CN105047062B - 一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，该装置包括设备底座、传动装置、辅助系统三部分；而传动装置由主动系统、从动系统和张紧系统组成，辅助系统由简支边界构件和约束构件组成。传动装置中的主动系统和从动系统分别安装在设备底座的两端。两个辅助系统安装在设备底座上且位于主动系统和从动系统之间。张紧系统安装在设备底座上，位于两个辅助系统之间。从动轮的可左右移动，使得皮带的总长度不受限制。简支边界构件可左右移动，使得皮带的有效研究长度便于调节，其上的小轮可上下移动，使得对皮带没有横截面尺寸上的限制。

Description

一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置

技术领域

本发明属于运动带振动试验技术领域，尤其是用于汽车发动机中皮带驱动系统。

背景技术

传动带系统在机械系统中是一个无法替代的传动装置，它可以代替齿轮传动和连杆机构传动，但反之不然。传送带是大柔性构件，工作时产生人们所不期望的横向振动，不仅会产生噪声，而且会加速带的磨损，影响传动精度。皮带驱动系统是汽车发动机中的重要传动部件，在高速运转下保持高精度、平稳、可靠和低噪声已成为衡量传动带系统传动质量的重要指标。

不同的边界条件对皮带振动时的动力学特性有很大的影响，因此，从实验角度研究轴向运动带在简支边界条件下的横向振动有着重要的实际应用价值。现有的轴向运动带多数为简单的皮带轮装置，既不能调整皮带的张紧度，也没有模拟边界条件的构件，这在很大程度上影响了实验的精度。本设计不仅可以调节皮带的轴向长度，也增加了模拟边界条件的构件和调节皮带张紧度的功能。

发明内容

为了填补轴向运动带在简支边界下振动的实验方面的研究，以及解决现有装置的缺陷，本发明提供了一种专门用于研究轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，该实验装置能够对此传动带系统进行特定的动力学实验。

本发明解决其技术问题所采用如下技术方案：

轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，将现有的伺服电机、三个皮带轮和两个简支边界构件固定在设备底座上。伺服电机通过三个皮带轮带动皮带做轴向运动，简支边界构件来确定研究的有效长度。

在传动装置中，与伺服电机连接的主动轮是固定的，而从动轮可以沿滑道左右移动，用于调节皮带沿轴向的长度，另一个轮通过上下滑动，来调整皮带的张紧度。

四个小轮分两组对称的安装在设备底座的左右两侧，用于上下加紧皮带，由此来模拟简支边界条件，为防止皮带在运动过程中沿其宽度方向移动，分别在两个简支边界构件的左右两侧分别安装了可前后移动的滑块，用于在宽度方向上固定皮带。

为方便计算速度的传递，三个皮带轮的直径相等。

简支边界构件上的四个小轮直径相等，且相比于皮带轮较小，目的是减小轮的曲率半径，防止皮带在横向振动时与小轮发生接触碰撞。四个小轮表面均贴有一层碳胶，防止小轮和皮带之间有缝隙。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，该装置包括设备底座、传动装置、辅助系统三部分；而传动装置由主动系统、从动系统和张紧系统组成，辅助系统由简支边界构件和约束构件组成。

传动装置中的主动系统和从动系统分别安装在设备底座的两端。两个辅助系统安装在设备底座上且位于主动系统和从动系统之间。张紧系统安装在设备底座上，位于两个辅助系统之间。

设备底座1上均匀设有横向与纵向布置的大螺孔3，设备底座1的长度方向上设有两条平行的长滑道5，设备底座1的底部设有底滑道2；设备底座1用大螺丝6通过底滑道2固定在地面或基础设施上；用大螺丝6通过大螺孔3，将厚钢条4固定在设备底座1上。

传动装置主动系统中的主动支座10用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1的一端；主动支座10上设有小圆孔14、大圆孔13，伺服电机16上设有电机圆孔17，主动轮12的中间为主动轮12的轮孔11；中螺丝8和中螺母9穿过电机圆孔17和小圆孔14将伺服电机16固定在主动支座10上；伺服电机16的电机轴15通过大圆孔13与主动轮12的轮孔11和主动轮12利用过盈配合连接。

传动装置从动系统中的从动支座18用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1上的长滑道5上；从动支座18上设有小圆孔14；从动轮19的中间为从动轮19的轮孔11；连接构件20通过大螺杆22穿过小圆孔14并通过中螺母9将其固定在从动支座18上；连接构件20的中间设有大连接轴21，大连接轴21和从动轮19上的大轴承23利用过盈配合通过轮孔11连接，由此将从动轮19固定在连接构件20上。

传动装置张紧系统中的张紧支座25用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1上的长滑道5中，且位于主动系统中的主动支座10和从动系统中的从动支座18之间。张紧支座25上设有张紧滑道26；连接构件20的中间设有大连接轴21；张紧轮24的中间为张紧轮24的轮孔11；连接构件20通过大螺杆22穿过张紧滑道26并通过中螺母9将其固定在张紧支座25上；大连接轴21和张紧轮24上的大轴承23利用过盈配合并通过张紧轮24的轮孔11连接，由此将张紧轮24固定在连接构件20上。通过以上步骤将传动装置固定在设备底座1上。

辅助系统中的简支边界支座27用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1上的长滑道5中。简支边界支座27上设有辅助滑道37；简支边界构件32的中间设有小连接轴33；小连接轴33通过小轴承38利用过盈配合与小轮34连接，简支边界构件32通过大螺杆22穿过辅助滑道37并通过中螺母9将其固定在简支边界支座27上。

辅助滑道37上设有上下两个完全相同的简支边界构件32，皮带40设置在两简支边界构件32之间，以夹紧皮带40。

约束构件31通过大螺杆22穿过辅助滑道37并通过中螺母9将其固定在简支边界支座27上；约束支座36与约束构件31为一体化结构，约束支座36与约束构件31垂直布置；约束支座36上设有约束滑道35，两个约束板30通过小螺杆28、小螺母29固定在约束支座36的约束滑道35上，由此将辅助系统固定在设备底座1上。

所述小轮34表面贴有一层碳胶层39。

本发明的有益效果是：三个皮带轮均为铝制，减小了转动惯量，易于灵活控制。从动轮的可左右移动，使得皮带的总长度不受限制。简支边界构件可左右移动，使得皮带的有效研究长度便于调节，其上的小轮可上下移动，使得对皮带没有横截面尺寸上的限制。

附图说明

图1是设备底座的示意图。

图2是传动装置中主动系统的示意图。

图3是传动装置中从动系统的示意图。

图4是传动装置中张紧系统的示意图。

图5是辅助系统的示意图。

图6是简支边界构件的示意图。

图7是约束构件的示意图。

图8是实验装置总体结构的正面示意图。

图9是实验装置总体结构的背面示意图。

图中：1、设备底座，2、底滑道，3、大螺孔，4、厚钢条，5、长滑道，6、大螺丝，7、大螺母，8、中螺丝，9、中螺母，10、主动支座，11、轮孔，12、主动轮，13、大圆孔，14、小圆孔，15、电机轴，16、伺服电机，17、电机圆孔，18、从动支座，19、从动轮，20、连接构件，21、大连接轴，22、大螺杆，23、大轴承，24、张紧轮，25、张紧支座，26、张紧滑道，27、简支边界支座，28、小螺杆，29、小螺母，30、约束板，31、约束构件，32、简支边界构件，33、小连接轴，34、小轮，35、约束滑道，36、约束支座，37、辅助滑道，38、小轴承，39、碳胶层，40、皮带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，该装置包括设备底座(图1)、传动装置(图2、图3、图4)、辅助系统(图5)三部分；而传动装置(图2、图3、图4)由主动系统(图2)、从动系统(图3)和张紧系统(图4)组成，辅助系统(图5)由简支边界构件(图6)和约束构件(图7)组成。

传动装置中的主动系统(图2)和从动系统(图3)分别安装在设备底座(图1)的两端。两个辅助系统安装在设备底座上且位于主动系统(图2)和从动系统(图3)之间。张紧系统(图4)安装在设备底座(图1)上，位于两个辅助系统(图5)之间。

设备底座1上均匀设有横向与纵向布置的大螺孔3，设备底座1的长度方向上设有两条平行的长滑道5，设备底座1的底部设有底滑道2；设备底座1用大螺丝6通过底滑道2固定在地面或基础设施上；用大螺丝6通过大螺孔3，将厚钢条4固定在设备底座1上，如图8-9所示。

传动装置主动系统(图2)中的主动支座10用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1(图1)的一端；主动支座10上设有小圆孔14、大圆孔13，伺服电机16上设有电机圆孔17，主动轮12的中间为主动轮12的轮孔11；中螺丝8和中螺母9穿过电机圆孔17和小圆孔14将伺服电机16固定在主动支座10上；伺服电机16的电机轴15通过大圆孔13与主动轮12的轮孔11和主动轮12利用过盈配合连接。

传动装置从动系统(图3)中的从动支座18用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1(图1)上的长滑道5上；从动支座18上设有小圆孔14；从动轮19的中间为从动轮19的轮孔11；连接构件20通过大螺杆22穿过小圆孔14并通过中螺母9将其固定在从动支座18上；连接构件20的中间设有大连接轴21，大连接轴21和从动轮19上的大轴承23利用过盈配合通过轮孔11连接，由此将从动轮19固定在连接构件20上。

传动装置张紧系统(图4)中的张紧支座25用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1(图1)上的长滑道5中，且位于主动系统(图2)中的主动支座10和从动系统(图3)中的从动支座18之间。张紧支座25上设有张紧滑道26；连接构件20的中间设有大连接轴21；张紧轮24的中间为张紧轮24的轮孔11；连接构件20通过大螺杆22穿过张紧滑道26并通过中螺母9将其固定在张紧支座25上；大连接轴21和张紧轮24上的大轴承23利用过盈配合并通过张紧轮24的轮孔11连接，由此将张紧轮24固定在连接构件20上。通过以上步骤将传动装置(图2、图3、图4)固定在设备底座1(图1)上，如图8-9所示。

辅助系统(图5)中的简支边界支座27用大螺丝6和大螺母7通过大螺孔3固定在设备底座1(图1)上的长滑道5中。简支边界支座27上设有辅助滑道37；简支边界构件32的中间设有小连接轴33；小连接轴33通过小轴承38利用过盈配合与小轮34连接(图6)，简支边界构件32通过大螺杆22穿过辅助滑道37并通过中螺母9将其固定在简支边界支座27上。辅助滑道37上设有上下两个完全相同的简支边界构件32，皮带40设置在两简支边界构件32之间，以夹紧皮带40。

约束构件31通过大螺杆22穿过辅助滑道37并通过中螺母9将其固定在简支边界支座27上；约束支座36与约束构件31为一体化结构，约束支座36与约束构件31垂直布置；约束支座36上设有约束滑道35，两个约束板30通过小螺杆28、小螺母29固定在约束支座36的约束滑道35上(图7)，由此将辅助系统固定在设备底座1(图1)上。如图8-9所示。

所述小轮34表面贴有一层碳胶层39。

实施例

设备底座1固定在地面或基础设施上，是防止整个实验装置在运行中自行移动。将厚钢条4安装在设备底座1上，以避免长滑道5造成结构刚度变小。

传动装置主动系统(图2)中的伺服电机16所采用的型号为PanasonicMSMD042P1U，对应的控制电机的驱动器的型号为MBDDT2210。从动系统(图3)中，调整从动支座18在长滑道5中的位置，以到达可适应皮带不同长度的目的。张紧系统(图4)中，调节连接构件20在张紧滑道26上的位置，以达到可给予皮带轮不同张紧力的目的。主动轮12、从动轮19和张紧轮24均为铝材，目的是减小轮的转动惯量，其他各系统材料均为钢材，目的是增加设备运行时的稳定性。三个轮的直径均相等，目的是方便计算伺服电机速度传递的大小。

辅助系统(图5)中，简支边界构件32和约束构件31均可沿辅助滑道37上下滑动，以达到与皮带的高度相吻合的目的。两个小轮34用于加紧皮带，其直径相比于传动装置主动系统(图2)中的主动轮12较小，目的是减小小轮34的曲率半径，防止皮带在横向振动时与小轮34发生接触碰撞。小轮34表面贴有一层碳胶层39，以达到皮带和轮之间没有缝隙的目的，更好的模拟了简支边界条件。调节约束板30在约束滑道35上的位置，将皮带加紧，防止由于皮带宽度相对传动装置主动系统(图2)中主动轮12宽度较小，造成皮带沿主动轮12的轴向来回移动的情况。有两个左右完全相同的辅助系统，分别对称的安装在设备底座(图1)上，用于模拟简支边界条件，如图8-9所示。

本轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置

在实验装置总体结构示意图图8-9中，用设备底座(图1)中的大螺丝6将设备底座1固定在地面或其他基础设施上；根据所研究皮带的长度，调节从动系统(图3)中从动支座18在长滑道5上的位置；调节张紧系统(图4)中连接构件20在张紧滑道26中的位置，来调节皮带的张紧力；调节皮带在主动轮12、从动轮19和张紧轮24上的位置，并调节辅助系统(图5)中的约束板30在约束支座36上的位置，使约束板30加紧皮带，使其在运动中不会在宽度方向上产生位移；用辅助系统(图5)中的上下两个小轮34加紧皮带；最后用传动装置主动系统(图2)中的伺服电机16带动传动装置运动，在一定的初始条件下，皮带做轴向运动时将发生横向振动。

Claims (2)

1.一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，其特征在于：该装置包括设备底座、传动装置、辅助系统三部分；而传动装置由主动系统、从动系统和张紧系统组成，辅助系统由简支边界构件和约束构件组成；

传动装置中的主动系统和从动系统分别安装在设备底座的两端；两个辅助系统安装在设备底座上且位于主动系统和从动系统之间；张紧系统安装在设备底座上，位于两个辅助系统之间；

设备底座(1)上均匀设有横向与纵向布置的大螺孔(3)，设备底座(1)的长度方向上设有两条平行的长滑道(5)，设备底座(1)的底部设有底滑道(2)；设备底座(1)用大螺丝(6)通过底滑道(2)固定在地面或基础设施上；用大螺丝(6)通过大螺孔(3)，将厚钢条(4)固定在设备底座(1)上；

传动装置主动系统中的主动支座(10)用大螺丝(6)和大螺母(7)通过大螺孔(3)固定在设备底座(1)的一端；主动支座(10)上设有小圆孔(14)、大圆孔(13)，伺服电机(16)上设有电机圆孔(17)，主动轮(12)的中间为主动轮(12)的轮孔(11)；中螺丝(8)和中螺母(9)穿过电机圆孔(17)和小圆孔(14)将伺服电机(16)固定在主动支座(10)上；伺服电机(16)的电机轴(15)通过大圆孔(13)与主动轮(12)的轮孔(11)和主动轮(12)利用过盈配合连接；

传动装置从动系统中的从动支座(18)用大螺丝(6)和大螺母(7)通过大螺孔(3)固定在设备底座(1)上的长滑道(5)上；从动支座(18)上设有小圆孔(14)；从动轮(19)的中间为从动轮(19)的轮孔(11)；连接构件(20)通过大螺杆(22)穿过小圆孔(14)并通过中螺母(9)将其固定在从动支座(18)上；连接构件(20)的中间设有大连接轴(21)，大连接轴(21)和从动轮(19)上的大轴承(23)利用过盈配合通过轮孔(11)连接，由此将从动轮(19)固定在连接构件(20)上；

传动装置张紧系统中的张紧支座(25)用大螺丝(6)和大螺母(7)通过大螺孔(3)固定在设备底座(1)上的长滑道(5)中，且位于主动系统中的主动支座(10)和从动系统中的从动支座(18)之间；张紧支座(25)上设有张紧滑道(26)；连接构件(20)的中间设有大连接轴(21)；张紧轮(24)的中间为张紧轮(24)的轮孔(11)；连接构件(20)通过大螺杆(22)穿过张紧滑道(26)并通过中螺母(9)将其固定在张紧支座(25)上；大连接轴(21)和张紧轮(24)上的大轴承(23)利用过盈配合并通过张紧轮(24)的轮孔(11)连接，由此将张紧轮(24)固定在连接构件(20)上；通过以上步骤将传动装置固定在设备底座(1)上；

辅助系统中的简支边界支座(27)用大螺丝(6)和大螺母(7)通过大螺孔(3)固定在设备底座(1)上的长滑道(5)中；简支边界支座(27)上设有辅助滑道(37)；简支边界构件(32)的中间设有小连接轴(33)；小连接轴(33)通过小轴承(38)利用过盈配合与小轮(34)连接，简支边界构件(32)通过大螺杆(22)穿过辅助滑道(37)并通过中螺母(9)将其固定在简支边界支座(27)上；

辅助滑道(37)上设有上下两个完全相同的简支边界构件(32)，皮带(40)设置在两简支边界构件(32)之间，以夹紧皮带(40)；

约束构件(31)通过大螺杆(22)穿过辅助滑道(37)并通过中螺母(9)将其固定在简支边界支座(27)上；约束支座(36)与约束构件(31)为一体化结构，约束支座(36)与约束构件(31)垂直布置；约束支座(36)上设有约束滑道(35)，两个约束板(30)通过小螺杆(28)、小螺母(29)固定在约束支座(36)的约束滑道(35)上，由此将辅助系统固定在设备底座(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种轴向运动带在简支边界下做横向振动的实验装置，其特征在于：所述小轮(34)表面贴有一层碳胶层(39)。