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1、选题背景带传动实验台设计1 选题背景1.1 选题背景，意义极其应用前景1.1.1 选题背景 现代科学技术飞速发展，为高校的教学提出了更高，更新的要求。适应于现代科学技术发展的高校教学改革势在必行，而作为实践环节的实验教学的教学内容，仪器设备，手段方法的改革理应首当其冲。本研究课题正是顺应这一形式要求而提出的。传统的带传动性能实验设备大而笨，数据测试方法落后，测试数据耗时，实验过程烦琐，不能完全达到实验的教学目标。更为严重的是这种落伍于现代科技发展的实验手段对于学生和了解现代工程技术意识是一个严重的障碍。本论文拥有资料：目录、中英文摘要、正文、设计图纸查看地址：http:/国内许多院校和科研机构
2、比如重庆大学，山东大学，湖北汽车工业学院等已经进行了带传动的改革研究，基本上实现了数据的自动检测，处理和曲线显示，并能进行计算机辅助教学。但是，带传动实验中的控制部分不尽人意，目前绝大多数实验台只能进行恒定加载或简单的程序控制阶梯加载，实验结果与现场测试依然有较大的差距；恒速控制也主要通过手动调节，自动化程度低。（1）随着社会对知识面的掌握要求越来越广，学生学习的课程也在增多，除了传统的必修课程，又增加了一些适应时代科技发展和社会要求的选修课。作为工科类学生还需要掌握一定的人文，艺术类的知识，。此外，学生还必须利用课余时间加强计算机，外语方面的知识，或从事一些科技创新活动等。传动的实验教学模式
3、要求全班集体占用一定实验课时来完成实验，缺乏机动性。（2）随着高校生员的扩张。实验设备和实验教学师资出现紧缺趋势，传统的实验教学模式面临着可能出现质量打折的问题（3）如果有更多的实验仪器，那么学生可以根据自己的业余时间自主，机动地，通过适当的预约登记的方式，分批地完成实验。既加强了机动性又缓和了实验设备和实验师资紧张的问题。小批量的，自主为主的实验还可大大提高实验教学效果。1.1.2 题目的主要内容和应用前景本论文题旨在能够设计出一种更好的带传动实验装置，能准确地测量出实验数据，让学生更好的掌握带传动的一些知识。通过本论文的研究，可以克服传统实验的一些缺陷，使整个实验水平和教学效果上一个新的台
4、阶。本课题完成后，可以考虑在其它高校进行推广，在经济价值方面有一定的前景。此外，本课题研究也将为其它的带传动实验系统的改造奠定一个坚实的基础，并提供一个十分有参考价值的先进的模式1.2 带传动在机械工程中的应用带传动在机械工程中的应用是十分广泛的传动形式之一。作为一种带有中间挠性件的摩擦传动，它有一种突出的优点：（1）能缓和载荷冲击；（2）运行平稳，无噪声；（3）制造和安装精度要求不像啮合传动那样严格；（4）出现过载时将引起带在带轮上打滑，从而可防止其他零件发生过载损坏；（5）通过增加带长可适应传动中心距要求较大的工作条件（可达15米）。根据带截面形状的不同，带传动可分为平带传动，V带传动，同
5、步带传动和多楔带传动等；根据到的结构和材料的不同，平带有包括最常用的胶帆布平带，编织带，高速胶带，强力锦纶带等，V带包括帘布芯结构带和绳芯结构带。交叉传动，半交叉传动，张紧轮传动等传动形式。作为工程应用最为广泛的开口传动形式，平带传动的传动比可达5，V带传动比可达7。带的工作转速可达50m/s，使用锦纶布复合平带时，带速可达80m/s，胶帆布带的最大传动功率为50KW，普通V带的最大传动功率为700KW1.3 带传动工作原理及运动特征性工程中应用最广泛的开口传动示意图如图1.1 所示。1.1带传动示意图当主动轮以转速转动时，由于带以一定的张紧力张紧在带轮上而使主动轮与带之间产生摩擦力F，从而驱
6、动带一起转动，同理因带与从动轮之间的摩擦而随即驱动从动轮以一定的角度同向回转。由于带传动工作多依赖的有效拉力即摩擦力F的存在使带传动两边的带内部拉力产生差值。紧边拉力大于松边拉力。而包在带轮上的，紧松边过度部分的带的内部拉力则是随带传动而逐渐变的。由于带是弹性体，这种带内部拉力逐渐变又引起带伸长量的渐变，从而引起带传动正常工作中一种特有的固有的副效应弹性滑动。弹性滑动发生在包在带轮上的，紧松边的过度部分带上，但并不在整个包角范围都发生。因而这部分又分为静弧和滑动弧两部分，各部分所占的比例又随传递的不同而不同。弹性滑动大小的定量指标为滑动率，它的大小直接影响带传动工作的传动比的设计个从动轮直径的
7、设计。带传动工作中可能发生的另一种现象是打滑，它的弹性滑动扩展到整个包角范围内是一种质的变化，此时的工作状态已为失效。1.3.1 带传动实验的意义前一节简单叙述了带传动工作的基本原理及工作过程中特有的运动特性：弹性滑动莫打滑现象，弹性滑动的定量指标滑动率及弹性滑动的后果。课堂的讲述只能是理论的，抽象的，定性的，如何让学生透彻地，感性地认识这些现象，了解负载的变化对弹性滑动程度的影响，定量地了解弹性滑动引起的效率的下降，以及弹性滑动率大小对设计时传动比的计算以及从动轮直径的计算的影响，则必须通过带传动性能实验教学过程得以实现。本论文拥有资料：目录、中英文摘要、正文、设计图纸查看地址：http:/
8、几乎所有的工科类的高校在讲授机械设计，机械设计基础课程中都含有带传动性能实验的教学内容。通过实验，可测出不同负载下主，从动轮的转速，从而计算出转速差，滑动率；可测出不同负载下主，从动轮的转矩，结合转速可计算出主，从动轮的功率，从而进一步计算出传动效率。这样，增加了学生对弹性滑动的定量的认识。此外，通过从动轮上的反映弹性滑动引起的转速差的发光二极管的闪光的逆向转动，可以让学生感性直观地观察弹性滑动现象。由此可见，为全面，深入地认识，理解和掌握工程中广泛应用的带传动形式的知识极其设计技能，带传动性能实验具有重要的意义，是不可缺少的一个环节。第 3 页 （共 11 页）带传动基本理论知识2 带传动基
9、本理论知识2.1 带传动的分类带传动是通过中间挠性拽引元件传递运动和动力的一种机械传动。她使用的挠性拽引元件是各种较大弹性传动带。按工作原理，带传动分为摩擦型普通带传动和啮合型同步带传动。普通带传动的主要优点是：有缓冲和吸振作用；运行平稳.噪声小；结构简单，制造成本低；可通过增减带长适应不同的中心距要求。普通带传动过载时会在带轮上打滑，对其他机件有保护作用。它的缺点是：传动带的寿命较短：传递相同圆周力时，外廓尺寸和作用在轴上的载荷比啮合传动大；带与带轮之间接触面间有相对滑动，不能保证准确的传动比。因而普通带传动一般仅用来传递动力。同步带传动中带和带轮是靠啮合传动的，因而无相对滑动，能克服上述缺
10、点，用来传递动力。但是同步带传动对制造安装要求较高。根据横截面形状，摩擦型普通带传动可分为平带传动，V带传动和特殊截面带（如多楔带，圆带等）传动三大类，见图2-1图2-1 带横截面形状平带的横截面为扁平矩形，其工作面是与轮面相接触的内表面。V带的横截面为等腰梯形，其工作面是与轮槽相接触的两侧面，带与轮槽底面不接触。由于轮槽的楔形效应，预拉力相同时，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，故具有较大的牵引能力，在一般机械传动中应用最广泛。多楔带是贫乏带和V带的组合结构，其楔形部分嵌入带轮上的楔形槽内，靠楔形摩擦工作，摩擦力和横向刚度较大，兼有平带和V带的优点，常用于传递功率较大而又要求结构紧凑的场
11、合，也可以用于载荷变动较大或有冲击载荷的传动。圆带的牵引能力小，一般用于轻，小型机械，如缝纫机等。根据带的布置形式可分为开口传动（两轴平行，同向回转），交叉传动（两轴平行，反向回转）和半交叉传动（两轴交错，不能逆转）。见图2-2图2-2 带传动形式考虑到制造和安装的要求，本实验采用普通V带传动。2.2 带传动中的作用力带出动有主动轮，从动轮和传动带组成。安装时，应该给传动带施加一定的初拉力，靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力。带在工作亲张紧，其两边拉力均为, 称为初拉力。工作时，由于要克服工作阻力，带在绕上主动轮的一边被进一步拉紧，其拉力增大到，称为紧边拉力；带的另一边被放松，其拉力由减小
12、到，称为松边拉力（图2-3）。图2-3 带的两边受力分析带的两边拉力之差，称为带传动的有效拉力F，即F=- （2-1）有效拉力与带传动传递的功率以及带速的关系为 （2-2）该式说明，带速一定时，有效拉力越大，则带传动传递的功率也越大，即带传动的工作能力越强。带的有效拉力等于带轮接触弧上摩擦力的总和。在一定条件下，摩擦离有一极限值，当需要传递的有效拉力超越该值时，带就会在轮面上打滑。打滑是带传动的主要形式之一。带工作时松，紧边拉力不等，但总长度不变，故紧边增加的长度与松边减少的长度相等，假设带的材料服从胡克定律，则紧边增加的拉力与松边减少的拉力相等，即-=- +=2 （2-3）取一微带段 (图2
13、-4)，带上各力的平衡条件为垂直方向中，是紧边拉力增量；为带轮上一微段的正压力；为带的线质量。取=,sin,略去二阶无穷小，上式为-=q图2-4 带的受力分析水平方向 中，为带与带轮之间的摩擦因子。取得 = 在摩擦力的极限状态即将要打滑时，积分上式，得 （2-4）中，a为包角，即带与带轮接触弧所对应的中心角：e为自然对数的底。若带速v10m/s,则通常可忽略离心力，此时上式简化为/=即为著名的欧拉公式。 该式说明：1） 最大的有效拉力与初拉力成正比。控制初拉力对带传动的设计和使用是重要的。过小不能传递所需载荷，而且容易颤动；过大使带的摩擦增加，寿命减短。2） 最大的有效拉力随包角a,摩擦因子（
14、与带，带轮的材料及工况有关）的增大而增大，通常设计时要求a，本系统。3） 离心力使最大有效拉力减小，本系统由于带速v10m/s，故可忽略力离心力的影响。2.3 弹性滑动和打滑本论文拥有资料：目录、中英文摘要、正文、设计图纸查看地址：http:/带是弹性体，在拉力的作用下会产生弹性伸长。由于紧边拉力大于松边拉力，所以紧边的弹性伸长量必然大于松边的弹性伸长量。如图2-5所示，带在点绕上主动轮到点离开的过程中，带所受拉力由逐渐降至，其弹性伸长量也随之减小，带在带轮上微微向后收缩，而主动轮的圆周速度保持不变，所以带的速度逐渐落后于主动轮的圆周速度，从绕上主动轮时的速度逐渐降至，在带和主动轮之间局部出现
15、相对滑动。这种现象亦发生在从动轮上，当带在点绕上从动轮到点离开的过程中，带以速度绕上从动轮时，使从动轮以圆周速度转动，由于带从松边过度到紧边，弹性伸长量逐渐增大，使带微微向前拉伸，即带的速度超前于从动轮的圆周速度，带个从动轮之间局部出现相对滑动。这种因带的两边拉力不等而使带弹性变形量不等，引起带与带轮之间局部微小的相对滑动称为弹性滑动。由于带传动工作时，紧边和松边的拉力不等，所以弹性滑动是不可避免的。弹性滑动除造成功率损失和带的磨损外，还导致从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，其降低程度用滑动率 （2-6）考虑弹性滑动影响的传动比为i= (2-7)其中，、为主，从动轮的转速：、为主，从动轮直
16、径。滑动率反映了弹性滑动的大小，而弹性滑动的大小与传递载荷的大小及带的结构，材料等因素有关，通常不能得到恒定的值，一般可取1%2%，粗略计算时可忽略不计。实际传动比不是常数。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。弹性滑动是由带工作时紧边存在拉力差，使带的两边弹性变形量不相等，从而引起的带与带轮之间局部而微小的相对滑动，这是带传动在正常工作时固有的特性，因而是不可避免的。打滑是由于过载引起的带在带轮上的全面滑动。打滑时带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低甚至停止失效。打滑是不希望产生的。第 11 页 （共 11 页）附录22.4 带传动实验的主要功用在带传动实验中，当负载达到或超过临界承载能力时，则带
17、与带轮之间就会发生相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧下降，甚至失效。因此，在实际生产中，必须明确带传动在什么情况下会产生打滑。那么，通过带传动实验系统准确测出打滑时的速度及载荷，则是关键所在。本实验系统就是分析带传动过程中的弹性滑动和打滑现象；掌握滑动率和机械效率的测试原理和方法；了解改变预紧力对带传动能力的影响。其中滑动率由（2-6）式得出 （2-8）为了方便制造安装和计算，取主，从动轮直径相等传动效率 （2-9），主动轮，从动轮的功率：，主。从动轮的转矩：，为主，从动轮的转速。因此，只需要测试主，从动轮的转速，转矩就可以计算出滑动率和传动效率。事实上，带传动的滑动率
18、和传动效率不是常数，而是随传递功率的大小变化而变化。为寻求变化规律，通常在保持主动轮转速和带预紧力不变的前提下，用逐渐加载的方法，不断增加带传动的有效拉力，使带在轮上的弹性滑动不断增加，从动轮的转速不断降低，传动效率也随之变化。本论文拥有资料：目录、中英文摘要、正文、设计图纸查看地址：http:/3 带传动实验台方案的选择3.1 模糊综合评判带传动实验台方案在机械传动中，带传动适合较大中心距的传动，并具有运行平稳无噪音、能缓和载荷冲击、过载时打滑的自我保护等优点因而被广泛地应用于各行各业。为了安全、有效的利用带传动需通过带传动实验台测试各种类型带传动时的工作特性在带传动试验台上，当负载达到或超
19、过临界承载能力时则带与带轮间就发生显著的相对滑动，即产生打滑。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使带传动失效。因此。在实际生产中，必须明确带传动在什么状况下会打滑，那么。通过带传动实验要准确测出打滑时的速度及载荷。原有的带传动实验台采用手持转速表测量转速，转矩作用力采用台秤测量，人工读数并进行计算，致使实验精度和效率较低，已不适合实验教学和研究的需要。为此，我们采用JC转速转矩传感器来测量，提高了带传动的实验机的稳定性。测试的准确性，操作性。方案设计包含综合与评价两个基本过程。综合是指由设计要求推理而生成的多个方案，评价则从方案集中择出最优的设计方案1。设计理论主要是考虑对设备的操作性、经济性、动载性，使用性等方面的要求，这是属于多层级多目标决策问题。多数评价因素往往难以用精确的指标进行描述，设计要求的含义是模糊的，设计方案对设计要求的满意程度也是模糊的，因而设计方案的评价决策具有模糊性。 传统的评价方法带有较大的主观性和盲目性，基于模糊理论的模糊综合评价方法是一种用于涉及模糊因素的对象系统的评价方法,采用该方法可以较好地解决综合评价中的模糊性问题本文将模糊多目标决策方法带传动实验台设计方案的评价，使设计方案的优选更趋于合理。3.2 模糊多目标决策的数学模型模糊多目标决策又称为“模糊综合评价”， 其核心是应用模糊变换原理，将不