第十三章 机械传动设计

1、荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础第十三章第十三章 机械传动设计机械传动设计 荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础13.1 概概 述述 1、机械传动的概念、机械传动的概念 利用机械运动方式传递利用机械运动方式传递 运动和动力的机构。运动和动力的机构。2、机械传动的功用、机械传动的功用（1）将原动机的输出速度降低或增）将原动机的输出速度降低或增 高，以适合工作机的需要。高，以适合工作机的需要。（2）实现变速传动，以满足工作机的）实现变速传动，以满足工作机的经常变速要求。经常变速要求。（3）将原动机的输出的转矩，变换为）将原动机的输出的转矩，变换为工作机的转矩或力。工作机

2、的转矩或力。（4）将原动机输出的等速旋转运动，）将原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机所需要的、速度按某种规转变为工作机所需要的、速度按某种规律变化的旋转或其他类型的运动。律变化的旋转或其他类型的运动。（5）实现由一个或多个原动机驱动若）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。干个相同或不同速度的工作机。（6）受机体外形、尺寸限制，为了安）受机体外形、尺寸限制，为了安全与操作方便，工作机不宜与原动机直全与操作方便，工作机不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来连接。接连接时，也需要用传动装置来连接。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础二、常用传动机构及其特点二、

3、常用传动机构及其特点荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础 13.2 常用机械传动机构的选择常用机械传动机构的选择 1、实现运动形式的变换、实现运动形式的变换 原动件原动件的运动形式都是的运动形式都是匀速回转运动匀速回转运动，而，而工作机工作机构构所要求的运动形式却是多种多样的。传动机构所要求的运动形式却是多种多样的。传动机构可以将可以将匀速回转运动匀速回转运动转变为转变为移动、摆动、间歇运移动、摆动、间歇运动和平面复杂运动等动和平面复杂运动等各种各样的运动形式。下表各种各样的运动形式。下表为各种运动形式变换的常用机构。为各种运动形式变换的常用机构。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基

4、础机械设计基础运动形式变换运动形式变换基本机构基本机构其他机构其他机构原动运动原动运动从动运动从动运动连连续续回回转转连连续续回回转转变向变向平平行行轴轴同同向向圆柱齿轮机构（内啮合）圆柱齿轮机构（内啮合）带传动机构带传动机构链传动机构链传动机构双曲柄机构双曲柄机构回转导杆机构回转导杆机构反反向向圆柱齿轮机构（外啮合）圆柱齿轮机构（外啮合）圆柱摩擦轮机构圆柱摩擦轮机构交叉带（或绳、线）传动机构交叉带（或绳、线）传动机构反平行四杆机构（两长杆交叉）反平行四杆机构（两长杆交叉）相交轴相交轴锥齿轮机构锥齿轮机构圆锥摩擦轮机构圆锥摩擦轮机构交错轴交错轴蜗杆传动机构蜗杆传动机构交错轴斜齿轮机构交错轴斜齿

5、轮机构双曲柱面摩擦轮机构双曲柱面摩擦轮机构半交叉带（或绳、线）传动机构半交叉带（或绳、线）传动机构变速变速减速减速增速增速齿轮机构齿轮机构蜗杆传动机构蜗杆传动机构带传动机构带传动机构链传动机构链传动机构摩擦轮机构摩擦轮机构绳、线传动机构绳、线传动机构变速变速齿轮机构齿轮机构无级变速机构无级变速机构塔轮传动机构塔轮传动机构塔轮链传动机构塔轮链传动机构荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础运动形式变换运动形式变换基本机构基本机构其他机构其他机构原动运动原动运动从动运动从动运动连连续续回回转转间歇回转间歇回转槽轮机构槽轮机构非完全齿轮机构非完全齿轮机构摆摆动动无急回性质无急回性质摆动从动件

6、凸轮机构摆动从动件凸轮机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构（行程速度变化系数（行程速度变化系数K=1）有急回性质有急回性质曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构移移动动连续移动连续移动螺旋机构螺旋机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构带、绳、线及链传动机构中带、绳、线及链传动机构中挠性件的运动挠性件的运动往往 复复移移 动动无急回无急回对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构正弦机构正弦机构不完全齿轮（上下）不完全齿轮（上下）齿条机构齿条机构有急回有急回偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构间歇移动间歇移动不

7、完全齿轮与齿条机构不完全齿轮与齿条机构移动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构平面复杂运动平面复杂运动特定运动轨迹特定运动轨迹连杆机构（连杆运动连杆机构（连杆运动连杆上特定点连杆上特定点的运动轨迹）的运动轨迹）摆摆动动摆动摆动双摇杆机构双摇杆机构摩擦轮机构摩擦轮机构齿轮机构齿轮机构移动移动摇杆滑块机构摇杆滑块机构摇块机构摇块机构齿轮齿条机构齿轮齿条机构间歇回转间歇回转棘轮机构棘轮机构荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础2、实现运动转速（或速度）的变化、实现运动转速（或速度）的变化当需要获得较大的定传动比时，可将多级齿轮当需要获得较大的定传动比时，可将多级齿轮传动、带传动、蜗杆传动和链传

8、动等组合来满传动、带传动、蜗杆传动和链传动等组合来满足速度变化的需要。足速度变化的需要。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础3、实现运动的合成与分解、实现运动的合成与分解采用各种采用各种差动轮系差动轮系进行运动的进行运动的合成与分解合成与分解荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础4、获得较大的机械效益、获得较大的机械效益 根据一定功率下根据一定功率下减速增矩减速增矩的原理，通过减速传的原理，通过减速传动机构可以实现用较小驱动转矩产生较大的输动机构可以实现用较小驱动转矩产生较大的输出转矩，即获得较大的出转矩，即获得较大的机械效益。机械效益。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基

9、础机械设计基础13.3 机械传动的特性和参数机械传动的特性和参数 机械传动的机械传动的性能指标性能指标有两类：有两类：反映运动特性的参数：反映运动特性的参数： 转矩转矩、传动比传动比、变速范围等变速范围等反映动力特性的参数：反映动力特性的参数： 功率功率、转矩转矩、效率等效率等荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础1000FvP 功率功率传递功率传递功率P P，反映传动系统的，反映传动系统的传动能力传动能力。F F传递的圆周力，单位为传递的圆周力，单位为N N V V圆周速度，单位为圆周速度，单位为m/sm/s P P传递的功率传递的功率, ,单位为单位为kWkW当功率当功率P一定时

10、一定时, 圆周力圆周力F与圆周速度与圆周速度V成反比成反比。在各种传动中，在各种传动中，齿轮传动齿轮传动允许的允许的圆周力范围最大圆周力范围最大，传，传递的递的转矩转矩T T也最大。也最大。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础100060 ndvv圆周速度，单位为m/sn转速，单位为r/mind轮的参考圆直径 ,单位为mm2、圆周速度和转速圆周速度和转速荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础 在其他条件相同的情况下，提高圆周速度可以减小外廓尺寸。因此在较高的速度下进行传动是有利的。 对于挠性传动，限制速度的因素是离心力作用，它在挠性件中会引起附加载荷，并且减小其有效拉力。

11、 对于啮合传动，限制速度的主要因素是啮合元件进入啮合和退出啮合时产生的附加作用力，它的增大会使所传递的有效力减小。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础 为了获得大的圆周速度，需要为了获得大的圆周速度，需要提高主动件的转速或提高主动件的转速或增大其直径增大其直径。但是直径增大会使传动的外廓尺寸变大。但是直径增大会使传动的外廓尺寸变大。因此，为了维持高的圆周速度，因此，为了维持高的圆周速度，主要是提高转速主要是提高转速。 旋转速度的最大值受到啮合元件进入和退出啮合时的允许冲击力、振动及摩擦功的大小等因素的限制。 荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础传递的功率与转矩、转速的关

12、系为nPT9550T T传递的转矩，单位为传递的转矩，单位为NmNmP P传递的功率传递的功率, ,单位为单位为kWkWn n转速转速, ,单位为单位为r/minr/min荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础3、传动比传动比反映了机械传动增速和减速的能力。一般情况下，传动装置均为减速传动。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。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础4、功率损耗和传动效率 机械传动效率机械传动效率的高低表明机械的高低表明机械驱动功率的有驱

13、动功率的有效利用程度效利用程度，是反映机械传动装置性能指标的重，是反映机械传动装置性能指标的重要参数之一。要参数之一。 机械传动效率低，不仅功率损失大，而且损机械传动效率低，不仅功率损失大，而且损耗的功率产生大量的热量，必须采用散热措施。耗的功率产生大量的热量，必须采用散热措施。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础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 轮宽b有关其中影响最大的参数是中心距a。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础常用机械传动装置的主要指标及特点类 型传递功率（kW）速度（m/s）特 点圆柱齿轮传动300050承载能力和速度范围大，传动

14、比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，寿命长。制造安装精度要求高，噪声较大，成本较高。直齿圆柱齿轮可用做变速滑移齿轮；斜齿轮比直齿轮传动平稳，承载能力大。锥齿轮传动直齿1000曲齿1500040蜗杆传动开式750常用50滑动速度1550结构紧凑，传动比大，当传递运动时，传动比可达到1000，传动平稳，噪声小，可作自锁传动。制造精度要求较高，效率较低，蜗杆材料常用青铜，成本较高。闭式单级NGW行星齿轮传动6500高低速均可体积小，效率高，重量轻，传递功率范围大。要求载荷均衡机构，制造精度要求较高。普通V带传动1002530传动平稳，噪声小，能缓冲吸振；结构简单，轴间距大，成本低。外廓尺寸大，传动

15、比不恒定，寿命短。链传动（滚子链）20020工作可靠，平均传动比恒定，轴间距大，能适应恶劣环境。瞬时速度不稳定，高速是运动不平稳，多用于低速传动。摩擦轮传动200通常202550传动平稳，噪声小，有过载保护作用，传动比不恒定，抗冲击能力低，轴和轴承均受力大。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础13.4 机械传动的方案设计一、传动类型的选择传动类型很多，各种传动形式均有其优缺点，根据运动形式和运动特点选择几个不同的方案进行比较，最后选择较合理的传动类型。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础常用机械传动机构的运动及动力特性机构类型机构类型运运 动动 及及 动动 力力 特特

16、性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，故承载能力大，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，但行程不大。运动副为滚动兼滑动的高副，故不适用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，但效率低了，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，不适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，

17、可起安全装置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，比带传动承载能力大，传动工作时动载荷及噪声较大，在冲击振动情况下工作时寿命较短荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础定传动比传动的类型选择原则定传动比传动的类型选择原则 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，以降低传动功率的损耗。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。 传动效率 对于大功率传动，传动效率很重要。传动功率越大，越要采用效率高的传动类型。 传动比范围 不同类型的传动装置，最大单级传动比差别

18、较大。当采用多级传动时，应合理安排传动的次序。 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；对于交错轴之间的传动，可采用蜗杆传动或交错轴斜齿轮传动。两轴相距较远时可采用带传动、链传动；反之，可采用齿轮传动。 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 荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础二、传动顺序的布置原则如下：二、传动顺序的布置原则如下： 承载能力较小的承载能力较小的带传动带传动应布置在高速级，使之与原动机相连，应布置在高速级，使之与原动机相连，齿轮或其他传动布

19、置在带传动之后，这样既有利于整个传动系统的结构齿轮或其他传动布置在带传动之后，这样既有利于整个传动系统的结构尺寸紧凑、匀称，又有利于发挥带传动的传动平稳、缓冲减振和过载保尺寸紧凑、匀称，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。护的特点。 链传动链传动平稳性差，且有冲击、振动，不适用于高速传动，一般平稳性差，且有冲击、振动，不适用于高速传动，一般应将其布置在低速级。应将其布置在低速级。 根据工作条件选用开式或闭式齿轮传动。根据工作条件选用开式或闭式齿轮传动。闭式齿轮传动闭式齿轮传动一般布一般布置在高速级，以减小闭式传动的外廓尺寸、降低成本。置在高速级，以减小闭式传动的外廓尺寸、降

20、低成本。开式齿轮传动开式齿轮传动制制造精度较低、润滑不良、工作条件差，磨损严重，一般应布置在低速级。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。 传递大功率时，一般应采用传递大功率时，一般应采用圆柱齿轮圆柱齿轮。 在传动系统中，若有改变运动形式的机构，在传动系统中，若有改变运动形式的机构，如连杆机构、凸轮如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构机构、间歇运动机构等，一般将其设置在传动系统的最后一级。等，一般将其设置在传动系统的最后一级。 还应考虑各种传动机构的寿命和装拆维修的难易程度。还应考虑各种传动机构的寿命和装拆维修的难易程度。荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础

21、三、总传动比的分配三、总传动比的分配合理地将总传动比分配到传动系统的各种传动中，合理地将总传动比分配到传动系统的各种传动中，是传动系统设计的另一个重要问题。它直接影响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、润滑状态及工作传动装置的外廓尺寸、总重量、润滑状态及工作能力。能力。在多级传动中，总传动比与各级传动的传动比之在多级传动中，总传动比与各级传动的传动比之间的关系为间的关系为niiii 21荆楚理工学院荆楚理工学院机械设计基础机械设计基础下表列出了常用机械传动机构的下表列出了常用机械传动机构的单级传动比单级传动比推荐值。推荐值。 各级传动机构的传动比应尽量在推荐的范围内选取。各级传动机构的传动比应尽量在推荐的范围内选取。类型类型平带平带传动传动V V带带传动传动链传动链传动圆柱齿