方案设计

方案、电机选择、传动比与效率分配、参数计算    械传动装置设计的任务是分析和确定传动方案、选定电动机的型号、合理分配传动比及计算机械传动的运动和动力参数，为设计计算各级传动零件准备条件。     一台胶带运动输机，已知驱动卷筒所需的转矩T＝4.8×105N·mm，带速υ=1.8m/s，滚筒直径D=400mm，载荷平稳，常温单向连续运转。试确定机械传动方案；选择电动机；计算总传动比并分配各级传动比；计算各轴功率、转速和转矩。 一、拟定机械传动方案     拟定传动方案，应首先考虑电动机的同步转速。相同容量的同类异步电动机，其同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min四种。电动机转速越高，则极数越少，和重量越小，价格也越低，但机械传动装置的总传动比增大，传动级数要增多，传动尺寸和成本都要增加。通常多用同步转速为1500r/min和1000r/min两类电动机。     选定同步转速后，依据电动机的同步转速nD及工作机的输入转速nω，可确定传动装置的初估总传动比                                                               图12-5 带式运输机的传动方案     根据所需的，并考虑各类传动机构的合理范围，拟定出几种传动方案进行分析比较。图12-5所示的三种传动方案中，图12-5a为闭式双级齿轮传动，使用维护方便，适于在重载和恶劣条件下长期工作，但制造、装配要求较高，成本较高；图12-5b采用V带传动获得较为紧凑的结构尺寸，又能发挥其缓冲、吸振，过载起安全保护作用的优点，一般宜把带传动布置在高速级，该方案通常得到广泛应用。但外廓尺寸一般较大，且不适于繁重和恶劣条件下工作；图12-5c为电动机直接接在蜗杆减速器上，结构最紧凑，但在长期连续运转条件下，由于蜗杆效率低，功率损失大。传动方案远不止上述三种，设计时应根据不同的性能要求和工作特点，选取合理的传动方案。 二、选择电动机     传动方案确定后，根据工作机要求，选择电动机的类型和型号。     1．电动机的类型选择          根据工作条件，选用Y系列三相异步交流电动机(参见设计)。     2．电动机功率的选择          电动机的功率选择合适与否，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选得过小不能保证工作机正常工作，或使用电动机因超载而过早损坏；功率选得过大则电动机的价格高能力得不到充分发挥，而且因电动机经常不满载运行，其效率和功率因数都较低而造成能自的浪费。     对于载荷比较稳定、长期运转的机械，通常按照电动机的额定功率选择，而不必校验E动机的发热和起动力矩。 电动机所需输出的功率P0(kW)由下式计算                                                                              (12-6) 式中， 为工作机所需的功率； 为从电动机到工作机的总效率。     工作机所需的功率由工作机的工作阻力F(N)和运行速度v(m/s)或工作转矩T(N·m)和转速n(r/min)确定。可按下式计算：                                        =Fv/1000 或                                    = Tn/9550                                   (12-7)     传动方案确定后，可估算出传动的总效率，然后确定电动机需要的功率。     由运输带速度v、卷简直径D，得主动卷筒转速为         据公式(12-7)得主动卷筒轴所需的有效功率为：     Pω=Tn/9550=4.8×105×85.95/9550kW=4.32kW     由表15—2取一对齿轮啮合效率η=O．97(8级精度)、V带传动效率ηb=O．96、滑动轴承效率 ηs=O．97、滚动动轴承效率ηx=O．99、联轴器效率ηc=O．99。蜗杆传动效率η=O．80(双头蜗杆)。     总效率η   图12-5a    η= 图12-5b      图12-5c      电动机所需输出的功率P。为   图12-5a    P0= /η＝4.32/0.868＝4.977kW   图12-5b    P0= /η＝4.32/O.876=4.932kW   图12-5c    P0= /η＝4.32/O.745=5.199kW     因载荷平稳，电动机连续运转，所以电动机的额定功率Pe应略大于所需功率P0。查电动机产品样本，取Pe=5.5kW。由计算可见，本例方案a(图12-5a)和b(图12-5b)较好。为此，以下只计算方案b。    3．电动机转速确定    取带传动的传动比ib=2～4，齿轮传动的传动比ig=3～5，则传动装置的总传动比为：     i=ibig=(2～4)×(3～5)=6～20     因 ，故得电动机的转速范围为      n0=i =(6～20)×85.94=515.614～1718.8r／min   在上述转速范围内的常用同步转速有1000r／min和1500r／min。查电动机产品样本选取Y132M一6型电动机，其额定功率Pe=5.5kW，满载转速nm=960r／min 三、总传动比及其分配 1．传动装置的总传动比      i=nm/=960/85.94=11.17    2．各级传动比的分配    若传动装置由多级传动串联而成，则其总传动比为                                                                       (12-8) 式中，i1、i2、i3…ik为各级传动的传动比。     合理分配各级传动比，可以减小传动装置的尺寸，减轻其重量，并改善润滑状况。分配传动比应考虑以下几点:   1)各级传动比应在常用范围内；    2)应注意使各级传动件尺寸协调、结构匀称、避免零件发生干涉。       为避免带传动的外廓尺寸大而不协调，取其传动比ib=3，这样齿轮传动比为：         ig=i/ib=11.17/3=3.72   四、传动装置的运动和动力参数计算   1. 各轴转速(r／min)   由传动比的定义得    nⅠ=n0/ ib=960/3=320    nⅡ= nⅠ/ ig=320/3.72=86.02    = nⅡ=86.02   要注意传动装置的实际传动比只有在传动件的参数(例如齿数、带轮直径等)确定后才能准确计算，故工作机的实际转速只有在传动件设计计算完成后进行核算，一般允许与设计要求的转速有(3～5)％的误差。     2．各轴功率(kw)           由公式 ＝P出／P入得                      P0=4.93                                           PⅠⅠ=                         3．各轴转矩（N m） 由公式(12-5)得                          � INCLUDEPICTURE "http://jpkc.szpt.edu.cn/2006/mecha/uploadfile/20060529202523343.gif" \* MERGEFORMATINET ���