机械设计优秀案例分享——〖案例7〗同步齿形带传动的精度

六月飘雪

〖案例7〗同步齿形带传动的精度

    同步带具有定比传动，高速，低噪，无需润滑以及轻质，可实现大中心距等优点，在各种精密仪器中广泛使用。

1.问题描述

    刚做了一个设备，同步带传动。带是梯形齿，步进电机直接传动。当电机正向旋转几周后，再以同样的周数返回，往复距离为500mm，传动会有0.2左右的误差，运行过程中步进电机没有丢转现象。想要把精度控制在+0.025，不知是否可行？机构示意如图7-1，开环传动。

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1.讨论

   甲说，一般来说，开环的精度对传动部件和装配工艺的依赖比较高，选用质量上乘的同步带、提高同步轮的精度和适当地张紧同步带可以显著提高传动精度，或者使用多级减速装置，由于减速比的存在，精度会有所上升；但由于图7-1可以看出，此结构为典型的同步带传动的直线往复单元，所以利用减速比的办法行不通。

   乙提出，同步轮和同步带组成单级传动时，仅从装置本身而言，一般的看法是没有很高的精度，且重复性很差。原因如下：

   1.同步带存在弹性变形。

   2.同步带轮的精度不像齿轮、齿条一样，有众多的检测项目来控制其加工精度，一般带轮的节距偏差如表7-1，故无反馈的带轮传动其重复性可想而之；当正转数圈再反转数圈，由于侧隙的存在，其重复误差有0.2是完全可能的。

    上述可以很好的说明同步带在开环传动时的精度情况，为了增加传动的平稳性，乙指出，应该加张紧结构并调配好张紧力，其目的是使同步带在此作用下保持一定的预拉伸量，当达到一定的值时，带的节距会保持一定的刚性，避免在高速启停的时候出现较大的伸缩量，增加节距的精度。

   丙说，其实同步带传动的精度主要还是受限于其加工精度及其本身的弹性；当然如果是负载过高造成步进电机丢转、主从动轮安装偏差太大、带的接头不好等等因素也会造成精度降低，但讨论基本都是在一个相对理想的外部环境的前提下进行的，主要还是从同步带传动本身来进行一些探讨；

   甲希望从结构入手，说，精密机床用同步带在直线轴是做一级传动，可以充分发挥电机的性能，安装精度上也比直联要求低，空间也可合理布置，同时具有一定的保护作用。二级传动还是丝杠，精度会好很多，价格也不会增加多少。

   对此提问者表示可以作为最后的办法，但还是希望能够在现有结构上找到降低误差的措施。

丁建议，应该将梯形齿换成如图7-2的圆弧齿；梯形齿在传动时，带轮相邻的两齿啮合同步带的时候，由于张力作用，及同步带齿的齿顶不与带轮的齿槽接触，使得同步带在带轮齿槽处的空间被拉成直线，如图7-3可以明白看出；因此实际上，带轮和同步带之间的啮合关系是由弧运动和弦运动交迭完成的，这叫做多边形效应。

-   多边形效应是同步带直线运动误差的主要原因，圆弧齿的带轮齿槽底为圆弧状，在啮合中顶住同步带齿的齿顶，使带齿弯曲，大大缓解多边形效应，可有效提高精度。

   对以上建议甲很是赞同，但始终觉得主要精度还是应该在消除侧隙上想办法，并提供一个如图7-4的方案；

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    甲解释说，这是利用双齿错位消除加工误差的办法：将主动轮分割成两个轮并共同装在传动轴上，其中一轮固定不动另一轮可绕传动轴转动，安装时调节到需要的位置并用紧定螺钉固定。

2.小结

    最后提问者将齿形更换之后，降低了冲击和噪声，购买质量上乘的同步带，配合图7-4的方案，消除了主动齿的齿侧间隙，重复性精度不好的问题得到解决。

3.结论

    通常情况下，开环传动时同步齿形带的传动精度并不占优势，但根据上述的讨论，可以采取一些消除齿侧间隙的办法，但基本前提是同步带质量好，并且正确地进行了安装和张紧。现在国内也有一些厂商生产无侧隙同步带和带轮，可以达到一定的精度。

   同步齿形带在数控机床上有广泛的使用，但都是使用闭环传动，用光栅尺进行终端检测。从理论上讲，光栅精度和控制精度能达到多少，传动精度就有多少，设备可以做到很高的精度，但是一般是像上述丙所述的使用方式。

newhuman

根据扭力大小选型

大山

讲的比较有道理，小上一课