题目
单根 V 带所能传递的最大功率[1] P = 5 mathrm(kW) ,已知主动带轮的基准直径[2] d_(1) = 140 mathrm(mm) ,主动带轮转速 n_(1) = 1460 mathrm(r/min) ,主动带轮上的包角 alpha_(1) = 140^circ ,带与带轮间的当量摩擦系数 mu = 0.5 。1) 求带速[3] v ,最大有效圆周力 F_(e) ,紧边拉力 F_(1) ;2) 在带传动中,影响传递的最大有效圆周力的因素有哪些?(答出两种因素即可,并作简要分析)。
单根 V 带所能传递的最大功率[1] $ P = 5 \mathrm{kW} $,已知主动带轮的基准直径[2] $ d_{1} = 140 \mathrm{mm} $,主动带轮转速 $ n_{1} = 1460 \mathrm{r/min} $,主动带轮上的包角 $ \alpha_{1} = 140^{\circ} $,带与带轮间的当量摩擦系数 $ \mu = 0.5 $。
1) 求带速[3] $ v $,最大有效圆周力 $ F_{e} $,紧边拉力 $ F_{1} $;
2) 在带传动中,影响传递的最大有效圆周力的因素有哪些?(答出两种因素即可,并作简要分析)。
题目解答
答案
1. 带速计算:
\[
v = \frac{\pi d_{d1} n_1}{60 \times 1000} = \frac{3.1416 \times 140 \times 1460}{60000} \approx 10.7 \, \text{m/s}
\]
最大有效圆周力:
\[
F_e = \frac{P}{v} = \frac{5000}{10.7} \approx 467 \, \text{N}
\]
紧边拉力:
\[
F_f = \frac{F_e}{1 - e^{-\mu \alpha_1}} = \frac{467}{1 - e^{-0.5 \times 2.443}} \approx 668 \, \text{N}
\]
2. 影响 $ F_e $ 的因素:
- 初拉力 $ F_0 $:$ F_0 $ 增大,$ F_e $ 增大。
- 包角 $ \alpha_1 $:$ \alpha_1 $ 增大,$ F_e $ 增大。
- 当量摩擦系数 $ \mu $:$ \mu $ 增大,$ F_e $ 增大。
(任答两点即可。)
答案:
1) $ v \approx 10.7 \, \text{m/s} $,$ F_e \approx 467 \, \text{N} $,$ F_f \approx 668 \, \text{N} $。
2) 影响因素:初拉力 $ F_0 $、包角 $ \alpha_1 $、当量摩擦系数 $ \mu $(任答两点即可)。
解析
本题主要考查带传动的相关知识,包括带速、最大有效圆周力和紧边拉力的计算,以及影响传递最大有效圆周力因素的分析。解题思路如下:
- 计算带速 $v$:
- 根据带速的计算公式 $v = \frac{\pi d_{d1} n_1}{60 \times 1000}$,其中 $d_{d1}$ 是主动带轮的基准直径,$n_1$ 是主动带轮转速。
- 已知 $d_{d1} = 140 \mathrm{mm}=0.14\mathrm{m}$,$n_1 = 1460 \mathrm{r/min}$,将其代入公式可得:
$\begin{align*} v&=\frac{\pi d_{d1} n_1}{60 \times 1000}\\ &=\frac{3.1416\times0.14\times1460}{60\times1000}\\ &=\frac{3.1416\times140\times1460}{60000}\\ &\approx 10.7 \, \text{m/s} \end{align*}$
- 计算最大有效圆周力 $F_e$:
- 根据功率、带速和有效圆周力的关系 $P = F_e v$,可得 $F_e = \frac{P}{v}$,其中 $P$ 是单根 V 带所能传递的最大功率。
- 已知 $P = 5 \mathrm{kW}=5000\mathrm{W}$,$v\approx 10.7 \, \text{m/s}$,将其代入公式可得:
$F_e = \frac{P}{v} = \frac{5000}{10.7} \approx 467 \, \text{N}$
- 计算紧边拉力 $F_1$:
- 首先将包角 $\alpha_{1} = 140^{\circ}$ 转化为弧度制,因为 $1^{\circ}=\frac{\pi}{180}$ 弧度,所以 $\alpha_{1}=140\times\frac{\pi}{180}\approx2.443$ 弧度。
- 根据紧边拉力和有效圆周力的关系 $F_e = F_1 - F_2$,以及带传动的欧拉公式 $F_1/F_2 = e^{\mu \alpha_1}$(其中 $F_2$ 是松边拉力,$\mu$ 是带与带轮间的当量摩擦系数),可得 $F_e = F_1 - \frac{F_1}{e^{\mu \alpha_1}} = F_1(1 - \frac{1}{e^{\mu \alpha_1}})$,则 $F_1 = \frac{F_e}{1 - e^{-\mu \alpha_1}}$。
- 已知 $F_e\approx 467 \, \text{N}$,$\mu = 0.5$,$\alpha_{1}\approx2.443$ 弧度,将其代入公式可得:
$F_1 = \frac{F_e}{1 - e^{-\mu \alpha_1}} = \frac{467}{1 - e^{-0.5 \times 2.443}} \approx 668 \, \text{N}$
- 分析影响传递的最大有效圆周力的因素:
- 初拉力 $F_0$:初拉力 $F_0$ 增大,带与带轮之间的正压力增大,从而使摩擦力增大,能传递的最大有效圆周力 $F_e$ 也增大。
- 包角 $\alpha_1$:包角 $\alpha_1$ 增大,带与带轮之间的接触弧长增加,摩擦力的总和增大,能传递的最大有效圆周力 $F_e$ 增大。
- 当量摩擦系数 $\mu$:当量摩擦系数 $\mu$ 增大,带与带轮之间的摩擦力增大,能传递的最大有效圆周力 $F_e$ 增大。