1、第三章張力計算及驅動原理精品文檔收集于網絡，如有侵權請聯系管理員刪除第3章張力計算及驅動原理張 力輸送機牽引構件內的拉緊力。主要包括：1）張緊裝置形成的初張力（予張力）；2）克服各種阻力所需的張力；3）由動載荷所形成的張力。靜張力包括初張力和克服阻力所需張力，包括 1）和2）；動張力由于動載荷所形成的張力。張力計算的目的是確定輸送機牽引構件的最小張力和最大張力，以便選擇強度合適 的牽引構件。另一目的是確定驅動裝置傳遞的圓周力，最終確定電機的功率。為進行張力計算首先進行阻力計算：3.1阻力計算牽引構件的運動阻力可分為三類：1）直線區段阻力；2）曲線區段阻力；3）局部附加阻力3.1.1直線區段阻力

2、現考慮某一輸送機（圖3-1）。斜長為L（機長），m;傾角為，向上輸送，牽引件圖3-1直線段阻力速度為v;線載荷為q , N/m,取一段La研究（對帶式輸送機有）：q q物 q帶 q式中q轉動部件線載荷；牽引構件受力：物料正壓力：qLaCOS ；物料自重分力：qLaS in ；1、向上運動此時，阻力向下。有：9 Sb ( qLa cosqLas in )2、向下運動此時，阻力向上。有：Sb Sa ( Laq COsqLas in )牽引構件沿支承裝置運動時的阻力： qLaCOS由上面兩式知：牽引構件沿運動方向內任一點的張力等于后一點張力與該兩點間區 段上的阻力之和。因此，ab兩端的張力之差，就表

3、示該區段的運動阻力：向上：WaSaSbLaq(cossin )q( L H )向下：WaSbSaLaq(cossin )q( L H)直線段張力計算：Sj Si 1 W運行阻力：Wa q( L H)單位長度上阻力:PaLaq( cossin )a、線載荷q的討論:q分為有載分支和無載分支。有載：q q q 物 q式中qo 輸送機牽引構件線載荷；q物物料線載荷；q輸送機有載分支運動部分線載荷；無載：q qo qq “ 輸送機無載分支運動部分線載荷；b、運行阻力系數滾輪道軌時圖3-3滾動摩擦阻力與牽引構件和支承的結構形式有關、與運行情況有關。分三種情況討論：1）滑動：牽引件直接在導軌上滑動，此時=

4、f式中f滑動摩擦系數。2）滾動（如滾子鏈作牽引件）（圖3-3）Co2kD裝在牽引件上的滾輪沿導軌滾動時，克服下列阻力: 1）滾輪軸頸處摩擦阻力；2）滾輪與導軌的摩擦阻力摩擦力矩：E kN礙N（k 1）式中軸頸處滑動摩擦系數， =0.50.6 mm ;k 滾動摩擦系數。克服摩擦力矩所需圓周力:力矩平衡：F D Mf F 2Mf 2 (k2D D2k dD故有:?)N考慮到輪緣端面歪斜和安裝不Jill皿川川川唄III匕準，加一修正系數Co:亠Co圖3-4在滾柱上運行1.2 1.3骨動軸承1.5 1.8滾動軸承3）在固定支承的滾柱（托輥）上運行）（圖3-4） 目前，輸送機械日益向高速方向發展，為適應

5、這一發展趨勢，國內外對牽引構件（輸送帶）在固定滾輪（托輥）上運行的阻力作了大量的理論和實驗研究，研究結果表明固定滾托輥運行阻物料碰撞阻主要阻I-一L力力附加阻 物料與帶在加料處阻 特種阻力乜側托輥前傾阻力 提升阻力（自重的分力產輪上的運行阻力包括:運行阻力系數考慮了其主要阻力:0.0150.035平 托輥0.0150.04 槽托輥其它阻力可單獨計算。3.1.2曲線段阻力為改變輸送機牽引構件的運動方向，需要改向裝置。改向裝置常用的有滾筒，滑輪，鏈輪等。 牽引構件繞過這些改向裝置時由直線段變為曲線段，在曲線段上有阻力產生。另外繞過曲線導軌時也 有阻力產生。1、考慮牽引件繞過改向滾筒 （鏈輪）時的阻

6、力阻力包括兩部分:僵性阻力。軸承摩擦阻力；牽引件1）軸承摩阻Po克服支承面上的摩擦,折算到圓周上的力Pon為:Po= N（力矩平衡:DNd )2 2Po -式中:正壓力，不計輪重時,圖3-5繞過滾筒或鏈輪的阻2Ssin -2軸徑與輪徑之比，d =0.10.15 。 D0.10 0.15（滑動）摩擦系數，、亠0.020.03（滾動）所以有:Pod .2S sin D 22）僵性阻力Po”PoS式中僵性阻力系數;1）牽引構件為鏈條時:2 1D其中1 鏈條關節摩擦系數;關節直徑與輪徑之比D2）牽引構件為輸送帶時：其中 輸送帶厚度;D 輪徑3）牽引構件為鋼絲繩時:其中d 鋼絲繩直徑;D 滑輪直徑克服上

7、述兩種阻力所需圓周力:1.23 d6/5dP0P0P0S（2 Dsin2） S式中曲線區段阻力系數，=0.020.08圖3-6在曲線道軌上結論：牽引構件繞過曲線段時，由于摩擦和僵性而產生阻力，為克服這些阻力，有:SSc 1稱為張力增大系數。通式：注意：要區別曲線段阻力系數 與張力增大系數c2、在曲線導軌上的阻力計算公式：S cSi 1（1 ）S 1滑動： TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document S S 店fcef, ef1II 1滾動：SI SI 1e c ee 1托輥上運行：Si Si 1e（0.01）3.2牽引構件張力

8、計算3.2.1逐點張力法前面我們已討論了直線段和曲線段阻力的計算，并得到公式：S S1 w和S CS1。現在來計算牽引構件的張力。如圖 3-7所示尺寸及各直段阻力。 情況I :驅動裝置在頭部（圖3-7）1）由線路布置確定各段尺寸，L1、L2、L3、L4 ；有載、無載分支線載荷q，qo、各 段阻力系數、張力增大系數c ；2）確定特征點1，2，3，4，5，6，7，8 （初始點選驅動輪繞出點）；3）阻力公式：W q（L H）4）張力公式：Si S 1 WS| cS 1然后按次序依次計算, 這種方法稱為逐點張力法。從第1點開始，設Si已知S2535455565758W1 S1S3 W2S5W3C67

9、S6S7W4將上述各式依次代入后有:S8G37C45C23WC67 C45W2C67W3眼二4r十一一応E11HLqLJ圖3-7頭部驅動情況II :驅動裝置在尾部（圖3-8）不能按上述順序計算。因在4,5間是驅動滾筒，不再有關系：S5 cS4。重新選定特征點：設Si已知,S2S8的計算式與前面的相 同，但最終的計算結果卻不同。*注意：用逐點張力法計算L?圖3-8尾部驅動時，不能經過驅動裝置在式：S8C67C45C23WiC67C45C23IC67C452C57W3中，為簡化計算取c 3 C67C45C23 （平均值）。則：S8 c3（W1 S1） c2W2 cW3 W4S8繞入驅動輪的點的張力

10、，用 S入表示;Si 繞入驅動輪的點的張力，用 S出表示。所以有：S入 c3（W1 S出） c2W2 CW3 W4傳遞的圓周力為：P S入S出將S入代入，有:P (c3 1)S出 c訕 c2W2 cW3 W4n般公式:式中ncW 1 inP (cn1)S出cWn 1 i改向裝置數目（改向次數）i 03.2.2最小張力1、最小張力的作用 為了防止牽引構件產生太大的垂度，保證驅動裝置正常工作及工作構件工作時的穩定性，故需要保證牽引構件上的最小張力不小于某一允許值所以，多數情況下,最小張力是已知的,因此在進行牽引構件張力計算時，通常是從最小張力點開始2、概念最小張力最小靜張仁 最小工作張力最小靜張力

11、輸送機安裝完畢后牽引構件承所受的予張力（靜止狀態下）。在輸送機整個線路上各點予張力相等。圖3-9兩支承間牽引構件下垂幾乎不影響垂度，所以忽略。對鏈式輸送機：100 200kg(L50m)S靜min200 300kg(50 L 100m)300 500kg(L100 m)對帶式輸送機：S出 W其中：S入e S出S出入e最小工作張力保證輸送機正常運轉時，牽引構件中的最小張力3、最小工作張力的確定(a)按兩支承間牽引構件的最小垂度確定如圖3-9所示傾斜帶式輸送機，兩托輥支承間一段牽引構件(輸送帶):托輥間距為I，其上載荷均布：q q物q帶，張力Sa和Sb拉緊懸垂段A-B，因垂度很小，為簡化計算認為載

12、荷 均布在直線段AB上，而不是在曲線 上。將 q分解為 qsin 和qcos 。因qsin作用方向平行于運行方向,精品文檔匚O口sincos圖 3-10dxcyxymaxmax對散狀物料(b)按驅動裝置正常工作條件來確定收集于網絡，如有侵權請聯系管理員刪除取OC段分析，由平衡條件有現考慮qcos的影響，根據載荷的均勻性，可以確定懸垂曲線在坐標軸 0Y兩邊是對-xqcosSmin0時y 0SySx位置在x=0處，數值上在x消去ScSc sinxq cosS)cosSminfmax 0.025l故得帶的最小工作張力應滿足Smin5ql cos2qx cos2Smin-時垂度最大為2ql2cos8

13、Smintg尋xq cosSmin稱的(如圖3-10)。Smin期 cos8 f maxdy尹cos dxmin2x qcos minc 0精品文檔收集于網絡，如有侵權請聯系管理員刪除以摩擦驅動為例(圖3-11 )，要保證傳動滾筒不打滑，應滿足歐拉公式：S入e S出臨界狀態為:式中牽引構件與傳動滾筒間摩擦系數;圍包角，rad傳遞的圓周力:PS入 S出(e1)S出S出 eP1(c)鏈式輸送機以刮板輸送機為例,取一個鏈節為分離體研究。對0點取矩:Mo 0，有:an；n + P圖3-12鏈節受力SminSin(Smin2P)2sinPh cosPh簡化后得：SminttgP水平區段的阻力,P (q物

14、qo)l式中q物物料線載，N/m；q。牽引構件及相連的運動部件的線載，N/m；刮板沿槽底的滑動摩擦系數;刮板沿槽底的滑動摩擦系數;l兩相鄰刮板的間距。通常，刮板高度h、鏈條節距t為已知，為保證刮板的工作穩定性，一般取2 3 o3.2.3張力圖解法圖3-13張力圖解的線路布置圖張力圖解的特點：使輸送機牽引構件的張力一 目了然，特別是對復雜線路的輸送機更是如此。但準 確度較差。另外，圖解法還可選擇驅動裝置的有利位 置。51525354S出 S cS2S3W1W2式中:wq(LhH)qL(cossin )W25(LhH)q1L(cossin )逐點張力計算：q牽引構件單位長度重量，N/mqi q q

15、q物料線載荷，N/m有載分支阻力系數；無載分支阻力系數。圖3-14張力圖解建立坐標系如圖3-14。橫軸為長度，縱軸 為力。直線段阻力呈線性變化，故直接連線。在 圖3-14中，圓周力P S43、張緊力（予張力）G S2 S3、最大工作張力為S4、tg 0 qo（ cos sin ）、 tg 1 q-i （ cos sin ）。以上作圖是假定各點張力為已知，實際上往往已知下列條件：a）輪廓尺寸、b）某點張力、c）直線段單位長度阻力、d）張力增大系數。由這些條件來作圖。方法步驟：1）選疋比例，劃橫軸輸送機輪廓尺寸；2）選定比例，作某一已知張力點（如最小張力點）;3）由已知點連接相關的正切斜線；4）連

16、成折線。3-15（水平布置）圖 3-15例：某一輸送機的線路布置及輪廓尺寸如圖已知：W1=150 N，W2 =800 N，c=1.04，=0.3，=180 ,q=78 N/m ，1=1.2 m。求:用圖解法確定張力；2）校核最小；3）求予張 力。解：1）設S1已知，S1 150cS1.04（0150） S3 W1 1.04S1 956由不打滑臨界條件：S4 Se2.53S1聯立求得：3485N,S2635N,S3660N,S41460.7N2）作圖（圖3-16）圖 3-16Smin (45)ql374.4 468.0S1為最小工作張力S1485 SminS3為最小工作張力S3660 Smin所

17、以合格。G S2 S31295N若先選定再求S1和S4，則用不打滑條件校核。解：1)設S1已知，S1 150Ss cS1.04(0150)S4 S3 W 1.04S1 956由不打滑臨界條件：S4 Sie2.53Si聯立求得：Si 485N,S2635N,S3660N,S 1460.7N2）作圖（圖3-16）圖 3-16Smin (45)ql374.4 468.0Si為最小工作張力Si 485 SminS3為最小工作張力S3660 Smin所以合格。G S2 Ss 1295N若先選定G再求S1和S4，則用不打滑條件校核。3.3驅動裝置有利位置的選擇及驅動功率計算前面我們已學習了用解析法求輸送機

18、各點的張力、確定最小張力及，張力圖解法。本節我們由 張力圖解合理選擇驅動裝置的位置以及驅動功率的計算。3.3.1驅動裝置有利位置的選擇在設計輸送機時，應使牽引構件的最大張力為最小。其目的是使牽引構件的尺寸、重量和價格 減小；直段和曲段運動阻力減小；能耗降低；牽引構件和改向裝置的摩損降低。原則是有載分支牽引構件的最小張力不小于最小允用張力。由張力圖解可選擇驅動裝置最有利的位置。設想將驅動裝置設置在下滾筒處（如圖3-17），為使輸送 機能正常工作，有載區段的最小張力不應小于最小許 用張力Smin，故S3保持不變。由S3開始作張力圖（圖3-18）。SmaxS4G S2S3圖3-17驅動裝置位置確定原

19、最大張力為：現最大張力為： SmaxS2GS4S1比較兩種驅動裝置的位置可見，驅動裝置 在頭部時牽引構件內的最大張力較小，張緊重錘重 量也小的多。而驅動裝置在尾部時牽引構件內的最 大張力較大，且張緊重錘重量也大的多。結論：驅動裝置應放在卸料處，傾斜布置的輸送機放在頭部更有利。以上是簡單線路的輸送機，實際上用 解析法也可計算出不同位置時的張力情況，圖3-18不同驅動裝置位置時的最大張力而對復雜線路的輸送機，用圖解法就一目了然，減輕了計算工作3.3.2驅動功率的確定驅動裝置位置已選定，牽引力已確定，輸送機工作速度V已定后即可計算驅動（電機）功率N。驅動滾筒（鏈輪）的軸功率N。：0 S出）VPv10

20、001000kw電機功率:N kN0 k（S入 S出）V k PV kw1000 1000式中k功率備用系數；傳動效率，查有關手冊3.4摩擦驅動前面我們已學習了撓性牽引構件輸送機閉合輪廓上各點阻力、張力計算，張力圖解，牽引力（圓周力）和功率的計算。本節將討論在驅動輪上牽引力是如何傳遞的。3.4.1摩擦驅動的應用情況摩擦驅動驅動滾筒靠摩擦力將圓周力傳遞給輸送帶、鋼絲繩或焊接鏈。牽引構件不打滑的條件：牽引構件有足夠的張力；接觸表面有一定的粗糙度;足夠大的圍包角。應用：無極帶用于帶式輸送機和斗式提升機；無極焊接鏈用于低速斗提機。3.4.3單滾筒驅動所示:P S 入S出在公式S入e S出中，當S入e

21、S出時，包角已全部利用。而實際情況是e S出。因為 不變，故包角 未被充分利用，因此引出利用弧和靜止弧的概念。從滾筒的繞出點考慮。如圖3-20N 利用弧,S入S出兩邊取對數后有：In S入In S出N極坐標表示利用弧和靜止弧的張力圖圖3-20利用弧與靜止弧解如圖3-21342摩擦驅動理論歐拉公式:符號說明同前。傳遞的圓周力:在靜止弧段內不傳遞圓周力，張力不發生變化。它是圓 周力的一種儲備。某種意義上也可理解為安全系數。如果靜止 弧消失，則圍包角全部被用來傳遞動力（如帶式輸送機啟動時） 此時，S入S出 e達到極限，超出此值就要發生打滑。牽引件的伸長情況：在利用弧段，牽引件與滾筒間有相對滑動；在靜

22、止弧段 牽引件與滾筒間無相對滑動。圖3-21圓周力傳遞圖3-22雙滾筒驅動入344雙滾筒驅動可以認為雙滾筒驅動是單滾筒驅動包角的繼續增大而形成的，即當i和2全部利用時:S入e 1 1Sze 2 2SZS出S出若 1 2，則 S出 e e TOC o 1-5 h z 若不存在靜止弧(包角全部利用)，第一滾筒傳遞的圓周力P i，第二滾筒傳遞P2 , 則理論上可達到的兩滾筒的最高傳遞圓周力之比i為：RS入SzSz(e 1 11)S出e 2 2(e 1 11)P2SzS出S出 (e 2 21)Pe 1 1 1i P1 - e221 (兩滾筒傳遞的圓周力之比)P2e 2 2 1RF2 S入S出S出(e1

23、 1 2 21)實際情況中：1 212 2P12i e 2P2PS出(e1)若=180 ，=0.25，貝U e 22.19 2.2。因為e 21，所以理論上第一滾筒應是傳力的主要部分。如果有靜止弧，則第二滾筒的包角2首先全部應用，第一滾筒上有靜止弧。可見：雙滾筒驅動中兩滾筒傳遞的功率并不相等 .。3.5嚙合驅動3.5.1概述嚙合驅動驅動鏈輪上的輪齒與鏈節嚙合將圓周力傳遞給鏈條。多用于鏈式輸送機中。由鏈條受的最大張力來確定鏈條的尺寸，而計算鏈條的強度時，必須考慮動載荷的 影響。動載荷產生的原因：輸送機啟動和制動時牽引構件的加速和減速；輸送機穩定工作時速度的變化。3.5.2鏈條運動學牽引鏈條繞入和

24、繞出鏈輪時的速度加速度變化規律。在機械振動中有公式：x(t) Asin( t )式中A 振幅；相位角。借助于這一公式，在這里 A為鏈輪半徑R，所以有：牽引鏈條速度：x v R cos( t )牽引鏈條加速度：x a R 2aiR sin( -) R sin()zz sin( t )開始嚙合的時刻t = 0。如圖3-23(c)所示，設z為鏈輪的齒數，則每個鏈節的角度為 ，而半個鏈節的z相位角為，牽引鏈條剛嚙合上鏈輪時的相位角為初始相位角，所以有：zzv R cos( t )z2a R cos( t )z鏈節在剛繞上鏈輪的位置Ai，t = 0,有：vi R cos( ) R cos()zz在位置A2,t ，或 tz，有: zv2 R a2 0示。在位置A3,a32-，有: zR cos(-)z2 .R sin z速度、加速度變化曲線如圖3-23（a）、（b）所角速度 與鏈條平均速度v平的關系:鏈輪每轉動一個鏈齒（轉角2 ）的時間為zrK.H II、Q(b)21，平移一個鏈節所需時間為z圖3-23牽引鏈條的速度和加速度的慣性力ma同樣程度地被SA和S