磁力金属带传动的原理与设计罗善明1种新型的磁力传动机械一一磁力金属带传动（MMBT）分析了其工作原理和设计方法，对其有效牵引力、传动比及弹性滑动率等进行了数值模拟，并进行了试验验证结果表明，同普通带传动相比，MMBT具有传动功率大、弹性滑动小、传动准确、效率高等特点，具有推广应用前景1968年提出1987年日本富士重工装车试制成功因其使车辆燃料消耗减少，排气污染降低，操作简便，调速性能好而倍受国外汽车厂商和专豕学者的关注随后Furukawa111、Guebeli M12丨KimHyunsoo13丨裘熙定14丨秦大同15丨程乃士161等相继对金属带式无级变速传动进行了研究，并取得了较大进展本文在系统融合传动机械学与电磁学理论的基础上，将磁力技术引入带传动领域，提出了磁力金属带传动（MMBT）这一新型的传动方式。

　　1工作原理力带轮、环形金属带及激磁线圈等组成其特征如下|71：大小磁力带轮的轮辐上都缠绕有一定匝数的激磁线圈，通电产生磁场，并吸引金属带，从而基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（01JJY3021，大幅度提高金属带与磁力带轮间的正压力和摩擦力。当原动机驱动主动磁力带轮转动时，依靠金属带与磁力带轮之间摩擦力的作用，拖动从动磁力带轮一起转动，并传递一定的动力。

　　金属带采用金属纤维编织而成，以减小其弯曲应力，提高承载能力和使用寿命大小磁力带轮均采用轮辐式结构，其中轮缘由导磁体和绝磁体两部分相间组成，然后与轮辐固接；轮辐和轮毂的外圈均为导磁体激磁线圈首尾相接，且旋向一致，以使其在轮缘上产生的南北磁极间隔排列；磁力线由轮毂外圈、轮辐、轮缘导磁部分及金属带形成闭合回路，从而产生轮缘对金属带的电磁吸引力。

　　2参数模拟2.1有效牵引力见，MMBT运行过程中，金属带主要受下列各力的作用：紧边张力F1；松边张力F2；带轮支反力Fn；摩擦力Ff；离心力F.；电磁吸引力Fm带轮静止时，F1=F2；当主动磁力带轮转动>F2，带动从动磁力带轮转动，有效张力见，取微段dl为研究对象，设F为胶带张力，则由水平方向和垂直方向力的平衡得将电磁吸引力Fm=kB2ribdT离心力Fc dv2dT代入的产生已不再是初张力单独作用的结果，而是电磁吸引力与初张力的耦合作用形式显然，由于电磁力的作用，MMBT有效牵引力得到了较大幅度的增力P.其增量△凡=引力的增量与磁感应强度、小带轮直径带宽及围包角等因素有关其值随磁感应强度的增大而增大，并与磁感应强度的平方成正比这对提高其承载能力、改善传动性能及实现传动功率的可调控制等具有重要的理论意义为MMBT和普通带传动的有效牵引力随磁感应强度而变化的模拟结果由图可知，在其它条件相同的情况下，MMBT同普通带传动相比，其有效牵引力可提高4~6倍因此，在MMBT中，小带轮围包角可相应减小，其小值为80°~100°角下，MMBT的传动比略大于普通带传动，但由于电磁力的作用，MMBT的小带轮直径d1及围包角较普通带传动均可取相对较小的值，因而MMBT较普通带传动具有更大的传动比例如，当MMBT的围包角取120°普通带传动取160°时，由可知，此时MMBT的传动比为普通带传动的3. 14倍，有很大幅度的提高23弹性滑动率弹性滑动是带传动普遍存在的现象，并对带传动的性能有较大影响。与普通带传动一样，磁力金属带传动的弹性滑动也是由带的弹性变形而引起的，因此，其弹性滑动率X的大小应等于紧边的弹性伸长率与松边的弹性伸长率之差，即将式（6）代入式（10），则磁力金属带传动的大弹性滑动率为为MMBT弹性滑动率随磁感应强度而变化的模拟结果由可知，金属带的弹性滑动率与磁感应强度的大小呈二次曲线变化关系，并且随磁感应强度的增大而增大磁力金属带传动的弹性滑动率一般为0. 02~0.05，远小于普通带传动的弹性滑动率（一般为1 ~2），因而传动准确性好，效率高。

　　3设计方法设计条件为传动的用途及工作情况，传递的功率，主从动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：确定小带轮直径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丨低设计时，取dimin=确定初拉力F保持适当的F0是磁力金属带传动正常工作的首要条件F0不足，会出现打滑，降低传载能力；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系数有关的系数，若取=确定中心距aa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T，有利于提高传载能力。

　　确定磁感应强度B由式（7）及式（9）确定相应的B的大小。其中，还包括带轮材料线圈匝数、电流等参数的选择及计算。

　　验算带速vv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；v太低时，所需有效拉力大，要求带的强度高。设计时，v可（6）验算小带轮包角TT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T> 4试验验证试验原理见，主动磁力带轮的扭矩、转速由传感器3测出，从动磁力带轮的扭矩转速由传感器5出，负载由电涡流测功机施加，电机转速由变频器调节。金属带的初张力由电阻应变仪直接在金属带上测得，激磁线圈产生的磁感应强度由高斯计测得能参数是传动效率和弹性滑动率试验时，可通过改变磁感应强MMBT试验台的结度、初张力、负载扭矩构及原理及电机转速等，分别测定传动效率弹性滑动率随参数变化的规律设主动磁力带轮的扭矩和转速分别为T1和n1，从动磁力带轮的扭矩和转速分别为T2和n2，则MMBT的传动效率弹性滑动率器的效率，可取Z=利用上述试验装置，实测了不同磁感应强度、不同初张力及不同转速等3种试验条件下（见表1）MMBT传动效率和弹性滑动率等参数随输入扭矩而变化的规律已知=180mm，d2= =960mm，试验结果见表2表1试验条件比较表2中试验条件卜3的结果可知，随磁感应强度和初张力的增大，MMBT的有效牵引力、承载能力及传动效率也相应增大。这与理论分表2 MMBT试验结果统计3290.67注：表中APiAp2分另为2磁力带轮上激磁线圈的附加功率损失，PiP2为主从动磁力带轮上的输入功率及输出功率，Z为考虑激磁线圈的附加功率损失后MMBT的全效率，Z= P2/（P|+AP|+析和数值模拟的结果基本上是一致的。另外，随磁感应强度的增大，大小磁力带轮上激磁线圈的附加功率损失也随之增大，但所占总功率的比例却相应减小，传动效率反而增大因此，增大磁感应强度是提高MMBT的承载能力及传动效率的有效途径。