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同步帶傳動是由一條內(nèi)周表面設(shè)有等間距離的環(huán)形皮帶和具有應(yīng)齒的帶輪所組成，運(yùn)行時，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合傳遞運(yùn)動和動力。它是綜合了皮帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自優(yōu)點(diǎn)的新型帶傳動。
同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的傳速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪聲小，傳動比范圍大，允許線速度高，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，還適于多軸傳動，不需要潤滑，無污染，因而可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場合下正常工作，廣泛應(yīng)用于汽車、紡織、機(jī)床、辦公機(jī)械、電動工具、家用電器、儀表儀器、儀器包裝機(jī)械、礦山、石油、化工等類型的傳動。
有限元分析同步帶在傳動過程中受拉應(yīng)力作用，這對膠層與強(qiáng)力層之間的結(jié)合產(chǎn)生影響，容易造成線層脫膠、張緊力松弛等失效形式，直接導(dǎo)致同步帶損壞。所以在同步齒形帶受拉時，對其膠層的應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律研究具有重要的意義。
本文采用ＨＴＤ５９０－５Ｍ型號，膠層材料為氯丁橡膠，節(jié)距為５ｍｍ的圓弧同步帶進(jìn)行研究，齒形帶如圖１。
Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ本構(gòu)模型是橡膠材料唯象理論的一種模型，此外還有Ｙｅｏｈ模型、Ｏｇｄｅｎ模型。Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ本構(gòu)模型是在多項式應(yīng)變能函數(shù)的基礎(chǔ)上提出來的。對于各向同性材料應(yīng)變能密度分解為應(yīng)變偏量能和體積偏量能兩部分，形式如下
式中，Ｗ為應(yīng)變能函數(shù)；ｆ為應(yīng)變偏量函數(shù)；ｇ為體積應(yīng)變能函數(shù)；Ｉ１、Ｉ２為第一和第二Ｇｒｅｅｎ應(yīng)變不變量，Ｊ是橡膠變形后與變形前的體積比；應(yīng)變能密度函數(shù)Ｗ為變形張量Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３的函數(shù)。
式中，λ１、λ２、λ３是３個主伸長比，根據(jù)橡膠的不可壓縮性，有Ｉ３＝１Ｄｉ決定材料是否可壓縮，Ｃｉｊ為橡膠特性參數(shù)。Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ本構(gòu)模型就是多項式中Ｎ＝１所得到的。如果材料視為不可壓縮的該模型可簡化為：
Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ本構(gòu)模型可以很好地描述橡膠材料在８０％以內(nèi)的變形，并且具有很好的穩(wěn)定性，由于同步帶拉伸屬于小應(yīng)變變形，所以本文首選該模型。
取生產(chǎn)ＨＴＤ５９０－５Ｍ型號同步帶的氯丁橡膠ｚ作為原料，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ５２８－２００９制成啞鈴狀標(biāo)準(zhǔn)式樣如圖２，再取ＨＴＤ５９０－５Ｍ同步帶的一部分，去掉強(qiáng)力層制成長２０ｍｍ×寬８ｍｍ×厚２．５ｍｍ的膠層如圖３。取兩種試件各２組每組４個進(jìn)行單軸拉伸試驗。
將準(zhǔn)備好的試驗樣件在型號為Ｚ２．５ＴＨ的電子萬能材料試驗機(jī)上做單軸拉伸試驗，下夾具固定不動，保持上夾具加載速度為１００ｍｍ／ｍｉｎ，試驗機(jī)的采樣頻率為１Ｈｚ，連續(xù)監(jiān)測力和位移、應(yīng)力和應(yīng)變的變化值得到相關(guān)的單軸拉伸試驗數(shù)據(jù)，試驗設(shè)備如圖４和圖５。
通過實(shí)驗測得橡膠標(biāo)準(zhǔn)試件和同步帶膠層試件力與位移關(guān)系的兩組數(shù)據(jù)，取其中一組拉伸力與位移相對集中的數(shù)據(jù)作為擬合本構(gòu)參數(shù)和對比數(shù)據(jù)，拉伸力與位移關(guān)系如圖６和圖７。
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