任務４　 機械傳動裝置的總體設計

任務４機械傳動裝置的總體設計子任務１傳動方案分析子任務２電動機選擇子任務３傳動裝置傳動比計算與分配子任務４傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算返回子任務１傳動方案分析圖４－１－１（ａ）所示方案中的寬度和長度尺寸較大，帶傳動不適用于繁重的工作要求和惡劣的工作環(huán)境，但若用于鏈式或板式輸送機，可起到過載保護作用。圖４－１－１（ｂ）所示方案雖然結構緊湊，但若在大功率和長期運轉條件下使用，由于蝸桿傳動效率低，功率損耗大，很不經(jīng)濟。圖４－１－１（ｃ）所示方案的寬度尺寸小，適于在惡劣環(huán)境下長期連續(xù)工作，但采用圓錐齒輪加工比圓柱齒輪困難。圖４－１－１（ｄ）所示方案與圖４－１－１（ｂ）所示方案相比較，其寬度尺寸較大，輸入軸線與工作機位置是水平的，適宜在惡劣環(huán)境下長期工作，且兩方案的主要性能相近，但圖４－１－１（ｄ）所示方案的寬度尺寸明顯小于圖４－１－１（ｃ）所示方案。評價傳動方案的優(yōu)劣應從多方面進行，在進行課程設計實訓時，主要從傳動機構的輪廓尺寸和主要機械性能這兩方面進行比較。下一頁返回子任務１傳動方案分析分析和選擇傳動機構的類型是擬定傳動方案的重要一環(huán)，通常應考慮機器的動力、運動和其他要求，再結合各種傳動機構的特點和適用范圍，分析比較，合理選擇。為便于選型，我們將常用傳動機構的主要性能及適用范圍列于表４－１－１，常用減速器的形式、特點及其應用列于表４－１－３。在擬定傳動方案時，應注意由幾種傳動形式組成多級傳動時的傳動順序布置，?？紤]以下幾點：（１）帶傳動平穩(wěn)性好、能緩沖減振，但承載能力較小，因此宜布置在傳動系統(tǒng)的高速級。（２）鏈傳動運轉平穩(wěn)性差，有沖擊，不適于高速傳動，宜布置在低速級。上一頁下一頁返回子任務１傳動方案分析（３）蝸桿傳動可以實現(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、小功率且間歇運轉的場合。當它與齒輪傳動組合應用時，最好布置在高速級，使其傳遞的扭矩較小以減小蝸輪尺寸。對于傳遞動力且連續(xù)工作的場合，應選擇多級齒輪傳動來實現(xiàn)大傳動比。（４）斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動更好，承載能力大，常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。（５）圓錐齒輪加工較困難，只有在需要改變軸的布置方向時才采用。錐齒輪宜放在高速級。（６）開式齒輪傳動的潤滑條件差，磨損嚴重，應布置在低速級。（７）其他機構如螺旋傳動、連桿機構、凸輪機構等改變運動形式的機構應放在傳動系統(tǒng)的最后一級，且常為工作機的執(zhí)行機構。上一頁返回子任務２電動機選擇４.２.１選擇電動機的類型和結構形式電動機有交、直流之分，一般工廠都采用三相交流電，因而選用交流電動機。交流電動機分為異步電動機和同步電動機兩種，異步電動機又分為籠型異步電動機和繞線型異步電動機兩種，其中以普通籠型異步電動機應用最多。目前應用較廣的是一般用途的Ｙ系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，該電動機結構簡單、啟動性能好、工作可靠、價格低廉、維護方便，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體及無特殊要求的場合，如金屬切削機床、輸送機、風機、農業(yè)機械、食品機械等。下一頁返回子任務２電動機選擇在經(jīng)常啟動、制動和反轉的場合（如起重機等），則要求電動機轉動慣量小和過載能力大，應選用起重及冶金用ＹＧ型（鼠籠型）或ＹＺＲ型（繞線型）三相異步電動機。為適應不同的輸出軸要求和安裝需要，電動機機體又分為多種安裝結構形式。根據(jù)不同的防護要求，電動機結構還分為開啟式、防護式、封團式和防爆式等幾種。電動機的額定電壓一般為３８０Ｖ。４.２.２選擇電動機的容量電動機的容量（功率）選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。容量小于工作要求，則不能保證工作機的正常工作或使電動機長期過載而過早損壞；容量過大則電動機價格高，載荷能力不能充分發(fā)揮，由于經(jīng)常不滿載運行，效率和功率因數(shù)都較低，同時增加了電能消耗，造成很大浪費。上一頁下一頁返回子任務２電動機選擇電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關。運行狀態(tài)有三類，即長期連續(xù)運行、短時運行和重復短時運行。課程設計中，傳動裝置的工作條件一般是在不變（或變化很小）的載荷下長期連續(xù)運行，要求所選電動機的額定功率Ｐｅｄ不小于所需的電動機的工作功率Ｐｄ，電動機在工作時就不會過熱，通常無須校驗發(fā)熱和啟動力矩。所需電動機功率為上一頁下一頁返回子任務２電動機選擇不同專業(yè)機械的ＰＷ有不同的計算方法，例如：帶式輸送機螺旋輸送機電動機至工作機之間的傳動裝置的總效率ηΣ

按下式計算：上一頁下一頁返回子任務２電動機選擇計算總效率時，應注意以下各點：（１）各運動副或傳動副效率的概略值，可參見表４－１－２。表中數(shù)值是效率的范圍，情況不明確時可取中間值。如果工作條件差、加工精度低、維護不良，應取低值，反之則取高值。（２）動力每經(jīng)過一個傳動副或運動副，就發(fā)生一次損失，故在計算效率時，不要遺漏。（３）軸承的效率均是對一對軸承而言。（４）蝸桿傳動的效率與蝸桿頭數(shù)、材料、潤滑及嚙合參數(shù)等諸多因素有關。初步設計時，可根據(jù)初選的頭數(shù)，由表４－１－２估計一個效率值，待設計出蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸后，再計算效率和驗算傳動功率。上一頁下一頁返回子任務２電動機選擇４.２.３確定電動機的轉速同類型、同額定功率的電動機有多種轉速可供選用，例如，三相異步電動機常用的同步轉速有３０００ｒ／ｍｉｎ、１５００ｒ／ｍｉｎ、１０００ｒ／ｍｉｎ及７５０ｒ／ｍｉｎ四種。同步轉速越低，其極數(shù)也就越多，而外廓尺寸及重量就越大，故價格越高，但這可以使傳動裝置總傳動比及尺寸減小。同步轉速高時則情況相反。因此應全面分析比較其利弊之后再選定電動機轉速。按照工作機轉速要求和傳動機構的合理傳動比范圍，可以推算電動機轉速的可選范圍，即：上一頁返回子任務３傳動裝置傳動比計算與分配傳動裝置的總傳動比可根據(jù)電動機的滿載轉速ｎｍ和工作機軸的轉速ｎＷ，由算出，然后將總傳動比合理地分配給各級傳動?？倐鲃颖鹊扔诟骷墏鲃颖鹊倪B乘積，即ｉ＝ｉ１·ｉ２·…·ｉｎ要做到較合理地分配傳動比應注意以下幾點：（１）各級傳動機構的傳動比應盡量在推薦范圍內選擇（參見表４－１－１）。（２）傳動裝置中各級傳動間應尺寸協(xié)調、結構勻稱。例如，在由帶傳動和單級齒輪減速器組成的雙級傳動中，帶傳動的傳動比不宜過大，一般應使ｉＶ帶≤ｉ齒輪，這樣可使傳動裝置的結構較為緊湊。當帶的傳動比過大時，大帶輪的外圓半徑大于減速器的中心高Ｈ，會造成安裝困難（例如有時需將地基挖坑），如圖４－３－１所示。下一頁返回子任務３傳動裝置傳動比計算與分配（３）各傳動件彼此不發(fā)生干涉碰撞。例如，在雙級圓柱齒輪減速器中，若高速級傳動比過大，可能會使高速級的大齒輪頂圓與低速級大齒輪的軸相碰，如圖４－３－２所示。傳動比分配不當，也會使?jié)L筒與開式齒輪傳動的小齒輪軸發(fā)生干涉，如圖４－３－３所示。（４）應使各級大齒輪浸油深度合理（低速級大齒輪浸油稍深，高速級大齒輪能浸到油），為此應使兩大齒輪的直徑接近。通常在展開式二級圓柱齒輪減速器中，低速級中心距大于高速級中心距，因此為使兩大齒輪的直徑接近，應使高速級傳動比大于低速級傳動比。上一頁返回子任務４傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算在計算各軸的功率、轉速和轉矩時應注意以下幾點：（１）各軸的轉速可根據(jù)電動機的滿載轉速及傳動比進行計算。（２）各軸的功率和轉矩均按輸出處計算。有兩種計算方法，其一是按工作機需要電動機實際輸出的功率計算；其二是按電動機的額定功率計算。前一種方法的優(yōu)點是設計出的傳動裝置結構尺寸較為緊湊；而后一種方法，由于一般所選定的電動機額定功率Ｐｅｄ略大于工作機需要電動機實際輸出的功率Ｐｄ，故根據(jù)Ｐｅｄ計算出的各軸功率和轉矩較實際需要的大一些，設計出的傳動零件的結構尺寸也較實際需要的大一些，因此在生產(chǎn)中，傳動裝置的承載能力具有一定的潛力。下一頁返回子任務４傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算（３）由于軸承功率損耗的存在，同一根軸的輸入功率（或轉矩）與輸出功率（或轉矩）數(shù)值是不同的，通常僅計算軸的輸出功率和轉矩。計算時，將傳動裝置中各軸從高速到低速依次定為Ⅰ軸、Ⅱ軸……（電動機外伸軸為０軸），相鄰兩軸間的傳動比為ｉⅠⅡ，ｉⅡⅢ，...，相鄰兩軸間的傳動效率為ηⅠⅡ，ηⅡⅢ，...，各軸的輸入功率為ＰⅠ，ＰⅡ，...，各軸的轉速為ｎⅠ，ｎⅡ，...，各軸的輸入轉矩為ＴⅠ，ＴⅡ，...，