稀土永磁體輔助金屬帶傳動的非線性動力學研究.pdf

1、帶傳動是一種傳統(tǒng)的機械傳動方式，它被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，因為帶傳動的兩個傳動軸之間可以實現(xiàn)距離調(diào)節(jié)和角度調(diào)節(jié)，傳動帶可以使用多種柔性帶狀體替代，所以這種傳動方式有著不可替代的優(yōu)點。對帶傳動機構(gòu)的研究從它誕生之日起就沒有中斷過，由于在帶傳動機構(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裝置的結(jié)構(gòu)。隨著科學的發(fā)展和計算機的廣泛應(yīng)用，科學研究工作越來越接近于事物的本質(zhì)，就帶傳動而言，研究目標已經(jīng)集中于帶傳動機構(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，帶傳動機構(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機構(gòu)。稀土永磁體輔助金屬帶傳動是一種新型的帶傳動方式，即在兩個傳動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，從而達到增加帶傳動機構(gòu)的傳動功率和傳動精度。
　　 本文主要針對稀土永磁體輔助金屬帶傳動機構(gòu)中的動力學性能問題進行研究。由于引進了永磁體的磁力，使得金屬帶在傳動中的振動

3、問題更加凸顯了出來。本文在對金屬帶傳動中引入磁力后所帶來的性能改變先從簡單的力學分析入手，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的歐拉公式，隨后運用有限元方法對傳動機構(gòu)受磁場作用后的特性進行了分析，驗證了在永磁體磁力輔助下金屬帶傳動機構(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，建立起沿縱向運動的金屬帶橫向振動非線性動力學方程、

4、橫向非線性受迫振動微分方程以及非線性參數(shù)振動微分方程。運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動金屬帶的非線性受迫振動穩(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)共振時的穩(wěn)態(tài)幅頻響應(yīng)以及受非線性系數(shù)、磁力激勵振幅及粘性系數(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，或者磁力激勵幅值的減小，金屬帶的穩(wěn)態(tài)振幅將會減??；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；磁場強度并非

5、越大越好，因為磁力激勵的幅值越大將會使傳動系統(tǒng)振動幅值迅速增大從而導(dǎo)致傳動系統(tǒng)的失穩(wěn)，可以通過增加傳動系統(tǒng)的運行速度來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；適當增加磁阻尼可以使傳動系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。
　　 本文還通過有限元分析方法對金屬帶的振動性能進行了分析，隨著外部激勵幅值的增加金屬帶的振動幅度也隨之增加，并且金屬帶上的應(yīng)力也隨之增加，但是金屬帶的振動幅度會隨著運行速度的增加而減小。上述結(jié)論通過實驗得到了驗證。
　　 在金屬帶傳動機構(gòu)中

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