帶傳動實驗臺設(shè)計

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1、選題背景 帶傳動實驗臺設(shè)計 1 選題背景 1.1 選題背景，意義極其應(yīng)用前景 1.1.1 選題背景 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，為高校的教學(xué)提出了更高，更新的要求。適應(yīng)于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的高校教學(xué)改革勢在必行，而作為實踐環(huán)節(jié)的實驗教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，儀器設(shè)備，手段方法的改革理應(yīng)首當(dāng)其沖。本研究課題正是順應(yīng)這一形式要求而提出的。 傳統(tǒng)的帶傳動性能實驗設(shè)備大而笨，數(shù)據(jù)測試方法落后，測試數(shù)據(jù)耗時，實驗過程煩瑣，不能完全達(dá)到實驗的教學(xué)目標(biāo)。更為嚴(yán)重的是這種落伍于現(xiàn)代科技發(fā)展的實驗手段對于學(xué)生和了解現(xiàn)代工程技術(shù)意識是一個嚴(yán)重的障礙。 本論文擁有資料：目錄、中英文摘要、正文、設(shè)計圖紙 查看地

2、址： 國內(nèi)許多院校和科研機(jī)構(gòu)比如重慶大學(xué)，山東大學(xué)，湖北汽車工業(yè)學(xué)院等已經(jīng)進(jìn)行了帶傳動的改革研究，基本上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動檢測，處理和曲線顯示，并能進(jìn)行計算機(jī)輔助教學(xué)。但是，帶傳動實驗中的控制部分不盡人意，目前絕大多數(shù)實驗臺只能進(jìn)行恒定加載或簡單的程序控制階梯加載，實驗結(jié)果與現(xiàn)場測試依然有較大的差距；恒速控制也主要通過手動調(diào)節(jié)，自動化程度低。 （1）隨著社會對知識面的掌握要求越來越廣，學(xué)生學(xué)習(xí)的課程也在增多，除了傳統(tǒng)的必修課程，又增加了一些適應(yīng)時代科技發(fā)展和社會要求的選修課。作為工科類學(xué)生還需要掌握一定的人文，藝術(shù)類的知識，。此外，學(xué)生還必須利用課余時間加強(qiáng)計算機(jī)，外語方面的知識，或從事一些

3、科技創(chuàng)新活動等。傳動的實驗教學(xué)模式要求全班集體占用一定實驗課時來完成實驗，缺乏機(jī)動性。 （2）隨著高校生員的擴(kuò)張。實驗設(shè)備和實驗教學(xué)師資出現(xiàn)緊缺趨勢，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式面臨著可能出現(xiàn)質(zhì)量打折的問題 （3）如果有更多的實驗儀器，那么學(xué)生可以根據(jù)自己的業(yè)余時間自主，機(jī)動地，通過適當(dāng)?shù)念A(yù)約登記的方式，分批地完成實驗。既加強(qiáng)了機(jī)動性又緩和了實驗設(shè)備和實驗師資緊張的問題。小批量的，自主為主的實驗還可大大提高實驗教學(xué)效果。 1.1.2 題目的主要內(nèi)容和應(yīng)用前景 本論文題旨在能夠設(shè)計出一種更好的帶傳動實驗裝置，能準(zhǔn)確地測量出實驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生更好的掌握帶傳動的一些知識。 通過本論文的研究，可以克服

4、傳統(tǒng)實驗的一些缺陷，使整個實驗水平和教學(xué)效果上一個新的臺階。本課題完成后，可以考慮在其它高校進(jìn)行推廣，在經(jīng)濟(jì)價值方面有一定的前景。此外，本課題研究也將為其它的帶傳動實驗系統(tǒng)的改造奠定一個堅實的基礎(chǔ)，并提供一個十分有參考價值的先進(jìn)的模式 1.2 帶傳動在機(jī)械工程中的應(yīng)用 帶傳動在機(jī)械工程中的應(yīng)用是十分廣泛的傳動形式之一。作為一種帶有中間撓性件的摩擦傳動，它有一種突出的優(yōu)點：（1）能緩和載荷沖擊；（2）運行平穩(wěn)，無噪聲；（3）制造和安裝精度要求不像嚙合傳動那樣嚴(yán)格；（4）出現(xiàn)過載時將引起帶在帶輪上打滑，從而可防止其他零件發(fā)生過載損壞；（5）通過增加帶長可適應(yīng)傳動中心距要求較大的工作條件（可達(dá)

5、15米）。 根據(jù)帶截面形狀的不同，帶傳動可分為平帶傳動，V帶傳動，同步帶傳動和多楔帶傳動等；根據(jù)到的結(jié)構(gòu)和材料的不同，平帶有包括最常用的膠帆布平帶，編織帶，高速膠帶，強(qiáng)力錦綸帶等，V帶包括簾布芯結(jié)構(gòu)帶和繩芯結(jié)構(gòu)帶。交叉?zhèn)鲃樱虢徊鎮(zhèn)鲃?，張緊輪傳動等傳動形式。 作為工程應(yīng)用最為廣泛的開口傳動形式，平帶傳動的傳動比可達(dá)5，V帶傳動比可達(dá)7。帶的工作轉(zhuǎn)速可達(dá)50m/s，使用錦綸布復(fù)合平帶時，帶速可達(dá)80m/s，膠帆布帶的最大傳動功率為50KW，普通V帶的最大傳動功率為700KW 1.3 帶傳動工作原理及運動特征性 工程中應(yīng)用最廣泛的開口傳動示意圖如圖1.1 所示。 1.1帶傳動示意圖

6、 當(dāng)主動輪以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，由于帶以一定的張緊力張緊在帶輪上而使主動輪與帶之間產(chǎn)生摩擦力F，從而驅(qū)動帶一起轉(zhuǎn)動，同理因帶與從動輪之間的摩擦而隨即驅(qū)動從動輪以一定的角度同向回轉(zhuǎn)。 由于帶傳動工作多依賴的有效拉力——即摩擦力F的存在使帶傳動兩邊的帶內(nèi)部拉力產(chǎn)生差值。緊邊拉力大于松邊拉力。而包在帶輪上的，緊松邊過度部分的帶的內(nèi)部拉力則是隨帶傳動而逐漸變的。由于帶是彈性體，這種帶內(nèi)部拉力逐漸變又引起帶伸長量的漸變，從而引起帶傳動正常工作中一種特有的固有的副效應(yīng)——彈性滑動。 彈性滑動發(fā)生在包在帶輪上的，緊松邊的過度部分帶上，但并不在整個包角范圍都發(fā)生。因而這部分又分為靜弧和滑動弧兩部分，各部分所占的

7、比例又隨傳遞的不同而不同。 彈性滑動大小的定量指標(biāo)為滑動率，它的大小直接影響帶傳動工作的傳動比的設(shè)計個從動輪直徑的設(shè)計。 帶傳動工作中可能發(fā)生的另一種現(xiàn)象是打滑，它的彈性滑動擴(kuò)展到整個包角范圍內(nèi)是一種質(zhì)的變化，此時的工作狀態(tài)已為失效。 1.3.1 帶傳動實驗的意義 前一節(jié)簡單敘述了帶傳動工作的基本原理及工作過程中特有的運動特性：彈性滑動莫打滑現(xiàn)象，彈性滑動的定量指標(biāo)——滑動率及彈性滑動的后果。課堂的講述只能是理論的，抽象的，定性的，如何讓學(xué)生透徹地，感性地認(rèn)識這些現(xiàn)象，了解負(fù)載的變化對彈性滑動程度的影響，定量地了解彈性滑動引起的效率的下降，以及彈性滑動率大小對設(shè)計時傳動比的計算以及從

8、動輪直徑的計算的影響，則必須通過帶傳動性能實驗教學(xué)過程得以實現(xiàn)。 本論文擁有資料：目錄、中英文摘要、正文、設(shè)計圖紙 查看地址： 幾乎所有的工科類的高校在講授《機(jī)械設(shè)計》，《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程中都含有帶傳動性能實驗的教學(xué)內(nèi)容。通過實驗，可測出不同負(fù)載下主，從動輪的轉(zhuǎn)速，從而計算出轉(zhuǎn)速差，滑動率；可測出不同負(fù)載下主，從動輪的轉(zhuǎn)矩，結(jié)合轉(zhuǎn)速可計算出主，從動輪的功率，從而進(jìn)一步計算出傳動效率。這樣，增加了學(xué)生對彈性滑動的定量的認(rèn)識。此外，通過從動輪上的反映彈性滑動引起的轉(zhuǎn)速差的發(fā)光二極管的閃光的逆向轉(zhuǎn)動，可以讓學(xué)生感性直觀地觀察彈性滑動現(xiàn)象。 由此可見，為全面，深入地認(rèn)識，理解和掌握工程中廣泛

9、應(yīng)用的帶傳動形式的知識極其設(shè)計技能，帶傳動性能實驗具有重要的意義，是不可缺少的一個環(huán)節(jié)。 第 3 頁 （共 10 頁） 帶傳動基本理論知識 2 帶傳動基本理論知識 2.1 帶傳動的分類 帶傳動是通過中間撓性拽引元件傳遞運動和動力的一種機(jī)械傳動。她使用的撓性拽引元件是各種較大彈性傳動帶。 按工作原理，帶傳動分為摩擦型普通帶傳動和嚙合型同步帶傳動。普通帶傳動的主要優(yōu)點是：有緩沖和吸振作用；運行平穩(wěn).噪聲??；結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低；可通過增減帶長適應(yīng)不同的中心距要求。普通帶傳動過載時會在帶輪上打滑，對其他機(jī)件有保護(hù)作用。它的缺點是：傳動帶的壽命較短：傳遞相同圓周力時，外廓尺寸和作用在軸

10、上的載荷比嚙合傳動大；帶與帶輪之間接觸面間有相對滑動，不能保證準(zhǔn)確的傳動比。因而普通帶傳動一般僅用來傳遞動力。 同步帶傳動中帶和帶輪是靠嚙合傳動的，因而無相對滑動，能克服上述缺點，用來傳遞動力。但是同步帶傳動對制造安裝要求較高。 根據(jù)橫截面形狀，摩擦型普通帶傳動可分為平帶傳動，V帶傳動和特殊截面帶（如多楔帶，圓帶等）傳動三大類，見圖2-1 圖2-1 帶橫截面形狀 平帶的橫截面為扁平矩形，其工作面是與輪面相接觸的內(nèi)表面。V帶的橫截面為等腰梯形，其工作面是與輪槽相接觸的兩側(cè)面，帶與輪槽底面不接觸。由于輪槽的楔形效應(yīng)，預(yù)拉力相同時，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力，故具有較大的牽引能

11、力，在一般機(jī)械傳動中應(yīng)用最廣泛。多楔帶是貧乏帶和V帶的組合結(jié)構(gòu)，其楔形部分嵌入帶輪上的楔形槽內(nèi)，靠楔形摩擦工作，摩擦力和橫向剛度較大，兼有平帶和V帶的優(yōu)點，常用于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合，也可以用于載荷變動較大或有沖擊載荷的傳動。圓帶的牽引能力小，一般用于輕，小型機(jī)械，如縫紉機(jī)等。 根據(jù)帶的布置形式可分為開口傳動（兩軸平行，同向回轉(zhuǎn)），交叉?zhèn)鲃樱▋奢S平行，反向回轉(zhuǎn)）和半交叉?zhèn)鲃樱▋奢S交錯，不能逆轉(zhuǎn)）。見圖2-2 圖2-2 帶傳動形式 考慮到制造和安裝的要求，本實驗采用普通V帶傳動。 2.2 帶傳動中的作用力 帶出動有主動輪，從動輪和傳動帶組成。安裝時，應(yīng)該給傳

12、動帶施加一定的初拉力，靠帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動和動力。 帶在工作親張緊，其兩邊拉力均為, 稱為初拉力。工作時，由于要克服工作阻力，帶在繞上主動輪的一邊被進(jìn)一步拉緊，其拉力增大到，稱為緊邊拉力；帶的另一邊被放松，其拉力由減小到，稱為松邊拉力（圖2-3）。 圖2-3 帶的兩邊受力分析 帶的兩邊拉力之差，稱為帶傳動的有效拉力F，即 F=- （2-1） 有效拉力與帶傳動傳遞的功率以及帶速的關(guān)系為 （2-2）

13、 該式說明，帶速一定時，有效拉力越大，則帶傳動傳遞的功率也越大，即帶傳動的工作能力越強(qiáng)。 帶的有效拉力等于帶輪接觸弧上摩擦力的總和。在一定條件下，摩擦離有一極限值，當(dāng)需要傳遞的有效拉力超越該值時，帶就會在輪面上打滑。打滑是帶傳動的主要形式之一。 帶工作時松，緊邊拉力不等，但總長度不變，故緊邊增加的長度與松邊減少的長度相等，假設(shè)帶的材料服從胡克定律，則緊邊增加的拉力與松邊減少的拉力相等，即 -=- +=2 （2-3） 取一微帶段 (圖2-4)，帶上各力的平衡條件為垂直方向 中，是緊邊

14、拉力增量；為帶輪上一微段的正壓力；為帶的線質(zhì)量。 取=,sin,略去二階無窮小，上式為 -=q 圖2-4 帶的受力分析 水平方向 中，為帶與帶輪之間的摩擦因子。 取得 = 在摩擦力的極限狀態(tài)即將要打滑時，積分上式，得 （2-4） 中，a為包角，即帶與帶輪接觸弧所對應(yīng)的中心角：e為自然對數(shù)的底。若帶速v<10m/s,則通?？珊雎噪x心力，此時上式簡化為/=

15、即為著名的歐拉公式。 該式說明： 1） 最大的有效拉力與初拉力成正比。控制初拉力對帶傳動的設(shè)計和使用是重要的。過小不能傳遞所需載荷，而且容易顫動；過大使帶的摩擦增加，壽命減短。 2） 最大的有效拉力隨包角a,摩擦因子（與帶，帶輪的材料及工況有關(guān)）的增大而增大，通常設(shè)計時要求a，本系統(tǒng)。 3） 離心力使最大有效拉力減小，本系統(tǒng)由于帶速v<10m/s，故可忽略力離心力的影響。 2.3 彈性滑動和打滑 本論文擁有資料：目錄、中英文摘要、正文、設(shè)計圖紙 查看地址： 帶是彈性體，在拉力的作用下會產(chǎn)生彈性伸長。由于緊邊拉力大于松邊拉力，所以緊邊的彈性伸長

16、量必然大于松邊的彈性伸長量。如圖2-5所示，帶在點繞上主動輪到點離開的過程中，帶所受拉力由逐漸降至，其彈性伸長量也隨之減小，帶在帶輪上微微向后收縮，而主動輪的圓周速度保持不變，所以帶的速度逐漸落后于主動輪的圓周速度，從繞上主動輪時的速度逐漸降至，在帶和主動輪之間局部出現(xiàn)相對滑動。這種現(xiàn)象亦發(fā)生在從動輪上，當(dāng)帶在點繞上從動輪到點離開的過程中，帶以速度繞上從動輪時，使從動輪以圓周速度轉(zhuǎn)動，由于帶從松邊過度到緊邊，彈性伸長量逐漸增大，使帶微微向前拉伸，即帶的速度超前于從動輪的圓周速度，帶個從動輪之間局部出現(xiàn)相對滑動。這種因帶的兩邊拉力不等而使帶彈性變形量不等，引起帶與帶輪之間局部微小的相對滑動稱為彈

17、性滑動。 由于帶傳動工作時，緊邊和松邊的拉力不等，所以彈性滑動是不可避免的。 彈性滑動除造成功率損失和帶的磨損外，還導(dǎo)致從動輪的圓周速度低于主動輪的圓周速度，其降低程度用滑動率 （2-6） 考慮彈性滑動影響的傳動比為i= (2-7) 其中，、為主，從動輪的轉(zhuǎn)速：、為主，從動輪直徑。 滑動率反映了彈性滑動的大小，而彈性滑動的大小與傳遞載荷的大小及帶的結(jié)構(gòu)，材料等因素有關(guān)，通常不能得到恒定的值，一般可取1%～2%，粗略計算時可忽略不計。實際傳動

18、比不是常數(shù)。 彈性滑動和打滑是兩個截然不同的概念。彈性滑動是由帶工作時緊邊存在拉力差，使帶的兩邊彈性變形量不相等，從而引起的帶與帶輪之間局部而微小的相對滑動，這是帶傳動在正常工作時固有的特性，因而是不可避免的。打滑是由于過載引起的帶在帶輪上的全面滑動。打滑時帶的磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急劇降低甚至停止失效。打滑是不希望產(chǎn)生的。 第 9 頁 （共 10 頁） 附錄2 2.4 帶傳動實驗的主要功用 在帶傳動實驗中，當(dāng)負(fù)載達(dá)到或超過臨界承載能力時，則帶與帶輪之間就會發(fā)生相對滑動，即產(chǎn)生打滑。打滑將使帶的磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急劇下降，甚至失效。因此，在實際生產(chǎn)中，必須明確帶傳動在什么情況下會產(chǎn)

19、生打滑。那么，通過帶傳動實驗系統(tǒng)準(zhǔn)確測出打滑時的速度及載荷，則是關(guān)鍵所在。本實驗系統(tǒng)就是分析帶傳動過程中的彈性滑動和打滑現(xiàn)象；掌握滑動率和機(jī)械效率的測試原理和方法；了解改變預(yù)緊力對帶傳動能力的影響。 其中滑動率由（2-6）式得出 （2-8） 為了方便制造安裝和計算，取主，從動輪直徑相等 傳動效率 （2-9） ，—主動輪，從動輪的功率：，—主。從動輪的轉(zhuǎn)矩：，為主，從動輪的轉(zhuǎn)速。 因此，只需要測試主，從動輪的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩就可以計算出滑動率和傳動效率。事實

20、上，帶傳動的滑動率和傳動效率不是常數(shù)，而是隨傳遞功率的大小變化而變化。為尋求變化規(guī)律，通常在保持主動輪轉(zhuǎn)速和帶預(yù)緊力不變的前提下，用逐漸加載的方法，不斷增加帶傳動的有效拉力，使帶在輪上的彈性滑動不斷增加，從動輪的轉(zhuǎn)速不斷降低，傳動效率也隨之變化。 本論文擁有資料：目錄、中英文摘要、正文、設(shè)計圖紙 查看地址： 3 帶傳動實驗臺方案的選擇 3.1 模糊綜合評判帶傳動實驗臺方案 在機(jī)械傳動中，帶傳動適合較大中心距的傳動，并具有運行平穩(wěn)無噪音、能緩和載荷沖擊、過載時打滑的自我保護(hù)等優(yōu)點因而被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。為了安全、有效的利用帶傳動．需通過帶傳動實驗臺測試各種類型帶傳動時的工作特性

21、在帶傳動試驗臺上，當(dāng)負(fù)載達(dá)到或超過臨界承載能力時．則帶與帶輪間就發(fā)生顯著的相對滑動，即產(chǎn)生打滑。打滑將使帶的磨損加劇，從動輪轉(zhuǎn)速急劇降低，甚至使帶傳動失效。因此。在實際生產(chǎn)中，必須明確帶傳動在什么狀況下會打滑，那么。通過帶傳動實驗要準(zhǔn)確測出打滑時的速度及載荷。原有的帶傳動實驗臺采用手持轉(zhuǎn)速表測量轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩作用力采用臺秤測量，人工讀數(shù)并進(jìn)行計算，致使實驗精度和效率較低，已不適合實驗教學(xué)和研究的需要。為此，我們采用JC轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器來測量，提高了帶傳動的實驗機(jī)的穩(wěn)定性。測試的準(zhǔn)確性，操作性。方案設(shè)計包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指由設(shè)計要求推理而生成的多個方案，評價則從方案集中擇出最優(yōu)的設(shè)計方

22、案[1]。設(shè)計理論主要是考慮對設(shè)備的操作性、經(jīng)濟(jì)性、動載性，使用性等方面的要求，這是屬于多層級多目標(biāo)決策問題。多數(shù)評價因素往往難以用精確的指標(biāo)進(jìn)行描述，設(shè)計要求的含義是模糊的，設(shè)計方案對設(shè)計要求的滿意程度也是模糊的，因而設(shè)計方案的評價決策具有模糊性。 傳統(tǒng)的評價方法帶有較大的主觀性和盲目性，基于模糊理論的模糊綜合評價方法是一種用于涉及模糊因素的對象系統(tǒng)的評價方法,采用該方法可以較好地解決綜合評價中的模糊性問題本文將模糊多目標(biāo)決策方法帶傳動實驗臺設(shè)計方案的評價，使設(shè)計方案的優(yōu)選更趨于合理。 3.2 模糊多目標(biāo)決策的數(shù)學(xué)模型 模糊多目標(biāo)決策又稱為“模糊綜合評價”， 其核心是應(yīng)用模糊變換原理，將不