一種新型皮帶張力計的研究和使用

張亞軍

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一種新型皮帶張力計的研究和使用

張亞軍

（北京博科測試系統股份有限公司，北京 101102）

為解決機械式皮帶張力計在裝配皮帶時效率低下、不易操作的問題，研究了光電式皮帶張力計在皮帶裝配中的應用效果。首先，通過建立皮帶振動的數學模型，推導出皮帶的張緊頻率計算公式；同時，采用光電式皮帶張力計實際檢測皮帶的張緊度，實際檢測值和理論值相對誤差小于5%。通過對比研究表明，使用光電式皮帶張力計來控制皮帶的松緊度，操作簡易、可靠性高、可重復性強。

光電式張力計；皮帶；張緊力

皮帶是工業設備中最常用的傳動部件。皮帶的種類、寬度不同，會有不同的張緊力。張緊力太小，容易跳齒或打滑，影響傳動質量；張緊力太大，皮帶緊繃而壽命縮短，也會影響軸承等部件的壽命[1]；所以合適的皮帶張緊力是十分必要的。

傳統的皮帶張緊主要依靠經驗法或機械式皮帶張力計。經驗法依靠工人的手壓感覺，人為因素影響較大，裝配的一致性無法保障，影響產品質量；機械式皮帶張力計操作復雜繁瑣，即使測定同一位置，每次的測定值也可能會有很大差異，特別是在不同工人的操作下，而且精度相對較差。光電式張力計的出現使得快捷、可靠的無損檢測成為可能。

1 皮帶振動的數學模型

置于帶輪間的各類型皮帶，當被施與撞擊或敲擊時，靜止的皮帶產生振動，初期會產生包含了高頻成分和沖擊成分兩種不規則的振動波形，然后逐漸衰減成皮帶固有的有規則的波形。因為振動衰減迅速，同時不同頻率的振動相互交錯，得到皮帶的基本波形比較困難[2]。

光電式張力計傳感器采樣采用激光測振原理，利用光學普遍的折射、反射效應，以傳感器的激光束作為發射光源，對振動著的被測體進行點測、線測（二維測量）或三維測量（輪廓測量），測量結果經由張力計內置軟件處理后，得出皮帶的張緊頻率值或張緊力值。

皮帶在受到激勵時，會作一個扁紗錠型的振動，如圖1所示。

圖1 皮帶的橫振動

皮帶橫向振動的基本波形和張力之間的數學模型建立如下：設有一根細弦張緊于兩固定點之間，弦長（后文用跨長表示），兩固定點連線方向取為軸，與軸垂直的方向取為軸，如圖2所示。

圖2 弦的張緊示意圖

弦的伸長形變與張力的關系服從胡克定律，則得到弦的振動方程為：

弦橫向振動的邊界條件為兩端處位移為零，即：

式（1）與式（2）構成了皮帶橫向振動的數學模型。

采用分離變量法[3]，求得式（3）的通解為：

式中：、、為積分常數，由邊界條件確定；、為常數，＝/。

將式（2）邊界條件代入式（4）得：

式（6）即為皮帶振動的特征方程。

由式（6）可求得無限多階固有圓頻率為：

從式（7）可知，皮帶的振動頻率取決于皮帶的質量、跨距、皮帶張緊力等因素。張緊力就是根據該原理測定的。

由于彈性波中的高頻成分和沖擊成分衰減很快，只需要考慮皮帶振動的一階固有頻率即可。皮帶振動的一階固有圓頻率為：

式中：1為皮帶張緊頻率，Hz；為帶輪間皮帶跨度，m；為安裝張緊力，N；為皮帶單位長度的質量，kg/m。

2 實例驗證

以某設備為例，帶輪齒形為14M圓弧齒，帶寬＝70 mm，＝0.76，帶輪之間的皮帶跨度為＝623。

根據JB/T 7512.3－1994《圓弧齒同步帶傳動設計方法》[4]，皮帶撓度計算公式為：

＝/64 （10）

計算得＝7.934 mm。

運用插值法得出跨中安裝力＝94.55 mm。

圖3 皮帶安裝時的撓度

運用機械式皮帶張力計，需要把其放置在皮帶跨中，垂直皮帶往下加載94.55 N，通過專用工裝，確定皮帶下撓的距離。根據檢測的撓度值，調整帶輪皮帶的張緊程度，直至檢測值和理論計算值一致。機械式皮帶張力計測量現場如圖4所示。

圖4 機械式皮帶張力計測量現場

皮帶受壓后，受力點處于平衡狀態，皮帶張力在垂直于皮帶方向上的分力與機械式張力計加載的力相等，即：

考慮到角度極小，可用tan代替sin。

將各項參數代入式（11），得＝1856.08。

將數值代入式（9），得1＝39.66。

通過光電式皮帶張力計實測一組數據，如表1所示?？芍?，光電式皮帶張力計檢測值與理論值誤差在5%以內，符合較好。且5次檢測最大值與最小值相差1.8 Hz，相對理論值，變化比例為4.54%，可見儀器的可重復性比較好。圖5為光電式皮帶張力計測量現場，只需要敲擊或彈擊帶輪間的皮帶，單人就可以操作儀器測量皮帶的振動頻率，操作十分簡易。

表1 光電式張力計實測值

圖5 光電式皮帶張力計測量現場

3 結語

皮帶張緊是設備裝配工藝中很重要的步驟，只有合適的皮帶張緊力才能保證設備可靠、穩定的運行。采用光電式張力計明確了皮帶張緊力安裝及檢測的標準，確保了產品裝配質量的一致性。而且光電式張力計操作簡易，可靠性高，可重復性強，不受外界噪音等方面的影響，有效減少因為測量誤差導致的皮帶打滑、脫落以及斷裂等問題的發生。

[1]李峰，劉英林，張冬妮. 基于CST軟啟動裝置的帶式輸送機動力學分析[J]. 機械，2011（1）：12-17.

[2]馬大猷. JJG 455-2000工作測力儀，聲學手冊[M]. 北京：科學出版社，1983.

[3]韓佩琦，高新存，等. 弦樂器泛音的分析及應用（Ⅰ）[J]. 石河子大學學報，2006，8（4）：503-506.

[4]中華人民共和國機械工業部. JB/T 7512.3－1994《圓弧齒同步帶傳動設計方法》[S]. 北京：中國標準出版社，1994.

TheResearch and Usage of aNew Type of Belt Tensiometer

ZHANG Yajun

(BBK Test Systems Co.,Ltd., Beijing 101102, China )

In order to solve the problem that the mechanical belt tensiometer is not efficient and not easy to be operated when assembling the belt, this paperstudies the application effect of photoelectric belt tensiometer in belt assembly. Firstly, by establishing the mathematical model of belt vibration, the calculating formula of tension frequency of belt is deduced. At the same time, the belt tension is actually detected by using the photoelectric belt tension meter, and the relative error of the actual detection value and the theoretical value is less than 5%. Through the comparative study show that the usage of photoelectric belt tensiometer to control the tension of the belt, easy to operate, high reliability, strong repeatability.

photoelectric belt tensiometer；belt；tension

TH237

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.11.016

1006－0316 (2018) 11－0065－03

2017－12－11

張亞軍（1982－），男，湖北鐘祥人，碩士，主要研究方向為汽車檢測設備和起重機械等。