A two-dimensional discrete model for dynamic analysis of belt transmission with dry friction

• Autorzy: Kubas K.

Identyfikatory

DOI

10.2478/meceng-2014-0033

Warianty tytułu

PL

Model dyskretny płaski z tarciem suchym do analizy dynamiki przekładni pasowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a model for dynamic analysis of belt transmission. A two-dimensional discrete model was assumed of a belt consisting of rigid bodies joined by translational and torsion spring-damping elements. In the model, both a contact model and a dry friction model including creep were taken into consideration for belt-pulley interaction. A model with stiffness and damping between the contacting surfaces was used to describe the contact phenomenon, whereas a simplified model of friction was assumed. Motion of the transmission is triggered under the influence of torque loads applied on the pulleys. Equations of motion of separate elements of the belt and pulleys were solved numerically by using adaptive stepsize integration methods. Calculation results are presented of the reaction forces acting on the belt as well as contact and friction forces between the belt body and pulley in the sample of the belt transmission. These were obtained under the influence of the assumed drive and resistance torques.

PL

W pracy przedstawiono pewien model przekładni pasowej służący do analizy dynamiki. Przyjęto model dyskretny płaski pasa składający się ze sztywnych członów połączonych ze sobą wzdłużnymi i skrętnymi elementami sprężysto-tłumiącymi. W modelu tym, w chwili styku członu z kołem pasowym, przyjęto model kontaktu i model tarcia suchego z uwzględnionym mikroprzemieszczeniem. Do opisu zjawisk kontaktowych wykorzystano model z odpowiednią sztywnością i tłumieniem pomiędzy stykającymi się powierzchniami, natomiast do opisu zjawiska tarcia wykorzystano uproszczony model tarcia. Ruch przekładni wywołany zostaje pod wpływem wymuszenia siłowego założonego na kołach pasowych. Równania ruchu poszczególnych członów pasa oraz kół pasowych rozwiązano numerycznie stosując metodę ze zmiennym krokiem całkowania. W dalszej części przedstawiono wyniki sił reakcji w pasie oraz sił kontaktu i tarcia pomiedzy członem a kołem pasowym w przykładowej przyjętej przekładni pasowej, uzyskane pod wpływem działania założonych na koła momentów napędowego i oporu.

Słowa kluczowe

EN

dynamic analysis of belt transmission; discrete model of belt; contact; friction; creep

PL

analiza dynamiki przekładni pasowej; model dyskretny pasa; styk; tarcie; przemieszczenie

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. LXI, nr 4
• Strony: 571--593
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Kubas K.

• Department of Mechanics, Faculty of Mechanical Engineering and Computer Science, University of Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland

Bibliografia

• [1] Euler M.L.: Remarques sur l’effect du frottement dans l’equilibre. Mém. Acad. Sci., Berlin, 1762, pp. 265-278.
• [2] Fawcett J.N.: Chain and belt drives – a review. Shock Vibrations Digest, 1981, Vol. 13, No. 5, pp. 5-12.
• [3] Kruszewski J., Sawiak S., Wittbrodt E.: Metoda sztywnych elementów skończonych w dynamice konstrukcji. WNT, 1999.
• [4] Kruszewski J. (ed.): Metoda sztywnych elementów skończonych. Arkady, 1975.
• [5] Wojciech S.: Dynamika płaskich mechanizmów z odkształcalnymi członami, tarciem oraz luzami w parach kinematycznych (rozprawa habilitacyjna), Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, 1984, Z. 66.
• [6] Wojciech S.: Dynamic analysis of manipulators with flexible links. Archiwum Budowy Maszyn, 1990, Vol. 37, pp. 169-188.
• [7] Leamy M.J., Wasfy T.M.: Dynamic finite element modeling of belt drives. 18th Biennial Conference on Mechanical Vibration and Noise, ASME International 2001 DETC.
• [8] Leamy M.J., Wasfy T.M.: Transient and Steady-State Dynamic Finite Element Modeling of Belt-Drives. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 2002, Vol. 124, No. 4, pp. 575-581.
• [9] Julio G., Plante J.-S.: An experimentally-validated model of rubber-belt CVT mechanics. Mechanism and Machine Theory, 2011, 46, pp. 1037-1053.
• [10] Leamy M.J., Wasfy T.M.: Analysis of belt-drive mechanics using a creep-rate-dependent friction law. Journal of Applied Mechanics, Trans. of ASME, 2002, Vol. 69, No. 6, pp. 763-771.
• [11] Kim D., Leamy M.J., Ferri A.A.: Dynamic Modeling and Stability Analysis of Flat Belt Drives Using an Elastic/Perfectly Plastic Friction Law. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 2011, Vol. 133, pp. 1-10.
• [12] Čepon G., Boltežar M.: Dynamics of a belt-drive system using a linear complementarity problem for the belt-pulley contact description. Journal of Sound and Vibration, 2009, Vol. 319, pp. 1019-1035.
• [13] Čepon G., Manin L., Boltežar M.: Introduction of damping into the flexible multibody beltdrive model: A numerical and experimental investigation. Journal of Sound and Vibration, 2009, Vol. 324, pp. 283-296.
• [14] Schindler T., Friedrich M., Ulbrich H.: Computing time reduction possibilities in multibody dynamics, Multibody Dynamics: Computational Methods and Applications. Dordrecht, Springer, 2011, Vol. 23, pp. 239-259.
• [15] Dudziak M.: Przekładnie cięgnowe. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1997.
• [16] Čepon G., Manin L., Boltežar M.: Experimental identification of the contact parameters between a V-ribbed belt and a pulley. Mechanism and Machine Theory, 2010, Vol. 45, pp. 1424-1433.
• [17] MSC.Adams documentation.
• [18] Threlfall D.C.: The Inclusion of Coulomb Friction in Mechanisms Programs with Particular Reference to DRAM. Mechanisms and Machine Theory, 1978, Vol. 13, pp. 75-483.
• [19] Kragel’skij I.V., Gitis N.V.: Frikcionnye avtokolebanija. Akademija Nauk SSSR, Nauka, Moskva, 1987.
• [20] Bowden F.P., Tabor D.: The friction and lubrication of solids – Part II. Oxford University Press, 1964.
• [21] Dahl P.R.: A Solid Friction Model. Report No. TOR-0158(3107-18)-1, Aerospace Corporation Report, 1968.
• [22] Reynolds O.: Creep theory of belt drive mechanics. The Engineer, 1847, Vol. 38.
• [23] Voigt W.: Ueber innere Reibung fester Körper, insbesondere der Metalle. Annalon der Phisik, 1892, Vol. 283, pp. 671-693.