汽车同步带测长机设计

1、机械/机电/模具/数控毕业、课程设计QQ_2947387549 现成资料CAD/Proe/Solidworks图，另可定制引 言同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的一种新型传动带。由于同步带是利用齿工作面与带轮齿槽啮合进行传动,因此带与带轮之间在传动过程中没有滑差而呈现同步传动。同步带和V带(三角带)相比具有带体轻而薄,强度高,传动比准确,传动效率高,传动功率范围大,传动速度高等优点。同步带传动与链条传动相比具有同步性能好、无须润滑、可实现多轴传动、重量轻、成本低及维修养护方便等优点。由于同步带传动的优点很多,因而发展非常迅速。 汽车传动带是汽车发动机重要的零部件，也是传

2、动带重要的组成部分。可以说，传动带的许多技术进步和发明与汽车工业的发展息息相关，如V带发明，切边V带、多楔带和同步带的快速发展，都是为了适应汽车工业最新技术要求而获得迅速发展的。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顶置式凸轮轴发动机，以代替原来使用的滚子链条传动。由于使用很成功，日本于20世纪70年代初由本田技术研究院首次采用，随后富士重工也效仿。目前日本80%轿车采用了同步带传动技术，美国也有40%，我国引进的轻型轿车生产线除广州标致外也都采用1。 同步带在我国起步较晚，但发展较快，已形成生产规模，但面临的问题也很多。同步带为节能产品，具有良好的经济效益和社会

3、效益，为了大力发展我国同步带行业，一方面要做好宣传推广工作，扩大同步带的应用范围;另一方面要进一步提高同步带的质量，替代进口产品我国自改革开放后，传动带的标准陆续按国际标准和欧美标准制定，这些标准长度是按基准制和有效制表示的，摈弃了我过沿用几十年内周制，因此 需要专用的测量工具测量。我国在上世纪80年代中，上海飞机设计所为配合汽车V带尺寸标准的制定开始研制汽车V带测长机。随着我国V带新标准的实施，V带测长机成生产厂家必备的测量工具。青岛橡胶工业研究所，营口实验机厂，将都名著材料实验机厂均有生产，同步带测长机精度要求较高，一般采用比较法测量，无锡橡胶厂从SCHOLZ引进一套同步带测长机，动南大学

4、为南京汽车制造厂研制过一台，青岛宜利大公司有生产。同步带为弹性啮合件，需在一定张紧力的条件下实现传动，为保证同步带与带轮良好的啮合，要求胶带生产厂对带长进行逐条测量，因此，汽车同步带测长机是生产必须的检测设备。同步带测长机是就同步带的长度误差和横向摆动误差来判断同步带质量的测量设备，它根据测量结果来判断同步带是否符合相关的标准要求，以此来判定是“合格”还是“不合格”，在同步带生产过程中，该机是确保各种传动带产品质量、提高产品合格率的必备设备之一。目前国内研制的同步带测长机测量精度最高达到，且没有带传动的横向摆动量的测量，2003年汽车同步带GB12734-2003标准实施以来，国内尚没有测量精

5、度为的测长机。而日本、法国等国家的胶带生产企业均有高精度、自动化的同步带测长机、无锡贝尔特胶带公司就从德国SCHOLE公司引进了一套同步带数控测长机。而且采用光机电一体化技术研究带的动态测量是目前国内外带生产技术的发展方向。总之，带传动在现代机械传动中占据着重要的地位。带传动品种开发和理论研究、带传动检测装置和试验设备、传动带和带轮制造设备和工艺控制技术等等方面，我国与工业发达国家都有相当大的差距。我们应针对带传动行业发展现状，切实解决一些基本和关键问题，使带传动技术真正为满足各行业机械装备对带传动日益增长的需求和提高质量的要求服务。第1章 绪论§1.1传动带性能参数测试系统研究的意

6、义近年来，橡胶类传动带如V带、同步带、多楔带等各种形式的带在传动中得到了越来越多的应用，而同步带在汽车、工程机械等领域的应用更是日益的广泛。它们具有传动力矩大、噪音小、无须润滑等优点。科技发展要求动力装置越来越小，而功率越来越大且传递更加准确。这是技术发展的一种趋势，在汽车、飞机制造行业尤其如此。在实际使用中，传动带各项尺寸精确与否，对其使用性能及寿命都有很大的影响。技术的发展和向国际标准靠拢的趋势都对传动带各项性能及标准提出了新的要求。新的国标对各种传动带的各项参数及测试方法都做了详细的规定，使新的标准与旧标准之间有很大的区别。为了适应传动带新的发展趋势和采用新的国际标准，依照国家标准设计了

7、此传动带性能参数测试系统的机械结构部分。§1.2传动带测长的应用及成果传动带的测长是传动带技术中的一项重要内容，是传动带生产、检验、应用的必不可少的环节。如在应用中带的长度对中心距、预紧力的调整都有影响，并进而对带的正常工作、寿命等产生影响。测长技术水平直接与带的生产质量、检验质量、应用的合理性等直接相关。提高测长技术对提高同步带的生产、检验质量、使用的合理性以及应用经济效益等都有直接的促进作用。因此，同步带测长技术的发展是同步带技术发展中必不可少的一项重要环节。测量系统是同步带测量的技术装备，研制先进的高精度的测长机是现今我国汽车同步带技术推广应用的当务之急，也是发展、改进同步带的

8、一个重要环节，为同步带技术奠定了基础。§1.3传动带性能参数测试系统的要求和技术指标要求：该性能参数测试系统主要用于汽车同步带测量。要实现半自动测量，自动打印，同时也可适用于切边V带、多楔带等测长的要求。可以更换带轮测量不同种类的传送带。技术指标：1、测长范围：4002600mm2、测量精度：mm3、主动轮转速：200600转/分，可调4、测量张力：20N1200N5、横向摆动精度：mm6、工作时间8小时/天第2章 传动带性能参数测试系统的基本结构和程序§2.1测长系统的基本结构测长系统由两个相同的，安装在水平轴上的测量用带轮，施加测量力的机构，两带轮中心距测量机构组成。一

9、个带轮安装在固定轴上，另一个带轮安装在滑动轴上【3】。如图2-1所示：图2-1测量系统的基本结构§2.2测量程序对带施加测量力F后，将带转动至少两圈，测出两轮中心矩a用公式（2.1）计算出带的有效长度L【26】。 （2.1）式中：L带的有效长度，mm； a此时的中心距，mm； d带轮有效圆周长，mm。经过多次测量得的a值求平均值，则可得L的长度。精度为mm。第3章 总体方案设计§3.1测量原理由测量用带轮（一个装置固定在轴上，另一个固定在滑动轴上），负荷加载机构，带轮轴间距离指示机构组成，测量同步带的长度。其测量原理与测V带一样。使一个带轮固定，另一个带轮可以在滑动导轨上滑

10、动，在加载情况下，使带轮转动三转后，利用测量装置就可以测出带长。固定带轮滑动带轮皮带测量力测量装置图3-1 测量装置示意图§3.2方案比较与选择立式传方案动带测量系统（如图3-3）有很大的优点，易于控制，控制自动化程度高，且滑动端所受的拉力是自由载荷，卸载加载容易。但是，由于人是操作者，要以人为本，考虑到人的身高和所要测量的带长，这个装置不能超过人的正常工作身高，仅仅因为这一点这个方案不可取。但此方案特别适用于测量短小的带。图3-2立式传动带测量系统 1.固定端带轮 2.移动端带轮 3.机架 4.重砣 5.液压装置 6.拉构 7.带 8.细化钢丝绳所以改用方案为卧式测量。以下为卧式测

11、量系统方案的详细比较：方案一：采用电机做动力源实现加、卸载荷和带的转动，采用光栅尺测量带长。优点：操作方便、测量准确、读数直观、测长速度快、测量精度高、卸载自动化好，制造成本较低。缺点：需要两台异步电动机，使结构复杂。同时，由于测量系统的最大功率在100w左右，所以对于电动机来说，有很大的功率浪费。方案二：采用电动机作为动力实现带轮的转动，采用汽缸作为动力实现加、卸载。用光栅尺测量。优点：操作方便、测值准确、读数直观、测长速度快、加、卸载自动化程度更高。缺点：汽缸制造成本高，而且工作时必须有良好的气源供气，有可能因为气源原因而无法工作，同时测量系统的要求也较高。最大的缺点是测量力不是自由载荷，

12、使测量结果失真。电动机同方案一样有同样的缺点。方案三：、采用电动机动力实现带轮的转动，用重砣加载，卸载机构采用杠杆作用。用光栅尺测量。优点：结构简单、操作方便、测值准确、读数直观、测量速度快、卸载机构简单。缺点：仍然是造成电动机功率浪费，但是卸载速度慢，自动化程度不高。经过比较在卧式测量系统中，我认为还是方案一可行，符合工厂生产的实际情况【21】。§3.3 测长机机总体布局（1）测试台测试台由上台面、支撑架、直线导轨组成。支撑架用地脚螺栓牢固地固定在底板上；上台面左右装有称轮，引导张紧装置的张紧力；定同步带轮架固定在直线导轨左端，动同步带轮固定在直线导轨的滑块上；导轨末端装有挡铁。（

13、2）中心距测量装置此装置中光栅尺安装在测试台上，与直线导轨平行安装，其动头用连接板与动同步带轮连接，与动同步带轮保持同步。动同步带轮可以在直线导轨上自由移动，根据被测同步带长度确定位置。测量之前应用标定装置标定光栅尺，光栅尺读数直接由工控机记录。（3）转速测量装置光电转速传感器安装在传感器架上，在电机联轴器上装有带孔铝板，转动时光电传感器即可记录转速数据，直接输入工控机处理。（4）横向摆动量测量装置激光测位仪是一种非接触的测量仪器。激光测位仪由测位仪架安装在动同步带轮左侧，通过测位仪架可以在竖直和水平方向进行微调。测位仪架的长度保证了测量位置在距动同步带轮中心125cm位置处。测量得到的数据直

14、接输入工控机进行处理。（5）张紧装置张紧装置由重砣和钢丝绳组成，用于使同步带张紧。（6）带轮该装置配有与不同型号同步带相配的成套标准带轮，测量不同型号的同步带时，可以方便而迅速地更换相应的带轮。（7）控制系统控制系统负责数据的采集、计算、处理、报表生成、结果判断和动作控制。它由PC工控机、显示器、打印机和各外部信号处理器组成。图3.3 测长机结构图第4章 汽车同步带测长机的主要部件设计§4.1确定中心距离带长的测量原理如图4.1所示：图4.1 带长测量原理两个直径相等的带轮组成，其中一个带轮在固定轴上转动，另一个带轮在游动轴上自由转动，使中心距a可移，并在移动轮上施加所要求的测量力F

15、。带轮的要求由表4-1和ISO9011规定。表4-1 带节线长测量用带轮带型号齿数Z节圆周长/mm外径do/mm跳动Ph×Z径向/mm轴向/mmZA、ZB、ZH、ZS20190.559.266±0.0130.0130.025YH、YS2217654.651±0.0130.0130.025ZR20190.559.138±0.0130.0130.025YR2217654.522±0.0130.0130.025带的节线长等于一个带轮的节圆周长加上两倍的所测中心距。实际测量时，在带至少转动2-3圈时，测得中心距，并按下式求得带长：（d为带节圆直径）由于

16、汽车同步带轮是ZA和ZB型，初选ZA型号的带轮，则： a=( L-)/2=(400-190.5)/2=104.75>59.138所以所选型号的带轮符合条件。因此最大中心距a=( L-)/2=(2600-190.5)/2=1204.75mm为了设计方便，这里取 a=100-1300mm。§4.2 传动系统的计算4.2.1 选择电动机1.初定传动方案初定驱动电动机1500转/分（额定转速），经过变频器变速，带动主动轮转动。这里不采用齿轮变速，因为用齿轮变速机器的重量和结构都要增大，而且灵活性也没有变频器好。2.选择电动机1） 选择电动机的类型生产单位一般都用三相交流电源，我国推广采

17、用新设计的Y系列三相异步电动机，淘汰了原来广泛采用的JO2和JO3系列小型异步电动机。它适用于不易燃，无腐蚀性气体的场合和要求具有较好启动性能的机械中，。因此采用三相交流异步电动机。采用新设计Y系列。2） 选择电动机的容量电动机额定功率（电动机所需功率）=2.1KW 式中：F 工作机的阻力（N）； v 工作机线速度（m/s）； 工作机的阻力矩(Nm)； 工作机的转速(r/min)； 工作机的效率； 由电动机至工作机的总效率。 电动机型号 Y2-100L1-4 额定功率2.2KW 满载转速 1410r/min3.变速装置变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制

18、装置，它可以通过改变电压改变频率，从而改变电动机的速度。它的特点是：节能省电，只要用不完的功率都可以节省下来，大大降低生产成本，矢量自动化控制，保护电机，延长电机寿命，在启动时平稳，慢慢启动，对电机的冲击小，它强大的菜单功能，完善的输入，输出信号及通讯端口，为自动化控制，现场总线控制条工了最佳解决方案。4.2.2 静同步带轮轴的设计与校核设计静同步带轮轴：1.求轴上的功率P、转速n和转矩T 由于轴和电动机直接相连，则 P=2.2KW n=200r/min于是 T=9 550 000=9 550 000×Nmm=105050 Nmm2.求作用在主动轮上的力因已知主动轮外径为 d=59.

19、266mm而 （2×105050）/59.266N=3545N 950N 圆周力，径向力及轴向力的方向如图所示。3. 初步确定轴的最小直径先按公式初步计算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表，取=112，于是得112×=22mm表4.2轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn/MPa15-25 20-35 25-45 35-55 149-126 135-112 126-103112-97 轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表，考虑到转矩变化很小

20、，故取 =1.3， 则：=1.3×35017 Nmm=136565 Nmm按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查GB/T50141985或手册，选用HL4型弹性联轴器，其公称转矩为。联轴器的孔径d=28mm。故取的1-2段的直径d=28mm，半联轴器长度L=84mm,联轴器与轴配合的毂孔长L1=62mm。4.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向，顺序和相互关系。为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周

21、向定位，以保证其准确的工作位置。轴上零件的定位用轴肩，轴承端盖和圆螺母定位。2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1) 为了满足联轴器XXXXXXXXXX.此处删除无数+N个字，完整设计请加扣扣:二二壹五八玖一壹五一表4-7 约有半数滚动体接触时派生轴向力的计算公式圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C70000AC70000BNNN N由表4-8确定载荷系数，取表4-8 载荷系数载 荷 性 质举 例无冲击或轻微冲击1.01.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.21.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等强大冲击1.83.0粉碎机、轧钢机、

22、钻探机、震动筛等 取 =0.47，N验算轴承寿命取=3.3h 满足要求§4.4 光栅尺的安装方法及测量原理4.4.1光栅尺的选择为了精确测量胶带长度，特别是同步带长度，本设备选用的高精度光栅线位移传感器作为测长传感器。本设备所选用的是中国科学院长春精密机械研究所所生产的光栅线位移传感器，型号-A，它是以高精度光栅做检测元件的密封式高精度传感器与数显表配套组成高精度数字化测量装置，适用于各类机床及仪器进行技术改造实现位移量数字化显示。由于利用莫尔条纹原理进行位移测量，因此它比其它类型的传感器具有高精度，性能稳定可靠，抗干扰强，安装调整方便等优点。4.4.2 选用光栅尺工作参数（1）准确

23、度：为高精度测量胶带，选±5um准确度。（2）光栅尺的栅距：同样为了达到测量精度的要求，在所提供的两种光栅距：0.02mm（50对线/毫米）和0.04mm（25对线/毫米），选择0.04mm（25对线/毫米）。在测量时，PLC的计数方式采用加减运算模式高度计数，把相位差4倍的光栅尺输出二相信号（A相和B相）与Z相信号加减模式输入PLC，故其一个栅距计数脉冲为0.01mm。（3）零位：为了消除重复运动精度的变化，并提高生产率，该光栅尺选用50mm一个零位。使在测量中，每次测长时，传动带张紧时均自动通过一个零位进行自动清零，从而可保证重复测量精度。（4）测长范围：为实现可最大测量长度26

24、00mm带长的要求，选择测量长度为1300mm。（5）工作电压：该尺的工作电压为：5V±5%。4.4.3 安装及测量原理本设备中光栅尺的安装不同于其它用途的安装方式，其主尺与张紧轮固定在一起，而其副尺与驱动轮固定在一起，这样的安装有独到之处，即可方便自动清零，以满足高精度测量要求，又可使每次测量时的移动距离较短，满足高效率的工作要求。其测量原理如下：因从动轮与光栅尺寸主尺固定，从动轮轴心到主尺的最右端第一个零位的距离为，此值由机械安装决定，为一固定值。当测量不同带长时，可通过手轮、齿轮、齿条驱动电机、驱动带轮及光栅尺寸尺移到某一大概位置，并加以固定，此时副尺的刻度对应主尺的某两个零位

25、中间（光栅尺每50mm即有一个零位），如图所示，设n-1及n个零位中间某一值。此时通过MPT或上位PC机将零位号输入PLC对应的数据区。当测长工作开始后，减速电机开始收绳，从动轮在重砣的作用下将带张紧，此时主尺也一同移动，在运动中光栅尺通过第n个零位时，PLC计数值清零，而且，当光栅尺继续移动过程中，即使再过一个零位时程序保证不在清零。再向前运动，PLC即从零开始计数，因PLC采用增减计数方式，故PLC计数时，光栅尺输出信号输入PLC为相位差4倍率单机输入。其每一个脉冲对应带轮移动0.01mm。设当从动轮处于某一位置后，测量过程中计数器计数为K，则此时主、从动轮中心距为a=+n×50

26、+0.01K(其中0.01K相当于图中的a),则带长为L=2a+,为测量所用带轮的有效周长。4.4.4 光栅尺的安装优点（1）因为光栅尺每50mm有一个零位，所以当带张紧时，从动轮只需移动50mm，即可通过一个零位，从而进行清零，这样可以保证测量结果的精度，消除测量过程中计数值的累积误差。（2）因光栅尺有多个零位，清零方便，克服了当若仅有一个零位时，若是要清零，有可能使光栅尺寸、副尺大范围移动的问题。虽然可测量的带长度范围较大，但测量过程中光栅尺的移动距离有限，从而减少了设备的空间尺寸，提高了光栅尺的使用寿命。 如上所述，本设备的测量精度可大0.01mm，这一精度完全可以满足现在同步带的精度要

27、求。此外该设备还可以通过监控软件，在测长工序中实现了测长计算机控制，对测量数据进行保存。另外通过更换测量带轮，可测各种规格的同步带，也可测V带等。总 结经过三个多月的不懈努力，终于完成了本次毕业设计。毕业设计是大学生涯中的最后一个教学环节，也是培养学生实际工作能力的关键环节。虽然本次设计比较紧张，但总的来说，感觉比较充实。我始终以积极的态度去对待这次设计，要不就不做，做了就该尽自己的努力去作到最好。只要认真付出，一定可以得到回报。在本次的设计中，虽然我遇到了很多困难，但是我从来没有放弃过，在老师们的悉心指导和同学的帮助下，我顺利完成了本次毕业设计，在此对给予我很大帮助的老师们和同学们表示衷心的

28、感谢！通过这次毕业设计的学习，我不仅对以前学的基础知识有了更深的认识和理解，还提高了对专业知识的应用能力，使我更加了解了设计的要求。同时，也增强了我的自学能力，为以后的工作和学习奠定了基础。设计不是一天能够完成的，需要一定的周期才能够完成，在设计期间，我看到了每个人锲而不舍，坚持不懈的精神。同时，设计也不是一个人能完成的，需要老师和同学的帮助，这就需要团队精神。通过这次设计，我认识到了团队精神的重要。此次设计是在原有机械结构上的一次创新设计。由于我的理论知识和实践经验的欠缺，给本次的设计带来了不少困难。尽管我的工作量很大，但是我尽力去学习，去查找资料，最终完成了所要求的设计任务。同时，我感受到

29、此次设计课题的实际生产意义。本次设计的是同步带测长机，对于现代我国的汽车行业发展来说，同步带测长机作为测量汽车同步带长的高精度仪器，已经在世界多国得到迅速发展，而我国的测长机发展才处于初级阶段，因此测长机具有广阔的发展前景。从而，改进后的同步带测长机一定将具有很强的市场竞争力。总的来说，此次毕业设计，我学到了很多东西，不仅了解了学术上的一些知识，锻炼了自己独力获取新知识的能力，在网上查找资料和与人交往、合作完成任务的宝贵经验等。同时也看到了自己专业上的不足，以及思维上的局限，这些将对我以后步入社会，走向工作岗位都具有积极的帮助。致 谢历时三个多月的毕业设计终于要结束了，欢喜之余我要感谢在设计期

30、间给予我指导和帮助的老师及同学。首先，在这里我要感谢我的导师李占国教授，在李老师孜孜不倦的教导下，我的设计才得以顺利完成。李老师知识渊博，思维敏锐，诲人不倦，在他的精心指导下，我的思路变的清晰，信心变的更加坚定。不仅如此，李老师无论是在做学问上还是在做事上都教会了我许多，他对科学精益求精、不断进取的精神和严于律己、宽以待人的崇高品质对学生是永远的鞭策，他的言传身教将使我在以后的工作和生活中受益良多。同时，我要衷心的感谢他在百忙之中孜孜不倦，不厌其烦的指导了我三个多月。在此期间，我学到了很多书本上学不到的东西，他不仅给我讲解了一般测长机的知识和现实工作中的许多技巧，给我的设计给予了极大的帮助，而且在工作和生活中，他们用自己的亲身经历给我讲解了许多做人的道理和以后工作中需要注意的问题、处理事情的方法和方式，这对于即将踏入社会走向工作岗位的我来说，这无疑是一笔宝贵的财富，可以让我少走不少的弯路，在此，特别向李老师表示深深的感谢！还有很多给予过我帮助的人，在这里我不一一介绍了，总之，感谢所有帮助过我的老师和同学，感谢你们对我的支持和鼓励，衷心的向你们表示感谢！参考文献1 濮良贵、纪名刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社2 邵芳，姚俊红.我国汽车传动带技术分析与展望.机械制造42卷第478期.2004.63 Sachio H. Structure and mechan