第四章传动系统设计

第四章

传动系统设计机械系统设计目录传动系统概述分级变速传动系统设计分级变速的特殊设计无级变速传动系统设计传动系统结构设计4.1传动系统概述机械系统的传动是将动力源或某个执行系统（执行件）的速度、力矩传递给执行件，使该执行件具有某种运动和出力的功能。动力系统执行系统4.1传动系统概述传动链—传动件将动力源与执行件有机的结合起来，构成传动关系的相互联系，通常称为传动链。传动链的作用：将动力系统提供的运动和动力，经过变换后传递给执行系统，以满足执行系统的工作要求4.1传动系统概述外联传动链—传动链两端件之间无严格的传动比要求的传动链。主要保证：运动和动力的传递。内联传动链—传动链两端件之间有严格的传动比要求的传动链。主要保证：传动的准确性。4.1传动系统概述传动系统的主要功能(1)实现从动力源到执行件的升、降速功能(2)实现执行件的变速功能(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)实现从动力源到执行件的动力转换功能作用：传递和转换速度与力矩。传动链外联传动链：速度、动力内联传动链：速度、动力和精度4.1.2传动系统分类与组成机械传动装置分类有级变速无级变速速度可变速度恒定机械无级变速液压无级变速电气无级变速滑移齿轮变换齿轮交换皮带轮速度机械传动装置举例独立驱动传动系统龙门起重机运动简图曲柄压力机传动系统数控机械传动系统装配机器人传动原理立式加工中心传动系统集中驱动传动系统－－执行件间有严格的传动比要求集中驱动传动系统－－各执行件间运动有顺序或协调要求电阻压帽自动机传动系统变速装置起停和换向装置4.1.3传动系统组成制动装置安全保护装置（一）变速装置变换齿轮变速滑移齿轮变速离合器变速啮合器变速其它变速方式变换齿轮变速特点：结构简单、轴向尺寸小。缺点：更换齿轮费时费力，刚性和润滑条件差。滑移齿轮变速特点：传递较大的转矩和较高的转速，变速方便，空载功率损失小。缺点：不能运动中变速，传动平稳性差。离合器变速牙嵌式离合器齿轮式离合器摩擦片式离合器啮合器变速普通啮合同步啮合器先同步后变速，变速平稳。广泛用于汽车、叉车、挖掘机等行走机械的变速箱中。（二）起停和换向装置考虑因素工况：动力源换向、起停的频度内燃机电动机直接起停和换向采用离合器摩擦离合器液力偶合器基本要求：方便省力、安全可靠、结构简单，并能传递足够的动力。钢球压紧式摩擦离合器齿轮－摩擦离合器换向机构齿轮换向机构惰轮轴布置方案（三）制动装置电气制动：机械制动：电动机反接制动。非摩擦式摩擦式闸带式外抱块式盘式内张蹄式磁涡流式磁粉式水涡流式闸带式制动器结构简单、轴向尺寸小，操纵方便；单向力作用，制动带磨损不均匀。适用于中小型机械。制动装置的设计工作可靠、操纵方便、制动迅速平稳、结构简单、磨损小、散热好。制动器与离合器必须互锁；高速轴合理确定安装位置：变速范围小的轴靠近执行件基本要求：（四）安全保护装置销钉安全联轴器钢珠安全离合器摩擦安全离合器依靠连接件的折断、分离和打滑来停止或限制转矩的传递。销钉安全联轴器设置传动链的薄弱环节钢珠安全联轴器过载打滑摩擦安全联轴器4.1.3传动系统常用机构

齿轮机构连杆机构凸轮机构螺旋机构4.2传动系统的运动设计普通车床的主传动系统图三个传动组：

三对传动副

两对传动副

两对传动副I,II,III,IV分别有1，3，6，12个转速。轴线转速线转速点传动线转速图转速线转速线是一组间距相等的水平线，用它来表示转速的对数坐标。相邻转速间的比值相等，即公比:例题中12级主轴转速：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400r/min.传动线传动线是指轴线间转速点的连线，它表示相应传动副及其传动比值。传动线的倾斜方向和倾斜程度分别表示传动比的升降和大小。转速图三线一点：轴线、转速线、转速点、传动线表示了轴数、主轴及传动轴的转速级数、转速值及其传动路线、变速组组数及传动顺序、各变速组的传动副数及传动比值。转速图原理—传动比分配方程（1）1）基本组变速组a中有三对传动副，它们的传动比分别为：传动比分配方程：常规变速系统－扩大顺序2）扩大组变速组b中有两对传动副，它们的传动比分别为：X1＝3为第一扩大组的级比指数。它等于基本组的传动副数P0，在转速图上表现为相邻传动线间隔为3格。X2＝6为第二扩大组的级比指数。X2=p0xp1Xi完全代表了这个变速组的性质。变速范围设计原则在设计机床的变速系统时，降速传动中应使最小传动比升速传动中，应使最大传动比主传动链任一变速组的变速范围应满足变速范围：结构网结构网就是将结构式表示的内容用类似转速图的线图表示。常用结构式或结构网进行方案对比。结构式变速组的传动副pi和级比指数xi是它的基本参数。传动结构式：按运动的传递顺序将表示每个变速组的两个基本参数写成乘积的形式。传动方案可以多种排列次序：三转速图的拟定运动设计主要内容：1）确定输出转速数列2）确定传动组数和传动副数3）确定结构式或结构网4）画转速图三转速图的拟定转速图拟定的一般原则1）前多后少2）前密后疏3）升2降44）前慢后快四、转速图的拟定举例欲设计某机械设备的主传动系统。已知：输出的最高转速nmax=1400r/min，最低转速nmin=31.5r/min，级数Z=12，输出转速公比φ=1.41，试拟定转速图。设计结构网时的考虑因素：(1)极限变速范围；(2)扩大顺序绘制转速图时的原则：抓两端，连中间转速图的拟定举例（1）前述普通车床的主传动系统运动设计。1）确定转速系列（根据设计要求）2）定传动组数和传动副数将主轴转速级数分解，得到可能的方案：12＝4x312=3x412=3x2x212=2x3x212=2x2x3一般将传动副数多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸的零件多，节省材料、结构紧凑。即“前多后少”原则。转速图的拟定举例（2）3）写传动结构式或画结构网安排扩大顺序，即哪个为基本组，哪个为扩大组。校核变速范围；选择中间轴变速范围最小的方案；扩大顺序尽量与传动顺序一致。转速图的拟定举例（3）4）选电动机转速n0成本低、易购买；电动机同步转速与主轴最高转速接近。5）定中间轴转速在升速与降速范围内，分配各传动组的传动比，确定中间轴的转速。“前慢后快”原则；从后向前递推较为方便。五

齿轮齿数的确定（1）齿数和不宜过大Z<100,避免结构增大避免根切；小齿轮齿根至键槽底部应具有足够的厚度;a≥2m（2）最小齿数不能过小（3）转速误差合理（4）三联滑移齿轮，最大和次大齿数差大于4五

齿轮齿数的确定传动组内相同模数齿轮的齿数确定---计算法五

齿轮齿数的确定例：有一三联滑移齿轮传动组，3个齿轮副的传动比分别为i1=1、i2=1/1.41、i3=1/2，试用计算法确定各齿轮的齿数。五

齿轮齿数的确定传动组内相同模数齿轮的齿数确定--查表法i5152606264666870727412630313233343536371.4125262930217202224五

齿轮齿数的确定传动组内不同模数齿轮的齿数确定计算转速传动件或执行件能够传递最大功率的最低转速

计算转速恒功率特性恒转矩特性功率扭矩特性计算转速执行轴的计算转速传动轴的计算转速齿轮的计算转速六齿轮布置与排列（1）1）滑移齿轮的轴向布置一般布置在主动轴上（降速传动时，主动轴齿轮小）；两个固定齿轮间距应大于滑移齿轮宽度＋间隙2）一个变速组内齿轮轴向位置一般采用窄式排列，以缩短轴向尺寸；3）两个变速组内齿轮轴向位置六齿轮布置与排列（2）无级变速传动系统简介电力无级变速：直流变速、交流变速流体无级变速：液力变矩器、液压变速机械无级变速采用摩擦传动机构实现无级调速无级变速传动系统简介--液力变矩器液力变矩器工作原理泵轮涡轮导轮锁止离合器HIVEC自动变速箱——液力变矩器机械无级变速机构正交轴无级调速R3d2ω1S312ω3相交轴锥盘环锥式无级传动12R2ASω1R3ω33OβT3

P3aθR2t滚锥平盘式无级传动ω1R3rbra132βT3

P3V2R1ω3钢球平盘式无级传动R1ω1R3ω31324aT3

P3ω2钢环分离锥盘式无级传动1R103钢环2ω1ω3R30T3

P3钢环分离锥盘式无级传动—实现原理图钢环分离锥盘式无级传动—CVT变速箱弧锥环盘式无级传动d1tω1ω3122'3Rδ0βOOaT3P