东南大学高等机械设计

1、研究生课程考试成绩单（试卷封面）院 系机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名魏延宾学号 220140207课程名称高等机械设计授课时间2014年 9 月 至 2014年 10 月周学时6学分2简要评语考核论题分级变速传动系统设计总评成绩（含平时成绩）备注任课教师签名： 日期： 注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。3. 学位课总评成绩以百分制计分。分级变速传动系统设计机械系统的预期功能由各执行构件完成，而各执行件在工作中所需要的运动和动力由动力部件（简称动力源）经过一系列的传动零部件

2、来提供这些传动件将动力源与执行部件有机结合起来，构成传动关系的相互联系，通常称为传动链。1.1传动系统概述1.1.1传动系统的功能和要求传动系统就是联系动力系统和执行系统的中间环节，是机械系统的重要组成部分，它将动力系统所提供的运动和动力，经过变换后传递给执行系统，以满足执行系统的工作要求。1.传动系统的功能由于动力源的性能一般不能直接满足执行部件的工作要求，这就需要借助传动系统来完成，传动系统的主要功能有以下几个方面。（1） 实现从动力源到执行部件的升、降速功能。（2） 实现执行件的变速。（3） 实现执行件运动形式和运动规律的变化功能。（4） 实现对不同执行件的运动分配功能。（5） 实现从动

3、力源到执行件的动力转换。2. 传动系统的基本要求由于机械系统的功能、性能和适用场合的不同，对其传动系统的要求有很大差别。在进行传动系统设计时，要综合考虑与传动系统有关的各方面因素。（1） 满足运动要求。要能够是实现运动形式的变换、运动的合并或分离以及升降速和变速。（2） 满足动力要求。为执行件传递所需要的功率和扭矩，具备较高的传动效率。（3） 满足性能要求。传动系统的各执行件要具有足够的强度、刚度精度和抗振性以及较小的热变形特性。（4） 满足经济型要求。在满足运动、动力和性能要求的前提下，尽量使其结构简单紧凑、传动件数目少，以节省材料，降低成本。 1.1.2传动系统类型1. 分级变速传动系统

4、分级变速是指传动链执行件的输出速度在一定范围内分级变化，即在变速范围内输出一组速度值。（1） 集中传动。指将传动链中全部传动件和执行件集中在同一箱体内的传动形式。如图1-1所示为集中传动分级变速系统，这个传动系统的各滑移齿轮、固定齿轮、传动轴、轴承等传动件和执行件等都集中在一个箱体内，集中传动的主要优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。但由于所有传动件都集中在一个箱体内，传动件在运转过程中产生的振动会直接影响执行件运转的平稳性，传动件产生的热量也会使执行件产生热变形，影响执行件的工作精度。这种传动形式通常适用于结构紧凑、精度要求不高的机械系统。 图1-1 图1-2（2） 分离传动。

5、指将传动链中大部分传动件安装在远离执行件的单独箱体内的传动形式，即变速部分与执行件分开。如图1-2.分离传动实现了传动件与执行件的分离，其主要优点是：变速箱内各传动件所产生的振动和热量不能直接传递给执行件，从而减少执行件的振动和热变形，有利于提高机械系统的精度。但分离传动结构分散，不利于集中操纵，安装和调整也不够方便。2. 无极变速传动系统无极变速是指传动链执行件的速度在一定范围内能够连续变化，即在变速范围内可以输出连续变化的速度。有机械无极变速、液压无极变速、电气无级变速。3. 定比传动系统1.1.3传动系统的组成1. 变速装置变速装置的作用是改变动力机的输出速度和转矩以适用执行系统的工作需

6、要。变速装置应满足下列基本要求：（1） 满足变速范围和变速级数的要求。（2） 能传递足够的功率或扭矩，且效率较高。（3） 体积小、重量轻，结构简单。（4） 工艺性（加工、装配、检测和维修等）好，润滑和密封良好。 图1-3 移齿轮变速装置图1-3所示为6级滑移齿轮变速装置。电动机经定比传动Z1/Z2传动至轴I，轴I和轴III上分别装有三联滑移齿轮块和双联滑移齿轮块通过改变轴I-轴II之间的齿轮啮合和轴II-轴III之间的齿轮啮合的位置，轴III可以得到3×2=6种转速。2. 启停和换向装置启停和换向装置的作用是用来控制执行件的启动、停车以及改变运动方向。不同种类的机械对启停和换向装置的

7、使用要求不同，一般有三种工作状态：其一是不需要频繁启停且无换向要求；其二是需要换向但不频繁；其三是启停和换向都很频繁。启停换向装置的基本要求有以下两个方面：（1） 操作方便省力，并能传递足够的动力。（2） 机构简单，安全可靠。1-左螺母；2-弹簧销；3-左顶套；4-钢球；5-锥面固定套；6-右顶套；7-右螺母；8-花键轴I；9-圆销轴；10-操纵套筒；11-外摩擦片；12-内摩擦片；13-止动垫片 图1-4齿轮-摩擦离合器换向装置3. 制动装置制动装置的作用就是使执行件的运动能迅速停止。由于运动构件具有惯性，当启停装置断开后，运动构件不能立即停止，而是逐渐减速直到停车。运动构件的转速越高，惯性

8、越大、摩擦阻力越小，则停车时间也就越长。为了节省辅助时间，应安装制动装置。要求有以下三个方面：（1） 操纵方便省力，工作可靠，制动平稳迅速；（2） 结构简单，尺寸小；（3） 耐磨性高，散热好。图3-5所示为带式制动器，它由控制杆1、控制杆2、制动带3、制动盘4和调节螺母5等部分组成。图3-5 带式制动器4. 安全保护装置传动系统中的安全保护装置，主要是对传动系统内的各传动件起着安全保护作用，避免因机械过载或者操纵者的误动作而损坏机件。图3-6钢球式安全离合器1.2分级变速传动系统设计分级变速传动系统是机械系统中最常用的传动形式之一，是变速传动系统设计的基础。1.2.1转速图图3-7（a）所示为

9、12级变速的传动系统图，其输出转速为31.5r/min、45r/min、63r/min、90r/min、125/min、180r/min、250/min、31.5r/min、355r/min、500r/min、710r/min、1000/min、1400r/min，公比=1.41，电动机转速为1440r/min。这个传动系统内共有5根轴，其中IV为输出轴。轴I与轴II之间为传动组a，轴II与轴III之间为传动组b，轴III与轴IV之间为传动组c。传动系统图具有清晰直观的特点，它可以清晰的看出传动系统的总体构成。但由于从传动系统图中不能直接看出输出轴的各级转速值，且绘制较麻烦，因此传动系统图的应

10、用受到一定限制。图3-7（b）所示为上述12级变速的传动系统对应的转速图，它的绘制要比传动系统图简单。转速图不仅可以表示出传动系统图要表达的内容，还可以清楚地看出其输出的转速范围以及得到各级转速所经过的传动路线。图3-7 12级变速传动系统1. 转速图的含义（1） 轴线。轴线代表各传动轴，用距离相等的一组竖直细实线表示。轴线之间的距离不代表各轴间的中心距。（2） 转速线。转速线代表各轴和传动件可能得到的转速，用距离相等的水平细实线表示。相邻转速线之间的间隔距离为lg，为简单起见，可以省略对数符号。（3） 转速点。转速点代表各轴得到的转速，用圆圈或者黑点表示。（4） 传动线。传动线表示各个传动副

11、的传动比，用两轴之间的粗实线表示。如果传动线从左向右向下倾斜，表示降速传动；如果传动线从左向右向上倾斜，表示升速传动；当传动线为水平线时，表示等速传动。轴I的转速为轴I与轴II有传动组a，其传动比分别为在转速图上表现为轴I与轴II之间有三条传动线，分别为水平、降一格、降两格。轴II与轴III有传动组b，其传动比分别为轴III与轴IV之间有传动组c，传动比分别为2. 转速图表达的内容（1） 各级输出转速的传动路线（2） 传动组数和每个传动组内的传动副数。从转速图中可以清楚地看出：共有三个传动组a，b，c。每个传动组内的传动副数分别是3，2,2，即共有3X2X2=12.（3） 传动组的级比指数 级

12、比：同一传动组内相邻两个传动副传动比之比。 级比指数：是指同一传动组内相邻两个传动副传动比之比的指数值（4） 基本组和扩大组基本组：指级比指数等于1的传动组。在一个传动系统中一般总会有一个基本组。示例中，传动组a的级比指数等于1，即传动组a为基本组。在转速图上看，传动组a内相邻的传动线之间的开口为1格，这是基本组的特征。扩大组：级比指数大于1的传动组。1.2.2结构网和结构式1. 结构网。结构网可以看成一个简化的转速图，它只表示各传动组内传动比的相对关系，而不表示转速值得大小和各传动副的传动比值。2. 结构式。结构网表达直观、易于理解，但绘制较为麻烦。可以用简单的结构式代替结构图，结构式的一般

13、书写形式：Z为系统的转速指数；3-7所示的结构网写成结构式：在输出转速无连续重复的情况下，按扩大顺序后一传动组的级比指数等于前一传动组的传动副数与级比指数的乘积1.2.3转速图的拟定1） 前多后少原则：在一个传动链的各传动组中，应尽量使得按传动顺序在前面的传动组内的传动副数多，而后面的传动组内的传动副少。符合前多后少原则，而不符合。2） 前密后疏原则：尽可能的是传动顺序在前面的传动组的级比指数小（结构网密），后面传动组内的级比指数大（结构网稀疏）。 图3-8 两种18级转速比较3） 升2降4原则：在升速传动的传动副的传动比不要大于2，降速传动的传动副的传动比不要小于1/4.4） 前快后慢原则：在确定转速图的各轴转速时，应使前面传动轴的最低转速尽可能高一些，把降速传动比较