带传动技术研究与展望 于兴芝 苏静 机械研究与应用-2008年4期.pdf

第 2 1 卷第 4 期 2 0 0 8年 8月 机械研究与应用 ME C HANI C AL RE S E AR CH AP P UC A1 1 ON V0 l 2 1 No 4 2 0 o 8 8 带传动技术研究与展望 于兴芝 苏静 河南工业职业技术学院 河南 南阳4 7 3 0 0 9 摘要 对带传动技术的种类 特点及研究现状进行了综述 介绍了几种新型带的传动技术 探讨使用同步带应注意 的问题 提出带传动技术的重点研究方向 关键词 摩擦带传动 啮合带传动 新型摩擦带 技术研究 中图分类号 T H 2 2 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 r 7 4 4 1 4 2 0 0 8 0 4 0 0 1 7 一 o 4 Re s e a r c h a nd pr o s pe c t s o f be l t dr i v e t e c hn ol o g y Y u Xi n g z h i S u J i n g H e n a n p 0 i n s t i t u t e N a n y a n g H e n a n 4 7 3 0 0 9 C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r t h e t y p e o f b e l t d r i v e t e c h n o l o g y the c h a x l z c t e r i s t i c s a n d the c u r r e n t s i t u a t i o n a l e s z mmo r l z e d and 8 e v e z al n e w bel t d r i v e t e c h n o l o g i e s a r e a l s o i n t r o d u c e d T h e n the a t t e n ti o n n o t es i n u s i n g t h e l o c k i n g b a n d a r e d i s c u s s e d thu s the k e y r e s e a r c h dir e c ti o n o f be l t t r a n s mi s s i o n t e c hn o l o g y i s the n p r o p o d Ke y wo r d s f ti o n t a p e t n ms ml s s i o n me s h i 丑 g b e l t t mn s ml s s i o n n e w f z i c t i o a t a pe t e c h n i c a l r e s e a r c h 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 传动带最初由皮革制造 1 9世纪中叶为橡胶所 取代 2 0世 纪 6 O年代开始 陆续 由 N R S B R转 向 C R P U R 8 0年代又进一步扩大到采用 C S M 和 H N B R 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 1 现有摩擦带传动技术种类及特点 摩擦带传动包括平带传动 V带传动 多楔带传 动及双面 V带 圆型带传动等 1 1 平带传动 平带是传动带最老的一个品种 约有 1 0 0余年的 历史 平带传动中带的截面形状为矩形 工作时带的 内面是工作面 与圆柱形带轮工作面接触 属于平面 摩擦传动 如图1 所示 平带传动以结构简单 传动方便 不受距离限制 容易调节更换等特点 在各种机械中得到普遍采用 近年来 在纺织机械 精密机床中采用了尼龙片基平 带 以橡胶 P V C 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 比一般平带 传动节能 1 5 以上 平带宽度 一般为 1 6 6 0 0 m m 长度可 达 1 0 0 2 0 0 m 带中最常见的是帆布带 分为包层式 叠层式 和叠包式三种 叠层带为包层带 又称圆边带 的改 进产品 带体柔软 富有弹性 耐屈性好 适 于在小带 轮和2 0 m s 以上的快速传动装置使用 而叠包带介 于两者之间 用于边部易受磨损的传动 豳豳豳 图 1 平带 图2 三角带 1 2三 角带传 动 三角带传动又称 V带传动 带的截面形状为等 腰梯形 如图2所示 工作时带的两侧面是工作面 与带轮的环槽侧面接触 属于楔面摩擦传动 在相同 的带张紧程度下 V带传动的摩擦力比平带传动约大 7 0 其承载能力也比平带传动高 在一般的机械传 动中 V带传动现已取代了平带传动 成为常用的带 传动装置 是传动带中产量最大 品种最多 用途最广 收稿 日期 2 0 0 8 0 4 1 4 作者简介 于兴芝 1 9 5 6 一 女 河北故城人 副教授 主要从事机械设计教学与理论研究方面的工作 1 7 维普资讯 V0 l 2l No 4 20 o 8 8 机械研究与应用 MECHANI CAL RES EARCH APPL I CATI ON 第 2 l 卷第 4期 2 0 0 8年 8月 的一种产品 自从 1 9 1 7年首次由美 国制成汽车风扇 带 2 0年代初开始推广之后 半个多世纪以来久用不 衰 发展十分迅速 从 2 0 世纪 6 0 年代开始 为提高 传动带的耐久性 又出现了切边式 V型带 这种切 边 V型带 由于胶带结构侧面没有包布 带体十分柔 软 耐屈挠疲劳性能非常好 因而得到迅速发展 1 2 1 窄型和宽型三角带传动 窄型 V带是美国盖茨公司 2 0世纪 5 0年代开发 的一种全新系列高马力 V带品种 由于结构合理 强 力层线绳受力均匀 传动功率大 传动结构紧凑等 很 快就取代普通 V带 作为 V带的主要产品 普通三 角带的宽高 比为 1 1 5 1 6 而窄型和宽型的三角 带分别为 1 1 2和 1 2 窄型 V带 的结构尺寸 比普 通 V带可以减少约 5 0 能节省大量原材料 同时强 力均匀 有效接触面积大 弯曲应力小 允许挠曲次数 高 可延长使用寿命 目前 3 种窄型 V带可代替 6 种标准带 传递功率 1 1 2 0 0 k W 3 V 5 V 8 V比标准 带高 0 5 1 1 5 倍 适用于大功率 要求结构紧凑的 传动 其传动效率可达 9 0 一 9 7 适于短距离 小 带轮于变速传动 故又称之为变速带 其特点是在带 的上下表面 大多制成单面或双面的弧形或齿形状 态 使之易于调速 主要用于低速圆锥式和圆盘式无 级变速器中 1 2 2 小楔角和大楔角三角带传动 它同普通三角带的主要区别是 楔角由4 0 改为 3 0 和6 0 左右 小楔角 V带能使接触面减小 降低 所需张力 可延长使用寿命 适于设备的小张力传动 大楔角三角带采用纶绳作强力层 其基体为聚氨脂橡 胶浇注而成 大楔 角 V带为上半部呈矩形 下半部 呈倒梯形的六角带 能使摩擦损失减小 承载能力增 大 带体柔软 适于轻小型设备的高速传动 1 2 3 活络三角带 活络带由多个小段以金属螺钉连结而成 冲孔 带在带体纵向冲有许 多等距的透孑 L 用以连接接头 这种 V带都是可以接头 的三角带 可根据需要 长度 随意 自由接头定长 它弥补了普通三角带无接头 只 能按规定长度使用的限制 另外 使用中当三角带体 出现局部损坏后 可更换损坏部位继续使用 同时 还 具有可 自由调节长度的优点 但因强度较低 只能用 于低速传动 又由于存在精确度低 传动效率差等问 题 近年来使用 日趋减少 1 2 4 汽车 V带 1 9 1 1 年美 国人盖 茨发 明的 V带最 早用 于汽 车 以 驱动冷却风扇 2 0世纪7 0年代 切边 V带慢慢替代 包布式 V带 到 2 0世纪 8 0年代完全被切边 V带 和 多楔带取代 我国最早是 1 9 4 5年由上海 民业橡胶厂 1 8 为进口汽车配件而生产 2 0世纪 5 0年代 国营上海 化工厂按原苏联标准为我国第一辆解放牌汽车配套 2 0世纪 8 0年代 中期 我国一些汽车及拖拉机 V带和 气泵带的专业生产厂家与南京玻璃纤维研究院合作 成功研制了玻纤帘线强力层风扇带和气泵带 并投入 批量生产 玻纤风扇带和气泵带断裂强力高 断裂伸 长率小 传输功率大 使用寿命长 正常情况下可行 驶 4 5万 k m 1 2 5 农机 V带 指专用于农业作业 园艺等设备用传动带 其品 种规格几乎包括所有的 V带品种和少量 的平 带及异 形带等 其中最主要的联合收割机主传动无极变速器 用变速 V带 无极变速带 其特点是工作环境恶劣 日晒雨淋 泥沙粉尘和油污等 低速高负荷 高冲 击 极度拉伸 曲挠和大打滑生热 因此形成独立 的标 准体系 1 3 多楔带传动 多楔带传动在平带的基体下做出许多纵向楔 带 轮也有相应的环形轮槽 其工作面为楔的侧面 具有 极高的灵活性 柔性 运动平稳 摩擦力大 传递功率 大 张紧力小 传动比范围大 传动速度高 结构合理 使用寿命长 兼有平型带和三角带 的优点而弥补其不 足 适用于要求结构紧凑 传动功率较大场合 特别 适合要求三角带根数多 垂直地面的平行轴传动 但 对多楔带与轮槽 间距均匀性要求较高 否则会产生有 些楔面不接触或接触不良其楔面摩擦效应大大减弱 多楔带传动如图 3所示 2 0 世纪8 0年代以来 为解决三角带多根成组传 动时因产生不一样长而带来的传动效率和使用寿命 下降等问题 在多根三角带的上底用一层薄的橡胶联 接起来 习惯称之为联组三角带的 V型平带 具有极 大的优越性 因而又出现 V型平带取代包布式 和切 边式三角带的现象 这种三角带与平带结合的胶带 虽然对带轮沟槽有特殊的要求 然而 由于带体很薄 与带轮的接触面积大 弯曲性好 带轮缩小 使传动装 置进一步小型化 节能化 可补偿槽距误差 弥补了多 楔带的缺点 在世界发达国家的生产量急剧增长 目前 多楔带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 4 圆型带传动 圆型带传动中带的截面形状为圆形 圆型带有圆 皮带 圆绳带 圆锦纶带等 可 自由弯 曲驱动 其传动 能力小 主要用于t J 3 0 m s 轴转速 凡 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 r rai n 的带传动属于高速带传动 传动要求运转平稳 传动 可靠并具有一定的寿命 高速带常采用质量轻 薄而 均匀 挠 曲性好的环形平带 过去多用丝织带和麻织 带 近年来国内外普遍采用锦纶编织带 薄型锦纶片 复合平带等 图3 多楔带 图4 圆带 2 几种新型摩擦带 1 为增大拉力 研制出图5所示的一种新型 V 带 Z L 0 2 2 2 1 6 3 L 6 它是现有橡胶 V带的升级换代 产品 由若干块带梯形槽的钢片沿 V带长度方向重 叠成环形 所有梯形槽分布在 V带的外缘而构成 V 带外缘的环形槽 环形槽 内有多匝钢丝绳 橡胶带及 钢丝绳将重叠的钢片固定成一条环状 V带 这种新 型 V带能承受很大的正压力 摩擦 温度及磨损 由 一 排钢丝绳承受长度方向的拉力 能传递很大的功 率 而橡胶带一方面固定钢丝绳 另一方面 又由钢 片的梯形槽夹紧橡胶带 具有传动能力强 结构紧 凑 体积小 性能价格比低 寿命长等优点 A A 嘞 r 1 图5一种新 型 V带 这种新型 V带技术效果是 当 V带的型号 尺寸 相同时 其传递的功率比现有橡胶带大数倍 当传递 的功率相同时 其型号尺寸小 V带根数少 V带长度 小 皮带轮小 体积比橡胶带小数倍 V带用普通钢 制成 因此 可节约大量的橡胶 2 柱绳式 V带将钢柱平行排成环形 每根 钢柱的两端有与皮带锥面配合的斜面 每一斜面上有 与该斜面同方向的通槽 在外环形上分布有相互平行 且与钢柱垂直的钢丝绳绕组 将各钢柱编织在一起 然后压于硫化橡胶 中 形成平整的 V带 柱绳式 V带 2 L 0 1 2 5 7 0 4 0 0 该 V带能承受更大的拉力 故传 递功率大 寿命长 体积小 外形简单 节约橡胶材料 成本低 柱绳式 V带外形及编织图如图6 7所示 霜 薰 蚕 一一 图6 柱绳式 V带外形图 图7 柱绳式 V带编织图 如图8所示 传动带的动力传递过程如下 主动 皮带轮的斜面与 V带的若 干钢柱 1斜面接触 在两 者正向压力和摩擦力作用下 将动力传给若干根钢 柱 这些钢柱经过 内力绕组 将动力传给拉力 绕组 的 钢丝绳2 拉力绕组的钢丝绳再将动力传动给与从动 皮带轮接触 的内力绕组的钢丝绳 内力绕组再将动力 传给与从动皮带轮接触的若干钢柱 然后传给从动皮 带轮 在整个动力传递过程中 橡胶均不受力的作 用 柱绳式 V中的技术效果是当传动装置的体积相 同时 它比现有 V带传递的功率高 l O倍以上 当传 递功率相同时 它构成传动装置的体积比现有 V带 小 寿命 比现有 V带长 节约橡胶 材料 成本低 与 现有金属带 比较 柱绳式 V中由于各钢柱 相隔一定 距离 互不影响 钢丝绳具有很好的柔性 传动平稳 工作可靠 钢柱形状简单 拉力绕组与内力绕组为标 准件 生产成本低 图8 柱绳式 V带编织法和编织法 1 钢柱2 钢丝绳 3 现有啮合带传动 同步带传动 技术分析 啮合带传动也称同步带传动 如图9 1 0 所示 分 为单面齿带和双面齿带两种类 型 前者主要用于单 轴传动 后者为多轴或反向传动 同步带通常以钢丝 绳或玻璃纤维绳为承载层 无接头带 氯丁橡胶或聚 氨酯为机体 通过带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行 啮合运动 由于抗拉层受载后变形很小 能保持同步 带周节不变 带与轮无相对滑动 从而保证 了同步传 动 因此它兼有带传动和齿轮啮合传动的特性和优点 带的最基本参数是节距 它是在规定的张紧力下 同步 带纵截面上相邻两齿对称中心线的直线距离 3 l 9 需 维普资讯 Vo l 2 1 No 4 2 00 8 8 机械研究与应用 MEC HAN I C A L R E S EA RC H AP P L I C A T 1 0 N 第 2 1 卷第 4期 2 0 0 8年 8月 由于不是靠摩擦力传递动力 带的预紧力很小 作 用于带轮轴和其轴承上的力也很小 其主要缺点在于 制造和安装精度要求较高 中心距要求较严格 同步带根据齿的形状又分为梯形和圆弧形两种 圆弧形齿的载能力高 疲劳寿命高 以圆弧形齿的同 步带所承受的扭矩为最大 载能力高 从所用材料 上 齿型带可区分为橡胶型和聚氨酯型两大类 而前 者又有普通橡胶和特种橡胶之分 是由钢帘线或玻璃 纤维组成的强力层和以橡胶及尼龙布形成的外包橡 胶层或聚氨酯胶层构成 同步带带型如下 MX L为 最轻型 X X L为超轻型 X L为特轻型 L为轻型 H为 重型 X H为特重型 X X H为超重型 图9 同步带一 窜 图1 0 同步带二 4 使用同步带应注意的问题 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 2 m m 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 4 5钢 4 0 C r 钢 3 5 S i Mn钢等 进行正火或调质处 理 使齿面硬度为2 0 0 2 6 0 H B S 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 承载能力 2 O 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 5 带传动技术的研究方 向 5 中国机械工程学会带传动专业技术委员会副主 任委员吴贻珍 在对中国传动带技术未来发展的研究 中指出 未来带传动将向多品种 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 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