任务４　 机械传动装置的总体设计

任务４机械传动装置的总体设计子任务１传动方案分析子任务２电动机选择子任务３传动装置传动比计算与分配子任务４传动装置的运动和动力参数计算返回子任务１传动方案分析图４－１－１（ａ）所示方案中的宽度和长度尺寸较大，带传动不适用于繁重的工作要求和恶劣的工作环境，但若用于链式或板式输送机，可起到过载保护作用。图４－１－１（ｂ）所示方案虽然结构紧凑，但若在大功率和长期运转条件下使用，由于蜗杆传动效率低，功率损耗大，很不经济。图４－１－１（ｃ）所示方案的宽度尺寸小，适于在恶劣环境下长期连续工作，但采用圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难。图４－１－１（ｄ）所示方案与图４－１－１（ｂ）所示方案相比较，其宽度尺寸较大，输入轴线与工作机位置是水平的，适宜在恶劣环境下长期工作，且两方案的主要性能相近，但图４－１－１（ｄ）所示方案的宽度尺寸明显小于图４－１－１（ｃ）所示方案。评价传动方案的优劣应从多方面进行，在进行课程设计实训时，主要从传动机构的轮廓尺寸和主要机械性能这两方面进行比较。下一页返回子任务１传动方案分析分析和选择传动机构的类型是拟定传动方案的重要一环，通常应考虑机器的动力、运动和其他要求，再结合各种传动机构的特点和适用范围，分析比较，合理选择。为便于选型，我们将常用传动机构的主要性能及适用范围列于表４－１－１，常用减速器的形式、特点及其应用列于表４－１－３。在拟定传动方案时，应注意由几种传动形式组成多级传动时的传动顺序布置，常考虑以下几点：（１）带传动平稳性好、能缓冲减振，但承载能力较小，因此宜布置在传动系统的高速级。（２）链传动运转平稳性差，有冲击，不适于高速传动，宜布置在低速级。上一页下一页返回子任务１传动方案分析（３）蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑、传动平稳，但效率较低，适用于中、小功率且间歇运转的场合。当它与齿轮传动组合应用时，最好布置在高速级，使其传递的扭矩较小以减小蜗轮尺寸。对于传递动力且连续工作的场合，应选择多级齿轮传动来实现大传动比。（４）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动更好，承载能力大，常用在高速级或要求传动平稳的场合。（５）圆锥齿轮加工较困难，只有在需要改变轴的布置方向时才采用。锥齿轮宜放在高速级。（６）开式齿轮传动的润滑条件差，磨损严重，应布置在低速级。（７）其他机构如螺旋传动、连杆机构、凸轮机构等改变运动形式的机构应放在传动系统的最后一级，且常为工作机的执行机构。上一页返回子任务２电动机选择４.２.１选择电动机的类型和结构形式电动机有交、直流之分，一般工厂都采用三相交流电，因而选用交流电动机。交流电动机分为异步电动机和同步电动机两种，异步电动机又分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。目前应用较广的是一般用途的Ｙ系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，该电动机结构简单、启动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体及无特殊要求的场合，如金属切削机床、输送机、风机、农业机械、食品机械等。下一页返回子任务２电动机选择在经常启动、制动和反转的场合（如起重机等），则要求电动机转动惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用ＹＧ型（鼠笼型）或ＹＺＲ型（绕线型）三相异步电动机。为适应不同的输出轴要求和安装需要，电动机机体又分为多种安装结构形式。根据不同的防护要求，电动机结构还分为开启式、防护式、封团式和防爆式等几种。电动机的额定电压一般为３８０Ｖ。４.２.２选择电动机的容量电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，则不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，载荷能力不能充分发挥，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，同时增加了电能消耗，造成很大浪费。上一页下一页返回子任务２电动机选择电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。课程设计中，传动装置的工作条件一般是在不变（或变化很小）的载荷下长期连续运行，要求所选电动机的额定功率Ｐｅｄ不小于所需的电动机的工作功率Ｐｄ，电动机在工作时就不会过热，通常无须校验发热和启动力矩。所需电动机功率为上一页下一页返回子任务２电动机选择不同专业机械的ＰＷ有不同的计算方法，例如：带式输送机螺旋输送机电动机至工作机之间的传动装置的总效率ηΣ

按下式计算：上一页下一页返回子任务２电动机选择计算总效率时，应注意以下各点：（１）各运动副或传动副效率的概略值，可参见表４－１－２。表中数值是效率的范围，情况不明确时可取中间值。如果工作条件差、加工精度低、维护不良，应取低值，反之则取高值。（２）动力每经过一个传动副或运动副，就发生一次损失，故在计算效率时，不要遗漏。（３）轴承的效率均是对一对轴承而言。（４）蜗杆传动的效率与蜗杆头数、材料、润滑及啮合参数等诸多因素有关。初步设计时，可根据初选的头数，由表４－１－２估计一个效率值，待设计出蜗杆、蜗轮的参数和尺寸后，再计算效率和验算传动功率。上一页下一页返回子任务２电动机选择４.２.３确定电动机的转速同类型、同额定功率的电动机有多种转速可供选用，例如，三相异步电动机常用的同步转速有３０００ｒ／ｍｉｎ、１５００ｒ／ｍｉｎ、１０００ｒ／ｍｉｎ及７５０ｒ／ｍｉｎ四种。同步转速越低，其极数也就越多，而外廓尺寸及重量就越大，故价格越高，但这可以使传动装置总传动比及尺寸减小。同步转速高时则情况相反。因此应全面分析比较其利弊之后再选定电动机转速。按照工作机转速要求和传动机构的合理传动比范围，可以推算电动机转速的可选范围，即：上一页返回子任务３传动装置传动比计算与分配传动装置的总传动比可根据电动机的满载转速ｎｍ和工作机轴的转速ｎＷ，由算出，然后将总传动比合理地分配给各级传动。总传动比等于各级传动比的连乘积，即ｉ＝ｉ１·ｉ２·…·ｉｎ要做到较合理地分配传动比应注意以下几点：（１）各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选择（参见表４－１－１）。（２）传动装置中各级传动间应尺寸协调、结构匀称。例如，在由带传动和单级齿轮减速器组成的双级传动中，带传动的传动比不宜过大，一般应使ｉＶ带≤ｉ齿轮，这样可使传动装置的结构较为紧凑。当带的传动比过大时，大带轮的外圆半径大于减速器的中心高Ｈ，会造成安装困难（例如有时需将地基挖坑），如图４－３－１所示。下一页返回子任务３传动装置传动比计算与分配（３）各传动件彼此不发生干涉碰撞。例如，在双级圆柱齿轮减速器中，若高速级传动比过大，可能会使高速级的大齿轮顶圆与低速级大齿轮的轴相碰，如图４－３－２所示。传动比分配不当，也会使滚筒与开式齿轮传动的小齿轮轴发生干涉，如图４－３－３所示。（４）应使各级大齿轮浸油深度合理（低速级大齿轮浸油稍深，高速级大齿轮能浸到油），为此应使两大齿轮的直径接近。通常在展开式二级圆柱齿轮减速器中，低速级中心距大于高速级中心距，因此为使两大齿轮的直径接近，应使高速级传动比大于低速级传动比。上一页返回子任务４传动装置的运动和动力参数计算在计算各轴的功率、转速和转矩时应注意以下几点：（１）各轴的转速可根据电动机的满载转速及传动比进行计算。（２）各轴的功率和转矩均按输出处计算。有两种计算方法，其一是按工作机需要电动机实际输出的功率计算；其二是按电动机的额定功率计算。前一种方法的优点是设计出的传动装置结构尺寸较为紧凑；而后一种方法，由于一般所选定的电动机额定功率Ｐｅｄ略大于工作机需要电动机实际输出的功率Ｐｄ，故根据Ｐｅｄ计算出的各轴功率和转矩较实际需要的大一些，设计出的传动零件的结构尺寸也较实际需要的大一些，因此在生产中，传动装置的承载能力具有一定的潜力。下一页返回子任务４传动装置的运动和动力参数计算（３）由于轴承功率损耗的存在，同一根轴的输入功率（或转矩）与输出功率（或转矩）数值是不同的，通常仅计算轴的输出功率和转矩。计算时，将传动装置中各轴从高速到低速依次定为Ⅰ轴、Ⅱ轴……（电动机外伸轴为０轴），相邻两轴间的传动比为ｉⅠⅡ，ｉⅡⅢ，...，相邻两轴间的传动效率为ηⅠⅡ，ηⅡⅢ，...，各轴的输入功率为ＰⅠ，ＰⅡ，...，各轴的转速为ｎⅠ，ｎⅡ，...，各轴的输入转矩为ＴⅠ，ＴⅡ，...，