带传动设计

关于同步带与同步带轮选型的讨论

同步带传动的介绍

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。

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。

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。

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

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。

图6-5 同步带结构

1—带背 2—承载绳 3—带齿 4—包布带

图6-6 常用同步带轮结构

a)RPP同步带

b)梯形齿同步带

c)圆弧齿同步带

d)梯形齿双面同步带

e)圆弧齿双面同步带

f)交错双面齿同步带

图6-7 常用同步带结构

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同步带一般传动的失效形式：

1.1.2同步带传动的主要失效形式

在同步带传动中常见的失效形式有如下几种： (1)、同步带的承载绳断裂破坏

同步带在运转过程中承载绳断裂损坏是常见的失效形式。失效原因是带的型号过小和主动轮的直径过小，使承载绳在进入和退出带抡中承受较大的周期性的弯曲疲劳应力作用，也会产生弯曲疲劳折断(见图4-2)。

图4-2 同步带承载绳断裂损坏

(2)、同步带的爬齿和跳齿

根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施：

1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。 2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。 3、适当增大带安装时的初拉力开。，使带齿不易从轮齿槽中滑出。

4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。 (3)、带齿的剪切破坏

带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图4-3）。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个：

1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。

2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。

3、同步带的基体材料强度差。

为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大于6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。

图4-3 带齿的剪切破坏

(4)、带齿的磨损

带齿的磨损（见图4-4）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。

图4-4 带齿磨损

(5)、同步带带背的龟裂(图4—5)

同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起；

2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。

图4-5 同步带带背龟裂

防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。 1.1.4 同步带传动的设计准则

据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2)同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。

因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。

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圆弧形齿同步带适用范围

圆弧型同步带轮适用范围：广泛(印刷、包装、机床、纺织、雕刻、标记、烟草、金融机具、电脑打印、通讯电缆、石油化工、仪器仪表、健身器材、激光切割、电子电器、医疗器械等各大传动领域)。 圆弧型同步带轮材料：以45#钢、硬质铝合金为最常见，其它还可选用铸铁、铜、尼龙等其它适合加工的材料，具体的选用以客户的需求为主 ----------------------------------产品网

同步带梯形齿与圆弧形齿的区别

那位大虾知道同步齿形带梯形齿与圆弧形齿的区别，他们的个子通途是什么（分别用在什么地方）？ 据我所知，同步带按齿形分有很多种，如ＭＸＬ ，ＨＴＤ，ＲＰＭ等，节距也不同，齿形形状大体有梯形和圆弧，按大小分有MXL ，XL，RPM3，RPM5等，前者带轮及同步带容易加工，后者可用于高速转动，噪音较小。

大功率、高速的传动一般选用圆弧齿的，齿的应力小，梯形齿适用于低速小功率传动

影响同步带传动精度的主要因素是梯形齿同步带多边形的边长, 由于梯形齿同步带传动中齿顶不与带轮槽接触, 带齿构成直边产生多边形效应, 而双圆弧齿同步带齿顶与齿槽接触, 部分减少圆弧齿同步带带齿形成的多边形边长, 大大降低了多边形效应, 使圆弧齿同步带传动精度、传动噪声、冲击振动小于梯形齿同步带。

另外补充：梯形同步带出现较早，圆弧齿同步带出现较晚。中间的差别我想大家都知道了。

从受力和寿命上来说,应该是圆弧齿的效果好 ----------------------中国CAD机械论坛

圆弧齿同步带与梯形齿同步带的区别

影响同步带传动精度的主要因素是梯形齿同步带多边形的边长, 由于梯形齿同步带传动中齿顶不与带轮槽接触, 带齿构成直边产生多边形效应, 而双圆弧齿同步带齿顶与齿槽接触, 部分减少圆弧齿同步带带齿形成的多边形边长, 大大降低了多边形效应, 使圆弧齿同步带传动精度、传动噪声、冲击振动小于梯形齿同步带。 -------------------------百度知道

梯形齿与双圆弧齿同步带传动精度分析

⑴从表中可以看出, 带长的变化对速度波动的影响不大, 但由此可以得出双圆弧齿同步带的传动精度, 运动平稳性远远高于梯形齿同步带。 ⑵带传动的动载荷

带速与从动轮速度的变化, 引起传动系统产生附加的动载荷。同时, 当带齿与带轮啮合过程中, 带与轮受到冲击产生振动与噪声, 也加剧了带齿的磨损。

⑶计算结果见表。梯形齿同步带最大加速度为双圆弧齿同步带3.05倍, 而由此产生的动载荷、噪声、冲击磨损要比双圆弧齿同步带大。 ⑷带长对带的运动性能的影响

同链传动一样, 当紧边带长为带节距的整数倍时, 且主动轮、从动轮齿数相等, 速度波动为零。紧边带长越接近节距的整数倍, 速度波动越小, 产生的冲击和噪声越小。 ⑸结论

影响同步带传动精度的主要因素是多边形的边长, 由于梯形齿同步带传动中齿顶不与带轮槽接触, 带齿构成直边产生多边形效应, 而双圆弧齿顶与齿槽接触, 部分减少带齿形成的多边形边长, 大大降低了多边形效应, 使其传动精度、传动噪声、冲击振动小于梯形齿同步带。 ----------------------齐齐哈尔大学学报

同步带高速是噪音过大

我用T10，32宽的同步带驱动安装在直线导轨上的重10kg夹具，两同步带轮的中心距为2000mm，齿数都是18齿，在1m/s走的时候噪音很大，哗哗的响。 想请教一下问题出在哪里： 1.带是否绷紧了？ 2.轴线是否调平行了。 3.加大带轮是能改善的。 4.带与轮之间加润滑没有用。 5.圆弧齿会好一点。

6.齿数太少了，中心距又大带有挠曲且弯曲太大，造成高速时噪音严重，带的寿命也会非常低。

---------------------------中国机械社区

同步带产生噪音的原因和措施

同步带产生噪音症状一：同步带尖叫或吱吱声。 原因：1.同步带滑动。2.液体污染。

改正措施：1.重新调整松紧。2.擦拭同步带和同步轮。 同步带产生噪音症状二：同步带击拍声。

原因：1.同步带松动。2.同步带与同步带轮不配合。3.轴不平行。

改正措施：1.重新调整松紧。2.安装相配合的同步带、带轮。3.调准同步带轮或检查轴承，使所有同步带平均分担负载。

同步带产生噪音症状三：同步带磨损声。 原因：1.同步带碰擦防护罩。

改正措施：1.修理、更换或重新设计防护罩。

同步带产生噪音症状四：同步带研磨声。 原因：1.轴承损坏。

改正措施：1.更换、调准和加润滑油。 同步带产生噪音症状五：同步带异常大声。

原因：1.不正确地使用同步带。2.同步带轮磨损。3.异物落入同步带轮。

改正措施：1.使用正确尺寸的同步带，使用正确的同步带齿型和同步同步带轮作同步的传动。2.更换。3.清理同步带轮，改善防护档板，清除铁锈漆或从槽子里清除污物

----------------------盖奇公司

同步齿形带传动的降噪研究

影响同步齿形带传动噪声的因素 1.带的材料和结构

啮合冲击噪声在很大程度上受到带基、轮齿的材料和刚度的影响。橡胶比聚氨醋更软, 冲击也更不明显, 为此橡胶带的噪声比聚氨醋带的更小。 2.带速的影响

声级与带速成正比。带速的增加促使啮合冲击频率升高以及啮合冲击力增加。 3.带的张力的影响

带的张力对噪声的影响：随着带的传递载荷的增加, 噪声级也增加。 4.模数的影响

随着传递力矩的增加, 模数对噪声的影响变小。同时，声级和模数之间不存在简单的关系, 其原因是：在直径相同的情况下，模数小齿数就多，多边效应减小, 在带速相同时啮合冲击速度变小, 啮合冲击声功率也变小，另一方面小模数带轮的啮合频率增大, 这两方面相互补偿。同样在齿数相同的条件, 模数与噪声之间也不存在简单关系, 这是因为小模数带轮的直径小, 带的张力变大, 造成噪声增加。 另一方面, 小模数的带速低, 冲击速度也就小, 使噪声降低, 这两方面因素也相互补偿。 5.中心距的影响

中心距对噪声的影响：当中心距增大, 传动噪声将减小。 6.带宽的影响

使用窄的带对降低传动噪声很有好处。用多根窄带代替一根宽带在传递相同功率的情 况下, 传动将更为安静。在结构许可的情况下, 采用较低的带速对降噪很有好处。

7.采用非圆柱形带轮非圆柱形带轮比圆柱形带轮的传动噪声约低6-10dB, 高速时更为明显。

----------------上海交通大学

皮带小轮包角

计算的结果应该要大于120°！！如果过小,那么传动能力降低，且会让带长减小，使带的绕数增加,

带的寿命降低！！

若小于120°！则应该采取加大中心距，减小传动比或者加张紧轮等措施重新设计

带传动的设计过程，以7303机器使用的同步带为例：

确定带传动的类型

同步带中有梯形同步带和圆弧齿同步带，为使运行更平稳、噪音更低，选圆弧形齿同步带，传动比为1∶1。 确定传动功率、主动轴转速、从动轴转速。 ⑴计算从动轴最大转速n

由μ=0.1，m夹=10Kg，m砝=10Kg，J=0.001398Kg·m″，δt=0.2s，S=0.4m，l=0.01m S=v·δt+ v·(60/10-δt·5)/2，a=v/δt，n=v/l，ω=n·2π，β=ω/δt

得出v=0.15m/s，a=0.75m/s″，n=15r/s=900r/min，ω=94.25rad/s，β=471rad/ s″

⑵计算从动轴需要的最大转矩T

由F=m夹·g·μ+ m夹·a+ (m砝·g/cos17º+ m砝·a·cos17º)/2 T=F*l/2π/0.9+ J·β/0.9 （F单位是N，l单位是m，T单位是N•m) 得出

F=72.13N，T=0.859N·m ⑶计算传动功率P

P=T•V=T•n•π/30/1000=T•n/9550 （T单位是N•m，n单位是r/min，P单位是KW) 得出P=80.96W

从而得出主同步轮转速为900r/min，从同步轮转速为900r/min，需要的电机功率为80.67W。 3.计算设计功率。

Pd=K0•P=150W=0.15KW K0是载荷修正系数，可查表

4.确定带型和节距。

根据设计功率和小轮转速，查图1，由于该传动功率较小，转速较大，可以选5M，节距p=5mm。

5.确定小轮的最小齿数Z1。

带速和安装尺寸允许时，Z1 应取较大的值。选Z1=36查表

6.确定带轮节圆直径。 由d1=P·Z／π=57mm 7.计算带速。

由V=π·d1·n1=2.69m/s 8.确定轴间距。

由0.7（d1+d2）≤a0≤2（d1+d2） 得80≤a0≤228，选a0=210 9.确定带长。

L=2a0+π（d1+d2）/2+（d1+d2）²/4a0=599mm 选取标准值600mm。 10.确定带齿数。 Z=L/p=120

11.计算实际轴间距、啮合齿数、啮合齿数系数、小带轮包角

得a=210mm，Zm=18，Kz=1，α1=180°≥120°。

12.计算带宽。

带长系数KL可以查表：

带的额定功率P0可以查表，取最大速度时基本额定功率为0.447KW

得bs=10，选bf=15( bf＞bs)

13.计算轴压力

KF可以查表：

得F1=70N，F2=14N，FQ=76N

验算带的强度：

所选带的基本额定功率为0.447KW＞Pd，所选带宽符合要求。

综上，所选的同步带的参数为：

型号：HTD-5M

规格：600-5M

齿数：120

节距：5mm

带宽：9mm

节线长：600mm

所选的带轮参数为：

型号：36-5M-9-AS

齿数：36

节圆直径：57.3mm

档边外径：61mm

中心距为210mm。

分析刚出货的7303的带传动的合理性：

所选的同步带的参数为

型号：300H100

齿数：

60

节距：12.7

带宽：25.4mm

节线长：762mm

所选的带轮参数为：

小轮 大轮

齿数： 14 28

节圆直径 56.6mm 113.19mm

中心距 246.02mm

⑴从上表可以看出带型为H型，小带轮转速在1800转时，小带轮的最小齿数为20。齿数过少会增加带的绕曲度，减少带的寿命和增大噪音。

从上表还可以看出，齿数为14的小带轮并不适宜在800转以上运转速度，而实际中转速为1800转。（新设计小带轮的齿数大于最小齿数）

⑵通过计算该带的线速度为5.33m/s，带速跟声级成正比，带速过大会导致噪音大。（新设计的带速为2.69m/s）

⑶该带的宽度为24.5mm。通过计算该型号的同步带只需宽度为1.33mm即可满足功率需求。使用窄的带对降低传动噪声很有好处。（新设计的带宽为9mm）

⑷该带的节距为12.7mm，紧边长度为241.38mm。紧边带长越接近节距的整数倍, 速度波动越小, 产生的冲击和噪声越小。当紧边带长为带节距的整数倍,且主动轮、从动轮齿数相等时, 速度波动为零，产生的冲击和噪声将达到最小。(新设计的带的节距为5mm，紧边长度为210mm)

⑸该小带轮运转时啮合的齿数为6个。啮合齿数过少会增加单个齿的功率负载和增大噪音。（新设计的小带轮啮合的齿数为16个）

综上所述，刚出货的7303的带传动设计不合理。

总结：

圆弧齿同步带传动设计过程

1..确定设计功率

2.选择带型

3.计算传动比

4.确定带轮直径

5.选择带的节线长度和实际中心距。

6.确定带的基本功率

7.计算带的宽度

8.计算轴压力、小轮包角。

9.验算。

----------张鑫海