同步带传动设计计算

一、同步带基础知识：

同步带传动是一种特殊的带传动,带的工作表面做成齿形与带轮的齿形相吻合，带和带轮主要靠啮合进行传动。

1)同步带分类：

（1）按齿形分：

同步带分为梯形齿和圆弧齿两大类。目前梯形齿同步带应用较广，圆弧齿同步带因其承载能力和疲劳寿命高于梯形齿而应用日趋广泛。

（2）按结构分：

同步带分为单面和双面同步带两种形式。双面同步带按齿的排列不同又分为对称齿双面同步带（DA型）和交错齿双面同步带（DB型）两种。

2)常用的梯形齿同步带齿形有周节制和模数制两种。我国规定梯形齿同步带采用周节制，周节制梯形齿同步带称为标准同步带。周节制同步带的主要参数是节距Pb。节距Pb是在规定的张紧力下，同步带纵向截面上相邻两齿在节线上的对称距离。（注：同步带节线长度Lp=Pb*z）

标准同步带（梯形齿）按节距大小又分为七类：

MXL（2.032）一最轻型；

XXL（3.175）一超轻型；

XL（5.080）一特轻型；

L（9.525）一轻型；

H（12.700）一重型；

XH（22.225）一特重型；

XXH（31.750）一超重型。

同步带的标记方法：

如梯形齿同步带的标记有带长代号、带型、带宽代号和标准号组成，

举例：450 H100 GB/T 10414 表示：带长代号450，节线长1143mm；带型H（重型），节距为12.7mm；带宽代号100，带宽为25.4mm; GB/T10414为标准号。

模数制梯形齿同步带以模数m为基本参数（模数m=Pb/π），模数系列为1.5、2.5、3、4、5、7、10，齿形角2β=40°，其标记为：模数x齿数x宽度。例如：橡胶同步带2x45x25表示模数为2、齿数z=45、带宽bs=25mm。

同步带属于标准件，同步带的材料主要有橡胶和聚氨酯（TTBU）两种。

设计选用时参考相关产品样本从从同步带长度系列中选择标准长度尺寸，带宽的选择经计算后从宽度系列中选用或按使用要求进行裁剪。

同步带传动的特点：

与普通带传动相比同步带传动具有以下优点：

（1）同步带传动具有传动比恒定、不打滑；

（2）效率高,η=0.92~0.98;

（3）初张力小、对轴及轴承的压力小；

（4）速度及功率范围广,带速V≤50m/s，功率P≤100kW；

（5）适用于长距离传动，中心距可达10m以上；

（6）不需润滑、耐油、耐磨损以及允许采用较小的带轮直径、较短的轴间距、较大的传动比（一般传动比i<>

二、同步带传动的设计计算：

同步带传动的主要失效形式是同步带疲劳断裂、带齿的剪断和压馈以及同步带两侧边、带齿的磨损。同步带传动主要是限制单位齿宽的拉力；必要时才校核工作齿面的压力。

1、同步带传动设计计算步骤：

1）求计算功率Pd（kW）:

Pd=KA*P

式中：

KA一工况系数；

P一传递的功率，kW。

注：

1、经常正反转或使用张紧轮时，KA应乘1.1,；间断性工作时，KA可乘0.9；

2、增速传动时，KA应乘下表系数：

增速比

1.25~1.74

1.75~2.49

2.50~3.49

≥3.50

系数

1.05

1.10

1.18

1.25

2）选定带型、节距Pb（mm）：

根据计算功率Pd（kW）和小带轮的转速n1（r/min），从同步带选型图中，选定带型。

注：为使传动平稳，提高带的柔性以及增加啮合齿数，节距应尽可能取较小值。

3）选定小带轮齿数Z1：

Z1≥Z1min

注：带速V和安装尺寸允许时，Z1应选较大值。

（带轮直径越小，皮带弯曲应力越大，容易产生疲劳破坏；直径小也意味着齿数少，各个轮齿受力会更大，因此带轮直径不宜选择过小。）

4）计算小带轮节圆直径D1(mm):

D1=Z1*Pb/π

式中：

Z1一小带轮齿数；

Pb一节距，mm；

5）计算大带轮齿数Z2：

Z2=i*Z1=Z1*n1/n2

式中：

i一传动比；

n1一小带轮转速，r/min；

n2一大带轮转速，r/min。

注：Z2计算出后圆整为整数，并取标准值。

6）计算大带轮节圆直径D2，(mm):

D2=Z2*Pb/π

7）计算带速V，（m/s）：

V=π*D1*n1/（60x1000）≤Vmax

式中：

D1一小带轮节圆直径，mm；

n1一小带轮转速，r/min；

注：若带速超过规定范围，需重新选择小带轮节圆直径D1；

XL、L型：Vmax=50m/s；

H型：Vmax=40m/s；

XH、XXH型：Vmax=30m/s。

8)初定中心距a0,（mm）:

0.7（D1+D2）≤a0≤2（D1+D2）或由结构要求而定。

注：中心距越小，结构越紧凑，但单位时间绕过的次数越多，越容易疲劳。

9）计算带长（带的节线长）Lp,（mm）及其齿数Z：

初算节线长Lp0，（mm）：

Lp0=2a0+π（D1+D2）/2+(D2-D1)^2/(4a0)

式中：

a0一初定中心距，mm；

D1、D2一分别为小带轮节圆直径、大带轮节圆直径，mm；

注：计算出的Lp0应根据产品样本选取较接近标准值Lp及其齿数Z。

10）计算实际中心距a，（mm）：

中心距可调时（a的偏差值△a见下表）：

a=a0+（Lp-Lp0）/2

中心距不可调时：

a=（D2-D1）/（2cos（α1/2））；

inv（α1/2）=tg（α1/2）-α1/2=(Lp-πD2）/（D2-D1）;

注：

α1一小带轮包角，°；

inv(α1/2)为α1/2角的渐开线函数。根据计算出的inv（α1/2）值，由渐开线函数表查得α1/2值，即可求得精确的a值。D1=D2时，无法用渐开线函数，此时a=Pb（Z-Z1）/2，最好采用中心距可调结构。

11）计算小带轮啮合齿数Zm：

Zm=Z1α1/360°≥Zmmin或Zm=Z1[1-Pb（Z2-Z1）/（a*π^2）]≥Zmmin

式中：

Z1一小带轮齿数；

α1一小带轮包角，°；

a一实际中心距，mm；

注：

α1=360°-（D2-D1）x57.3°/a;

对于MXL、XXL、XL型Zmmin=4，其他类型Zmmin=6。

12）计算基本额定功率P0，（kW）：

P0=（Fa-mV^2）V/1000

式中：

Fa一带宽为bm的带的许用工作拉力（N），其值查相关手册；

m一带宽为bm的带单位长度的质量，（kg/m），其值查相关手册；

V一带速，m/s。

13)计算带宽b ,（mm）:

13)计算作用在轴上的力，F_Q（N）:

F_Q=1000Pd/V

式中：

Pd一计算功率，kW；

V一带速，m/s。

三、同步带轮

1)同步带的齿形有渐开线齿廓和直边齿廓两种（用于梯形齿同步带），一般推荐采用渐开线齿形，因为渐开线齿廓的同步带轮可借用齿轮刀具展成加工。

2)同步带轮的材料及轮辐、轮毂结构与V带相同。为了防止同步带工作时从带轮上脱落，一般推荐小带轮两边均有挡圈，而大带轮则无挡圈；或者大小带轮均为单侧挡圈，单挡圈的位置布置在在不同侧。

3)周节制同步带轮的标记由带轮齿数、带型号、轮宽代号和标准代号组成。