李占國， 陳乃熙，史堯臣

(1.長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022；2.長春大學(xué) 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，長春 130022)

PL型多楔帶橫向振動規(guī)律試驗研究

李占國1,2， 陳乃熙1，史堯臣2

(1.長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022；2.長春大學(xué) 機(jī)械與車輛工程學(xué)院，長春 130022)

針對PL型多楔帶，在多楔帶精密數(shù)控測長機(jī)上利用非接觸式激光位移傳感器設(shè)計了帶傳動橫向振動測量裝置，通過試驗系統(tǒng)研究了多楔帶傳動過程中緊邊中點處橫向振動隨主動輪轉(zhuǎn)速和張緊力的變化規(guī)律，為多楔帶傳動橫向振動提供了一種測量方法，對多楔帶傳動平穩(wěn)性設(shè)計具有一定的實際意義。

PL多楔帶；橫向振動；轉(zhuǎn)速；張緊力

0 引言

多楔帶傳動屬于摩擦型傳動，依靠摩擦力來傳遞運動和動力。由于帶是粘彈性材料，所以在傳動過程中會產(chǎn)生橫向振動，過大的橫向振動幅值會導(dǎo)致帶楔與帶輪輪槽之間產(chǎn)生磨損，從而影響帶的使用壽命[1-5]。工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展對帶的使用壽命提出了更高的要求，為了研究主動輪轉(zhuǎn)速和張緊力等因素對帶傳動過程中橫向振動的影響規(guī)律，本文設(shè)計了非接觸式橫向振動測量裝置，在兩輪傳動試驗臺上針對PL型工業(yè)多楔帶，通過試驗研究了轉(zhuǎn)速和張緊力對橫向振動幅值和頻率的影響規(guī)律。

1 試驗裝置

為了研究多楔帶傳動過程中橫向振動隨主動輪轉(zhuǎn)速和張緊力等因素的變化規(guī)律，在多楔帶數(shù)控測長機(jī)上利用兩輪傳動系統(tǒng)設(shè)計了多楔帶兩輪傳動系統(tǒng)，多楔帶數(shù)控測長機(jī)由伺服電機(jī)、固定輪系、直線導(dǎo)軌、滑動輪系、張緊力加載裝置和控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。多楔帶橫向振動采用ZX-LD40非接觸式激光位移傳感器，振幅測量范圍為30～50mm，分辨率2μm，采樣頻率為100Hz。被試驗帶為4楔PL型多楔帶，帶長998mm，帶輪節(jié)徑90mm。

圖1 多楔帶精密數(shù)控測長機(jī)

圖2 測量點示意圖

2 振動測量點的選擇

為了測量多楔帶傳動中各點的橫向振動位移，初步選取緊邊A、B、C 三點，以及松邊D、E、F三點為測量點，如圖2所示。設(shè)定主動輪的轉(zhuǎn)速為1000rpm，張緊力為500N，試驗開始2s后，帶的運轉(zhuǎn)逐漸平穩(wěn)再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到A、B、C點的振動位移曲線，如圖3所示，其中A點的平均振幅為0.1mm，B點平均振幅為0.18mm，C點的平均振幅為0.14mm，相應(yīng)的頻響曲線如圖4所示。D、E、F點的振動位移曲線如圖5所示，其中D點平均振幅為0.06mm，E點的平均振幅為0.15mm，F(xiàn)點的平均振幅為0.11mm，對應(yīng)的頻響曲線如圖6所示。

圖3 A、B、C點振動位移曲線

圖4 A、B、C點振動頻響曲線

圖5 D、E、F點振動位移曲線

圖6 D、E、F點振動頻響曲線

由以上振動位移曲線和頻響曲線可知，在帶傳動過程中帶中點處的振幅最大，具有一定的代表性，因此，本文在以下的試驗研究中選取帶的緊邊中點即B點作為后續(xù)試驗的振動測量點。

3 主動輪轉(zhuǎn)速對橫向振動影響規(guī)律

主動輪轉(zhuǎn)速的變化是影響帶傳動中帶的橫向振動的主要因素，本文測量了張緊力為400N，主動輪轉(zhuǎn)速分別為1000rpm、1200rpm、1400rpm、1600rpm時帶的緊邊中點處橫向振動幅值隨主動輪轉(zhuǎn)速變化情況，分別如圖7、圖8、圖9和圖10所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000rpm時，平均振幅為0.15mm，振動頻率為6.3Hz；當(dāng)轉(zhuǎn)速為1200rpm時，平均振幅為0.13mm，振動頻率為6.0Hz；當(dāng)轉(zhuǎn)速為1400rpm時，平均振幅為0.1mm，振動頻率為11.0Hz；當(dāng)轉(zhuǎn)速為1600rpm時，平均振幅為0.08mm，振動頻率為12.5Hz；可以看出當(dāng)張緊力恒定時隨著主動輪轉(zhuǎn)速不斷增大，緊邊中點處的橫向振動幅值呈現(xiàn)出逐漸減小的規(guī)律；隨著主動輪轉(zhuǎn)速的增大，緊邊中點處的橫向振動頻率逐漸增大。

圖7 轉(zhuǎn)速為1000rpm時的振動曲線

圖8 轉(zhuǎn)速為1200rpm時的振動曲線

圖9 轉(zhuǎn)速為1400rpm時的振動曲線

圖10 轉(zhuǎn)速為1600rpm時的振動曲線

4 張緊力對橫向振動影響規(guī)律

張緊力大小同樣會影響橫向振動的幅值大小，當(dāng)主動輪的轉(zhuǎn)速為800rpm，張緊力分別為400N、500N、600N時的緊邊中點處的橫向振動曲線如圖11所示，頻響曲線如圖12所示，當(dāng)張緊力為400N時，B點的振幅為0.08mm；當(dāng)張緊力為500N時，B點的振幅為0.06mm；當(dāng)張緊力為600N時，B點的振幅為0.055mm。振動頻率均為3.8Hz。

當(dāng)主動輪的轉(zhuǎn)速為1200rpm，張緊力分別為400N、500N、600N時的緊邊中點處的橫向振動曲線如圖13所示，頻響曲線如圖14所示，當(dāng)張緊力為400N時，B點的振幅為0.08mm；當(dāng)張緊力為500N時，B點的振幅為0.06mm；當(dāng)張緊力為600N時，B點的振幅為0.055mm。振動頻率均為6.2Hz。

由此可以看出，張緊力的變化直接影響橫向振動幅值，隨張緊力增大橫向振動幅值逐漸減小，振動頻率保持不變。

圖11 800rpm時緊邊中點處橫向振動曲線

圖12 800rpm時緊邊中點處橫向振動頻響曲線

圖13 1200rpm時緊邊中點處橫向振動曲線

圖14 1200rpm時緊邊中點處橫向振動頻響曲線

5 結(jié)論

(1)利用非接觸式激光傳感器設(shè)計了多楔帶橫向振動測量裝置，在多楔帶精密數(shù)控測長機(jī)上通過試驗系統(tǒng)研究了多楔帶緊邊中點處的橫向振動隨主動輪轉(zhuǎn)速和張緊力的變化規(guī)律。

(2)測量了張緊力為400N，主動輪轉(zhuǎn)速為1000-1600rpm時緊邊中點處的橫向振動曲線，隨主動輪轉(zhuǎn)速增大橫向振動頻率增加，振幅逐漸減小。

(3)測量了主動輪轉(zhuǎn)速為800rpm和1200rpm，張緊力為400N-600N時緊邊中點處的橫向振動曲線，隨張緊力增大橫向振動頻率不變，振幅逐漸減小。

[1] 秦書安. 多楔帶傳動的特點和應(yīng)用[J].機(jī)械制造，1990(3)：18-21.

[2] 李占國，張云賀，史堯臣,等. 基于MFBD的汽車多楔帶動力學(xué)仿真分析研究[J].機(jī)械傳動,2013(8):34-37.

[3] Zhang Lixin，Zu Iean W，Hou Zhichao． Complex modal analysis of non-self-adjoint hybrid serpentine belt drive systems of the ASME[J]. Journal of vibration and acoustics,2001，123(2) : 150 - 156．

[4] 上官文斌,張智,許秋海. 多楔帶傳動系統(tǒng)輪-帶振動的實測與計算方法研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報,2011(21):28-36.

[5] 李占國，劉啟龍，史堯臣,等.汽車發(fā)動機(jī)附件系統(tǒng)用多楔帶傳動平穩(wěn)性仿真分析[J].長春大學(xué)學(xué)報，2015(2):17-20.

責(zé)任編輯：程艷艷

Experimental Research on Transverse Vibration Rule of PL Poly-V Belt

LI Zhanguo1,2， CHEN Naixi1， SHI Yaochen2

(1.College of Mechanical and Electric Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China;2.College of Machinery and Vehicle Engineering, Changchun University, Changchun 130022, China)

In view of PL poly-V belt, this paper designs a belt-driven transverse vibration measurement device by using non-contact laser displacement sensor on the precision length measurement machine with poly-V belt and studies the rule of transverse vibration driven by pulley rotation speed and tension in process of ribbed V-belt driving, which provides a method for measuring the vibration of ribbed V-belt, having practical significance for the stability design of poly V-belt transmission.

PL poly-V belt; transverse vibration; rotation speed; tension

2016-07-10

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項目(2014LY501L07)

李占國(1961-)，男，山東汶上人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事帶傳動性能、激光加工方面研究。

TP391.99

A

1009-3907(2016)12-0001-04