一種動態(tài)均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置

仲秋

摘 要：傳動帶張緊裝置是龍門加工中心的重要部件，直接影響機床進給運動的穩(wěn)定性和定位精度。本文針對現(xiàn)有龍門加工中心帶傳動張緊裝置的不足，創(chuàng)新設計了一種動態(tài)均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置，詳細介紹了該裝置的結(jié)構和工作原理。設計的傳動帶張緊裝置結(jié)構簡單，可靠性高，有利于保證機床運行的平穩(wěn)性和加工定位精度。

關鍵詞：龍門加工中心；傳動帶；張緊裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.042

龍門加工中心具有承重力強、行程大、精度高等特點廣泛用于對大型復雜零件進行粗精加工。其中龍門加工中心的Y軸進給運動，由電機通過絲杠傳動機構驅(qū)動滑板沿著橫梁導軌作往復直線運動而完成的，其往復運動由電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。由于Y軸進給運動是一個正反向的直線運動，滑板和電機要頻繁的進行正反向運動，這樣，對傳動帶的張緊要求特別高。目前大多數(shù)傳動帶的張緊力都是通過調(diào)節(jié)電機底座與絲杠的距離來實現(xiàn)。該結(jié)構雖然簡單，但卻存在著明顯的不足：（1）電機和滑板在正反向運動中，傳動帶的緊邊一側(cè)受力較大，而松邊一則受力較小，有時還為零，當滑板由一個方向轉(zhuǎn)為另一個方向運動時，電機轉(zhuǎn)向同時也由一個方向轉(zhuǎn)到另一個方向，此時，傳動帶原來張緊的一邊會突然放松，而原來較松的一邊則會突然張緊，這樣突然的一松一緊，交替變化，會給電機及電控系統(tǒng)帶來很大的沖擊，使瞬間負荷上升，嚴重時會引起系統(tǒng)報警。（2）由于電機帶輪、絲杠帶輪、傳動帶三者都存在有一定的制造誤差，加之傳動帶材料本身所具有的彈性，使傳動帶緊邊在傳動過程中所承受的張緊拉力，始終處于不斷地變化之中，而且松邊的張緊力有時還會完全喪失，從而極大的影響進給力的平穩(wěn)傳遞，對機床進給運動的穩(wěn)定性和定位精度造成很大影響。為此有必要研發(fā)一種動態(tài)均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置。

1 動態(tài)均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置設計

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，設計了一種動態(tài)均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置，可以使傳動帶在運動過程中，其松--緊兩側(cè)邊始終同時處于張緊狀態(tài)，并且兩側(cè)邊在正反向交變過程中，其張緊力自動補償，自動張緊，從而使其張緊力始終處于平穩(wěn)狀態(tài)。傳動帶張緊裝置結(jié)構如圖1所示。

圖1 中（a）為傳動張緊裝置在機床中的位置示意圖。

圖1中，1-滑板，2-橫梁，3-絲杠帶輪，4-傳動帶，5-電機帶輪，6-電機，7-滑桿，8-夾緊軸，9-鍵，10-彈簧，11-端套，12-并緊螺母，13-滑套，14-夾緊軸，15-滾輪，16-軸承，17-彈性擋圈，18-擋環(huán)，19-擋蓋，20-支撐套。

支撐套20為一內(nèi)外方形的矩形套筒，滑套13為外方內(nèi)圓的通心滑塊，滑套13置于支撐套20中，并可在支撐套20中軸向滑動。滑桿7穿于滑套13的內(nèi)孔中，彈簧10和端套11設于滑桿7上，端套11與滑桿7螺紋聯(lián)接，端套11可隨滑桿7一起相對滑套13軸向滑動。

滑套13的一端本體上設有軸肩，另一端的孔內(nèi)設置有端套11，彈簧10設于滑套13的軸肩與端套11之間。彈簧10在彈性力的作用下可推動端套11帶動滑桿7一起相對滑套13軸向移動。通過調(diào)節(jié)端套11 的位置，可調(diào)節(jié)彈簧10的壓緊力。端套11的外端設有并緊螺母12。

滑桿7的兩端分別設有夾緊軸8、14，兩夾緊軸8、14為端部帶安裝圈的短軸，其一端的安裝圈設于滑桿7上，并由螺釘固定在滑桿7上。另一端的安裝圈設于端套11的外側(cè)，并由螺釘固定在滑套13上；端套11可相對此端安裝圈和滑套13運動，此端安裝圈上設有一凸臺，可對端套11的行程進行限位。兩夾緊軸8、14的短軸上分別設有滾輪15，滾輪15內(nèi)設有軸承16，滾輪15的內(nèi)端軸上設有擋蓋19，外端軸上設有擋環(huán)18和彈性擋圈17。

為防止滑桿7相對滑套13轉(zhuǎn)動，滑套13的內(nèi)軸肩與滑桿7之間通過鍵9聯(lián)接。滑桿7及端套11在滑套13的圓形孔中軸向滑動，滑套13在支撐套20的矩形孔中軸向滑動而不會發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，鍵9用于防止滑桿7產(chǎn)生相對滑套13的轉(zhuǎn)動，滾輪15隨著傳動帶4的運動而同時轉(zhuǎn)動以減小摩擦力。兩滾輪15夾緊在傳動帶4的松緊兩邊外側(cè)即可。為提高裝置使用的穩(wěn)定性，支撐套20可固定在電機座上。

工作時，兩個滾輪15在彈簧10的作用下同時向內(nèi)收縮夾緊在傳動帶4的松緊兩邊的外側(cè)，以施加一對方向向內(nèi)大小相等的彈性夾緊力，使傳動帶4的松緊兩邊同時張緊，且張緊力在同一個彈簧力的作用下，大小相等，自動補償。

傳動帶4的緊邊和松邊都受到動態(tài)且均衡的張緊力作用，松邊的張緊力保持基本不變，不會出現(xiàn)松邊喪失張緊力的情況，有利于進一步保證機床滑板運行的平穩(wěn)性。當一側(cè)或兩側(cè)的拉力瞬間變小時，傳動帶4會變得松馳，彈簧10立刻就會伸長，推動滑桿7在滑套13中滑動，帶動滾輪15基本上以原張緊力的大小繼續(xù)與傳動帶4兩側(cè)緊貼，保持張緊力的相對穩(wěn)定，從而使拉力重新回到原來的大??；相反，當拉力瞬間變大時，傳動帶4會崩得更緊，彈簧10立刻就會縮短，滑桿7在滑套13中向另一個方向滑動，使?jié)L輪15對傳動帶4兩側(cè)的張緊力基本維持不變，同樣使拉力回到原來的大小，從而保持傳動帶4傳遞驅(qū)動力的穩(wěn)定性，進而保持機床的滑板1在橫梁2上進給運動平穩(wěn)，有利于保證定位精度。

機床滑板1正反向運動時，雖然傳動帶4傳遞力的緊邊一側(cè)受力仍較大、另一側(cè)的松邊受力仍較小，但是差距已遠小于沒有動態(tài)張緊的時候。當機床滑板1由一個方向轉(zhuǎn)為另一個方向運動時，電機6轉(zhuǎn)向由一個方向轉(zhuǎn)到另一個方向，傳動帶4原來的緊邊會平緩放松到一定的受力狀態(tài)成為松邊、而不是放松到完全松馳，而原來的松邊則會由一定的受力狀態(tài)平緩張緊成為緊邊、而不是從完全松馳狀態(tài)開始張緊，在這個過程中，滑套13會在滑桿7及彈簧10的作用下軸向自由滑動，由本來的偏向原緊邊位置滑移到偏向新的緊邊位置，直到新的緊邊和松邊與彈簧10的作用力達到新的平衡。這樣的傳動帶4松緊邊轉(zhuǎn)換過程比沒有動態(tài)張緊時要平穩(wěn)得多，消除了突緊突松對電機6及電控系統(tǒng)的沖擊，使機床的滑板1在正反向運動時更為平穩(wěn)。

本文提出的設計方案與現(xiàn)有技術相對比所具備的優(yōu)點是：通過來自同一個彈簧 10 的大小相等方向向?qū)Φ氖┘佑趥鲃訋删o兩邊的作用力，使傳動帶松緊兩邊同時受到動態(tài)且均衡的張緊力作用，且兩邊的張緊力基本保持穩(wěn)定。雖然傳動帶傳遞力的緊邊一側(cè)受力仍較大、另一側(cè)的松邊受力仍較小，但是差距已遠遠縮小，特別是不會出現(xiàn)松邊喪失張緊力的情況。傳動帶張緊裝置結(jié)構簡單，可靠性高，有利于保證機床運行的平穩(wěn)性，可有效地提高機床的加工定位精度。

2 結(jié)論

根據(jù)龍門加工中心中對于電機傳動帶的設計要求，創(chuàng)新設計了一種動態(tài)均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置，即通過滾輪在彈簧的作用下同時向內(nèi)收縮夾緊在傳動帶松緊兩邊的外側(cè)，以施加一對方向向內(nèi)大小相等的彈性夾緊力，使傳動帶的松緊兩邊同時張緊，且張緊力在同一個彈簧力的作用下，大小相等，自動補償，有效地保證了機床進給運動的穩(wěn)定性和加工定位精度。

參考文獻：

[1]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計（第9版）[M].高等教育出版社，2013（05）.