第17章机械传动系统设计实例(zhao)..

1 189.8 （
2.45
0.781
0.99）2
0.88
3.35
1500
39.43mm，
d1 cos
mn
z1
39.43 cos12
YFS2 ，故
YFS1 [ F ]1
YFS2 ，
F2
于是
mn
3 2 KT1 cos2 d z12[ F ]1
YFS1YεYβ
2 1.2 301.25 103 cos2 12
3
0.88 202 368
4.34 0.709 0.9 2.45 mm。
（ 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
cos12 0.99 ；
⑤ 许用应力
查图 6-19(b) ， Hlim1
Hlim2
1500 MPa
查表 6-7, 取 SH=1，则 [ H ]1 [ H ]2
Hlim 1500 1500 MPa
SH
1
于是
d1
3 2 KT1 u
1
(
Z
E
ZH
Z
εZ
β
)
2
d
u
[ H]
3 2 1.2 301.25 103
3.35
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 ，
V 带。
（2 ）确定带轮基准直径 d1 和 d2 由表 9-2 取 d1=200 mm, 由式 (9-6) 得
d2 n1d1(1 ) / n2 id 1(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
n1d1 π
nⅡ=n 电机/ i 总=970/7.11 ≈ 136.4 r/min 。
2． 各轴输入功率 PⅠ=Ped* η V 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×
6
10 P
Ⅰ/
nⅠ
=9.55
nⅠ=n 电机 /i V 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
cos12 1.64
得 Yε
0.25
0.75
t
0.25
0.75 1.64
0.709 ；
⑤螺旋角影响系数 Yβ
由 b dd1 d z1mn 及式（ 6-27 ）可得 cos
bsin β πmn
dz1 tan π
0.88 20 tan12 π
1.19 1 ，取 β 1 计算，
Yβ 1
β 120
12 1
120
×
106×
14.4/462=297.66
×
10
3
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。
d1
3 2 KT1
u
1
(
Z
E
Z
H
Z
εZ
β
)
2
d
u
[ H]
确定公式中各参数值：
① 材料弹性影响系数 ZE 查表 6-8, Z E 189.8 MPa ； ② 由图 6-33 选取区域系数 ZH 2.45；
③ 重合度系数
Zε
4 t (1 3
β)
β t
1 0.781 ；
1.64
④ 螺旋角影响系数 Z
cos
n1
456.5
③复合齿形系数 YFS 由 zv1
z1
3
cos
20
3
cos 12
21.37 ，
zv2
z2 cos3
67 cos3 12
71.59 ，
查图 6-21 得， YFS1 4.34 , YFS2 3.96 ； ④重合度系数 Yε
由t
1.88 3.2 1 1 cos z1 z2
1.88 3.2 1 1 20 67
970
200
π 10.16
m/s ，
1000 60 1000 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 d 2) ，
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
L0
2a0
2 (d1
d2 )
(d2 d1 )2 ， 4a0
2 800
(425 (200 425)
200) 2
2597.6 mm 。
2
4 800
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 .2 mm 。
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
0.9 ；
⑥许用应力
查图 6-22(b) ， Flim1 = Flim2 ＝ 460 MPa， 查表 6-7 ，取 SF=1.25 ，
则 [ F ]1 [ F ]2
F lim
460 368 MPa ；
SF 1.25
YFS
⑦计算大、小齿轮的
并进行比较
[ F]
因为 [ F ]1 [ Y F ]2 ， FS1
第 17章 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 。
（5 ）验算小带轮上的包角 1
由式 (9-16) 得
1
1800
d2 d1 57.30 a
0
180
425 200
0
0
0
57.3 162.84 120 ,
合适。
751.2
（6 ）确定带的根数 z
由式 (9-17) 得
z ( P0
Pc
，
P0 ) Kl K α
由表 9-4 查得 P0 = 3.77kW, 由表 9-6 查得 ΔP0 =0.3kW; 由表 9-7 查得 K a=0.96; 由表 9-2
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=η V 带× η 2 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 ，
0×.4=0.88 ，符合表
6-9 范围。
（ 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
3 2KT 1 cos2 d z12 [ F ]
YFS YεYβ,
确定公式内各参数计算值：
①载荷系数 K 查表 6-6 ，取 K Ａ=1.2 ；
②小齿轮的名义转矩 T1
T1 9.55 106 P 9.55 106 14.4 301.25 103 N · mm；
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，
nⅠ=n 电机 /i V 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。
301.75 N，
5 10.16 0.96
由式（ 9-19 ）得作用在轴上的压力 F Q
FQ
2zF0 sin
1
2
162.840 2 5 301.75 sin
2
2983.73 N 。
（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
Βιβλιοθήκη Baidu
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 ，
查得 K L=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=0.17 kg/m, 故由式 (9-18) 得初拉力 F0
F0
500Pc ( 2.5 1) qv2 zv K α
500 18 2.5 (
1)
0.17 10.162
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） ：
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
P ed =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=K APed =1.2 ×15=18 KW ，由图 9-7 选用 B 型
[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) （ 3） 初选螺旋角 β=12°。
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）：
力分别为：
F rA
F
2 HA
F
2 VA
4658.72 251.22 4665.5 N ，
F rB
F
2 HB
F
2 VB
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