教學中應用思維導圖準確建立帶傳動中彈性滑動概念

馮 麗，侯永青

(1.長治職業(yè)技術學院，山西 長治 046000；2. 孝義市人防信息保障中心，山西 孝義 032300)

煤礦機械中廣泛使用著帶傳動，例如膠帶輸送機、空壓機、通風機等。帶傳動設計應該考慮結(jié)構(gòu)尺寸的大小、傳動帶根數(shù)較多導致的受力不均勻現(xiàn)象以及功率損失的多少等因素。

帶傳動的滑動系數(shù)和傳動效率與彈性滑動直接相關，而彈性滑動是肉眼不可見的，即使是用帶傳動實驗臺也只是能測出兩帶輪基準直徑相等時，不同載荷作用下主、從動帶輪的轉(zhuǎn)速差，由此計算出滑動系數(shù)ε和對應的傳動效率。隨著單根傳動帶緊松邊拉力差增加，彈性滑動程度增大，傳動效率就會降低、使傳動比更加不確定。為了優(yōu)化帶傳動設計和對設計方案進行性能分析，設計者或?qū)W習者必須準確理解彈性滑動的概念，為此本文建立了學習者學習和教師講授的帶傳動運動分析思維導圖。

1 帶傳動運動分析思維導圖的建立

1.1 學習者學習思維導圖

首先將帶傳動知識條理化分類，把帶傳動運動分析內(nèi)容分解成若干個小的知識點和技能點，通過對學生進行學情分析，明確學生理解知識點和掌握技能點的知識儲備、認知規(guī)律、思維路徑和方法、難點和重點，依此構(gòu)建學習者學習的思維導圖，如圖1所示。

圖1 學習者學習思維導圖

1.2 教師講授思維導圖

依據(jù)學習者學習思維導圖，采用類似說相聲“抖包袱”的方式將難點層層進行分解，逐層逐個問題講清講透。帶傳動過程分為三個不同時段，即傳動帶繞上主動輪的瞬時、跟隨主動輪一起運動、繞下主動輪的瞬時，分別講清楚不同瞬時的傳動帶的受力、變形、速度。

傳動帶繞上主動輪的瞬時，傳動帶所受的拉力為緊邊拉力F1，傳動帶運行速度為v1；傳動帶繞下主動輪瞬時，傳動帶所受的拉力為松邊拉力F2，傳動帶運行速度為v2；傳動帶跟隨主動帶輪運動的過程中，傳動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)演示隨著傳動帶所受的拉力變化，傳動帶的變形也會隨之發(fā)生變化，例如，拉力逐漸減小時，橡皮筋會隨著拉力的減小逐漸產(chǎn)生彈性收縮，這將導致帶輪勻速轉(zhuǎn)動時(帶輪基準直徑上的線速度不變)，傳動帶因產(chǎn)生彈性收縮使得運行速度逐漸減小，傳動帶的運動滯后與帶輪的運動，也就是說因為存在彈性收縮，導致傳動帶在跟隨主動帶輪運動時，傳動帶相對于主動帶輪產(chǎn)生了B1B弧長的相對滑動，因為這一滑動是由傳動帶彈性收縮造成的，所以稱為彈性滑動。

圖2 帶傳動運動分析圖

不同時段傳動帶的受力、變形、速度見表1。

表1 不同瞬時的傳動帶的受力、變形、速度

同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在從動帶輪上。

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

(1)

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

因為外載荷越大，有效圓周拉力Fe=F1-F2越大，傳動帶在包角內(nèi)跟隨帶輪運行過程中彈性變形量越大，v1-v2數(shù)值越大，所以滑動系數(shù)ε數(shù)值越大，彈性滑動的程度越明顯。

通過分析得出，帶傳動在運動傳遞過程中，由于彈性滑動現(xiàn)象的存在，就會產(chǎn)生v1-v2=εv1的速度損失，必然造成功率損失，致使帶傳動的傳動效率低。且緊松邊拉力差越大，滑動系數(shù)ε數(shù)值越大，功率損失也越大，傳動效率越低。

經(jīng)過推導，可以得出帶傳動的平均傳動比的計算如公式(2)所示。

(2)

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

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

表2 打滑和彈性滑動的區(qū)別與聯(lián)系

圖3 教師講授思維導圖

2 結(jié) 語

文章通過對學生進行學情分析，將帶傳動運動分析內(nèi)容進行邏輯細化，依據(jù)學生的認知規(guī)律、思維路徑和方法構(gòu)建了學習者學習的思維導圖，給學習者學習該內(nèi)容時提供了一個符合認知規(guī)律的學習思路和方法。依據(jù)學習者學習思維導圖，構(gòu)建了教師講授思維導圖，以便教師按照學生的知識儲備、認知規(guī)律、思維路徑和方法有的放矢地進行講解。使學習者能夠準確理解彈性滑動的概念，為帶傳動優(yōu)化設計及性能分析提供知識技能支撐。