[發明專利]一種正時帶傳動系統布局的通用計算方法、設備及介質

有效

• 申請號: 201910127642.0
• 申請日: 2019-02-20
• 公開（公告）號: CN109948190B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 龍尚斌;上官文斌;趙學智
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;黃海波

1.一種正時帶傳動系統布局的通用計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)規定系統參數符號：以曲軸輪輪心為原點，水平方向為X軸、豎直方向為Y軸建立正時系統坐標系；分別對系統各輪的編號、輪心坐標、半徑進行標記，同時對各輪上弧段的長度、各輪間帶段的長度及進行標記；

(2)定義張緊器的工作角度和位置：以X軸正方向為參考，順時針擺角為正，分別對調節臂、工作臂和輪轂載荷角進行定義，輪轂載荷與工作臂的夾角為載荷-臂夾角；張緊器的工作位置分為名義位置、熱位置、冷伸長位置、自由位置和極限位置五個，分別對應不同的溫度工況和不同的帶長；

(3)正時帶帶長的計算：根據輪系中各輪的位置和直徑，通過幾何關系計算滿足輪系設計需求的正時帶的幾何帶長，并根據輪系的設計張力，得到系統平衡時的正時帶總長；

其中，所述幾何帶長l_g為：

式中，L_i為各帶段的長度，L_βi為各輪上的圓弧長度，i為第i個輪，n為輪的總數值；

所述正時帶總長為：

l＝l₀+Δl

式中，Δl為帶段張力為T時的系統的帶段伸長量，P_b為帶齒節距；

(4)張緊器名義位置的計算：張緊器到達名義位置時，同時滿足扭矩平衡與幾何帶長相的平衡條件，根據平衡條件計算出張緊器的名義平衡位置；當輪系存在坐標誤差、帶長誤差時，通過更新坐標、帶長參數，計算出輪系在制造誤差的情況下的張緊器平衡位置；

其中，所述步驟(4)中：

通過平衡張力T計算帶段伸長量Δl，是得到張緊器名義位置的關鍵；帶段的伸長量Δl由兩帶輪間的帶段伸長量Δ_i、嚙合區帶段伸長量Δ_ti和帶背接觸的弧段的帶長伸長量Δ_ci三部分構成；

已知正時帶測量張力T₀下對應帶長為l₀，帶輪i與帶輪i+1間帶長變化量與正時帶的彈性模量E和正時帶帶背截面積A有關，其表達式為：

因嚙合區接觸帶段伸長量Δ_ti與帶段張力與嚙合齒數相關，則嚙合區接觸帶段伸長量Δ_ti由式(9)計算得到：

Δ_ti＝F_ti(m_i,T₀,T) (9)

帶背接觸的弧段的帶長變化量Δ_ci可由式(10)計算得到：

Δ_ci＝(T-T₀)/K_p(i+1) (10)

其中，K_p(i+1)為帶在輪W_i+1弧段上的剛度：

K_p(i+1)＝EA/(β_i+1R_i+1) (11)

系統各帶段的伸長量總和ΔL可由式(12)計算得到：

若平衡狀態下張緊器的調節臂角度為則張緊臂的支點坐標為：

所述張緊器在名義位置的輸出扭矩M_t與張緊輪兩端的帶段對其產生的扭矩M_B相等，若k_t為張緊器的彈簧剛度，θ_t為張緊臂的平衡擺角，θ₀為張緊臂的零扭矩角，則其計算式如式(14)和(15)所示：

M_B＝PO_i×e_i·T_i+PO_i×e_i-1·T_i-1 (14)

M_t＝k_t(θ_t-θ₀) (15)

由張緊臂的擺角θ_t引起的帶長變化量ΔL_t可由式(16)和(17)計算得到：

ΔL_i＝L'_i-L_i+(β'_i-β_i)(R_i+R_i+1) (16)

ΔL_t＝ΔL_i+ΔL_i+1 (17)

在設計中，給定平衡張力為T、張緊臂與其輪轂載荷的夾角α_t、張緊臂的平衡擺角θ_t和張緊器的調節臂BP與工作臂PO的臂長，所述張緊器到達名義位置時，同時滿足扭矩平衡與幾何帶長相等的平衡條件，如式(18)：

若已知輪系各坐標的制造誤差與正時帶的帶長誤差時，則通過更新坐標、帶長參數，計算出輪系在制造誤差的情況下的張緊器平衡位置；

(5)系統各工況位置的計算：考慮輪系自由膨脹，且各部件在平衡狀態的溫度相同，以曲軸中心為參考，計算出各輪的坐標、輪徑、帶長的變化量；根據變化的坐標、輪徑及帶長，可得新平衡位置的張緊臂擺角和安裝張力；當張緊臂存在剛度誤差時，改變張緊器的彈簧剛度k_t，并根據變化的坐標、輪徑及帶長，通過扭矩平衡與幾何帶長相等的平衡條件，得到對應平衡位置的張緊臂擺角和安裝張力；

其中，新平衡位置張緊臂擺角θ'_t和安裝張力T'的計算方程為：

式中，ΔT_e為溫度變化量，(x_i，y_i)為變化前的各輪的坐標，(x'_i，y'_i)為變化后的各輪的坐標，D'_i為變化后的各輪的輪徑，l'為變化后的各輪的帶長，k_t為張緊器的彈簧剛度，α_t為張緊臂與其輪轂載荷的夾角，T為設計中的平衡張力，E為正時帶的彈性模量，A為正時帶帶背截面積。