機(jī)械參考資料傳動裝置的總體設(shè)計(jì)

1、第二章 機(jī)械傳動裝置的總體設(shè)計(jì)傳動裝置總體設(shè)計(jì)的目的是確定傳動方案、選擇電動機(jī)、合理分配傳動比，設(shè)計(jì)傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)，為設(shè)計(jì)各級傳動零件及裝配圖提供依據(jù)。2- 1擬定傳動方案傳動方案一般用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖表示，它能簡單明了地表示運(yùn)動和動力的傳遞方式和路線以及各部件的組成和相互聯(lián)接關(guān)系。滿足工作機(jī)性能要求的傳動方案，可以由不同傳動機(jī)構(gòu)類型以不同的組合形式和布置順序構(gòu)成。合理的方案首先應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求，保證工作可靠，并且結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊 湊、加工方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護(hù)便利。一種方案要同時滿足這些要求往往 是困難的，因此要通過分析比較多種方案，選擇能滿足重點(diǎn)要求的較好傳動方案

2、。如圖2.1所示帶式運(yùn)輸機(jī)的四種傳動方案示意圖：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用維護(hù)方便。方案一：采用 V帶傳動與齒輪傳動的組合，即可滿足傳動比要求，同時由于帶傳動具 有良好的緩沖、吸振性能，可適應(yīng)大起動轉(zhuǎn)矩工況要求， 缺點(diǎn)是傳動尺寸較大，V帶使用壽命較短。方案二：傳動效率高，使用壽命長，但要求大起動力矩時，起動沖擊大，使用維護(hù)較方便。方案三：能滿足傳動比要求，但要求大起動力 矩時，鏈傳動的抗沖擊性能差，噪音大，鏈磨損快 壽命短，不易采用。方案四：傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長。當(dāng)要求大起動力矩時，制造成本較高。圖2.1以上四種傳動方案都可滿足帶式輸送機(jī)的功能 要求，但其結(jié)構(gòu)性能和經(jīng)濟(jì)成本則各不相同，

3、一般 應(yīng)由設(shè)計(jì)者按具體工作條件，選定較好的方案。布置傳動順序時，一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：(1) 帶傳動的承載能力較小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時結(jié)構(gòu)尺寸較其他傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖減振，因此宜布置在高速級(轉(zhuǎn)速較高，傳遞相同功率時轉(zhuǎn)矩較小)。(2) 鏈傳動運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有沖擊，不適于高速傳動，應(yīng)布置在低速級。(3) 蝸桿傳動可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，尺寸緊湊，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中、小功率或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。當(dāng)與齒輪傳動同時使用時，對采用鋁鐵青銅或鑄鐵作為蝸輪材料的蝸桿傳動，可布置在低速級，使齒面滑動速度較低，以防止產(chǎn)生膠合或嚴(yán)重磨損，并可使減速器結(jié)構(gòu)緊湊；對采用錫青銅為蝸輪材料的蝸桿傳動，由于允許齒

4、面有較高的相對滑動速度，可將蝸桿傳動布置在高速級以利于形成潤滑油膜，可以提高承載能力和傳動效率。(4) 圓錐齒輪加工較困難，特別是大直徑、大模數(shù)的圓錐齒輪，所以只有在需改變軸 的布置方向時采用，并盡量放在高速級和限制傳動比，以減小圓錐齒輪的直徑和模數(shù)。(5) 斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動好，常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。(6) 開式齒輪傳動的工作環(huán)境較差，潤滑條件不好，磨損較嚴(yán)重，壽命較短，應(yīng)布置 在低速級。(7) 一般將改變運(yùn)動形式的機(jī)構(gòu)(如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等)布置在傳動系統(tǒng)的末端, 且常為工作機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2-2選擇電動機(jī)電動機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的部件，設(shè)計(jì)者只需根據(jù)工作載荷、工作機(jī)

5、的特性和工作環(huán)境、 選擇電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式和轉(zhuǎn)速，計(jì)算電動機(jī)的功率，確定電動機(jī)的型號。1. 選擇電動機(jī)的功率電動機(jī)的功率主要根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行時發(fā)熱條件決定，電動機(jī)的發(fā)熱又與其工作情況有 關(guān)。一般分以下兩種情況。(1) 變載下長期運(yùn)行的電動機(jī)、短時運(yùn)行的電動機(jī)(工作時間短，停歇時間較長)和重復(fù)短時運(yùn)行的電動機(jī)(工作時間和停歇時間都不長)，電動機(jī)的額定功率選擇要按等效功率法計(jì)算并進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算。(2) 長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、載荷不變或很少變化的機(jī)械，要求所選電動機(jī)的額定功率Ped稍大于所需電動機(jī)輸出的功率Pd,即PedPd，則一般不需校驗(yàn)電動機(jī)的發(fā)熱和起動力矩。1) 所需電動機(jī)輸出的功率PdPd =Pw(

6、kW)式中Pw工作機(jī)器的輸出功率(kw)由電動機(jī)到工作機(jī)的總效率2) 工作機(jī)器的輸出功率若已知工作機(jī)器的阻力F(N)，圓周速度u (m/s)，則FvPw=(kw)1000若已知作用在工作機(jī)器上的轉(zhuǎn)矩T(N.m)及轉(zhuǎn)速 nw(r/min)，則Pw=Tnw9550(kw)3) 由電動機(jī)到工作機(jī)器的總效率n 111.°n = n 1 n 2 n 3 n w、一對軸承、每個聯(lián)軸器的效率。各式中n 1 n 2 n 3n w為各級傳動(齒輪、帶或鏈)種傳動效率的數(shù)值見表 2-1在進(jìn)行效率計(jì)算時，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 軸承效率指一對而言，如一根軸上有三個軸承時，按兩對計(jì)算。(2) 同類型的多對

7、傳動副，要分別計(jì)入各自的效率。(3) 表內(nèi)所推薦的效率有一個范圍，工作條件差時，效率取低值，反之則取高值。4）按PedPd的條件選擇電動機(jī)的型號。表2.1常見機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及運(yùn)動副的效率類另U傳動型式效率很好跑合的6級精度和f級精度齒輪傳動（油潤0.980.995滑）0.97圓柱齒輪傳動8級精度的一般詣輪傳動（油潤滑）0.969級精度的齒輪傳動（油潤滑）加工份的開式齒輪傳動（脂潤滑）0.9 4 0.96圓錐齒輪傳動很好跑合的6級和7級精度齒輪傳動（油潤滑）0.97 0.980.94 0.976級精度的般齒輪傳動（油潤滑 ）加工齒的開式齒輪傳動（脂潤滑）0.92 0. 95自鎖蝸桿0.4 0 0.

8、45蝸桿傳動單頭蝸桿0.70 0.75雙頭蝸桿0.75().82三頭和四頭蝸桿0.82 0.92平型帶無壓緊輪的開式傳動0.98帶傳動平型帶有壓緊輪的開式傳動0.97平型帶交叉?zhèn)鲃?.90V帶傳動0.95鏈傳動套筒旗子鏈0.96無聲鏈0.98潤滑不良0.94滑動軸承潤滑正常0.97液體摩擦0.99滾動軸承球軸承（油潤滑）0.99族子軸承（泊潤沿）0.98浮動聯(lián)軸器0.97 0.99齒輪聯(lián)軸器0.99聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器0.99 0.995萬向聯(lián)軸器（a< 3° ）0.97 0.98萬向聯(lián)舶器（a> 3° .）0.95 0.97螺旋傳動滑動螺旋0.30 0.60滾動螺

9、旋0.85 0.95卷簡0.962. 選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速額定功率相同的同一類電動機(jī)有多種轉(zhuǎn)速可供選擇。確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時， 一般應(yīng)綜合分析電動機(jī)及傳動裝置的性能、尺寸、重量和價格等因素。一般采用同步轉(zhuǎn)速為1500和1000r/min 為宜?？砂聪率酵扑愠鲭妱訖C(jī)轉(zhuǎn)速的可根據(jù)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求和各級傳動的合理傳動比范圍，選范圍，即：n=(ii i2 i3 in)nw(r/min)式中：n電動機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍(r/mi n)nw工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速(r/min)ii i2 i3 in各級傳動的傳動比合理范圍3. 選擇電動機(jī)的類型和型號1)類型的選擇電動機(jī)類型可根據(jù)電源種類、工作條件、載荷特點(diǎn)、起動性能和起、制動

10、、反轉(zhuǎn)的頻繁 程度，轉(zhuǎn)速及調(diào)速性能要求進(jìn)行選擇。2)型號的選擇同一額定功率可有多種轉(zhuǎn)速，應(yīng)綜合分析比較，選定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速， 則電動機(jī)的型號隨之確定。請注意：設(shè)計(jì)計(jì)算所依據(jù)的功率，可以是電動機(jī)的額定功率Ped,也可是工作機(jī)實(shí)際需要的功率Pd,對于通用機(jī)械，常用電動機(jī)的額定功率Ped作為設(shè)計(jì)功率。對于傳動裝置的設(shè)計(jì)功率，一般按實(shí)際需要的電動機(jī)功率 Pd。轉(zhuǎn)速按電動機(jī)額定功率時的轉(zhuǎn)速nm (滿載轉(zhuǎn)速,不等于同步轉(zhuǎn)速)2-3傳動裝置總傳動比的計(jì)算及其分配計(jì)算由選定的電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)轉(zhuǎn)速，可得傳動裝置總傳動比為:總傳動比為各級傳動比的連乘積，即n=ii i2 i3 in合理分配總傳動比，可使傳動裝

11、置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的，也可使轉(zhuǎn)動零件獲得較低的圓周速度以減小齒輪動載荷和降低動精度要求；還可得到較好的齒輪潤滑條件。分配傳動比時，一般應(yīng)遵循如下規(guī)則：(1) 各級傳動的傳動比應(yīng)在合理的范圍內(nèi)(表2.2)不超出容許的最大值，以符合各種 傳動形式的工作特點(diǎn)，并使結(jié)構(gòu)緊湊。(2) 使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)均勻合理。例如，電動機(jī)至減速器間有帶傳動，一般應(yīng)使帶傳動的傳動比小于齒輪傳動的傳動比，以免大帶輪半徑大于減速器中心高，使帶輪與底架相碰。如圖2.2所示。(3) 盡量使傳動裝置的總體尺寸緊湊。如圖2.3所示，在中心距和總傳動比相同時,粗實(shí)線所示方案較虛線所示

12、方案具有較小的外廓尺寸。表22各級傳動傳動比的薦用值傳動類型傳動比的薦用值傳動比的最大值一級閉式齒輪傳動圓柱齒輪直齒3 4< 10斜齒3 5人字齒4 6直齒圓錐齒輪2 3< 6一級開式圓柱齒輪傳動4 6< 15 20一級蝸桿傳動閉式7 40< 80開式15 60< 100帶傳動開口平型帶2 4< 6有張緊輪的平型帶3 5< 8三角帶2 4< 7鏈傳動2 4< 7(4) 使各級傳動的大齒輪浸油深度合理。如圖2.4所示。圖2.2圖2.3圖2.4轉(zhuǎn)矩及系統(tǒng)的效率和原動機(jī)24傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)的計(jì)算 機(jī)械傳動的運(yùn)動和動力參數(shù)主要指傳動系統(tǒng)

13、中各軸的功率、 的參數(shù)選用。1. 傳動系統(tǒng)的效率效率是評價機(jī)械傳動質(zhì)量的重要指標(biāo)。效率越高，傳動中的能量損耗越少。常用機(jī)械傳動和軸承的效率見表 2.1機(jī)械的效率取決于組成機(jī)械的各個機(jī)構(gòu)的效率。傳動系統(tǒng)的總效率等于各部分效率的連乘積(包括運(yùn)動副的效率)。如圖2.5所示：設(shè) K個機(jī)構(gòu)依次串接，各機(jī)構(gòu)的效率分別為圖2.5傳動系統(tǒng)的效率1W1W72 :W2"W13 二弘、WkW2Wk J傳動系統(tǒng)的總效率為WkW1W2W3WknXXX=T ： “2 ： '3 7 k Wk_1WdWdW1W2Wi式中，Wk 輸出功Wd 輸入功效率之間的關(guān)系。 設(shè)一對軸承的效由上式可看出，各機(jī)構(gòu)效率均小于

14、1。傳動系統(tǒng)串接的機(jī)構(gòu)越多，系統(tǒng)總的效率就會越低。在進(jìn)行效率計(jì)算時，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）軸承效率指一對而言，如一根軸上有三個軸承時，按兩對計(jì)算。（2）同類型的多對傳動副，要分別計(jì)入各自的效率。（3）資料、表內(nèi)所推薦的效率有一個范圍，工作條件差時，效率取低值，反之則取高 值。2. 傳動系統(tǒng)的功率設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)所依據(jù)的功率，有兩種方法：（1）取所選原動機(jī)額定功率作為設(shè)計(jì)功率。軸的功率計(jì)算順序從輸入到輸出，依次計(jì) 算直到工作軸為止。（2） 按工作機(jī)所需功率作為工作軸上功率，再根據(jù)傳動系統(tǒng)各級效率逆推算至原動機(jī),此時所獲得的設(shè)計(jì)功率為原動機(jī)所需輸出的功率（小于原動機(jī)的額定功率）。下面以齒輪傳動系統(tǒng)為例，說明各軸之間輸入功率、 率為n 1，一對齒輪嚙合時的效率為 n 2，各軸輸入功 率分別為R、P2、P3，則有：R平P P2 二 R 1 2 二 Pd1 2P 卩3十2 12 5 12IPw -P3 1 二 Pd13 23. 傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩已知軸的輸入功率 P及轉(zhuǎn)速n時，則轉(zhuǎn)矩為：PT = 9550(N . m)nP 軸的輸入功率(kW), n 軸的轉(zhuǎn)速 (r/ min)由上式可知：軸的轉(zhuǎn)矩 T與轉(zhuǎn)速n成反比，即減速傳動時，轉(zhuǎn)矩增大，增速傳動時，轉(zhuǎn) 矩減小；因此傳動系統(tǒng)常采用減速傳動以獲得較大的轉(zhuǎn)矩。4. 動力機(jī)的參數(shù)選用一般機(jī)械以三相異步電動機(jī)為原動機(jī)。工程機(jī)械、移動機(jī)械也可