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1、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
2、功率 P 工作 =FV=52.5 =12.5 kW，所需电动机输出功率为 Pd=P 工作 / 总电动机至输送带的传动总效率为： 总 = V 带 2 轴承 齿轮 联轴器 滚筒查表 163 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（163）取轴承效率 0.99，可求得 总=0.960.9920.970.990.96=0.867，故所需电动机输出功率 Pd=P 工作 / 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=601000V/(D)=6010002.5/(350)136.4 r/min，按表16-1 推
3、荐的传动比合理范围，i V=24， i 齿轮 =37，故 i 总 =628，故电动机转速的可选范围为：n d= nwi 总 =（628）136.4=818.43819.2 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
4、=3.386。三、传动系统的运动和动力参数计算1 各轴输入转速n =n 电机 /iV 带 =970/2.1=462 r/min，n =n 电机 /i 总 =970/7.11136.4 r/min。2 各轴输入功率P =Ped* V 带 =150.96=14.4 kW，P =P 轴承 齿轮 =14.40.990.97=13.83 kW。3各轴输入转矩T =9.55106P /n =9.5510614.4/462=297.66103 Nmm，T =9.55106P /n =9.5510613.83/136.4=968.3971.15103 Nmm。*注：此处以额定功率为依据，可保证系统在电动机最大
5、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=2.1252.1，使轴转速 n 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：i V=2.125，修正斜齿轮传动比 i 齿轮 =7.11/2.125=3.35，此时，重新计算轴的输入转速和转矩（其他参数不变）：n =n 电机 /
6、iV 带 =970/2.125=456.5r/min，T =9.55106P /n =9.5510614.4/456.5=301.25103 Nmm。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：N，222rAHVA4658.71.465.FN，rBB.39.8.两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 112。见下
7、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 n =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 =1.215=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mm，6.4102.1.2)(/)(122 in由表 9-2 取 d2=425mm。（3）验算带速
8、由式 (9-12)得m/s，197021.66nv介于 525 m/s 范围内，合适。（4）确定带长和中心距 a 由式(9-13) 得，)(2)(7.0101dd，454所以有 。初定中心距 a0=800 mm，53a由式(9-14) 得带长，021210)()(dLmm。2452897.68由表 9-2 选用 Ld=2500 mm，由式 (9-15)得实际中心距mm。.51/).0(/)(00 a（5）验算小带轮上的包角 1由式(9-16) 得012013.578ad合适。0468412,.（6）确定带的根数 z由式(9-17) 得 ，0l()cPzK由表 9-4 查得 P0 = 3.77k
9、W,由表 9-6 查得 P0 =0.3kW;由表 9-7 查得 Ka=0.96; 由表 9-2查得 KL=1.03，47.3196.0)7.3(8z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 F02c052.(1)PqvzvKN，75.3016.96.82由式（9-19）得作用在轴上的压 力 FQN。01Q0 .842sin25.sin93.2Fz（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=2.1252.1，使轴转速 n 略有降低，误差小于 5%。若保持斜齿轮传动比 i 齿轮 =3.38
10、6，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，重新计算轴的输入转速和转矩（其他参数不变）：n =n 电机 /iV 带 =970/2.125=456.5r/min，T =9.55106P /n =9.5510614.4/456.5=301.25103 Nmm。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 P14.4KW，小齿轮转速 n1=456.5r/min，传动比 i =3.35, 两班制每年工作 300 天
11、，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 5662HRC。齿轮精度初选 7 级。（2） 初步选取主要参数取 z1=20，z 2=iz1=3.3520=67，取 a0.4，则 d=0.5(i+1)a=0.5(3.4+1)0.4=0.88，符合表 6-9 范围。（3） 初选螺旋角 =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 213nFSdcos,KTmYz确定公式内各参数计算值：载荷系数 K 查表
12、 6-6，取 K =1.2；小齿轮的名义转矩 T1Nmm；6631 14.9.509.500.251PTn复合齿形系数 YFS 由 ，133.7cosvz，261.59v查图 6-21 得， , ；FS14.3FS23.Y重合度系数 Y由 t 12 1.83.cos.83.2cos12.64067z得 ；t0.750.75.2.964Y螺旋角影响系数 由 及式（6-27）可得1nd1coszmb ，取 计算，d1ntasi0.82tan1.9zbm1；1.920Y许用应力 查图 6-22(b)， = 460 MPa，Flim1li2查表 6-7，取 SF=1.25，则 MPa；liF12460
13、 38.5计算大、小齿轮的 并进行比较FSY因为 ， ，故 ，F12FS1S2FS12Y于是 213nFS1dcosKTmzmm。32322.0.5cos4.30.79.2.45868（5）按齿面接触疲劳强度设计计算按式（6-32）计算小齿轮分度圆直径EH2131d2()ZKTu确定公式中各参数值： 材料弹性影响系数 ZE 查表 6-8, ；E189.MPa 由图 6-33 选取区域系数 ；H2.45 重合度系数 ；t t41(1)0.783.6Z 螺旋角影响系数 ；92cos 许用应力查图 6-19(b)， MPaHlim1li2150查表 6-7,取 SH=1，则 MPaHlim 150S
14、于是 E2131dH2()ZKTu 3 2321.0.51.189.2450.781.985（mm，9.4mm。1ncos.3cos21.980dmz（6）几何尺寸计算根据设计准则，m nmax(2.45,1.928)=2.45 mm，按表 6-1 圆整为标准值，取 mn3mm；确定中心距 mm，圆整取 a=135 mm；12()3(067)13.42coscosza确定螺旋角 ；12(067)rar1.835406nmz mm；n113206.7cos4.85zdmm；22 .93.1mm；d108654.b取 mm， mm，取 mm。25)0(2b160b（7）验算初选精度等级是否合适圆周速度 m/s，1245.86060dnvv20m/s 且富余较大，可参考表 6-5 有关条件将精度等级定为 8 级。（8）结构设计及绘制齿轮零件图（略） 。例 14-1 如图 145 所示单级齿轮减速器，已知高速轴的输入功率 P1=14.4KW，转速n1=456.5r/min；齿轮传动主要参数：法向模数 mn=3mm，传动比 i=3.35，小齿轮齿数 z1=20，分度圆的螺旋角 14506 ，小齿轮分度圆直径 d1=62.07mm，大齿轮分度圆直径d2=207.93mm，中心矩 a=135mm，齿宽 b1=60mm，b 2=55mm。要求设计低速轴。解 （1）拟定轴上零件的装配方案（见
