年来的带传动产品在保证一定强度的条件下亦逐步向轻薄方向发展。过去一直在使用方面占绝对优势的普通V带传动出现下降趋势,同步带传动、多楔带传动、窄V带传动和复合平带传动的应用持续增长。如同步带传动用于汽车发动机中正时系统、机床、纺织机械等行业,多楔带传动在汽车发动机辅助设备以及各类机械装备中的应用等,使同步带传动、多楔带传动的应用大幅度增加。此外,近年来对带传动安全性、多样性的要求也日益增多。如难燃带、抗静电带等。除用于传递动力外,由于带的品种增加,带的背面可制成各种输送结构、传递信号、控制开关等,使它更为广泛地应用于各行各业。1.1.1V带传动以骨架材料聚脂化、结构线绳化、胶料氯丁化、带体窄形化、底胶短纤维化为中心,近年来开展了带传动产品的技术改造和产品更新换代。线绳成组成型、胶套硫化和成品切割技术得到了应用。随着国内汽车工业的发展和进口汽车的增加,用以驱动冷却风扇、空气压缩机、交流电机和液压泵等的汽车V带成为重要产品,主要品种由切割V带替代包布V带。洗衣机V带成为新的带传动应用增长领域。1.1.2同步带传动同步带是单面或双面具有等距齿的环形传动带,优点是严格同步无滑差、传动效率高、传动准确、节能效果好、传动速度范围大,兼有带传动、链传动、齿轮传动的特点和长处,发展较快。在汽车、纺织、烟草机械等行业有较大市场,其它方面如粮食食品机械、石化机械、家用电器、办公机械等,亦广泛予以应用。近年来,数控机床中,同步带传动的应用呈显著增长趋势。1.1.3多楔带传动多楔带传动在近几年来得到了显著的发展,其应用随着引进设备以及采用国际先进技术的汽车发动机的增加而迅猛发展。其带体轻薄、传动效率高、运动平稳、曲挠性好,传动比范围大、传动速度高,结构合理、使用寿命长,兼具平带传动和V带传动的特点,因而具有明显的优势,并有着极大的发展前景。机床、汽车发动机辅助设备、各种机械设备尤以各类引进和新设计的设备中应用十分广泛。其生产状况在我国逐渐形成规模,生产设备基本为引进或吸收消化制造,产品质量较好,持续大批量为汽车等多种机械传动装置配套。1.1.4平带传动平带是老产品,过去主要是棉帆布结构。近年来,在纺织机械、精密机床中采用了尼龙片基平带,它以橡胶、PVC、皮革或聚氨脂作覆盖层,用尼龙片基作骨架材料。强度大、伸长小、效率高,比一1第26卷第4期带传动技术现状和发展前景般平带传动节能15%以上。几个主要新型平带生产厂生产率较高,产量大。随着原材料的不断发展,新型平带传动有着非常好的发展前景。1.2生产情况目前我国规模较大的传动带专业生产厂家有100家左右(包括输送用带生产),县级以上有胶带产品的橡胶企业则超过300家,个体近千家。其中多为生产普通V带。至目前,我国同步带、多楔带等特种传动带年生产能力2000万条左右,传动带行业年产值约20亿元,生胶耗量近5万吨。带轮生产,仍然维持使用单位(一般为机械行业)自行加工或外协加工现状。同步带传动、多楔带传动的大量应用,对带轮的行业化生产起了促进作用。大规模的社会化生产和市场商品经济的需求,也使带轮专业化生产面临着新的任务。我国带轮专业生产厂正在逐步增加,但形成规模的仍为数不多,对国内需求未形成专业商品化产品。1.3与国外比较从整体上看,我国带传动技术水平仍比发达国家落后,传动带生产工艺装备除少数引进和吸收消化外,大部分企业生产能力很大,但设备陈旧,管理水平低,职工素质不高,产品质量同发达国家相比,竞争能力明显处于劣势。在保证质量的测试手段方面,20世纪80年代时,日本三星公司一家胶带专业生产公司就有近300台试验设备。相对我国,拥有检测设备的厂家为数不多且一般比较落后,这与我国拥有的生产规模和市场规模很不相称。动力消耗、原材料消耗都很大,半成品质量差,生产环境急待改善,劳动生产率低,产品使用寿命短。如农业机械用V带使用寿命仅100小时,国外一般超过1000小时。汽车V带疲劳寿命差距也较大。此外,原材料不配套、规格品种少等问题,也较大地影响了我国带传动技术的发展。这一切使得我国带传动行业在加入WTO以后必然面临较大冲击。1.4带传动理论研究和标准化从带传动行业学术活动中可以清楚地看到,国内带传动技术的研究自改革开放以来基本可划分为三个阶段:第一阶段为20世纪80年代,大专院校、研究院所、生产和制造企业对带传动技术的研究,涉及人员多,研究范围广,形成蓬勃发展的大好局面,在传动理论、试验设备、制造和应用技术等方面出现大批有价值的研究成果。由于生产、使用发展水平的局限,此阶段技术研究主要集中在V带传动包括一部分平带传动方面。第二阶段为20世纪80年代末期至20世纪90年代初,带传动理论研究人员、单位相对集中,新型、特种带传动同步带传动和多楔带传动的研究形成带传动学术研究的主流。由于新型、特种带的制造设备除需要通用设备外,基本为专业机械装备,除少数企业具备进口能力外,许多企业亟待上马。面对这种需要,试验设备、制造设备的研制较为突出,测长机、疲劳试验机、制带生产线(成型机、硫化罐、脱模机、切割机、磨削机等)、带和带轮刀具、模具等经过几代的改进、更新和相互取长补短,已具备一定水平,为国内传动带和带轮生产作出了贡献。第三阶段为20世纪90年代后期以来,带传动技术研究仍保持在新型、特种带传动方面,在市场经济的环境下,带传动的实用技术研究日益成为热点,而以大专院校、研究院所为主要代表的理论研究则出现后继乏人的局面。近几年理论研究主要在同步带传动方面。同步带传动在梯形齿基础上,单圆弧齿、双圆弧齿、平顶圆弧齿以及抛物线齿等多种曲线齿廓不断出现。其性能研究主要从啮合齿间载荷的分布,带的损坏形式和寿命、同步带的运行误差、运转噪声等方面开展。带齿变形和强度、传动精度、使用寿命的影响因素、同步带和带轮制造技术等研究及同步带传动标准化工作取得了一定成果和进展。这些研究成果对推广同步带传动的应用、延长带的使用寿命、提高传动质量等都取得了一定效果。对于多楔带传动的研究,我国起步较晚,还很不深入。带传动的标准化工作近些年来发展比较稳定,取得了一定成果,到目前为止,已有国家标准和各类行业标准约计79项。已基本形成我国带传动标准化的完整体系,在一定程度上推动和促进了我国带传动技术理论研究、产品生产和使用。但标准化管理归口不统一,标准化技术委员会尚未成立,给带传动标准化工作带来较大不利影响。我国是国际标准化组织ISO/TC41带轮和带的P成员国。依据国家标准化政策,国际标准在我国全部得到采用,并尽可能及时追踪。2带传动行业发展前景和任务我国带传动行业发展前景和主要任务有以下几个方面(1)严格技术管理,加强全面控制。大力采用新材料、新结构,降低消耗、降低成本,把产品的设计和生产建立在更加科学合理的基础上,逐步实现产品的更新换代,争取更多的产品投入国际市场。(2)品种结构仍将向多品种、系列化方向发展。尼龙片基平带、多楔带和同步带等高传动效率、节能型带在传动带中的比例将继续上升,配套用(下转第6页)2机械传动2002年看出,随着速度的增加,微线段齿轮的传动效率有所下降,作者认为,这是由于速度增高时,相应的搅油功率损失也要相应的增大,故引起效率有所下降；而随负载增加其传动效率逐渐增大。5结论台架试验更加证明了微线段齿轮是一种性能优良的齿轮。在相同的工况下,微线段齿轮的传动效率比相应的渐开线齿轮要高2%6%,最高可接近99%,因而具有广阔的应用前景。参考文献1KomoriT,ArigaR,NagataS.Anewgearprofilehavingzerorelativecurva2tureatmanycontactpoints(Logixtoothprofile).In:ProcofinternationalPowerTransmissionandGearingconference.ASME,chicago,1989,22赵韩,梁锦华,刘红雨等.微线段齿廓的形成原理及特性.机械工程学报,1997,33(5)3赵韩,黄康.微线段齿轮的弯曲强度分析.机械强度,2001(3)4赵韩,黄康.微线段齿轮基本齿形参数优化设计.机械设计,2001,18(10)5朱俊平,梁兆兰.一种新的齿轮啮合效率计算方法探讨.机械科学与技术,1996,15(1)6黄康.微线段齿轮的理论与实验研究.博士学位论文,2002(2)7中华人民共和国机械行业标准.JB/T5077-91通用齿轮装置型式试验方法.中华人民共和国机械电子工业部发布,1991收稿日期:20011227收修改稿日期:20020503基金项目:安徽省自然科学基金资助项目(01044104)重庆大学机械传动国家重点实验室访问学者基金资助项目作者简介:黄康(1968-),男,安徽泾县人,博士,副教授(上接第2页)V带主要将是切割式的,保留的包布式V带基本用于维修更换。(3)产品使用寿命。各种传动带产品都应引入动态疲劳试验的检测项目,并使普通V带使用寿命达到2.5万小时；汽车V带寿命与大修寿命相同,即18万公里；农机V带使用寿命达到1000小时以上。(4)传动带的骨架材料继续向聚酯化、轻量化的方向发展。传动带用化学纤维线绳的规格系列将丰富并标准化,V带聚酯线绳将全部国产化,淘汰棉帆布。国内引进或开发线绳生产设备和软件的企业要使产品质量达到国外同类产品水平,质量、规格和数量均完成对传动带生产企业的配套。(5)重视开发具有经济效益规模的窄V带、联组V带、同步带、切边带、多楔带,重视为农业、轻工机械、新兴电子行业配套。充实和扩大规格系列范围,逐步形成我国带和带轮产品的完整系列。(6)加强环保,把三废(粉尘、有害气体和高温作业)治理和环境保护当作技术改造的重要内容。把绿化环境、清洁卫生和文明生产作为工厂建设、产品设计、原料与工艺装备选择的前提。(7)协调有关部门,采取必要措施,打击假冒伪劣产品,扶持品牌企业,使带和带轮产品生产走上健康发展的道路。带传动行业应形成规模化、集团化生产企业,在设计开发、产品生产、市场营销以及服务等各个方面占据主导地位,淘汰水平低、浪费大、污染重,特别是质量差的小规模企业。(8)所有传动带企业都要有符合标准要求的完善的检验手段。汽车用带生产企业配置疲劳寿命试验机和测长机,以保证提高产品质量。加大检测设备研究、开发力度,提高我国带传动检测技术水平。加强协调和宣传,避免技术落后、使用效果差的检测设备的重复生产和使用。(9)带轮加工逐渐形成规模生产,向专业标准化商品方向发展。3结束语带传动在现代机械传动中占据着重要的地位。带传动品种开展和理论研究、带传动检测装置和试验设备、传动带和带轮制造设备和工艺控制技术等等方面,我国与工业发达国家都有相当大的差距。我们应针对带传动行业发展现状,切实解决一些基本和关键问题,使带传动技术真正为满足各行业机械装备对带传动日益增长的需求和提高质量的要求服务。收稿日期:20011126作者简介:秦书安(1960-),男,吉林长春人,高级工程师,中国机械工程学会机械传动分会带传动专业委员会秘书长机械传动杂志2003年起改为双月刊逢双月10日出版全年六期欢迎订阅欢迎赐稿欢迎刊登广告6机械传动2002年ABSTRACTS&KEYWORDSJOURNALOFMECHANICALTRANSMISSIONVol.26.No.4,2002TheEfficiencyComparisonalTestResearchonMicro-segmentsGearandInvoluteGearHuangKang,etal.(3)AbstractTheefficiencycomparisontestofmicro-segmentsgearandinvolutegear,whichhavesamematerial,samebasicparametersandsamemanufacturingmethod,isintroduced,andthetestisthefirstbenchtestformicro-segmentsgear.Thetestresultshow,thatmicro-segmentsnotonlyrunnormally,anditstransmissionefficiencyis2percentto6percenthigherthanthatofinvolutegear.Itprovesthatmi2cro-segmentsgearhasbetterproperties.Keywords:Micro-segmentsgearEfficientTestresearchTheResearchofIntelligentCADSystemforPlanarDouble-en2velopingWorm-gearReducerLuoTianhong,etal.(7)AbstractInthispaper,anintelligentCAD(ICAD)systemplanardou2ble-envelopingworm-gearreducer,isdeveloped,inwhichexpertsys2temofproject,calculation,processanddesignareintegrated.Structuremodelandfunctionmodelofthesystemarediscussed.Anexampleisgiventoilluminatethesystem.Keywords:IntelligentCADExpertsystemCollaborativedesignWorm-gearreducerTheResearchofNon-sinusoidalOscillationofMoldWangZhigang,etal.(10)AbstractInthispaper,anon-sinusoidaloscillationinstallingofmoldwhichisdrivenbyellipticgearswasintroduced.Butitsanalyticstationistoocomplextoanalyzetheprocessingparameters.Amethodispresentedtosolvethisproblem.TheapproximateFourierseriesexpres2sionofnon-sinusoidaloscillationisgotusingnumericanalysistech2nique.Itprovidesfacilityfordesignofnon-sinusoidaloscillationin2stallingofmold.Keywords:MoldNon-sinusoidaloscillationFourierseriesEllipticgeardriveAnHomologyContinuationAlgorithmBasedonHomologyPertur2bationanditsApplicationtoMechanismSynthesisZenJingliang,etal.(12)AbstractBasedontheideaofhomologyperturbation,animprovedhomologycontinuationalgorithmwasproposedbyimprovedcalculatingformulaofpre-guesstimateemendation.Theimprovementcanavoidthephenomenonofresolutionomissionofpresenthomologycontinuationmethodinsolvingdeficientpolynomialsystemanditscalculatingeffi2ciencyishigher.Thehomologycontinuationmethodwiththeimprovedalgorithmforpath-trackinghasbeenusedinsolvingthemechanismproblemssuccessfully.Keywords:HomologycontinuationalgorithmPerturbationtheoryHomologypath-trackingKinematicanalysisandsynthesisofmecha2nismsStudyontheVelocityRatioFunctionoftheEccentricGearsGaoHong,etal.(15)AbstractInaccordancewithWillistheoremandthenatureofinvo2lute,thequestionaboutthevelocityratiofunctionoftheeccentricgearswastransformedintotheratiobetweenthedistancesfromthemovablepitchpointtothetwogearcenters,andthenthedifferentialequationaboutthevelocityratiofunctionoftheeccentricgearswasderived.Keywords:EccentricgearMovablePathofContactMovablepitchpointChangeablevelocityratioAnalysisofOpenOperationSpeedofNew-StyledActuatorCuiYanbin(17)AbstractBymeansofthedynamicsanalysisoftheopenoperationprocessofnew-styledactuator,thepaperpresentsanewcomputingmethodfortheopenoperationspeedofactuator,asprovidestheoreticalfoundationforproductdesign.Keywords:ActuatorSpeedDynamicsTheStudyoftheEllipticRotatorPumpZhangJun(19)AbstractThestructureandtheworkingprincipleoftheellipticrotatorPumparegiven.Theflowcharacteristicsandthehydraulicforcesofthepumpareanalyzed.Theresultsshowsthatthiskindofpumphaslargerdisplacementandzeroengageforce.Itcanbeusedininfusingcorrosiveliquid.Keywords:TheellipticrotatorpumpWorkingprincipleFlowcharacteristicsGearMeshStiffnessBasedonConerContactTangJinyuan,e