带传动、齿轮、轴的设计实例
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(一)带传动设计实例
【例8 - 1】 某带式输送机采用V 带传动,已知电动机的额定功率P =8 kW ,转速n 1=1460 r/min ,传动比i =2,两班制工作,试设计该V 带传动。
解 (1)确定计算功率P c 。
由表8-10查得工作情况系数K A =1.2,根据式(8 - 22),有
P c =K A P =1.2×8=9.6 kW
(2)选取V 带类型。
根据P c = 9.6 kW 、n 1 = 1460 r/min ,从图8 - 14中选用A 型V 带。
(3)确定带轮基准直径并验算带的速度。
由表8 - 11查得小带轮的最小基准直径d d1min = 75mm ,从基准直径系列中选取d d 1 = 90mm 。
根据式(8 - 23),计算大带轮的基准直径d d2:
d d2 = i d d1 = 2×90 = 180mm
从表8-11的标准系列中,选取基准直径d d2 = 180mm 。
根据式(8 - 24),有 s m n d v d /9.61000
6014609010006011=⨯⨯⨯=⨯=ππ
由于带的速度在5~25m /s 的范围之内,因此,带的基准直径合适。
(4)确定普通V 带的基准长度和传动中心距。
根据式(8 - 25),得
0.7×(90+180)<a 0<2×(90+180)
189<a 0<540
初步确定中心距a 0 =500mm 。
根据式(8 - 1),计算传动带的初选长度: 02
1221004)()(22a d d d d a L d d d d -+++≈π 5004)90180()18090(250022
⨯-+++⨯=π
= 1428mm
根据表8-2,选传动带的基准长度L d = 1400mm 。
根据式(8-26),计算传动带的实际中心距a : mm L L a a d 4862
14281400500200=-+=-+≈
(5)验算小带轮上的包角α1。
根据式(8 - 2),有 012013.57180⨯--=a
d d d d α 003.57486
90180180⨯--=
=169 º>120º
小带轮上的包角合适。
(6)计算V 带的根数z 。
根据式(8 - 27),得
L c K K P P P z α)(00∆+=
根据A 型V 带,n 1=1460r/min,d d1=90mm ,查表8-4,得P 0 =1.07kW ;由i =2,查表8-4,得△P 0 = 0.17 Kw ;由α1 =169 º,查表8-9,得K α=0.96;由L d =1400mm ,查表8-2,得K L = 0.96。则
6.896
.096.0)17.007.1(6.9=⨯⨯+=z
取z =9根。
从计算的结果来看,传动带的根数偏多。为减少带的根数,将传动带的型号增大,改选B 型V 带,按照上述步骤重新进行计算,最终得到的结果是
d d1=140mm , d d2=280mm
a =634mm , L d =1800mm , v =10.7
α1=167 º, z =3
(7)计算初拉力F 0。
由式(8 - 28),得
2015.2500qv K vz P F c +⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=α 查表8-1,有q =0.17 kg/m ;由α1=167 º, 查表8-9,得K α= 0.96,故
N F 2407.1017.0196.05.237.106.950020=⨯+⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⨯⨯= (8)计算作用在轴上的压力F Q 。
N zF F Q 14312167sin 240322sin 20
10=⨯⨯⨯==α
(9)确定带轮结构。
根据传动带的型号和带轮的基准直径,选择带轮的结构。具体可查阅相关的设计手册。
(二)齿轮设计实例
例10-1 设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动。已知:传递功率P =10KW,电动机驱动,小齿轮转速n 1=955r/min ,传动比i =4,单向运转,载荷平稳。使用寿命10年,单班制工作。
解:
(1)选择齿轮材料及精度等级
小齿轮选用45钢调质,硬度为220~250HBS;大齿轮选用45钢正火,硬度为170~210HBS 。因为是普通减速器,由表10 - 13选8级精度,齿面粗糙度R a ≤3.2~6.3μm 。
(2) 按齿面接触疲劳强度设计
因两齿轮均为钢质齿轮,可应用式(10 – 23)求出d 1 值。确定有关参数与系数。
1) 转矩T 1
T 1=9.55x mm N mm N n P .10.955
101055.9105616=⨯= 2) 载荷系数K
查表10 – 6 取K =1.1
3) 齿数Z 1和齿宽系数d ψ
小齿轮的齿数Z 1取为25,则大齿轮齿数Z 2=100。因单级齿轮传动为对称布置,而齿轮齿面又为软齿面,由表10 - 8选取d ψ=1
4)许用接触应力][H σ
由图10 - 23查得:MPa H 5601lim =σ,MPa H 5302lim =σ
由表10 - 5查得:1=H S 。
()911021.140521019556060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==h njL N
89121003.34/1021.1/⨯=⨯==i N N
查图10 - 24得11=N Z ;06.12=N Z 。
由式(10 - 17)可得
[]MPa MPa S Z H H N H 5601
56011lim 11=⨯==σσ []MPa MPa S Z H
H N H 562153006.12lim 22=⨯==σσ 故 ()mm mm u u KT d H d 3.58560
415101.143.76][143.763253211=⨯⨯⨯⨯=+≥σψ