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作者:陳友凡(2001-06-24),推薦:徐業良(2001-06-27)

V型皮帶傳動系統設計e-Advisor原理介紹及使用說明

V型皮帶傳動系統設計e-Advisor的建構,參考MottMachine Elements in Mechanical Design一書中提出的皮帶設計流程[Mott, 1992]。操作程序中使用者需要做兩個部份的輸入,第一個部份是輸入欲傳輸的馬力大小、減速比、輸入端的轉速以及皮帶運作時的線速度,輸入界面如圖1所示。其中皮帶的線速度可以讓使用者自由選擇是否要輸入,若不輸入則程式會使用預設的20m/s作為皮帶的線速度。使用者並必須選擇系統使用場合、驅動端形態、及每日工作時數,以依據表1估計其過負載係數(Service Factors),並由輸入馬力過負載係數計算其設計馬力。

1. 過負載係數之估計[Mott, 1992]

Driven machine type

Driver Type

AC Motors: Normal Torque

DC Motor: Shunt-wound

Engine: Multi Cylinder

AC Motors: High Torque

DC Motors: Series-wounded/ Compound-wounded

Engine: 4-Cylinder or less

<6 hr/ Day

6~15hr/ Day

>15hr/ Day

<6 hr/ Day

6~15hr/ Day

>15hr/ Day

Agitators, blowers, fans, centrifugal pumps, light conveyors.

1.0

1.1

1.2

1.1

1.2

1.3

Generators, machine tools, mixers, gravel conveyors

1.1

1.2

1.3

1.2

1.3

1.4

Bucket elevators, textile machines, hammer mills, heavy conveyors

1.2

1.3

1.4

1.3

1.4

1.5

Crushers, ball mills, hoists, rubber extruders

1.3

1.4

1.5

1.5

1.6

1.8

Any machine that can choke

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

*     Synchronous, split-phase, three-phase with starting torque or breakdown torque less than 250% of full-load torque.

Single-phase, three-phase with starting torque or breakdown torque larger than 250% of full-load torque.

1. 皮帶傳動系統設計e-Advisor第一部份操作界面

若有部份參數沒有輸入或者參數形態不正確時,程式便會出現參數輸入錯誤的畫面要求使用者修正,如圖2所示。若輸入的參數沒有錯誤,便會產生如圖3的輸出畫面,e-Advisor程式依據使用者輸入所要傳輸的馬力及操作的狀態,選出欲使用之V型皮帶截面規格(3V/5V/8V)及過負載係數,並輸出考慮過負荷係數後之設計馬力。接著利用使用者輸入的驅動轉速、減速比、以及皮帶運轉的線速度,計算出皮帶在操作時的轉速及產生此速度所需的驅動轉輪尺寸如下式

                                                                                                       (1)

其中vb為皮帶的線速度,n1為驅動輪的轉速。最後查表找出與此轉輪大小最相近的標準轉輪D1,以及能產生最接近設計減速比的標準被驅動輪D2,並計算出最終之減速比及實際皮帶速度。

2. 輸入不正確參數時的錯誤畫面

3. 第一部份所獲得的結果

第二部份使用者輸入一預估的中心距大小,在頁面上會利用在第一步中求出的驅動、被驅動輪大小,自動產生合理的中心距上、下限值告知使用者﹙如圖4AB所示﹚,同時程式會檢查使用者輸入的值是否符合皮帶傳動系統的設計規範,否則亦會有一錯誤畫面要求使用者更正。

4. 第二部份輸入畫面,AB為中心距的上、下限,C為蹦現式參數說明

使用者輸入預估中心距後,e-Advisor程式會先依此中心距利用式(2)計算所需的皮帶長度。一般而言皮帶的長度有固定的規格,因此必須找出最接近此皮帶長度的標準皮帶長度,再逆推回套用此標準皮帶長度時的中心距,將此中心距帶入式(3)便可得到皮帶在小皮帶輪上的包覆角。

                                                           (2)

                                                                         (3)

包覆角過小會造成皮帶運轉時所受的應力過大而縮短其使用壽命,因此若計算出來的包覆角小於120度時,程式會有一錯誤提示畫面,要求使者增加中心距以修正這個問題。若包覆角大於120度,e-Advisor程式則依據實際包覆角度由圖5查出包覆角修正係數,修正以「機械設計圖表便覽」中的計算式(式(4)~(6))得到的每條皮帶實際操作時的傳動馬力容量【小栗富士雄、小栗達男,1993】,再求出需要多少條皮帶來進行動力傳輸的工作:

                (4)

            (5)

                 (6)

其中Pr為皮帶的馬力傳輸容量(rated power),單位為PS為驅動輪﹙小輪﹚的節徑,單位為mmn為驅動輪的轉速,單位為rpmKr為皮帶的迴轉校正係數,其值為查表2所得,其中的「迴轉比」為大輪節徑與小輪節徑的比值。V型皮帶傳動系統設計e-Advisor最後結果輸出畫面如圖6

2. 皮帶的迴轉校正係數Kr

迴轉比

迴轉校正係數

3V

5V

8V

1.00~ 1.01

1.02 ~ 1.05

1.06 ~ 1.11

1.12 ~ 1.18

1.19 ~ 1.26

1.27 ~ 1.38

1.39 ~ 1.57

1.58 ~ 1.94

1.95 ~ 3.38

3.39以上

*

5. 包覆角修正參數[Mott, 1992]

6. 最終輸出結果﹙部份﹚

參考資料

Mott, R. L., Machine Elements in Mechanical Design, 2nd ed., Merrill Inc., 1992.

小栗富士雄、小栗達男,黃癸森譯,機械設計圖表便覽,第三版,眾文圖書公司,1993