哈工大第十八章机械传动系统方案设计(new)

1、第十八章第十八章 机械传机械传动系统方案设计动系统方案设计 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。过程中实现运动速度、运动方向或运动形式的改变。 传动装置的功能传动装置的功能 1、减速或增速；、减速或增速； 2、调速；、调速； 3、改变运动形式；、改变运动形式； 4、增大转矩；、增大转矩； 5、动力和运动的分配。、动力和运动的分配。18.1 概概 述述一、一、 传动装置的作用传动装置的作用 机械总体方案设计的

2、目的，就是通过调查研究进行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，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、结构设计作好原理方案方面的准备，也为最终进行评价、选优、决策提供可行性、先行性等相关技术原理方面

3、详选优、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。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目的 机械总体方案设计的内容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、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。设计的主要内容就是围绕这几部分的方案设计。 1 1）执行系统的方案设计）执行系统的方案设计 2 2）原动机类型的选择和传动系统的方案设）原动机类型的选择和传动系统的方案设计计 3 3）控制系统的方案设计）控制系统的方案设计 4 4）其他辅

4、助系统的设计）其他辅助系统的设计 二、二、 传动的类型传动的类型1、 按工作原理分按工作原理分2、按改变传动的可能性分类、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、性能和适用范围常用机械传动的特点、性能和适用范围行 星 齿 轮传 动普 通平 带传 动普 通V带传 动摩 擦轮 传动链 传动普 通 齿 轮 传 动蜗杆传动渐开线齿摆线针轮谐波齿轮许 用的 圆周 速度m / s 2 5 2 5 5 0 1 5 2 5 1 0六 级 精 度直 齿 1 8非 直齿 3 6五 级 精 度 达1 0 01 5 3 5基 本

5、 同 普通 齿 轮 传动外 廓尺 寸大大大大小小小传动精 度低低低中 等高高高18.2 常用机械传动的特点、性能和适用范围常用机械传动的特点、性能和适用范围行星齿轮传动普通平带传动普通V 带传动摩擦轮传动链传动普通齿轮传动蜗杆传动渐开线齿摆线针轮谐波齿轮工作平稳性好好好较差一般好一般自锁能力无无无无无可有无过载保护作用有有有无无无无使用寿命短短短中等长中等长缓冲吸振能力好好好中等差差差 1合理选择传动型式合理选择传动型式 选择机械传动型式时，常需要根据一些指标，如：传动效率选择机械传动型式时，常需要根据一些指标，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，输入、输出轴的

6、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。，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。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：传动系统方案设计的一般原则：2传动链尽量简短，机构尽可能简单传动链尽量简短，机构尽可能简单

7、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。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安排好各级传动或机构的先后顺序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对带传动，为减小其传动的外廓尺寸并发挥其过载保护和

8、缓冲吸振的作用，一般应安排在运动链中的高速级；缓冲吸振的作用，一般应安排在运动链中的高速级；对斜齿对斜齿直齿圆柱齿轮传动，斜齿轮应安排在高速级以发直齿圆柱齿轮传动，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；挥其传动平稳的作用，直齿轮安排在低速级；对圆锥对圆锥-圆柱齿轮传动，一般将锥齿轮安排在高速级（尺寸圆柱齿轮传动，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；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；安排在低速级；对摩擦轮传动，因其

9、结构简单和制造容易，通常不要求用于对摩擦轮传动，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；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，通常总是安排在运动链的末端，靠近执行构件。轮机构等，通常总是安排在运动链的末端，靠近执行构件。 4合理分配传动比合理分配传动比分配传动比时应注意以下几点：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

10、范围，每一级传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。动的传动比宜在其常用范围内选取，一般不应超过。（2 2）一级传动的传动比如果过大，其外廓尺寸将会很大，）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。宜分成两级传动或多级传动。 （3 3）对于减速的多级传动，按照）对于减速的多级传动，按照“前小后大前小后大”的原则分配的原则分配传动比有利于减轻减速器质量，即当总传动比传动比有利于减轻减速器质量，即当总传动比 时时，取，取 （此处（此处 、 、 依次表示由高速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

11、的差值不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。要太大。 kii ii 21kiii 211i2iki （4 4）为了润滑简便，在两级卧式圆柱齿轮减速器中，应按照）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。深些）的条件进行传动比分配。 5保证机器安全运转保证机器安全运转 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，必止

12、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。保护装置。6 6考虑经济性要求考虑经济性要求 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。进行综合考虑，使传

13、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，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。充分发挥各门技术的优势，使设计的方案更为完善、经济。 传动类型的选择传动类型的选择1、传动的类型和特点、传动的类型和特点 （1）机械传动）机械传动 （2）液压、液力传动）液压、液力传动 （3）气压传动）气压传动 （4）电气传动）电气传动2、传动类型的选择、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机械传动类型的选择关系到

14、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。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）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。）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。）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）对机械传动系统的性能、尺寸、重量和安装布置的要求。置的要求。

15、 4）工作环境（例如高温、低温、潮湿、粉尘、腐）工作环境（例如高温、低温、潮湿、粉尘、腐蚀、易燃、防爆等）的要求。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、）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。使用寿命、传动效率等）的要求。 （2）机械传动系统选择的原则）机械传动系统选择的原则 1）简化传动环节）简化传动环节 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。行机构的输入

16、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。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。的机械传动装置。 2） 提高机械传动效率提高机械传动效率 a.对

17、高速、大功率、长期工作的工况，应选用承对高速、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。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、多级齿轮传大的工况，可采用单级蜗杆传动、多级齿轮传动、带动、带-齿轮传动、带齿轮传动、带-齿轮齿轮-链传动等多种方案，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并进行分析比较，从中选择综合性能较好的方案。案。 c.传动比较大时，应优先选用结构传动比较大时，应优先选用结构 紧凑的紧凑的蜗杆传动和行星齿轮传动，原动机输出

18、轴和执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；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。中心距较大时，可采用带传动或链传动。3 3）确保机械系统安全运转。）确保机械系统安全运转。 传动链的方案设计传动链的方案设计 1、传动机构顺序的合理安排、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，）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。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）链传动由于瞬时传动比不断变化，致使运动不均匀，有冲

19、击，故不宜用于高速级，应布置在低速级。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、）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。小功率和间歇运转的场合。 4）锥齿轮的加工困难，特别是大模数锥齿轮，因此只在需）锥齿轮的加工困难，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。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）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，常用在高

20、速级或要求传动平稳的场合。要求传动平稳的场合。 6 6）开式齿轮传动的工作环境较差，润滑条件不好，磨损较）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。严重，寿命短，应布置在低速级。 2、各级传动比的分配、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）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。其结构紧凑。 2）分配各种形式的传动比时，应注意使各）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，不会造成互相传动零件尺寸协调，结构匀称合理，不

21、会造成互相干涉碰撞。干涉碰撞。 3）当传动链较长、传动功率较大时，应使）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，使较少数量的传动在低速下工作。减速，使较少数量的传动在低速下工作。 4 4）对于两级或多级齿轮减速器，传动比的合理）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传动系统方案设计过程 1） 确定传动系统的总传动比

22、。确定传动系统的总传动比。2） 选择传动类型。选择传动类型。3） 拟定传动链的布置方案。拟定传动链的布置方案。4） 分配传动比。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，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、强度计算和传动级传动装置的结构设计、强度计算和传动 系统系统方案评价提供依据和指标。方案评价提供依据和指标。6 6） 绘制传动系统运动简图。绘制传动系统运动简图。18.4 机械传动系统方案设计实例机械传动系统方案设计实例例一：例一：六种剪铁机实现活动刀口开合运动传

23、动方案，六种剪铁机实现活动刀口开合运动传动方案，如图，刀剪每分钟摆动如图，刀剪每分钟摆动23次，电机功率次，电机功率7.5kW,电机电机转速转速720r/min。试比较各传动方案。试比较各传动方案。解：工作轴转速解：工作轴转速nw=23r/min（亦即活动刀剪每分亦即活动刀剪每分钟往复摆动次数）钟往复摆动次数）总传动比：总传动比：4 .3123720wmnni方案一：好，高速级用带传动，能够缓冲吸振、过载方案一：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。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，需加飞轮成方案四：不好，蜗杆效率低，不能缓冲，需加飞轮成 本高。本高。方案五：不好，方案五：不好，V带不易放在低速级。带不易放在低速级。方案六：好，与方案一相比，飞轮效果差。方案六：好，与方案一相比，飞轮效果差。例二：例二：如图为如图为一提式悬挂输一