摘 要：泵與電機(jī)是機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常會(huì)使用到的一種零部件，它的選型與搭配組合是讓其發(fā)揮出最佳使用性能的一個(gè)重要工作；同時(shí)帶傳動(dòng)也是非常常見(jiàn)的一種傳動(dòng)形式，帶輪、皮帶如何選取也是經(jīng)常遇到的問(wèn)題。合理配置這些零部件，才能使設(shè)備的效率、安全性、穩(wěn)定性和使用壽命最大化。

關(guān)鍵詞：柱塞泵；電機(jī)；帶傳動(dòng)

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們經(jīng)常使用的是泵和電機(jī)組裝在一起可以直接使用的，而另外一種則是單獨(dú)的一個(gè)泵，需要選配電機(jī)，并根據(jù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)，選擇對(duì)應(yīng)的帶輪與皮帶連接使用。下面我們以一種典型的柱塞泵-電機(jī)帶傳動(dòng)為代表分析整個(gè)系統(tǒng)的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算：

1 泵的選取

根據(jù)設(shè)備系統(tǒng)的流量Q、壓力P、揚(yáng)程H等方面的要求，首先選擇相應(yīng)型號(hào)品牌的泵。根據(jù)不同的需求，選擇不同形式的泵，這里我們以柱塞泵（美國(guó)CAT）為例。

柱塞泵泵入口流量：Q=50L/min（設(shè)計(jì)參數(shù)，已知）

取斜盤(pán)柱塞泵效率為η=0.95 （根據(jù)柱塞泵的特性選?。?/p>

系統(tǒng)運(yùn)行的壓力P=7.5Mpa （設(shè)計(jì)參數(shù)，已知）

泵所需的揚(yáng)程：H=20m （設(shè)計(jì)參數(shù)，已知）

由此，我們計(jì)算出柱塞泵軸功率：

P1=P×Q/（60η）=7.5×50/（60×0.95）=6.58kw

從CAT泵的產(chǎn)品手冊(cè)中查到，符合或接近上面數(shù)據(jù)流量、壓力、揚(yáng)程的柱塞泵，型號(hào)為2357。

從而得知泵的軸徑D、每轉(zhuǎn)流量Q1。可計(jì)算出泵轉(zhuǎn)速：n1=

查得柱塞泵活塞直徑D=32mm，行程L=38.5mm，故單柱塞腔容積：V=πd2L/4=3.14×0.322×0.385/4=0.031

此柱塞泵有三個(gè)活塞連續(xù)運(yùn)行，則

n1==Q/（3Vη） =50/（3×0.031×0.95）=566RPM

2 選取電機(jī)

根據(jù)軸功率P1、泵轉(zhuǎn)速n1選取其對(duì)應(yīng)的電機(jī)，應(yīng)保證P2>P1，傳動(dòng)比i=2～5，其中i=，故可選匹配電機(jī)：1LG0 163-6AA70（以西門(mén)子為例），其功率為P2=7.5kw，轉(zhuǎn)速n2=970RPM。

3 選擇皮帶及帶輪

V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)V帶兩側(cè)和輪槽接觸，槽面的摩擦可以提供更大的摩擦力；另外，V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊，而且大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。基于上述特點(diǎn)，所以這里我們選擇使用V帶進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)。

帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和疲勞破壞。因此，帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證不打滑的條件下，具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命。

3.1 根據(jù)帶的工作工況確定設(shè)計(jì)功率Pca=KaP

式中：Ka為工況系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的表13-1-17選?。籔為電機(jī)的負(fù)載功率，即軸功率。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得工況系數(shù)Ka=1.2，則設(shè)計(jì)功率：Pca=KaP=1.2×7.5=9kw

3.2 選擇V型帶帶型

根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pca和小帶輪轉(zhuǎn)速n2，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的圖13-1-1進(jìn)行選取，這里我們選用A型帶。

3.3 選取小帶輪直徑d2

傳遞的功率在帶傳動(dòng)給定的條件下，減少帶輪的直徑，會(huì)增大帶傳動(dòng)的有效拉力，從而導(dǎo)致帶的根數(shù)增加。這樣不僅增加了帶輪的寬度，而且也增大了載荷在V帶之間分配的不均勻性。另外，帶輪的直徑減小，增加了帶的彎曲應(yīng)力。為了避免彎曲應(yīng)力過(guò)大，小帶輪的基準(zhǔn)直徑不能過(guò)小。

根據(jù)V帶的帶型，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的表13-1-10、表13-1-11和表13-1-12進(jìn)行相關(guān)帶輪直徑的選取，這里初取小帶輪基準(zhǔn)直徑d2=112mm。

3.4 驗(yàn)算帶速v

當(dāng)帶傳動(dòng)的功率一定時(shí)，提高帶速，可以減低帶傳動(dòng)的有效拉力，相應(yīng)地減少帶的根數(shù)或者V帶的橫截面積，總體上減少帶傳動(dòng)的尺寸；但是，提高帶速，也提高了V帶的離心力，增加了單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，不利于帶傳動(dòng)的疲勞強(qiáng)度和壽命，降低帶速則有相反的利弊。

根據(jù)公式計(jì)算帶的速度v：v==5.69m/s

帶速不宜過(guò)低或過(guò)高，一般應(yīng)使v=5～25m/s，最高不超過(guò)30m/s，此符合設(shè)計(jì)要求。

3.5 計(jì)算大帶輪直徑d1

取滑動(dòng)率ε=0.01，則可計(jì)算出大帶輪基準(zhǔn)直徑d1：

d1=（n1/n2）（1-ε） d2=（970/566）×（1-0.01）×112=190.02mm

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表13-1-10、表13-1-11和表13-1-12參數(shù)適當(dāng)圓整后進(jìn)行選取d1=190mm。

3.6 初定中心距

中心距大，可以增加帶輪的包角，減少單位時(shí)間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命。但是中心距過(guò)大，則會(huì)加劇帶的波動(dòng)，降低帶傳動(dòng)的平穩(wěn)性，同時(shí)增大帶傳動(dòng)的整體尺寸。中心距小，則有相反的利弊。一般要求0.7（d1+d2）

3.7 計(jì)算帶長(zhǎng)L0

L0≈2a0+（d1+d2）+=1238.1mm

實(shí)際帶長(zhǎng)L克根據(jù)皮帶供應(yīng)商的帶長(zhǎng)系列選取，并不局限于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上所列出的帶長(zhǎng)?？紤]帶輪的制造誤差、帶長(zhǎng)誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補(bǔ)充張緊需要，計(jì)算出中心距的變動(dòng)范圍，供我們結(jié)構(gòu)的調(diào)整。公式如下：

a≈a0+ amin=a-0.15Ld=367.3mmamax=a+0.03Ld=423.5mm

3.8 確定帶的根數(shù)z

z===3.59，取4根。式中：P0為單根V帶額定功率，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表13-1-19、表13-1-20和表13-1-21選?。?？駐P0為單根V帶額定功率增量，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表13-1-19、表13-1-21選?。换鶞?zhǔn)寬度制窄V帶此值為0；Kα為包角修正系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的表13-1-22選取；KL為帶長(zhǎng)修正系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的表13-1-22選取。為了使各根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過(guò)多，一般應(yīng)少于10根。否則，應(yīng)選擇橫截面積較大的帶型，減少根數(shù)。至此，帶和帶輪的參數(shù)計(jì)算完畢，然后根據(jù)前面選出的柱塞泵與電機(jī)查得相應(yīng)的連接軸的軸徑，便可以選出相應(yīng)的型號(hào)帶輪和皮帶。由于柱塞泵和電機(jī)的軸徑都是廠家依據(jù)產(chǎn)品最大軸功率設(shè)計(jì)出來(lái)，所以我們一般無(wú)需校核軸的強(qiáng)度。另外V帶傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。為了保證帶傳動(dòng)的正常工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛程度，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。為了安全運(yùn)行，我們需要將帶傳動(dòng)至于鐵絲網(wǎng)或保護(hù)罩內(nèi)，不宜外露。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于某些外購(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)間不一定有我們所需的型號(hào)，職能選擇相近的參數(shù)型號(hào)，所以我們需要在定型之后在按照上面的步驟進(jìn)行校核，以保證我們?cè)O(shè)計(jì)的完整性，最后在根據(jù)我們?cè)O(shè)備的使用場(chǎng)合及位置尺寸對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行安裝，以便完成整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，2001.

[3]楊國(guó)平，劉忠.現(xiàn)代工程機(jī)械液壓與液力實(shí)用技術(shù)[M].人民交通出版社，2003.