帶式輸送機V帶傳動可靠性設計

摘 要：文章在已知可靠度條件下，對V帶傳動進行可靠性設計確定零件的參數和結構尺寸，可以得出在滿足零件可靠度的條件下，V帶的根數可以減少。

關鍵詞：帶式輸送機；可靠性；設計

引言

隨著科學技術的發展，可靠性技術也變得越來越重要，特別地，人們對機械產品的可靠性設計更加重視。所謂可靠性設計，是指在常規機械設計的設計原理、準則計算方法以及計算公式上，將這些公式中的設計變量作為服從某種分布規律的隨機變量處理。可靠性設計主要分兩類：（1）已知可靠度條件，確定零件的參數和結構尺寸；（2）已知零件參數及結構尺寸，確定零件的可靠度及安全壽命。

1 V帶的可靠性設計

1.1 工作條件

帶式運輸機連續單向運轉，載荷變化不大，空載啟動；輸送帶速度允許誤差±5%；室內工作，有粉塵，單班制工作（每天工作8小時），使用期限8年（每年300天），檢修期間隔為3年；在中小型機械廠小批量生產。

1.2 基本數據

（1）輸送帶數據如下：

（2）查機械設計手冊得V帶傳動效率、各軸軸承效率、各齒輪嚙合效率、聯軸器效率、卷筒效率分布，以及輸送帶的數據：

a.根據公式Pd==確定電動機所需要功率；

b.根據公式nw=確定運輸機轉速；

查機械設計手冊及根據經驗確定總傳動比i范圍，根據公式nd=i×nw（i=8～40），進而確定電動機所需轉速范圍，則選擇電動機型號（三相異步電動機）。

c.由b.可得到運輸機轉速，電動機轉速，則可確定總傳動比i=（nm為電動機滿載轉速），可得總傳動比i=29.2。根據傳動比分布原則，確定V帶傳動比i帶，查設計手冊得V帶傳動比i帶為2～4，此設計取i帶=2.5。

（3）選題準則

V帶傳動的設計準則為：在保證帶傳動不打滑的條件下，保證其具有一定的疲勞強度和壽命，V帶傳動具有可靠度R，且R≥90%。

（4）設計要求

a. V帶的傳動功率滿足帶式輸送機的正常運作；

b. 在實際應用中，要求V帶中心距不超過1200mm；

c. 保證V帶一定疲勞強度和壽命，保證其可靠度R≥90%。

（5）設計計算過程

a. 確定V帶的計算功率pca pca=pmKA=4.4kW

其中：pm為電動機額定功率；KA為工作情況系數，查表可得KA=1.1。

b. 選擇V帶的帶型

根據計算功率pca、小帶輪轉速n1（2890r/min），查設計手冊，選擇B型V帶。

c. 確定帶輪基準直徑dd，并驗算帶速

根據帶型，查設計手冊初選小帶輪直徑160mm。

驗算帶速：

所以帶速合適。

設在此帶傳動中，取滑動率ε為1%，則根據帶傳動的平均傳動比公式i帶==，可得到大帶輪直徑d2=396，經查表圓整可取d2為400mm。

d.確定中心距a，并選擇V帶的基準長度Ld

由公式0.7（d1+d2）?a0?2（d1+d2），初定a0=1000mm，

由公式L0≈2a0（d1+d2）+經計算可得：L0為2894mm； 經查表可得，Ld=3150mm；

則中心距a≈a0+，即a取1128mm，符合題目要求不超過1200mm。

e.確定小帶輪包角α1

由公式α1≈180°-（d2-d1），α2≈180°+（d2-d1）可得小帶輪包角α1小于大帶輪包角α2，并且小帶輪上的總摩擦力相應地小于大帶輪上的總摩擦力。因此打滑只可能在小帶輪上發生，為提高V帶的傳動能力，應使α1≥90°。

經計算則取α1=167.8°，且滿足α1≥90°。

f.確定帶的根數z 根據公式 ，查設計手冊可得

其中：KA為工作情況系數，查表可得KA=1.1；Pm為電動機額定功率，由上可得為4kW；

p0為單根V帶的基本額定功率，Δp0為單根V帶額定功率的增量。經查設計手冊可得：p0為4.89kW，Δp0為0.89kW；Kα為包角不等于180°時的修正系數，KL為帶長不等于實驗規定的特定帶長時的修正系數。查設計手冊可得：Kα為0.98，KL為1.07。

帶入經計算可得：z為0.73，則選V帶1根。

g. V帶能傳遞的功率均值s s=p0+Δp0=5.78kW

h. V帶能傳遞的功率的標準差 s==0.385

i. 實際傳遞功率的均值σ σ==4.20kW

j. 實際傳遞功率的標準差：

求各修正系數的變差系數：

綜合變差系數：

則根據公式可得：CZ=0.0379 則標準差SP=CZ·σ=0.1592

可靠性指數：C、C、C均小于0.10，可用正態-正態模型計算可靠度：

根據公式：

由上表可得：ZR=3.792，則R﹥0.99989>90%，V帶傳動滿足可靠性設計要求。

2 結束語

本次設計只是針對V帶傳動的可靠性設計，具體來說是V帶所能傳遞功率的可靠性設計。而對于具體的V帶設計，比如V帶初拉力Fo，V 帶壓軸力Fp，以及V帶輪的具體可靠性設計過程沒有涉及。總體來講，通過本設計可以得出在滿足零件可靠度的條件下，V帶的根數可以減少，此次設計不能完整構成一個體系，比較片面一些。

參考文獻

[1]鄔華芝，高德平，郭海丁.V型帶傳動可靠性設計方法分析[J].機械設計與研究，2001，17（2）：53-54.

[2]王啟，王文博.常用機械零件可靠性設計[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3]寇尊權，孟慧琴.普通V帶初拉力的確定及壽命預測[J].機械設計與制造，1992（3）.

[4]彭文生，等.機械設計[M].武漢：華中理工大學出版社，1996.

作者簡介：袁小航，研究生。