一种柱塞泵一电机带传动的设计
宋健虎
(武汉军山自来水有限公司，湖北武汉430000)

摘要: 泵与电机是机械设备中经常会使用到的一种零部件，它的选型与搭配组合是让其发挥出最佳使用性能的一个重要工作;同时带传动也是非常常见的一种传动形式，带轮、皮带如何选取也是经常遇到的问题。合理配置这些零部件，才能使设备的效率、安全性、稳定性和使用寿命最大化。

关键词: 柱塞泵:电机:带传动

在机械设计的过程中，我们经常使用的是泵和电机组装在一起可以直接使用的，而另外一种则是单独的一个泵，需要选配电机，并根据相关技术参数，选择对应的带轮与皮带连接使用。下而我们以一种典型的柱塞泵一电机带传动为代表分析整个系统的选型与设计。

计算:

1 泵的选取

根据设备系统的流量Q、压力p、扬程H等方而的要求，首先选择相应型号品牌的泵。根据不同的需求，选择不同形式的泵，这里我们以柱塞泵(美国CAT)为例。

柱塞泵泵入口流量:Q=50L/min(设计参数，己知)

取斜盘柱塞泵效率为η=0.95 (根据柱塞泵的特性选取)

系统运行的压力P=7.SMpa(设计参数，己知)

泵所需的扬程:H=20m(设计参数，己知)

由此，我们计算出柱塞泵轴功率:

P1=P×Q/(60η)-7.5×50/(60x0.95)=6.58kw

从CAT泵的产品手册中查到，符合或接近上而数据流量、压力、扬程的柱塞泵，型号为2357。

从而得知泵的轴径D、每转流量Ql。可计算出泵转速:n1=Q/Q1

查得柱塞泵活塞直径D=32mm，行程L=38.5mm,故单柱塞容积:V=πd2L/4=3.14×0.322×0.385/4=0.031

此柱塞泵有三个活塞连续运行，则

2 选取电机

根据轴功率P1,、泵转速n1选取其对应的电机，应保证p2>p1，传动比i=2~5，其中i=n2/n1，故可选匹配电机:1LG0 163-6AA70(以西门子为例），其功率为P₂=7.5kw，转速n₂=970RPM。

3 选择皮带及带轮

V带的横截而呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时V带两侧和轮槽接触，槽而的摩擦可以提供更大的摩擦力;另外，V带传动允许的传动比大、结构紧凑，而且大多数己经标准化。基于上述特点，所以这里我们选择使用V带进行传动设计。

带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。因此，带传动的设计准则是:在保证不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。

3.1 根据带的工作工沉确定设计功率Pca=KaP

式中:Ka为工沉系数，根据机械设计手册中的表13-1-17选取;P为电机的负载功率，即轴功率。由机械设计手册查得工况系数Ka=1.2，则设计功率:Pca=KaP=1.2×7.5=9kw

3.2 选择V型带带型

根据设计功率Pca和小带轮转速n₂，从机械设计手册中的图13-1-1进行选取，这里我们选用A型带。

3.3 选取小带轮直径d₂

传递的功率在带传动给定的条件下，减少带轮的直径，会增大带传动的有效拉力，从而导致带的根数增加。这样不仅增加了带轮的宽度，而且也增大了载荷在V带之间分配的不均匀性。另外，带轮的直径减小，增加了带的弯曲应力。为了避免弯曲应力过大，小带轮的基准直径不能过小。

根据V带的带型，由机械设计手册中的表13-1-10、表13-1-11和表13-1-12进行相关带轮直径的选取，这里初取小带轮基准直径d₂=112mm。

3.4 验算带速v

当带传动的功率一定时，提高带速，可以减低带传动的有效拉力，相应地减少带的根数或者V带的横截而积，总体上减少带传动的尺寸;但是，提高带速，也提高了V带的离心力，增加了单位时间内带的循环次数，不利于带传动的疲劳强度和寿命，降低带速则有相反的利弊。

根据公式计算带的速度v=πdn/60×1000=5.69m/s

带速不宜过低或过高，一般应使v=5~25m/s最高不超过30m/s 此符合设计要求。

3.5 计算大带轮直径d₁

取滑动率ε=0.01，则可计算出大带轮基准直径d1:

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

根据机械设计手册中表13-1-10、表13-1-11和表13-1-12参数适当圆整后进行选取d₁=190mm

3.6 初定中心距

中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命。但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带传动的平稳性，同时增大带传动的整体尺寸。中心距小，则有相反的利弊。一般要求0.7(d₁十d₂)< a0<2(d₁十d₂)，再根据传动系统的总体尺寸要求进行具体设定。按上述要求以及设备的结构尺寸，初取中心距a₀=380mm。

3.7 计算带长L₀

实际带长L克根据皮带供应商的带长系列选取，并不局限于机械设计手册上所列出的带长。考虑带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧需要，计算出中心距的变动范围，供我们结构的调整一公式如下:

3.8确定带的根数z

取4根。

式中:P₀为单根V带额定功率，由机械设计手册中表13-1-19、表13-1-20和表13-1-21选取;ΔP0为单根V带额定功率增量，由机械设计手册中表13-1-19和表13-1-21选取;基准宽度制窄V带此值为0。

Kα为包角修止系数，由机械设计手册中的表13-1-22选取;K_L为带长修止系数，由机械设计手册中的表13-1-22选取。为了使各根V带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根。否则，应选择横截而积较大的带型，减少根数。

至此，带和带轮的参数计算完毕，然后根据前而选出的柱塞泵与电机查得相应的连接轴的轴径，便可以选出相应的型号带轮和皮带。由于柱塞泵和电机的轴径都是厂家依据产品最大轴功率设计出来，所以我们一般无需校核轴的强度。另外V带传动运转一段时间后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证带传动的正常工作，应定期检查带的松弛程度，采取相应的补救措施。为了安全运行，我们需要将带传动至于铁兹网或保护罩内，不宜外露。

4 结束语

由于某些外购件、标准间不一定有我们所需的型号，职能选择相近的参数型号，所以我们需要在定型之后在按照上而的步骤进行校核，以保证我们设计的完整性，最后在根据我们设备的使用场合及位置尺寸对整套设备进行安装，以便完成整个系统设计。