行业问题解决
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同步带结构与分类

2017-10-30 17:26:26 kdst 253

同步带结构与分类

同步带根据齿的形状来分,有梯形齿(直边齿)和圆弧齿两种如图1.2所示。根据用

途又可分为一般工业用带、汽车用带和农机用带,不过每一种带又都分为梯形齿和圆

弧齿二种,梯形齿己有较长历史,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。后者由于齿高、齿根厚和齿根圆弧角半径

均比梯

梯形齿

图1.2同步带结构

圆弧齿

形齿同步带大,而使得带的齿面应力分布均匀。因此,比梯形齿同步带传递功率要大,

所以被称为高转矩同步带传动又称HTD带(High Torque Drive)或STPD带传动(Super

Torque Positive Drive)。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。在传递大功率的场合,圆弧齿同步带有逐步取代梯形齿

同步带的趋势【1 21。

为了适应多轴传动和反向传动,又出现了双面齿同步带。双面齿同步带其带体上

下都为传动工作面。所以同步带按齿形结构又分为㈣如图1.3所示:

广一梯形齿单面齿同步带

广一单面齿同步带-一

l L一圆弧齿单面齿同步带

同步带_4 F-梯形齿

I厂一对称双面齿同步带—_1

L删删.1

L一交错双面齿同步带_一:瓣

L圆弧齿

图1.3齿形结构分类

我国同步带按规格制又可分为三种:一是模数制,二是节距制,三是DIN米制节

距制。模数制同步带主要参数是模数(与齿轮相同)。我国自60年代引入同步带以来,

2

由于模数制同步带具有与齿轮相似的尺寸规格,且采用公制,故在国内多年来多生产

和使用模数制同步带。随着国际交流的增长,从国际上看,目前仅前俄罗斯和东欧各

国仍采用模数制,其他国家均采用节距制。节距制同步带的主要参数是带的节距,该

规格制度己列入国际标准,我国是国际标准化组织的成员国,根据我国现行的技术政

策要求,我国的同步带尺寸规格向ISO标准靠拢,故现在改用节距制。GBll616.89

节距制同步带尺寸标准是等效采用ISO同步带标准,并在此基础上增加了XXL同步带

型号而制定,同步带型号按节距制分成7种型号[14l[15J如表l一1

表1.1同步带的犁号与节距

同步带型号

节距

(nlfll)

只=2.032

只=3.175

只。5.080

B

2

9.525

只2 12.700

咒。22.225

咒2 31.750

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,

DIN米制节距同步带在我国也有应用。

我国对汽车同步带有其独立的国家标准。ZA、ZB型:梯形齿;ZH、YH型:圆

弧齿H系列;ZR、YR型:圆弧齿R系列;ZS、YS型:圆弧齿S系列。其中ZA、ZB

结构尺寸是参考一般用同步带L、H型同步带发展而成的二种带型。ZA、ZB是在保持

梯形齿的同时,考虑到汽车同步带J下常工作时工况较复杂【l 6‘,其要求有良好的同步性

和奈冲击载荷能力和更低的伸长率。为此,在保持L型带齿廓尺寸和节距的基础上,

采用原用H型中的较大直径的承载绳,这样既使结构紧凑,又满足了高抗拉强度、低

伸长率的要求。其他的齿形也是在一般同步带基础上开发出来的。

1.2同步带研究的国内外发展状况

同步带是1946年美国Uniroyal公司发明的,最早是梯形齿,70年代初该公司又推

出圆弧齿同步带(HTD),固特异公司同时开发出双圆弧同步带(STPD),80年代初意大

利PEILLI又推出抛物线齿同步带,90年代盖茨推出HTD2(HTD改进型即GT或YU)

同步带,至此同步带技术同臻完美,在许多领域替代了原齿轮传动和链传动,如汽车

正时传动(汽车同步带)【31。目fj{『,国外著名的同步带生产厂家有:意大利Pirelli公司,

德国的Berstofr公司,日本三星的Bando和Unita公司,美国的Uniroyal公司及英国

的Denlop Gates公司等。在国外,技术先进的国家同步带的生产量非常大,据资料介

绍,日本同步带年产量近8万条,销售额约205亿日元,产品规格多,质量优良,出

口率高。

汽车用同步带最早是美国通用汽车公司于20世纪60年代后期用于新发明的置顶

式凸轮轴发动机,以代替原来使用的滚子链传动而开发的一种传动,目前国外现有的

新牌号的排气量在3000ml以下的汽车发动机基本采用同步带传动,曰本近100%,美

国近40%,我国引进的轻型轿车除广州标致外均采用了同步带传动技术。

我国从上世纪70年代开始生产聚氨酯同步带,但由于材质的耐热、耐水性能差,

以及工艺、设计和使用等方面的原因,工作寿命不稳定,不能完全满足进口和国产设

备上高转速和大功率的传动要求【4J。80年代起,随着国外技术和设备的大量引进,以

及国内机械设计、制造部门对同步带的采用和技改工作的需要,使同步带的需求日趋

迫切,用量日益增加。其中,我国从1984年开始引进联邦德国Scholz公司的氯丁橡胶

同步带生产线,期间青岛橡胶工业研究所与哈尔滨工业大学合作研究STPD齿形汽车

同步带;无锡贝尔特与一汽技术中心联合开发488发动机同步带,性能指标达到克莱

斯勒标准;上海胶带厂为大众开发桑塔纳用同步带。随后宁波裕江、贵州大众和辽阳

凯利特橡胶有限公司相继开发成功汽车同步带,为国内发动机厂配套生产【51。

近年来,随着同步带的应用日益增加,对其使用性能也提出了更高的要求,同步

带发展方向己由梯形齿同步带向高转矩、低噪音、长寿命的圆弧齿同步带方向发展。

圆弧齿同步带包括单圆弧同步带、双圆弧齿同步带、平顶圆弧齿、抛物线圆弧齿同步

带等16J。它们啮合合理,包络齿数多,带齿和轮齿干涉量少,应力分布均匀,带齿的抗

剪切应力高,寿命也高。其中关于载荷分布的论文占很大比例,如瑞士的G杰倍尔特、

日本的小山富夫、纲岛贞男、苏联的哥列维奇、C.H.高采夫尼克夫等均对带齿问的载

荷分布进行了理论性和实验性的研究191,国内方面上海机械学院的方文中教授通过实验

也对载荷分布做了深入的分析,并出版若干这些方面的书籍(7】181。在齿形研究方面,主

要着重于圆弧齿形的结构设计,英、日、德等国学者分别从强度、消除啮合干涉,减

少振动、噪声等方面论证了圆弧齿形的优越性。国内诸如齐齐哈尔大学的郭建华、南

通工学院的杨玉萍等人也分别从啮合干涉、振动等方面进行了一系列的研究并也取得

了显著的成果1911101。目前,国内生产汽车同步带企业近30家,为汽车发动机专门配套

同步带的主要企业有无锡贝尔特、贵州大众、辽阳凯利特、宁波裕江有限公司。年产

汽车配套同步带达350.400万条,若计入汽车发动机用同步带零部件市场的销量,每

年国内需要汽车同步带达800.1000万条。但是国产汽车同步带传动性能与国外发达国

家同类产品相比仍存在着疲劳寿命偏低、传动噪声较大和同步带带长一致性较差等问

题,尤其是同步带传动的设计方法仍停留在二轮传动的设计方法上,对多轮传动的设

计方法研究较少,一定程度上制约了汽车同步带的使用和传动性能的发挥。而且汽车

同步带设计所用的基本额定功率表参照采用了ISO 5295.1981《同步带额定功率表与传

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动中心距的计算》和日本、英国等国家的标准,由于还没有制定出符合国产汽车同步

带的基本额定功率表,严重制约了汽车同步带设计方法和同步带传动性能评价的研究

发展,使国内汽车同步带的型号及产品性能一直跟着从国外引进汽车发动机的进展而

变化,阻碍了具有自主知识产权的汽车同步带的产品开发。同时针对汽车同步带传动

静态性能和动态性能检测装置、试验设备、同步带和带轮制造设备、工艺控制技术等

方面【Il】,我国与工业发达国家都还存在着一定的差距。诸如作为汽车同步带的必要检

测设备之一的汽车同步带精密测长机和传动性能试验机及疲劳寿命试验机,尤其是汽

车同步带测长时增加了横向摆动量检测。目前,国内尚没有开发出满足GBl2734.2003

标准的汽车同步带精密测长机。

1.3研究的目的及意义

汽车同步带是发动机重要的零部件,也是带传动的重要组成部分,据统计国内2005

年汽车用同步带为910万条(1条/辆),预测到2010年同步带达到1330万条,

到2015年我国轿车产量将达到598万辆,轿车保有辆将达到4125~4422万辆弘J,

其应用前景非常乐观,具有良好的经济效益和社会效益。现阶段国内对同步带的研究

不是很系统。从同步带传动的设计方法、标准化工作的开展、生产工艺的改进、传动

性能评价、产品质量的控制和试验测试手段等方面都有待进一步完善,本论文将从理

论方面系统分析同步带传动静态性能和同步带传动平稳性,利用多体动力学仿真软件

recurdyn进行汽车用同步带传动仿真分析,以同步带二轮传动设计方法为基础研究多

轮传动设计方法,并结合企业需求和国家标准宣贯研制开发汽车同步带数控精密测长

机,其研究具有一定的理论和实用价值。

1.4本论文研究的主要内容

1、系统研究分析汽车同步带传动静态性能评价体系:

2、研究建立汽车同步带传动横向、纵向振动模型,并做初步实验验证;

3、利用多体动力学仿真软件recurdyn进行汽车同步带传动仿真分析;

4、设计iJnT_汽车同步带数控精密测长机,进行测长和横向、纵向摆动量试验:

5、系统归纳研究汽车同步带的传动设计方法,并编制二轮传动设计方法计算机辅

助设计软件。



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