汽车同步带测长机设计学士学位论文.doc

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长 春 大 学 毕业设计（论文）纸

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：400~2600mm
2、测量精度：mm
3、主动轮转速：200~600转/分，可调
4、测量张力：20N~1200N
5、横向摆动精度：mm
6、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，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。
（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。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/mm
ZA、ZB、ZH、ZS
20
190.5
59.266±0.013
0.013
0.025
YH、YS
22
176
54.651±0.013
0.013
0.025
ZR
20
190.5
59.138±0.013
0.013
0.025
YR
22
176
54.522±0.013
0.013
0.025

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/min
3.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×N．mm=105050 N．mm
2.求作用在主动轮上的力
因已知主动轮外径为
d=59.266mm
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、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
/MPa
15-25
20-35
25-45
35-55

149-126
135-112
126-103
112-97

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，故取
=1.3， 则：
=1.3×35017 N．mm=136565 N．mm
按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查GB/T5014—1985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) 为了满足联轴器的轴向定位要求，1-2轴段左端需制作出一轴肩，故2-3段的直径d=38mm；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=40mm。联轴器与轴配合的毂孔长度L=62mm，为了保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L略短一些，现取l=60mm.
(2) 初步选择滚动轴承。 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d=62mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313，其尺寸为D×d×T=140mm×65mm×36mm,故；而。
右端滚动轴承采用轴肩进行定位。由手册上查得30313型的定位轴肩高度h=6mm,因此，取。
(3)取安装主动轮处的轴段4-5的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知轮的轮毂为80mm，为了使套筒端面可靠的压紧轮，此轴应略短于轮毂宽度，故取。轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度b≥1.4h，取。
(4)轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与联轴器右端面间的距离l=30mm，故取 。
至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
3）轴上零件的周向定位
主动轮，联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册查得平键截面b×h=20mm×12mm（GB/T1095-1979）,键槽用键槽铣刀加工，长为63mm（标准键长见(B/T1095-1979）,同时为了保证轮与轴配合有良好的对中性。故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，联轴器与轴的联接，选用平键为16mm×10mm×70mm,联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
4）确定轴上圆角和倒角尺寸
参考表，取轴端倒角为2×，各轴肩处的圆角半径见图。

表4.3 零件倒角C与圆角半径R的推荐值 mm
直径d
>6-10
>10-18
>18-30
>30-50
>50-80
>80-120
>120-180
C或R
0.5 0.6
0.8
1.0
1.2 1.6
2.0
2.5
3.0

5.求轴上的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从手册中查得a值。对于30313型圆锥滚子轴承，由手册查得a=29mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨矩=71mm+141mm=212mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是危险截面，现将计算出的截面C处的，及M的值列于下表：
表4.4
载荷
水平面H
垂直面 V
支反力F
332N，167N
186N, -30N
弯矩M
23621N
13269Nmm,-414Nmm
总弯矩
Nmm
Nmm

扭矩
T=105050Nmm

6.按弯矩合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据轴的弯矩合成强度条件公式

式中： —轴的计算应力，单位为MPa；
M—轴所受的弯矩，单位为N.mm；
T—轴所受的扭矩，单位为N.mm；
W—轴的抗弯截面系数，单位为；
—对称循环应变力时轴的许用弯曲应力
及上表的数值，并取=0.6，轴的计算应力

=18.6MPa
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得=60 MPa。因此<，故安全。

7.精确计算轴的疲劳强度
1）判断危险截面
截面A，2，3，B只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面A，2，3，B均无需校核。
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面4和5处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面V的应力集中的影响和截面4的相近，但截面5不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面6和7显然更不必校核。键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面4左右两侧即可
2）截面4左侧
抗弯截面系数 ：
W=0.1=0.1×=27463
抗扭截面系数 ：
=0.2×=54925
截面4左侧的弯矩M为：
M=13356
截面4上的扭矩T为：
T=105050Nmm
截面上的弯曲应力：
=4086MPa
截面上的扭转切应力：
=17.48 MPa
轴的材料为45钢，调质处理。由手册查得=640MPa, =275MPa,=155 MPa。
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及由资料查取。因r/d=2.0/65=0.031,D/d=70/65=1.08,经插值后可查得：
=2.0， =1.31
又可查得轴的材料的敏性系数为：
=0.82， =0.85
故有效应力集中系数为：
=1+（-1）=1.82
=1+（-1）=1.26
由资料查得尺寸系数；扭转尺寸系数
轴按磨削加工，可查得表面质量系数为：
==0.92
轴未经表面强化处理，即=1，则可得综合系数值为：
2.80
1.62
由查得碳钢的特性系数
取=0.1
取=0.05
于是，计算安全系数值，得：
20.21
10.62
=9.40》S=1.5
故可知其安全。
3）截面4右侧
抗弯截面系数
W=0.1=34300
抗扭截面系数
=68600
弯矩M及弯曲应力为
M=13356Nmm

=3.89 MPa
扭矩T及扭转切应力
T=105050 Nmm
=14.00 MPa
过盈配合处的值，查资料用插入法求出，并取=0.8，
于是得
3.16 0.8×3.16=2.53
轴按磨削加工，查得表面质量系数为：
0.92
故得综合系数为：
3.25
2.62
所以轴在截面4右侧的安全系数为
21.75
8.29
=7.75>S=1.5
故该轴在截面5右侧的强度也是足够的。因其无太大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。

8.绘制轴的工作图
如下图所示：
图4.2

§4.3 收绳轮装置的设计

4.3.1 电机的选择
由于收绳论的转速要求很低，所以需要选择速比较大的电机，经过查阅资料发现XWD4-17-2.2型号的电机适合要求。它的技术参数为功率2.2KW，速比为17。它具有以下特点：
（1）结合国际技术要求制造，具有很高的科技含量；
（2）节省空间，可靠耐用，减速比可达17；
（3）能耗低，性能优越，效率厂可达95%以上；
（4）振动小，噪音低，节能高；
（5）选用优质锻钢材料，刚性铸铁箱体，齿轮表面经过高频热处理；
（6）经过精密加工，确保轴平行度和定位轴承要求，完全保证了产品使用质量特性。

4.3.2 收绳论轴的设计与校核
1）轴的结构设计主要取决于：
（1）轴在机器中的安装位置及形式；
（2）轴上安装的重要零件类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；
（3）载荷的性质、大小、方向及分布情况。
轴没有标准的结构形式，初步设计轴的直径=48mm。
根据表零件倒角和圆角半径的推荐值。
取 =1.2 =1.6
有配合要求的轴段，尽量采用标准直径。
为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合的轴段长度一般比轮毂长度短2到3mm。

表4-5零件倒角和圆角半径的推荐值
直径

或
1.0
1.2
1.6
2.0

为了减少轴所受的弯矩，传动件尽量靠近轴承。较大的过度圆角半径会降低应力集中。
轴的结构工艺性要求：一般来说轴的结构越简单工艺性越好，轴端有倒角。
2）按扭转强度条件计算：

式中 ：扭转切应力，单位为MPa；
：轴所受的扭矩，单位为Nmm；
：轴的弯扭截面系数，单位为；
：轴的转速，单位为r/min；
：轴传递的功率，单位为kw；
：计算界面处轴的直径，单位为mm；
：许用扭转切应力，单位为MPa，见表4-6。

表4-6 轴常用几种材料的及
轴的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn
/MPa
1525
2035
2545
3555

149126
135112
126103
11297
取
kw mm
。
轴的直径：

16mm
根据表4-6取 =103
轴的直径100mm，轴上有两个键槽，轴的直径扩大10%15%，轴上有一个键槽时扩大5%7%，本设计中扩大15%，轴的直径为18.4mm。取轴端直径为24mm满足要求。
根据圆柱型轴伸和轴肩轴环尺寸设计，取30mm，长系列 80mm，(0.070.1) 1.4
初步选择轴承型号为 7207C，油封型号为 J型无骨架橡胶油封。
为了满足轴的设计要求，轴各段初步设计如图所示。
图4.3 收绳轮轴

3）轴的受力分析
（1）轴的受力分析图

图4-4 受力图

由经验公式得
=2。
在面列平衡方程，受力如图4-5：

= = =2 = =
r/min kw
计算得
N
N

图4-5 面受力图

在面列平衡方程，受力如图4-8：

计算得
N
N

图4-6 面受力图

（2）作出弯矩图
轴在面所受弯矩如图4-7所示：
==18785.4Nmm

图4-7 面弯矩图
轴在面所受弯矩如图4-8所示：
==172721.1Nmm

图4-8 面弯矩图
（3）作出扭矩图
轴所受扭矩如图4-9所示：
Nmm

图4-9 扭矩图
（4）校核轴的强度
已知轴的弯矩和扭矩，轴承处为危险截面，应力计算：

：轴的计算应力，单位为MPa；
：折合系数，扭转应力为静应力，取。
对于直径为的圆轴，弯曲应力,扭转切应力，将和代入上式，则轴的弯扭合成强度条件为：
：轴所受的弯矩，单位为Nmm；
：轴所受的扭矩，单位为Nmm；
：轴的抗弯截面系数，单位为mm；
：对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，经查表取=55MPa。
计算得 MPa，满足要求。
按疲劳强度条件进行精准校核，安全系数，本设计中轴的材料均匀，载荷与应力计算精准，取=1.4。
只考虑弯矩和轴向力时的安全系数：

根据查表的=295MPa，本设计中轴向力=0；=7.14。
只考虑扭矩时的安全系数：

171.1MPa 8414.2 mm
=43.43
故可知轴安全。
4） 轴承的选择与校核
根据工作条件决定在轴的两端正装两个角接触球轴承。由设计轴的数据可知，带轮传递转矩为33148.9Nmm，所受圆周力为=2=1366.7N，带轮直径为99.02mm，轴的转速为5880r/min，轴承的预期寿命为1000h，初步选择轴承为7207C。
查滚动轴承样本（或设计手册）可知7027C轴承的=30500N，=20000N。
两轴承所受到的径向载荷为和，
=-534.1N =534.1N
=-4910.7N =4910.7N
4939.7N
4939.7N
轴承所受的轴向力忽略不计。
对于70000C型轴承，按表4-7，轴承派生轴向力，为判断系数，先初取，。

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
70000C
70000AC
70000B

N
N

N 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、钻探机、震动筛等

取 =0.47，，
N
验算轴承寿命

取=3.3
h 满足要求

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§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2600mm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+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，我感受到此次设计课题