机械传动性能多功能综合测试实验台的设计研制【优秀设计文档】
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机械传动性能多功能综合测试实验台的设计研制【优秀设计文档】,机械传动,性能,机能,多功能,综合测试,实验,试验,设计,研制,优秀,优良,文档
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1 带轮设计 带传动是由固联于主动轴上的带轮 1(主动轮 )、固联于从动轴上的带轮 3(从动轮 )和紧套在两轮上的传动带 2 组成的 (图 8 1)。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的 摩擦 (或啮合 )，便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动乎稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 图 带传动示意图 带传动的类型 在带传动中，常用的有平带传动 、 v 带传动 、多 楔带传动 、和 同步带传动等。 nts 2 在一般机械传动中，应用最广的是 v带传动。 v 带的横截面呈等腰梯 形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时， v 带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面 。 根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下， v带传动较乎带传动能产生更大的摩擦力。这是 v带传动性能上的员主要优点。再加上 v带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，nts 3 以及 v 带多已标准化并大量生产等优点，因而 v 带传动的应用比乎带传动广泛得多，故本 设计采用 v 带传动。 （二） V带的类型与结构 V 带有普通 V 带、窄 V 带、联组 V 带夕形 V 带、大楔角 V 带、宽V 带等多种类型，其中普通 v带应用 最 广。 标准普通 v 带都制成无接头的环形。其结构由项胶、抗拉体 、底胶和包布等部分组成。抗拉体的结构分为帘布芯 v 带和绳芯 v 带两种类型。 普通 v 带的截型分为 Y、 z、 A、 B、 C、 D、 E 七种，窄 v带的截型分为 SPZ、 SPA、 SPB、 SPC 四种 。 V 带轮设计的要求 设计 V 带轮时应满足的要求有；质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工 (表面租糙度一般为 6.3)，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以便载荷分布较为均匀等。 带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 HTl50 或 HT200；转速较高时 宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成 )；小功率时可用铸铝或塑料。 V 带传动设计 (一 ) 设计准则和单根 v带的基本额定功率 nts 4 根据前面的分析可知，带传动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带传动的设计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 由 机械设计手册 并对 v带用当量摩擦系数 代替平面摩擦系数 ， 则可推导 出带在有打滑趋势时的有效拉力 (亦即最大有效拉力 )为 ： 再由 机械设计手册 可知 v 带的疲劳强度条件为 ： 或 式中 为在一定条件下，由带的疲劳强度所决定的许用应力。 即有： 即可得出单根 v带所允许传递的功率为 ： （二 )原始数据及设计内容 设计 v 带传动给定的原始数据为：传递的功率 P，传动比 i=2，传动位置要求及工作条件等。 nts 5 （三 )设计步骤和方法 1确定计算功率 Pca。 计算功率 Pca 是根据传递的功率 P，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即 : 式中： P-传递的额定功率 (例如电动机的额定功率 )， kw； KA-工作情况系数。 2选择带型 根据计算功率 和小带轮转速 ， 由 机械设计手册 选定带型。 图 普通 v 带选型图 3确定带轮的基准直径 D1 和 D2 1)初选小带轮的基准直径 D1 根据 v带裁型，参考 机械设计手册nts 6 选取 Dl D2， 为了提高 v 带的寿命，宜选取较大的直径。 2)验算带的速度。 根据 来计算带的速度，并应使 。 对于普通 V 带 ： 如 ，则离心力过大，即应减小 D1；如 V 过小 (例如 V 5m s)，则表示所选 Dl 过小，这将使所需的有效拉力 过大，即所需带的根数过多，于是带轮的宽度、轴径及轴承的尺寸都要随之增大。一般以 20m s 为宜。 3)计算从动轮的基准直径 D1、 D2。 其中： 并按 v 带轮的基准直径系列 机 械设计手册 以适当圆 整。 4确定中心距 a 和带的基准长度 Ld 如果中心距末给出，可根据传动的结构需要韧定中心距 a，取 ： 0a取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基港长度 dL。 根据 dL， 由 机械设计手册 选取和 dL相近的 v 带的基准长度nts 7 Ld 。 再根据 Ld来计算实际中心 距。 由于 v 带传动的中心距 一般是可以调整的，故可采用下式作近似计算，即 ： 考虑安装调整和补偿顶紧力 (如带伸长而松弛后的张紧 )的需要，中心距的变动范围为 ： 5验算主动轮上的包角1。 根据 机械设计手册 及对包角的要求，应保证 ： 6确定带的根数： 式中： k 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数 ； Lk 考虑带的长度不同时的影响系数， 简称长度系数； P 单根 v 带的基本领定功率 。 0P 计入传动比的影响时，单根 v带额定功率的增量 (因0P是按 180 ，即 Dl D2的条件计算的，而当传动比越大时，从动轮直径就越比主动轮直径大，带绕上从动轮时的弯曲应力就越比统上主动轮时的小，故其传动能力即有所提高 )。 nts 8 在确定 v 带的根数：时，为了使各根 v 带受力均匀，根数 不宜太多 (通常： V10)，否则应改选带的截型，置新计算。 本设计中采用的是单根 V带。 7确定带的预 紧 力 由 机械设计手册 ，考虑离心力的不利影响时，单根 v带所需的预紧力为 ： 用 代入上式， 并考虑包角对所需预篮力的影响 (赂去推证过程 )，可将的计 算式写为 ： 由于新带容易松弛，所以对非自动张紧约带传动、安装新带时的预紧力应为上述预紧力的 1.5 倍。 8计算带传动作用在釉上的力 (简称压 轴 力 )Q 为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在抽上的力Q。如果不考虑带的两边的拉力差，则压袖力 可以近似地按带的两边的预紧力 Fo的合力来计算即 ： 式中 ： nts 9 Z -带的根数； Fo-单根带的紧 力； 1-主动轮上的包角。 nts 1 11.1 蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两铀线交错的夹角可为任意值，常用的为 90。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动乎稳以及在一定的条件下具有可取的自锁性等优点，应用颇为广泛；其不足之处是传动效率低、常用耗用有色金 属 等。蜗杆传动通常用于减速装置，但也有个别机器用作增速装置。 随着机器功率的不断提高，近年来陆续出现了多种新型的蜗杆传动，效率低的缺点正在逐步改善。 （一） 蜗杆传动的类型 根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动 ，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动 。 圆柱蜗杆传动 nts 2 环面蜗杆传动 锥蜗杆传动 nts 3 11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 1. 蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。 2. 传动平稳、噪声小。 3. 可制成具有自锁性的蜗杆。 4. 蜗杆传动的主要缺点是效率较低。 5. 蜗轮的造价较高。 垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。在蜗杆传动的设计计算中，均以中间平面上的基本参数和几 何尺寸为基准 。 （一） 蜗杆传动的主要参数及其选择 1. 蜗杆的头数 z1、蜗轮齿数 z2 和传动比 i 较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易nts 4 加工。通常蜗杆头数取为 1、 2、 4、 6。 蜗轮齿数主要取决于传动比，即21izz。2z不宜太小（如2z26)，否则将使传动平稳性变差。2z也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 传动比 i： 1 2 22 1 1ddnzinz 2.模数 m 和压力角 a 蜗杆与蜗轮啮合时，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即 3.导程角 1 1 1aL z p z m111 1 1t a n L z m z md d d 在 m 和1d为标准值时，1Z 正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且 4.蜗杆分度圆直径1d和蜗杆直径系数 q 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的，为了限制滚刀的数目，国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗nts 5 杆分度圆直径1d。 直径1d与模数 m 的比值称为蜗杆的直径系数。 1dq m当模数 m 一定时， q 值增大则蜗杆直径 d1 增大，蜗杆的刚度提高。因此，对于小模数蜗杆，规定了较大的 q 值，以保证蜗杆有足够的刚度。 5.中心距 1 2 211( ) ( )22a d d q z m （二） 蜗杆传动的几何尺寸计算 nts 6 11.3 蜗杆传动的失效形式和计算 1.齿面见相对滑动速度 v ； 22 112 c o ssvv v v 2.齿轮的失效形式； 蜗杆传动的主要问题是摩擦磨损严重，这是设计中要解决的主要问题。 蜗轮磨损、系统过热、蜗杆刚度不足是主要的失效形式。 3.蜗杆传动的计算准则 对于闭式蜗轮传动，通常按齿面接触疲劳强度来设计，并校核齿根弯曲疲劳强度。 对于开式蜗轮传动，或传动时载荷变动较大，或蜗轮齿数 z2 大于 90 时，通常只须按齿根弯曲疲劳强度进行设计。 由于蜗杆传动时摩擦严重、发热大、效率低，对闭式蜗杆传动还必须作热平衡计算，以免发生胶合失效。 11.4 蜗杆传动的材料和结构 1.蜗杆传动的材料 为了减摩，通常蜗杆用钢材，蜗轮用有色金属（铜合金、铝合金）。 高速重载的蜗杆常用 15Cr、 20Cr 渗碳淬火，或 45 钢、 40Cr 淬nts 7 火。 低速中轻载的蜗杆可用 45 钢调质。 蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。 2.蜗杆、蜗轮的结构 蜗杆螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体。当蜗杆螺旋部分的直径较大时，可以将轴与蜗杆分开制作。 无退刀槽，加工螺旋部分时只能用铣制的办法。 有退刀槽，螺旋部分可用车制，也可用铣制加工，但该结构的刚度较前一种差。 为了减摩的需要，蜗轮通常要用 青铜制作。为了节省铜材，当蜗轮直径较大时，采用组合式蜗轮结构，齿圈用青铜，轮芯用铸铁或碳素钢。常用蜗轮的结构形式如下： （ A） 整体式蜗轮 (B) 齿圈式蜗轮 nts 8 镶铸式蜗轮 螺栓联接式蜗轮 11.5 蜗杆传动的强度计算 1、 蜗杆传动的受力分析 蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿在受到法向载荷Fn 的情况下，可分解出径向载荷 Fr、周向载荷 Ft、轴向载荷 Fa。 在不计摩擦力时，有以下关系： 1t1 a212TFFd a1 t2FF2222tTFdr1 r2FFr2 2 tantFF nts 9 2.蜗轮齿面接触疲劳强度计算 222 2 21 2 1 25 0 0 5 0 0 HHK T K Td d m d Z 适用于钢制蜗杆对青铜或铸铁蜗轮 涡轮齿面接触疲劳强度的设计公式为 22122500()Hm d K T Z 3 蜗轮齿轮的齿根弯曲疲劳强度计算 涡轮齿根弯曲强度的校核公式为： 22122 c o sF F FKT Yd d m 设计为： nts 10 2 21222 c o s FFKTm d Yz 11.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡 1 蜗杆传动效率 1 2 3 1计及啮合摩擦损耗的效率； 2计及轴承摩擦损耗的效率； 3计及溅油损耗的效率； 1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定： 1t a nt a n ( )v 式中： l 蜗杆的导程角； v当量摩擦角。 11t a n zmd 因 为 所以 Z1 效率与蜗杆头数的大致关系为： 闭式传动 Z1 总 效 率 0.7 0.75 0.750.82 0.820.92 nts 11 2 蜗杆传动的润滑 润滑的主要目的在于减摩与散热。具体润滑方法与齿轮传动的润滑相近。 润滑油 润滑油的种类很多，需根据蜗杆、蜗轮配对材料和运转条件选用。 润滑油粘度及给油方式 一般根据相对滑动速度及载荷类型进行选择。给油方法包括：油池润滑、喷油润滑等，若采用喷油润滑，喷油嘴要对准蜗杆啮入端，而且要控制一定的油压。 润滑油量 润滑油量的选择既要考虑充分的润滑，又不致产生过大的搅油损耗。对于下置蜗杆或侧置蜗杆传动，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当蜗杆上置时，浸油深 度约为蜗轮外径的 1/3。 3.蜗杆传动的热平衡计算 由于传动效率较低，对于长期运转的蜗杆传动，会产生较大的热量。如果产生的热量不能及时散去，则系统的热平衡温度将过高，就会破坏润滑状态，从而导致系统进一步恶化。 系统因摩擦功耗产生的热量为： 11 (1 ) 1 0 0 0QP 自然冷却从箱壁散去的热量为： 20()sQ K t t A nts 12 式中： Ks箱体表面的散热系数，可取 Ks (8.1517.45)W/(m2 )； A 箱体的可散热面积 (m2)； t1 润滑油的工作温度 ( )； t0环境温度 ( )。 在热平衡条件下可得： 1 0 11 0 0 0 ( 1 )sPt t tKA 可用于系统热平衡验算，一般 t1 7090 1 1 01 0 0 0 ( 1 ) ( )P K s A t t 可用于结构设计 nts 13 11.7 普通圆柱蜗杆传动的精度等级 1. 蜗杆传动的精度选择 GB 10089-88 对普通圆柱蜗杆传动规定了 112 个精度等级 ； 1 级精度最高，其余等级依次降低， 12 级为最低， 69 级精度应用最多 ； 6 级精度传动一般用于中等精度的机 床传动机构，圆周速度 v2 5m/s； 7 级精度用于中等精度的运输机或高速传递动力场合 ,速度 v27.5m/s； 8 级精度一般用于一般的动力传动中，圆周速度 v2 3m/s； 9 级精度一般用于不重要的低速传动机构或手动机构 ； 2.蜗杆传动安装 蜗杆传动安装要求精度高。应使蜗轮的中间平面通过蜗杆的轴线。如 下 图所示。 为保证传动的正确啮合，工作时蜗轮的中间平面不允许有轴向移nts 14 动，因此蜗轮轴支撑应采用两端固定的方式。 蜗杆传动的维护很重要，又注意周围的通风散热 情况。 nts 1 3.4 链传动设计 3.4.1链传动的特点及应用 链传动是应用较广的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮所组成 。 链轮制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动 和 动力。 图 链传动 链传动是 属于 带有中间挠性件的啮合传动。与用于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的乎均传动比，传动效率较高；又因镊条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安 装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动 (中心距最大可达十多米 )时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的主要缺 点是：在两根乎行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。 nts 2 链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。例如在摩托车上应用了链传动，结构上大为简化，而且使用方便可靠。链传动还可应用于低速重型及极为恶劣的工作条件下，例如掘土机的运行机构，虽常受到土块、泥浆及瞬时过载等影响，但 仍能很好地工作。 总地说来，在机械制造中，如农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工等机械都广泛地应用着链传动。 按用途不同，链可分为： 传动链 、输送链 、 起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而在一般机械传动中，常用的是传动 链 。 链传动是在两个或多于两个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动；链传动是一种应用较为广泛的机械传动，他的特点介于齿轮传动和皮带传动之间。它是由链条和主、从动链轮所组成 链传动的主要优点是：没有滑动；工况相同时，传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载 荷较小；效率较高，可以nts 3 达到 98% ；能在温度较高、湿度较大的环境中使用等；需要时轴间距离可以很大。 链传动的缺点是：只能用于平行轴间的传动；瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传动平稳；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用；工作时有噪声；制造费用比带传动高等。 链传动的应用： 链传动主要用于要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜采用齿轮传动的场合。广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。 目前，最大传递功率达到 5000 kW，最高速度达到 40m/s，最大传动比达到 15，最大中心距达到 8m。由于经济及其他原因，链传动的传动功率一般小于 100 kW，速度小于 15m/s，传动比小于 8。 3.4.2 链的分类 按照工作性质的不同：传动链、起重链、 起重 链。 最常用的是传动链。传动链主要用来传递动力，通常都在中等速度( 20 m/s)以下工作。 起重链主要用在起重机械中提升重物，其工作速度不大于0.25m/s。 起重 链主要用在运输机械中移动重物，其工作速度不大于 2 m/s 4 m/s。 传动链主要分为：套筒链、套筒滚子链 (简称滚子链 )、齿形链和成型链。 nts 4 图 11.3 滚子 链结构 图 11.4 双排链结构 滚子链的链板一般做成 8 字形，以使它的各个横截面具有接近相等的抗拉强度，同时也减少了链的重量和运动时的惯性力。 节距 P 是链的基本特性参数。滚子链的节距是指链在拉直情况下，相邻滚子外圆中心之间的距离。套筒和销轴间的接触面积称为铰链承压面，它的投影面积 A 为当传递大功率时，可以用双排链或多排链。把一根以上的单列链并列、用长销轴联接起来的链称为多排链。nts 5 多排链的排数一般不超过 3 4 排，因为排数的增加会导致各排受力不均增加。当载荷大而要求排数多时，可采用两根或两根以上的双排链或 三排链。 本次设计中采用的是单排链结构。 链的节数根据实际需要而定，通过链接头链接。当一根链的链节数为偶数时采用连接链节；当链节数为奇数时，则必须加一个过渡链节。过渡链节的链板受有附加弯矩，最好不用，但在重载、冲击、反向等繁重条件下工作时，采用全部由过渡链节构成的链，柔性较好，能减轻冲击和振动。 滚子链的标记为： 3.4.3 链轮结构和材料 链轮轮齿的齿形应保证链节能自由地进入和退出啮合；在啮合时应保证良好的接触，同时它的形状应尽可能地简单。链轮齿形已经标准化，链轮设计主要是确定其结构尺寸。 nts 6 滚子链链轮 nts 7 (a) 整体式 (b) 腹板式 (c) 组合式 图 11.9 滚子链链轮的结构 链轮材料应能满足强度和耐磨性的要求； 在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造；中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度 40HRC；高速、重载、连续工作的传动， 采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火 (如用 15、 20Cr、12CrNi3 等钢淬硬至 55HRC-60HRC)或中碳钢、中碳合金钢表面淬火(如用 45、 40Cr、 45Mn、 35SiMn、 35CrMo 等钢淬硬到 40HRC 50HRC)。 载荷平稳、速度较低、齿数较多时，也允许采用 的铸铁制造链轮。 由于小链轮的啮合次数比大链轮多，因此对材料的要求也比大链轮高。当大链轮用铸铁制造时，小链轮通常都用钢。 3.4.4 链传动的运动特性 200B MPa nts 8 链的水平方向的加速度 链的垂直方向分速度 nts 9 相对啮合冲击动能 若链条松弛，在起动、制动、反转、载荷变化等情况下，将产生惯性冲击，使链传动产生很大的动载荷。 3.4.5 链传动的受力分析 1.工作拉力 ： 2.离心拉力 ： 3.垂度拉力 ： nts 10 4.紧边总拉力： 5.松边总拉力： 6.轴上的载荷： 3.4.6滚子链 传动的失效形式及计算方法 1.链传动的失效形式有： (1) 铰链元件由于疲劳强度不足而破坏。 (2) 因铰链销轴磨损使链节距过度伸长（在标准试验条件下允许伸长率为 3%），从而破坏正确啮合和造成脱链现象； nts 11 (3) 润滑不当或转速过高时，销轴和套筒的摩擦表面易发生胶合破坏； (4) 经常起动、反转、制动的链传动，由于过载造成冲击破断； (5) 低速重载的链传动，铰链元件发生静强度破坏； (6) 链轮轮齿磨损。 2.额定功率曲线 3.额定功率确定方法 3.4.7 滚子链传动的设计步骤和主要参数的确定 设计滚子链时的原始数据为：传动的功率、小链轮和大链轮的转速（或传动比）、原动机种类、载荷性质以及传动用途等。 设计步骤 ： 1选择链轮齿数 z1、 z2 nts 12 小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响，链轮齿数不宜过多或过少。过少时将： 1)增加传动的不均匀性和动载荷； 2)增加链节间的相对转角，从而增大功率消耗； 3)增加铰链承压面间的压强（因齿数少时，链轮直径小，链的工作拉力将增加），从而加速铰链磨损等； 4)增加链 传动的圆周力，从而加速了链条和链轮的损坏。 由于链节数应选用偶数，所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数。并优先选取 17、 19、 21、 23、 25、 38、 57、 76、 95、 114。 2 确定传动比 i 链传动的传动比一般 ，推荐 ，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到 10（个别情况可到 15）。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合，通常包角最好不小于 120 ，传动比在 3 左右。 nts 13 本次设计中采用的传动比 i=2 3确定计算功率 4确定链节距 在承载能力足够条件下，应选取较小节距的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。一般，载荷大、中心距小、传动比大时，选小节距多排链；速度不太高、中心距大、传动比小时选大节距单排链。 5确定中心距和链长 6链速和链轮的极限转速 链速的提高受到动载荷的限制，所以一般最好不超过 12 m/s。如果链和链轮的制造质量很高，链节距较小，链轮齿数较多，安装精度很高，以及采用合金钢制造的链，则链速也允许超过 20m/s 30m/s。链轮的 最佳转速和极限转速。 7计算链传动作用在轴上的力 nts 14 3.4.8链传动的布置、张紧和润滑 1.链传动的合理布置 两链轮的回转平面应在同一垂直平面内 ; 两链轮中心连线最好是水平的，或与水平面成 45 以下的倾斜角，尽量避免垂直传动。 属于下列情况时，紧边最好布置在传动的上面： 1)中心距 和 的水平传动； 2)倾斜角相当大的传动； 3)中心距 、传动比 和链轮齿数 的水平传动。 图 11.20 传动链的布置 2. 链传动的张紧方法 链传动张紧的目的，主要是为了避免由于链条垂度过大产生啮合不良和链条振动现象，同时也为了增加链条的包角。 张紧力并不决定链的工作能力，而只是决定垂度的大小。当两轮中心连线倾角大于 60 时，一般都要设置张紧装置。 最常见的张紧方法是移动链轮以增大两轮的中心距。但如中心距nts 15 不可调时，也可以采用张紧轮传动。 张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上。不论是带齿的还是不带齿的张紧轮，其分度圆直径最好与小链轮的分度圆直径相近。 不带齿的张紧轮可以用夹布胶木制成，宽度应比链约宽 5mm。 此外还可用压板或托板张紧。对于中心距大的链 传动，用托板控制垂度更为合理。 3. 链传动的润滑、护罩或链条箱 人工定期润滑； 滴油润滑； 油浴或飞溅润滑； 压力喷油润滑 图 11.22 建议使用的润滑油方法 nts 1 齿轮传动的设计 齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，型式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达 200m/s。本设计所设计的是最常用的渐开线齿轮传动。 齿轮传动的主要特点有： 1)效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1，也有很大的经济意义。 2)结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 3)工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的 齿轮传动，工作十分可靠，寿命 可长达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重 要。 4)传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较员，且不宜用于传动距离过大的场合。 齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。如在农业机械、建筑机械nts 2 以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好 ，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体 (机匣 )内，这称为闭式齿轮传动 (齿轮箱 )。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场 合。 齿轮传动的失效形式 齿轮传动就装置型式来说，有开式、半开式及闭式之分；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、重载之别；就齿轮材料的 性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆 (如经整体淬火、齿面硬度很高的钢齿轮或铸铁齿轮 )或较韧 (如经调质、常化的优质碳钢及合金钢齿轮 )，齿面有较硬 (轮齿工作面的硬度大于 350HBS 或 38HRC，并称为硬齿面齿轮 )或较软 (轮齿工作面的硬度小于或等于 350HBS 或 38HRC， 并 称为软齿面齿轮 )的差别等。由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。 nts 3 齿轮 设计准则： 由于齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都 应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲。对于高速大功率的齿轮传动 (如航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等 )，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。至于抵抗其它失效的能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取相应的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。 由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮 (如用 20、 20cr钢经渗碳 后淬火的齿轮 )或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为卞。如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。 功率较大的传动，例如输入功率超过 75kw 的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。 开式 (半开式 )齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式 (半开式 )齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式 (半开式 )齿轮传动的寿命，nts 4 可视具体 需要而将所求得的模数适当增大。 对于齿轮的轮困、轮辐、轮较等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进行强度计算。 齿轮传动 设计 工作条件 ：已知输入功率 Pt 40kw，小齿轮转速 M1； 1440r min 齿数比 i 2，由电动机驱动，工作寿命 15年 (设每年工作 300 天 )，两班制，工作干稳，转向不变。 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿效 1) 由工作台的传动方案与设计要求选用斜齿圆柱齿轮传动。 2) 考虑此减速器的功率较大，故大、小齿轮都选用 硬齿 面。由表 l0-1 选得大、小齿轮的材料均为 40cr，并经调质及表面淬火 齿面硬度为 48 55HRC。 3) 选取 精 度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不 需磨削， 故初选 7 级精度。 4)选小齿轮齿数 :1Z 30，大齿轮齿数： 21i 3 0 2 6 0ZZ . 5) 选取螺旋角。初选螺旋角 14 2.按齿面接触强度设计 （ 1）确定公式内各个计算数值 2131 )(12HEHdtt ZZuuTKd 1)试选 1.6tK 。 nts 5 2)由图 10-30 选取区域系数HZ 2.433。 3)由图 10-26 查得 : 120 . 7 8 , 0 . 8 7则： 12 0 . 8 7 0 . 7 8 1 . 6 5 4)许用接触应力： 12 5 4 0 5 2 2 . 5 5 3 1 . 2 522HHH M P a （ 2）计算 (1)试算小齿轮分度圆 直径1td，由计算公式得 2131t2 1 . 6 2 1 2 . 4 3 3 1 8 9 . 8d ( )1 1 . 6 5 2 5 3 1 . 2 5T 其中： 5 519 5 . 5 1 0 4 0T 2 . 6 5 1 01440 则： 1td 6 5 .4 (2)计算圆周速度 则： V=4.93m/s (3)计算齿 宽 b 及摸数 Mnt nts 6 则 ： b=65.4mm Mnt=2.11mm 即有： H=4.76mm (4)计算纵向 重 合度 即： 2.378 (5)计算裁荷系数 K 已知使用系数 KA=1。 根据 V=4.93m/s， 7 级精度，由 查得动 载 系数 1.15VK ； 由 查得HK 1 43; 由 查 得FK 1 37; 由 查得 1 .4 2FHKK。 故裁荷系数 : 即： K=2.78 (6)按实际的裁荷系数校正所算得的分度圆直径。 即：1d 78.6mm(7)计算模数 Mn nts 7 即：nm 2.543按齿根弯曲强度设计 1) 确定计算参数 (1) 计算裁荷系数 即： K=2.237 (2) 根据纵向 重 合理 2.378 ，从 查得螺旋角 影响 系数 Y 0.8 ; (3) 计算当量齿数 即：1Z 32.8V 即：2Z 65.68V （ 4）查 取齿形系数 由 查得 nts 8 1 2.62FY 2 2.23FY 2)设计计算 即：nm 4.11则 由 ：选取nm5则小齿轮和大齿轮的齿数分别为： 30、 60 选取大小齿轮齿宽分别为： 60、 50 3）斜齿轮参数计算 小 齿轮参数计算： 1.分度圆直径 d 154.6mm 2.齿顶圆直径ad 164.6mm3.齿顶高ah5mm 4.齿根高fh7mm nts 9 图 小齿轮 大齿轮参数计算： 1.分度圆直径 d 309.3mm 2.齿顶圆直径ad 319.3mm3.齿顶高ah5mm 4.齿根高fh7mm nts 10 图 大 齿轮 nts参考文献 1邹慧君 .机构系统设计 M.上海 :上海利学技术出版社 .1996. 2吴宗泽 .高等机械设计 M北京 :清华人学出版社 .2008. 3赵明 .直流调速系统 M.北京 :机械工业出版社 .2001. 4工耀德 .交直流电力拖动控制系统 M.北京 :机械工业出版社 .1992. 5易立成 .机械传动封闭试验台 M.成都 :四川省机械工程学会传动专业委员会 .2003. 6刘金石 .机械传动试验的电封闭加载 J.陕西机械学院学报 .1999. 7李路鸣 .封闭功率流式齿轮试验台的载荷特性 J.机械设计 .2002. nts摘要 实验设备对于加深学生对理论知识的理解，锻炼学生的实践、创新能力具有十分重要的意义，在教学体系中占有举足轻重的地位。目前，我国大部分高校的实验设备存在陈旧、落后的问题，而实验设备开发与实验教学应用严重脱节，导致实验设备无法满足教学发展的要求。因此，迫切地需要通过新型实验设备的自主设计研制，来改进实验设备现状、提高实验教学水平。 关键词 ： 机械传动， 运动学，动力学，实验台，仿真，测试 ntsABSTRACT The experimental facilities have the very important function for the understanding of the academic knowledge, exercises students practice, ability of creation. At present, problems of obsolete and backward facilities exist in majority of the universities.Because of the disjoint between the development of the experimental facilities and the experimental teaching application, the experimental facilities can not suit for the development of teaching. Therefore, it is urgent to develop the new experimental facilities, to improve the test installation present situation, the enhancement experiment teaching level. Keyword: Mechanical Transmission , Kinematics, Dynamics, Laboratory Bench, Simulation, Test nts第一章 引言 1.1 本课题 提出 的意义 培养学生根据机械传动实验任务，进行自主实验的能力。实验在“机械传动性能综合测试实验台”上进行，实验室提供机械传动装置和测试设备资料，学生根据实验任务自主设计实验方案，写出实验方案书，搭接传动系统进行测试，分析传动系统设计方案，写出实验报告。 掌握机械传动合理布置的基本要求，机械传动方案设计的一般方法，并利用机械传动综合实验台对机械传动系统组成方案的性能进行测试，分析组成方案的特点； 通过实验掌握机械传动性能综合测试的工作原理和方法，掌握计算机辅助实验的新方法。 测试常用机械传动装置（如带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等）在传递运动与动力过程中的参数曲线 (速度曲线、转矩曲线、传动比曲线、功率曲线及效率曲线等 )，加深对常见机械传动性能的认识和理解 。 1.2 多功能实验台的发展现状 nts 1 第三章 机械传动多功能实验台的设计 3.1 电动机的选择 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比 。 由机械设计手册 选定型号为 YZ112-M-6的三相异步电动机，额定功率为 1.5KW， 额定电 压 380V,额定电流 4.2A，满载转速 mn920 r/min。 其结构如图 3-1所示 图 3-1 三相异步 电动机 3.2齿轮传动的设计 齿轮传动是机械传动中最主要的一类传动，型式很多， 应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达 200m/s。本设计所设计的是最常用的渐开线齿轮传动。 3.2.1齿轮传动的主要特点有： nts 2 1)效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1，也有很大的经济意义。 2)结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 3)工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命 可长达一、二十年，这也是其 它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重 要。 4)传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较员，且不宜用于传动距离过大的场合。 齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。如在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有简单 的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密nts 3 的箱体 (机匣 )内，这称为闭式齿轮传动 (齿轮箱 )。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。 3.2.2 齿轮传动的失效形式 齿轮传动就装置型式来说，有开式、半开式及闭式之分；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、重载之别；就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿有较脆 (如经整 体淬火、齿面硬度很高的钢齿轮或铸铁齿轮 )或较韧 (如经调质、常化的优质碳钢及合金钢齿轮 )，齿面有较硬 (轮齿工作面的硬度大于 350HBS 或 38HRC，并称为硬齿面齿轮 )或较软 (轮齿工作面的硬度小于或等于 350HBS 或 38HRC， 并 称为软齿面齿轮 )的差别等。由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。 3.2.3齿轮设计准则 由于齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨 损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲。对于高速大功率的齿轮传动 (如航空发动机主传动、汽轮发电机组传动等 )，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。至于抵抗其它失效的能力，目前虽然一般不进行计算，但应采nts 4 取相应的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。 由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮 (如用 20、 20cr钢经渗碳后淬火的齿轮 )或材质较脆的齿轮，通常则以 保证齿根弯曲疲劳强度为卞。如果两齿轮均为硬齿面且齿面硬度一样高时，则视具体情况而定。 功率较大的传动，例如输入功率超过 75kw 的闭式齿轮传动，发热量大，易于导致润滑不良及轮齿胶合损伤等，为了控制温升，还应作散热能力计算。 开式 (半开式 )齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但如前所述，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式 (半开式 )齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式 (半开式 )齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。 对于齿轮 的轮困、轮辐、轮较等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进行强度计算。 3.2.4齿轮传动设计 工作条件 ：已知输入功率 Pt 1.5kw，小齿轮转速 M1； 920r min 齿数比 i 2，由电动机驱动，工作寿命 15年 (设每年工作 300 天 )，两班制，工作干稳，转向不变。 nts 5 1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿效 1) 由工作台的传动方案与设计要求选用斜齿圆柱齿轮传动。 2) 考虑此减速器的功率较大，故大、小齿轮都选用硬齿面。由表 l0-1 选得大、小齿轮的材料均为 40cr，并经调质及表面淬火齿面硬度为 48 55HRC。 3) 选取精度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故初选 7 级精度。 4)选小齿轮齿数 :1Z 30，大齿轮齿数：21i 3 0 2 6 0ZZ . 5) 选取螺旋角。初选螺旋角 14 2.按齿面接触强度设计 （ 1）确定公式内各个计算数值 2131 )(12HEHdtt ZZuuTKd 1)试选 1.6tK 。 2)由图 10-30 选取区 域系数HZ 2.433。 3)由图 10-26 查得 : 120 . 7 8 , 0 . 8 7 则： 12 0 . 8 7 0 . 7 8 1 . 6 5 4)许用接触应力： 12 5 4 0 5 2 2 . 5 5 3 1 . 2 522HHH M P a nts 6 （ 2）计算 (1)试算小齿轮分度圆 直径1td，由计算公式得 2131t2 1 . 6 2 1 2 . 4 3 3 1 8 9 . 8d ( )1 1 . 6 5 2 5 3 1 . 2 5T 其中： 5 519 5 . 5 1 0 4 0T 2 . 6 5 1 01440 则： 1td 6 5 .4 (2)计算圆周速度 则： V=3.13m/s (3)计算齿 宽 b 及摸数 Mnt 则 ： b=65.4mm Mnt=2.11mm 即有： H=4.76mm (4)计算纵向 重 合度 nts 7 即： 2.378 (5)计算裁荷系数 K 已知使用系数 KA=1。 根据 V=3.13m/s， 7 级精度，由 查得动 载 系数 1.15VK ； 由 查得HK 1 43; 由 查 得FK 1 37; 由 查得 1 .4 2FHKK。 故裁荷系数 : 即： K=2.78 (6)按实际的裁荷系数校正所算得的分度圆直径。 即：1d 78.6mm(7)计算模数 Mn 即：nm 2.543按齿根弯曲强 度设计 nts 8 1) 确定计算参数 (1) 计算裁荷系数 即： K=2.237 (2) 根据纵向 重 合理 2.378 ，从 查得螺旋角 影响 系数 Y 0.8 ; (3) 计算当量齿数 即：1Z 32.8V 即：2Z 65.68V （ 4）查 取齿形系数 由 查得 1 2.62FY 2 2.23FY 2)设计计算 即：nm 4.11则 由 ：选取nm5nts 9 则小齿轮和大齿轮的齿数分别为： 30、 60 选取大小齿轮齿宽分别为： 60、 50 3）斜齿轮参数计算 小齿轮参数计算： 1.分度圆直径 d 154.6mm 2.齿顶圆直径ad 164.6mm3.齿顶高ah5mm 4.齿根高fh7mm 图 3-2 小齿轮 nts 10 大齿轮参数计算： 1.分度圆直径 d 309.3mm 2.齿顶圆直径ad 319.3mm3.齿顶高ah5mm 4.齿根高fh7mm 图 3-3 大齿轮 3.3带 传动 设计 3.3.1带传动简介 带传动是由固联于主动轴上的带轮 1(主动轮 )、固联 于从动轴上的带轮 3(从动轮 )和紧套在两轮上的传动带 2 组成的 (如 图 3-4)。当nts 11 原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的 摩擦 (或啮合 )，便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单、传动乎稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 图 3-4 带传动示意图 带传动的类型 在带传动中，常用的有平带传动 、 v 带传动 、多 楔带传动 、和 同步带传动等。 图 3-5 平带传动 nts 12 图 3-6 V带传动 图 3-7 多 楔带传动 图 3-8 同步带传动 在一般机械传动中，应用最广的是 v带 传动。 v 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时， v 带只和轮槽的两个侧nts 13 面接触，即以两侧面为工作面 。 根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下， v带传动较乎带传动能产生更大的摩擦力。这是 v带传动性能上的员主要优点。再加上 v带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及 v 带多已标准化并大量生产等优点，因而 v 带传动的应用比乎带传动广泛得多，故本 设计采用 v 带传动。 3.3.2 V 带的类型与结构 V 带有普通 V 带、窄 V 带、联组 V 带夕形 V 带、大楔角 V 带、宽V 带等多种类型，其中普通 v带应用 最 广。 标准普通 v 带都制成 无接头的环形。其结构由项胶、抗拉体、底胶和包布等部分组成。抗拉体的结构分为帘布芯 v 带和绳芯 v 带两种类型。 普通 v 带的截型分为 Y、 z、 A、 B、 C、 D、 E 七种，窄 v带的截型分为 SPZ、 SPA、 SPB、 SPC 四种 。 V 带轮设计的要求 设计 V 带轮时应满足的要求有；质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工 (表面租糙度一般为 6.3)，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以便载荷分布较为均匀等。 带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 HTl50 或 HT200；转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成 )；小功率时可用铸nts 14 铝或塑料。 3.3.3 V 带传动设计 计算 (一 ) 设计准则和单根 v带的基本额定功率 根据前面的分析可知，带传动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带传动的设计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 由 机械设计手册 并对 v带用当量摩擦系数 代替平面摩擦系数 ， 则可推导 出带在有打滑趋势时的有效拉力 (亦即最大有效拉力 )为 ： 再由 机械设计手册 可知 v 带的疲劳强度条件为 ： 或 式中 为在一定条件下，由带的疲劳强度所决定的许用应力。 即有： 即可得出单根 v带所允许传递的功率为 ： nts 15 （二 )原始数据及设计内容 设计 v 带传动给定的原始数据为：传递的功率 P，传动比 i=2，传动位置要求及工作条件等。 （三 )设计步骤和方法 1确定计算功率 Pca。 计算功率 Pca 是根据传递的功率 P，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即 : 式中： P-传递的额定功率 (例如电动机的额定功率 )， kw； KA-工作情况系数。 2选择带型 根据计算功率 和小带轮转速 ， 由 机械设计手册 选定带型。 nts 16 图 3-9 普通 v 带选型图 3确定带轮的基准直径 D1 和 D2 1)初选小带轮的基准直径 D1 根据 v带裁型，参考 机械设计手册选取 Dl D2， 为了提高 v 带的寿命，宜选取较大的直径。 2)验算带的速度。 根据 来计算带的速度，并应使 。 对于普通 V 带 ： 如 ，则离心力过大，即应减小 D1；如 V 过小 (例如 V 5m s)，则表示所选 Dl 过小，这将使所需的有效拉力 过大，即所需带的根数过多，于是带轮的宽度、轴径及轴承的尺寸都要随之增大。nts 17 一般以 20m s 为宜。 3)计算从动轮的基准直 径 D1、 D2。 其中： 并按 v 带轮的基准直径系列 机械设计手册 以适当圆 整。 4确定中心距 a 和带的基准长度 Ld 如果中心距末给出，可根据传动的结构需要韧定中心距 a，取 ： 0a取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基港长度 dL。 根据 dL， 由 机械设计手册 选取和 dL相近的 v 带的基准长度Ld 。 再根据 Ld来计算实际中心 距。 由于 v 带传动的中心距一般是可以调整的，故可采用下式作近似计算，即 ： 考虑安装调整和补偿顶紧力 (如带伸长而松弛后的张紧 )的需要，中心距的变动范围为 ： 5验算主动轮上的包角1。 nts 18 根据 机械设计手册 及对包角的要求，应保证 ： 6确定带的根数： 式中： k 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数 ； Lk 考 虑带的长度不同时的影响系数， 简称长度系数； P 单根 v 带的基本领定功率 。 0P 计入传动比的影响时，单根 v带额定功率的增量 (因0P是按 180 ，即 Dl D2的条件计算的，而当传动比越大时，从动轮直径就越比主动轮直径大，带绕上从动轮时的弯曲应力就越比统上主动轮时的小，故其传动能力即有所提高 )。 在确定 v 带的根数：时，为了使各根 v 带受力均匀，根数不宜太多 (通常： V40HRC；高速、重载、连续工作的传动，采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火 (如用 15、 20Cr、12CrNi3 等钢淬硬至 55HRC-60HRC)或中碳钢、中碳合金钢表面淬火(如用 45、 40Cr、 45Mn、 35SiMn、 35CrMo 等钢淬硬到 40HRC 50HRC)。 载荷平稳、速度较低、齿数较多时，也允许采用 的铸铁制造链轮。 由于小链轮的啮合次数比大链轮多，因此对材料的要求也比大链轮高。当大链轮用铸铁制造时，小链轮通常都用钢。 3.4.4 链传动的运动特性 200B MPa nts 27 图 3-17 链轮运动图 链的水平方向的加速度 nts 28 链的垂直方向分速度 相对啮合冲击动能 图 3-18 链轮传动 若链条松弛，在起动、制动、反转、载荷变化等情况下，将产生惯性冲击，使链传动产生很大的动载荷。 3.4.5 链传动的受力分析 1.工作拉力 ： nts 29 2.离心拉力 ： 3.垂度拉力 ： 4.紧边总拉力： 5.松边总拉力： 6.轴上的载荷： 图 3-19 链的受力 nts 30 3.4.6滚子链传动的失效形式及计算方法 1.链传动的失效形式有： (1) 铰链元件由于疲劳强 度不足而破坏。 (2) 因铰链销轴磨损使链节距过度伸长（在标准试验条件下允许伸长率为 3%），从而破坏正确啮合和造成脱链现象； (3) 润滑不当或转速过高时，销轴和套筒的摩擦表面易发生胶合破坏； (4) 经常起动、反转、制动的链传动，由于过载造成冲击破断； (5) 低速重载的链传动，铰链元件发生静强度破坏； (6) 链轮轮齿磨损。 2.额定功率曲线 图 3-20 额定功率曲线 3.额定功率确定方法 nts 31 3.4.7 滚子链传动的设计 步骤和主要参数的确定 设计滚子链时的原始数据为：传动的功率、小链轮和大链轮的转速（或传动比）、原动机种类、载荷性质以及传动用途等。 设计步骤 ： 1选择链轮齿数 z1、 z2 小链轮齿数对链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响，链轮齿数不宜过多或过少。过少时将： 1)增加传动的不均匀性和动载荷； 2)增加链节间的相对转角，从而增大功率消耗； 3)增加铰链承压面间的压强（因齿数少时，链轮直径小，链的工作拉力将增加），从而加速铰链磨损等； 4)增加链传动的圆周力，从而加速了链条和链轮的损坏。 由于链节数 应选用偶数，所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数。并优先选取 17、 19、 21、 23、 25、 38、 57、 76、 95、 114。 图 3-21 链轮节距 nts 32 2 确定传动比 i 链传动的传动比一般 ，推荐 ，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到 10（个别情况可到 15）。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合，通常包角最好不小于 120 ，传动比在 3 左右。 本次设计中采用的传动比 i=2 3确定计算功率 4确定链节距 在承载能力足够条件下，应选取较小节距的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。一般，载荷大、中心距小、传动比大时，选小节距多排链；速度不太高、中心距大、传动比小时选大节距单排链。 5确定中心距和链长 6链速和链轮的极限转速 链速的提高受到动载荷的限制，所以一般最好不超过 12 m/s。如果链和链轮的制造质量很高，链节距较小，链轮齿数较多，安装精nts 33 度很高，以及采用合金钢制造的链，则链速也允许超过 20m/s 30m/s。链轮的最佳转速和极限转速。 7计算链传动 作用在轴上的力 3.4.8链传动的布置、张紧和润滑 1.链传动的合理布置 两链轮的回转平面应在同一垂直平面内 ; 两链轮中心连线最好是水平的，或与水平面成 45 以下的倾斜角，尽量避免垂直传动。 属于下列情况时，紧边最好布置在传动的上面： 1)中心距 和 的水平传动； 2)倾斜角相当大的传动； 3)中心距 、传动比 和链轮齿数 的水平传动。 图 3-22 传动链的布置 nts 34 2. 链传动的张紧方法 链传动张紧的目的，主要是为了避免由于 链条垂度过大产生啮合不良和链条振动现象，同时也为了增加链条的包角。 张紧力并不决定链的工作能力，而只是决定垂度的大小。当两轮中心连线倾角大于 60 时，一般都要设置张紧装置。 最常见的张紧方法是移动链轮以增大两轮的中心距。但如中心距不可调时，也可以采用张紧轮传动。 张紧轮应装在靠近主动链轮的松边上。不论是带齿的还是不带齿的张紧轮，其分度圆直径最好与小链轮的分度圆直径相近。 不带齿的张紧轮可以用夹布胶木制成，宽度应比链约宽 5mm。 此外还可用压板或托板张紧。对于中心距大的链传动，用托板控制垂度更为合理。 3. 链传动的润滑、护罩或链条箱 nts 35 人工定期润滑； 滴油润滑； 油浴或飞溅润滑； 压力喷油润滑 图 3-23 建议使用的润滑油方法 3.5 蜗轮蜗杆传动设计 3.5.1 蜗杆传动的类型和特点 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两铀线交错的夹角可为任意值，常用的为 90。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动乎稳以及在一定的条件下具有可取的自锁性等优点，应用颇为广泛；其不足之处是传动效率低、常用耗用有色金 属 等。蜗杆 传动通常用于减速装置，但也有个别机器用作增速装置。 随着机器功率的不断提高，近年来陆续出现了多种新型的蜗杆传动，效率低的缺点正在逐步改善。 nts 36 （一） 蜗杆传动的类型 根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动 。 图 3-24 圆柱蜗杆传动 图 3-25 环面蜗杆传动 nts 37 图 3-26 锥蜗杆传动 3.5.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 1. 蜗杆传动的最大特点是结构紧凑、传动比大。 2. 传动平稳、噪声小。 3. 可制成具有自锁性的蜗杆。 4. 蜗杆传动的主要缺点是效率较低。 5. 蜗轮 的造价较高。 图 3-27 蜗轮蜗杆设计参数 nts 38 垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。在蜗杆传动的设计计算中，均以中间平面上的基本参数和几何尺寸为基准 。 （一） 蜗杆传动的主要参数及其选择 1. 蜗杆的头数 z1、蜗轮齿数 z2和传动比 i 较少的蜗杆头数（如：单头蜗杆）可以实现较大的传动比，但传动效率较低；蜗杆头数越多，传动效率越高，但蜗杆头数过多时不易加工。通常蜗杆头数取为 1、 2、 4、 6。 蜗轮齿数主要取决于传动比，即21izz。2z不宜太小（如2z26)，否则将使传动平稳性变差。2z也不宜太大，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 传动比 i： 1 2 22 1 1ddnzinz 2.模数 m和压力角 a 蜗杆与蜗轮啮合时 ，蜗杆的轴面模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等，即 3.导程角 1 1 1aL z p z mnts 39 111 1 1t a n L z m z md d d 在 m 和1d为标准值时，1Z 正确啮合时，蜗轮蜗杆螺旋线方向相同，且 4.
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