长距离钢带精密摩擦传动机理与实验研究

摘要

钢带与普通带相比，具有弹性模量高、弹性变形小、可实现较大力矩的精密传动等优点。钢带精密传动在机器人、精密光学仪器等领域的短距离传动中得到了较广泛的应用，但在长距离传动中应用较少，尤其是基于摩擦传动机理的长距离精密传动，其理论研究和实验论证均缺少。因此，对钢带在长距离上实现精密摩擦传动的理论、仿真及实验研究具有十分重要的科学价值与工程意义。
　　 本文从钢带传动过程中的刚柔耦合特性出发，主要运用多体系统动力学分析软件和钢带长距离传动专用实验台，进行了长距离钢带传动系统的动力学建模、仿真分析及实验等研究工作。
　　 基于刚柔耦合接触理论，建立了带轮刚体动力学模型、钢带可变形体动力学模型、及带轮-钢带的刚柔耦合动力学模型等理论模型。从理论上对钢带传动的载荷、应力、滑动率特性、张紧力特性及传动精度等方面进行了全面分析，得到了根据穿透深度判断钢带与带轮是否跑偏等结果。
　　 在理论模型及理论分析结果的基础上，运用RecurDyn多体系统动力学软件建立了中心距为3m的钢带摩擦传动动力学仿真模型；仿真分析了传动过程中的张紧力、滑动率、传动精度、应力分布及跑偏等特性，研究表明，钢带在长距离摩擦传动上，可实现精密传动，且承载力与预紧力、带轮结构有一定关系。
　　 根据仿真结果和实验需要，研制了专用实验台的传动测试系统，包括：磁粉制动器式从动轮加载装置、称重传感器的测量与张紧调节装置、光电编码器的主/从动轮精密测速装置和应变片的钢带变形检测装置等。实验研究了系统的传动性能，包括：在有效传动条件下钢带所需最小预紧力与负载之间的关系、钢带跑偏、传动精度等测试实验。分析了实测结果，并将其与仿真结果进行对比，进一步更准确地修正了仿真模型。通过实验，初步得到了钢带实现长距离精密摩擦传动的必要条件--张紧力与负载曲线，同时也验证了软件仿真和实验具有较高的可靠性。
　　 本文的研究成果，有利于长距离精密摩擦传动的深入研究与实验验证，也为钢带长距离精密摩擦传动的应用提供很好的理论和实验指导。