机械系统设计_传动系统设计.

第四章传动系统设计四、内联传动系统的设计一、传动系统的类型五、典型传动系统二、传动系统的组成三、传动系统的运动设计第一节传动系统的类型与组成一、传动系统的作用2将动力源(或某个执行件)的速度、力矩传递给执行件(或另一执行件），使该执行件具有某种运动和出力的功能。传动系统执行系统动力系统外联传动链内联传动链第一节传动系统的类型一、传动系统的作用3将动力机的动力传递给执行机构，以满足执行机构对转矩和转速的要求。1）把动力机输出的速度降低或增高，以适应执行机构的需要。2）实现变速传动以满足执行机构的经常变速要求。3）把动力机输出的转矩，变换为执行机构所需要的转矩或力。4）把动力机输出的等速运动，转变为执行机构所要求的、其速度按某种规律变化的旋转或其他类型的运动。5）实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不同速度的执行机构。6）受机体外形尺寸限制或为了安全和操作方便，执行机构不宜与动力机直接联接时，也需要用传动装置来联接第一节传动系统的类型二、传动系统的类型4a、按驱动机械系统的动力源分为：电动机驱动、内燃机驱动等，而电动机驱动又有交流异步电动机(单、多速)驱动，直流并激电动机、交流调速主轴电动机驱动，交、直流伺服电动机驱动，步进电动机驱动等。b、按动力源驱动执行件的数目分为：独立驱动、集中驱动和联合驱动等。c、按传动装置分为：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及上述装置的组合。机械传动装置：输出速度不变和输出速度可变两类。输出速度可变：分为有级变速和无级变速。第一节传动系统的类型二、传动系统的类型5d、按能量的流动路线分为第一节传动系统的类型二、传动系统设计要求6第一节传动系统的类型二、传动类型选择依据7第一节传动系统的类型（一）有级与无级变速传动系统81、无级变速传动系统指执行件的转速(或速度)在一定的范围内连续地变化这样可以使执行件获得最有利的速度，能在系统运转中变速，也便于实现自动化等。依靠摩擦力来传递转矩；存在转速损失，故不能用于调速精度高的场合；变速范围小，通常为4～6，少数可达10～15。传动平稳运动换向冲击小易于实现直线运动(1)机械无级调速器：(2)液压无级变速装置：(3)电气无级变速装置第一节传动系统的类型（一）有级与无级变速传动系统92.有级变速传动系统：在变速范围内不能连续地变换，属于有级变速。传递的功率大变速范围宽传动比准确工作可靠有转速损失第一节传动系统的类型（一）有级与无级变速传动系统10CA7620型液压多刀半自动车床主传动系统及转速图第一节传动系统的类型（一）有级与无级变速传动系统113.固定传动比的传动系统机械系统执行件要求以某一固定的转速(速度)工作，则连接动力源与执行件的传动系统属于固定传动比的传动系统，即该系统是由若干个固定传动比串联组成。起重机传动系统简图第一节传动系统的类型（二）独立和联合驱动传动系统121.独立驱动传动系统(1)只有一个执行件；(2)有多个运动不相关的执行件；(3)数控机械系统。由电动机9通过一对齿轮副8、7及离合器6带动曲轴4旋转，再通过连杆3使滑块2在机身10的导轨中作往复运动。操纵杆1使离合器接合或脱开。制动器5与离合器6的动作要协调配合，工作前，制动器先放松，离合器后结合，停车时，离合器先脱开，制动器后结合。第一节传动系统的类型（二）独立和联合驱动传动系统132集中驱动传动系统机械系统的多个执行件均由一个动力源驱动。(1)执行件间有严格的传动比要求；(2)各执行件间运动有顺序或协调的要求；(3)各执行件的运动相互独立。龙门起重机有三个主要运动：大车运行、小车运行和重物升降，这三个运动互不相关，都是独立的，执行机构分别由各自的电动机单独驱动。第一节传动系统的类型（二）独立和联合驱动传动系统14由两个或多个动力源经各自的传动链联合驱动一个执行件的传动系统，主要用于低速、重载、大功率、执行件少而惯性大的机械。l）执行机构间有一定的传动比要求2）各执行机构之间有顺序或协调动作要求3联合驱动传动系统4数字控制机械系统第一节传动系统的类型（二）独立和联合驱动传动系统15l）执行机构间有一定的传动比要求高精度丝杆车床的传动系统图，机床的主轴和刀架由一个无级变速电动机驱动，电动机经带传动和蜗杆传动驱动主轴。主轴经交换挂轮及丝杆螺母驱动刀架。加工高精度螺纹时，要求主轴与刀具的相对运动保持十分准确的传动比关系，即主轴每转二转，刀架的移动距离为工件的螺纹导程S。这种关系是由进给传动链保证当工件的导程S改变时，需调整交换挂轮的齿数。第一节传动系统的类型（二）独立和联合驱动传动系统162）各执行机构之间有顺序或协调动作要求第二节传动系统的组成17一、变速装置交换齿轮，滑移齿轮，离合器，前三种的组合，啮合器二、起停和换向装置要求省力、可靠、结构简单、有足够的动力三、制动装置要求可靠、方便、平稳、结构简单、尺寸小、磨损小、散热好四、安全保护装置销钉安全联轴器，钢珠安全离合器，摩擦安全离合器第二节传动系统的组成一、变速装置18作用：改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。若执行机构不需要变速，可采用具有固定传动比的传动系统或采用标准的减速器、增速器实现降速传动或增速传动。1．交换齿轮变速机构结构简单，不需要变速操纵机构，轴向尺寸小，变速箱的结构紧凑。更换齿轮费时费力，只适用于不需要经常变速的机械，如各种自动和半自动机械。2．滑移齿轮变速机构可传递大的转矩和转速，变速方便。第二节传动系统的组成一、变速装置19第二节传动系统的组成一、变速装置203．离合器变速机构离合器变速机构有牙嵌式离合器、齿轮式离合器以及摩擦片式离合器。牙嵌式离合器和齿轮式离合器属于刚性传动，传动比准确，可传递较大转矩，但不能在运转中变速。摩擦式离合器是靠摩擦片之间的摩擦力传递转矩，可在运转中变速，结合平稳、无冲击，并可起过载保护作用。但结构复杂，传递大转矩时体积较大，传动比不准确，此外，摩擦离合器也是一个热源和噪声源。第二节传动系统的组成一、变速装置214．啮合器变速机构啮合器分普通啮合器和同步啮合器两种，广泛用于汽车变速箱中。可采用常啮合，运转平稳，能在运动中变速，可传递较大转矩。普通啮合器的结构简单，但轴向尺寸大，变速过程中易出现顶齿现象，故换档不太轻便，噪声较大。同步啮合器的工作原理是变速过程中先使将要进入啮合的一对齿轮的圆周速度相等，然后才进入啮合，即先同步后变速。第二节传动系统的组成一、变速装置设计要点22第二节传动系统的组成一、变速装置设计要点23第二节传动系统的组成二、启停和换向装置24用于控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向。设计要求：起停和换向方便省力，操作安全可靠，结构简单，并能传递足够的动力。在选择起停和换向装置时，除应考虑机械的工况外，还应考虑动力机的类型与功率以及起停和换向的操纵方式。第二节传动系统的组成二、启停和换向装置251．动力机为电动机当换向不频繁或换向虽频繁但电动机功率较小时，可直接由电动机起停和换向。这种方式的优点是结构简单，操纵方便，因此得到广泛的应用。当功率较大且起停和换向频繁时，常采用离合器起停和换向。执行机构的转速较高时采用摩擦离合器，执行机构的转速较低时可采用牙嵌离合器等刚性的啮合式离合器。第二节传动系统的组成二、启停和换向装置262．动力机为内燃机由于内燃机不能在负载下起动，故必需用摩擦离合器或液力偶合器来实现起停。内燃机不能反向运转，执行机构需要反向时应在传动链中设置反向机构。用离合器实现起停时，为了减小摩擦离合器的结构尺寸，应将它放置在转速较高的传动轴上。由于靠近动力机，故当离合器脱开时，传动链中大部分传动件停止运动，可以减少空转功率损失。第二节传动系统的组成二、启停和换向装置27换向机构放在靠近动力机的转速较高的传动轴上，也可使其结构紧凑。但会使换向的传动件较多，能量损失较大。对于传动件少、惯性小的传动链，宜将换向机构放在前面即靠近动力机处，反之，宜将换向机构放在传动链的后面即靠近执行机构处，以提高传动的平稳性和效率。第二节传动系统的组成二、启停和换向装置齿轮－摩擦离合器换向机构齿轮Z1和Z3空套在轴Ⅰ上，摩擦离合器向左接合时，通过Z2传动轴Ⅱ。摩擦离合器向右接合时，通过Z0、Z4传动轴Ⅱ实现反转，摩擦离合器处于中间位置时，轴Ⅱ不转。这样就可实现轴I的起停和换向。第二节传动系统的组成二、启停和换向装置第二节传动系统的组成二、启停和换向装置第二节传动系统的组成二、启停和换向装置第二节传动系统的组成二、启停和换向装置第二节传动系统的组成二、启停和换向装置第二节传动系统的组成三、制动装置34使执行机构的运动能够迅速停止。由于运动构件具有惯性，当起停装置断开后，运动构件不能立即停止，而是逐渐减速后才能停止运动。转速愈高，运动构件的惯性愈大及摩擦阻力愈小，停车的时间就愈长。为了节省辅助时间，对于起停频繁或运动构件惯性大、运动速度高的传动系统，应安装制动装置。基本要求是工作可靠，操纵方便，制动迅速平稳，结构简单，尺寸小，磨损小，散热好。常用制动方式有电气制动和机械制动。电动机起停和换向时，常采用反接制动。它具有结构简单、操作方便、制动迅速等优点，但反接制动电流较大，传动系统受到的惯性冲击较大。第二节传动系统的组成三、制动装置35当传动链较长、起动比较频繁、传动系统惯性较大及传递功率较大时，常采用机械制动方式，如带式、外抱块式、内张蹄式和盘式等摩擦式制动器。此外，还经常使用磁粉式、磁涡流式和水涡流式等非摩擦式制动器。第二节传动系统的组成三、制动装置361）制动器与离合器必需互锁。2）合理确定制动器的安装位置。若要求制动转矩较小，则制动器安装在转速较高的轴上。这样制动平稳，制动器体积也小。若要求制动时间短、制动灵活，则制动器可直接安装在主轴或其他执行机构上。通常，制动器安装在转速较高、变速范围较小的轴上。3）带式制动器的操纵力应作用在制动带的松边。制动器的设计与安装应考虑如下问题：第二节传动系统的组成三、制动装置37第二节传动系统的组成三、制动装置38第二节传动系统的组成三、制动装置39第二节传动系统的组成三、制动装置40第二节传动系统的组成三、制动装置41第二节传动系统的组成三、制动装置42第二节传动系统的组成四、安全保护装置43机械在工作中若载荷变化频繁、变化幅度较大、可能过载而本身又无保护作用时，应在传动链中设置安全保护装置，以避免损坏传动机构。如果传动链中有带、摩擦离合器等摩擦副，则具有过载保护作用，否则应在传动链中设置安全离合器或安全销等过载保护装置。当传动链所传递的转矩超过规定值时，靠安全保护装置中连接件的折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。安全保护装置装在转速较高的传动构件上，可使结构尺寸小些。若装在靠近执行机构的传动构件上，则一旦发生过载，就能迅速停止运动，并可使传动链中其他传动构件避免超负荷运行。所以安全保护装置宜放在靠近执行机构且转速较高的传动构件上。第二节传动系统的组成四、安全保护装置441．销钉安全联轴器在传动链中设置一个最薄弱的环节，如剪断销或剪断键，当传递的转矩超过允许值时，销或键被剪断，使传动链断开，执行机构便停止运动。剪断销或剪断键应装在传动链中易于更换的位置上。第二节传动系统的组成四、安全保护装置452．钢珠安全离合器灵敏度较高、工作可靠、结构简单，但打滑时会产生较大的冲击，连接刚度较小，反向回转时运动的同步性较差。第二节传动系统的组成四、安全保护装置463．摩擦安全离合器结构简单，多用于传递转矩不大的场合。如果传递的转矩较大，也可采用双圆锥摩擦安全离合器或摩擦片安全离合器。第二节传动系统的组成四、安全保护装置47第三节特殊传动机构481、行星齿轮传动2、摆线针轮行星传动3、谐波齿轮传动第三节特殊传动机构一、行星齿轮传动49中心轮行星轮内齿轮行星架第三节特殊传动机构一、行星齿轮传动50一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线迴转的齿轮传动。差动轮系：三者都不固定﹐确定机构运动时需要给出两个构件的角速度﹔行星轮系：固定内齿轮b或太阳轮a。第三节特殊传动机构一、行星齿轮传动51差动轮系可以把