文档介绍：粘弹性传动带的非线性振动实验研究 1)
刘金花,张伟
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(中国力学学会,北京 100190) (北京工业大学机电学院,北京 100124)
摘要: 本文主要从实验角度研究粘弹性传动带在运转过程中转速与振动幅值的关系,同时研究了在匀速运动过程中的横向
非线性振动响应。利用安川伺服电机进行控制电机的转速,实验装置中粘弹性传动带采用同步带,通过测量不同转速下的横
向振动位移,得到了匀速运动的粘弹性传动带周期运动、倍周期运动和混沌运动的波形图、相图和功率谱。
关键词: 传动带;非线性振动;实验;混沌
引言
粘弹性传动带系统在实际工程中应用广泛,它具有结构简单、传动方便、不受距离限制、易调节等特
点,是机械系统中能量传递的核心部件。由于传动带是有较柔软的橡胶或其他高分子材料制成,而且带传
动装置本身是个大跨度的结构,所以其工作时柔性传动带会产生人们所不期望的横向振动,这对其应用非
常不利。随着工程应用精度要求的提高,线性振动理论分析已经很难满足要求。从而,对轴向运动传动带
的非线性动力学特性研究,已逐渐引起国内外广大学者的广泛关注。
对传动带的动力学研究在理论方面已经取得了许多研究成果。2005 年,Chen[1]综述了近些年来弦线的
动力学研究情况。张伟等[2,3]从理论上研究了粘弹性传动带系统存在周期运动,倍周期运动,混沌运动等复
杂的非线性振动和分岔现象。
由于传动带在运动过程中存在面外振动现象,横向位移的测量相对较困难,对传动带的实验研究成果
相对较少。1991 年,Wickert 和 Mote[4]研究了带有质量块的移动带的振动,并且利用实验方法分析了低速
传动时带的振动状态。把实验结果与理论结果进行了对比,发现低速时实验结果与理论计算结果相符。1996
年,Wickert[5]等研究了具有气体支承的运动弦线的耦合振动,用模态分析的方法讨论了自由振动并进行了
实验研究。1997 年,Moon 和 wickert[6]用激光干涉测量手段和解析方法研究了传动带的偏心振动,发现带
速在某些临界值附近系统有强烈的共振现象。同年,他们[7]用实验的方法研究了同步带的非线性振动,在
实验中他们使用了有偏心的同步带轮,通过改变转速调节传动带中张紧力的频率,从而得到了传动带在不
同转速,不同激励频率下的振动情形,发现了振幅的跳跃现象。
本文介绍了实验系统的组成以及实验原理,并测量了不同速度下传动带的横向振动。考察了转速(传
动带的轴向移动速度)与振动幅值的关系;同时通过波形图、相图和功率谱考察了传动带的运动情况,从
实验角度证明了粘弹性转动带在运动过程中存在周期运动、倍周期运动和混沌运动现象。
1) 国家自然科学基金重点项目()和国家自然科学基金项目(;;) 资助项目
2)
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1 实验设备及原理
本文主要从实验角度研究了转速(传动带的轴向移动速度)与振动幅值的关系,同时研究粘弹性传动
带横向振动响应。该实验装置如图 1 所示,它由三部分组成:机械部分,测量部分和控制部分。机械部分
主要包括粘弹性传动带、主动轮、从动轮和伺服电机