一種鏈傳動(dòng)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)

曹振波 鄭玉峰

摘 要：齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的傳動(dòng)箱具有對(duì)重載工況的適應(yīng)性較差，不適用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)的缺點(diǎn)。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本文提出了一種鏈傳動(dòng)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)，并對(duì)傳動(dòng)箱的鏈條、軸承等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了計(jì)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算，這種鏈傳動(dòng)傳動(dòng)箱能夠滿足既定的使用要求。這種傳動(dòng)箱很好地適應(yīng)了重載遠(yuǎn)距離的工況，同時(shí)可以適應(yīng)高污染環(huán)境。這種傳動(dòng)箱會(huì)在重載工況下的機(jī)械設(shè)備上有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鏈傳動(dòng)? 傳動(dòng)箱? 設(shè)計(jì)? 計(jì)算

中圖分類號(hào)：TH132? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（b）-0027-05

Abstract： The gearbox with gear or belt drive has the disadvantage of poor adaptability to heavy load condition and not suitable for long-distance transmission. In view of the above shortcomings， this paper proposes a design of chain drive box， and calculates the key parts of the drive box， such as chain， bearing， etc. After calculation， the chain drive box can meet the established use requirements. This kind of driving box is well adapted to the long-distance working condition of heavy load， and can adapt to the high pollution environment at the same time. This kind of driving box will have high application value in the mechanical equipment under heavy load condition.

Key Words： Chain drive; Drive box; Design; Calculate

傳動(dòng)箱是許多機(jī)械設(shè)備上的重要組成部件，在機(jī)床、車(chē)輛、自動(dòng)化設(shè)備、農(nóng)用機(jī)械等工業(yè)產(chǎn)品中有著廣泛應(yīng)用。謝斌等提出了一種雙電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元[1]，該驅(qū)動(dòng)單元并沒(méi)有充分利用電機(jī)的性能;張明提出一種機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)箱[2];董魯波等人提出了一種包含傳動(dòng)、差速、轉(zhuǎn)向、控制功能的傳動(dòng)箱[3];寧吉平等提出了一種液壓機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)箱[4]。這些傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并不適用于低成本設(shè)備。王培通提出了一種后橋錐齒輪傳動(dòng)箱[5]，一定程度上縮小了傳動(dòng)箱的體積。計(jì)算方面，閆思宏等人設(shè)計(jì)并分析了一種齒輪傳動(dòng)箱，該方法較為復(fù)雜，計(jì)算困難[6]。因此，對(duì)于低成本設(shè)備，需要提出一種結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、計(jì)算方法更加簡(jiǎn)單的傳動(dòng)箱系統(tǒng)。

本文提出了一種鏈傳動(dòng)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)，并對(duì)傳動(dòng)箱的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了計(jì)算。這種傳動(dòng)箱很好地適應(yīng)了重載遠(yuǎn)距離的工況，同時(shí)可以適應(yīng)高污染環(huán)境。這種傳動(dòng)箱會(huì)在重載工況下的機(jī)械設(shè)備上有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1? 傳動(dòng)箱的工作原理和計(jì)算

傳動(dòng)箱的輸入端需要接入動(dòng)力源。動(dòng)力源一般為發(fā)動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)、感應(yīng)交流電機(jī)、永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)利用汽油或者柴油驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，但體積較大;直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率低，體積和質(zhì)量大，但由于直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合低成本簡(jiǎn)易設(shè)備使用;感應(yīng)交流電機(jī)具有效率高、體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)、易于冷卻和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，低速性能和高速性能均較好;永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有效率高，體積最小，質(zhì)量最小的優(yōu)點(diǎn)，但是由于永磁體成本較高，限制了這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)箱用于自動(dòng)化設(shè)備，因此綜合各方面考慮，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的直流電機(jī)作為動(dòng)力源。

如圖1和圖2所示，在本項(xiàng)目中，傳動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)2套部件，單個(gè)部件對(duì)傳動(dòng)箱徑向力2500N，軸向力1240N，圓周力2000N，力保持狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)力為電機(jī)滿載。由于部件的正反轉(zhuǎn)，軸向力和驅(qū)動(dòng)力會(huì)變換正反方向。傳動(dòng)箱使用5kW直流電機(jī)一臺(tái)和1：20減速機(jī)一臺(tái)，該電機(jī)工作轉(zhuǎn)速850r/min。傳動(dòng)箱有兩組鏈條分別驅(qū)動(dòng)前后負(fù)載，兩組鏈條的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪均為21齒?？紤]減速機(jī)的效率為0.94左右，假設(shè)兩組鏈條受力相同，則可以得到：負(fù)載轉(zhuǎn)速42.5r/min，減速機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩1123.52N·m;每根鏈條對(duì)從動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)扭矩為561.76N·m，傳遞功率4700W。取工況系數(shù)KA=1.0，齒數(shù)系數(shù)1.1，得到鏈條傳遞功率5170kW，查表選用16A鏈條，鏈條速度0.378m/s，鏈輪節(jié)圓直徑170.421mm，鏈條受力6216N。

如圖3所示，負(fù)載施加給軸的軸向力2500N。考慮正反轉(zhuǎn)情況。A軸和C軸受到鏈輪拉力F11=F22=6216N。將各受力分別使用平行四邊形法則分配到與前進(jìn)方向平行的X軸、和地面垂直的Z軸以及軸向Y軸三個(gè)方向上，利用杠桿原理，可以得到軸承7009C和7010C受徑向力。

經(jīng)過(guò)計(jì)算的軸承受力如表1所示。

本設(shè)備使用壽命5年，每年工作365d，每天工作8h，設(shè)計(jì)壽命14600h。根據(jù)軸承壽命，設(shè)計(jì)滿足使用要求。

2? 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種鏈傳動(dòng)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)，并對(duì)傳動(dòng)箱的鏈條、軸承等關(guān)鍵零部件進(jìn)行了計(jì)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算，這種鏈傳動(dòng)傳動(dòng)箱能夠滿足既定的使用要求。這種傳動(dòng)箱很好地適應(yīng)了重載遠(yuǎn)距離的工況，同時(shí)可以適應(yīng)高污染環(huán)境。這種傳動(dòng)箱會(huì)在重載工況下的機(jī)械設(shè)備上有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝斌，張楠，李明生，等.電動(dòng)拖拉機(jī)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào).自然科學(xué)版，2019，41（4）：64-71.

[2] 黨兵兵.工程行走作業(yè)車(chē)輛機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)及其控制方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2019.

[3] 董魯波，張勇，陳軍印. 基于功能分析法的搶險(xiǎn)救援車(chē)傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)[J].工程機(jī)械，2019，50（12）：38-43，7.

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[5] 王培通. 四輪驅(qū)動(dòng)船式拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[6] 閆思宏，陶鳳和，賈長(zhǎng)治.多失效模式履帶車(chē)輛傳動(dòng)齒輪可靠性靈敏度分析[J].機(jī)械強(qiáng)度，2019，41（3）：641-646.