| sogin |
2007-05-07 10:56 |
带传动设计方法新探
摘要 指出了传统设计方法在设计V型带传动时的不足之处，提出了一种新的设计方法，并且通过设计实例结果的对比，充分体现了新方法的优越性关键词 v型带 基本额定功率 额定功率的增量 带轮基准直径 带的基准长度 带轮包角 @]" :3
引言 ?*zRM?*
由于带传动具有远距离传动、过载保护、缓冲吸振、制造成本低等优点，故在机械工程中得到普遍应 {x4 0W0
用。对v型带传动的设计，目前工程应用及教科书采用的设计方法，在大多数情况下确定的设计参数不理想，如带的型号确定一成不变；小带轮直径的选择较盲目；确定的带的根数与工作机应用特性联系不密切；计算的带的根数数值取舍较困难等等，很难满足工程的需要与选择。为此，本文提出了一种新的设计方法，突出的是依据工作机应用特点先确定带的根数，然后再推出其它的设计参数，并可以按不同的带的根数，得到多个供选方案，从而为V带传动设计方案的优化提供了很好的条件。 }A'QXtI/G
l V带传动设计的理论依据由于带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏，因此带传动的设计准则是在保证带不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。标准型号的单根带在载荷平稳、带轮包角a．=a2=丌(即传动比i=1)、带长为特定长度、带强力层特定材料、在10 ～109次循环应力下由实验测得的功率为P。[卜 ，若当实际工作条件与实验不符时，可以对P 进行修正。此时带传动的设计条件为。(P0+△P0)kqk。 L≥kAP (1) @[D-2s
式中 ——带的根数，是离散的正自然数 xV @ X%E
△Pn——额定功率的增量。当传动比i>l，同寿 "15mOW(!+
命条件下，传递功率有增加量膏．『__一带的材质系数。对化学纤维线绳结构强 i=#<0! m
力层取 =1．0 EtK,C~C}8
。 V )V\M6
— 一包角系数。当a1<180~时，对传动能力的修正厂一带长度系数。当带长与特定长度不符 j
y R 9a!
时，对传动能力的修正“——带传动的工作情况系数，是将当前工作情况等效到实验平稳载荷 yeqZPz n
P—— 当前状态下，带传递的功率带传动的设计依据是满足式(1)的前提下，确定出带的型号、带轮的基准直径、带的基准长度和根数：并要求带速 =(5～30)nr／s，最好是在 =(15～20)nr／s， rIR~YMv!
小带轮的包角a1≥l2 。 N%'=el4L
2 带传动传统设计方法的不妥之处目前带传动传统设计方法在设计V型带时有以 s" #> Xc
下不足： pPem;i^~
① 带的型号确定缺乏合理的理论依据。它是凭经验按kaP—n．查V型带选型图获得，按该设计步 hJ 4]GA'
骤，带的型号教条的一成不变。根据力的可分可合性，当取不同的带的根数时，每根带的受力不同，带的型号肯定是可以变的。工程中，在大多数场合下，带的根数是受限制的、有一定要求的 zFmoo4P/
③ 小带轮直径的选择太盲目。对不同的带轮直径，其传递的基本额定功率、带速、带结构的紧凑程度 SxcNr5F
都不同，凭运气试凑性选择小带轮的直径，很难得到理想的设计结果。 2JwR?<n{
③ 传统设计方法对式(1)的应用是按照如下的格式 ^$c+r%9k
kAP 'kPc`) \
。≥—(Po+3p—o)kq B@D3aOvO
k~kt (2) C
vfm ,BL
如此确定带传动的根数常常会遇到对该计算值的小数部分难以取舍的尴尬。例如，计算的结果为 ≥ ^5x\cR
3．0l； >13．05； ≥3．20等等。若简单的收尾取 =4，肯定会造成带轮结构的庞大，加大带轮的宽度，对轴的受力及设计不利。若简单的去尾取整取 =3，又会无法保证带的强度和寿命，降低带传动设计的可靠性。 H]K(`)y}4
因此，设计方法最后一步确定带的根数这个大离散性参数是不妥的。 6|+I~zJ88
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机械传动 2006年 % b<cJ]F
3 新方法的设计思想依据式(1)有如下形式 V6)\;c
． fx2r\ usX[
P 令 ⋯ PB*m D7"
P。+ 。≥—(Po—+A—po)k—q Dp4\rps
k~kL m (3 J TC;2K,.#k
① 按已知条件及带传动的使用场合，首先初步选定带的根数z，也可以选择诸多个方案，如带的根数z # 9uNJla
分别为1、2、3、⋯⋯。z的选择原则：对轴向结构要求紧凑的取z少些，这时带轮轴向悬臂尺寸短．轴的受力和设计会趋优，带受力的不均匀性也会降低。如饺内机、搅拌机等，z=1 3为好。对要求应对突发事件能力强的、有一定延时能力的，带的根数应取的多些。如汽车类V带传动，一旦一根带破坏后，汽车可以相应适当的减重，仍然可以安全返回，否则会立即瘫痪，堵塞交通，造成不良后果(这种情况笔者遇到过许多次)。同时，还应当考虑到带根数过多会造成轴向尺寸不紧凑，带的受力不均匀等因素，此时一般取z=4—8。 JJ[.K*dO
② 带长度系数 的选择。带的基准长度尽量取与实验带长相近，可以减少带长变化修正所引起的误 > xb}AY;
差。在设计中，初定 ￡ =1．0带入式(3)中。 *}DCxv
③ 包角系数 的确定。当给定带传动比i时， %/N B263Db
可初选中心距ao=d】+d2，依据 GawQ~rD
． J 7 ． ． ． |{]W (/
口1：180~一 ×57．3。：180~一 ×57．3。 A
J<Sa=
a 十l % H Pwu &
(4) 2&7:JM~#
查a 一 表格，初定k 带入式(3)中。
'|V "!R)
④ 带的类型及小带轮基准直径的确定。当式(3)不等式右端计算出数值m后，查设计手册⋯P。、△ bim}{wMb
表，查出满足式(3)且最接近式(3)的对应的带的型号和小带轮的基准直径。当[(P。+△Po)一m]余量较大时可以适当减小带的基准长度，以使结构紧凑。最后按确定的带的型号z、d 、d2、L检验式(3)是否满足，并校核带速 和小带轮包角条件。 / @- !JF#g
4 设计实例 tJ`tXO
设计液体搅拌机的普通V带传动，原动机采用Y系列异步电动机，其额定功率P=4kW，转速nl= xsn2Qn/P
144Of／rain，从动轴转速n2=420r／rain，每天工作16小时，传动时的滑动率为0．02，希望中心距不超过 ;DbEP. %u$
650mm(带材料取化学纤维强力层)。 |tF:]jnIt
4．1 传统设计方法得到的设计结果及主要性能参数见表1。 jz ;N&62|
表1 ZqH.$nXP
带型号 d1／rrⅡl1 d2／mm d／rrⅡl1 ／(m／s) 口1 ] /&qv6D*d
』4 100 355 524．75 4 7．54 152．16。 I(!i"b9
带型号 L／mm B／ram _A-i×100％ |Xz-rgkQ
』4 180o 63 3．622 5．655 a hQdBoj
其中， =1．2； =1．0；“=1．O1；k=0．925；计算的 nKpXR uFn\
带根数z≥3．50 %i [G 6+-
式中 ——带轮的宽度， ~.\C G 'g
B =(z一1)e+ L[;U
Z)V@
= (4—1)×15+2×9=63 _M[@a6?
i——设计参数实现的传动比 cCOw7<
i ——设计要求实现的传动比 } o^VEJc`O
4．2 新方法大致的设计步骤及其供选方案。(以尽可能多的提供设计方案为例) +Z OjbI)
取 =1．2； =1．0；轧=1．0； }t5-%&gBY0
初始取中心距a0：d +d2；则估计小带轮包角O'1=180。一 ×57 =148-58。 zpi
Q ;P
_0．91+ (148．58—145)-0．91716 eQK}J]S<
由式(3)，有po+却o≥ z×1 ! 一 pK/ r{/>r
． 0×0．91716×1．0— nX
4WlH
供选方案z、d 及带型号对应如下 o%Ubn*
方案 G':wJ 7[]`
参数 #yPQt!
方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 !' ;1;k);
1 2 3 4 5 c:? tn
5．23355 2．616774 1．74452 1．30839 1．04671 \M$e#^g
带型号 B B 』4 』4 』4 DAYR=s
d1／ram 20o l40 l12 10o 90 Bgw =((p
(Po+ ) 5．1晒+O 457 2．8晒+O．457 1．601+O．169 1．313+0．169 1．064+O．169 m/M=.\]
4．3 新设计方法方案的确定及主要性能参数第(1)种选择结果，取带的根数3：针对供选方案 Jkf%k3H3I*
3，由于[(Po+△Po)一m]余量小，带基准长度近似取实验长度，L=1800mm(轧=1．O1)，设计结果见表2。 1{%3OG^'
表2 bxU 2.YC
带型号 d1／mm d，／man 口／ml'll v／(m／s) 口l』4 ll2 355 518 3 8．44 153．2o ,v<G SiO
带型号 L／mm B／ram ×100％ ,_+Gb
』4 180o 48 3．2343 5．665 5pC+*n.
其中， =1．2； 。=1．0；轧=1．O1； 。=0．9264；z=3， .AHf]X0
dD (tG8HwV-
z OO$YwOKS
— k =1· <( + =1· )I&,kH)+
． 0Ncx':]5
k．kl 7100 Po APo) 770 9x4%M&<Z9a
第(2)种选择结果，取带的根数2：针对供选方案2，由于[(Po+△ )一m]余量较大，带基准长度取较 v *Dz4K#
实验长度(L=2240mm)小些，以便结构紧凑。取 = !]#@ :Z
1800mm( ，．=0．95)，设计结果见表3。 :`jB1rI
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第30卷第5期 带传动设计方法新探 4l +)J;4B
表3 X%>n vp
带型号 dI／mm d2／mtn v／(m／s) ⅡI E }qW'
-4 l4o 450 407．II 2 IO．56 136．4o GvB;o^Wd
带型号 L／nun B／nun ×100％ 8D]& wBR:
-4 18o0 42 3．32799 4．337 d2~*fHx_ !
其中，kA=1．2；kq=1．0；kL=0．95；k =0．88274；z=2， `eo$o!
tcA p P0 4Q_A
= 2．86l9<(P。+AP。)=3．262 +Oxw? `I$
由于[(P +△尸(1)一m]余量仍较大，还可以再尝试减短带长。 -e2f8PV?3
第(3)种选择结果，取带的根数4：针对供选方案4，由于[(P +△尸(1)一m]余量大，带基准长度取较实
]S2F9
验长度(L=1800mm)小些，以便结构紧凑。 = qpt},yn)C
1400ram(kL=0．96)，设计结果见表4。 ;#)vw;XR
表4 ":I@>t{H*
带型号 dI／mm d，／nml 口／(m／s) Ⅱ1 [}+h86: y
I4 l0o 355 325 4 7．54 135。 :abpht
带型号 L／ram 日／ram __ Ai×100％ xU6rZ CqE
-4 14oO 63 3．622 5．655 .`ZuUr
其中， =1．2；k =1．0；“ ：0．96；k。=0．865；z=4， uUIjntSF(
7 一 k00&+C
： 1．4451<(P0+△P0)=1．482 {9c_T!c
二凡0凡d 1 evQk,;pIm
5．4 新方法与传统设计方法设计结果的比较方案(1)、(2)较传统设计的结果带的根数少，带轮 /:=,mWoO
宽度窄，轴向结构紧凑，轴的受力及其强度设计趋优， ( ah^</
带传动受力不均匀性趋好。 px=k&|l
方案(1)、(2)较传统设计的结果带速更合理，能充分发挥带的传动潜力。 }VU7wMk
方案(1)与传统设计的结果运动误差相同，方案(2)较传统设计的结果运动误差小。 S%6 V(L|
方案(3)比传统设计的结果结构紧凑，在满足设计要求下，其它参数不变，带长、中心距短。 )x<oRH x]
新方法设计合理、周全，供选方案众多。 ?PSJQ3BC|
走刀路线。最后，在VC++环境下生成ISO格式的车床数控代码。 %E\ pd@
— — 发送数控加工代码— — [G<SAWFg7
数控机床 UCBx?9O/0
接受数控加工代码 K%@#a}kRb
图5 串仃通讯流程图 T/Bx3VWL
(2)串口通讯编程模块该模块的主要功能是在与数控设备连接的前提下，系统自动驱动数控设备，系 0l'"idra
统是在Visual C++6．0环境下，利用第三方通讯控件MSComm和多线程技术实现的。首先利用MFC类分别创建了文件发送线程和文件接受线程，用以完成数控加工程序的发送和接受，其通信流程如图5所示。分别定义文件发送和接受线程，前者负责读取数控加工程序并通过计算机串口发送到机床；后者负责从串口接受数控机床发送来的数据，共同完成数据的传送。 qK jUp"
3 结论 3?x}48
该系统在AutoCAD2002平台上成功实现了准双曲面齿轮齿坯的二维零件图绘制与自动进行数控编程的 {P7 I<^,
有机结合。利用本系统可以迅速而准确地设计出符合国家制图标准的准双曲面齿轮齿坯零件图，从而节约了手工绘图所需的大量重复性劳动。而NC源代码的自动生成则弥补了繁重的手工编程带来的许多缺陷。由于采用模块化程序设计思路，该系统具有较好的可靠性、可维护性和可扩充性。也可作为准双曲面齿轮数字化制造系统中的一个独立功能模块。
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