帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì),輸送,驅(qū)動(dòng),裝置,設(shè)計(jì)
南 京 理 工 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系: 機(jī)械工程系
專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名:
學(xué) 號(hào): 060104227
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工藝系列
動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)與振動(dòng)的設(shè)計(jì)思考
柔性傳動(dòng)元件
Torance V.Dugyan
摘要:除同步帶傳動(dòng)外,各種帶傳動(dòng)都是依靠帶和帶輪間的摩擦力來(lái)成功的傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。由于平面和V帶間的相對(duì)滑動(dòng),在兩個(gè)軸之間的角速度不是恒定的,也不與滑輪直徑的成正比。齒形帶是近期才發(fā)展的,像鏈條鏈輪傳動(dòng),它們以恒定的速度進(jìn)行傳動(dòng)。本文將討論V帶和平帶的相關(guān)的理論和實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵字:平帶 v帶 速率 中心距 動(dòng)力傳輸 緊張帶 帶滑 包角 帶疲勞
有效帶拉
1. 平 帶
帶傳動(dòng)的基本理論可以理解為平帶與兩個(gè)滑輪間無(wú)休止的延伸運(yùn)動(dòng),如圖5.1所示。當(dāng)滑輪靜止時(shí),整個(gè)帶的初始張力為T,如圖,5.1a所示。當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶一側(cè)拉力為T2
a. 不工作
b. 工作
如圖5.1b所示,當(dāng)小滑輪作為主動(dòng)輪,假設(shè)帶服從胡克定律(假設(shè)是同一種帶材料),在緊邊增加長(zhǎng)度與在松邊減少的長(zhǎng)度必須相等,帶的總長(zhǎng)度依然不變,即
T=(T1+T2) (5.1)
上式在大多數(shù)情況下是十分準(zhǔn)確的
如果傳送帶在緊邊和松邊的上拉力差拉大,足以克服傳送帶和帶輪接觸面間的摩擦阻力,與滑輪接觸的那部分傳送帶會(huì)因克服摩擦阻力開(kāi)始滑動(dòng),即發(fā)生所謂的傳送帶打滑。分別限制T1、T2的極限值,以確保皮帶不發(fā)生打滑,由此得到方程2
(5.2)
其中 T1 =緊邊拉力,
T2=松邊拉力
Tc=帶的離心力
f =帶和滑輪之間的摩擦系數(shù)
θ=包角,即傳動(dòng)帶和帶輪接觸弧的中心角
由于圓周速度使帶存在離心張力,除此之外可能還存在其它的靜態(tài)張力,Tc的值可從離心力方程得到,即
Tc= m V2 牛頓(或磅/英尺) (5.3)
其中 m =單位長(zhǎng)度皮帶的質(zhì)量,千克/米 (磅/英尺)
=γbt
γ= 材料的質(zhì)量密度 千克/立方米 (磅/立方英寸)
b = 帶寬,米
t = 帶厚,米
v= 帶速,米/秒(或英尺/秒)
如果離心力的影響可以忽略不計(jì),即Tc對(duì)張力的影響很小,等式5.2可簡(jiǎn)化為
(5.4)
T1 /T2的允許最大值保證了平帶在圍繞滑輪運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生打滑,通常用的是3比1的180oC接觸弧。
從動(dòng)力傳輸?shù)慕嵌瓤磶У挠行Юκ荰1-T2,而且這有效拉力與傳輸?shù)牧α恐g的關(guān)系可以用一般方程表示,即
焦耳 或瓦秒 (5.5)
或 (5.6)
其中 D = 滑輪直徑 (方程 5.5是米,方程 5.6是英尺 )
N = 滑輪的自轉(zhuǎn)速度
(T1-T2)= 帶的有效拉力 (方程5.5是牛頓, 方程5.6是英尺)
帶工作時(shí)的拉應(yīng)力對(duì)帶材料的要求可能影響其橫截面的大小,即
(5.7)
其中SW =帶的強(qiáng)度極限
A =帶的橫截面積
帶失效的主要形式是由于疲勞破壞,傳送帶的工作強(qiáng)度取決于速度,滑輪直徑,皮帶張力和帶的總長(zhǎng)度?;喼睆綉?yīng)不能低于100倍帶厚。傳送帶制造商會(huì)提供具體數(shù)據(jù)。
由等式5.5與5.6可知,要有高效率的傳輸,傳送帶必須盡可能的維持高速運(yùn)轉(zhuǎn),但是等式5.3顯示離心力與速度的平方成正比。由于離心力的作用,使帶遠(yuǎn)離帶輪,這將增加打滑的可能性。此外,為了獲得更高的速度需要使用大滑輪,這就必須增加中心距。為了滿足這些要求,符合要求的方案是帶的工作速度維持在10米/ 秒到25米/秒之間(約3000英尺/分鐘到5000英尺/分鐘),但是依賴于帶材料,獲得超額帶速是可能的。在沒(méi)有特殊要求的情況下,合理的速度應(yīng)在20米/秒(約4000英尺/分鐘)左右。
由于動(dòng)力傳輸?shù)男再|(zhì),在給定的方向上傳送帶緊邊比松邊受到的拉力不同。因此,主動(dòng)輪得到的長(zhǎng)度總比給定的長(zhǎng)度大,而從動(dòng)輪正好相反。這就造成了帶和滑輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),叫傳送帶蠕變,不能與前面所提到的傳送帶打滑相混淆。
由于平帶的動(dòng)力傳輸可能受到帶拉伸的限制,如由于帶蠕變,或者圍繞滑輪的傳送帶松脫,或者是帶滑移。帶滑動(dòng)維持在可以接受的范圍內(nèi),在帶允許的最低應(yīng)力下使用,帶滑動(dòng)是由于接觸角θ,以及傳送帶和滑輪表面之間的摩擦系數(shù)f,摩擦系數(shù)取決于滑輪材料和帶材料,以及傳送帶速度。一般皮帶與鑄鐵滑輪間的平均摩擦系數(shù)f = 0.45.接觸角的大小取決于傳動(dòng)式的形式,是開(kāi)口傳動(dòng)還是交叉?zhèn)鲃?dòng),如圖5.2所示。
圖5.2a所示的開(kāi)口傳動(dòng)形式,大小滑輪的接觸角分別為
1=-2sin-1() rad (5.8)
2=+2sin-1() rad (5.9)
帶的總長(zhǎng)度
L=[4C2-(D-d)]1/2+(D2+d1) (5.10)
值得提及的一點(diǎn)是,對(duì)于水平方向上的開(kāi)口傳動(dòng),主動(dòng)輪將會(huì)在兩邊獲得更大包角或接觸角,以便傳送帶的松邊在上面。
對(duì)于小滑輪和大滑輪的組成的交叉?zhèn)鲃?dòng),小滑輪和大滑輪的接觸角是相同的,由以下方程得到
rad (5.11)
然后得出帶的總長(zhǎng)度計(jì)算公式
rad (5.12)
對(duì)傳送帶材料的主要要求是高強(qiáng)度和耐用性、高彈性和耐磨性、低成本以及能夠抵抗惡劣環(huán)境的能力。各種各樣的材料被用來(lái)做平帶,包括皮革、橡膠和紡織材料。皮帶是最常見(jiàn)的,詳細(xì)分為單層、雙層或三層帶,或者依據(jù)制造商的要求來(lái)建造的。
平帶輪通常由鑄鐵或裝配鋼制造,從木材或在木制邊緣附著鑄鐵,帶輪周邊是平坦的或者冠狀的,無(wú)論是與周邊的滑輪或單獨(dú)的附件,都是通過(guò)網(wǎng)狀或發(fā)散狀的方式來(lái)連接中心樞紐。為方便組裝,有時(shí)用到分體式滑輪。
著重的指出是對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的滑輪,應(yīng)以適當(dāng)?shù)乃俣绕胶饣啿僮鳌A硗鈴?qiáng)調(diào),由于自轉(zhuǎn),通過(guò)限制外緣的周邊速度使其在保持可接受的范圍內(nèi),表5.1表明格林伍德所提出的不同類型的滑輪構(gòu)造都是以合適的邊緣速度的為基礎(chǔ)的。
表5.1正常的平帶輪速度
滑輪類型
速度
m/s
Ft/min
鑄鐵
18-23
3500-4500
裝配鋼
20-28
4000-5500
全木
25-30
5000-600
木環(huán)
40-50
8000-10000
壓縮紙或纖維
40-50
8000-10000
如果情況允許,推薦使用標(biāo)準(zhǔn)滑輪,制造目錄提供關(guān)于其大小類型的完整資料,包括包括標(biāo)準(zhǔn)直徑、寬度和孔。
平帶應(yīng)用于涉及大的中心距,但在近段時(shí)間,由于市面上現(xiàn)代化的機(jī)器都有內(nèi)置的傳動(dòng)器,它們的使用已經(jīng)大幅下降,。
5.2 V-帶
雖然平帶傳動(dòng)的初始成本一般低于V帶傳動(dòng),但后者提供了更有效、更緊湊的布局。
表5.4a表明V-帶固定在滑輪凹槽中,并示范了V帶的基本操作。在這種情況下,楔形力使帶本身進(jìn)入滑輪槽并固定。頂端部分被拉緊,底部受壓。從而導(dǎo)致傳送帶的兩側(cè)凸起,但是滑輪槽的設(shè)計(jì)避免了這種情況,并使皮帶抓緊凹槽的側(cè)壁。凹槽本身切割成足夠高便于V形帶安置,確保帶的基部和底部的槽件始終有足夠的空間,以便于楔形夾不丟失,這導(dǎo)致了能量輸送的明顯減弱。
這表明V帶和平帶靠各個(gè)方向的徑向力F運(yùn)動(dòng),它將考慮各種情況下皮帶與滑輪之間的摩擦力。對(duì)于V型帶,徑向力F是由側(cè)壁引起的
5.13
其中=半輪槽角
皮帶的摩擦力等于壓力乘以摩擦系數(shù),即
摩擦力 =2f==F/f 5.14
其中 f’=f/sin= 實(shí)際摩擦系數(shù)
對(duì)于平帶摩擦力等于系數(shù)乘的徑向力乘以摩擦系數(shù),即
摩擦力= Ff 5.15
比較方程5.14與5.15,可以看出,利用楔形物來(lái)楔入V型槽,只需要在先前提出的公式中將f換成摩擦系數(shù)f’。
槽角因影響傳送帶抓緊程度而顯得很重要,一個(gè)小槽角將在傳送帶和滑輪壁間產(chǎn)生一個(gè)很高的加持力,但是那股使帶脫離槽的力量也要很大,這可能會(huì)導(dǎo)致力量流失和傳送帶磨損。因此,使用大約的槽角,以此角度能獲得最佳的全面性能,實(shí)際槽角略有不同,滑輪直徑要小。方程5.4表明了V-帶尺寸。
圖5.5
在相關(guān)的英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定槽口角度為40度,但是根據(jù)滑輪直徑以及槽口橫截面的尺寸,也有、、和的角。
標(biāo)準(zhǔn)V型帶傳動(dòng),能獲得比平帶更的加高張力比,通常為其3倍。這直接影響有效帶拉(T1-T2),同時(shí)影響傳輸扭矩。此外,因?yàn)檩S上總的力量(T1+T2),更高繃緊狀態(tài)使指定的扭矩有所減小。因此,V型帶相對(duì)于平帶的優(yōu)越性還是非常顯著的。較高的負(fù)載在允許帶發(fā)生滑動(dòng)時(shí),在不增加軸上負(fù)載的情況下使中心距瞬間變短,速率加快。
為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)的尺寸帶已經(jīng)被采用,根據(jù)維度和橫斷面尺寸的不同劃分為5大類別,分別為A、B、C、D和E。表5.2表明英國(guó)和美國(guó)已經(jīng)采用了標(biāo)準(zhǔn)V帶準(zhǔn)則。通常也可用標(biāo)稱度量尺寸表示。
表5.2標(biāo)準(zhǔn)v型帶截面尺寸
截面符號(hào)
頂部寬
厚度
(m)
(mm)
(m)
(mm)
A
0-500
13
0-315
8
B
0-655
17
0-405
11
C
0-875
22
0-530
14
D
1-250
32
0-750
19
E
1-500
38
0-905
23
應(yīng)該指出的是個(gè)別制造商生產(chǎn)的帶可能與這些尺寸有所差別。
設(shè)計(jì)V型帶傳動(dòng)時(shí)所需的基本信息
(一) 傳輸速度
(二) 推動(dòng)速度
(三) 傳輸?shù)牧?
(四) 機(jī)器類型
另外,下面的信息也是需要的
(一) 每天工作的時(shí)間
(二) 軸的直徑和長(zhǎng)度
(三) 工作條件
(四) 滑輪直徑及寬度要求
影響設(shè)計(jì)的主要因素是可用性、成本、帶速、滑輪的直徑,皮帶界面尺寸,用于是否適合滑輪的安裝、調(diào)整。
關(guān)于帶部分的詳細(xì)計(jì)算和傳動(dòng)的設(shè)計(jì),普通V型帶傳動(dòng)應(yīng)遵循的程序,參考制造商目錄說(shuō)明。
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