4 传动系统的方案设计

1机械设计的基本程序2机械系统的组成34传动系统的方案设计4.1传动系统的作用与组成4.2传动系统的类型与选择4.3传动系统的特点与性能4.4机械传动系统的设计程序4.5传动系统的运动设计复习思考题44.1传动系统的作用与组成4.1.1传动系统的作用4.1.2传动系统的组成54.1.1传动系统的作用传动系统（传动装置）是将动力机产生的运动和动力传递给执行机构或执行构件，以实现预定功能的装置。动力传动：以传递动力为主；运动传动：以传递运动为主(如控制传动)。671)把动力机输出的速度降低或增高，以适用执行机构的需要。2)实现变速传动以满足执行机构的经常变速要求。3)把动力机输出的扭矩，变换为执行机构所需要的扭矩或力。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)由于受机体外形、尺寸的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。4.1.1传动系统的作用8传动链：组成传动联系的一系列传动件。所有传动链以及它们之间的相互联系组成机械传动系统4.1.2传动系统的组成94.1.2传动系统的组成（1）传动系统的主体部分变速装置。（2）操纵和控制系统起停和换向装置制动装置。（3）辅助系统安全保护装置等。把动力机的动力和运动传递给执行机构，使之实现预定功能(包括运动或力)的装置。通过人工操作或自动控制改变动力机或传动系统的工作状态和参数，使执行机构保持或改变其运动或动力的装置。为保证传动正常工作、改善操作条件和延长使用寿命而设的装置。10变速装置变速装置的作用：改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。常用的变速装置：1．交换齿轮变速机构2．滑移齿轮变速机构3．啮合器变速机构4.背轮变速机构1.交换齿轮变速机构SG8630高精度丝杆车床传动系统图两对交换齿轮：A-B、C-D121.交换齿轮变速机构优点：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，与滑移齿轮变速相比，实现同样的变速级数所用的齿轮数量少。缺点：更换齿轮费时费力，交换齿轮是悬臂安装，刚性和润滑条件较差。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12级传动系统图2轴：三联、双联滑移齿轮3轴：双联滑移齿轮142．滑移齿轮变速机构优点：能传递较大的扭矩和较高的转速；变速方便，串联几个变速组便可实现较多的变速级数；没有常啮合的空转齿轮，因而空载功率损失较小。缺点：滑移齿轮不能在运转中变速，为便于滑移啮合，多用直齿齿轮传动，因而传动不够平稳。153．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、叉车、挖掘机等行走机械的变速箱中。啮合器变速机构可采用常啮合的传动，运动平稳，能在运转中变速，并可传递较大扭矩。普通啮合器的结构简单，但轴向尺寸较大，变速过程中易出现顶齿现象，故换档不太轻便，噪声较大。为改善变速性能，目前在中小型汽车和许多变速频率高的机械中多采用同步啮合器变速。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，然后才使它们进入啮合，即先同步后变速。这可避免齿轮在变速时产生冲击，使变速过程平稳。163．啮合器变速机构锥形常压式同步啮合器结构图1-左齿环2、5-内锥面减摩衬套3-定位销4-啮合套6-套筒7-右齿环8-花键轴174.背轮变速机构18起停和换向装置设计起停和换向装置时要考虑的主要因素：1.工况2.动力机的类型和功率3.起停与换向的操纵方式作用：控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向。基本设计要求：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。19起停和换向装置各种工况下的机械对起停和换向的使用要求：1)不需要换向且起停不频繁。这种工况多出现在自动机械中，这类机械的工作循环是自动完成的，可连续运行而不需要停车。2)需要换向但换向不频繁。3)换向和起停都很频繁。20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。起停和换向装置1)动力机为电动机允许在负载下起动，可以正反运转。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。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。2)动力机为内燃机不能在负载下起动，必须用摩擦离合器或液力偶合器来实现起停；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。21起停和换向装置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。1)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。2)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。因此，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。22起停和换向装置典型结构1：齿轮—摩擦离合器换向机构齿轮—摩擦离合器换向机构传动原理图23起停和换向装置典型结构2：钢球压紧式摩擦离合器换向机构钢球压紧式摩擦离合器换向机构结构图1、7-螺母2-锁紧销3、6-压紧套4-锥面套筒5-钢球8-花键轴9-销10-操纵套11-外摩擦片12-内摩擦片13-止动环24起停和换向装置典型结构3：齿轮换向机构结构图25制动装置制动器：使运转中的机构或机器迅速减速、停止并保持停止状态的装置；有时也用做调节或限制机构或机器的运动动速度。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；执行机构频繁换向时，也应先停车后换向；制动机构还可用于机械一旦发生事故时紧急停车，或使运动构件可靠地停止在某个位置上。26制动装置对制动装置的基本要求：工作可靠，操纵方便，制动迅速平稳，结构简单，重量轻，散热良好，便于安装维护。常用的制动方式有电动机制动和机械制动。用电动机起停和换向时，常采用电动机反接制动。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。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，如闸带式、外抱块式、内张蹄式和盘式等接触式制动器。此外，还经常使用磁粉式、磁涡流式和水涡流式等非接触式制动器。27制动器分类28制动装置制动器的设计与安装应考虑的问题：1)制动器与离合器必需互锁。2)合理确定制动器的安装位置。若要求制动扭矩较小，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)闸带式制动器的操纵力应作用在制动带的松边。29制动装置30制动装置31制动装置32制动装置闸带式制动器结构图1-操纵杆2-杠杆3-制动带4-制动轮5-调节螺钉33制动装置34制动装置盘式制动器：从制动盘两侧施加制动力，制动轴不承受弯矩，制动盘质量轻，转动惯量小，散热条件好。通常用弹簧和液压缸进行松闸和紧闸。35安全保护装置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。当传动链所传递的扭矩超过规定值时，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扭矩的传递。安全保护装置常用的安全保护装置：1．销钉安全联轴器剪断销结构图a)径向剪断销b)周向剪断销原理：在传动链中设置一个最薄弱的环节安全保护装置常用的安全保护装置：2．钢珠安全离合器钢珠安全离合器结构图1-齿轮2-钢珠3-垫板4-圆盘5-弹簧6-调整螺母7-螺套灵敏度高，工作可靠，结构简单；打滑时冲击大，连接刚度小安全保护装置常用的安全保护装置：3．摩擦安全离合器单圆锥摩擦安全离合器结构图1-内锥面摩擦盘2-外锥面摩擦盘3-弹簧4-压紧盘5-调整螺母6-套筒结构简单，多用于传递扭矩不大的场合39联轴器由于设计、制造、安装和运输等方面的原因，一部机器往往分为若干个小机械装置或大部件，然后用联轴器联接起来。联轴器：联轴器就是连接两轴（或联接轴与回转体）并在传递转矩过程中一同回转而不脱开的一种装置。40联轴器41联轴器作用：减小和限制所联两轴的相对偏移量。缓冲减震，改善传动性能。42联轴器功能43联轴器轴孔与轴的联接44联轴器45离合器离合器是主、从动部分在同轴线上传递转矩和旋转运动时，在不停机状态下实现分离和接合的装置。基本要求：接合平稳、分离彻底，动作准确；结构简单，外廓尺寸、重量和转动惯量小；工作安全可靠、操纵方便、省力。46离合器分类47离合器分类48牙嵌式离合器和齿轮式离合器属于刚性传动，传动比准确，可传递较大扭矩，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扭矩，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，传递大扭矩时体积较大，传动比不准确，此外，摩擦离合器也是一个热源和噪声源。牙嵌式离合器齿轮式离合器摩擦片式离合器494.2传动机构的类型及其选择4.2.1传动系统的类型4.2.2传动类型的选择504.2传动机构的类型及其选择4.2.1传动系统的类型机械的传动装置种类很多，通常可按下表中所列原则进行分类。除此之外，还可根据速度、功率、自由度、轴线相对位置和传动用途的不同分类。514.2传动机构的类型及其选择4.2.2传动类型的选择机械传动类型的选择需综合考虑以下条件：①工作机的工况，包括工作机的负载特性、工作制度及运行状态等；②动力机的机械特性和调速性能；③传动系统的设计要求，包括性能、尺寸重量和结构布置方面的要求；④工作环境，如高温、低温、潮湿、多尘、腐蚀、易燃及防爆等；⑤制造工艺性和经济性要求，包括制造和维修费用、传动效率和使用寿命等。52①对于小功率传动，应在满足工作性能的要求下，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用；②对于大功率传动，应优先考虑传动装置的效率，以节约能源、降低运转和维修费用；③当机器要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接联接或采用固定传动比装置。当机器要求变速范围大，用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时，应采用变传动比传动。其中绝大部分应采用有级变速传动，只有当机器需连续变速时，才考虑采用无级变速传动；④当载荷变化频繁，且可能出现过载时，应考虑过载保护装置；⑤当机器工作机构的运动要求与动力机同步或严格的传动比时，应采用无滑动的传动装置；⑥传动装置的选用必须与制造技术水平相适应，应尽量选用专业厂生产的标准零部件或产品。4.2传动机构的类型及其选择4.2.2传动类型的选择选择的基本原则：53定传动比传动定比传动系统执行机构的速度或转速是固定的，即其传动系统具有固定的传动比，组成传动链的各个环节也应有固定的传动比。起重机传动系统简图1-减速器2-制动器3-电动机4-卷筒5-钢丝绳6-吊钩54变速传动系统变速传动系统执行机构的转速可在预定范围内改变，即其传动系统具有可调的传动比。变速传动系统分为分级变速传动系统和无级变速传动系统。分级变速传动系统只能在一定转速范围内输出有限的几种转速，而无级变速传动系统能够使执行机构的输出转速在一定转速范围内任意改变。55单流传动56分流传动1：独立驱动传动系统57分流传动1：集中驱动传动系统由一个动力机对多个执行机构进行集中驱动。有三种情况：1)执行机构间有一定的传动比要求2)各执行机构之间有动作要求3)各执行机构间的运动相互独立控制主轴筒的转位控制送料机构控制主轴的夹料机