一种动态均衡补偿张紧力的传动带张紧装置

仲秋

摘 要：传动带张紧装置是龙门加工中心的重要部件，直接影响机床进给运动的稳定性和定位精度。本文针对现有龙门加工中心带传动张紧装置的不足，创新设计了一种动态均衡补偿张紧力的传动带张紧装置，详细介绍了该装置的结构和工作原理。设计的传动带张紧装置结构简单，可靠性高，有利于保证机床运行的平稳性和加工定位精度。

关键词：龙门加工中心；传动带；张紧装置

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

龙门加工中心具有承重力强、行程大、精度高等特点广泛用于对大型复杂零件进行粗精加工。其中龙门加工中心的Y轴进给运动，由电机通过丝杠传动机构驱动滑板沿着横梁导轨作往复直线运动而完成的，其往复运动由电机的正反转来实现。由于Y轴进给运动是一个正反向的直线运动，滑板和电机要频繁的进行正反向运动，这样，对传动带的张紧要求特别高。目前大多数传动带的张紧力都是通过调节电机底座与丝杠的距离来实现。该结构虽然简单，但却存在着明显的不足：（1）电机和滑板在正反向运动中，传动带的紧边一侧受力较大，而松边一则受力较小，有时还为零，当滑板由一个方向转为另一个方向运动时，电机转向同时也由一个方向转到另一个方向，此时，传动带原来张紧的一边会突然放松，而原来较松的一边则会突然張紧，这样突然的一松一紧，交替变化，会给电机及电控系统带来很大的冲击，使瞬间负荷上升，严重时会引起系统报警。（2）由于电机带轮、丝杠带轮、传动带三者都存在有一定的制造误差，加之传动带材料本身所具有的弹性，使传动带紧边在传动过程中所承受的张紧拉力，始终处于不断地变化之中，而且松边的张紧力有时还会完全丧失，从而极大的影响进给力的平稳传递，对机床进给运动的稳定性和定位精度造成很大影响。为此有必要研发一种动态均衡补偿张紧力的传动带张紧装置。

1 动态均衡补偿张紧力的传动带张紧装置设计

为了克服上述现有技术的不足，设计了一种动态均衡补偿张紧力的传动带张紧装置，可以使传动带在运动过程中，其松--紧两侧边始终同时处于张紧状态，并且两侧边在正反向交变过程中，其张紧力自动补偿，自动张紧，从而使其张紧力始终处于平稳状态。传动带张紧装置结构如图1所示。

图1 中（a）为传动张紧装置在机床中的位置示意图。

图1中，1-滑板，2-横梁，3-丝杠带轮，4-传动带，5-电机带轮，6-电机，7-滑杆，8-夹紧轴，9-键，10-弹簧，11-端套，12-并紧螺母，13-滑套，14-夹紧轴，15-滚轮，16-轴承，17-弹性挡圈，18-挡环，19-挡盖，20-支撑套。

支撑套20为一内外方形的矩形套筒，滑套13为外方内圆的通心滑块，滑套13置于支撑套20中，并可在支撑套20中轴向滑动。滑杆7穿于滑套13的内孔中，弹簧10和端套11设于滑杆7上，端套11与滑杆7螺纹联接，端套11可随滑杆7一起相对滑套13轴向滑动。

滑套13的一端本体上设有轴肩，另一端的孔内设置有端套11，弹簧10设于滑套13的轴肩与端套11之间。弹簧10在弹性力的作用下可推动端套11带动滑杆7一起相对滑套13轴向移动。通过调节端套11 的位置，可调节弹簧10的压紧力。端套11的外端设有并紧螺母12。

滑杆7的两端分别设有夹紧轴8、14，两夹紧轴8、14为端部带安装圈的短轴，其一端的安装圈设于滑杆7上，并由螺钉固定在滑杆7上。另一端的安装圈设于端套11的外侧，并由螺钉固定在滑套13上；端套11可相对此端安装圈和滑套13运动，此端安装圈上设有一凸台，可对端套11的行程进行限位。两夹紧轴8、14的短轴上分别设有滚轮15，滚轮15内设有轴承16，滚轮15的内端轴上设有挡盖19，外端轴上设有挡环18和弹性挡圈17。

为防止滑杆7相对滑套13转动，滑套13的内轴肩与滑杆7之间通过键9联接。滑杆7及端套11在滑套13的圆形孔中轴向滑动，滑套13在支撑套20的矩形孔中轴向滑动而不会发生相对转动，键9用于防止滑杆7产生相对滑套13的转动，滚轮15随着传动带4的运动而同时转动以减小摩擦力。两滚轮15夹紧在传动带4的松紧两边外侧即可。为提高装置使用的稳定性，支撑套20可固定在电机座上。

工作时，两个滚轮15在弹簧10的作用下同时向内收缩夹紧在传动带4的松紧两边的外侧，以施加一对方向向内大小相等的弹性夹紧力，使传动带4的松紧两边同时张紧，且张紧力在同一个弹簧力的作用下，大小相等，自动补偿。

传动带4的紧边和松边都受到动态且均衡的张紧力作用，松边的张紧力保持基本不变，不会出现松边丧失张紧力的情况，有利于进一步保证机床滑板运行的平稳性。当一侧或两侧的拉力瞬间变小时，传动带4会变得松驰，弹簧10立刻就会伸长，推动滑杆7在滑套13中滑动，带动滚轮15基本上以原张紧力的大小继续与传动带4两侧紧贴，保持张紧力的相对稳定，从而使拉力重新回到原来的大小；相反，当拉力瞬间变大时，传动带4会崩得更紧，弹簧10立刻就会缩短，滑杆7在滑套13中向另一个方向滑动，使滚轮15对传动带4两侧的张紧力基本维持不变，同样使拉力回到原来的大小，从而保持传动带4传递驱动力的稳定性，进而保持机床的滑板1在横梁2上进给运动平稳，有利于保证定位精度。

机床滑板1正反向运动时，虽然传动带4传递力的紧边一侧受力仍较大、另一侧的松边受力仍较小，但是差距已远小于没有动态张紧的时候。当机床滑板1由一个方向转为另一个方向运动时，电机6转向由一个方向转到另一个方向，传动带4原来的紧边会平缓放松到一定的受力状态成为松边、而不是放松到完全松驰，而原来的松边则会由一定的受力状态平缓张紧成为紧边、而不是从完全松驰状态开始张紧，在这个过程中，滑套13会在滑杆7及弹簧10的作用下轴向自由滑动，由本来的偏向原紧边位置滑移到偏向新的紧边位置，直到新的紧边和松边与弹簧10的作用力达到新的平衡。这样的传动带4松紧边转换过程比没有动态张紧时要平稳得多，消除了突紧突松对电机6及电控系统的冲击，使机床的滑板1在正反向运动时更为平稳。

本文提出的设计方案与现有技术相对比所具备的优点是：通过来自同一个弹簧 10 的大小相等方向向对的施加于传动带松紧两边的作用力，使传动带松紧两边同时受到动态且均衡的张紧力作用，且两边的张紧力基本保持稳定。虽然传动带传递力的紧边一侧受力仍较大、另一侧的松边受力仍较小，但是差距已远远缩小，特别是不会出现松边丧失张紧力的情况。传动带张紧装置结构简单，可靠性高，有利于保证机床运行的平稳性，可有效地提高机床的加工定位精度。

2 结论

根据龙门加工中心中对于电机传动带的设计要求，创新设计了一种动态均衡补偿张紧力的传动带张紧装置，即通过滚轮在弹簧的作用下同时向内收缩夹紧在传动带松紧两边的外侧，以施加一对方向向内大小相等的弹性夹紧力，使传动带的松紧两边同时张紧，且张紧力在同一个弹簧力的作用下，大小相等，自动补偿，有效地保证了机床进给运动的稳定性和加工定位精度。

参考文献：

[1]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计（第9版）[M].高等教育出版社，2013（05）.