第四章傳動系統(tǒng)設計_機械系統(tǒng)設計

1、第四章第四章 傳動系統(tǒng)設計傳動系統(tǒng)設計1 將將( (或某個執(zhí)行件或某個執(zhí)行件) )的速度、力矩傳遞的速度、力矩傳遞 給給( (或另一執(zhí)行件），使該執(zhí)行件具有或另一執(zhí)行件），使該執(zhí)行件具有 某種運動和出力的功能。某種運動和出力的功能。傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)外聯傳動鏈外聯傳動鏈內聯傳動鏈內聯傳動鏈傳動鏈傳動鏈一、傳動系統(tǒng)的類型一、傳動系統(tǒng)的類型 a a、按驅動機械系統(tǒng)的動力源按驅動機械系統(tǒng)的動力源分為：分為：、等，而電動機驅動又有交流異步電動機等，而電動機驅動又有交流異步電動機( (單、多速單、多速) )驅驅動，直流并激電動機、交流調速主軸電動機驅動，交、直動，直流并激電

2、動機、交流調速主軸電動機驅動，交、直流伺服電動機驅動，步進電動機驅動等。流伺服電動機驅動，步進電動機驅動等。 b b、按動力源驅動執(zhí)行件的數目按動力源驅動執(zhí)行件的數目分為：分為：、和和等。等。 c c、按傳動裝置按傳動裝置分為分為： 機械傳動裝置機械傳動裝置、液壓傳動裝置液壓傳動裝置、電氣傳動裝置電氣傳動裝置以及上述裝置的組合以及上述裝置的組合。 機械傳動機械傳動裝置裝置：和和兩兩類。類。 輸出輸出速度速度可變：可變：分為分為和和。 24.14.1、傳動系統(tǒng)的類型和組成、傳動系統(tǒng)的類型和組成1.1.無級變速傳動系統(tǒng)無級變速傳動系統(tǒng)是指執(zhí)行件的是指執(zhí)行件的( (或速度或速度) )在一定的范圍內在

3、一定的范圍內，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在系統(tǒng)運轉中變速，也便于實現自動化等系統(tǒng)運轉中變速，也便于實現自動化等。u 依靠摩擦力來傳遞轉矩；依靠摩擦力來傳遞轉矩；u 存在轉速損失，故不能用于調速精度高的場合；存在轉速損失，故不能用于調速精度高的場合；u 變速范圍小，通常為變速范圍小，通常為4 46 6，少數可達，少數可達10101515。 它的傳動平穩(wěn)它的傳動平穩(wěn) 運動換向沖擊小運動換向沖擊小 易于實現直線運動易于實現直線運動 3特點：特點：特點：特點：在在變速范圍內不能連續(xù)地變換，屬于有級變速變速范圍內不能連續(xù)地變換，屬于有級變速。2.2.有級

4、變速傳動系統(tǒng)有級變速傳動系統(tǒng) CA7620CA7620型液壓多刀半自動車床主傳動系統(tǒng)及轉速圖型液壓多刀半自動車床主傳動系統(tǒng)及轉速圖 4u傳遞的功率大傳遞的功率大u變速范圍寬變速范圍寬u傳動比準確傳動比準確u工作可靠工作可靠u有轉速損失有轉速損失特點：特點：3.3.固定傳動比的傳動系統(tǒng)固定傳動比的傳動系統(tǒng) 如果機械系統(tǒng)的執(zhí)如果機械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的行件要求以某一固定的轉速轉速( (速度速度) )工作，則連工作，則連接動力源與執(zhí)行件的傳接動力源與執(zhí)行件的傳動系統(tǒng)屬于固定傳動比動系統(tǒng)屬于固定傳動比的傳動系統(tǒng)，即該系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)，即該系統(tǒng)是由若干個固定傳動比是由若干個固定傳動比串聯組成。串聯

5、組成。 起重機傳動系統(tǒng)簡圖起重機傳動系統(tǒng)簡圖 51 1. .獨立驅動傳動系統(tǒng)獨立驅動傳動系統(tǒng) (1) (1) 只有一個執(zhí)行件；只有一個執(zhí)行件；(2) (2) 有多個運動不相關的執(zhí)行件；有多個運動不相關的執(zhí)行件； (3)(3)數控機械系統(tǒng)。數控機械系統(tǒng)。曲柄壓力機傳動系統(tǒng)圖曲柄壓力機傳動系統(tǒng)圖( (二二) )獨立和聯合驅動傳動系統(tǒng)獨立和聯合驅動傳動系統(tǒng)62 2 集中驅動傳動系統(tǒng)集中驅動傳動系統(tǒng) 是指機械系統(tǒng)的多個執(zhí)行件均由一個動力源驅動。是指機械系統(tǒng)的多個執(zhí)行件均由一個動力源驅動。(1)(1)執(zhí)行件間有嚴格的傳動比要求；執(zhí)行件間有嚴格的傳動比要求；(2)(2)各執(zhí)行件間運動有順序或協調的要求；各

6、執(zhí)行件間運動有順序或協調的要求； (3)(3)各執(zhí)行件的運動相互獨立。各執(zhí)行件的運動相互獨立。 由兩個或多個動力源經各自的傳動鏈聯合驅動一個執(zhí)行件由兩個或多個動力源經各自的傳動鏈聯合驅動一個執(zhí)行件的傳動系統(tǒng)，主要用于低速、重載、大功率、執(zhí)行件少而的傳動系統(tǒng)，主要用于低速、重載、大功率、執(zhí)行件少而慣性大的機械。慣性大的機械。 3 3 聯合驅動傳動系統(tǒng)聯合驅動傳動系統(tǒng) ( (二二) )獨立和聯合驅動傳動系統(tǒng)獨立和聯合驅動傳動系統(tǒng)7二、傳動系統(tǒng)的組成二、傳動系統(tǒng)的組成1 1、變速裝置、變速裝置 2 2、起停和換向裝置、起停和換向裝置 要求省力、可靠、結構簡單、有足夠的動力要求省力、可靠、結構簡單、有

7、足夠的動力3 3、制動裝置、制動裝置 要求可靠、方便、平穩(wěn)、結構簡單、尺寸小、磨損小、要求可靠、方便、平穩(wěn)、結構簡單、尺寸小、磨損小、散熱散熱好好4 4、安全保護裝置、安全保護裝置 銷釘安全銷釘安全聯軸器，鋼珠安全離合器，摩擦安全離合器聯軸器，鋼珠安全離合器，摩擦安全離合器 8 減小離合器尺寸減小離合器尺寸 避免出現超速現象避免出現超速現象 考慮結構因素考慮結構因素 制動器與離合器必須互鎖制動器與離合器必須互鎖 確定合理安裝位置確定合理安裝位置 閘帶式制動器的操縱力應作用在制閘帶式制動器的操縱力應作用在制動帶的松邊動帶的松邊拓展內容：常用傳動拓展內容：常用傳動1 1、行星齒輪傳動、行星齒輪傳動

8、2 2、擺線針輪行星傳動、擺線針輪行星傳動3 3、諧波齒輪傳動諧波齒輪傳動91、行星齒輪傳動、行星齒輪傳動 10中心輪中心輪行星輪行星輪內齒輪內齒輪行星架行星架1、行星齒輪傳動、行星齒輪傳動 一個或一個以上齒輪一個或一個以上齒輪的的繞另一齒輪的繞另一齒輪的迴迴轉的齒輪傳動轉的齒輪傳動 。三者都三者都不固定不固定確定機構運動時需要給確定機構運動時需要給出兩個構件的出兩個構件的角速度角速度固定固定內齒輪內齒輪b b或太陽輪或太陽輪a a。11 常見行星齒輪傳動的類型和性能常見行星齒輪傳動的類型和性能 差動輪系可以把兩個給定運動合成起來差動輪系可以把兩個給定運動合成起來也可把一個也可把一個給定運動按

9、照要求分解成兩個基本件的運動。給定運動按照要求分解成兩個基本件的運動。 行星齒輪傳動應用廣泛行星齒輪傳動應用廣泛并可與無級變速器并可與無級變速器液力耦液力耦合器和液力變矩器等聯合使用合器和液力變矩器等聯合使用進一步擴大使用范圍。進一步擴大使用范圍。 1、行星齒輪傳動、行星齒輪傳動 12(1) (1) 齒圈固定，太陽輪主動，行星架被動齒圈固定，太陽輪主動，行星架被動 動畫演示動畫演示從演示中可以看出，此種組合為降速傳動，通常傳動比為從演示中可以看出，此種組合為降速傳動，通常傳動比為2.52.55 5，且轉向相同。且轉向相同。 13(2) (2) 齒圈固定，行星架主動，太陽輪被動齒圈固定，行星架主

10、動，太陽輪被動 動畫演示動畫演示從演示中可以看出，此種組合為升速傳動，傳動比為從演示中可以看出，此種組合為升速傳動，傳動比為0.20.20.40.4，且，且轉向相同。轉向相同。 14(3) (3) 太陽輪固定，齒圈主動，行星架被動太陽輪固定，齒圈主動，行星架被動 動畫演示動畫演示從演示中可以看出，此種組合為降速傳動，傳動比為從演示中可以看出，此種組合為降速傳動，傳動比為1.251.251.671.67，且轉向相同。且轉向相同。15(4) (4) 太陽輪固定，行星架主動，齒圈被動太陽輪固定，行星架主動，齒圈被動 動畫演示動畫演示從演示中可以看出，此種組合為升速傳動，傳動比為從演示中可以看出，此種

11、組合為升速傳動，傳動比為0.60.60.80.8，且轉向相同。且轉向相同。 16(5) (5) 行星架固定，太陽輪主動，齒圈被動行星架固定，太陽輪主動，齒圈被動 動畫演示動畫演示從演示中可以看，出此種組合為降速傳動，傳動比為從演示中可以看，出此種組合為降速傳動，傳動比為1.51.54 4，且轉，且轉向相反向相反 17(6) (6) 行星架固定，齒圈主動，太陽輪被動行星架固定，齒圈主動，太陽輪被動 動畫演示動畫演示從演示中可以看，出此種組合為升速傳動，傳動比為從演示中可以看，出此種組合為升速傳動，傳動比為0.250.250.670.67，且轉向相反。且轉向相反。 18(7) (7) 把三元件中任

12、意兩元件接合為一體的情況把三元件中任意兩元件接合為一體的情況 從演示中可以看出，行星齒輪間沒有相對運動，作為一個整體運轉，從演示中可以看出，行星齒輪間沒有相對運動，作為一個整體運轉，傳動比為傳動比為1 1，且轉向相同。，且轉向相同。 動畫演示動畫演示192 2、擺線針輪行星傳動、擺線針輪行星傳動 202 2、擺線針輪行星傳動、擺線針輪行星傳動 211 1擺線行星輪，擺線行星輪，2 2針輪，針輪，H H系桿，系桿，V V輸出軸輸出軸2 2、擺線針輪行星傳動、擺線針輪行星傳動 圖示擺線針輪行星傳動機構中，運動由系桿圖示擺線針輪行星傳動機構中，運動由系桿H H輸入，通過輸出輸入，通過輸出機構由軸機構

13、由軸V V輸出。擺線針輪行星傳動也是一種輸出。擺線針輪行星傳動也是一種K KH HV V型一齒差行星型一齒差行星傳動。傳動。 在擺線針輪傳動中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài)在擺線針輪傳動中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài)外擺線，中心內齒輪采用了針齒，又稱為針輪。同漸開線少齒差行外擺線，中心內齒輪采用了針齒，又稱為針輪。同漸開線少齒差行星傳動一樣，其傳動比為：星傳動一樣，其傳動比為： 由于由于Z Z1 1 Z Z2 2 = 1 = 1，故故i = -Zi = -Z2 2，即擺線針輪行星傳動可獲得大即擺線針輪行星傳動可獲得大傳動比。擺線針輪行星傳動具有減速比大（一級減速比傳動比。擺線

14、針輪行星傳動具有減速比大（一級減速比9 - 1159 - 115，多級可獲更大減速比）、結構緊湊、傳動效率高（一般可達多級可獲更大減速比）、結構緊湊、傳動效率高（一般可達90% 90% 94%94%）、傳動平穩(wěn)、承載能力高、使用壽命長等優(yōu)點，與漸開線少）、傳動平穩(wěn)、承載能力高、使用壽命長等優(yōu)點，與漸開線少齒差行星傳動相比，無齒頂相碰和齒廓重疊干涉等問題。在軍工、齒差行星傳動相比，無齒頂相碰和齒廓重疊干涉等問題。在軍工、礦山、冶金、化工等工業(yè)部門得到廣泛應用，以其多方面的優(yōu)點取礦山、冶金、化工等工業(yè)部門得到廣泛應用，以其多方面的優(yōu)點取代了一些笨重龐大的傳動裝置。其主要缺點是加工工藝復雜，制造代了

15、一些笨重龐大的傳動裝置。其主要缺點是加工工藝復雜，制造成本較高。成本較高。 i = i = - -Z Z2 2 / /（ Z Z1 1 Z Z2 2） 223 3、諧波齒輪傳動、諧波齒輪傳動 諧波傳動是建立在彈性變形理論基礎上的一種新型傳動。下頁諧波傳動是建立在彈性變形理論基礎上的一種新型傳動。下頁圖為諧波傳動的示意圖。圖為諧波傳動的示意圖。1 1為具有內齒的剛輪，為具有內齒的剛輪，2 2為具有外齒的柔輪，為具有外齒的柔輪，H H為波發(fā)生器。這三個構件與少齒差行星傳動機構的中心內齒輪、為波發(fā)生器。這三個構件與少齒差行星傳動機構的中心內齒輪、行星輪行星輪2 2和系桿和系桿H H相當。通常波發(fā)生器

16、為主動件，而剛輪或柔輪之一相當。通常波發(fā)生器為主動件，而剛輪或柔輪之一為從動件，另一個為固定件。為從動件，另一個為固定件。 當波發(fā)生器裝入柔輪內孔時，由于前者的總長度略大于后者的當波發(fā)生器裝入柔輪內孔時，由于前者的總長度略大于后者的內孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓，是在橢圓的長軸兩端產生了柔輪與剛內孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓，是在橢圓的長軸兩端產生了柔輪與剛輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)，同時在橢圓的短軸兩端，兩輪輪齒完全輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)，同時在橢圓的短軸兩端，兩輪輪齒完全脫開。至于在其余各處，根據柔輪回轉方向的不同，或處于嚙入狀脫開。至于在其余各處，根據柔輪回轉方向的不同，或處于嚙入狀態(tài)，或處于嚙出狀態(tài)。

17、當波發(fā)生器連續(xù)轉動時，柔輪長短軸的位置態(tài)，或處于嚙出狀態(tài)。當波發(fā)生器連續(xù)轉動時，柔輪長短軸的位置不斷變化，從而使輪齒的嚙合區(qū)和脫開區(qū)也隨之不斷變化，于是在不斷變化，從而使輪齒的嚙合區(qū)和脫開區(qū)也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產生了相對位移，從而傳遞運動。柔輪與剛輪之間就產生了相對位移，從而傳遞運動。 動畫仿真233 3、諧波齒輪傳動、諧波齒輪傳動 24 在波發(fā)生器轉動一周期間，柔輪上一點變形的循環(huán)次數與波發(fā)在波發(fā)生器轉動一周期間，柔輪上一點變形的循環(huán)次數與波發(fā)生器上的凸起部位數是一致的，稱為波數。常用的有兩波和三波。生器上的凸起部位數是一致的，稱為波數。常用的有兩波和三波。為了有利于柔輪的

18、力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數差應為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數差應等于波發(fā)生器波數（即波發(fā)生器上的滾輪數）的整倍數，通常取作等于波發(fā)生器波數（即波發(fā)生器上的滾輪數）的整倍數，通常取作等于波數。由于在諧波齒輪傳動過程中，柔輪與剛輪的嚙合過程與等于波數。由于在諧波齒輪傳動過程中，柔輪與剛輪的嚙合過程與行星齒輪傳動類似，其傳動比可按周轉輪系的計算方法求得。行星齒輪傳動類似，其傳動比可按周轉輪系的計算方法求得。 當剛輪當剛輪1 1固定，波發(fā)生器固定，波發(fā)生器H H主動，柔輪主動，柔輪2 2從動時，傳動比為：從動時，傳動比為： iH2 = Z2 / （ Z1 Z2） 當

19、柔輪當柔輪2 2固定，波發(fā)生器固定，波發(fā)生器H H主動，剛輪主動，剛輪1 1從動時，傳動比為：從動時，傳動比為： iH1 = Z1 / （ Z1 Z2） 3 3、諧波齒輪傳動、諧波齒輪傳動 25優(yōu)點優(yōu)點： 傳動比傳動比大、范圍寬（一級傳動比范圍為大、范圍寬（一級傳動比范圍為50 - 50050 - 500，二級傳動可達二級傳動可達2500-2500002500-250000），且在傳動比很大的），且在傳動比很大的情況下，仍具有較高的效率情況下，仍具有較高的效率； 結構結構簡單、體積小、重量輕（與一般齒輪減速器相簡單、體積小、重量輕（與一般齒輪減速器相比，零件可減少約比，零件可減少約50 %50