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1、摘 要 无梁长冲程抽油机是一种大载荷、长冲程、低冲次及自动化程度高、方便节能的抽油机。因此，研究它对于提高采油效率，降低采油成本有相当重要的作用。 本次设计采用双电机轮流工作，从而控制抽油杆的上升和下降。所选用的两个电磁调速电机之间用同步齿形带连接。由于电机空载启动，其启动电流较小，减小了电机对电网的冲击，抗电网电流波动能力增强，功率因数提高。电机输出的功率通过V带轮传递给减速器，并且通过减速器对电机输出功率进行调整，然后通过链轮链条传递给抽油杆，最终把电机的旋转运动转化为抽油杆的上升和下降运动。因此，本次设计的主要内容有换向装置方案的选取，电磁调速电机的选取，以及同步齿形带和减速器的设计：其
2、主要包括V带设计、齿轮设计和轴的设计。并且通过以上设计达到最终提高采油效率，降低采油成本的目的。所以，本次设计的无梁长冲程抽油机是目前较为理想的机电一体化产品。关键字：无梁长冲程抽油机；电磁调速电机；同步齿形带；减速器；机电一体化ABSTRACTThe beamless long stroke pumping unit is a big load, long stroke and low times and high degree of automation, energy-saving convenience of the pumping unit. Therefore, the study
3、 has helped to raise production efficiency, lower production costs are an important role.This case is that two motors work alter natively. Then, they can control rod up and down. Selected two electromagnetic speed synchronous motors with toothed belts connected. As empty motor launch, starting curre
4、nt smaller, reducing the electrical power grid for the impact Anti - Electricity grid fluctuations capacity and improve power factor. Exports of electrical power through the V-pulley transmission to the reducer, and by the motor reducer output adjustment then transmitted to the sprocket chain rod an
5、d eventually motor rotating rod into the rise and fall campaign. Therefore, the current design of the main contents of the program for device selection, speed electromagnetic motor selection, and the synchronous belt and gear reducer design : its main V-belt design, the design and gear shaft design
6、and calculation. Through the above, design and enhance the ultimate recovery efficiency and lower production cost. Therefore, the current design of the beam without long stroke pumping unit is the ideal integration of mechatronic products. Keywords: beamless long-stroke pumping unit; solenoid operat
7、ed speed regulating motor; timing belt; Reducer; Mechatronic. 目 录摘 要IABSTRACTII1.绪论- 1 -1.1无梁长冲程抽油机设计的背景及目的- 1 -1.2无梁长冲程抽油机设计的必要性- 2 -1.3无梁长冲程抽油机国内外现状和发展趋势- 3 -1.4无梁长冲程抽油机的特点- 4 -2.总体设计- 5 -2.1方案优选- 5 -2.2换向装置方案的选取- 5 -2.2.1无梁长冲程抽油机的换向方式的分类- 5 -2.2.2在选取方案时主要考虑的问题- 6 -2.2.3换向方案- 7 -2.3总体方案设计- 9 -2.3.
8、1总体方案- 9 -2.3.2抽油机的工作原理（控制路线）- 11 -3.结构设计- 12 -3.1电磁调速电动机- 12 -3.1.1概论- 12 -3.1.2电磁转差离合器的结构- 12 -3.1.3电磁转差离合器的工作原理- 13 -3.1.4电磁调速电动机的机械特性- 14 -3.1.5传递效率- 17 -3.2电机的选择- 18 -3.3传动比分配- 20 -3.4同步齿带设计- 20 -3.5计算传动轴的运动和动力参数- 24 -3.6V带设计- 25 -3.7齿轮设计- 28 -3.8轴的设计计算- 33 -3.9链传动选择- 38 -4.结论- 39 -谢 辞- 40 -参考文
9、献- 41 -1.绪论1.1无梁长冲程抽油机设计的背景及目的抽油机是构成“三抽”（抽油机、抽油杆、抽油泵）设备体系的重要组成部分。在抽油机的驱动下，通过抽油杆带动抽油泵做上下往复运动，从而完成无自喷能力井的机械采油。由于抽油机工作条件恶劣，常年累月在野外工作，连续运转，经受的温差大，风沙大，受交变载荷作用。因此，要求抽油机必须具有良好的可靠性、耐久性和稳定性，还要求抽油机具有性能方面的拓宽、调速范围大、能源消耗低、易损件少，维护保养方便，对环境适应性强等特点。 抽油机的产生和使用由来已久，迄今为止已有一百多年的历史了，应用早，普及范围广的抽油机早在一百二十多年前就产生了。它的结构简单，可靠性高
10、，耐久性好，使用简单和维护方便等优点是抽油机经久不衰的最根本原因。但是，随着目前许多油田已经进入开采的中后期，油田的含水量不断的上升，动液面不断下降，出现了水淹的现象，有时甚至是强水淹的现象，而新的油田开采也有不断增加油井深度的趋势。为了保证油田的产量，就需要加大抽油机的载荷，从而是抽油机悬点的载荷增加。导致了抽油杆弹性变形的加重，造成严重的经济损失。而补偿的唯一可行的方法，就是只有依赖于加大抽油机的冲程长度。自七、八十年代以来，各种形式的抽油机相继投入使用，冲程的增大使有杆抽油系统有了突破性进展。目前，世界上常规抽油机在开采深井和稠油井中，在采油量和采油方面明显落后于无梁长冲程抽油机。而且，
11、国外有杆抽油设备是朝着大载荷，长冲程以及低冲次的方向发展的。由于无游梁式抽油机具有减小抽油杆弹性变形与冲程长度的比值，提高充满系数和排量系数，减轻抽油泵和抽油杆的机械磨损，增强了抽油机关键部件的疲劳应力。以及无游梁抽油机工作平稳、体积小、重量轻、冲次容易调节等方面的优点，有利于提高采油效率、降低采油成本、延长抽油机的寿命和降低抽油机所消耗的能源。所以，有专家称：“大力发展我国无梁长冲程抽油机势在必行。”随着油田的开发和铸、注水，使得下泵深度和排液量不断增加同时经常出现较为复杂的开采条件：稠油、高粘、多蜡、多砂、水淹和强烈腐蚀等情况，因此，采油工艺对有杆抽油设备提出了低冲次、大泵深抽的要求，游梁
12、式抽油机由于其四连杆机构的传动形式，显示它不能适应上述要求。第一，游梁式抽油机减速器输出轴扭矩和抽油机冲程长度成正比，冲程长度大，减速器输出轴扭矩大，生产制造成本上升。第二，游梁式抽油机四连杆传动机构，决定了驴头运动的不均匀性，抽油机工作时悬点有较大的加速度。为了避免加速度过大，四连杆机构的游梁摆角以及曲柄连杆比都不能太大，整机的轮廓尺寸和重量显著增大。为了减小抽油机的轮廓尺寸和重量，改善技术性能和提高技术经济指标，满足低冲次长冲程的要求，早在50年代各国就已开始研制无游梁抽油机。无梁长冲程抽油机是一种无游梁，带有链条增程机构的长冲程抽油机，属于石油开采生产设备。其运动性能优，整机重量小，调整
13、平衡容易、节约用电、结构紧凑、减速器小等优点。1.2无梁长冲程抽油机设计的必要性由采油工艺的理论和时间表明：长冲程抽油机可以减低抽油的损失，提高充满系数和排量系数，从而提高抽油效率和增加产量。对于深井和稠油井的开采，游梁式抽油机又存在驴头超前光杆的现象，进一步造成了有效冲程的降低。而家这些问题最好的方法就是加大冲程，降低冲次。虽然游梁式抽油机能够达到长冲程、低冲次的要求，但是与此同时，它的体积也在不断的增大，从而造成抽油机整体笨重，载荷性能差，损耗高和经济性差。所以，现在需要设计可行的无梁长冲程抽油机，以达到预期的效果。还有就是随着油田的开发和铸、注水，使得下泵深度和排液量不断增加，同时经常出
14、现较为复杂的开采条件：稠油、高粘、多蜡、多砂、水淹和强烈腐蚀等情况，因此，采油工艺对有杆抽油设备提出了低冲次大泵深抽的要求，游梁式抽油机由于其四连杆机构的传动形式，显示它不能适应上述要求。第一，游梁式抽油机减速器输出轴扭矩和抽油机冲程长度成正比，冲程长度大，减速器输出轴扭矩大，生产制造成本上升。第二，游梁式抽油机四连杆传动机构，决定了驴头运动的不均匀性，抽油机工作时悬点有较大的加速度。为了避免加速度过大，四连杆机构的游梁摆角以及曲柄连杆比都不能太大，整机的轮廓尺寸和重量显著增大。1.3无梁长冲程抽油机国内外现状和发展趋势（1）几年来，我国抽油井数量逐年增多，用常规游梁抽油机开发抽油，采油量、泵
15、消耗能、采油成本等各项技术的经济指标较差，因而阻碍了常规游梁抽油机的技术发展为了更经济更合理地开发我国储油资源，必须大力开发我国的无游梁长冲程抽油机。（2） 对于低压油田，可用小泵深抽的方法提高原油产量。胜利油田十年前实施深抽的油井有好几百口，增产原油选几十万吨 此外，江苏、中原、华北等油田应用深抽技术也取得了较好的经济效益为满足小泵深抽的需要，我国急需发展无游梁长冲程抽油机。（3） 采用大泵可提高采油量从大泵提液的要求来看，我国也急需发展大载荷无游梁长冲程抽油机。（4） 日前我国使用的无游梁长冲程抽油机有链条抽油机和增距式抽油机。这两种抽油机还不能完全满足我国开采石油的需要此外，我国的无游梁
16、长冲程抽油机正处于发展阶段，种类与规格不全，使用数量不多。因此，既要大力发展新型无游梁长冲程抽油机，还应对现有的几种无游梁长冲程抽油机加以改进和完善。（5） 近年来，国外对常规式抽油机作了某些重要改进，改进后的抽油机，改善了抽油系统的平稳性，降低能耗和减少产生机械事故的机率。另一种前置式抽油机可降低上冲程的光杆加速度，降低曲柄轴峰值扭矩，也可节约能耗。按API减速器规格分档的常规型、托马斯特型、马克型和前置式气平衡等几种机型成熟的系列产品，代表了美国当前游梁式抽油机的较高水平。此外，围绕着体积小，重量轻，节能等，还研制了各种游梁式抽油机的变型产品。无游梁长冲程液压抽油机的共同特点是占地面积小，
17、重量轻，调节冲程、冲次、平衡力灵活方便，并配有较完善的监控和记录仪，不仅适用于陆上采油，更适用于海洋平台群体作业，有些机种还能适应稠油、斜井、丛式井开采。1.4无梁长冲程抽油机的特点（1）节能效果好由于采用双电磁调速电机为动力源，其中的电磁转差离合器使其机械特性变软，能够有效的降低抽油机的峰值载荷，减小电动机的装机容量，并可实现电机的“软”启动，提高电机的运行效率，彻底解决常规抽油机存在的“大马拉小车”的问题。大大的节约了能源。（2）结构简单、可靠性高整个抽油机结构简单，容易加工和制造。由于换向装置中没有容易损坏的部件，同时控制电流小，使得控制系统的成本也降低，则整个系统可靠性较高，成本较低。
18、（3）操作方便，适应范围广由于本抽油机是通过改变励磁电流的大小和开关时间来控制抽油机的冲程和冲次；因而可以实现冲程、冲次和冲级的无级可调，这个对于复杂井的采油特别有利。此外，本抽油机采用井架式结构，占地少，而且容易形成系列规格；抽油机采用直接平衡方式，不仅平衡效果好，而且调整方便。因此，无梁长冲程抽油机是一种具有广泛应用价值的新型长冲程抽油机。2.总体设计2.1方案优选无游梁式抽油机主要包括：（1）机械式无梁抽油机（包括链条式抽油机和曲柄连杆式抽油机）（2）液压式抽油机（包括用油管柱做平衡重的液压式式抽油机）（3）刚绳式长冲程抽油机（4）玛波（Mape）型长冲程抽油机 机械式无梁式抽油机相对于
19、其它类型抽油机结构简单，制造方便，换向可靠，平衡效果好，搬运方便，适合于我国粘油井开采需要的长冲程抽汲情况。 链条式抽油机相对于曲柄连杆式抽油机其结构可靠性更高，更加耐用。鉴于抽油机主要用于野外开采，需要更高的寿命。所以本次设计采用链轮链条传动的无梁长冲程抽油机。无游梁长冲程抽油机的主要结构有动力传动系统、换向系统、平衡系统 、悬重系统和机架底座系统等组成。2.2换向装置方案的选取2.2.1无梁长冲程抽油机的换向方式的分类（1）机械换向采用各种机构（如齿轮、销轮、滑轮、离合器机构等）实现换向，特点是加工容易，维修比较方便，但是可靠性较差。这种换向方式所受的冲击比较大，换向装置使用的寿命不长，并
20、且容易失效。（2）液压换向利用压阀控制来换向，特点是寿命长，可靠性较高，但是维修不方便，对密封件的要求高，制造成本高。（3）电气换向采用电动机转向直接控制的方式实现换向，特点是结构比较简单。但是换向是电流冲击比较大，其可靠性不高。（4）机电一体化换向采用机电一体化方式实现换向，如变频调速换向、电磁调速换向等，具有可靠性高，适用范围广的优点。本设计采用机电一体化换向，即电磁调速换向。能够节约吸振，并且可靠性较高，安全，操作方便，适用范围广。2.2.2在选取方案时主要考虑的问题（1）节能问题上面已经提到，现有的抽油机普遍存在“大马拉小车”的现象。为了解决这个问题，此次设计中控制装置延时启动，使电机
21、在空载的情况下启动达到一定转速后，再启动数控装置这样就可避免电机与控制装置同时启动时需求的转矩大，就必须加大电动机的功率，造成功率浪费的情况。（2）往复冲击问题上、下冲程，速度与加速度分析图如下：图2.1 速度与加速度分析由无梁长冲程抽油机悬点运动曲线图可知：抽油机在上下冲程的换向过程当中，加速度变化大，对抽油机的传动有很大的冲击。为了避免活塞与泵筒在抽油泵的上部相碰，需留相当空间，这就减小了泵的有效冲程。本方案选用电磁调速换向，换向时由电机输出端V带轮上的速度反馈，调节控制电流的大小，可以减小加速度，使得冲程减小，并可以减小换向时的冲击。（3）可靠性问题抽油机属于连续工作机型，并且载荷的冲击
22、大。在动态的可靠性要求高，尤其对抗振动、抗疲劳破坏、抗摩擦、抗腐蚀的要求高。如何从增大抽油机的冲程和无梁的设计，提高工作效率，设计的合理性、可靠性入手，同时在设计时考虑如何在允许的情况下简化结构设计，提高工作可靠性等方面来对机械设计是现代机械设计理论的重要内容之一，也是本次设计的重要内容之一。而且在当今社会正面临着资源紧张，能源短缺的现实问题，所以此次设计也必须考虑设计的经济性和对环境的保护等问题。本设计中利用调速电机内的电磁转差离合器作用，存在间隙，无摩擦，又是柔性系统，冲击较小，疲劳破坏度小，可靠性高，其综合技术水平相对也高。2.2.3换向方案换向装置方案图如下： 图2.2 换向装置1 链
23、 轮2 减速器3 窄V带轮4 窄V带5 电磁调速电机6 窄V带轮7 同步齿带8 同步带轮9 电磁调速电机此换向装置的优点：（1） 可靠性高。（2） 无换向冲击。（3） 控制电流小，控制成本低。（4） 电磁转差离合器为柔性系统，吸振、节能、安全。（5） 与变频相比，成本低。（6） 上下冲程速度可调，优化采油参数。2.3总体方案设计2.3.1总体方案在本次设计中，无梁长冲程抽油机采用井架式结构占地面积少，而且使用方便，操作简单。平衡问题是此次无梁长冲程抽油机设计中的一个重要问题。平衡重产生的力矩应该等于油杆重与1/2油重之和产生的力矩。或者，在抽油杆上升中电机与配重所做的功等于下降时电机与电机配重
24、所做的功。还有就是本设计中平衡方式采用配重箱直接平衡。总体设计图如下：图2.3 无梁长冲程抽油机总体结构1 链 轮2 链 条3 减速器4 窄V带带轮（大）5 配 重6 窄V带7 电磁调速电机（两个）8 同步带轮（两个）9 同步齿带10 窄V带带轮（小）11 抽油机井架12 悬绳器 这种设计的优点如下：（1）采用井架结构，占地面积小，重量轻，结构比较简单，适用于丛井。（2）电机放在井架的下部，传动平稳、可靠，传动效率高，承载能力强，传动紧凑。（3）链条的一端是悬绳器，另一端为配重，链条自动张紧，不需要调节，使用方便、可靠，效率高。（4）上、下冲程长度及冲次无级可调。（5）性能可靠，价格偏低，经济
25、性好。2.3.2抽油机的工作原理（控制路线）本次设计选用电磁调速电机和圆柱齿轮减速器。有控制电路控制两个电机交替运行，即控制电磁转差离合器轮流闭合（由“互锁”控制，两个离合器不可能同时闭合），一个电机正转，另外一个电机反转，通过V带传动（或加上同步齿带传动），减速器传动，再到链条传动，从而控制抽油杆的上升和下降运动。3.结构设计3.1电磁调速电动机3.1.1概论电磁调速电动机以前在国内被称为滑差电动机、电磁转差离合器调速电机、涡流式电磁调速电机。在日本则被称为变速电动机（VS电机）或涡流耦合电动机（HC电机），在台湾被称为自动变速电动机（AS马达）或涡流电动机（ED马达）。它由不可调速的笼型异
26、步电动机（一般为Y系列电动机或者是YD系列电动机）、电磁转差离合器以及控制装置（包括测速发电机）三部分组成。电磁调速电机是一种结构简单、加工方便、使用可靠、启动性能好、启动转矩大，可直接使用三箱交流电源、控制系统简单（可手控制、自控和遥控）、维护方便、价格比较低、对电网无谐波影响，调速范围宽（一般大于10）、速度调节平滑、有一定的调速精度（2%左右，有的可以达到1%以下）的调速设备。电磁调速电机是通过改变励磁电流大小的方法来调节输出轴力矩和转速的一种调速电机。它可应用于恒转矩负载的速度调节和张力控制的场合，更适合于鼓风机和泵类负载的场合。对于起动力矩高、惯性大的负载有缓冲起动的作用，同时有防止
27、过载等保护作用。电磁调速电机的缺点是低速时效率较低（但对风机、泵类等载荷，损耗的绝对比重并不大），近几年以来，运用新研制的低速电阻端环调速电机新技术，效率可以提高10%；另外，由于高速时特性软，额定最高转速仅为同步转速的80%，速度损失教大，采用低电阻端环技术的调速电机最高输出转速可以达到异步电机转速的95%左右。3.1.2电磁转差离合器的结构电磁转差离合器由电枢和磁极两个旋转部分组成，这两部分没有机械联系，能够自由旋转。电枢由铸钢材料制成圆筒形，直接由笼形异步电动机带动，称为主动部分；磁极是由铁磁材料制成爪形，并装有励磁线圈。磁极用联轴节与负载相连，称为从动部分。励磁线圈经集电环通入直流电来
28、励磁，通常由单相半波晶闸管线路组成，通过改变晶闸管的控制角，可以自由的改变直流励磁的大小，从而达到控制输出输出轴的转速。3.1.3电磁转差离合器的工作原理电磁转差离合器工作原理如下图所示： 图3.1 电磁转差理合器工作原理1 拖动电动机2 电磁转差离合器3 测速发电机4 放大器5 速度给定器因为转差离合器的电枢部分与笼型异步电动机相连，当笼型异步电动机运转时，带动电枢旋转。这时，若励磁组中没有通入励磁电流，则电枢与磁极之间既无电的联系，也无磁的联系，磁极不能带动负载，相当于负载被“离开”。若加上励磁电流，则磁极有了磁通，磁极与电枢之间有相对运动，电枢中就要产生感应电动势，并且形成感应电流（即涡
29、流）。我们把电枢看成是由无数条并联的笼条组成的，这些笼条中的感应电流再与爪形磁极相互作用，使爪形磁极受到与电枢转向相同的电磁转矩，负载被带动，相当于“合上”，所以取名为离合器。又因为离合器是基于电磁感应原理，电枢旋转时因切割磁力线而感应出涡流来，且必须有电磁转差才能产生涡流转矩而带动负载工作的，所以其全称为“涡流式电磁转差离合器”。此外，它的工作原理与异步电动机相似，所以又常称为将它连同拖动它的笼型电动机一起称为“滑差电动机”。为了改善离合器运行特性，常加上测速发电机，从而以形成反馈控制系统。由于电磁转差离合器是依靠电枢中的感应电流而工作的，感应电流会引起电枢发热，在一定的负载转矩下，转速越底
30、，转差越大，发热也越厉害。因此电磁调速异步电动机不宜长期低速运行，否则会影响其性能。3.1.4电磁调速电动机的机械特性1.自然机械特性电磁调速电机自然机械特性（开环特性）如下图所示： 图3.2 自然机械特性注：I为励磁电流：I1 I2 I3 I4 I5转差离合器调速系统的机械特性是，由于笼型异步电动机转速基本不变，而主要的是离合器的机械特性。而离合器在原理上与异步电动机相似，所以改变离合器励磁电流的调速特性与高转差率异步电动机调压特性很相似，具有比较软的机械特性。 如上图中所示，在一定的励磁电流下，转速随着转矩的增加而下降，这种特性适用于对张力要求不是特别高，严格的收卷机械，例如钢带以某一线速
31、度收卷，钢卷直径增大，要求转速相应的降低。在设计时只要选用适当，此开环控制可以达到收卷过程中转速与转矩自动调整的目的。而YCT系列电机的自然机械特性就是这种特性。由于离合器存在剩磁转矩、主动部分和从动部分的摩擦转矩的影响，在负载转矩 10%（为离合器的额定转矩）时，有一个失控区，如上（图3.2）阴影部分所示，因此负载转矩不应该小于10%的额定转矩。但是，对于风机、泵类负载不会出现失控高速问题。2.人工机械特性电磁调速电动机的自然机械特性不宜用于要求转速稳定的生产机械上。为此，采用转速负反馈组成闭环控制的控制器后，可以得到理想的较硬的机械特性，基本上无失控区，如下图所示： 图3.3 人工机械特性
32、图为采用控制器后的人工机械特性注：U为控制回路的给定电压 当负载在额定转矩的10%到100%范围变化时，控制器根据测速发电机的信号自动调节励磁电流，使输出转速基本不变而保持稳定，转速变化小于3%（配精密型控制器则不大于1%）。由上（图3.3）可以看出，采用控制器后无法切换到额定转速，最高转速仅为同步转速的80%，这对老设备改造时应引起注意（例如影响水泵的扬程）。3.1.5传递效率首先让我们来分析转差离合器的输入功率，即电动机轴输出功率P （3-1） （3-2） 如以，转差率S=0时，离合器的输入功率为,转矩为额定转矩Te，不同转速时的转矩为T=()风机、泵类负载功率则与转速的三次方成比例： 转
33、差离合器调速时，不同转速下的允许输出，可以按照维持相同的转差功率的条件来确定，这样才能在不同的转速下，离合器不会超过允许温升。因此，转差离合器转差功率Pc为： = = =P(1-S)- P(1-S)= P(1-S)S （3-3）由上式可以看出，电磁调速电动机带风机类负载在高速和低速时的转差损耗都比较小，中间出现损耗最大值。对式（3-3）中的转差率S求导，得S=1/3时出现转差功率的最大值：=P（1-1/3）1/3=0.148P （3-4）即风机类负载采用这种有转差损耗的调速系统时，最大损耗约为15%的额定功率。拖动此类负载时离合器的效率 （3-5）转差离合器实际应用时与笼型异步电动机组合在一起
34、，因此，电磁调速电机的总效率为： （3-6）式中，为笼型异步电动机效率。由式（3-5）可知，电磁调速电动机的传递效率与输出轴的转速成正比，当它应用于恒定转矩负载时，应考虑最好较长时间使用在高速或中速段，短时间使用在低速段，较为经济。如必须长时间使用在低速段，一般（包括YCT系列）也能保证正常运行。此时，机壳温度比较高，属于正常现象，可以放心使用。同样适应于这种情况的工作机械有印染机、造纸机、拉丝机、印刷机、带输送机、挤塑机及各种纺织机械等摩擦负载及动力负载机械。3.2电机的选择1.原始数据最大载荷：最大冲程：冲 次：28次/分配 重：（配重约为60%）2.电机的选择作用于链的力合为800N预取
35、链轮直径d=90mm扭矩 T=8000.045=36链轮转速：链轮功率： =320W =0.32KW此时，链轮传递效率：0.970.98， 取滚动轴承效率：0.980.995 取=0.99V带效率：0.97 取=0.97齿轮幅效率：0.98 取=0.98电磁离合器效率：0.90 取=0.90同步齿带效率：0.98 取=0.98则 =0.97 =0.797则 =0.402KW选取YCT114型电磁调速电动机。（机械设计手册编委，机械设计手册中册(以下相同)1139页表1045）其中，标准功率： 调速范围：=1200120r/min 取1200r/min又因为电机扭矩： T=95504.775所需
36、扭矩： =3.19则所选电机合乎标准。3.3传动比分配总传动比：=3=4.713.4同步齿带设计同步齿形带是以刚丝绳或合成扦维为强力层，以聚氨酯或氯丁橡胶为基体，在带的内周制成齿状，用来与同步带轮的齿相啮合的一种传动带。同步齿带与普通传动带相比较，具有传动比准确、结构紧凑、传动比范围大以及可以在低速下传动动力等优点，其主要缺点是安装要求严格且价格不低。1.传递功率：P=0.6KW 带轮转速：V=1200rpm2.由（机械设计手册表8-29）查得：=1.8 由（机械设计手册表8-30）查得：=0则功率：=（+）P =（1.8+0）0.6 =1.08KW3.模数m：根据，n; 由（机械设计手册图8
37、-3）初步选择：m=3mm4带轮齿数Z由（机械设计手册表8-31）查得：确定，取5带轮节圆直径=m=325=75mm6.带轮速度V =4.71m/s=50m/s7.传动比i由i=1，则：=258初步确定中心距取=400mm9.确定胶线节线长度及其齿数 =2400+/2（75+75） =1016.8mm由（机械设计手册图8-27）选取，Z=11010.计算中心距（可调） =400+（1036.7-1016.8）/2 =409.95 410mm11带轮啮合齿数 =1/2=1/225=12.5 =612单位带宽的离心拉力由（机械设计手册表8-23）查得q=35kg/mmm= = =13.带宽b由（机
38、械设计手册表8-32）查得=1kg/mm = =23.57mm由（机械设计手册表8-27）取b=25mm14.有效圆周力= = =229.44N15同步齿带带轮设计（1）齿形角：a=(2)节距：P=9.42mm(3)节圆直径：d=75mm(4)由（机械设计手册表8-26）查得 =75-20.75 =73.5mm此为顶圆直径（5）顶圆齿距 = =9.24mm（6）齿侧间隙（7）径向间隙（8）顶圆齿槽宽由（机械设计手册表8-26）查得（9）齿槽深由（机械设计手册表8-26）查得 (10)根圆直径（11）根圆齿槽宽（12）齿根圆角半径（13）顶圆角半径（14）带轮齿宽B=b+(310)=25+3=2
39、8mm3.5计算传动轴的运动和动力参数1.各轴转速：r/min轴：=84.95r/min2.各轴输入功率：KW轴：=0.390.990.98=0.38KW3.各轴输出功率：=0.38KW=0.380.98=0.365KW4.各轴输入转矩：3.1930.97=9.28Nm轴：=9.284.710.990.98=42.21Nm3.6V带设计V带有普通V带、窄V带、连组V带、齿形V带、宽V带等多种类型，其中普通V带应用最广，但是近年来窄V带也得到广泛的应用。窄V带是用合成纤维绳做抗拉体，与普通V带想比，当高度相同时，窄V带的宽度缩小1/3，而承载能力可以提高1.52.5倍，适用于传动动力大而又要求传
40、动装置紧凑的场合。已知： =0.60.90.98 =0.53KW n=1200r/min1.计算功率：由=1.4（濮良贵，机械设计2001.5（以下相同），151页表86）=P=1.40.53=0.742KW2.选择带型根据=0.742，n=1200r/min得选择窄V带SPZ型（机械设计155页表89）3.确定带轮基准直径（1） 初选小带轮基准直径取小带轮基准直径=71mm（机械设计145页表83和机械设计153页表87）。根据式（机械设计147页式815）得= =371 =216mm取=216mm （机械设计153页表87）（2） 验算带的速度VV=4.46m/s由于带的速度V 35m/s
41、则带的速度合适。4.确定中心距a和带的基准长度由0.7（+） 2（+）（机械设计154页）200 574初步确定中心距=400mm基准长度：=2+（+）+ （机械设计154页式820） =2400+（71+216）+ =1254.02mm取基准长度=1275mm （机械设计142页表82）得实际中心距：a=+ （机械设计154页式821） =400+(1275-1254.02)/2 =421 mm则：=421-0.0151275=402.875=421+0.031275=440.255.验算主动轮上的包脚a= （机械设计154页） = =174.14 120则主动轮上的包角合适。6.计算V带根
42、数Z= （机械设计154页式822）由机械设计表8-5C查得=1.08 8-5d查得=0.18 8-8查得=0.98 8-2查得=0.94将以上数据代入上式得Z= = =0.64取 Z=1 7.确定带的预紧力=500 （机械设计155页式823） =500 =126.63N8.计算作用在轴上的力= =21126.63 =252.24N3.7齿轮设计1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。（1） 选择直齿圆柱齿轮传动（2） 运输机速度不高，故选用7级精度（3） 材料选择：小齿轮为40Cr（调质）硬度为280HBS，大 齿轮为45钢（调质）硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。（4） 选
43、小齿轮齿数为=25，大齿轮齿数：=i=253=752.按齿面强度设计 （机械设计209页）1)确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数=1.3(2)小齿轮转矩为：=9550Nmm(3)选取齿宽系数=1 （机械设计201页表107）(4)材料的弹性影响系数=189.8M （机械设计198页表106）(5)小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限 （机械设计208页表1021）(6)计算应力循环次数：（机械设计202页式1013） =1.7 =0.57(7)接触疲劳寿命系数： （机械设计208页图1019）(8)计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，由式： （机械设计202页式1012）得： =0.91600 =546MPa =0.95550 =522.5MPa2） 计算：计算小齿轮分度圆直径，取中较小值 = =36.94mm(1)计算圆周速度VV= = =0.72m/s(2)计算齿宽bb=136.94=36.94mm(3)计算齿宽与齿高之比b/h模数：=1.61齿高：h=2.25=3.62mmb/h=36.94/3.62=10.20(4)
