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ENGINEERING NOTES / 选型与技术

同步带轮装在减速机输出轴上,径向载荷怎么计算?

同步带轮安装在减速机输出轴上,既传递扭矩,也会对输出轴产生侧向拉力。侧向力会作用于输出轴和轴承,因此只核对额定扭矩是不够的。

同步带轮安装在减速机输出轴上,既传递扭矩,也会对输出轴产生侧向拉力。侧向力会作用于输出轴和轴承,因此只核对额定扭矩是不够的。

并排同步带轮与减速机径向载荷示意

下面用一个假设例子说明:用于产生扭矩的有效拉力,与作用在轴上的合力为什么不同。例子不是实测数据,也不是任何具体型号的额定值。

为什么皮带会产生径向力?

两只同步带轮并排安装、轴线平行,皮带绕过两个带轮。对其中一个带轮而言,上下两段皮带都朝另一个带轮方向拉。运行时紧边张力通常大于松边张力,两者的差值产生传动扭矩;两者的矢量合力则形成作用在轴上的载荷。

皮带初张力、运行张力、带轮重量和拉力方向都要考虑。径向力垂直于输出轴轴线;轴向力沿输出轴轴线。实际结构产生两种力时,应分别校核。

例子:输出扭矩 15 N·m 时的皮带轮载荷

假设同步带轮节圆直径 60 mm,节圆半径为 0.030 m;运行时紧边张力假设为 700 N,松边张力为 200 N。

有效切向力 = 700 − 200 = 500 N。

带轮传递扭矩 = 切向力 × 节圆半径 = 500 × 0.030 = 15 N·m。

如果两段皮带的拉力近似平行且方向相同,作用于带轮的皮带合力可近似计算为 700 + 200 = 900 N。

500 N 和 900 N 分别用于回答不同问题。900 N 还没有包含带轮重量、其他零件重量及动态载荷的矢量影响。如果皮带两段的方向不平行,应按实际方向进行矢量合成,不能直接相加;实际张力应按皮带厂家方法计算或测量。

带轮离轴承越远,弯矩可能越大

假设上述 900 N 合力作用点距离选定的轴承支撑参考位置 0.050 m,则该参考点处的简化弯矩约为:

弯矩 = 力 × 距离 = 900 × 0.050 = 45 N·m。

这是相对于选定参考点的弯矩,不是 45 N·m 的减速机传递扭矩,也不能直接代替轴承寿命计算。实际轴承反力还取决于内部、外部支撑几何。

减速机厂家给出的容许径向力通常对应输出轴上的某个规定位置。应核对图纸如何定义测量位置,不能把带轮中心处的载荷直接与另一个作用点的额定值比较。

径向载荷过大时怎么处理?

  1. 合理调整带轮位置。 在满足轴配合长度、固定方式和结构间隙的前提下,让带轮负载中心更靠近减速机输出轴承。
  2. 核对皮带型号和张力。 按皮带厂家要求设置初张力及运行张力,不能用过度张紧代替合理选型。
  3. 必要时使用独立支撑轴。 可由外部轴承支撑带轮轴,再通过合适的柔性联轴器与减速机连接,但仍需核对轴承布置和同轴度;同一根刚性轴上增加轴承并不自动消除减速机载荷。
  4. 比较减速机的容许径向力。 如必须直接安装,应按实际作用位置向厂家确认具体配置的径向和轴向载荷。额定扭矩更大不自动代表轴承载荷足够。

还需核对连续和峰值扭矩、输入转速、启停反转、寿命、温度、安装方向及电机接口。可结合标准行星减速机和高端行星减速机图纸比较,是否适用由完整工况决定。

询价或校核时,请提供电机或减速机型号、速比、转速、运行及峰值扭矩、带轮节圆直径、皮带型号及张力、带轮中心到轴承支撑参考点的距离、带轮重量、安装方向和工作周期。最好附上标明两段皮带拉力方向的安装草图,通过选型器或提交需求协助核对。

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