《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第4版》 教案 第15章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE7第15章機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求：了解機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)以及運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算。重點(diǎn)：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)以及運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算。難點(diǎn)：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)：3學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。15.1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)15.1.1現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的組成任何現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)，盡管構(gòu)造和用途繁多，但是其結(jié)構(gòu)組成均包括：原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和工作機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。此外，為保證機(jī)械系統(tǒng)的正常工作，還應(yīng)有操作裝置或控制系統(tǒng)。15.1.2機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)方案傳動(dòng)裝置是將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行裝置的中間裝置。設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工作需要提出的動(dòng)作要求，擬定產(chǎn)品的傳動(dòng)方案。一般以傳動(dòng)動(dòng)力為主的傳動(dòng)稱為動(dòng)力傳動(dòng)，以傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主的傳動(dòng)稱為運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)。機(jī)器中采用不同的傳動(dòng)方式構(gòu)成的傳動(dòng)裝置可以起到以下作用：1）改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如減速、增速、間歇運(yùn)動(dòng)等。2）改變運(yùn)動(dòng)形式，將連續(xù)的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榘茨撤N規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)、非旋轉(zhuǎn)的其它運(yùn)動(dòng)，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等。3）實(shí)現(xiàn)由一個(gè)動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)運(yùn)動(dòng)形式和速度各異的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如彎曲成型機(jī)等。4）傳遞動(dòng)力，即將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。5）物料輸送，如生產(chǎn)線上的物料輸送裝置。傳動(dòng)方案是否合適，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量具有決定性影響，所以擬定產(chǎn)品的傳動(dòng)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。傳動(dòng)方案與機(jī)械產(chǎn)品的工作原理密切相關(guān)，而機(jī)械產(chǎn)品的工作原理又是多種多樣的，即使是完成同一任務(wù)，也可以有多種不同的工作原理來完成。例如，加工齒輪可以采用仿形法或展成法。工作原理不同，傳動(dòng)方案不同，即使工作原理相同也可以擬定幾種不同方案。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素，對(duì)各種傳動(dòng)方案加以比較，選擇其中的最佳方案。15.1.3機(jī)械傳動(dòng)型式與選擇根據(jù)傳動(dòng)比能否改變，機(jī)械傳動(dòng)可分為固定傳動(dòng)比傳動(dòng)、可調(diào)傳動(dòng)比傳動(dòng)和變傳動(dòng)比傳動(dòng)三類?？烧{(diào)傳動(dòng)比又分為有級(jí)變速和無級(jí)變速。1、選擇機(jī)械傳動(dòng)類型的依據(jù)工作機(jī)的性能參數(shù)和工況；原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能；對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布置上的要求；工作環(huán)境要求；制造工藝性和經(jīng)濟(jì)性要求等。2、選擇傳動(dòng)系統(tǒng)的原則（1）簡化傳動(dòng)環(huán)節(jié)a）當(dāng)原動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式完全符合工作機(jī)構(gòu)的工況要求時(shí)，可將原動(dòng)機(jī)的輸出軸與工作機(jī)構(gòu)的輸入軸用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。這種方式結(jié)構(gòu)最簡單、傳動(dòng)效率也最高。但是當(dāng)原動(dòng)機(jī)的輸出軸與工作機(jī)構(gòu)的輸入軸不在同一軸線上時(shí)，如兩軸平行、相交或交錯(cuò)，就需要采用一定類型的機(jī)械傳動(dòng)裝置；b）若原動(dòng)機(jī)可調(diào)速而工作機(jī)構(gòu)的載荷又變化不大，或者工作機(jī)構(gòu)有調(diào)速要求并與原動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍相適應(yīng)，可采用固定傳動(dòng)比的機(jī)械傳動(dòng)裝置。c）當(dāng)工作機(jī)構(gòu)要求的調(diào)速范圍比較大，而原動(dòng)機(jī)調(diào)速的機(jī)械特性不能滿足要求時(shí)，可采用可調(diào)傳動(dòng)比的機(jī)械傳動(dòng)裝置。在滿足工作要求的前提下應(yīng)盡量采用有級(jí)變速傳動(dòng)，盡量不用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高的無級(jí)變速傳動(dòng)。（2）提供機(jī)械傳動(dòng)效率a）高速、大功率、長期工作的工況，應(yīng)選用承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高的傳動(dòng)類型；b）速度降低，中、小功率，要求傳動(dòng)比比較大的工況，可采用單級(jí)蝸桿傳動(dòng)多級(jí)齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)－齒輪傳動(dòng)、帶－齒輪－鏈傳動(dòng)等多種方案，并進(jìn)行分析比較，從中選擇效率較高的方案；c）傳動(dòng)比較大時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)緊湊的蝸桿傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)。原動(dòng)機(jī)輸出軸和工作機(jī)構(gòu)輸入軸平行時(shí)，可采用圓柱齒輪傳動(dòng)，若中心距較大時(shí)可采用帶傳動(dòng)或鏈傳動(dòng)。兩軸平面相交時(shí)可用圓錐齒輪傳動(dòng)，兩軸空間相交可用蝸桿傳動(dòng)，兩軸同軸布置時(shí)可用二級(jí)同軸式圓柱齒輪傳動(dòng)或行星齒輪傳動(dòng)。（3）合理安排傳動(dòng)機(jī)械的順序多種傳動(dòng)協(xié)同使用時(shí)，帶傳動(dòng)應(yīng)用在高速級(jí)以降低所傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩；斜齒輪傳動(dòng)常用在高速級(jí)和要求傳動(dòng)平穩(wěn)的場合；圓錐齒輪傳動(dòng)宜用在高速級(jí)以減小尺寸；鏈傳動(dòng)因運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻宜用在低速級(jí)；開式齒輪傳動(dòng)因工作環(huán)境差應(yīng)用在低速級(jí)；蝸桿傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)同時(shí)使用時(shí)，宜用在高速級(jí)以節(jié)約有色金屬。（4）確保機(jī)械系統(tǒng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)工作環(huán)境惡劣，粉塵較多時(shí)，盡量采用閉式傳動(dòng)以延長傳動(dòng)零件壽命。工作環(huán)境溫度較高或易燃易爆場合不宜采用帶傳動(dòng)等。（5）合理分配傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比在進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)方案分析比較中，為確定出最佳方案，可用采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，把設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)問題，建立數(shù)學(xué)模型，借助于計(jì)算機(jī)求解得到最優(yōu)方案。也可以采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法。具體可以參考有關(guān)資料。15.2機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.2.1傳動(dòng)系統(tǒng)的效率效率是機(jī)器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是選擇動(dòng)力機(jī)的依據(jù)之一。一般在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行效率計(jì)算。傳動(dòng)系統(tǒng)的效率與基本機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)副性質(zhì)以及基本機(jī)構(gòu)的組合方式有關(guān)。設(shè)k個(gè)機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)，各個(gè)機(jī)構(gòu)的效率分別為。則傳動(dòng)系統(tǒng)總的效率為各個(gè)的乘積。15.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的功率功率是選擇動(dòng)力機(jī)以及進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的主要依據(jù)之一。由于，所以其中：Pd為傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入功率（kW），由動(dòng)力機(jī)提供。Pw為傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率（kW），即工作機(jī)構(gòu)的工作功率。工作機(jī)構(gòu)所需的工作功率應(yīng)根據(jù)機(jī)器的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算得到。在靜載荷作用時(shí)工作機(jī)影響平穩(wěn)的情況下，工作功率可按下式計(jì)算：其中：F為工作機(jī)阻力（N）；v為工作機(jī)的線速度（m/s）；工作機(jī)的效率。15.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩已知軸的輸入功率P以及轉(zhuǎn)速n時(shí)，則轉(zhuǎn)矩為其中：P為軸的輸入功率（kW）；n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；T為作用于軸上的轉(zhuǎn)矩（Nm）?？芍狠S的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n成反比。減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩增大，增速運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩減小。傳動(dòng)系統(tǒng)常采用減速傳動(dòng)獲得較大的轉(zhuǎn)矩。15.2.4串聯(lián)聯(lián)接的傳動(dòng)比的分配當(dāng)電動(dòng)機(jī)選定之后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作機(jī)的轉(zhuǎn)速之比即為傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比，串聯(lián)聯(lián)接系統(tǒng)的總傳動(dòng)比等于各子結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)比的乘積，分配傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：1）各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理。如由帶傳動(dòng)和齒輪減速器組成的傳動(dòng)裝置中，一般應(yīng)使帶傳動(dòng)比控制在一定范圍，避免大帶輪尺寸過大，影響傳動(dòng)質(zhì)量和安裝。2）通過調(diào)節(jié)各級(jí)傳動(dòng)比，應(yīng)使傳動(dòng)裝置的總體尺寸緊湊、重量最輕。3）閉式齒輪傳動(dòng)，應(yīng)使各級(jí)大齒輪有合理的浸油深度，以利于各級(jí)齒輪傳動(dòng)得到良好潤滑，以及避免某級(jí)大齒輪浸油過深而增加攪油損失。因此高速級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)比低速級(jí)傳動(dòng)比略大。15.2.5機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有五個(gè)方面：1）運(yùn)動(dòng)精確性；2）工作可靠性；3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性；4）制造經(jīng)濟(jì)性；5）結(jié)構(gòu)緊湊性。本章小結(jié)1.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采用系統(tǒng)性思想，對(duì)各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能特點(diǎn)、機(jī)器的工作要求、工作環(huán)境、生產(chǎn)條件、用戶使用和市場需求情況、技術(shù)發(fā)展等進(jìn)行綜合考慮；2.方案設(shè)計(jì)是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，需要進(jìn)行傳動(dòng)路線選擇、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型選擇和布置順序安排。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)擬定多個(gè)方案，進(jìn)行綜合分析比較，從中選出最合理的方案；3.傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算中，總傳動(dòng)比的合理分配最為關(guān)鍵，直接影響到各