第9章-机械传动系统设计

第9章机械传动系统设计9.1机械传动系统设计概述9.1.1机械传动系统设计的内容

机械传动系统是连接原动机和执行系统的中间装置，其作用是将原动机的运动和动力进行转换并传递给执行系统，其设计任务是根据工作要求设计合理的传动系统，使原动机的输出与执行系统的输入相匹配，并能在预定的适用寿命内安全可靠的工作。

机械传动系统设计的主要内容（1）机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计是合理地选择、组配机械传动的类型，以满足机械的工作机构在预期工作条件下的运动及动力要求。传动方案的好坏，对机械产品有非常重要的意义。（2）机械传动系统的运动及动力设计当机械传动系统的传动方案确定后，即可根据机械执行部分所需的运动及动力参数，再结合选用的原动机类型及性能参数进行机械的运动和动力设计。①根据执行部分的工作阻力、工作速度和传动系统的总效率等，求出机械所需的驱动功率、确定电动机的额定功率、转速；②计算传动系统的总传动比并进行传动比的分配；求出各轴的转速、输入功率及转矩。

机械传动系统设计的主要内容（3）机械零、部件的工作能力计算及结构设计确定了机械传动方案并经过机械传动系统的运动及动力设计后，即可根据电动机的额定功率，运转特性和各个零、部件的具体工作情况，计算出作用于任一零、部件上的载荷。然后从机械的全局出发，考虑各个零、部件所需的工作能力(强度、刚度、寿命等)、体积、重量及经济性等一系列问题，设计或选择出各个零、部件。再进行各零件的结构设计，完成整机装配图、部装图和机械零件的工作图的绘制和技术文件的撰写。10.1.2机械传动系统的主要类型及选择机械传动系统由各种传动元件或装置(如带传动、链传动、齿轮传动、螺旋传动、连杆机构、凸轮机构等),轴及轴系零、部件(如轴承、联轴器等)，离合器、制动器等部件组成。

机械传动类型选择的依据

●

执行系统的性能参数和工况要求

●原动机的机械特性和调速性能

●机械传动系统的工作条件(如温度、粉尘、腐蚀、噪声等)

●性能、尺寸、重量和布置安装等设计要求

●制造工艺性和经济性要求

机械传动系统的选择原则

●

执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配

●

考虑工作要求传递的功率和运转速度

●

有利于提高传递效率

●

尽可能结构简单的单级传动装置

●

考虑结构布置

●

考虑经济性

●

考虑机械安全运转条件9.1.3机械传动系统的主要参数及计算转速

速度

转矩作用力功率

传动比

传动效率10.2机械传动系统设计实例例

设计一带式运输机的机械传动系统。已知：卷筒结构，运输带拉力F=5000N，运输带速度v=1.2m/s，卷筒直径D=400mm，单向运转，双班制连续工作，载荷平稳，环境清洁，设计寿命为10年(每年工作300天)。DFv卷筒轴承运输带

解：1.机械传动方案的设计

通常情况下，原动机均采用电动机驱动，并通过传动系统使带式运输机的卷筒按预定的工作要求运转，安全、可靠工作。

初步拟定的传动方案I轴II轴电动机V带传动电动机轴齿轮传动联轴器卷筒轴

方案1

电动机→V带传动→单级圆柱齿轮减速器→卷筒。

特点结构简单，带传动易加工，可吸振缓冲，效率较高，成本低，应用比较广泛。轮廓尺寸较大，带传动寿命低，需常更换。

方案2

电动机→单级圆柱齿轮减速器→链传动→卷筒。

特点结构简单，布置合理，容易实现，效率较高，传动平稳，适用于变载荷场合。轮廓尺寸较大，链传动易磨损，寿命较低。

方案3

电动机→双级圆柱齿轮减速器→卷筒。特点结构简单、紧凑，应用比较广泛，传动效率较高。齿轮相对于轴承为非对称布置，沿齿向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。

方案4

电动机→蜗杆传动→卷筒。特点结构紧凑，传动比较大，传动平稳。效率较低，蜗轮要用青铜制造。适用于每天工作时间较短的场合。2.带式运输机的运动和动力设计(以方案I为例)

⑴选择电动机类型根据工作要求和工作条件，选用Y系列一般用途的三相异步电动机。⑵计算和选择电动机的容量

1)求工作机所需功率Pw

F—运输带的拉力；

v—带的速度；

w—工作机构的效率(含卷筒及轴承的效率)。

w

轴承

卷筒

由机械设计手册查得：

轴承

0.98(滚子轴承)，

卷筒

0.96，

轴承

卷筒

0.98

0.96

0.94

2)求电动机所需功率Pd

a—电动机至驱动卷筒轴的传动总效率。

a

带

2轴承

齿

联

带—V带传动的效率，取

带

0.95；

轴承—滚动轴承的效率，取

轴承

0.99(球轴承)；

齿—齿轮啮合效率，8级精度的一般齿轮传动(稀油润滑)，取

齿

0.97；

联—联轴器效率，取

联

0.99。

a

带

2轴承

齿

联

0.950.9920.970.99

0.894

查机械设计手册，选电动机额定功率Ped7.5kWPd

。

⑶

确定电动机的转速

根据电动机的有关知识可知，通常设计时应优先考虑选择同步转速为1500r/min和1000r/min的电动机。初步选同步转速为1000r/min。查机械设计手册选定电动机型号为：Y160M-6，其满载转速nm

970r/min。

⑷

确定传动系统的总传动比ia并分配各级传动比

1)确定传动系统的总传动比ia

由选定的电动机满载转速nm和驱动卷筒转速nw，求出总传动比ianm970r/min，，

v

1.2m/s，D

400mm

2)分配传动系统的传动比ia

i带i齿取i带

3.5，则i齿

4.84⑸传动系统的运动和动力参数计算

1)计算各轴的转速

电动机轴

n0

nm

970r/minI轴

nI

nm/i带

970/3.5

277.14r/minII轴

nII

nI/i齿

277.14/4.84

57.26r/min

卷筒轴转速nW

nII

57.26r/min

除分度机构等严格要求速比之外的设计，允许转速(或传动比)有

(3~5)%的误差。2)各轴输入功率

电动机轴P0

Ped

7.5kW(通用机械按电动机额定功率设计)

I轴

PI

Ped

带

7.50.95

7.125kWII轴

PII

PI

轴承

齿

7.1250.99

0.97

6.84kW

卷筒轴Pw

PII

轴承

联

6.840.990.99

6.7

kW3)各轴转矩

电动机轴

T0

9550Ped/nm

95507.5/97073.84Nm

I轴

TI

T0i带

带

73.843.50.95

245.52NmII轴

TII

TIi齿

轴承

齿

245.524.840.99

0.97

1141.14Nm

卷筒轴Tw

TII

轴承

联

1141.140.990.99

1118.43Nm

3．传动系统中机械零部件的设计机械零、部件的设