本发明专利技术公开了一种多楔带传动系统动态响应通用计算方法、设备及介质，所述方法包括步骤：(1)建立坐标系与规定系统参数符号，对系统各轮的编号、轮心坐标、半径、角位移、转动惯量进行标记，并对各轮上弧段的长度、各轮间带段的长度及对应的带段张力进行标记。(2)获取系统中旋转轮模块、自动张紧器模块和带张力模块的计算式。(3)将各模块计算式转换为通用计算矩阵，转化为状态空间方程的形式，并确定各系数矩阵。(4)计算系统动态响应：求解时域下状态空间方程，得到旋转轮、张紧臂的角位移、角速度的过程变量值，利用各模块的计算式，分别计算系统在时域下的各带段张力波动、各轮滑移率、张紧臂摆角和各轮的角位移波动等值。
A General Method, Equipment and Media for Dynamic Response of Multi-wedge Belt Drive System
【技术实现步骤摘要】
一种多楔带传动系统动态响应通用计算方法、设备及介质
本专利技术涉及多楔带传动系统的计算与分析领域，特别是涉及汽车发动机前端附件驱动系统的多楔带传动系统动态响应的理论计算方法。
技术介绍
多楔带传动形式兼具了平带传动和V带传动的优点而被广泛运用，通过多楔带楔面的“楔紧”作用，带动含负载的从动轮附件，一般在系统的松边设置自动张紧器，用于张力、带长变化的调节与平衡。多楔带传动常见于发动机前端附件驱动系统，曲轴通过多楔带驱动发电机、水泵和油泵等附件系统，确保汽车的动力输出。多楔带传动系统的动态响应是反映其参数设计是否合理的重要指标。一般而言，系统的动态响应指在发动机曲轴激励和各附件轮负载下，所引起的张力波动、各轮间滑移率、张紧臂摆动和各轮的角位移波动等。系统的这些动态响应将直接影响其动力特性和NVH特性，同时也是确定传动系统使用寿命的重要指标。在实际的工程应用中，前期的开发一般依靠经验法，包括系统各部件参数的确定、布局方式的确定，然后通过样机台架进行多楔带传动系统动态响应的测试，根据测试的结果，再进行系统参数的调整与验证测试。这样使得系统开发的工作量大、研发效率低以及测试与样件制造费用高。一部分有条件的企业，则通过购买相关的商用计算分析软件来进行动态特性的计算与预测，然后再直接进行验证测试，这样可以在一定程度上提高研发的效率与准确性。但商用软件价格十分昂贵，其内核模块的参数繁多、模块无法进行修改，且没有分析不同激励加速度工况等的计算模块。因此，提出一种通用的多楔带传动系统动态响应通用计算方法，进行系统动态响应计算与预测分析，具有重要的工程意义。
技术实现思路
本专利技术提出一种适用于任意布局形式的多楔带系统的动态响应计算方法、设备及介质。建立系统的计算坐标系和规定相应的参数符号，将系统中旋转轮模块、自动张紧器模块和带张力模块的计算式转化为通用的计算矩阵。根据已确定的计算矩阵与借助数学工具，计算系统的动态响应，为多楔带传动系统的设计、优化提供参考依据。本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种多楔带传动系统动态响应通用计算方法，包括以下步骤：(1)规定系统参数符号：在多楔带传动系统布局中，以曲轴轮轮心为原点，水平方向为X轴、竖直方向为Y轴建立多楔带系统坐标系；分别对系统各轮的编号、轮心坐标、半径、角位移、转动惯量进行标记，同时对各轮上弧段的长度、各轮间带段的长度及对应的带段张力进行标记；(2)获取各模块的计算式：利用通用的表达式与规定的参数符号将旋转轮模块、自动张紧器模块和带张力模块的计算式表示出来；(3)将各模块计算式转换为通用计算矩阵：以旋转轮、张紧臂的角位移、角速度为过程变量，将各模块的计算式整理为运动微分方程组；将微分方程组的阶次降为一阶，然后转化为状态空间方程的形式，并确定各系数矩阵；(4)计算系统动态响应：求解时域下状态空间方程，得到旋转轮、张紧臂的角位移、角速度的过程变量值，利用各模块的计算式，分别计算系统在时域下的各带段张力波动、各轮滑移率、张紧臂摆动和各轮的角位移波动值。进一步地，步骤(1)中，若系统共有n个轮，以曲轴轮为起始点，沿逆时针依次为轮1，…轮i，…，轮n，标记为Wi，相应轮心坐标为Oi(xi,yi)、半径为Ri、角位移为θi、转动惯量为Ii、负载扭矩为Mi，系统的带段总长为l；记Wi和Wi+1之间的带段为Bi，其长度记为Li，其带段张力记为Ti，带在轮i上的包角为αi，张紧臂的臂长记为Lt。进一步地，步骤(2)中，各模块的计算式具体包括：MB＝Lt×ei-1·Ti-1+Lt×ei·Ti(4)Ti＝T0+KiΔi(6)Ki＝EA/Li(7)Δi＝θiRi-θi+1Ri+1-Δci(8)Δci＝(Ti+1+Ti-2T0)/2Kp(i+1)(9)Ti＝T0+Ki(Δi+ΔLi)(10)ΔLi＝li'-li+(αi'-αi)(Ri+Ri+1)(11)其中，式(1)为主动轮的角速度激励，N为曲轴中心转速，Ak和为k阶转速波动的幅值和相位，式(2)为从动轮的扭矩平衡式，其中C为等效粘性阻尼，式(3)～(5)分别为张紧轮的扭矩平衡式、带段张力对张紧轮产生的扭矩和张紧器的输出扭矩，其中MB为张紧器两侧带段张力对张紧器支点处的合力矩，MG为张紧器所受重力对张紧器支点处的合力矩，Mt为张紧器扭矩；式(6)～(11)分别为带段张力模块中带段张力与带长变化量的计算式，其中Δi为带段长度的变化量，Ks为弹簧刚度，Ki为某一带段带的弹性刚度；进一步地，所述步骤(3)具体包括：由式(1)～(3)得到系统的微分方程组：将式(13)的微分方程组转化为状态空间方程，如式(14)至(17)所示：E＝diag(1,1,...,1),I＝diag(I1,I2,...,In,Ii+It),进一步地，步骤(4)中，各带段张力Ti与过程变量间相互耦合，利用迭代方法，可得到各带段张力和各带段的带长变化量，计算步骤包括：第1步设置角位移的初始值θi、θt和带长变化量Δi0；第2步根据式(6)和式(10)计算各带段张力Ti；第3步根据式(8)计算带长变化量Δi；第4步计算误差因子第5步若误差因子小于设计的极限值ε，则结束计算，并输出各带段张力与带长变化量的值；若误差因子大于设计的极限值ε，则进入第6步；第6步更新初始的带长变化量Δi0，并回到第2步。进一步地，步骤(4)中，时域下旋转轮及张紧臂的角位移(θi,θt)和角速度通过如下步骤计算得到：第1步确定系统参数，即公式(13)和初始条件Y|t＝0；第2步得到空间方程，确定系数矩阵A、L和模型向量矩阵W，模型向量由轮模型、张紧器模型和带模型组成；第3步用龙格库塔数值方法求解微分方程设时间步的长度为Δt，从t＝0时刻开始，第j步的增量为j·Δt，总共计算h步，总时间长度为t＝h·Δt；第4步判断计算总时间是否满足t＝h·Δt，如若满足则结束计算，如若不满足要求，则进行迭代，修正模型向量W，得到稳定解。进一步地，步骤(4)中，利用所求得的时域下旋转轮及张紧臂的角位移(θi,θt)和角速度各旋转轮的角位移波动值由计算值与恒转速下的理论值对比得到，各轮的滑移率由角速度值得到，所述张紧器的扭矩可由式(5)计算得到。进一步地，所述多楔带传动系统为任意布局形式、任意数量的从动轮与附件轮的多楔带传动系统。一种电子设备，包括存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述程序时，实现如所述的多楔带传动系统动态响应通用计算方法。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述的多楔带传动系统动态响应通用计算方法。相比现有技术，本专利技术简便易行，成本低，适应性强，可修改，具有分析不同激励加速度工况等的计算模块，满足多楔带传动系统动态响应通用计算，可进行系统动态响应计算与预测分析，具有重要的工程意义。附图说明图1是通用多楔带传动系统的布局图。图2是定轴轮力矩平衡图。图3(a)是张紧器力矩平衡图。图3(b)是张紧器输出扭矩-角位移迟滞曲线图。图4(a)是两定轴轮间带段的张力图。图4(b)是张紧轮相邻带段的张力图。图5是轮毂载荷计算图。图6是实施例多楔带传动系统图。图7是带段张力与带长变化量迭代计算图。图8是多楔带传动系统动态响应求解流程图。图9(a)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多楔带传动系统动态响应通用计算方法，包括以下步骤：(1)规定系统参数符号：在多楔带传动系统布局中，以曲轴轮轮心为原点，水平方向为X轴、竖直方向为Y轴建立多楔带系统坐标系；分别对系统各轮的编号、轮心坐标、半径、角位移、转动惯量进行标记，同时对各轮上弧段的长度、各轮间带段的长度及对应的带段张力进行标记；(2)获取各模块的计算式：利用通用的表达式与规定的参数符号将旋转轮模块、自动张紧器模块和带张力模块的计算式表示出来；(3)将各模块计算式转换为通用计算矩阵：以旋转轮、张紧臂的角位移、角速度为过程变量，将各模块的计算式整理为运动微分方程组；将微分方程组的阶次降为一阶，然后转化为状态空间方程的形式，并确定各系数矩阵；(4)计算系统动态响应：求解时域下状态空间方程，得到旋转轮、张紧臂的角位移、角速度的过程变量值，利用各模块的计算式，分别计算系统在时域下的各带段张力波动、各轮滑移率、张紧臂摆动和各轮的角位移波动值。
【技术特征摘要】
1.一种多楔带传动系统动态响应通用计算方法，包括以下步骤：(1)规定系统参数符号：在多楔带传动系统布局中，以曲轴轮轮心为原点，水平方向为X轴、竖直方向为Y轴建立多楔带系统坐标系；分别对系统各轮的编号、轮心坐标、半径、角位移、转动惯量进行标记，同时对各轮上弧段的长度、各轮间带段的长度及对应的带段张力进行标记；(2)获取各模块的计算式：利用通用的表达式与规定的参数符号将旋转轮模块、自动张紧器模块和带张力模块的计算式表示出来；(3)将各模块计算式转换为通用计算矩阵：以旋转轮、张紧臂的角位移、角速度为过程变量，将各模块的计算式整理为运动微分方程组；将微分方程组的阶次降为一阶，然后转化为状态空间方程的形式，并确定各系数矩阵；(4)计算系统动态响应：求解时域下状态空间方程，得到旋转轮、张紧臂的角位移、角速度的过程变量值，利用各模块的计算式，分别计算系统在时域下的各带段张力波动、各轮滑移率、张紧臂摆动和各轮的角位移波动值。2.根据权利要求1所述的多楔带传动系统动态响应通用计算方法，其特征在于：步骤(1)中，若系统共有n个轮，以曲轴轮为起始点，沿逆时针依次为轮1，…轮i，…，轮n，标记为Wi，相应轮心坐标为Oi(xi,yi)、半径为Ri、角位移为θi、转动惯量为Ii、负载扭矩为Mi，系统的带段总长为l；记Wi和Wi+1之间的带段为Bi，其长度记为Li，其带段张力记为Ti，带在轮i上的包角为αi，张紧臂的臂长记为Lt。3.根据权利要求2所述的多楔带传动系统动态响应通用计算方法，其特征在于：步骤(2)中，各模块的计算式具体包括：MB＝Lt×ei-1·Ti-1+Lt×ei·Ti(4)Ti＝T0+KiΔi(6)Ki＝EA/Li(7)Δi＝θiRi-θi+1Ri+1-Δci(8)Δci＝(Ti+1+Ti-2T0)/2Kp(i+1)(9)Ti＝T0+Ki(Δi+ΔLi)(10)ΔLi＝l′i-li+(α′i-αi)(Ri+Ri+1)(11)其中，式(1)为主动轮的角速度激励，N为曲轴中心转速，Ak和为k阶转速波动的幅值和相位，式(2)为从动轮的扭矩平衡式，其中C为等效粘性阻尼，式(3)～(5)分别为张紧轮的扭矩平衡式、带段张力对张紧轮产生的扭矩和张紧器的输出扭矩，其中MB为张紧器两侧带段张力对张紧器支点处的合力矩，MG为张紧器所受重力对张紧器支点处的合力矩，Mt为张紧器扭矩；式(6)～(11)分别为带段张力模块中带段张力与带长变化量的计算式，其中Δi为带段长度的变化量，Ks为弹簧刚度，Ki...
【专利技术属性】
技术研发人员：上官文斌，陈建强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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