稀土永磁體輔助金屬帶傳動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、帶傳動(dòng)是一種傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，它被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，因?yàn)閹鲃?dòng)的兩個(gè)傳動(dòng)軸之間可以實(shí)現(xiàn)距離調(diào)節(jié)和角度調(diào)節(jié)，傳動(dòng)帶可以使用多種柔性帶狀體替代，所以這種傳動(dòng)方式有著不可替代的優(yōu)點(diǎn)。對帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究從它誕生之日起就沒有中斷過，由于在帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中可以使用不同結(jié)構(gòu)的柔性體和不同結(jié)構(gòu)的帶輪，早期對它的研究多集中于帶傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，科學(xué)研究工作越來越接近于事物的本質(zhì)，就帶傳動(dòng)而言，研究目標(biāo)已經(jīng)集中于帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中

2、存在的大量復(fù)雜的非線性特性，通過研究這些特性，帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的許多性能得到了改善，并且還創(chuàng)造發(fā)明了一些新型的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。稀土永磁體輔助金屬帶傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng)方式，即在兩個(gè)傳動(dòng)帶輪上按照一定的排列方式固定安裝高性能的稀土永磁體，以此來增加金屬帶與帶輪之間的摩擦力，從而達(dá)到增加帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)功率和傳動(dòng)精度。
　　 本文主要針對稀土永磁體輔助金屬帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力學(xué)性能問題進(jìn)行研究。由于引進(jìn)了永磁體的磁力，使得金屬帶在傳動(dòng)中的振動(dòng)

3、問題更加凸顯了出來。本文在對金屬帶傳動(dòng)中引入磁力后所帶來的性能改變先從簡單的力學(xué)分析入手，得到了在稀土永磁體輔助下，以金屬帶為撓性元件的柔性體摩擦傳動(dòng)的歐拉公式，隨后運(yùn)用有限元方法對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受磁場作用后的特性進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了在永磁體磁力輔助下金屬帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功率得到了有效的提高。
　　 本文將磁場磁力的影響簡化為磁阻尼和外部磁力激勵(lì)的作用，并且考慮金屬帶的粘彈性以及幾何非線性，建立起沿縱向運(yùn)動(dòng)的金屬帶橫向振動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)方程、

4、橫向非線性受迫振動(dòng)微分方程以及非線性參數(shù)振動(dòng)微分方程。運(yùn)用多尺度方法分析了粘彈性本構(gòu)關(guān)系下受磁力作用縱向運(yùn)動(dòng)金屬帶的非線性受迫振動(dòng)穩(wěn)態(tài)幅頻響應(yīng)問題，分析了非線性參數(shù)共振響應(yīng)問題，討論了系統(tǒng)共振時(shí)的穩(wěn)態(tài)幅頻響應(yīng)以及受非線性系數(shù)、磁力激勵(lì)振幅及粘性系數(shù)的影響，分析了響應(yīng)曲線的穩(wěn)定性，通過分析可以知道隨著粘性系數(shù)和非線性系數(shù)值的增大，或者磁力激勵(lì)幅值的減小，金屬帶的穩(wěn)態(tài)振幅將會減小；粘性系數(shù)對高階模態(tài)的影響要比對低階模態(tài)的影響大；磁場強(qiáng)度并非

5、越大越好，因?yàn)榇帕?lì)的幅值越大將會使傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)幅值迅速增大從而導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的失穩(wěn)，可以通過增加傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；適當(dāng)增加磁阻尼可以使傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。
　　 本文還通過有限元分析方法對金屬帶的振動(dòng)性能進(jìn)行了分析，隨著外部激勵(lì)幅值的增加金屬帶的振動(dòng)幅度也隨之增加，并且金屬帶上的應(yīng)力也隨之增加，但是金屬帶的振動(dòng)幅度會隨著運(yùn)行速度的增加而減小。上述結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。
　　 在金屬帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中

6、引入磁力必然會對傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生諸多影響，其動(dòng)力學(xué)性能會有很大改變。本文通過理論研究、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究，明確了在金屬帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中引入稀土永磁體進(jìn)行輔助，可以使傳動(dòng)系統(tǒng)的牽引力得到增加，從而使機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)功率比較未加入磁力時(shí)有較大增長，然而，磁力的引入也同時(shí)增加了金屬帶的振動(dòng)水平，并且也降低了金屬帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，這些問題可以通過科學(xué)選取金屬帶及帶輪的材料、合理選擇金屬帶傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度范圍、科學(xué)設(shè)計(jì)永磁體結(jié)構(gòu)以及在帶輪上的排列方式而得到