CN209910866U - 一种v带传动力测量实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种V带传动力测量实验装置，包括传感器、实验台架、通过连接线与传感器电性连接并固定在实验台架上的显示器、固定在实验台架上的传动装置、安装在传动装置输出端上的带轮、安装在带轮上的待测V带，V带一端穿过松边测力传感器、另一端穿过紧边测力传感器，该V带的端部均通过调整螺栓固定在V带上，松边测力传感器和紧边测力传感器通过滑动装置与小手轮连接，传动装置的输入端通过连接杆与大手轮相连接；本实用新型能进行带传动受力情况教学演示，通过测量带两边的力的变化情况，了解带张紧后不工作时、工作时的受力情况，并且本装置结构简单，测量精确，可广泛用于教学实验和工程测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械设计实验教学测量仪器，具体涉及一种带传动中对带受力情况进行测量的实验装置。
背景技术
带传动是一种重要的机械传动方式，其中V带最为常见。机械设计及机械设计基础课程是机械工程专业的专业核心课，其中有关带传动的设计是课程的重要知识点之一。在带传动的教学过程中，对带的受力分析是重点和难点，对欧拉公式的理解只能是靠公式推导，推导过程抽象难懂。
目前带传动实验仪器较少，现有的仪器采用的是高速带传动，实验数据为仪器自动采集，实验过程短，学生只能观看到实验显示的结果，无法参与到操作过程中去体验带传动的特点，无法实现对理论知识的补充说明，实验效果不理想，并且现有的高速转动的实验设备具有安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种V带传动力测量实验装置，该实验装置便于老师为学生讲解带传动的基本原理，增长了V带传动实验中的实验过程，提高了学生的实验参与度，加强学生对带传动理论知识的理解。
本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种V带传动力测量实验装置，包括由松边测力传感器2、紧边测力传感器9和带轮摩擦力传感器4组成的传感器、实验台架10、通过连接线与传感器电性连接并固定在实验台架10上的显示器、固定在实验台架10上的传动装置、安装在传动装置输出端上的带轮5、安装在带轮5上的待测V带3，所述V带3一端穿过松边测力传感器2、另一端穿过紧边测力传感器9，该V带3的端部均通过调整螺栓18固定在V带3上，所述松边测力传感器2和紧边测力传感器9通过滑动装置20与小手轮1连接，所述传动装置的输入端通过连接杆19与大手轮11相连接；
优选的，传动装置包括安装在连接杆端部的WD蜗杆减速器7、蜗轮6以及与蜗轮6相啮合的蜗杆8，所述蜗杆8的一端通过滑动轴承16与带轮摩擦力传感器4相连接，另一端通过滑动轴承16与用于避免蜗杆减速器7在为蜗杆8传递动力时产生轴向力的磁力联轴器17的一端相连接，磁力联轴器17的另一端与WD蜗杆减速器7的输出端相连接，所述蜗轮6的输出轴上安装有带轮5；
优选的，显示器包括与松边测力传感器2电性连接的用于显示V带3松边拉力的松边测力显示器14、与紧边测力传感器9电性连接的用于显示V带3紧边拉力紧边测力显示器13以及与带轮摩擦力传感器4电性连接的用于显示带轮5与V带3之间摩擦力的带轮摩擦力显示器12；
优选的，滑动装置20包括用于固定松边测力传感器2和紧边测力传感器9的传感器连接板20-1、用于固定传感器连接板20-1的滑台连接板20-2以及与滑台连接板20-2滑动配合的滑台20-3；所述滑台上设有端部安装有小手轮的螺杆，所述滑台连接板底部设有与所述螺杆相配合的螺母。
本实用新型提出的一种V带传动力测量实验装置具有如下优点：
1、本实用新型能进行V带传动受力情况教学演示，通过测量带两边的力的变化情况，了解带张紧后不工作时、工作时的受力情况。
2、本实用新型更改带轮后，可用于平带、同步带、多楔带等不同种类、多种带型的带受力分析，用途广泛。
3、本实用新型结构简单、使用方便、低速安全、成本低，测量精确，可广泛用于教学实验和工程测试，便于推广。
以上说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型一种V带传动力测量实验装置的正视图；
图2为本实用新型一种V带传动力测量实验装置的俯视图；
图3为本实用新型一种V带传动力测量实验装置的左视图。
【附图标记】
1-小手轮；2-松边测力传感器；3-V带，3-1-松边，3-2-紧边；4-带轮摩擦力传感器；5-带轮；6-蜗轮；7-WD蜗杆减速器；8-蜗杆；9-紧边测力传感器；10-实验台架；11-大手轮；12-带轮摩擦力显示器；13-紧边测力显示器；14-松边测力显示器；15-显示器支架；16-滑动轴承；17-磁力联轴器；18-调整螺栓；19-连接杆；20-滑动装置,20-1-传感器连接板，20-2-滑台连接板，20-3-滑台。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本实用新型提出的一种V带传动力测量实验装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便有描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型的限制。
请参阅图1至图3，一种V带传动力测量实验装置，包括实验台架10、安装在实验台架10上的蜗轮6以及与蜗轮6相啮合的蜗杆8，请参阅图2，该蜗杆8的一端依次安装有滑动轴承16和带轮摩擦力传感器4，蜗杆8的另一端依次安装有滑动轴承16、磁力联轴器17和WD螺杆减速器7，磁力联轴器17安装在WD螺杆减速器7的输出端上并同时与蜗杆8的另一端连接，WD螺杆减速器7的输入端通过连接杆19与大手轮11相连接，转动大手轮11时，大手轮11的转动力通过连接杆19传递给WD螺杆减速器7，所述蜗轮6的输出轴上安装带轮5，带轮5上安装有待测量的V带3，V带3包括松边3-1和紧边3-2，V带3的松边3-1端部穿过松边测力传感器2并通过调整螺栓18安装在V带3的松边3-1上、V带3的紧边3-2端部穿过紧边测力传感器9并通过调整螺栓18安装在V带3的紧边3-2上，调整螺栓18可以调节V带的松紧度，所述松边测力传感器2和紧边测力传感器9均固定滑动装置上，该滑动装置20的输入端穿过实验台架10的侧壁与小手轮1相连接，请参阅图2，该滑动装置20包括用于固定松边测力传感器2和紧边测力传感器9的传感器连接板20-1、用于固定传感器连接板20-1的滑台连接板20-2以及与滑台连接板20-2滑动配合的滑台20-3，该滑台20-3上设有端部安装有小手轮1的螺杆，该滑台连接板20-2底部设有与所述螺杆相配合的螺母，小手轮1带动螺杆转动，通过螺杆与螺母的配合从而带动设有螺母的滑台连接板20-2在滑台20-3上水平滑动，再通过安装在滑台连接板20-2上的传感器连接板20-1带动固定松边测力传感器2和紧边测力传感器9水平移动，从而调节V带3的松紧度，所述松边测力传感器2、紧边测力传感器9和带轮摩擦力传感器4组成了传感器。
请参阅图1，所述实验台架10的顶部分别安装有带轮摩擦力显示器12、紧边测力显示器13和松边测力显示器14，该带轮摩擦力显示器12通过连接线与带轮摩擦力传感器4电性连接，紧边测力显示器13通过连接线与紧边测力传感器9电性连接，松边测力显示器14通过连接线与松边测力传感器2电性连接，带轮摩擦力显示器12、紧边测力显示器13和松边测力显示器14组成了显示器。
转动大手轮11时，大手轮11带动连接杆19转动，连接杆19通过WD蜗杆减速器7与磁力联轴器17带动蜗杆8转动，蜗杆8通过蜗轮6为带轮5提供驱动力矩，使带轮5与V带3产生摩擦但仍保持相对静止不动，从而使带轮5与V带3之间产生摩擦力，此刻蜗轮6会给蜗杆8施加一个反向作用力，使蜗杆8沿轴向滑动，压向安装在蜗杆8端部的带轮摩擦力传感器4，从而测出带轮5与V带3之间的摩擦力，为避免蜗杆减速器7在为蜗杆8传递动力时二者之间产生轴向力，故在蜗杆减速器7与蜗杆8之间设置了磁力联轴器17来避免轴向力的产生，该磁力联轴器17采用非接触式磁力联轴器。
其中，WD蜗杆减速器7、蜗杆8、磁力联轴器17、滑动轴承16组成了传动装置。
实验时，将待测的V带3安装在带轮5上，先转动小手轮1，再旋调调整螺栓18，V带3逐渐被拉紧，观看显示器的数据，紧边测力显示器13显示的是V带紧边3-2的拉力数据，松边测力显示器14显示的是V带松边3-1的拉力数据，通过不断调整V带3的松紧度，V带松边3-1和紧边3-2的拉力数据不断变化，当松边测力显示器14和紧边测力显示器13上的数据相等时，表示松边3-1和紧边3-2的拉力F0相等，并记录该数据；
再转动大手轮11，大手轮11通过连接杆19带动WD蜗杆减速器7转动，从而使带轮5与V带3之间产生摩擦力，紧边3-2上产生拉力F1，松边3-1上产生拉力F2，并记录下紧边测力显示器13和松边测力显示器14的读数F1和F2。
带轮5与V带3之间产生的摩擦力通过蜗轮6的输出轴传递到蜗轮6上，然后传递到蜗杆8上，蜗轮6与蜗杆8进行相对运动，蜗轮6推动蜗杆8压紧带轮摩擦力传感器4，从而使带轮摩擦力传感器4测出V带3与带轮5之间的摩擦力矩，即带轮5所受的中心力矩T,记录下带轮摩擦力显示器12上的数据T。根据以上测出的数据即可分析和验证欧拉公式及带传动的相关理论知识。
本实用新型还采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种V带传动力测量实验装置的测量方法，具体包括以下步骤：
S1、打开电源，适当调节小手轮1和大手轮11，使松边测力传感器2和紧边测力传感器9的数值显示为零；
S2、转动小手轮1，调整滑动装置20，使V带3拉紧，记录松边测力传感器2和紧边测力传感器9的数值，并调节调整螺栓18使松边测力传感器2和紧边测力传感器9的数值相等；
S3、转动大手轮11，使紧边测力传感器9传输到紧边测力显示器13的数值增大且该数值小于两倍的初拉力，当该数值保持稳定后，记录下带轮摩擦力显示器12、紧边测力显示器13和松边测力显示器14上的数值，并用手感受带轮5两边V带3的松紧状态；
S4、按照S1至S3的实验步骤，进行多次实验并记录实验数据；
S5、根据实验数据，验证欧拉公式，带轮5中心力矩与v带3的紧边3-2的拉力、松边3-1的拉力之间的关系；
S6、根据实验数据与理论计算出的数据进行对比与总结，分析实验误差产生的原因,具体的数据分析结果如下：
1)V带的受力情况分析
V带传动在不工作时是有初拉力F0张紧在带轮上,带传动在工作时，V带与带轮之间产生的摩擦力使V带一边拉紧，一边放松，紧边拉力为F1，松边拉力为F2,如果近似认为V带产生的弹性变形忽略不计，并且认为V带为线弹性体，则V带的紧边拉力增加的变化量应该等于松边拉力减少的变化量，即
F1-F0＝F0-F2 (1)
F1+F2＝2F0 (1-a)
有效拉力Fe与带传动传递的功率P之间的关系为：
P＝Fev/1000 (2)
功率P的单位是KW；
有效拉力Fe的单位是N；
传动带的速度v的单位为m/s；
当带速不变，传递的功率P与带传动中的有效拉力Fe有关。
由Fe＝Ff＝F1-F2可知，传递的功率P与带传动总摩擦力Ff有关。因此可得出：其他条件不变时，当初拉力F0一定时，总摩擦力Ff有一个极限值(或临界值)，这个总摩擦力Ff的极限值就是限制V带传动能力的因素。
2)欧拉公式的理论分析
V带在传动过程中，当V带有打滑趋势时，这时的摩擦力达到极限值，V带传递的有效拉力Fe达到最大值。这时，根据理论计算和推导，带的紧边拉力F1和松边拉力F2之间的关系可以用柔韧体摩擦的欧拉公式来表示，即：
F1＝F2efα (3)
式中：e——自然对数的底(e＝2.718…)；
f——摩擦系数(对于v带，用当量摩擦系数fv代替f)
α——带在带轮上的包角，rad。
3)实验验证原理
利用v带力学检测实验设备进行实验，可以记录四组数据，分别是初拉力F0，紧边拉力F1和松边拉力F2，以及带轮所受力矩T,它们之间的关系如下：
式中：dd1—主动带轮的基准直径；
Ff—传动带工作面上的总摩擦力；
Fe—带传动的有效拉力；
e—自然对数的底(e＝2.718…)；
f—摩擦系数(对于V带，用当量摩擦系数fv代替f)；
α—带在带轮上的包角，rad。
将实验得到的数据带入上面的公式中，可以验证欧拉公式的正确性，观察和感受松边带和紧边带拉力的差异，并验证带轮所受力矩与紧边拉力F1和松边拉力F2的关系。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种V带传动力测量实验装置，其特征在于：包括由松边测力传感器(2)、紧边测力传感器(9)和带轮摩擦力传感器(4)组成的传感器、实验台架(10)、通过连接线与传感器电性连接并固定在实验台架(10)上的显示器、固定在实验台架(10)上的传动装置、安装在传动装置输出端上的带轮(5)、安装在带轮(5)上的待测V带(3)，所述V带(3)一端穿过松边测力传感器(2)、另一端穿过紧边测力传感器(9)，该V带(3)的端部均通过调整螺栓(18)固定在V带(3)上，所述松边测力传感器(2)和紧边测力传感器(9)通过滑动装置(20)与小手轮(1)连接，所述传动装置的输入端通过连接杆(19)与大手轮(11)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种V带传动力测量实验装置，其特征在于：传动装置包括安装在连接杆(19)端部的WD蜗杆减速器(7)、蜗轮(6)以及与蜗轮(6)相啮合的蜗杆(8)，所述蜗杆(8)的一端通过滑动轴承(16)与带轮摩擦力传感器(4)相连接，另一端通过滑动轴承(16)与用于避免蜗杆减速器(7)在为蜗杆(8)传递动力时产生轴向力的磁力联轴器(17)的一端相连接，磁力联轴器(17)的另一端与WD蜗杆减速器(7)的输出端相连接，所述蜗轮(6)的输出轴上安装有带轮(5)。
3.根据权利要求1所述的一种V带传动力测量实验装置，其特征在于：显示器包括与松边测力传感器(2)电性连接的用于显示V带(3)松边拉力的松边测力显示器(14)、与紧边测力传感器(9)电性连接的用于显示V带(3)紧边拉力紧边测力显示器(13)以及与带轮摩擦力传感器(4)电性连接的用于显示带轮(5)与V带(3)之间摩擦力的带轮摩擦力显示器(12)。
4.根据权利要求1所述的一种V带传动力测量实验装置，其特征在于：滑动装置(20)包括用于固定松边测力传感器(2)和紧边测力传感器(9)的传感器连接板(20-1)、用于固定传感器连接板(20-1)的滑台连接板(20-2)以及与滑台连接板(20-2)滑动配合的滑台(20-3)；所述滑台上设有端部安装有小手轮的螺杆，所述滑台连接板底部设有与所述螺杆相配合的螺母。
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