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1、第十八章 机械传 动系统方案设计 传动装置主要用于将原动机的运动和动力传递给 工作机 执行机构 使其完成特定的作业要求 在此 过程中实现运动速度 运动方向或运动形式的改变 传动装置的功能 1 减速或增速 2 调速 3 改变运动形式 4 增大转矩 5 动力和运动的分配 18 1 概 述 一 传动装置的作用 机械总体方案设计的目的 就是通过调查研究进行 机械产品规划 确定设计任务 明确设计要求和条件 在此基础上寻求问题的解法及原理方案构思 进行功能 原理设计 拟定机械功能原理方案 选择机构类型 得 出一组可行的机械系统运动方案 为下一步进行详细的 结构设计作好原理方案方面的准备 也为最终进行评价
2、选优 决策提供可行性 先行性等相关技术原理方面 详尽的科学依据 机械总体方案设计的目的 机械总体方案设计的内容 机械系统主要由驱动系统 传动系统 执 行系统和控制系统所组成 因此 总体方案设 计的主要内容就是围绕这几部分的方案设计 1 执行系统的方案设计 2 原动机类型的选择和传动系统的方案设 计 3 控制系统的方案设计 4 其他辅助系统的设计 二 传动的类型 1 按工作原理分 2 按改变传动的可能性分类 18 2 常用机械传动的特点 性能和适用范围 18 2 常用机械传动的特点 性能和适用范围 18 2 常用机械传动的特点 性能和适用范围 1 合理选择传动型式 选择机械传动型式时 常需要根据
3、一些指标 如 传动效率 输入 输出轴的布置 外廓尺寸 质量 工作寿命 可靠性 价 格 以及结构工艺性等 18 3 机械传动系统方案设计的一般原则 传动方案的设计是一项比较复杂的工作 需要综合运用多 方面的技术知识和实践设计经验 从多方面分析比较 才能拟 定出比较合理的传动系统方案 并画出可行的传动方案简图 传动系统方案设计的一般原则 2 传动链尽量简短 机构尽可能简单 在保证实现机器的预期功能的条件下 传动链简短 可使传动 环节和构件数目减少 有利于降低制造费用 减轻机器质量和减 小外廓尺寸 提高传动的效率和系统的刚性 另外 可以减少运 动链的累积误差 提高了零件加工的工艺性和工作可靠性 3
4、安排好各级传动或机构的先后顺序 对带传动 为减小其传动的外廓尺寸并发挥其过载保护和 缓冲吸振的作用 一般应安排在运动链中的高速级 对斜齿 直齿圆柱齿轮传动 斜齿轮应安排在高速级以发 挥其传动平稳的作用 直齿轮安排在低速级 对圆锥 圆柱齿轮传动 一般将锥齿轮安排在高速级 尺寸 较小 易于制造 圆柱齿轮安排在低速级 对闭式 开式齿轮传动 闭式传动安排在高速级 开式齿轮 安排在低速级 对摩擦轮传动 因其结构简单和制造容易 通常不要求用于 高速级 但对各类摩擦式无级变速器 由于结构复杂和制造困 难 为缩小外廓尺寸 应安排在高速级 对转变运动形式的传动或机构 如螺旋传动 连杆机构和凸 轮机构等 通常总是
5、安排在运动链的末端 靠近执行构件 4 合理分配传动比 分配传动比时应注意以下几点 1 各种传动均有一个合理使用的传动比范围 每一级传 动的传动比宜在其常用范围内选取 一般不应超过 2 一级传动的传动比如果过大 其外廓尺寸将会很大 宜分成两级传动或多级传动 3 对于减速的多级传动 按照 前小后大 的原则分配 传动比有利于减轻减速器质量 即当总传动比 时 取 此处 依次表示由高速 级到低速级的各级传动比 且使相邻两级传动比的差值不 要太大 4 为了润滑简便 在两级卧式圆柱齿轮减速器中 应按照 高速级和低速级的大齿轮浸入油中深度大致相近 低速可以稍 深些 的条件进行传动比分配 5 保证机器安全运转
6、设计机械传动系统时 必须十分注意机器的安全运转问题 防 止发生损坏机器的事故 确保人员的安全 如在起重机械中 必 须防止其在吊重作用下的自动倒转问题等 为此应在传动系统的 适当环节设置具有自锁能力的机构 刹车制动机构等可靠的安全 保护装置 6 考虑经济性要求 传动方案的设计应在满足功能要求的前提下从设计制造 能 源和原材料消耗 合理经济的使用寿命 管理和维护等各方面 进行综合考虑 使传动方案的费用最低 7 机 电 液 气传动机构结合与机电一体化 在机械传动方案设计时 还应注意机 电 液 气的结合 充分发挥各门技术的优势 使设计的方案更为完善 经济 传动类型的选择 1 传动的类型和特点 1 机械
7、传动 2 液压 液力传动 3 气压传动 4 电气传动 2 传动类型的选择 机械传动类型的选择关系到传动系统的方案设计和工作 性能参数 技术经济指标是确定传动方案的主要因素 只有 通过对多种传动方案的技术经济指标作细致的综合分析和对 比 才能比较合理地选用机构传动的类型 1 机械传动类型选择的依据 1 执行系统的性能参数和工况要求 2 原动机的机械特性和调速性能 3 对机械传动系统的性能 尺寸 重量和安装布 置的要求 4 工作环境 例如高温 低温 潮湿 粉尘 腐 蚀 易燃 防爆等 的要求 5 制造工艺性和经济性 例如制造和维修费用 使用寿命 传动效率等 的要求 2 机械传动系统选择的原则 1 简
8、化传动环节 a 当原动机的功率 转速或运动方式完全符合执行 系统的工况和工作要求时 可将原动机的输出轴与执 行机构的输入轴用联轴器直接联接 b 在固定传动比的机械传动系统中 若原动机可 调速而执行系统的工作载荷又变化不大 或执行系统 有调速要求并与原动机的调速范围相适应 则可采用 固定传动比的机械传动装置 c 当执行系统要求的调速范围较大 或用原动机调 速的机械特性不能满足要求时 可采用可调传动比的 机械传动装置 2 提高机械传动效率 a 对高速 大功率 长期工作的工况 应选用承 载能力高 传动平稳 传动效率高的传动类型 b 对速度较低 中小功率 要求传动比较 大的工况 可采用单级蜗杆传动 多
9、级齿轮传 动 带 齿轮传动 带 齿轮 链传动等多种方案 并进行分析比较 从中选择综合性能较好的 方案 c 传动比较大时 应优先选用结构 紧凑的 蜗杆传动和行星齿轮传动 原动机输出轴和执 行机构输入轴平行时 可采用圆柱齿轮传动 中心距较大时 可采用带传动或链传动 3 确保机械系统安全运转 传动链的方案设计 1 传动机构顺序的合理安排 1 带传动为摩擦传动 承载能力较小 传递相同转矩时 结构尺寸较其他传动形式大 2 链传动由于瞬时传动比不断变化 致使运动不均匀 有 冲击 故不宜用于高速级 应布置在低速级 3 蜗杆传动的传动比大 传动平稳 效率较低 适用于中 小功率和间歇运转的场合 4 锥齿轮的加工
10、困难 特别是大模数锥齿轮 因此只在需 要改变轴的方向时才采用 且应尽量布置在高速级 并限制 其传动比 以减小其直径和模数 5 斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好 常用在高速级或 要求传动平稳的场合 6 开式齿轮传动的工作环境较差 润滑条件不好 磨损较 严重 寿命短 应布置在低速级 2 各级传动比的分配 1 各级传动的传动比都应在各自允许的合理 范围内 以保证符合各种传动形式的工作特点并使 其结构紧凑 2 分配各种形式的传动比时 应注意使各传 动零件尺寸协调 结构匀称合理 不会造成互相干 涉碰撞 3 当传动链较长 传动功率较大时 应使大 多数传动在较高速度下工作 然后在进行较大的减 速 使较少数量
11、的传动在低速下工作 4 对于两级或多级齿轮减速器 传动比的合理 分配直接影响减速器外廓尺寸的大小 承载能力能 否充分发挥 以及各级传动零件润滑是否方便等 传动系统方案设计过程 1 确定传动系统的总传动比 2 选择传动类型 3 拟定传动链的布置方案 4 分配传动比 5 确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸 计算传动系统的各项运动学和动力学参数 为 各级传动装置的结构设计 强度计算和传动 系统 方案评价提供依据和指标 6 绘制传动系统运动简图 18 4 机械传动系统方案设计实例 例一 六种剪铁机实现活动刀口开合运动传动方案 如图 刀剪每分钟摆动23次 电机功率7 5kW 电 机转速720r m
12、in 试比较各传动方案 解 工作轴转速nw 23r min 亦即活动刀剪每分 钟往复摆动次数 总传动比 方案一 好 高速级用带传动 能够缓冲吸振 过载 保护 带轮有飞轮效果 齿轮紧凑 方案二 不好 高速级用链轮 产生较大振动 方案三 不好 齿轮不能缓冲吸振 需加飞轮成本高 方案四 不好 蜗杆效率低 不能缓冲 需加飞轮成 本高 方案五 不好 V带不易放在低速级 方案六 好 与方案一相比 飞轮效果差 例二 如图为 一提式悬挂输 送机总体图 设计传动装 置简图 再给 出一些传动方 案 画出传动 简图 并进行 分析比较和讨 论 5 1 电动机 2 3 带传动 4 无级变速 5 齿轮减速器 6 锥齿轮传
13、动 7 驱动轮 传动方案图 其它传动方案 1 电动机 带传动 无级变速器 蜗杆及圆柱齿轮 传动 减速器 开式锥齿轮传动 方案 1 的蜗杆转速 高扭矩小 结构小 但齿 轮速度低 尺寸较大 有 一个大锥齿轮 而大锥齿 轮加工较困难 2 电动机 带传动 无级变速器 圆柱齿轮及蜗杆 传动 减速器 开式锥齿轮传动 方案 2 齿轮 尺寸显著减小 减 速器重量较轻 蜗 杆的转速低因而效 率较低 有一个大 锥齿轮 而大锥齿 轮加工较困难 3 电动机 带传动 无级变速器 立式蜗杆减速 器 开式圆柱齿轮传动 方案 3 采用了 立式蜗杆减速器 避 免了大锥齿轮 由于 圆柱齿轮传动比较大 减速器用一级蜗杆 即可 但立式蜗杆减 速器润滑较复杂 4 电动机 带传动 无级变速器 圆锥齿轮 减速器 方案 4 采用 全闭式传动 寿 命长 尺寸小 但成本较高
