一種動態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定性和定位精度。本文針對現有龍門加工中心帶傳動張緊裝置的不足，創新設計了一種動態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構和工作原理。設計的傳動帶張緊裝置結構簡單，可靠性高，有利于保證機床運行的平穩性和加工定位精度。

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來實現。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。目前大多數傳動帶的張緊力都是通過調節電機底座與絲杠的距離來實現。該結構雖然簡單，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為另一個方向運動時，電機轉向同時也由一個方向轉到另一個方向，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帶來很大的沖擊，使瞬間負荷上升，嚴重時會引起系統報警。（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傳遞，對機床進給運動的穩定性和定位精度造成很大影響。為此有必要研發一種動態均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置。

1 動態均衡補償張緊力的傳動帶張緊裝置設計

為了克服上述現有技術的不足，設計了一種動態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--緊兩側邊始終同時處于張緊狀態，并且兩側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狀態。傳動帶張緊裝置結構如圖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，19-擋蓋，20-支撐套。

支撐套20為一內外方形的矩形套筒，滑套13為外方內圓的通心滑塊，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。通過調節端套11 的位置，可調節彈簧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，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內設有軸承16，滾輪15的內端軸上設有擋蓋19，外端軸上設有擋環18和彈性擋圈17。

為防止滑桿7相對滑套13轉動，滑套13的內軸肩與滑桿7之間通過鍵9聯接。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生相對轉動，鍵9用于防止滑桿7產生相對滑套13的轉動，滾輪15隨著傳動帶4的運動而同時轉動以減小摩擦力。兩滾輪15夾緊在傳動帶4的松緊兩邊外側即可。為提高裝置使用的穩定性，支撐套20可固定在電機座上。

工作時，兩個滾輪15在彈簧10的作用下同時向內收縮夾緊在傳動帶4的松緊兩邊的外側，以施加一對方向向內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性。當一側或兩側的拉力瞬間變小時，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與傳動帶4兩側緊貼，保持張緊力的相對穩定，從而使拉力重新回到原來的大小；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，使滾輪15對傳動帶4兩側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傳遞驅動力的穩定性，進而保持機床的滑板1在橫梁2上進給運動平穩，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傳遞力的緊邊一側受力仍較大、另一側的松邊受力仍較小，但是差距已遠小于沒有動態張緊的時候。當機床滑板1由一個方向轉為另一個方向運動時，電機6轉向由一個方向轉到另一個方向，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平緩張緊成為緊邊、而不是從完全松馳狀態開始張緊，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松緊邊轉換過程比沒有動態張緊時要平穩得多，消除了突緊突松對電機6及電控系統的沖擊，使機床的滑板1在正反向運動時更為平穩。

本文提出的設計方案與現有技術相對比所具備的優點是：通過來自同一個彈簧 10 的大小相等方向向對的施加于傳動帶松緊兩邊的作用力，使傳動帶松緊兩邊同時受到動態且均衡的張緊力作用，且兩邊的張緊力基本保持穩定。雖然傳動帶傳遞力的緊邊一側受力仍較大、另一側的松邊受力仍較小，但是差距已遠遠縮小，特別是不會出現松邊喪失張緊力的情況。傳動帶張緊裝置結構簡單，可靠性高，有利于保證機床運行的平穩性，可有效地提高機床的加工定位精度。

2 結論

根據龍門加工中心中對于電機傳動帶的設計要求，創新設計了一種動態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收縮夾緊在傳動帶松緊兩邊的外側，以施加一對方向向內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）.