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    教學中應用思維導圖準確建立帶傳動中彈性滑動概念

    2022-02-17 09:15:14侯永青
    2022年2期
    關鍵詞:傳動帶拉力傳動

    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。

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