哈工大第十八章機械傳動系統(tǒng)方案設計(new)

1、第十八章第十八章 機械傳機械傳動系統(tǒng)方案設計動系統(tǒng)方案設計 傳動裝置主要用于將原動機的運動和動力傳遞給傳動裝置主要用于將原動機的運動和動力傳遞給工作機（執(zhí)行機構(gòu)），使其完成特定的作業(yè)要求。在此工作機（執(zhí)行機構(gòu)），使其完成特定的作業(yè)要求。在此過程中實現(xiàn)運動速度、運動方向或運動形式的改變。過程中實現(xiàn)運動速度、運動方向或運動形式的改變。 傳動裝置的功能傳動裝置的功能 1、減速或增速；、減速或增速； 2、調(diào)速；、調(diào)速； 3、改變運動形式；、改變運動形式； 4、增大轉(zhuǎn)矩；、增大轉(zhuǎn)矩； 5、動力和運動的分配。、動力和運動的分配。18.1 概概 述述一、一、 傳動裝置的作用傳動裝置的作用 機械總體方案設計的

2、目的，就是通過調(diào)查研究進行機械總體方案設計的目的，就是通過調(diào)查研究進行機械產(chǎn)品規(guī)劃、確定設計任務、明確設計要求和條件，機械產(chǎn)品規(guī)劃、確定設計任務、明確設計要求和條件，在此基礎上尋求問題的解法及原理方案構(gòu)思，進行功能在此基礎上尋求問題的解法及原理方案構(gòu)思，進行功能原理設計，擬定機械功能原理方案，選擇機構(gòu)類型，得原理設計，擬定機械功能原理方案，選擇機構(gòu)類型，得出一組可行的機械系統(tǒng)運動方案，為下一步進行詳細的出一組可行的機械系統(tǒng)運動方案，為下一步進行詳細的結(jié)構(gòu)設計作好原理方案方面的準備，也為最終進行評價、結(jié)構(gòu)設計作好原理方案方面的準備，也為最終進行評價、選優(yōu)、決策提供可行性、先行性等相關(guān)技術(shù)原理方面

3、詳選優(yōu)、決策提供可行性、先行性等相關(guān)技術(shù)原理方面詳盡的科學依據(jù)。盡的科學依據(jù)。 機械總體方案設計的目的機械總體方案設計的目的 機械總體方案設計的內(nèi)容機械總體方案設計的內(nèi)容 機械系統(tǒng)主要由驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)主要由驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成。因此，總體方案執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)所組成。因此，總體方案設計的主要內(nèi)容就是圍繞這幾部分的方案設計。設計的主要內(nèi)容就是圍繞這幾部分的方案設計。 1 1）執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計）執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計 2 2）原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設）原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設計計 3 3）控制系統(tǒng)的方案設計）控制系統(tǒng)的方案設計 4 4）其他輔

4、助系統(tǒng)的設計）其他輔助系統(tǒng)的設計 二、二、 傳動的類型傳動的類型1、 按工作原理分按工作原理分2、按改變傳動的可能性分類、按改變傳動的可能性分類18.2 常用機械傳動的特點、性能和適用范圍常用機械傳動的特點、性能和適用范圍18.2 常用機械傳動的特點、性能和適用范圍常用機械傳動的特點、性能和適用范圍行 星 齒 輪傳 動普 通平 帶傳 動普 通V帶傳 動摩 擦輪 傳動鏈 傳動普 通 齒 輪 傳 動蝸桿傳動漸開線齒擺線針輪諧波齒輪許 用的 圓周 速度m / s 2 5 2 5 5 0 1 5 2 5 1 0六 級 精 度直 齒 1 8非 直齒 3 6五 級 精 度 達1 0 01 5 3 5基 本

5、 同 普通 齒 輪 傳動外 廓尺 寸大大大大小小小傳動精 度低低低中 等高高高18.2 常用機械傳動的特點、性能和適用范圍常用機械傳動的特點、性能和適用范圍行星齒輪傳動普通平帶傳動普通V 帶傳動摩擦輪傳動鏈傳動普通齒輪傳動蝸桿傳動漸開線齒擺線針輪諧波齒輪工作平穩(wěn)性好好好較差一般好一般自鎖能力無無無無無可有無過載保護作用有有有無無無無使用壽命短短短中等長中等長緩沖吸振能力好好好中等差差差 1合理選擇傳動型式合理選擇傳動型式 選擇機械傳動型式時，常需要根據(jù)一些指標，如：傳動效率選擇機械傳動型式時，常需要根據(jù)一些指標，如：傳動效率，輸入、輸出軸的布置，外廓尺寸，質(zhì)量，工作壽命，可靠性，輸入、輸出軸的

6、布置，外廓尺寸，質(zhì)量，工作壽命，可靠性，價格，以及結(jié)構(gòu)工藝性等。，價格，以及結(jié)構(gòu)工藝性等。 18.3 機械傳動系統(tǒng)方案設計的一般原則機械傳動系統(tǒng)方案設計的一般原則 傳動方案的設計是一項比較復雜的工作，需要綜合運用多傳動方案的設計是一項比較復雜的工作，需要綜合運用多方面的技術(shù)知識和實踐設計經(jīng)驗，從多方面分析比較，才能擬方面的技術(shù)知識和實踐設計經(jīng)驗，從多方面分析比較，才能擬定出比較合理的傳動系統(tǒng)方案，并畫出可行的傳動方案簡圖。定出比較合理的傳動系統(tǒng)方案，并畫出可行的傳動方案簡圖。 傳動系統(tǒng)方案設計的一般原則：傳動系統(tǒng)方案設計的一般原則：2傳動鏈盡量簡短，機構(gòu)盡可能簡單傳動鏈盡量簡短，機構(gòu)盡可能簡單

7、在保證實現(xiàn)機器的預期功能的條件下，傳動鏈簡短，可使傳動在保證實現(xiàn)機器的預期功能的條件下，傳動鏈簡短，可使傳動環(huán)節(jié)和構(gòu)件數(shù)目減少，有利于降低制造費用，減輕機器質(zhì)量和減環(huán)節(jié)和構(gòu)件數(shù)目減少，有利于降低制造費用，減輕機器質(zhì)量和減小外廓尺寸，提高傳動的效率和系統(tǒng)的剛性。另外，可以減少運小外廓尺寸，提高傳動的效率和系統(tǒng)的剛性。另外，可以減少運動鏈的累積誤差，提高了零件加工的工藝性和工作可靠性。動鏈的累積誤差，提高了零件加工的工藝性和工作可靠性。3安排好各級傳動或機構(gòu)的先后順序安排好各級傳動或機構(gòu)的先后順序 對帶傳動，為減小其傳動的外廓尺寸并發(fā)揮其過載保護和對帶傳動，為減小其傳動的外廓尺寸并發(fā)揮其過載保護和

8、緩沖吸振的作用，一般應安排在運動鏈中的高速級；緩沖吸振的作用，一般應安排在運動鏈中的高速級；對斜齒對斜齒直齒圓柱齒輪傳動，斜齒輪應安排在高速級以發(fā)直齒圓柱齒輪傳動，斜齒輪應安排在高速級以發(fā)揮其傳動平穩(wěn)的作用，直齒輪安排在低速級；揮其傳動平穩(wěn)的作用，直齒輪安排在低速級；對圓錐對圓錐-圓柱齒輪傳動，一般將錐齒輪安排在高速級（尺寸圓柱齒輪傳動，一般將錐齒輪安排在高速級（尺寸較小，易于制造），圓柱齒輪安排在低速級；較小，易于制造），圓柱齒輪安排在低速級；對閉式、開式齒輪傳動，閉式傳動安排在高速級，開式齒輪對閉式、開式齒輪傳動，閉式傳動安排在高速級，開式齒輪安排在低速級；安排在低速級；對摩擦輪傳動，因其

9、結(jié)構(gòu)簡單和制造容易，通常不要求用于對摩擦輪傳動，因其結(jié)構(gòu)簡單和制造容易，通常不要求用于高速級，但對各類摩擦式無級變速器，由于結(jié)構(gòu)復雜和制造高速級，但對各類摩擦式無級變速器，由于結(jié)構(gòu)復雜和制造困難，為縮小外廓尺寸，應安排在高速級；困難，為縮小外廓尺寸，應安排在高速級；對轉(zhuǎn)變運動形式的傳動或機構(gòu)，如螺旋傳動、連桿機構(gòu)和凸對轉(zhuǎn)變運動形式的傳動或機構(gòu)，如螺旋傳動、連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)等，通?？偸前才旁谶\動鏈的末端，靠近執(zhí)行構(gòu)件。輪機構(gòu)等，通?？偸前才旁谶\動鏈的末端，靠近執(zhí)行構(gòu)件。 4合理分配傳動比合理分配傳動比分配傳動比時應注意以下幾點：分配傳動比時應注意以下幾點：（1）各種傳動均有一個合理使用的傳動比

10、范圍，每一級傳各種傳動均有一個合理使用的傳動比范圍，每一級傳動的傳動比宜在其常用范圍內(nèi)選取，一般不應超過。動的傳動比宜在其常用范圍內(nèi)選取，一般不應超過。（2 2）一級傳動的傳動比如果過大，其外廓尺寸將會很大，）一級傳動的傳動比如果過大，其外廓尺寸將會很大，宜分成兩級傳動或多級傳動。宜分成兩級傳動或多級傳動。 （3 3）對于減速的多級傳動，按照）對于減速的多級傳動，按照“前小后大前小后大”的原則分配的原則分配傳動比有利于減輕減速器質(zhì)量，即當總傳動比傳動比有利于減輕減速器質(zhì)量，即當總傳動比 時時，取，取 （此處（此處 、 、 依次表示由高速依次表示由高速級到低速級的各級傳動比），且使相鄰兩級傳動比

11、的差值不級到低速級的各級傳動比），且使相鄰兩級傳動比的差值不要太大。要太大。 kii ii 21kiii 211i2iki （4 4）為了潤滑簡便，在兩級臥式圓柱齒輪減速器中，應按照）為了潤滑簡便，在兩級臥式圓柱齒輪減速器中，應按照高速級和低速級的大齒輪浸入油中深度大致相近（低速可以稍高速級和低速級的大齒輪浸入油中深度大致相近（低速可以稍深些）的條件進行傳動比分配。深些）的條件進行傳動比分配。 5保證機器安全運轉(zhuǎn)保證機器安全運轉(zhuǎn) 設計機械傳動系統(tǒng)時，必須十分注意機器的安全運轉(zhuǎn)問題，防設計機械傳動系統(tǒng)時，必須十分注意機器的安全運轉(zhuǎn)問題，防止發(fā)生損壞機器的事故，確保人員的安全。如在起重機械中，必止

12、發(fā)生損壞機器的事故，確保人員的安全。如在起重機械中，必須防止其在吊重作用下的自動倒轉(zhuǎn)問題等。為此應在傳動系統(tǒng)的須防止其在吊重作用下的自動倒轉(zhuǎn)問題等。為此應在傳動系統(tǒng)的適當環(huán)節(jié)設置具有自鎖能力的機構(gòu)、剎車制動機構(gòu)等可靠的安全適當環(huán)節(jié)設置具有自鎖能力的機構(gòu)、剎車制動機構(gòu)等可靠的安全保護裝置。保護裝置。6 6考慮經(jīng)濟性要求考慮經(jīng)濟性要求 傳動方案的設計應在滿足功能要求的前提下從設計制造、能傳動方案的設計應在滿足功能要求的前提下從設計制造、能源和原材料消耗、合理經(jīng)濟的使用壽命、管理和維護等各方面源和原材料消耗、合理經(jīng)濟的使用壽命、管理和維護等各方面進行綜合考慮，使傳動方案的費用最低。進行綜合考慮，使傳

13、動方案的費用最低。 7機、電、液、氣傳動機構(gòu)結(jié)合與機電一體化機、電、液、氣傳動機構(gòu)結(jié)合與機電一體化 在機械傳動方案設計時，還應注意機、電、液、氣的結(jié)合，在機械傳動方案設計時，還應注意機、電、液、氣的結(jié)合，充分發(fā)揮各門技術(shù)的優(yōu)勢，使設計的方案更為完善、經(jīng)濟。充分發(fā)揮各門技術(shù)的優(yōu)勢，使設計的方案更為完善、經(jīng)濟。 傳動類型的選擇傳動類型的選擇1、傳動的類型和特點、傳動的類型和特點 （1）機械傳動）機械傳動 （2）液壓、液力傳動）液壓、液力傳動 （3）氣壓傳動）氣壓傳動 （4）電氣傳動）電氣傳動2、傳動類型的選擇、傳動類型的選擇 機械傳動類型的選擇關(guān)系到傳動系統(tǒng)的方案設計和工作機械傳動類型的選擇關(guān)系到

14、傳動系統(tǒng)的方案設計和工作性能參數(shù)。技術(shù)經(jīng)濟指標是確定傳動方案的主要因素，只性能參數(shù)。技術(shù)經(jīng)濟指標是確定傳動方案的主要因素，只有通過對多種傳動方案的技術(shù)經(jīng)濟指標作細致的綜合分析有通過對多種傳動方案的技術(shù)經(jīng)濟指標作細致的綜合分析和對比，才能比較合理地選用機構(gòu)傳動的類型。和對比，才能比較合理地選用機構(gòu)傳動的類型。（1）機械傳動類型選擇的依據(jù)）機械傳動類型選擇的依據(jù) 1）執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求。）執(zhí)行系統(tǒng)的性能參數(shù)和工況要求。 2）原動機的機械特性和調(diào)速性能。）原動機的機械特性和調(diào)速性能。 3）對機械傳動系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布）對機械傳動系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布置的要求。置的要求。

15、 4）工作環(huán)境（例如高溫、低溫、潮濕、粉塵、腐）工作環(huán)境（例如高溫、低溫、潮濕、粉塵、腐蝕、易燃、防爆等）的要求。蝕、易燃、防爆等）的要求。 5）制造工藝性和經(jīng)濟性（例如制造和維修費用、）制造工藝性和經(jīng)濟性（例如制造和維修費用、使用壽命、傳動效率等）的要求。使用壽命、傳動效率等）的要求。 （2）機械傳動系統(tǒng)選擇的原則）機械傳動系統(tǒng)選擇的原則 1）簡化傳動環(huán)節(jié)）簡化傳動環(huán)節(jié) a.當原動機的功率、轉(zhuǎn)速或運動方式完全符合執(zhí)行當原動機的功率、轉(zhuǎn)速或運動方式完全符合執(zhí)行系統(tǒng)的工況和工作要求時，可將原動機的輸出軸與執(zhí)系統(tǒng)的工況和工作要求時，可將原動機的輸出軸與執(zhí)行機構(gòu)的輸入軸用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。行機構(gòu)的輸入

16、軸用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。 b.在固定傳動比的機械傳動系統(tǒng)中，若原動機可在固定傳動比的機械傳動系統(tǒng)中，若原動機可調(diào)速而執(zhí)行系統(tǒng)的工作載荷又變化不大，或執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)速而執(zhí)行系統(tǒng)的工作載荷又變化不大，或執(zhí)行系統(tǒng)有調(diào)速要求并與原動機的調(diào)速范圍相適應，則可采用有調(diào)速要求并與原動機的調(diào)速范圍相適應，則可采用固定傳動比的機械傳動裝置。固定傳動比的機械傳動裝置。 c.當執(zhí)行系統(tǒng)要求的調(diào)速范圍較大，或用原動機當執(zhí)行系統(tǒng)要求的調(diào)速范圍較大，或用原動機調(diào)速的機械特性不能滿足要求時，可采用可調(diào)傳動比調(diào)速的機械特性不能滿足要求時，可采用可調(diào)傳動比的機械傳動裝置。的機械傳動裝置。 2） 提高機械傳動效率提高機械傳動效率 a.對

17、高速、大功率、長期工作的工況，應選用承對高速、大功率、長期工作的工況，應選用承載能力高、傳動平穩(wěn)、傳動效率高的傳動類型。載能力高、傳動平穩(wěn)、傳動效率高的傳動類型。 b.對速度較低、中小功率、要求傳動比較對速度較低、中小功率、要求傳動比較大的工況，可采用單級蝸桿傳動、多級齒輪傳大的工況，可采用單級蝸桿傳動、多級齒輪傳動、帶動、帶-齒輪傳動、帶齒輪傳動、帶-齒輪齒輪-鏈傳動等多種方案，鏈傳動等多種方案，并進行分析比較，從中選擇綜合性能較好的方并進行分析比較，從中選擇綜合性能較好的方案。案。 c.傳動比較大時，應優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)傳動比較大時，應優(yōu)先選用結(jié)構(gòu) 緊湊的緊湊的蝸桿傳動和行星齒輪傳動，原動機輸出

18、軸和執(zhí)蝸桿傳動和行星齒輪傳動，原動機輸出軸和執(zhí)行機構(gòu)輸入軸平行時，可采用圓柱齒輪傳動；行機構(gòu)輸入軸平行時，可采用圓柱齒輪傳動；中心距較大時，可采用帶傳動或鏈傳動。中心距較大時，可采用帶傳動或鏈傳動。3 3）確保機械系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)。）確保機械系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)。 傳動鏈的方案設計傳動鏈的方案設計 1、傳動機構(gòu)順序的合理安排、傳動機構(gòu)順序的合理安排 1）帶傳動為摩擦傳動，承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，）帶傳動為摩擦傳動，承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時，結(jié)構(gòu)尺寸較其他傳動形式大。結(jié)構(gòu)尺寸較其他傳動形式大。 2）鏈傳動由于瞬時傳動比不斷變化，致使運動不均勻，有）鏈傳動由于瞬時傳動比不斷變化，致使運動不均勻，有沖

19、擊，故不宜用于高速級，應布置在低速級。沖擊，故不宜用于高速級，應布置在低速級。 3）蝸桿傳動的傳動比大，傳動平穩(wěn)，效率較低，適用于中、）蝸桿傳動的傳動比大，傳動平穩(wěn)，效率較低，適用于中、小功率和間歇運轉(zhuǎn)的場合。小功率和間歇運轉(zhuǎn)的場合。 4）錐齒輪的加工困難，特別是大模數(shù)錐齒輪，因此只在需）錐齒輪的加工困難，特別是大模數(shù)錐齒輪，因此只在需要改變軸的方向時才采用，且應盡量布置在高速級，并限要改變軸的方向時才采用，且應盡量布置在高速級，并限制其傳動比，以減小其直徑和模數(shù)。制其傳動比，以減小其直徑和模數(shù)。 5）斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動好，常用在高速級或）斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動好，常用在高

20、速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。要求傳動平穩(wěn)的場合。 6 6）開式齒輪傳動的工作環(huán)境較差，潤滑條件不好，磨損較）開式齒輪傳動的工作環(huán)境較差，潤滑條件不好，磨損較嚴重，壽命短，應布置在低速級。嚴重，壽命短，應布置在低速級。 2、各級傳動比的分配、各級傳動比的分配 1）各級傳動的傳動比都應在各自允許的合理）各級傳動的傳動比都應在各自允許的合理范圍內(nèi)，以保證符合各種傳動形式的工作特點并使范圍內(nèi)，以保證符合各種傳動形式的工作特點并使其結(jié)構(gòu)緊湊。其結(jié)構(gòu)緊湊。 2）分配各種形式的傳動比時，應注意使各）分配各種形式的傳動比時，應注意使各傳動零件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，不會造成互相傳動零件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，不

21、會造成互相干涉碰撞。干涉碰撞。 3）當傳動鏈較長、傳動功率較大時，應使）當傳動鏈較長、傳動功率較大時，應使大多數(shù)傳動在較高速度下工作，然后在進行較大的大多數(shù)傳動在較高速度下工作，然后在進行較大的減速，使較少數(shù)量的傳動在低速下工作。減速，使較少數(shù)量的傳動在低速下工作。 4 4）對于兩級或多級齒輪減速器，傳動比的合理）對于兩級或多級齒輪減速器，傳動比的合理分配直接影響減速器外廓尺寸的大小、承載能力能分配直接影響減速器外廓尺寸的大小、承載能力能否充分發(fā)揮，以及各級傳動零件潤滑是否方便等否充分發(fā)揮，以及各級傳動零件潤滑是否方便等。 傳動系統(tǒng)方案設計過程傳動系統(tǒng)方案設計過程 1） 確定傳動系統(tǒng)的總傳動比

22、。確定傳動系統(tǒng)的總傳動比。2） 選擇傳動類型。選擇傳動類型。3） 擬定傳動鏈的布置方案。擬定傳動鏈的布置方案。4） 分配傳動比。分配傳動比。5） 確定各級傳動機構(gòu)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，確定各級傳動機構(gòu)的基本參數(shù)和主要幾何尺寸，計算傳動系統(tǒng)的各項運動學和動力學參數(shù)，為各計算傳動系統(tǒng)的各項運動學和動力學參數(shù)，為各級傳動裝置的結(jié)構(gòu)設計、強度計算和傳動級傳動裝置的結(jié)構(gòu)設計、強度計算和傳動 系統(tǒng)系統(tǒng)方案評價提供依據(jù)和指標。方案評價提供依據(jù)和指標。6 6） 繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖。繪制傳動系統(tǒng)運動簡圖。18.4 機械傳動系統(tǒng)方案設計實例機械傳動系統(tǒng)方案設計實例例一：例一：六種剪鐵機實現(xiàn)活動刀口開合運動傳

23、動方案，六種剪鐵機實現(xiàn)活動刀口開合運動傳動方案，如圖，刀剪每分鐘擺動如圖，刀剪每分鐘擺動23次，電機功率次，電機功率7.5kW,電機電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速720r/min。試比較各傳動方案。試比較各傳動方案。解：工作軸轉(zhuǎn)速解：工作軸轉(zhuǎn)速nw=23r/min（亦即活動刀剪每分亦即活動刀剪每分鐘往復擺動次數(shù)）鐘往復擺動次數(shù)）總傳動比：總傳動比：4 .3123720wmnni方案一：好，高速級用帶傳動，能夠緩沖吸振、過載方案一：好，高速級用帶傳動，能夠緩沖吸振、過載 保護，帶輪有飛輪效果，齒輪緊湊。保護，帶輪有飛輪效果，齒輪緊湊。方案二：不好，高速級用鏈輪，產(chǎn)生較大振動。方案二：不好，高速級用鏈輪，產(chǎn)生較大振動。方案三：不好，齒輪不能緩沖吸振，需加飛輪成本高。方案三：不好，齒輪不能緩沖吸振，需加飛輪成本高。方案四：不好，蝸桿效率低，不能緩沖，需加飛輪成方案四：不好，蝸桿效率低，不能緩沖，需加飛輪成 本高。本高。方案五：不好，方案五：不好，V帶不易放在低速級。帶不易放在低速級。方案六：好，與方案一相比，飛輪效果差。方案六：好，與方案一相比，飛輪效果差。例二：例二：如圖為如圖為一提式懸掛輸一