摘 要

本文借助传动带疲劳寿命试验机的力流封闭原理，设计了一套适用于同步带疲劳寿命试验的试验机，首先对机械封闭式试验机的加载原理进行分析，对加载装置的设计进行阐述，最后对试验机进行三维建模并对各重要零件进行了校核计算，所得结果均满足设计要求，对我国试验机的发展有一定借鉴意义。

本文的特色在于：采用机械封闭式加载原理。较电封闭式节能效果大大提升；万向联轴节传动装置的巧妙计算，使得该试验机在不需频繁拆装加载系统的前提下可以进行多种规格同步带的疲劳寿命实验；加载装置中对半带轮的设计，使得可以利用传动带的滑差率的改变为系统提供所需的负载。

关键词：同步带；疲劳寿命；试验机

Abstract

In this paper, a set of test machines suitable for the fatigue life test of synchronous belt is designed by means of the force flow sealing principle of the fatigue life test machine of the transmission belt. First, the loading principle of the mechanical closed test machine is analyzed, the design of the loading device is expounded. Finally, the three-dimensional modeling of the test machine is carried out and the important parts are carried out. The results of calculation verify that the results meet the design requirements and have certain reference significance for the development of China's test machines.

The characteristic of this paper is that the principle of mechanical closed loading is adopted. The energy saving effect of the electric closed type is greatly improved; the ingenious calculation of the universal coupling transmission device makes the test machine carry out the fatigue life experiment of a variety of specification synchronous belts without the need of frequent disassembly and loading system; the design of the half band wheel in the loading device makes it possible to use the slip difference of the transmission belt to change The system provides the required load.

Key Words：Fatigue life； Synchronous Belt；a test machine

目录

1 绪论 1

1.1 国内外发展趋势 1

1.2论文的研究目的 1

1.3论文的研究意义 2

1.4研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

1.4.1研究（设计）的基本内容 3

1.4.2实施方案 3

1.4.3指标要求 3

2 设计方案 3

2.1设计题目 3

2.2 设计原理 4

2.3 工作方式的选择 4

2.4 结构概述 6

2.4.1同步带疲劳寿命试验机结构原理 6

2.4.2疲劳寿命试验机的加载装置原理及其产生推理 7

2.4.3可调节圆半径带轮加载方式的传动分析 8

2.4.4差动轮系同步带轮加载方式的传动分析 9

2.4.5万向节机构的原理分析 10

2.4.6测试系统的检测参数确定 11

2.5 小结 11

3汽车同步带疲劳寿命试验机的技术参数及计算 11

3.1 电机的选择 11

3.2轴的结构设计 13

3.2.1同步带高速轴的设计与校核 13

3.3 滚珠丝杠副的选择 16

3.4 扭矩转速传感器及其连接的联轴器的选择 17

3.5键连接的校核 21

3.6 同步带轮及带轮的设计参数 22

3.7 小结 22

4 总结与展望 22

致谢 25

1 绪论

同步带因系齿和齿的啮合传动，无弹性滑动与打滑，传动比准确，它既有类似齿轮传动的准确性，又兼具带传动的柔性和长距离传动的适用性。汽车发动机的构造在不断地朝着紧凑、高性能方向发展,与此同时对在发动机中大量使用的汽车同步带也提出了更高的要求。因此在出厂前对同步带进行疲劳寿命测试显得十分重要。汽车同步带疲劳寿命的各种指标的测定可为厂家的产品提供准确的评估指标，以此来为改善产品性能做出参考，控制产品质量。因此，世界各国的同步带生产厂家都十分重视疲劳试验。

1.1 国内外发展趋势

早在上个世纪的五十年代，国外的一些公司就设计出了同步带疲劳寿命试验机，在他们的系统中，大量使用了差动轮系作为加载系统的方案。例如前苏联中央机械制造与设计研究院、美国通用动力公司、德国RENK公司、日本丰田汽车公司、法国Skoda公司等[1]。他们进行了大量的研究，从试验台方案的设计到最终的产品制造,经过多年的发展，已经形成了一套规范化,系列化的设计模式。

相较于国外，我国同步带及同步带试验机起步较晚,70年代上海胶带厂生产出第一条国产同步带,仍然采用原苏联的标准。随着改革开放，我国引进设备的逐渐增多,备品备件的问题也日益突显出来出,我国的一些企业开始自主研制同步带。80年代后期出现了一股技术引用潮，比较有代表性的有青岛同步带厂、无锡贝尔特、上海胶带等企业相继引进了德国的技术和装备生产同步带,期间众多的国内厂商还曾多次合作完成研发任务。在这之后，国内的许多企业，例如宁波裕江、贵州大众和辽阳奔马等也相继完成汽车同步带的自主开发工作,现在已经为国内发动机厂量产。早期的疲劳试验机主要依赖进口，但随着同步带产业的发展，我国的同步带疲劳寿命试验机不再满足于进口的单一标准，亟需国内厂家的自主设计，设计要求也十分繁多，生产厂家与订货商之间可按照自己的需求定制试验机。在此情况下，我国的同步带试验机也逐渐消化吸收了外国的技术，并最终实现自主开发设计的产业链。

1.2论文的研究目的

以2012年数据为基础，粗略估计出我国试验机市场容量为113-125亿元人民币，在市场份额上国产与进口的几乎相同，根据国家统计局和中国仪器仪表行业协会公布的数据显示，2013年我国试验机行业中等规模以上（年产值达2000万元）的企业有95家，行业主营收入接近97亿元，其中出口交货值仅为8亿元^[4]。根据海关数据显示，2013年我国试验机行业的进口额度达10亿美元之多，“其中，试验台的进口份额占进口总额的45-50%，这充分说明了国内试验机市场的巨大需求，国产试验机还远不能满足内需。应对因此对国内外需求，在同步带疲劳试验机上进行改进，对于提高国际竞争力来说迫在眉睫。

在《GB∕T 18183-2017汽车同步带疲劳试验方法》的基础上, 本课题是要设计出一套机械封闭式的同步带疲劳寿命检测设备的机械系统。要求尽量与实际工作情况相似,并可以对被试对象施加足够的、稳定的载荷,全面而现实的评估和验证被实验带的疲劳寿命指标。对于长时间的同步带疲劳寿命实验来说,不合理的能量回收系统势必导致能源的大量浪费。能够在节能与成本之间平衡的同时,设计出一种性能好且又节能的试验机就显得十分重要。而本课题研究的试验台由于采用了合理的封闭力流设计，使得能量存在一个循环过程，使其损耗只用于克服内在摩擦，这种结构的节能效果十分明显,对试验机的设计有很强的现实意义。

1.3论文的研究意义

由于同步带在机械传动中相较于其他传动存在巨大优势,使其得以在诸多机械设备中广泛的使用，如何模拟实际情况进行各类检测就成为了传动带生产厂家不得不下足功夫研究的重要课题^[2]。同步带对于汽车发动机来说，就像四肢对人体一样,是其重要的传动组成部分。可以说,正是汽车产业的飞速发展，才带动了同步带产业的进步，许多传动带或同步带的发明都是为了适应汽车工业最新技术要求应运而生并迅速发展起来的。在当今社会，永远也绕不开的主题是节能。据统计我国综合能源利用效率约为33%,比发达国家低10个百分点单位产值能耗是世界平均水平的两倍多，主要产品单位能耗平均比国外先进水平高^[3]。我国人口众多，自然资源丰富，但一旦划分到人均，就马上低于世界平均数平,在这样的国情之下,“节能”已然成为放在每一位设计者面前的一道必答题。我国目前的技术、管理水平和经济结构相较发达国家依然比较粗放,主要表现就是在能源利用效率较低上，因此我国在节能方面仍然具有较大的提升空间。

本课题的意义在于对机械封闭式同步带疲劳试验机的机械结构进行全面的设计与分析,填补市场空缺,同时较电封闭式疲劳寿命试验机在节能效果上大大提高。随着国内试验机的发展壮大,必将助力国内同步带行业在带的生产水平、产品质量上的提高,增加竞争力。

1.4研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.4.1研究（设计）的基本内容

设计一套同步带寿命试验台的机械系统,并达到提出的全部要求。

1.4.2实施方案

汽车上的传动带主要可以分为 V 带、多楔带以及同步带三种。我国参照国外相应标准制定了三种传动带的国家标准，分别规定了各类传动带的疲劳寿命时间、试验方法、试验步骤和试验设备。本实验按照国家标准，试验台配置由高精度转矩速度传感器、变节圆半径调速加载装置、万向联轴节、联轴器、变频调速三相异步电机和接口电路等组成的硬件系统。

1.4.3指标要求

试验功率：6-26KW

试验带长：lt;1.5m

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