3.1　傳動零件的設計計算

傳動零件的設計包括減速器箱外傳動零件的設計和減速器箱內(nèi)傳動零件的設計計算。一般情況下，首先是箱外傳動零件的設計計算，以便使減速器設計的原始條件比較正確。在設計計算箱內(nèi)傳動零件后，還可能修改箱外傳動零件的尺寸，使傳動裝置的設計更為合理。關于傳動零件的設計，在《機械設計》、《機械設計基礎》等教材中都已敘述，可以按這些教材中所述的方法用手工計算的方法進行設計計算，或者根據(jù)以下所述在計算機上進行設計的方法進行。下面就設計計算的要求、應注意的問題和如何使用機械設計軟件在計算機上對傳動零件的設計計算作出說明。

3.1.1　V帶傳動

（1）V帶傳動設計的主要內(nèi)容

設計V帶傳動時需要確定的主要內(nèi)容是：帶的型號、根數(shù)和長度，傳動中心距、帶輪的直徑和寬度，作用在軸上力的大小和方向，并在必要時驗算實際傳動比。在設計時應注意相關尺寸的協(xié)調(diào)，例如裝在電動機軸上的小帶輪孔徑與電動機軸徑是否一致，小帶輪的外圓半徑是否小于電動機的中心高度（圖3.1），大帶輪的直徑是否過大而與機架相碰等（圖2.5）。

（2）V帶輪的結構形式

帶輪的結構形式主要取決于帶輪直徑的大小，其具體結構尺寸可按［1］→【帶傳動、鏈傳動】→【V帶傳動】→【帶輪】→【V帶輪的結構形式和輻板厚度】得到或通過查教材、查設計手冊得到。設計時要注意到大帶輪軸孔直徑和長度（圖3.2中的d與l）與減速器輸入軸伸出的尺寸關系。帶輪輪轂的長度l與帶輪輪緣的寬度B不一定相同。一般輪轂長度l按軸孔直徑d的大小確定，常取l＝（1.5～2）d，而輪緣的寬度B則取決于帶的型號與根數(shù)。

圖3.1

圖3.2

（3）V帶傳動的計算機設計

在帶傳動設計之前，小帶輪傳遞的功率P、轉(zhuǎn)速n和一些工作條件都已經(jīng)明確。為此可以在計算機上打開軟件［1］得到如圖3.3所示的界面，然后點擊左邊一欄的【常用設計計算程序】按鈕，得到如圖3.4所示的界面。再點擊【帶傳動設計】即得如圖3.5所示的帶傳動設計程序界面。在該設計程序下，就可以對V帶傳動進行具體的設計。為了比較容易地學會該軟件的使用，下面結合具體的例子敘述在計算機上設計V帶傳動的全過程。

圖3.3

例3.1　設計圖2.7所示的V帶傳動。已知電動機的功率P＝5.5kW，轉(zhuǎn)速n＝960r/min，傳動比i＝2.679。傳動平穩(wěn)，要求帶中心距a≥700mm。

解：①由［1］→【常用設計計算程序】→【帶傳動設計】得到圖3.5的界面后，點擊【開始新的計算】，并在設計者及設計單位中分別填寫設計者及設計單位的名稱，得圖3.6所示界面。

圖3.4

圖3.5

圖3.6

②點擊圖3.6界面中的【確定】，得圖3.7所示界面。選中“選擇帶傳動類型”中的“V型帶設計”，并選擇“普通V帶”。

圖3.7

③點擊圖3.7界面中的【確定】，得圖3.8所示界面。然后在相應的地方輸入功率、小帶輪轉(zhuǎn)速和傳動比。在本題中輸入5.5、960和2.679。再點【確定】后得圖3.9所示界面。

圖3.8

圖3.9

④在圖3.9界面右面“設計功率”部分，點擊【查詢】，通過查詢后得到k_A值，再輸入k_A值（這里輸入1.1）。再點擊查詢下面的【計算】，得到計算功率p_d的值。如圖3.10所示。

⑤在圖3.10的界面中，點擊“選定帶型”中的【查詢】，得到如圖3.11所示界面。在該界面中，根據(jù)計算功率p_d、小帶輪轉(zhuǎn)速n₁選定V帶的型號，設定小帶輪的基準直徑d_d1后點擊【返回】回到圖3.10的界面。然后將選定的型號（B型）、小帶輪直徑（125）填入圖3.10界面中相關處，如圖3.12所示。

圖3.10

圖3.11

⑥在圖3.12的界面中，點擊【計算】算出大帶輪的基準直徑d_d2，根據(jù)計算的大帶輪的基準直徑d_d2，通過點擊【查詢】輸入大帶輪的基準直徑或填入大帶輪的基準直徑后，得到圖3.13所示界面。再點擊【確定】得圖3.14所示的界面。

圖3.12

圖3.13

⑦在圖3.14的界面中的“初定軸間距”里，選取“根據(jù)結構要求定”，根據(jù)題目要求輸入a₀＝720。再在“所需基準長度”部分中點擊【計算】，得到初算出的帶的長度，再點擊【查詢】，根據(jù)初算出的帶的長度選取基準長度。這里帶的基準長度L_d＝2　180mm。接著在“實際軸間距”部分點擊【計算】，得到實際軸間距的值。這題的實際軸間距a≈725mm，滿足題中帶中心距a≥700mm的要求。最后點擊【確定】，得到圖3.15的界面。

圖3.14

圖3.15

⑧在圖3.15所示界面中，通過查詢，得到單根V帶傳遞的額定功率（1.64）和傳動比i≠1的額定功率增量（0.30），然后將這些值輸入到圖3.15界面的相關處，再點擊【確定】得到圖3.16所示的界面。

圖3.16

⑨點擊圖3.16界面中的【計算】，得到帶速度v、帶包角α的值。如果V帶的速度在5～25m/s之間，則根據(jù)包角α、帶的基準長度L_d的值查詢小帶輪包修正系數(shù)和帶長修正系數(shù)。將這些系數(shù)填入該界面的相應之處，再點擊【計算】得到帶實際根數(shù)z的值。再點擊【確定】得到圖3.17的界面。

圖3.17

⑩通過點擊圖3.17界面中的【查詢】得到V帶每米長度的質(zhì)量值（0.17），然后將該值填入，點擊【計算】，得到作用在軸上的力F_r等的值，再點擊【確定】得到圖3.18的界面。

圖3.18

點擊圖3.18界面中的【確定】得到圖3.19的界面。再點擊該界面中右側(cè)底下的【設計記錄】，便得到圖3.20所示的輸出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以復制到Word文檔中，從而在計算機上方便地對它進行編輯等操作?；蛘唿c擊該界面左面的【結束】，得到圖3.21設計結果輸出的界面。

圖3.19

圖3.20

圖3.21

3.1.2　齒輪傳動設計

（1）齒輪傳動的計算

用《機械設計手冊（新編軟件版）2008》設計齒輪（或蝸桿）傳動時與用《機械設計手冊（新編軟件版）2008》設計V帶傳動類似，現(xiàn)以直齒輪圓柱齒輪為例，敘述其設計的方法。

①在計算機上打開《機械設計手冊（新編軟件版）2008》，并點擊【常用設計計算程序】→【漸開線圓柱齒輪傳動設計】得到如圖3.22的界面。

圖3.22

圖3.23

②點擊圖3.22的界面中的【設計信息】得圖3.23的界面。在該界面中填入設計者、設計單位信息。點擊【確認】后得圖3.24的界面。在該界面中點擊【設計參數(shù)】得圖3.25的界面。

圖3.24

圖3.25

③在圖3.25的界面內(nèi)輸入傳遞功率、小齒輪轉(zhuǎn)速、傳動比等數(shù)據(jù)后單擊【確認】得到圖3.26的界面。

圖3.26

④點擊圖3.26中的【布置與結構】，得到圖3.27中的界面。根據(jù)要求，選擇齒輪的布置和結構形式，點擊【確認】后得到圖3.28的界面。

圖3.27

圖3.28

⑤點擊圖3.28界面左面的【材料及熱處理】，得圖3.29的界面。在該界面中選取齒輪材料及熱處理、齒輪齒面硬度，再調(diào)整硬度范圍，然后點擊【確認】后得圖3.30的界面。

圖3.29

圖3.30

⑥點擊圖3.30界面中【精度等級】得圖3.31中的界面。在此界面中選擇齒輪的精度等級、齒輪齒厚極限偏差，再單擊【確認】后得圖3.32的界面。

圖3.31

圖3.32

⑦點擊圖3.32界面中的【基本參數(shù)】，得到圖3.33中的界面。

圖3.33

⑧點擊圖3.33界面中的【Yes】，得到圖3.34的界面。在此界面中修改小齒輪的齒數(shù)、大小齒輪的齒寬，得到圖3.35的界面。

圖3.34

⑨點擊圖3.35界面中的【初算模數(shù)】，得到圖3.36的界面。點擊【確認】后得圖3.37的界面，其中取模數(shù)為3。

圖3.35

圖3.36

⑩點擊圖3.37界面中的【確認】，得到圖3.38的界面。

圖3.37

點擊圖3.38界面中左側(cè)的【疲勞強度校核】，得到圖3.39的界面。點擊右側(cè)【重算系數(shù)】，得到圖3.40的界面。

圖3.38

圖3.39

從圖3.40看出，所設計齒輪的接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度均足夠，所以可點擊圖3.40界面中右側(cè)的【確認】。否則點擊【調(diào)整系數(shù)】或重新進行設計。點擊【確認】后得到圖3.41的界面。點擊該界面中左側(cè)的【完成設計】，便可對設計得到的結果用文本文件的形式進行存儲。打開存儲的齒輪傳動設計文件，便得到圖3.42所示的漸開線圓柱齒輪傳動設計的部分報告。

圖3.40

圖3.41

圖3.42

（2）齒輪的結構

當齒輪（蝸桿、蝸輪）的模數(shù)、齒數(shù)、分度圓直徑、齒頂圓直徑等值計算出來后，可結合裝齒輪處軸的直徑進行齒輪的結構設計。如果是圓柱齒輪，其結構尺寸的計算可參考［1］→【齒輪傳動】→【漸開線圓柱齒輪傳動】→【結構】→【圓柱齒輪的結構】得到表3.1所示的齒輪結構及其尺寸計算公式。在其中選擇合適的結構，根據(jù)齒輪傳動的計算尺寸和裝齒輪處軸的直徑，可以把齒輪的結構設計出來。對于蝸桿、蝸輪的結構及其尺寸的計算，可參考表3.2。

表3.1　圓柱齒輪結構圖

續(xù)表3.1

表3.2　蝸桿、蝸輪結構圖