磁力金属带传动的工作原理及其应用orkingPrincipleofMa

文章编号:1004-2539(2001)04-0032-02
磁力金属带传动的工作原理及其应用
(湘潭工学院机械工程系,　湖南湘潭　411201)　罗善明
摘要　介绍了一种新型磁力金属带传动的工作原理、设计与试验方法及其工程应用前景。

在磁力金属带传动中摩擦力的产生是磁场吸引力与初张力共同作用的结果。

磁力金属带具有传动功率大、传动比广、弹性滑动小、传动效率高、传动性能好等优点,应用前景十分广阔。

关键词　带传动　金属带　磁力
1　前言
在摩擦传动领域,同步带传动、高速平带传动、多楔带传动、微型V带传动、窄V带传动、联组V带传动及无级变速带传动等都得到了很大程度的发展,在传动功率、传动比、带速及传动效率等方面有了很大提高。

目前,带传动学科中的研究热点主要集中在:(1)摩擦传动带的承载能力与疲劳寿命的研究。

(2)高速、重载、低噪声、高效率同步带传动啮合原理与齿形优选的研究。

(3)带传动的可靠性研究。

(4)带传动的C AD 研究。

(5)新材料带传动的研究。

(6)带传动试验方法与装置的研究。

近年来,秦大同[1]、程乃士[2]等相继对金属带式无级变速传动、黄平[3]等对弹性啮合与摩擦耦合传动理论、汪海云[2]等对粘着摩擦传动、范兴邦[5]对V-P式V带传动、李宇鹏[6,7]等对齿形带非同步传动及非圆带轮齿形带传动、姜洪源[8]、樊智敏[9]等对圆弧齿同步带传动、李震[10]等对行星带传动、王洪欣[11]等对行星轮皮带间歇传动机构等进行了许多有益的研究工作,并取得了很大进展。

本文将对另一种新型带传动,磁力金属带传动的工作原理、设计与试验方法及其应用前景等作一简单概括和综述。

2　工作原理
如图1所示,磁力金属带传动主要由小带轮(主动轮)、环形金属带、大带轮(从动轮)及线圈等组成,它是在两个或多个带轮之间用金属带作为挠性元件的一种摩擦传动。

当原动机驱动主动轮转动时,依靠金属带与带轮之间摩擦力的作用,拖动从动轮一起转动,并传递一定的动力。

为降低金属带的弯曲应力,金属带可由多层薄钢环(每层厚度约0.2mm左右)叠加而成,也可由金属丝编制而成。

大、小带轮均采用轮辐式结构,线圈可直接缠绕在轮辐上。

当线圈中通以电流时,便可产生磁场(南极S、北极N间隔排列[12]),并在铁芯(即轮辐,材料为铸铁,属铁磁质)的作用下,磁感强度显著增强,从而强烈吸引金属带,并在带与带轮之间产生很大的正压力,摩擦力(牵引力)随之大幅度地增大。

牵引力的计算式可表示为[13
]
1.小带轮
2.环行金属带
3.大带轮
4.线圈
图1　磁力金属带传动的工作原理
F e=
2(F0-ρ1v2+kB2r1b)(eμα1-1)
eμα1+1
(1)式中　F e———磁力金属带传动的牵引力,N
α
1
———金属带在小带轮上的包角,rad
F0———金属带的初张力,N
μ———动摩擦因数
v———带速,m/s
ρ
1
———金属带的线质量,kg/m
k———引力系数
B———磁感应强度,T
b———带宽,mm
r1———小带轮半径,mm
由式(1)可知,由于磁力的引入,磁力金属带传动所能传递的牵引力或传动功率,可得到大幅度的提高,并随磁感应强度的增大而增大。

与普通带传动相比,磁力金属带传动具有其自身的特点:它主要是靠缠绕在大、小带轮轮辐上的线圈产生磁场并吸引金属带,以产生较大的正压力,从而大幅度地提高摩擦力而进行传动的。

在该传动中摩擦力的
23 机械传动 2001年
产生已不再是初张力单独作用的结果,而是磁场吸引力(电磁力)与初张力的共同作用形式。

磁力金属带传动对提高传动功率、增大传动比、减少弹性滑动、提高传动效率、改善传动性能等具有重要的理论与现实意义。

3　设计方法
设计时已知的原始条件为,传动的用途及工作情况,传递的功率,主、从轮的转速以及外廓安装尺寸要求等。

磁力金属带传动设计计算的主要内容及一般程序如下
(1)确定小带轮直径d1 小带轮直径d1是影响传动性能的主要因素之一,它主要受传动空间和弯曲应力的影响。

d1小,传动所占空间小,结构紧凑,但弯曲应力也相应增大,传载能力和使用寿命降低。

设计时,可取d1min=60mm。

(2)确定初拉力F0 保持适当的初拉力F0是磁力金属带传动正常工作的首要条件。

初拉力F0不足,会出现打滑,降低传载能力;初拉力F0过大,将增大轴和轴承上的压力,并降低金属带的寿命。

其值可参照下式进行估算
F e=500K A P
v
eμα1+1
eμα1-1
+ρ1v2-kB2r1b(2)
式中　K A———工况系数
(3)确定中心距a 中心距a主要取决于安装空间的大小,取较大的a值,可增大小带轮包角α1,有利于提高传载能力。

(4)确定磁感应强度B 磁感应强度B是影响磁力金属带传动性能的又一主要因素,应根据传动所需的功率和传动比要求,确定相应的磁感应强度B的大小(详见参考文献12～14)。

其中,还包括带轮材料、线圈匝数、电流电压等参数的选择及计算。

(5)验算带速v 带速v太高时,离心拉应力大,带与带轮间的压力减小,传递功率降低;带速v太低时,所需有效拉力大,要求带的强度高。

设计时,带速v一般可限制在50～60m/s的范围内。

(6)验算小带轮包角α1 小带轮包角α1越大,接触弧可产生的摩擦力也越大,则传载能力越大。

设计时,可取α1≥60°。

(7)带与带轮的结构设计(略)。

4　试验原理
整个试验均在MTT-40型自制带传动试验台上进行。

如图2所示,该试验台主要由交流电动机、可调变频器、转矩传感器、转速转矩功率测量仪、轴承座、被测磁力金属带传动装置、电涡流测功机等组成。

试验台采用T型槽台板,拖动系统采用可调变频器和交流电动机,输入轴的转速与转矩测量采用转矩传感器和转速转矩功率测量仪,输出轴加载系统采用电涡流测功机和转速转矩功率测量仪,金属带应力和应变的测量采用非接触式应力测量系统,振动信号的测量采用加速度传感器和频谱分析仪。

1.电动机及变频器
2.转速转矩功率测量仪
3.轴承座
4.磁力金属带传动
5.电涡流测功机
图2　磁力金属带传动试验台示意图
试验时,主要通过改变负载、电机转速、传动比、初张力、磁感应强度及中心距等参数,分别测定相关传动性能的变化规律及其相互影响关系。

例如,(1)通过改变磁感应强度、初张力、传动功率、传动比及转速等参数,测定传动效率的变化规律;(2)通过改变磁感应强度、传动功率、传动比、转速及初张力等参数,测定弹性滑动率的变化规律;(3)通过改变磁感应强度、初张力及传动比等参数,测定传动功率的变化规律;(4)通过改变磁感应强度、初张力、传动功率、传动比及转速等参数,测定金属带上应力的变化规律;(5)通过改变上述各性能参数,测定磁力金属带的振动特性及其变化规律。

5　应用前景
研究结果[12～14]表明,由于磁力的引入,磁力金属带传动中摩擦力(即牵引力)可得到大幅度增大,其传动功率为普通带传动的5～6倍;传动比范围广,为普通带传动的3～4倍;允许线速度高,可达50～60m/s,最高达120m/s;而弹性滑动率却大幅度减小,其值仅为0.2‰～0.5‰,远小于普通带传动的弹性滑动率(1%～2%),因而传动准确,传动效率高,可达98%～99%;传动性能得到了较大程度的改善,且金属带与带轮脱离时,无须“断磁”。

总之,由于磁力金属带传动具有大功率、大传动比、高速、精密、长寿命等特点,因而可广泛应用于机床、纺织、汽车、化工、国防、通用机械以及高速、重载等重大装备领域,应用前景十分广阔。

33
第25卷　第4期 磁力金属带传动的工作原理及其应用
文章编号:1004-2539(2001)04-0034-03
内棘轮电化学加工工艺的研究
(合肥工业大学机械与汽车工程学院,　安徽合肥　230009)
　陈远龙　朱树敏
摘要　研究了单向传动套内棘轮电化学加工的工艺技术,包括工装夹具设计,阴极设计及制造以及加工工艺参数的选择。

应用电化学加工技术加工内棘轮,生产率很高;采用线切割加工片状工具阴极,制作方便、尺寸准确;加工过程中工具阴极无损耗,一片阴极可以重复加工几十至几百个零件;加工出的
内棘轮表面质量好,无飞边毛刺,表面粗糙度可达Ra 1.6μm ;加工精度(尤其是重复精度)较高。

关键词　电化学加工　内棘轮　工具阴极　工装夹具
引言
按传统机械制造工艺,零件的内齿通常采用插削
加工。

但是对于图1所示的单向传动套内棘轮,由于缺少退刀槽,无法插削。

即使添加退刀槽,也还需要制造专用插刀,而且生产率低,刀具磨损快,制造成本高,经济效益差。

图1　单向传动套
电化学加工(又称电解加工)是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。

应用电化学加工技术加工内棘齿,18个齿可以一次加工成型,并能同时加工多个(实际加工时为4个)零件,生产率很高。

加工出的内棘轮表面质量好,加工精度较高。

1　工装夹具的设计
电化学加工过程中需引入直流电和强电解质溶液,因而其工装夹具的设计有以下特殊要求
(1)引导电解液进入加工区,保证电解液在各截面
流动通畅,流速均匀。

(2)夹具与机床、阴极绝缘可靠。

(3)导电安全可靠,接触良好,不导致发热。

(4)防腐性能强,使用寿命长。

单向传动套内棘轮电化学加工的工装夹具如图2
所示。

参考文献
1　秦大同,刘世明,王红岩.金属带式无级变速传动的动力学分析.机
械工程学报,2000,36(3)
2　程乃士,刘温.带(链)式无级变速传动动态偏差分析和修正.东北大
学学报,2000,21(3)
3　黄平,陈扬枝,朱文坚等.弹性啮合与摩擦耦合传动理论及实验研
究.机械传动,1999,23(2)
4　汪海云,何小柏.牵引传动的设计及油品的选择.重庆大学学报,
1997,20(3)
5　范兴邦.V -P 式三角皮带传动的可靠性分析.机械设计与制造,
1990(5)
6　李宇鹏.齿型带非同步传动的可行性理论分析.机械设计,
1995,12(11)
7　李宇鹏.非圆带轮齿形带传动的理论研究.机械工程师,1996(1)8　姜洪源.新型圆弧齿同步带基础理论的研究.哈尔滨工业大学学报,
1991,23(4)
9　樊智敏.圆弧齿同步齿形带传动的应用研究.太原理工大学学报,
1998,19(6)
10　李震.行星带传动工作原理及其运动特性研究.机械传动,
1997,21(3)
11　王洪欣.行星轮皮带间歇传动机构的运动学设计研究.机械,
1999,26(1)
12　罗善明,诸世敏.磁力金属传动带的受力分析.机械工程学报,
2000,36(7)
13　罗善明,缪协兴,郭迎福.磁力金属带传动弹性滑动的理论分析.机
械工程学报,2001.37(8)
14　诸世敏.一种新颖的磁力金属带传动.机械传动,2000,24(2)
收稿日期:20010309 收修改稿日期:20010511作者简介:罗善明(1968-),男,湖南东安人,博士研究生。

机的疲劳寿命试验和型式试验,较准确地考验和验证了该系列产品的承载能力和过载能力,检测了传动效率,噪声等技术指标。

完成箱体3维设计和典型规格的有限元结构分析。

从样机到最后定型,减速器的外形已经过3次大的改型。

2000年完成“PR2000”用户选型专家系统编制。

为用户方便、正确、合理地选型提供了个好帮手。

PR 系列减速器不论从模块化设计的程度,体积重量,承载能力,许用热功率,还是外观质量等各方面都可与国外最先进的产品相比美,它结合国情所作的许多创新和改进点更适合于中国用户的使用,是国外产品根本无法相比的。

现在已完全具备了把PR 系列全
面推向市场的条件。

(未完待续)
收稿日期:20010603
作者简介:李钊刚(1944-),男,山东荷泽人,教授级高工。

(上接英文摘要)range of the parameters is given.The optimal
principle of the parameters is introduced.At last ,the calculation of the tooth geometrical size is discussed.
K ey w ords :　M icro -segment profile Relative curvature Parame 2ter Pressure angle Radius of base circle
Study on N egative Shift Designing of R eciprocating Pushing Ch ain
Li Y enong ,et al.(29)
………………………………………Abstract Reciprocating pushing chain is a new mechanism of chain transmission.In this paper ,the structure and w orking principle of re 2ciprocating pushing chain ,is studied.And the engaging process be 2tween chain and chain wheel is analyzed in detail.By negative shift de 2signing of chain wheel ,realizable m oving locus of centre of chain roll coincide with theoretical m oving locus ,and m otion of chain is made ef 2fectively sm ooth.C ontact ratio εabout chain wheel engaging with chain is analyzed ,and the guidance is furnished for selecting contact ratio ε.K ey w ords :　Reciprocating pushing chain Engage Negative shift designing C ontact ratio
Working Principle of Magnetic Metal B elt T ransmission and I ts Application Foreground Luo Shanming (32)………………………Abstract The w orking principle ,design and test method of magnetic metal belt drive and its application foreground are introduced.I t is shown that the effect that magnetic field attraction and original tensile force act together produces the friction force in this drive.I t has im por 2tant significance to increase transmission power and transmission ratio ,increase transmission efficiency ,and im prove transmission per for 2mance ,and s o on.This drive can substitute belt transmission ,chain transmission and a part of gear transmission in existence.I t has very am plitude application foreground.
K ey w ords :　Belt transmission Metal belt Magnetic force Study on ECM for I nner R atchet Wheel
Chen Y uanlong ,et al.(34)
………………………
……………………………………Abstract EC M for inner ratchet wheel is studied ,including frock de 2sign ,cathode design and manu facture ,and operating parameters.The EC M productivity of inner ratchet wheel is very high.Cathode piece is machined easily using WE DM.I ts dimension is nicety.Cathode is not w orn down in process ,s o a piece of cathode can be repeat used to ma 2chining tens or several hundred parts.The sur face quality of inner ratchet wheel being machined is nice.There is no burr in the sur face.
I ts sur face roughness can reach Ra1.6μm.I ts process precision espe 2
cially reapeat precision is rather fine.
K ey w ords :　EC M Inner ratchet wheel Cathode Frock
The I ntegeral Overall and Optimize Development of Design System for G ear -p arts
Zhao Y anxia (37)
………………………………Abstract The integeral ,overall and optimize designing method is used in the design and calculation of gear -parts.The structural size of each parts can be calculated and the plot of gear -parts can be drawn through the designing results gained.S o that the integration of integeral ,overall and optimize design and para -plot can be achieved.
K ey w ords :　G ear -parts Integeral Overall and optimize design Auto -design Para -plot
I ntelligentized CAD/CAM of Sh aft P arts
Liu Ning ,et al.(40)
………………………
…………………………………………Abstract This paper expounds the basic principle and expert knowl 2edge of marking dimension and tolerance of shaft parts with intelligence technique.A fter analysing and differentiating the shafts ,in formation from C AD can be received and a processing command automatically formed.At last ,combination of C AD and C AM of shafts can be achieved.
K ey w ords :　Automated dimensioning Environment description Rule library C AD/C AM
Sensitivity Analysis of Adjustive P arameter of G ear P airs for Op 2posite Direction Movement Li Changhe ,et al.(44)………………Abstract This paper is based on the m oving character of gear pairs for opposite direction m oving and the further research for many factors that in fluence backlash of gear pairs.The maximum normal backlash of gear pairs can be controled through adjusting parameters of gear pairs to satis fy special m oving target.
K ey w ords :　G ear pairs Parameter Adjustment Backlash R emedy Actions for W ater Contamination in Q uenching Oil
Chen Chunhuai ,et al.(46)
…
……………………………………Abstract C ontaining water in quenching oil not only affects its normal per formance but exerts danger of fire.The harm fulness ,however ,has not been received enough attention.This paper firstly analyses its bad im pact with the use of cooling curve ,then introduces quality and quali 2tative analysis respectively toward the water content in oil.A fter the i 2dentification of possible s ource for water in the oil ,the counter mea 2sures for contained water are offered.
K ey w ords :　Quenching Quenching Oil Water C ontamination.。