三輪非圓同步帶傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫新城 陳建能 武傳宇 肖達(dá)度 葉 軍

(1.浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院， 杭州 310018； 2.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院， 紹興 312000；3.浙江省種植裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 310018)

0 引言

非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠很好地解決大中心距的非勻速傳動(dòng)工程問題[1]。作為一種新型非勻速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶輪的非圓特性使其在傳動(dòng)過程中帶長(zhǎng)實(shí)時(shí)變化量大，從而導(dǎo)致跳齒、振動(dòng)等問題，難以精確實(shí)現(xiàn)非勻速傳動(dòng)，針對(duì)這一問題，浙江理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)建立理論計(jì)算模型，進(jìn)行了三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)研究。

何小晶[2]提出圓-偏心圓-非圓帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用自由節(jié)曲線非圓帶輪作為張緊輪來補(bǔ)償非圓帶傳動(dòng)過程的松弛量變化，以帶長(zhǎng)松弛量最小為目標(biāo)優(yōu)化張緊輪節(jié)曲線。但是，在優(yōu)化過程中用戶需根據(jù)松弛量變化特性調(diào)整張緊輪節(jié)曲線上的點(diǎn)，并進(jìn)行擬合、迭代計(jì)算，其計(jì)算量大、耗時(shí)長(zhǎng)，最后得出，3個(gè)輪的中心距為110 mm時(shí)松弛量為10.36 mm[2]，效果還不夠理想。肖達(dá)度[1]針對(duì)圓-自由非圓-自由非圓三輪同步帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)建立了張緊輪優(yōu)化模型，以曲率半徑為優(yōu)化變量建立尋優(yōu)區(qū)域，通過構(gòu)建自動(dòng)優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)非圓張緊輪自動(dòng)尋優(yōu)。當(dāng)三輪的中心距為110 mm時(shí)，同步帶帶長(zhǎng)松弛量可以達(dá)到0.03 mm，效果顯著。在三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，通過對(duì)非圓張緊輪的優(yōu)化，理論上能夠保證一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)同步帶帶長(zhǎng)的恒定不變，從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)輪的精確非勻速傳動(dòng)。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)處于不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)載等條件下，非圓同步帶能否精確實(shí)現(xiàn)非勻速傳動(dòng)，以避免出現(xiàn)跳齒等現(xiàn)象，需要進(jìn)一步試驗(yàn)[3-5]。為此，本文設(shè)計(jì)非圓同步帶傳動(dòng)性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的三輪非圓同步帶傳動(dòng)的傳動(dòng)周期偏差率和傳動(dòng)比精度偏差率，為三輪非圓同步帶傳動(dòng)的使用工況選擇提供參考[6-7]。

1 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

本試驗(yàn)臺(tái)的作用是實(shí)現(xiàn)三輪非圓同步帶傳動(dòng)在不同負(fù)載、不同中心距、不同傳動(dòng)比規(guī)律工況下的測(cè)試，因此要求該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)的從動(dòng)輪和張緊輪的相對(duì)位置、負(fù)載、轉(zhuǎn)速都可調(diào)[8-10]。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖如圖1所示，主動(dòng)輪是圓形的同步帶輪1，從動(dòng)輪是非圓的同步帶輪2，以輸出非勻速運(yùn)動(dòng)；張緊輪是非圓的同步帶輪3，以補(bǔ)償傳動(dòng)過程中的帶長(zhǎng)松弛量變化，保證傳動(dòng)的可靠性。

設(shè)計(jì)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為0～300 r/min，負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào)整范圍0～50 N·m，中心距范圍80～520 mm，從而滿足多種工況下非圓同步帶傳動(dòng)的測(cè)試要求。試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主動(dòng)輪與步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器連接作為動(dòng)力輸入端，非圓從動(dòng)輪與電渦流測(cè)功機(jī)固聯(lián)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩施加端，非圓張緊輪固定在調(diào)整架上；帶輪的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等被測(cè)量值實(shí)時(shí)顯示在測(cè)量面板上。通過測(cè)功機(jī)模擬實(shí)際工況，對(duì)從動(dòng)輪進(jìn)行加載，模擬實(shí)際工況測(cè)試，記錄從動(dòng)輪的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，分析其非勻速傳動(dòng)的性能。

1.2 傳動(dòng)原理與主要部件

為實(shí)現(xiàn)變速、變載的設(shè)計(jì)要求，選用130BYG350D型三相步進(jìn)電機(jī)作為輸入動(dòng)力，通過扭矩傳感器、光柵、測(cè)功機(jī)等傳感器檢測(cè)非圓同步帶的輸入和輸出扭矩、速度變化情況，其傳動(dòng)路線為：輸入電機(jī)輸入動(dòng)力，通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給主動(dòng)端測(cè)功機(jī)和主動(dòng)輪，進(jìn)一步通過同步帶將動(dòng)力傳遞到從動(dòng)輪與從動(dòng)端測(cè)功機(jī)，如圖3。根據(jù)三輪非圓同步帶傳動(dòng)的試驗(yàn)要求與傳動(dòng)原理選擇試驗(yàn)臺(tái)主要部件及參數(shù)，具體如下：

(1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：圓形主動(dòng)輪、非圓從動(dòng)輪、非圓張緊輪均采用線切割，同步帶采用模數(shù)為3、齒數(shù)為56的模數(shù)制橡膠同步帶。

(2)步進(jìn)電機(jī)：130BYG350D型交流步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0～300 r/min。

(3)扭矩傳感器：量程50 N·m，轉(zhuǎn)速范圍0～6 000 r/min，精度等級(jí)0.5%FS，用于獲取主動(dòng)輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩。

(4)速度傳感器：圓光柵10 000線。

(5)數(shù)據(jù)采集設(shè)備：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x分別輸出一根RS232通信數(shù)據(jù)線，角度測(cè)量?jī)x配有RS485通信數(shù)據(jù)線，并聯(lián)后輸出，接入485轉(zhuǎn)232轉(zhuǎn)換器后再插入計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)接口。

(6)負(fù)載轉(zhuǎn)矩加載設(shè)備：CC-50LF型電渦流測(cè)功機(jī)，轉(zhuǎn)矩量程50 N·m，通過調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)加載力矩。

(7)其他設(shè)備：交流調(diào)速模塊(用于調(diào)節(jié)交流步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速)和220 V開關(guān)電源。

1.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩傳感器、速度傳感器、中心距調(diào)整裝置、負(fù)載加載控制設(shè)備和工控機(jī)，如圖4、5所示。三相交流步進(jìn)電機(jī)與圓形主動(dòng)輪之間通過梅花聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器與圓形主動(dòng)輪之間裝有扭矩傳感器和用于測(cè)速的光柵，由于步進(jìn)電機(jī)的工作特性，可以較大范圍輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；主動(dòng)輪通過同步帶帶動(dòng)從動(dòng)輪和張緊輪轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)輪后端接有電渦流測(cè)功機(jī)和測(cè)速光柵，對(duì)主動(dòng)輪通過同步帶傳遞過來的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)并輸出。為了分析負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)非圓三輪同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)周期的影響，電渦流測(cè)功機(jī)通過調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)加載在從動(dòng)輪上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

該試驗(yàn)臺(tái)主要用于對(duì)理論設(shè)計(jì)的三輪非圓同步帶傳動(dòng)精度測(cè)試，所以其控制方式采用開環(huán)控制。作為動(dòng)力輸入的步進(jìn)電機(jī)，由220 V電源供電，通過變壓模塊轉(zhuǎn)成10 V電壓供給調(diào)頻模塊，調(diào)頻模塊可調(diào)制出所需頻率的方波送到控制器，控制步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

為了方便試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)和分析，根據(jù)試驗(yàn)要求開發(fā)了基于Matlab的非圓同步帶試驗(yàn)軟件，對(duì)主-從動(dòng)輪的輸入、輸出轉(zhuǎn)速和扭矩以及速比等參量通過傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，工控機(jī)上的主程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，以曲線和數(shù)據(jù)的形式保存、顯示，軟件界面如圖6、7。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由圓形主動(dòng)輪、非圓從動(dòng)輪、非圓張緊輪、同步帶組成，在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的傳動(dòng)比實(shí)時(shí)變化，所需的同步帶理論帶長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)變化，進(jìn)一步引起輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩隨著輸入轉(zhuǎn)速和同步帶張緊程度變化而變化[11-13]。

為了方便對(duì)比，設(shè)計(jì)了4組中心距都相同的三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，每組主-從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角變化規(guī)律均為φ2=φ1+msinφ1(m為非勻速變化系數(shù)，φ1為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角，φ2為從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角)，主動(dòng)輪半徑相同，具體參數(shù)如表1。根據(jù)表1參數(shù)利用前期建立的非圓同步帶帶長(zhǎng)計(jì)算模型，計(jì)算得出其對(duì)應(yīng)的理論帶長(zhǎng)變化如圖8[1]，不同m值對(duì)應(yīng)的最大松弛量如表1。

表1 4組三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)及最大松弛量Tab.1 Parameters and maximum slack of four groups of three-pulley noncircular synchronous belt transmission mechanism

由理論研究可知，在非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)同步帶帶長(zhǎng)實(shí)時(shí)變化，將一個(gè)周期內(nèi)任意時(shí)刻的帶長(zhǎng)與初始帶長(zhǎng)之差稱為帶長(zhǎng)松弛量。根據(jù)圖8變化曲線可知，非勻速變化系數(shù)m越接近0(即從動(dòng)輪越接近圓)，同步帶帶長(zhǎng)松弛量變化越小，帶長(zhǎng)波動(dòng)越小，帶傳動(dòng)理論精度越高。

以m=0.1的三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、負(fù)載的試驗(yàn)研究，同步帶輪如圖9所示，具體試驗(yàn)步驟如下：

(1)將加工好的m=0.1三輪非圓同步帶輪安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，緊固連接件，安裝同步帶，調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)確定的初始相位，調(diào)整非圓從動(dòng)輪、非圓張緊輪的初始位置，使同步帶初始時(shí)刻處于張緊狀態(tài)。啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，通過儀表讀取此時(shí)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，打開工控機(jī)上的軟件，讀取串口數(shù)據(jù)并采集測(cè)試。

(3)調(diào)整輸入電機(jī)轉(zhuǎn)速至80 r/min，在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸入范圍內(nèi)，使電渦流測(cè)功機(jī)產(chǎn)生3種不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，再用扭矩測(cè)試儀和測(cè)速光柵檢測(cè)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和角位移，并通過工控機(jī)上的測(cè)試軟件進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、分析。

(4)記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)后，將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速依次調(diào)節(jié)為100、120 r/min，重復(fù)步驟(3)。

(5)通過檢測(cè)軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，將擬合結(jié)果和理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

三輪非圓同步帶傳動(dòng)過程中同步帶松弛量變化影響同步帶傳動(dòng)精度[14-15]。同步帶帶長(zhǎng)松弛量主要受相鄰兩帶輪中心距、非圓帶輪節(jié)曲線形狀、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度的影響，對(duì)于設(shè)計(jì)好的非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中帶輪中心距、非圓帶輪節(jié)曲線形狀在試驗(yàn)過程中是固定不變的，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度的變化成為實(shí)際應(yīng)用中影響傳動(dòng)精度的主要因素[16-18]。本次試驗(yàn)在不同速度工況下通過加載不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩測(cè)試分析三輪非圓同步帶的傳動(dòng)精度。

3.1 傳動(dòng)精度指標(biāo)

本文提出用傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率來衡量三輪非圓同步帶傳動(dòng)精度。

傳動(dòng)比精度偏差率p表達(dá)式為

(1)

其中

式中in——從動(dòng)輪任意時(shí)刻實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之比

φ1nl——主動(dòng)輪在某一瞬時(shí)的理論角位移

φ2ns——從動(dòng)輪在某一瞬時(shí)的實(shí)際角位移

φ2nl——從動(dòng)輪在某一瞬時(shí)的理論角位移

傳動(dòng)周期偏差率q表達(dá)式為

(2)

式中Tl——三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論傳動(dòng)周期

Ts——三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際傳動(dòng)周期

3.2 空載試驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)加工的m=0.1的非圓同步帶輪組是否正常傳動(dòng)，滿足試驗(yàn)要求，首先對(duì)該組帶輪進(jìn)行轉(zhuǎn)速為80 r/min的空載試驗(yàn)。將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，用軟件對(duì)試驗(yàn)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合并將擬合曲線與理論曲線對(duì)比。圖10所示為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪傳動(dòng)比的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)、擬合曲線和理論曲線。

如圖10所示，試驗(yàn)傳動(dòng)比離散數(shù)據(jù)點(diǎn)大體呈現(xiàn)一定規(guī)律性趨勢(shì)，并在極小誤差范圍內(nèi)波動(dòng)，數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)分析意義，試驗(yàn)離散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合的實(shí)際傳動(dòng)比曲線與理論傳動(dòng)比曲線趨勢(shì)相同，傳動(dòng)比規(guī)律基本相同[19-21]。可見該組非圓帶輪可以用于三輪非圓同步帶傳動(dòng)傳動(dòng)精度測(cè)試。

3.3 負(fù)載和轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

非圓同步帶傳動(dòng)過程中傳動(dòng)比按設(shè)計(jì)規(guī)律實(shí)時(shí)變化，實(shí)現(xiàn)非勻速傳動(dòng)。根據(jù)理論分析結(jié)果可知，隨著帶輪轉(zhuǎn)速變高，其動(dòng)平衡性變差，振動(dòng)變大，因此，非圓同步帶傳動(dòng)適合低速傳動(dòng)工況。根據(jù)非圓同步帶傳動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用工況，試驗(yàn)選取了3組低速工況(80、100、120 r/min)；該三輪非圓同步帶試驗(yàn)臺(tái)能提供最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩為50 N·m，在同一轉(zhuǎn)速下，選取3組負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行試驗(yàn)，分別是8.12、16.25、24.36 N·m，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

(1)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速80 r/min

在該轉(zhuǎn)速下，三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論轉(zhuǎn)動(dòng)周期為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間T80，即

(3)

在該轉(zhuǎn)速下，分別對(duì)從動(dòng)輪負(fù)載轉(zhuǎn)矩為8.12、16.25、24.36 N·m進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖11、12、13所示。

根據(jù)圖11、12、13，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(1)、(2)，得三輪非圓同步帶傳動(dòng)參數(shù)如表2所示。發(fā)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)速為80 r/min時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率都有一定影響，且對(duì)傳動(dòng)周期偏差率影響較大；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為16.25 N·m時(shí)，其傳動(dòng)比離散數(shù)據(jù)點(diǎn)均布性最好、傳動(dòng)比精度偏差率最小，由于該負(fù)載轉(zhuǎn)矩適中，使同步帶帶長(zhǎng)松弛量最小，傳動(dòng)平穩(wěn)。

表2 轉(zhuǎn)速80 r/min時(shí)不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Comparison of different test conditions of load torque at speed of 80 r/min

(2)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速100 r/min

在該轉(zhuǎn)速下，三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論轉(zhuǎn)動(dòng)周期為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間T100，即

(4)

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為8.12 N·m時(shí)，三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，未出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，如圖14所示。保持轉(zhuǎn)速不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加為16.25 N·m，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍舊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，也未出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，如圖15所示；負(fù)載繼續(xù)增加為24.36 N·m，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)性變差，并出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，如圖16所示。

根據(jù)圖14、15、16，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(1)、(2)，得三輪非圓同步帶傳動(dòng)效果如表3所示。發(fā)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)速為100 r/min時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率的影響與輸入轉(zhuǎn)速為80 r/min時(shí)的規(guī)律相同，但是傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率都更大，且開始出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象。

(3)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速120 r/min

在該轉(zhuǎn)速下，三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論轉(zhuǎn)動(dòng)周期為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間T120，即

(5)

表3 轉(zhuǎn)速100 r/min時(shí)不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Comparison of different test conditions of load torque at speed of 100 r/min

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩8.12 N·m時(shí)，三輪非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)性變差，出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，如圖17所示。負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加到16.25 N·m，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，未出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，如圖18所示。當(dāng)負(fù)載增加到24.36 N·m時(shí)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)性又變差，且出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，如圖19所示。

根據(jù)圖17、18、19，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(1)、(2)得三輪非圓同步帶傳動(dòng)結(jié)果如表4所示。發(fā)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)速為120 r/min時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率的影響與輸入轉(zhuǎn)速為80、100 r/min時(shí)規(guī)律相同；但是傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率都更大，且出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象的機(jī)率多。

表4 轉(zhuǎn)速120 r/min時(shí)不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Comparison of different test conditions of load torque at speed of 120 r/min

3.4 試驗(yàn)分析

(1)不同負(fù)載、不同轉(zhuǎn)速下所獲得的實(shí)際傳動(dòng)比規(guī)律曲線都與理論傳動(dòng)比規(guī)律曲線趨勢(shì)基本一致，證明了非圓三輪同步帶傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的合理性和正確性[21-23]。

(2)在輸入轉(zhuǎn)速相同情況下，施加給非圓從動(dòng)輪的負(fù)載轉(zhuǎn)矩影響著傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率，且對(duì)傳動(dòng)周期偏差率的影響更大一些[24]。在3組不同速度工況下，都出現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為16.25 N·m時(shí)傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率最小，這時(shí)主-從動(dòng)輪傳動(dòng)比的試驗(yàn)值與理論值的吻合度最好、傳動(dòng)精度最高，如圖20所示。由于該負(fù)載轉(zhuǎn)矩適中，使同步帶松弛量最小，傳動(dòng)平穩(wěn)。

(3)在從動(dòng)輪負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同情況下，隨著主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速升高，傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率都變大，其中傳動(dòng)周期變化率變大更明顯，如圖21所示，且速度越高越容易跳齒。

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了三輪非圓同步帶傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)主-從動(dòng)輪中心距110～520 mm可調(diào)、主動(dòng)輪輸入轉(zhuǎn)速0～300 r/min可調(diào)、非圓從動(dòng)輪負(fù)載0～50 N·m可調(diào)等功能，能滿足多種工況非圓同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)要求，并能采集和實(shí)時(shí)顯示主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率等參數(shù)，配套開發(fā)的分析軟件能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(2)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)主-從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角關(guān)系為φ2=φ1+0.1sinφ1、輸入轉(zhuǎn)速在0～300 r/min、負(fù)載轉(zhuǎn)矩在0～50 N·m范圍時(shí)，三輪非圓同步帶運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，同步帶傳動(dòng)周期偏差率在0.80%～4.80%之間，傳動(dòng)比精度偏差率在0.18%～1.23%之間；當(dāng)轉(zhuǎn)速為80 r/min、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為16.25 N·m時(shí)，其傳動(dòng)比精度偏差率0.18%，傳動(dòng)周期偏差率0.80%，為此試驗(yàn)范圍內(nèi)的最佳傳動(dòng)工況。

(3)負(fù)載和速度均影響傳動(dòng)比精度偏差率和傳動(dòng)周期偏差率，對(duì)傳動(dòng)周期偏差率的影響更大，因此，在非圓同步帶輪的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮應(yīng)用工況的速度要求和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小。