《机械设计基础》第十六章 机械传动系统设计

机械设计基础《机械设计基础》机械设计基础第十六章机械传动系统设计16.1传动系统的功能与分类16.1.1传动机构的功能1．变速：通过实现变速传动，以满足工作机的变速要求；2．传递动力：把原动机输入的转矩变换为工作机所需要的转矩或力；3．改变运动形式：把原动机输入的等速旋转运动，转变为工作机所需要的各种运动规律变化，实现运动运动形式的转换；4．实现运动的合成与分解：实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机；5．作为工作机与原动机的桥梁：由于受机体外形、尺寸的限制，或为了安全和操作方便，工作机不易与原动机直接连接时，也需要用传动装置来连接。6．实现某些操纵控制功能：如起停、离合、制动或换向等。机械设计基础16.2常用机械传动机构的选择1．实现运动形式的转换原动件（如电动机）的运动形式都是匀速回转运动，而工作机构所要求的运动形式是多种多样的。传动机构可以把匀速回转运动转变为诸如移动、摆动、间歇运动和平面复杂运动等各种各样的运动形式。2．实现运动转速（或速度）的变化一般情况下，原动件转速很高，而工作机构则较慢，并且根据不同的工作情况要求下获得不同的运动转速（或速度）。当需要获得较大的定传动比时，可以将多级齿轮传动、带传动、蜗杆传动和链传动等组合起来满足速度变化的要求，即选用减速器或增速器来实现减速或增速的速度变化。根据具体的使用场合，可采用多级圆柱齿轮减速器、圆锥-圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器以及蜗杆-圆柱齿轮减速器等来实现方案。机械设计基础3．实现运动的合成与分解采用各种差动轮系可以进行运动的合成与分解。4．获得较大的机械效益根据一定功率下减速增矩的原理，通过减速传动机构可以实现用较小驱动转矩来产生较大的输出转矩，即获得较大的机械效益的功能要求。当工作机构的运转速度需要调节的时，齿轮变速传动机构则是一种经济的实现方案。当然也可以采用机械无级调速变速器，或者采用电动机的变频调速方案来实现。机械设计基础16.3机械传动的特性和参数机械传动是用各种形式的机构来传递运动和动力，其性能指标有两类：一是运动特性，通常用转速、传动比、变速范围等参数来表示；二是动力特性，通常用功率、转矩、效率等参数来表示。1．功率1000FvP2．圆周速度的转速601000ndv传递的功率与转矩、转速的关系为9550PTn机械设计基础3．传动比传动比反映了机械传动增速或减速的能力。一般情况下，传动装置均为减速运动。在摩擦传动中，V带传动可达到的传动比最大，平带传动次之，然后是摩擦轮传动。在啮合传动中，就一对啮合传动而言，蜗杆传动可达到的传动比最大，其次是齿轮传动和链传动。4．功率损耗和传动效率机械传动效率的高低表明机械驱动功率的有效利用程度，是反映机械传动装置性能指标的重要参数之一。机械传动效率低，不仅功率损失大，而且损耗的功率往往产生大量的热量，必须采取散热措施。传动装置的功率损耗主要是由摩擦引起的。因此，为了提高传动装置的效率就必须采取措施设法减少传动中的摩擦。机械设计基础5．外廓尺寸和重量传动装置的尺寸与中心距a、传动比i、轮直径d及轮宽b有关，其中影响最大的参数是中心距a。挠性传动（如带传动、链传动）的外轮廓尺寸较大，啮合传动中的直接接触传动（如齿轮传动）外廓尺寸较小。传动装置的外廓尺寸及重量的大小，通常以单位传递功率所占用的体积及重量来衡量。机械设计基础16.4机械传动的方案设计机构类型运动及动力特性连杆机构可以输出多种运动，实现一定轨迹、位置要求。运动副为面接触，承载能力大，但动平衡困难，不宜用于高速凸轮机构可以输出任意运动规律的移动、摆动，但动程不大。运动副为滚动兼滑动的高副，不适于重载齿轮机构圆形齿轮实现定传动比传动，非圆形齿轮实现变传动比传动。功率和转速范围都很大，传动比准确可靠螺旋机构输出移动或转动，实现微动、增力、定位等功能。工作平稳，精度高，但效率低，易磨损棘轮机构输出间歇运动，并且动程可调；但工作时冲击、噪声较大，只适用于低速轻载槽轮机构输出间歇运动，转位平稳；有柔性冲击，不宜用于高速带传动中心距变化范围较广。结构简单，具有吸振特点，无噪声，传动平稳。过载打滑，可起安全保护作用链传动中心距变化范围较广。平均传动比准确，瞬时传动比不准确，比带传动承载能力强，传动工作时动载荷及噪声大，在冲击振动情况下工作时寿命较短常用机构的运动及动力特性机械设计基础机械传动类型可参照下述原则进行选择：1．定传动比传动的类型选用原则（1）功率范围当传递功率小于100kW时，各种传动类型都可以采用。但功率较大时，宜采用齿轮传动，以降低功率的损耗。对于传递中小功率，宜采用结构简单而可靠的传动类型，以降低成本，如带传动。此时，传递效率是次要的。（2）传动效率对于大功率传动，传动效率很重要。传动功率越大，愈要采用高效率的传动类型。（3）传动比范围不用类型的传动装置，最大单级传动比差别较大。当采用多级传动时，应合理安排传动的次序。（4）布局与结构尺寸对于平行轴之间的传动，宜采用圆柱齿轮传动、带传动、链传动；对于相交轴之间的传动，可采用锥齿轮或圆锥摩擦轮传动；对于交轴之间的传动，可采用蜗杆传动或交错轴齿轮传动。两轴相距较远时可采用带传动、链传动；反之采用齿轮传动。（5）其他要求例如噪声要求，链传动和齿轮传动的噪声较大，带传动和摩擦轮传动的噪声较小。机械设计基础16.4.2传动顺序的布置合理布置传动机构顺序的一般原则如下：1．承载能力较小的带传动易布置在高速级，使之与原动机相连，齿轮或其他传动机构布置在带传动之后，这样既有利于整个传动系统的结构尺寸紧凑、均匀，又有利于发挥带传动的传动平稳、缓冲减振和过载保护的特点。2．链传动平稳性差，且有冲击、振动，不适合于高速传动，一般应将其布置在低速级。3．根据工作条件选用开式或闭式齿轮传动。闭式齿轮传动一般布置在高速级，以减小闭式传动的外廓尺寸、降低成本。开式齿轮传动制造精度较低、润滑不良、工作条件差，磨损严重，一般应布置在低速级。4．传递大功率时，一般均采用圆柱齿轮。5．在传动系统中，若有改变运动形式的机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等，一般将其设置在传动系统的最后一级。机械设计基础16.4.3总传动比的分配合理地将总传动比分配到传动系统的各级传动中，是传动系统设计的另一个重要问题。它直接影响传动装置的外廓尺寸、总重量、润滑状态及工作能力。在多级传动中，总传动比与各级传动的传动比之间的关系为12niiii传动比分配的一般原则为1．各级传动机构的传动比应尽量在推荐的范围内选取.2．各级传动应做到尺寸协调，结构均匀、紧凑。3．各级传动零件彼此避免发生干涉，防止传动零件与轴干涉，并使所有传动零件安装方便4．在卧式齿轮减速器中，通常应使各级大齿轮的直径相近，以便于对齿轮进行浸油润滑。机械设计基础常用机械传动的单级传动比推荐值类型平带传动V带传动链传动圆柱齿轮传动锥齿轮传动蜗杆传动推荐值2～42～42～53～52～38～40最大值57610580传动比分配是一项复杂又艰巨的任务，往往要经过多次测算，分析比较，最后确定出比较合理的结果。机械设计基础16.5机械传动的设计顺序1．确定传动系统的总传动比drnin2．选择机械传动类型和拟定总体布置方案根据机器的功能要求、结构要求、空间位置、工艺性能、总传动比及其他限制性条件，选择传动系统所需的传动类型，并拟定从原动机到工作机的传动系统的总体布置方案。3．分配总传动比根据传动方案的设计要求，将总传动比分配分配到各级传动。4．计算机械传动系统的性能参数性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等，这是传动方案优劣的重要指标，也是各级传动强度计算的依据。机械设计基础5．确定传动装置的主要几何尺寸通过各级传动的强度分析，结构设计和几何尺寸计算，确定其基本参数和主要几何尺寸，如齿轮传动的齿数、模数、齿宽和中心距等。6．绘制传动系统的运动简图（即传动系统图）7．绘制传动部件和总体的装配图机械设计基础谢谢观看