机械传动系统设计实例 

机械传动系统设计实例

设计题目：V带——单级斜齿圆柱齿轮传动设计。

某带式输送机的驱动卷筒采用如图14-5所示的传动方案。已知输送物料为原煤，输送机室内工作，单向输送、运转平稳。两班制工作，每年工作300天，使用期限8年，大修期3年。环境有灰尘，电源为三相交流，电压380V。驱动卷筒直径350mm，卷筒效率0.96。输送带拉力5kN，速度2.5m/s，速度允差±5%。传动尺寸无严格限制，中小批量生产。

该带式输送机传动系统的设计计算如下：

一、电动机选择 1． 电动机类型选择 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。 2． 电动机容量选择 工作机所需工作功率P工作=FV=5×2.5 =12.5 kW， 所需电动机输出功率为Pd=P工作/η总 电动机至输送带的传动总效率为：η总=ηV带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒 查表16—3取带传动和齿轮传动的传动效率分别为0.96和0.97，取联轴器效率0.99，参照式（16—3）取轴承效率0.99，可求得η总=0.96×0.992×0.97×0.99×0.96=0.867， 故所需电动机输出功率Pd=P工作/η总=12.5/0.867=14.41 kW。 3． 确定电动机转速 卷筒轴工作转速为nw=60×1000V/(πD) =60×1000×2.5/(π×350) ≈136.4 r/min， 按表[16-1]推荐的传动比合理范围，iV=2～4， i齿轮=3～7，故i总=6～28， 故电动机转速的可选范围为：nd= nw×i总=（6～28）×136.4=818.4～3819.2 r/min。 根据容量和转速要求，从有关手册或资料选定电动机型号为Y180L-6，其额定功率

15kW，同步转速1000r/min，满载转速970 r/min。 二、传动系统总传动比计算与分配 1． 总传动比计算 根据电动机满载转速和工作机主动转速求总传动比：i总=n电动机/nw=970/136.4=7.11。 2． 总传动比分配 为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取iV=2.1，则斜齿轮传动比i齿轮=7.11/2.1=3.386。 三、传动系统的运动和动力参数计算 1． 各轴输入转速 nⅠ=n电机/iV带=970/2.1=462 r/min， nⅡ=n电机/i总=970/7.11≈136.4 r/min。 2． 各轴输入功率 PⅠ=Ped*ηV带=15×0.96=14.4 kW， PⅡ=PⅠ×η轴承×η齿轮=14.4×0.99×0.97=13.83 kW。 3．各轴输入转矩 TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ=9.55×106×14.4/462=297.66×103 N·mm， TⅡ=9.55×106PⅡ/nⅡ=9.55×106×13.83/136.4=968.3971.15×103 N·mm。 *注：此处以额定功率为依据，可保证系统在电动机最大输出情况下的工作能力。有些教材以计算所得的实际输出功率为依据，则保证的是系统在目前工作机环境中的工作能力。 四、带传动设计计算 见例9-1。见下 设计后带传动实际传动比iV带=425/200=2.125>2.1，使轴Ⅰ转速nⅠ略有降低，误差小于5%。若保持斜齿轮传动比i齿轮=3.386，则输送带速度下降幅度在允许范围内；也可在保证总传动比不变的前提下重新分配传动比，则输送带速度满足2.5m/s。本章采用设计后所得到的带传动的实际传动比：iV=2.125，修正斜齿轮传动比i齿轮=7.11/2.125=3.35，此时，重新计算轴Ⅰ的输入转速和转矩（其他参数不变）： nⅠ=n电机/iV带=970/2.125=456.5r/min， TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ=9.55×106×14.4/456.5=301.25×103 N·mm。 五、斜齿轮传动设计计算 见例6-3。见下 六、轴的设计计算 低速轴设计计算见例14-1。见下 七、滚动轴承的校核计算 从例14-1的轴系受力分析知，低速轴两轴承处的合成（水平和垂直两平面）径向支反力分别为： 22FrA?FHA?FVA?4658.72?251.22?4665.5 N，

22FrB?FHB?FVB?4658.72?3759.22?5986.2 N， 两处径向支反力方向不同，不在同一平面内。 低速轴滚动轴承设计计算见例12-3[例题中只涉及到力的数值计算]。 见下 八、平键连接的选择和计算 大齿轮与轴的键连接设计计算见例11—2。见下 九、联轴器的选择计算 见例15-1。见下 十、箱体及其附件设计计算

例9-1试设计某带式输送机传动系统的V带传动，已知三相异步电动机的额定功率Ped=15 KW, 转速nⅠ=970 r/min，传动比i=2.1，两班制工作。 [解] （1） 选择普通V带型号

由表9-5查得KA=1.2 ，由式 (9-10) 得Pc=KAPed =1.2×15=18 KW，由图9-7 选用B型V带。

（2）确定带轮基准直径d1和d2

由表9-2取d1=200mm, 由式 (9-6)得

d2?n1d1(1??)/n2?id1(1??)?2.1?200??1?0.02??411.6 mm，

由表9-2取d2=425mm。 （3）验算带速

由式 (9-12)得

v?n1d1π970?200?π??10.16 m/s，

1000?601000?60介于5～25 m/s范围内，合适。 （4）确定带长和中心距a

由式(9-13)得

0.7(d1?d2)?a0?2(d1?d2)，

0.7(200?425)?a0?2(200?425)， 所以有437.5?a0?1250。初定中心距a0=800 mm， 由式(9-14)得带长

L?2a??(d?d)?(d2?d1)， 001224a0(425?200)2?2?800?(200?425)??2597.6mm。

24?8002?由表9-2选用Ld=2500 mm，由式(9-15)得实际中心距 a?a0?(Ld?L0)/2?800?(2500?2597.6)/2?751.2mm。 （5）验算小带轮上的包角?1 由式(9-16)得

?1?1800?d2?d1?57.30

a ?1800?425?200?57.30?162.840?1200, 合适。

751.2（6）确定带的根数z

由式(9-17)得 z?Pc，

(P0??P0)KlKα由表9-4查得P0 = 3.77kW,由表9-6查得ΔP0 =0.3kW;由表9-7查得Ka=0.96; 由表9-2查得KL=1.03，

z?18?4.47，

(3.77?0.3)?0.96?1.03取5根。

（7）计算轴上的压力F0

由表9-1查得q=0.17kg/m,故由式(9-18)得初拉力F0 F0?500Pc2.5(?1)?qv2 zvKα ?500?18(2.5?1)?0.17?10.162?301.75 N，

5?10.160.96由式（9-19）得作用在轴上的压力FQ

162.840FQ?2zF0sin?2?5?301.75?sin?2983.73 N。

22?1（8）带轮结构设计及绘制零件图（略）

设计后带传动实际传动比iV带=425/200=2.125>2.1，使轴Ⅰ转速nⅠ略有降低，误差小于5%。若保持斜齿轮传动比i齿轮=3.386，则输送带速度下降幅度在允许范围内；也可在保证

总传动比不变的前提下重新分配传动比，则输送带速度满足2.5m/s。本章采用后者：iV=2.125，斜齿轮传动比i齿轮=7.11/2.125=3.35，此时，重新计算轴Ⅰ的输入转速和转矩（其他参数不变）：

nⅠ=n电机/iV带=970/2.125=456.5r/min，

TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ=9.55×106×14.4/456.5=301.25×103 N·mm。 例6-3 试设计某带式输送机单级减速器的斜齿轮传动。已知输入功率P＝14.4KW，小齿轮转速n1=456.5r/min，传动比i =3.35, 两班制每年工作300天，工作寿命8年。带式输送机运转平稳，单向输送。

[解]（1）选定齿轮材料、热处理方式、精度等级

据题意，选闭式斜齿圆柱齿轮传动。此减速器的功率较大，大、小齿轮均选硬齿面，齿轮材料均选用20Cr，渗碳淬火，齿面硬度为56～62HRC。齿轮精度初选7级。

（2） 初步选取主要参数

取z1=20，z2=iz1=3.35×20=67， 取ψa＝0.4，则ψd=0.5(i+1)ψa=0.5×(3.4+1)×0.4=0.88，符合表6-9范围。

（3） 初选螺旋角β=12°。

（4） 按轮齿齿根弯曲疲劳强度设计计算 按式（6-34）计算法面模数 mn?32KT1cos2?YFSYεYβ, 2?dz1[?F] 确定公式内各参数计算值：

①载荷系数K 查表6-6，取KＡ=1.2；

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