第9章-機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第9章機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述9.1.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是連接原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置，其作用是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)合理的傳動(dòng)系統(tǒng)，使原動(dòng)機(jī)的輸出與執(zhí)行系統(tǒng)的輸入相匹配，并能在預(yù)定的適用壽命內(nèi)安全可靠的工作。

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是合理地選擇、組配機(jī)械傳動(dòng)的類型，以滿足機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)在預(yù)期工作條件下的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力要求。傳動(dòng)方案的好壞，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品有非常重要的意義。（2）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力設(shè)計(jì)當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方案確定后，即可根據(jù)機(jī)械執(zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)，再結(jié)合選用的原動(dòng)機(jī)類型及性能參數(shù)進(jìn)行機(jī)械的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)。①根據(jù)執(zhí)行部分的工作阻力、工作速度和傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率等，求出機(jī)械所需的驅(qū)動(dòng)功率、確定電動(dòng)機(jī)的額定功率、轉(zhuǎn)速；②計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比并進(jìn)行傳動(dòng)比的分配；求出各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率及轉(zhuǎn)矩。

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（3）機(jī)械零、部件的工作能力計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定了機(jī)械傳動(dòng)方案并經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力設(shè)計(jì)后，即可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率，運(yùn)轉(zhuǎn)特性和各個(gè)零、部件的具體工作情況，計(jì)算出作用于任一零、部件上的載荷。然后從機(jī)械的全局出發(fā)，考慮各個(gè)零、部件所需的工作能力(強(qiáng)度、剛度、壽命等)、體積、重量及經(jīng)濟(jì)性等一系列問題，設(shè)計(jì)或選擇出各個(gè)零、部件。再進(jìn)行各零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成整機(jī)裝配圖、部裝圖和機(jī)械零件的工作圖的繪制和技術(shù)文件的撰寫。10.1.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要類型及選擇機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由各種傳動(dòng)元件或裝置(如帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等),軸及軸系零、部件(如軸承、聯(lián)軸器等)，離合器、制動(dòng)器等部件組成。

機(jī)械傳動(dòng)類型選擇的依據(jù)

●

執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求

●原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能

●機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的工作條件(如溫度、粉塵、腐蝕、噪聲等)

●性能、尺寸、重量和布置安裝等設(shè)計(jì)要求

●制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性要求

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇原則

●

執(zhí)行系統(tǒng)的工況和工作要求與原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相匹配

●

考慮工作要求傳遞的功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度

●

有利于提高傳遞效率

●

盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單級(jí)傳動(dòng)裝置

●

考慮結(jié)構(gòu)布置

●

考慮經(jīng)濟(jì)性

●

考慮機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)條件9.1.3機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)及計(jì)算轉(zhuǎn)速

速度

轉(zhuǎn)矩作用力功率

傳動(dòng)比

傳動(dòng)效率10.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例例

設(shè)計(jì)一帶式運(yùn)輸機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。已知：卷筒結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸帶拉力F=5000N，運(yùn)輸帶速度v=1.2m/s，卷筒直徑D=400mm，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，雙班制連續(xù)工作，載荷平穩(wěn)，環(huán)境清潔，設(shè)計(jì)壽命為10年(每年工作300天)。DFv卷筒軸承運(yùn)輸帶

解：1.機(jī)械傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

通常情況下，原動(dòng)機(jī)均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)使帶式運(yùn)輸機(jī)的卷筒按預(yù)定的工作要求運(yùn)轉(zhuǎn)，安全、可靠工作。

初步擬定的傳動(dòng)方案I軸II軸電動(dòng)機(jī)V帶傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸齒輪傳動(dòng)聯(lián)軸器卷筒軸

方案1

電動(dòng)機(jī)→V帶傳動(dòng)→單級(jí)圓柱齒輪減速器→卷筒。

特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，帶傳動(dòng)易加工，可吸振緩沖，效率較高，成本低，應(yīng)用比較廣泛。輪廓尺寸較大，帶傳動(dòng)壽命低，需常更換。

方案2

電動(dòng)機(jī)→單級(jí)圓柱齒輪減速器→鏈傳動(dòng)→卷筒。

特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置合理，容易實(shí)現(xiàn)，效率較高，傳動(dòng)平穩(wěn)，適用于變載荷場(chǎng)合。輪廓尺寸較大，鏈傳動(dòng)易磨損，壽命較低。

方案3

電動(dòng)機(jī)→雙級(jí)圓柱齒輪減速器→卷筒。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，應(yīng)用比較廣泛，傳動(dòng)效率較高。齒輪相對(duì)于軸承為非對(duì)稱布置，沿齒向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。

方案4

電動(dòng)機(jī)→蝸桿傳動(dòng)→卷筒。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比較大，傳動(dòng)平穩(wěn)。效率較低，蝸輪要用青銅制造。適用于每天工作時(shí)間較短的場(chǎng)合。2.帶式運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)(以方案I為例)

⑴選擇電動(dòng)機(jī)類型根據(jù)工作要求和工作條件，選用Y系列一般用途的三相異步電動(dòng)機(jī)。⑵計(jì)算和選擇電動(dòng)機(jī)的容量

1)求工作機(jī)所需功率Pw

F—運(yùn)輸帶的拉力；

v—帶的速度；

w—工作機(jī)構(gòu)的效率(含卷筒及軸承的效率)。

w

軸承

卷筒

由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：

軸承

0.98(滾子軸承)，

卷筒

0.96，

軸承

卷筒

0.98

0.96

0.94

2)求電動(dòng)機(jī)所需功率Pd

a—電動(dòng)機(jī)至驅(qū)動(dòng)卷筒軸的傳動(dòng)總效率。

a

帶

2軸承

齒

聯(lián)

帶—V帶傳動(dòng)的效率，取

帶

0.95；

軸承—滾動(dòng)軸承的效率，取

軸承

0.99(球軸承)；

齒—齒輪嚙合效率，8級(jí)精度的一般齒輪傳動(dòng)(稀油潤(rùn)滑)，取

齒

0.97；

聯(lián)—聯(lián)軸器效率，取

聯(lián)

0.99。

a

帶

2軸承

齒

聯(lián)

0.950.9920.970.99

0.894

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選電動(dòng)機(jī)額定功率Ped7.5kWPd

。

⑶

確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

根據(jù)電動(dòng)機(jī)的有關(guān)知識(shí)可知，通常設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min和1000r/min的電動(dòng)機(jī)。初步選同步轉(zhuǎn)速為1000r/min。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：Y160M-6，其滿載轉(zhuǎn)速nm

970r/min。

⑷

確定傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比ia并分配各級(jí)傳動(dòng)比

1)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比ia

由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)速nw，求出總傳動(dòng)比ianm970r/min，，

v

1.2m/s，D

400mm

2)分配傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比ia

i帶i齒取i帶

3.5，則i齒

4.84⑸傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算

1)計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速

電動(dòng)機(jī)軸

n0

nm

970r/minI軸

nI

nm/i帶

970/3.5

277.14r/minII軸

nII

nI/i齒

277.14/4.84

57.26r/min

卷筒軸轉(zhuǎn)速nW

nII

57.26r/min

除分度機(jī)構(gòu)等嚴(yán)格要求速比之外的設(shè)計(jì)，允許轉(zhuǎn)速(或傳動(dòng)比)有

(3~5)%的誤差。2)各軸輸入功率

電動(dòng)機(jī)軸P0

Ped

7.5kW(通用機(jī)械按電動(dòng)機(jī)額定功率設(shè)計(jì))

I軸

PI

Ped

帶

7.50.95

7.125kWII軸

PII

PI

軸承

齒

7.1250.99

0.97

6.84kW

卷筒軸Pw

PII

軸承

聯(lián)

6.840.990.99

6.7

kW3)各軸轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)軸

T0

9550Ped/nm

95507.5/97073.84Nm

I軸

TI

T0i帶

帶

73.843.50.95

245.52NmII軸

TII

TIi齒

軸承

齒

245.524.840.99

0.97

1141.14Nm

卷筒軸Tw

TII

軸承

聯(lián)

1141.140.990.99

1118.43Nm

3．傳動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)機(jī)械零、部件的設(shè)