【知识目标】

1.了解带传动的弹性滑动和打滑现象,验证带传动原理。

2.了解从动轮负载的改变对带传动性能的影响。

3.了解初拉力对带传动性能的影响。

【技能目标】

1.理解带传动中的弹性滑动和打滑现象,以及它们与带传递载荷之间的关系。

2.绘制带传动的弹性滑动曲线和效率曲线。

3.掌握带传动中转矩和转速的测定方法。

4.理解带传动实验台的结构、工作原理和操作方法。

4.1.1　实验设备

①PC-B 型带传动实验台。

②砝码、绘图工具。

4.1.2　实验内容

①测试带传动在不同初拉力下,载荷与滑动率、效率的关系。

②绘制带传动的滑动率曲线和效率曲线。

4.1.3　实验原理

(1)带传动原理

1)带传动的初拉力与有效圆周力

带传动是利用传动带作为拉拽原件而进行工作的一种摩擦传动形式。带传动的特点是运转平稳,噪声小,同时兼有吸振、缓冲作用。当负载过大时,皮带与带轮之间会发生打滑,从而使其他零部件不至于被损坏,因此,带传动具有过载保护作用。在近代机械中,带传动已得到广泛应用。

带在传动时,由带和带轮接触面上摩擦力的作用,带进入主动轮的一边被拉紧,退出主动轮的一边被放松,带的紧边拉力F1 和松边拉力F2 之差就是带传动所能传递的有效圆周力F。紧边拉力F1 和松边拉力F2 之间的临界值存在关系为

式中　e——自然对数之底数;

f——带与带轮间的摩擦系数;

α——带轮的包角。

当初拉力F0 一定时,带传动的最大有效圆周力为

2)带的弹性滑动与打滑

带是弹性体,在拉力作用下会发生弹性伸长。在传动过程中,紧边和松边上的拉力不等,带在进入主动轮时会一边随主动轮前进,一边向后收缩,而在进入从动轮时会一边随从动轮前进,一边向前伸长,从而形成带与带轮之间的相对滑动,称这种滑动为弹性滑动。弹性滑动的存在,导致从动轮上的圆周速度低于主动轮的圆周速度,即产生了速度损失。通常以滑动率ε来表示这种速度损失的大小。其定义式为

式中　v1——主动轮的圆周速度;

v2——从动轮的圆周速度。

一般来说,带与带轮接触的弧长上不全会发生弹性滑动,接触弧长分为滑动弧和静弧,其对应的中心角分别称为滑动角α′和静角α″。当带不传递载荷时,滑动角为零,随着载荷的增加,滑动角逐渐增大,而静角逐渐减小,当滑动角等于包角α 时,带传动的有效圆周力达到最大。此时,若载荷进一步增大,带与带轮之间就会打滑,从而导致带传动失效。带传动失效后,带与带轮之间急剧摩擦,带工作面上温度上升,磨损加剧。因此,传动过程中应避免出现打滑现象。

3)带传动的效率

由于带传动过程中存在滑动损失、滞后损失和轴承的摩擦损失等,因此,带传动的输出功率不可能等于输入功率。为了表示带传递功率的能力,可定义带传动的效率为

式中　To,no——从动轮输出的转矩和转速;

Ti,ni——主动轮输入的转矩和转速。

(2)实验台结构及工作原理

1)实验台结构(www.daowen.com)

实验台机械部分主要由两台电机组成,两台电机均为悬挂支承。如图4.1 所示为实验台的组成结构。其中,主动电动机的基座设计成浮动结构,与牵引绳、定滑轮和砝码一起组成初拉力调节机构,通过改变砝码的大小,可调节带传动初拉力F0 的大小。当带轮传递载荷时,作用于电机定子上的转矩使杠杆作用于压力传感器。压力传感器输出的电信号的大小正比于作用于电机定子上的转矩。两电机的转速通过红外光电传感器测量。

图4.1　实验台的组成结构

1—调速旋钮;2—电源开关;3—灯泡;4—压力传感器;5—从动带轮;6—传动皮带;7—从动直流发电机;8—主动直流电动机;9—杠杆;10—砝码;11—主动带轮转矩数码显示管;12—主动带轮转速数码显示管;13—从动电机转矩数码显示管;14—从动带轮转速数码显示管;15—载荷调节按钮;16—载荷数码显示管

2)实验台加载系统

直流电机驱动主动轮,从动轮带动直流发电机,直流发电机的输出电压直接作用于负载电阻,负载电阻的大小可由计算机直接控制。通过改变负载电阻的大小,使直流发电机的输出功率逐级增加,从而使主动电动机的负载功率逐级增加,即改变了带传动的传递功率。如图4.2所示为直流发电机加载示意图。

图4.2　直流发电机加载示意图

3)实验台测试系统

实验台的测试系统位于实验台内,主要具备数据实时采样、数据处理、自动显示功能,还具有与计算机进行通信的能力,便于应用计算机进行数据计算、结果显示和加载控制。如图4.3所示为实验台测量系统原理图。

4)实验台主要参数

实验台主要参数见表4.1。

图4.3　实验台测量系统原理图

表4.1　实验台主要参数

4.1.4　实验步骤

①接通实验台和计算机电源。

②将实验台RS232 串口与计算机串口相连。

③增减砝码质量,设置带传动的初拉力F0=20 N。

④打开实验台电机电源,缓慢将电机转速加速到1 200~1 300 r/min。

⑤待电机转速稳定一段时间后,进入带传动实验测试分析系统界面。如图4.4 所示为带传动实验测试分析系统界面。

图4.4　带传动实验测试分析系统界面

⑥在未对直流发电机进行加载之前,单击“稳定测试”按钮,记录零负载的各项数据,计算机自动计算出带传动的滑动率和效率。

⑦单击“加载”按钮,对直流发电机加载。

⑧待电机转速稳定后,单击“稳定测试”按钮,记录本次加载后的各项数据。

⑨逐次对直流发电机加载,并记录每次加载后的数据。

⑩当带传动的滑动率达到10%~15%时,带传动基本失效。此时,单击“实测曲线”按钮,计算机自动绘制带传动随负载功率变化的滑动率曲线和效率曲线。如图4.5 所示为实验测试的滑动率曲线和效率曲线。

图4.5　实验测试的滑动率曲线和效率曲线

⑪单击“重做实验”按钮,并设置初拉力F0=30 N,重新测试在此初拉力下带传动的滑动率曲线和效率曲线。

⑫缓慢对电机减速,待电机速度为零时,关闭实验台和计算机电源,实验结束。

4.1.5　数据的处理

①根据记录的数据,绘制带传动ε-To 曲线。

②根据记录的数据,绘制带传动η-To 曲线。

4.1.6　思考题

①引起带传动打滑的原因是什么?

②提高带传动能力有哪些措施?

③如何进行带的预紧控制?