馮 麗，侯永青

(1.長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000；2. 孝義市人防信息保障中心，山西 孝義 032300)

煤礦機(jī)械中廣泛使用著帶傳動(dòng)，例如膠帶輸送機(jī)、空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)等。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)尺寸的大小、傳動(dòng)帶根數(shù)較多導(dǎo)致的受力不均勻現(xiàn)象以及功率損失的多少等因素。

帶傳動(dòng)的滑動(dòng)系數(shù)和傳動(dòng)效率與彈性滑動(dòng)直接相關(guān)，而彈性滑動(dòng)是肉眼不可見的，即使是用帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)也只是能測(cè)出兩帶輪基準(zhǔn)直徑相等時(shí)，不同載荷作用下主、從動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)速差，由此計(jì)算出滑動(dòng)系數(shù)ε和對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)效率。隨著單根傳動(dòng)帶緊松邊拉力差增加，彈性滑動(dòng)程度增大，傳動(dòng)效率就會(huì)降低、使傳動(dòng)比更加不確定。為了優(yōu)化帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)和對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行性能分析，設(shè)計(jì)者或?qū)W習(xí)者必須準(zhǔn)確理解彈性滑動(dòng)的概念，為此本文建立了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和教師講授的帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析思維導(dǎo)圖。

1 帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析思維導(dǎo)圖的建立

1.1 學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖

首先將帶傳動(dòng)知識(shí)條理化分類，把帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析內(nèi)容分解成若干個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)情分析，明確學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)和掌握技能點(diǎn)的知識(shí)儲(chǔ)備、認(rèn)知規(guī)律、思維路徑和方法、難點(diǎn)和重點(diǎn)，依此構(gòu)建學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的思維導(dǎo)圖，如圖1所示。

圖1 學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖

1.2 教師講授思維導(dǎo)圖

依據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖，采用類似說(shuō)相聲“抖包袱”的方式將難點(diǎn)層層進(jìn)行分解，逐層逐個(gè)問(wèn)題講清講透。帶傳動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)不同時(shí)段，即傳動(dòng)帶繞上主動(dòng)輪的瞬時(shí)、跟隨主動(dòng)輪一起運(yùn)動(dòng)、繞下主動(dòng)輪的瞬時(shí)，分別講清楚不同瞬時(shí)的傳動(dòng)帶的受力、變形、速度。

傳動(dòng)帶繞上主動(dòng)輪的瞬時(shí)，傳動(dòng)帶所受的拉力為緊邊拉力F1，傳動(dòng)帶運(yùn)行速度為v1；傳動(dòng)帶繞下主動(dòng)輪瞬時(shí)，傳動(dòng)帶所受的拉力為松邊拉力F2，傳動(dòng)帶運(yùn)行速度為v2；傳動(dòng)帶跟隨主動(dòng)帶輪運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，傳動(dòng)帶所受的拉力由緊邊拉力F1逐漸減小到松邊拉力F2，如圖2所示。最好用教具(橡皮筋)演示隨著傳動(dòng)帶所受的拉力變化，傳動(dòng)帶的變形也會(huì)隨之發(fā)生變化，例如，拉力逐漸減小時(shí)，橡皮筋會(huì)隨著拉力的減小逐漸產(chǎn)生彈性收縮，這將導(dǎo)致帶輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(帶輪基準(zhǔn)直徑上的線速度不變)，傳動(dòng)帶因產(chǎn)生彈性收縮使得運(yùn)行速度逐漸減小，傳動(dòng)帶的運(yùn)動(dòng)滯后與帶輪的運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)因?yàn)榇嬖趶椥允湛s，導(dǎo)致傳動(dòng)帶在跟隨主動(dòng)帶輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)帶相對(duì)于主動(dòng)帶輪產(chǎn)生了B1B弧長(zhǎng)的相對(duì)滑動(dòng)，因?yàn)檫@一滑動(dòng)是由傳動(dòng)帶彈性收縮造成的，所以稱為彈性滑動(dòng)。

圖2 帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析圖

不同時(shí)段傳動(dòng)帶的受力、變形、速度見表1。

表1 不同瞬時(shí)的傳動(dòng)帶的受力、變形、速度

同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在從動(dòng)帶輪上。

為了衡量彈性滑動(dòng)程度的大小而引入滑動(dòng)系數(shù)ε，并定義滑動(dòng)系數(shù)ε的計(jì)算如公式(1)所示。

(1)

式中：ε為滑動(dòng)系數(shù)；v1為傳動(dòng)帶緊邊運(yùn)行速度，m/s；v2為傳動(dòng)帶松邊運(yùn)行速度，m/s。

因?yàn)橥廨d荷越大，有效圓周拉力Fe=F1-F2越大，傳動(dòng)帶在包角內(nèi)跟隨帶輪運(yùn)行過(guò)程中彈性變形量越大，v1-v2數(shù)值越大，所以滑動(dòng)系數(shù)ε數(shù)值越大，彈性滑動(dòng)的程度越明顯。

通過(guò)分析得出，帶傳動(dòng)在運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中，由于彈性滑動(dòng)現(xiàn)象的存在，就會(huì)產(chǎn)生v1-v2=εv1的速度損失，必然造成功率損失，致使帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率低。且緊松邊拉力差越大，滑動(dòng)系數(shù)ε數(shù)值越大，功率損失也越大，傳動(dòng)效率越低。

經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，可以得出帶傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比的計(jì)算如公式(2)所示。

(2)

由于帶傳動(dòng)工作時(shí)外載荷的大小是隨時(shí)間變化的，所以有效圓周拉力也應(yīng)隨外載荷的變化而變化，滑動(dòng)系數(shù)ε也隨之變化，導(dǎo)致帶傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比也發(fā)生變化，所以帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不確定。

打滑和彈性滑動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系見表2。依此建立教師講授思維導(dǎo)圖，如圖3所示。

表2 打滑和彈性滑動(dòng)的區(qū)別與聯(lián)系

圖3 教師講授思維導(dǎo)圖

2 結(jié) 語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)情分析，將帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)分析內(nèi)容進(jìn)行邏輯細(xì)化，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、思維路徑和方法構(gòu)建了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的思維導(dǎo)圖，給學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)該內(nèi)容時(shí)提供了一個(gè)符合認(rèn)知規(guī)律的學(xué)習(xí)思路和方法。依據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖，構(gòu)建了教師講授思維導(dǎo)圖，以便教師按照學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、認(rèn)知規(guī)律、思維路徑和方法有的放矢地進(jìn)行講解。使學(xué)習(xí)者能夠準(zhǔn)確理解彈性滑動(dòng)的概念，為帶傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能分析提供知識(shí)技能支撐。