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《华南理工大学》 2010年
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单根多楔带附件驱动系统动态特性建模与仿真技术的研究

王红云  
【摘要】: 由于具有结构简单、维护方便、布置紧凑,装有维持带张力稳定的张紧器等特点,自20世纪70年代以来,单根多楔带附件驱动系统(Serpentine Belt Accessory Drive System,SBADS)被广泛应用到汽车、手扶电梯、造纸机械的纸带传送等领域。SBADS的动态特性直接影响附件的工作性能,因而有必要对其进行研究。我国在SBADS动态特性设计、开发等方面还处于起步阶段,需对有关的设计理论与技术方面开展更深入、细致地研究。 论文以SBADS为研究对象,对SBADS的动态特性的建模和仿真技术方面展开了研究。论文主要包含以下内容: (1)张紧器和SBADS的动态特性的实验研究。实验测试了张紧器在准静态往复运动时的扭矩、转角;分析研究了两者间的关系。实验测试了在不同的预载荷、激励振幅和激励频率下,张紧器的扭矩、转角和两者间的相位差;分析研究了张紧器预载荷、激励振幅、激励频率的变化对张紧器动刚度、阻尼的影响。实验测试了主动轮加速时,SBADS中张紧轮轮毂径向力、张紧臂摆角、带横向位移和从动轮转速的变化;分析研究了主动轮转速和附件负荷扭矩变化对SBADS振动幅值(包括各轮的旋转振动和带的横向振动幅值、带张力的波动幅值)、带弹性滑移的影响。 (2)SBADS的动态特性建模和动态特性仿真技术研究。探讨了SBADS动态特性的建模方法(建模时考虑了带阻尼和带在带-轮接触区发生的蠕变对带张力的影响等因素)和模型的数值计算方法;对提出的SBADS建模方法和数值计算方法的可行性进行了实验验证;在计算分析主动轮转速、带阻尼和张紧器预载荷与滑移因子关系的基础上,提出了控制带滑移的方法。该方法在SBADS结构参数确定情况下,通过调整张紧器预载荷和安装角,达到对带滑移的控制。 (3)SBADS的带横向振动特性和张紧器参数优化设计方法的仿真研究。将带减化为Euler-Bernoulli梁,推导了SBADS梁耦合振动模型;利用该SBADS梁耦合振动模型,仿真研究了稳态时,张紧器设计参数(张紧器刚度、张紧臂长和张紧器安装角)的变化对带横向振动特性的影响;提出了张紧器参数的优化设计方法。该方法以带的最大横向变形最小、张紧器的有效系数最大为目标,达到对张紧器参数的优化设计。 (4)SBADS的固有频率和固有频率的灵敏度的仿真分析。 对组成SBADS模型的非线性方程,探讨了其线性化的处理方法;研究了带阻尼、张紧器设计参数对SBADS固有频率的影响;提出了固有频率的调控方法。该方法是在研究固有频率对张紧器参数的灵敏度基础上,找出对固有频率有重要影响的张紧器参数;进而通过调整该参数,达到对固有频率的调控。
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