钢带传动研究综述

2022-03-02 08:14:28 | 浏览次数：

摘要：本文主要介绍钢带传动研究的国内外现状。其中，首先总结了开展钢带研究的意义，然后对钢带传动的应用进行了论述，接着对钢带的三种不同传动形式——牵引式、摩擦式、啮合式的研究进行分类评述，最后讨论了目前钢带传动研究中存在的问题和今后的研究方向。

关键词：钢带传动；牵引式；摩擦式；啮合式

前言：带传动作为重要的传动机械，从简单的动力传递到复杂的生产线都有广泛应用。随着机械设备不断向高精度、高速度、大功率、长寿命、低成本、低噪声和紧凑化发展，近年来带传动产品在保证一定强度条件下也逐步向轻薄方向发展。钢带是继橡胶带、皮革带、纤维带、钢丝带之后的、弹簧钢材料在带传动上的应用，既继承了传统传动带传动平稳、能缓冲吸振[3]的优点，又拓展了新材料在带传动领域的应用。钢带传动较之齿轮传动而言，能够很好较好解决其中心距不能过大，成本高且环境适应性差的缺点；与链传动比较可以发现，受多边形效应的影响，链传动运行平稳性差，噪声较大且速度较低，虽有高速链，但受其结构复杂、经济适应性较低的制约，应用较少；与传统带传动相比，受普通带本身弹性滑动特性的影响，其传动精度及传动效率较低，虽有同步带，但其制造工艺复杂，传动能力小。研究发现，钢带传动具有以下优点：

（1）钢带通常由弹簧钢制造而成，弹性模量可达210GPa，是普通带的近100倍。

（2）钢带本身弹性形变小，弯曲性能好，易实现中心距、精密传动。

（3）钢带传动无需润滑、耐油、耐潮、耐低高温，因其结构简单，维修量大大降低，极大提高了设备的传动可靠性。

1. 钢带传动的研究现状

1.1 牵引式钢带传动的研究

牵引式钢带传动较之摩擦式和啮合式传动较早，主要用于有限转角的运动和动力传输。陈志平、王炳源等将靠牵引力长距离钢带应用到高精度“O”型扫描架上，并成功设计了合适的张紧装置，为长距离钢带精密传动的实现做了深入研究。章亚男利用直流电机带动卷轴上的钢带运动，通过钢带上携带的检测装置完成狭窄管束间隙中的深孔作业管道机器人工作。蔡东耀、黄晓东等人通过对Adeptone精密装配机器人机构中钢带传动的解剖分析，提出了钢带接头的材料、设计、焊接及装配方法，完成了钢带联接结构、带轮结构、张紧结构的设计以及钢带的强度、预紧力、传动精度和动静态试验。李存建依据军警用产品的要求，提出了利用牵引力进行有限转角范围内的钢带传动设计。然而这种传动形式无法完成无限转角的动力传动，传动的线速度变化与钢带缠绕圈数相关，且变化不均匀，大中心距时张紧机构调整量相当大，传动精度难以控制。

1.2 摩擦式钢带传动的研究

摩擦式钢带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力实现无限转角的传动形式。Martin Egger等通过建立三带轮的平钢带纵向动力学模型，分析了平钢带轴的不对称性对传动精度的影响。Hiromasa Katayama发明了一种摩擦式的钢带墨粉加热装置，为摩擦式钢带应用于打印机、传真机等精密设备做出了贡献。童本康采用概率统计的方法对钢带精密传动中各误差因素进行分析、计算。李伦平探讨了钢带厚度对传动精度的影响以及钢带传动精度对精密光学仪器的影响。钟健、徐兴智等利用钢带线膨胀系数小、精度高、抗冲击性能好、可靠性高等优点研制了一种新兴的密封式钢带光栅线位移精密传感器。于长友通过对意大利MAGALDI公司的风冷式干排渣系统的分析，自主研制了钢带式排渣机除渣技术，发挥了钢带的抗拉、抗压和抗断裂的优点。寇明杰、张得俭等介绍了钢带传动系统在果蔬干燥生产线上的应用。万邦烈介绍了瑞典列旦工程公司（Lidan Engineering AB）设计和制造的钢带式超长抽油机，详述了长距离钢带在石油开采行业中的成功應用，并进行了设计计算及试验，并得到了实验结果，大大拓展了长距离钢带的应用领域。

1.3 啮合式钢带传动的研究

啮合式钢带传动主要用于精密无限转角的传动。陈穹、李光煜等提出穿孔同步钢带传动设想，并对同步钢带的重复性问题和钢带的蠕变问题进行了分析和研究。徐岩对啮合型钢带传动设计中的载荷、精度等进行分析，为钢带传动的系统设计提供了借鉴。其中，杜岩、唐谦等，蔡宗耀、黄晓东等，童本康，曹频、陈志平等，张敏等在钢带的设计方面进行了较多研究，分别对钢带的几何特征、联接结构、带轮（轮缘和轮毂）、张紧机构、检测和负载装置做了设计。李伦平、童本康对影响钢带传动精度的因素——零件加工精度、装配质量、钢带厚度等进行了计算，研究了钢带的传动性能，为钢带的精密传动提供了理论基础。罗善明，刘晓论、刘建芳等，陈穹、李光煜等分别从金属带传动机理入手，分析了金属带的传动原理，对钢带传动的工作原理、作用力（传动载荷和应力）、疲劳寿命、蠕变特性等做了详尽的研究。

2. 总结

刚柔耦合计算机辅助软件能够很好的对刚柔耦合机械系统进行仿真分析，其中韩国FunctionBay公司的RecurDyn多体动力学仿真软件比较有代表性。该软件采用相对坐标和完全递归算法对多体系统动力学问题的分析具有较好效果。相比Adams具有建模简单、运算迅速、建模理论先进的优点，更适合多体系统动力学模型的求解。

总之，完善钢带传动的研究还需要从多方面进行努力。因此，引入基于刚柔耦合理论、基于RecurDyn多体系统动力学仿真软件的长距离钢带传动理论与实验研究，希望能为钢带传动理论的完善、发展做出贡献。

参考文献：

[1] 李华敏. 关于齿轮、链、带等学科的发展方向[J]. 机械传动. 1992（01）： 1-5.

[2] 秦书安. 带传动技术现状和发展前景[J]. 机械传动. 2002（04）： 1-2.

[3] 蔡宗耀，黄晓东. 钢带传动研究[J]. 机械制造. 1997（03）： 11-14.

[4] 杨祖孝. 设计钢带精密传动系统[J]. 机械制造. 2001（04）： 22-23.

[5] 童本康. 钢带精密传动的误差分析与参数计算[J]. 机械设计. 1999（08）： 31-33.

[6] 李伦平. 精密轴系中钢带传动的误差分析[J]. 机械工程师. 2007（10）： 121-122.

[7] Decker H. Sizing up metal belts[J]. Modern Manufacturing. 1997： 8-12.

[8] 陈志平，王炳源，张季平，等. 钢带长距离精密传动的应用研究[J]. 机械制造. 2002（06）： 24-26.

[9] 曹频. 钢带长距离精密摩擦传动试验台的研制[D]. 杭州电子科技大学， 2009.

[10] 李存建. 有限转角范围内的钢带传动设计[J]. 起重运输机械. 2007（07）： 37.