机械传动系统设计

第15章机械传动(jīxièchuándònɡ)系统设计精品资料第15章机械传动系统(xìtǒng)设计§15.5机械(jīxiè)创新设计简介§15.4计算机辅助设计简介§15.3传动系统的运动和动力计算

§15.2机械传动系统方案设计

§15.1概述

精品资料§15.1概述(ɡàishù)15.1.1传动系统的功用机器组成:原动机、传动系统和工作机原动机:完成工作任务的动力来源，最常用的是电动机。工作机:直接完成生产任务的执行装置，可以(kěyǐ)通过选择合适的机构或其组合来实现。传动系统:把原动机的运动和动力转化为符合执行机构需要的中间传动装置精品资料§15.1概述(ɡàishù)15.1.1传动系统的功用原动机的运动和动力与工作机所要求的差距，主要表现在：（1）工作机所需的速度、转矩与原动机提供的不一致；（2）原动机的输出轴通常只作匀速单方向回转运动，而工作机所要求的运动形式往往(wǎngwǎng)是多种多样的;（3）很多工作机在工作中需要变速，如果采用调整原动机速度的方法来实现往往(wǎngwǎng)很不经济，甚至难以实现；（4）某些情况下，需要一个原动机带动若干个装置并输出不同的运动形式和速度。精品资料§15—1概述(ɡàishù)15.1.2常用机械传动的类型及主要(zhǔyào)特性摩擦传动啮合传动推压传动根据传力原理机械传动分类根据结构形式机械传动分类直接接触传动有中间传动件的传动传动类型传动效率单级传动比圆周速度m/s外廓尺寸相对成本主要性能特点啮合传动直接接触齿轮传动0.92～0.96(开式)0.96～0.99(闭式)≤3～5(开式)≤7～10(闭式)≤5≤200中小中瞬时传动比恒定，功率和速度适应范围广，效率高，寿命长蜗杆传动0.4～0.45(自锁)0.7～0.92(不自锁)8～8015～50小高传动比大，传动平稳，结构紧凑，可实现自锁，但效率低螺旋传动0.3～0.6(滑动螺旋)≥0.9(滚动螺旋)高、中低小中传动平稳，能自锁，增力效果好有中间件链传动0.9～0.93(开式)0.95～0.97(闭式)≤5（8）5～25大中平均传动比准确，可在高温下工作，传动距离大，高速时有冲击和振动齿形带传动0.95～0.98≤1050(80)中低传动平稳，能保证恒定传动比摩擦传动直接接触摩擦轮传动0.85～0.95≤5～7≤15～25大低过载打滑，传动平稳，可在运转中调节传动比有中间件带传动0.94～0.96(平带)0.92～0.97(V带)≤5～75～25（30）大低过载打滑，传动平稳，能缓冲吸振，传动距离大，不能保证定传动比推压传动直接接触凸轮机构低中、低小高从动件可实现各种运动，高副接触磨损较大有中间件连杆机构高中小低结构简单，易制造，耐冲击，能传递较大的载荷，可远距离传动精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.1传动路线(lùxiàn)的选择根据能量从原动机到工作机之间的传递型式不同，传动路线可分为单流传动、分流传动和汇流传动三种基本形式a.单流传动b.分流传动精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.1传动(chuándòng)路线的选择c.汇流传动精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.2传动机构(jīgòu)类型的选择1.小功率宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动，以降低制造费用；2.大功率宜优先选用传动效率高的传动，以节约能源、降低生产费用；3.速度低、传动比大时，可选用单级蜗杆传动、多级齿轮传动、带—齿轮传动、带—齿轮—链传动等多种方案，需要综合分析比较，选出合适的传动方案；选择的基本原则精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.2传动机构类型(lèixíng)的选择4.工作中可能出现过载的设备，宜在传动系统中设置一级摩擦传动，以便起到过载保护作用。但摩擦有静电发生，在易燃、易爆的场合，不能采用摩擦传动；5.工作环境恶劣、粉尘较多时，应尽量采用闭式传动，以延长使用寿命，或采用链传动；选择的基本原则精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.2传动机构类型(lèixíng)的选择6.生产批量较大时，应尽量选用标准的传动装置（如各种标准减速器），以降低成本，缩短制造周期；7.载荷经常变化、频繁换向的传动，宜在传动系统中设置一级具有缓冲、吸振功能的传动（如带传动）；8.传动的噪声要求严格控制时，应优先选用带传动、蜗杆传动、摩擦传动或螺旋传动。如需要采用其他传动机构，应从制造和装配精度、结构等方面采取措施，力求降低噪声。选择的基本原则精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.3传动(chuándòng)机构的布置顺序选择合理布置各机构的顺序考虑以下几方面：★

运转平稳，减小振动★

提高传动系统的效率★

结构简单紧凑，易于加工制造★

承载能力大，使用寿命长★

有利于传动系统润滑和密封★

无级变速的布置要合理精品资料§15.2机械传动(jīxièchuándònɡ)系统方案设计15.2.3传动机构的布置顺序(shùnxù)选择例15—1由电动机驱动的带式输送机的传递系统设计,试比较下列方案优劣（a）(b)(c)(d)精品资料§5.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算15.3.1传动方案的运动参数(cānshù)计算1．传动比分配串联传动系统的总传动比式中nd——原动机输出轴转速，r/min；

nw

——工作机输入轴转速，r/min；

i1、i2、…in

、——传动系统中的各级装置的传动比精品资料§15.3传动系统的运动和动力(dònglì)计算15.3.1传动(chuándòng)方案的运动参数计算1．传动比分配应考虑以下原则（1）各级传动比应在合理的范围内选取；（2）应使各级传动零件尺寸协调，结构匀称合理，不会产生干涉碰撞；（3）尽量减小外廓尺寸和整体重量。由同类传动机构组成的传动系统（如多级齿轮传动），分配传动比时，若为减速传动，一般应按传动比逐级减小的原则分配；反之，若为增速传动，应按逐级增大分配；（4）设计减速器时，应尽量使各级大齿轮直径接近相等，浸油深度大致相同（低速级大齿轮浸油稍深），以确保润滑良好。精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算15.3.1传动(chuándòng)方案的运动参数计算2．转速和线速度计算由传动比计算公式可得从动轴转速——主动轴转速，r/min。在选择润滑方式和齿轮精度选取时，需要计算传动零件的线速度，其计算公式为——传动零件计算直径，mm；——传动零件转速，r/min。精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算15.3.2传动系统的动力参数(cānshù)计算1.传动系统的总效率计算常用的单流传动系统的总效率为各环节效率的乘积，即——各传动机构、联轴器、每对轴承、齿轮副等的传动效率。表15—3为常用传动零件和装置的传动效率精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算15.3.2传动系统的动力参数(cānshù)计算1.传动系统的总效率计算——各传动机构、联轴器、每对轴承、齿轮副等的传动效率表15—3为常用传动零件和装置的传动效率传动零件传动效率一对滚动轴承（球轴承取大值）一对滑动轴承（液体摩擦取大值，润滑不良取小值）0.99～0.9950.97～0.995联轴器滑块联轴器齿轮联轴器弹性联轴器万向联轴器0.97～0.990.990.99～0.9950.95～0.98带式输送机0.94～0.96常用传动零件和装置的传动效率精品资料§15.3传动系统的运动和动力(dònglì)计算15.3.2传动系统的动力参数(cānshù)计算2.功率计算

传动系统中，对各传动零件进行工作能力计算时，均以其输入功率为计算功率。图为二级圆柱齿轮传动系统为例若已知该传动系统的输入功率或输出功率，设Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的输入功率分别为、则精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算15.3.2传动系统的动力参数(cānshù)计算3.转矩计算

计算各轴的输入功率和转速后，即可按下式计算各轴的转矩T/（N·m）精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算例15—2一带式输送机传动方案如图所示。已知输送带工作(gōngzuò)拉力kN，带速m/s，卷筒直径mm，卷筒传动效率；电动机额定功率=4.85kW，转速r/min。试计算该传动系统的运动和动力参数。精品资料§15.3传动系统的运动和动力(dònglì)计算解（1）传动比分配(fēnpèi)工作机转速总传动比

根据传动比的一般分配原则，取V带传动比为高速级齿轮传动比为

则低速级齿轮传动比为精品资料§15.3传动系统的运动和动力(dònglì)计算（2）计算(jìsuàn)各轴转速精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算（3）计算(jìsuàn)各轴功率工作机功率取一对滚动轴承效率为

齿轮啮合效率联轴器效率

V带传动效率

则各轴的输入功率为:精品资料§15.3传动系统的运动(yùndòng)和动力计算（4）计算(jìsuàn)各轴转矩精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介15.4.1计算机辅助设计(shèjì)

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign），简称为CAD，是人们利用计算机完成机械零件或产品设计中的计算、分析、模拟、制图、编制技术文件等工作。CAD的应用，可以极大地减轻设计者的劳动，缩短产品的设计开发周期，提高设计质量，使设计更加规范化、标准化、系列化。精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介15.4.2机械CAD中常用(chánɡyònɡ)数据的处理方法（1）程序化即在应用程序内对各种数表及线图进行查表、处理或计算。1）将数表中的数据或线图拟合成公式，则可用表达式或函数描述这些公式，实现设计资料的程序化。2）将数表或线图经离散化后按一维、二维或三维数组存入计算机，然后用查表、插值等方法检索所需数据。（2）按数据库存储将数表及线图中的数据按数据库的规定进行文件结构化，存放在数据库中，数据独立于应用程序，但又能为所有程序提供服务。精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介（１）一元(yīyuán)数表的程序化15.4.2机械CAD中常用数据的处理方法

1.数表的程序化

例：对于不同的轴径D，所选用的平键和键槽尺寸是不同的。平键和键槽尺寸（单位：mm）参数名称序号轴径d键宽b键高h程序变量名称ID（I）B（I）H（I）

数据12┆78>8～10>10～12┆>38～44>44～5034┆121434┆89精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介（１）一元(yīyuán)数表的程序化15.4.2机械CAD中常用数据的处理方法

开始初始化数表d[n]、b[n]、h[n]输入轴径Dd[0]<D<d[n]？显示出界信息结束d[i]<D≤d[i+1]?i=0i=i+1键宽B＝b[i]，键高H＝h[i]输出D，B，HYNYN精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介（2）二元列表(lièbiǎo)的程序化15.4.2机械CAD中常用数据的处理方法

例：对于不同的轴径，其轴肩的应力集中系数是不同的。r/dD/d6.03.02.01.501.201.101.051.031.021.010.040.100.150.200.250.302.591.881.641.491.391.322.401.801.591.461.371.312.331.731.551.441.351.302.211.681.521.421.341.292.091.621.481.391.331.272.001.591.461.381.311.261.881.531.421.341.291.251.801.491.381.311.271.231.721.441.341.271.221.201.611.361.261.201.171.14轴肩圆角处的理论应力集中系数α精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介（2）二元列表(lièbiǎo)的程序化15.4.2机械CAD中常用数据的处理方法

开始初始化数表d[m],r[n],a[m][n]理论应力集中系数赋初值A＝0.0输入待检索轴肩处D/d及r/dd[0]<D/d<d[m]?r[0]<r/d<d[n]?i=0D=d(i)?j=0显示出界信息显示出界信息i=i+1i≤m-1?NNYYYR=r(j)?输出A＝a[i][j]j≤n-1?j=j+1显示出错信息结束YYNNNYN精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介（3）列表(lièbiǎo)函数的插值15.4.2机械CAD中常用数据的处理方法

列表函数只能给出有限节点处的函数值，当自变量为两节点之间的某值时，就要用插值法求取函数值线性插值是通过两个已知点函数值构造一个一次函数式使其满足由解析几何得插值公式为：

精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介15.4.2机械CAD中常用数据(shùjù)的处理方法其程序流程图开始输入n,t,x[n],y[n]t>x[n-2]?t<x[2]?x[i]≤t≤x[i+1]?i=i+1i=n-1i=1i=i输出t,f按公式计算插值点t处函数值f结束YYYNNN精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介15.4.2机械CAD中常用(chánɡyònɡ)数据的处理方法2．数表和线图的公式化线图的程序化常用以下处理方法（1）一些由解析式制作成图表的，设法查找出原来的解析表达式

（2）在线图上选择合适的节点，将线图离散化为数表，再利用上述数表的程序化方法处理

（3）对于一些实验曲线，如果是直线、折线，则很容易建立它们的函数关系式（4）用曲线拟合的方法求出线图的经验公式，再将公式编入程序使用精品资料§15.4计算机辅助设计(shèjì)简介15.4.3CAD机械零件程序设计(chénɡxùshèjì)步骤简介机械零件程序设计的一般步骤：1.按设计过程画出程序框图

2.数表和线图的处理3.确定程序变量名称4.编写计算程序5.程序检查与调试6.输出设计结果

精品资料§15.5机械创新(chuàngxīn)设计简介15.5.1创新设计(shèjì)的含义创造（Creation）强调新颖性和独特性，而创新（Invovation）是创造的某种实现。

创造性思维具有以下特征：（1）开放性（2）求异性（3）非显而易见性

精品资料§15.5机械(jīxiè)创新设计简介15.5.2创新(chuàngxīn)设计方法确定课题的常用方法（1）智力激励法

该法在实施时分两步进行：1）准备2）开会会议的原则是：①自由思考②严禁评判③以量求质④结合改善创造发明的一般过程包括寻求课题、揭示实质和形成方案等三步

精品资料§15.5机械创新(chuàngxīn)设计简介15.5.2创新(chuàngxīn)设计方法确定课题的常用方法（2）缺点列举法就是挑毛病、找差距的方法对机械零件设计可以沿着以下思路寻找缺点：①功能性缺点；②原理性缺点；③结构性缺点；④材料及热处理性缺点；⑤制造工艺性缺点；⑥使用维修性缺点。精品资料§15.5