传动系统动力参数计算方法详解

动力参数计算就是要算出各轴的功率和转矩。

1.传动系统的总效率

常用的单路传动系统的总效率为各部分效率乘积，即

式中，η1、η2、…、ηn为每一传动机构、每对轴承、联轴器等的效率。

传动机构的效率见表14－1，一对滚动轴承或联轴器的效率可近似取为η＝0.98～0.99。

2.功率

传动系统中，对各零件进行工作能力计算时，均以其输入功率为计算功率。

以图14－5所示的二级圆柱齿轮传动系统为例，介绍各轴功率的计算方法。现已知传动系统的输入功率P入（单位为kW）（或输出功率P出）、齿轮啮合效率η齿、轴承效率η承。设PⅠ、PⅡ、PⅢ分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的输入功率，单位为kW，则有

图14－5　齿轮传动系统

上述两式都可用来计算各轴的功率，在一般情况下，电动机额定功率略大于负载功率，故用式（14－6）计算较为合理。

3.转矩T

当已知各轴的输入功率P（单位为kW）和转速n（单位为r/min）时，即可求出轴的转矩T（单位为 N·m），即

若将上式代入式（14－5）中得各轴的转矩

式中，iⅠ、iⅡ为高、低速级齿轮的传动比。

例13－1　设计如图14－6所示的胶带输送机传动装置。已知运输带工作拉力F＝4kN，带速v＝1m/s，滚筒直径D＝500mm，滚筒传动效率η筒＝0.96，两班制工作，工作条件恶劣。电动机额定功率Pd＝4kW，转速nd＝1400r/min。

解　（1）传动方案设计

①传动装置的总传动比

②拟订传动方案　总传动比较大，采用带、链或齿轮传动需要三级传动，若用蜗杆传动只需一级传动。工作条件较差，可采用闭式传动，以延长使用寿命。

有以下几种较好的传动方案可供选择：

（a）电动机——三级圆柱齿轮传动（闭式）运输机；

（b）电动机——V带传动——两级圆柱齿轮传动（闭式）——运输机；

（c）电动机——两级圆柱齿轮传动——链传动——运输机；

（d）电动机——蜗杆传动——运输机。

③传动方案选择　方案（d）结构紧凑，但蜗杆传动效率低，功率损失较大，成本也较大。方案（a）比方案（b）、方案（c）成本高。方案（b）与方案（c）比较，V带传动比链传动工作平稳，能缓冲吸振，起过载保护作用且成本较低。因此，方案（b）为最优方案（图14－7）。

（2）传动比分配

总传动比　i总＝i1i2i3＝37.68

根据传动比分配原则，取V带传动比i1＝3，高速级齿轮传动比i2＝4，则低速级传动比

i3＝I总 /（i1i2）＝37.68/（3×4）＝3.14

（3）各轴的转速

nⅠ＝nd/i1＝1440/3＝480(r/min)

nⅡ＝nⅠ/i2＝480/4＝120(r/min)(www.xing528.com)

nⅢ＝nⅡ/i3＝120/3.14 ＝38.2(r/min)

（4）各轴功率

图14－6　带式运输机传动

图14－7　带式运输机传动装置

滚筒功率

选用滚子轴承，其效率 η承 ＝0.98，齿轮效率 η齿 ＝0.97，联轴器效率 η联＝0.99，V 带效率η带＝0.96，各轴输入功率

PⅢ＝Pw/（η筒 η联 η2承）＝4/（0.982×0.96×0.99）＝4.38（kW）

PⅡ＝PⅢ/（η承 η齿）＝4.38/（0.98×0.97）＝4.61（kW）

PⅠ＝PⅡ/（η承 η齿）＝4.61/（0.98×0.97）＝4.85（kW）

带传动输入功率

P0＝PⅠ /η带 ＝4.85/0.96＝5.05（kW）

（5）各轴转矩

T0＝9550P0/n0＝9550×5.05/1440＝33.49(N·m)

TⅠ＝T0i1η带 ＝33.49×3×0.96＝96.45（N·m）

TⅡ ＝TⅠi2η承 η齿＝96.45×4×0.98×0.97＝366.75（N·m）

TⅢ ＝TⅡi3η承 η齿 ＝366.75×3.14×0.98×0.97＝1094.71（N·m）

运动和动力参数确定后，即可进行主要零部件的工作能力计算，绘制装配图和零件工作图，编写说明书等工作。

例14－2　试设计绕线机构的机械传动方案。电动机转速nd＝960r/min，绕线轴有效长度L＝75mm，直径d＝0.6mm，要求每分钟绕线4层，均匀分布。

解　（1）工作情况分析　一台原动机要满足绕线和布线两个有协调关系的运动，因此应采用分路传动。

（2）传动方案设计

①传动装置的传动比　绕一层线的转数＝125r，每分钟绕4层，线轴转速

n1＝125×4＝500(r/min)

每分钟布4层，布线往复运动为2次/min。

电动机与线轴间的传动比＝1.92

电动机与往复运动机构间的传动比＝480

②拟订传动方案　电动机与线轴间的传动比较小，可选用一级V带、齿轮、链或摩擦轮传动。考虑结构紧凑，传动比准确，选用一级齿轮传动。

电动机与布线机构间有降速和回转运动变往复运动两个要求，由于传动比较大，采用齿轮与蜗杆传动组合来实现，执行机构采用凸轮机构，如图14－8所示。

图14－8　绕线机构方案

（3）各级传动比分配　齿轮传动的传动比id1＝i1＝1.92，取 iⅠⅡ＝4，则蜗杆传动的传动比

（4）运动和动力参数计算（从略）