爬式加料机和卷扬机传动装置设计

一、设计题目

（1）工作条件。爬式加料机工作中载荷平稳，工作机效率0.96，工作年限10年，大修期限3年，每年工作300天，两班制工作，工作机允许速度误差±5%。在专门工厂小批量生产。

（2）原始数据：

题目编号

钢丝绳拉力（N） 卷筒转速（r/min） 卷筒直径（mm）

F8 1500 95 270

二、传动装置方案设计

三、机械装置运动、动力参数计算

3.1电动机的选择

（1）选择电动机类型

跟据已知条件和要求，选用Y系列一般用途的三相异步电动机。

（2）选择电动机的容量

工作机所需功率：

w1000FvPw

100060nDv

其中，F=1500N，n=95r/min，D=270mm，ηw=0.96，代入，得

smv/34.110006095270

)(09.296.0100034.11500kwPw

电动机输出功率：

wdPP

式中，η为电动机至工作机轴的传动装置总效率

又，cgrb23，取V带传动效率ηb=0.95；滚动轴承效率ηr=0.99；8级精度的一般齿轮传动效率ηg=0.97；联轴器效率ηc=0.95，则总效率为

82.095.097.099.095.023

则

kwPPwd55.282.009.2

因载荷平稳，电动机额定功率Ped只需略大于Pd即可。查表，选电动机额定功率kwPed0.3。

（3）确定电动机转速。

工作机轴转速为：

min/79.9427034.1100060100060rDvnw

根据推荐的各级传动传动比范围，V带传动比范围ib＇=(2~4)，两级圆柱齿轮传动比范围i1＇i2＇=（8~12），则总传动比范围ia＇=（2³8）~（4³12）=（16~48）。可见电动机转速的可选范围为nd＇=ia＇nw=(16~48)³94.79=（1516.6~4549.9）r/min。选择同步转速为1500r/min的Y型异步电动机，具体参数如下：

电机型号 额定功率（kw） 电机转速（r/min） 启动转矩（N²m） 最大转矩（N²m）

Y100L2-4 3.0 同步转速 满载转速 2.2

2.3

1500 1430

3.2计算传动装置总传动比和分配传动比

（1）传动装置总传动比

09.1579.941430wmnni

其中，nm为电机满载转速。

（2）分配各级传动比

已知，i=ibi1i2，式中ib,i1,i2,分别是带传动、第一级齿轮传动、第二级齿轮传动的传动比。

为使带传动的外廓尺寸不至于过大，取ib=2.5，则

036.65.209.1521biiii

又，21)4.1~3.1(ii。则最终求得 07.22i，91.21i。

3.3计算传动装置的运动和动力参数

(1)各轴功率（输入）

)(42.295.055.2d1kwbPP

)(32.297.099.042.212kwPPgr

)(23.297.099.032.223kwPPgr

)(09.295.099.023.234kwPPcr

(2)各轴转速

min)/(5725.214301rinnbm

min)/(56.19691.2572112rinn

min)/(96.9407.256.196223rinn

min)/(96.9434rnn

可知，转速误差为%2.079.9496.9479.94，满足条件。

(3)各轴转矩 )(40.4057242.295509550111mNnPT

)(72.11256.19632.295509550222mNnPT

)(27.22496.9423.295509550333mNnPT

)(19.21096.9409.295509550444mNnPT

四、传动零件的设计计算

4.1带传动

(1)确定计算功率

查机械设计课本表8-8，得工况系数Ka=1.1，则

)(81.255.21.1kWPKPdAca

(2)选择V带的带型

根据Pca、nm，查机械设计课本表8-11，选用Z型普通V带。

(3)确定带轮的基准直径dd并验算带速v

①初选小带轮基准直径dd1。查机械设计课本表8-7和8-9，取mmdd1001。

②验算带速v。

)/(49.7100060143010010006011smndvmd

因为5

③计算大带轮的基准直径。

mmdiddbd2501005.212

(4)确定中心距a，并选择V带的基准长度Ld

①初定中心距。

根据公式)(2)(7.021021ddddddadd，即7002450a，取mma5000。

②计算相应的带长Ld0。

201221004-22addddaLddddd

mm25004100-25025010025002

)(1561mm

查机械设计课本表8-2，选带的基准长度Ld=1540mm。

③计算中心距a及其变动范围。

mmmmLLaadd49021561-15405002-00 考虑带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围如下：

ddLaaLa03.0015.0

即

)(536467mma

(5)验算小带轮上的包角α1

通常小带轮上的包角小于大带轮上的包角，小带轮上的临界摩擦力小于大带轮上的临界摩擦力。因此，打滑通常发生在小带轮上。为了提高带传动的工作能力，应使

1201624653.57010-502-1803.57--180121adddd

满足设计要求。

(6)确定带的根数z

①计算单根V带的额定功率Pr。

由mmdd1001和min/1430rnm，查机械设计课本表8-4得，kWP32.10。

根据min/1430rnm，5.2bi和V型带，查机械设计课本表8-5得，kWP03.00。

查机械设计课本表8-6得，96.0K，查表8-2得，54.1LK。于是

kWKKPPpLr99.154.196.003.032.100

②计算V带的根数z。

41.199.181.2rcapPz

取2根。

(7)确定带的初拉力F0

由机械设计课本表8-3得，Z型带单位长度的质量mkgq/06.0，则

NNqvzvKPKFca82.153]49.706.049.7296.081.296.05.2500[5.2500220

(8)计算带传动的压轴力Fp

NNzFFP70.6072162sin82.153222sin210

4.2高速级齿轮传动的设计计算

1.选精度等级、材料及齿数

（1）选用斜齿圆柱齿轮传动，压力角为20°，初选螺旋角β=12°

（2）爬式加料机为一般工作机器，参考机械设计课本表10-6，选用8级精度。

（3）材料选择。选小齿轮材料为40Cr（调质），齿面硬度280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），齿面硬度240HBS。 （4）选小齿轮齿数241Z，大齿轮齿数84.692491.2112ZiZ，取702Z

2.按齿面接触疲劳强度设计

（1）试算小齿轮分度圆直径

231112HEHdHtZZZZuuTKd

其中，

①试选载荷系数3.1HtK

②由图10-20得，节点区域系数433.2HZ

③由表10-5得，弹性影响系数8.189EZ

④重合度系数

)1(34Z

其中，

°72.59)12tan/20arctan(tan)cos/arctan(tant

°°°11121.62)12cos1224/(72.59cos24arccos)cos2/(cosarccos*anhZZt°°°22263.60)12cos1270/(72.59cos70arccos)cos2/(cosarccos*anhZZt2/)tan(tan)tan(tan2211ttZZ

2/)72.59tan63.60(tan70)72.59tan21.62(tan24°°°°

42.1

62.1/12tan241/tan°1Zd

则，

61.042.162.1)62.11(342.14)1(34Z

⑤螺旋角系数

99.012coscos°Z

⑥许用接触疲劳强度极限H

由机械设计课本图10-25d查得，接触疲劳极限MPaH6001lim、MPaH5502lim

应力循环次数：

9111065.1300108215726060hjLnN89121066.5)24/70/(1065.1/uNN