机电装备设计(5)

满足，C＞0.7(d1+d2)=0.7×2×161.78＝226.49(mm),同时， C＜2(d1+d2)=2×2×161.78＝647.12(mm)中心距合格。 所选同步带轮及带型为： 40-H-200-AF
宁波伏龙同步带 有限公司
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3.3 谐波齿轮传动 （Harmonic Gear Drive)
同步带轮由齿圈、挡圈和轮毂组 成。结构形式分无边和有边两种。 为防止工作时带脱落，要在带轮端 面制有挡边。挡边的布置形式是： 当传动中心距小于8倍小带轮的直 径时，在小带轮两端面均制有挡边； 当传动中心距大于8倍小带轮的直 径时，两带轮均需要有挡边。 挡边 的厚度取1～3mm，按带的厚度和 长度选定。有整体式和组合式两种。
Z2 320 1、i 160 n 2 Z1 322 2 2、iH 1 161 n 2 Z1 322 H 3、i21 1.0062 Z 2 320
1 H2
Z 2 320 4、i 0.9937 Z1 322
H 12
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注：刚轮与柔轮正确啮合时，两轮的节距必须相 等，由于两轮的齿数差，柔轮的分度圆直径D2比 刚轮分度圆直径D1小，即
谐波齿轮传动是一种新型传动，利用机械波使柔性齿轮 产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿 来传递动力和运动。或称，柔轮与刚轮两条共轭的原始特征 曲线作无滑动的贴展运动。
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谐波齿轮传动动画演示
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波发 生器
刚轮
柔轮
3.3.1 工作原理 波发生器H高速旋转时，迫使柔轮2弹性变形→椭圆形，其 椭圆的长轴→柔轮轮齿与刚轮轮齿的两个局部啮合区。椭 圆的短轴两端的两轮齿完全脱离啮合 →离开区。 波发生器连续旋转时，啮合区和离开区随椭圆长短轴相位的 变化而变化→刚轮与柔轮产生相对位移→传递运动。
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2）基体
同步带的基体包括带齿和带背，在氯丁橡胶为 基体的同步带中增设用尼龙或锦纶丝织成布层， 以增加耐磨性。基体材料应具有良好的柔韧性、 耐磨性、耐热性、抗弯强度高、抗老化以及与 强力层的粘合性好。 常用的材料有聚氯酯橡胶和氯丁橡胶。
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2、型号、主要参数和标注方法
1）型号
同步带型号如表所示。
L （ light ） H （ heavy ） XH （ extra heavy ） XXH （ double extra heavy ）
特轻型
轻型 重型 特重型 最重型
5.080
9.525 12.70 22.225 31.750
1.27
1.91 2.29 6.35 9.53
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2.30
3.60 4.30 11.20 15.70
(7)带齿形角β :影响带齿与带轮的啮合。 β ↓近似 矩形，传动时嵌入齿槽困难。 β ↑带齿易从齿 槽中滑出→带齿在轮齿中跳跃。日本学者小山 富士试验分析： β＝20～30°. (8)带齿高hs : hs ↑承载力↑， hs ↓，带的柔韧 性 ↑。
3）标号
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3.1.4 结构与主要参数
1、常用同步带轮结构
Z1 Z 2 2
◆ 波发生器旋360°， 柔轮与刚轮相对位移了 两个齿距2t→减速。但 旋转方向与波发生器相 反。 ◆若柔轮固定， 刚轮为 从动件。刚轮与波发生 器转向相同。
双波谐波传动啮合情况变化示意
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3.3.2
传动速比
1、当刚轮固定、波发生器为主动件，柔轮为 从动件时
i
1 H2
nH 1 Z2 Z2 n2 ( Z1 Z 2 ) / Z 2 Z1 Z 2 n
等场合。
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同步带在缝纫机中的应用
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同步带在数票机及包卷机中的应用
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3.1.3 结构和规格
1、结构 同步带的结构一般它由强力层和基体两部分组成。
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1）强力层
传递动力并保持同步带在工作时节距不变。材料 抗拉强度、抗疲劳强度较高、伸长率较小。常用 材料有： (1) 钢丝 与基体材料粘结性较差，柔韧性和耐腐 蚀性较差，主要用于以聚氨酯为基体的同步带。 (2) 玻璃纤维 与基体材料的粘结性好，柔韧性和 耐腐蚀性较好。多用于以氯丁橡胶为基体的同步 带中。 (3) 芳香族聚酸胺纤维 韧性远高于钢丝和玻璃纤 维，抗拉强度与钢丝相同，耐腐蚀和高温稳定性 好，价格较高。
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常用同步带轮齿形有两种：
(1)梯形齿形：直线齿形与带
轮接触面积较大，但是要 用特制成形铣刀加工。 (2)渐开线齿形：这种齿形的 带轮可用标准滚刀按范成 法加工，但轮齿形状随带 轮齿数而变，轮齿与带齿 的啮合接触状况较差。
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2、同步带轮主要参数
1）带轮齿数Z和带轮直径d 2）带轮宽度 3）带轮的齿形角 4）带轮的材料及制造精度 带轮材料： 铸铁或钢，高速、小功率时 用塑料或轻合金。 带轮制造精度： 外圆直径公差h8；轴孔直径 公差H9；齿形角公差+2’；外 圆和齿面粗糙度1.6。 同步带轮一般与同步带一起购买，可选用厂家提供的标 准带轮，也可单独定购。 21
3、计算带轮节圆直径d 根据带轮的最小允许齿数，当n=900～1200r/min时， z≮16,取同步传动的速比i=1,故大小带轮尺寸一致。齿数都 为Z1=Z2=Z=40，带轮节圆直径为
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根据变速器输出的最低转速，若选择H带型，则在200r/min 转速下的带载功率为2.2kw左右；1000r/min下的带载功率约 为7.5kw左右。若选择XH带型，则在200 ～ 1000r/min范围 内，功率储备太大。选择H带型，限定最低转速不得低于 360r/min。
3.1.5 设计计算
1、失效形式 同步带的传动主要失效形式：同步带疲劳断裂，带齿的 剪切和挤压破坏及带两侧边和带齿磨损等。
在正常的工作条件下，带传动设计准则主要是在不打滑的 条件下限制其单位宽度拉力，以保证同步带的抗拉强度，保 证同步带具有一定的疲劳强度和使用寿命。 2、设计步骤 设计同步带传动时，给定原始数据有：传递的功率P， 主、从轮的转速n1,n2，传动系统的位置和工作条件等。 例：一设备采用型号为MB40-Y3-4P无级变速器驱动,负载功率 3.0kw,变速器输出转速为200～1000r/min，平稳运转工况， 试选择同步带规格？
(4)带的齿根宽度s: s↑,带齿剪切、抗弯能力↑,传递载荷↑。 (5)带的齿根圆半径rr:与带齿根部的应力集中有关。rr↑， 应力集中 ↓，承载力↑；当rr↑ ↑时，带齿与轮齿啮合时的 有效接触面积↓。 (6)带的齿顶圆半径ra :影响带齿与带轮啮合时是否产生干 涉。带齿与带轮啮合属于非共轭齿廓的一种嵌合。带齿进入 或退出啮合时，带齿与轮齿顶部拐角重叠→引起磨损。 ra ↑，磨损↑；当ra ↓↓时，带齿与轮齿有效接触面积↓。 16
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3.1 同步带传动（Synchro-belt Drive)
是一种综合了带、链传动优点的新型传动。 1900年，申请了专利；1940年美国尤尼罗尔 （Uniroyal)橡胶公司开始研发；1946年シンガ将同步 带用于缝纫机上。
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3.1.1 特点
1）传动比准确，工作时无滑动； 2）传动效率达98％以上； 3）传动平稳，动态特性好，吸振； 4）线速度高，可达50m/s； 5）安装平行度高，中心距要求严格； 6）制造工艺复杂、成本高。
按带齿的排列，同步带分为单面齿同步带和双面齿同 步带两种形式。双面齿同步带又有对称双面齿(DA型) 和交错双面齿(DB型)两种。
双面齿同步带可用于多轴传动，如S形传动中。
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2）主要参数
Байду номын сангаас
主要参数为节距、节线长度Lp和带宽。 · (1)节距tp：相邻两齿对应齿间沿节线度量方向所测得的间距。 tp↑，带的各部分尺寸↑，承载力↑。 (2)节线长度LP：同步带上通过强力层中心、长度不发生变化 的中心线称为节线，节线长度为带的公称带长。 (3)宽度b： b↑，带中承载绳数↑，圆周力↑。 15
式中 n 波发生器的波数 n2 柔轮的转速（r/min) nH 波发生器的转速（ r/min) “－”表示主从动件转 向相反
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2、当柔轮固定、波发生器为主动件，刚 轮为从动件时
i
2 H1
nH 1 Z1 Z1 n1 ( Z1 Z 2 ) / Z1 Z1 Z 2 n
齿型 型号 代号 MXL(minimal extra light) XXL（ extra extra light ） 英制 梯型 齿 名称 最轻型 超轻型 节距 (mm) 2.032 3.175 齿高 (mm) 0.51 0.76 带厚 (mm) 1.14 1.73
XL （ extra light ）
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d tb z / 12.7 40 3.14 161.78(mm)
带轮速度为 dn 3.14 161 .78 1000 v 8.47 (m / s ) 60000 60000
因为，vmax=35～40(m/s)，v＜vmax,故速度合格。 4、确定同步带传动的中心距C
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2、按用途分 1）一般用途同步带: 齿形呈梯形， 适用于中、小功率传 动，如复印机、各种仪器、办公机械和医疗机械等。 2）高转矩同步带：齿形呈圆弧状，国外亦称为HTD
(High Torque Drive)，STPD(Super Torque Positive Drive)传动，适用于大功率的场合。如运输机械、石 油机械和数控机床等传动中。 3）特殊用途同步带：用于耐温、耐油、低噪声和特殊尺寸
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由于柔轮的长轴和短轴相位是连续变化的→使柔轮产生了对 称的变形波→谐波。 注； ● 机构中可任一构件为主动件，其余两构件为从动件 （固定件）； ● 可做增速亦可作减速机构； ● 可为单级，也可作为双级使用。 目前，常用波发生器为主动件，其余为从动件。
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刚轮1固定件，波发生器H为主动件，柔轮2为从动 件。刚轮与柔轮的齿数差为2。