機械傳動系統(tǒng)設計

第15章機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)設計精品資料第15章機械傳動系統(tǒng)(xìtǒng)設計§15.5機械(jīxiè)創(chuàng)新設計簡介§15.4計算機輔助設計簡介§15.3傳動系統(tǒng)的運動和動力計算

§15.2機械傳動系統(tǒng)方案設計

§15.1概述

精品資料§15.1概述(ɡàishù)15.1.1傳動系統(tǒng)的功用機器組成:原動機、傳動系統(tǒng)和工作機原動機:完成工作任務的動力來源，最常用的是電動機。工作機:直接完成生產任務的執(zhí)行裝置，可以(kěyǐ)通過選擇合適的機構或其組合來實現。傳動系統(tǒng):把原動機的運動和動力轉化為符合執(zhí)行機構需要的中間傳動裝置精品資料§15.1概述(ɡàishù)15.1.1傳動系統(tǒng)的功用原動機的運動和動力與工作機所要求的差距，主要表現在：（1）工作機所需的速度、轉矩與原動機提供的不一致；（2）原動機的輸出軸通常只作勻速單方向回轉運動，而工作機所要求的運動形式往往(wǎngwǎng)是多種多樣的;（3）很多工作機在工作中需要變速，如果采用調整原動機速度的方法來實現往往(wǎngwǎng)很不經濟，甚至難以實現；（4）某些情況下，需要一個原動機帶動若干個裝置并輸出不同的運動形式和速度。精品資料§15—1概述(ɡàishù)15.1.2常用機械傳動的類型及主要(zhǔyào)特性摩擦傳動嚙合傳動推壓傳動根據傳力原理機械傳動分類根據結構形式機械傳動分類直接接觸傳動有中間傳動件的傳動傳動類型傳動效率單級傳動比圓周速度m/s外廓尺寸相對成本主要性能特點嚙合傳動直接接觸齒輪傳動0.92～0.96(開式)0.96～0.99(閉式)≤3～5(開式)≤7～10(閉式)≤5≤200中小中瞬時傳動比恒定，功率和速度適應范圍廣，效率高，壽命長蝸桿傳動0.4～0.45(自鎖)0.7～0.92(不自鎖)8～8015～50小高傳動比大，傳動平穩(wěn)，結構緊湊，可實現自鎖，但效率低螺旋傳動0.3～0.6(滑動螺旋)≥0.9(滾動螺旋)高、中低小中傳動平穩(wěn)，能自鎖，增力效果好有中間件鏈傳動0.9～0.93(開式)0.95～0.97(閉式)≤5（8）5～25大中平均傳動比準確，可在高溫下工作，傳動距離大，高速時有沖擊和振動齒形帶傳動0.95～0.98≤1050(80)中低傳動平穩(wěn)，能保證恒定傳動比摩擦傳動直接接觸摩擦輪傳動0.85～0.95≤5～7≤15～25大低過載打滑，傳動平穩(wěn)，可在運轉中調節(jié)傳動比有中間件帶傳動0.94～0.96(平帶)0.92～0.97(V帶)≤5～75～25（30）大低過載打滑，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，傳動距離大，不能保證定傳動比推壓傳動直接接觸凸輪機構低中、低小高從動件可實現各種運動，高副接觸磨損較大有中間件連桿機構高中小低結構簡單，易制造，耐沖擊，能傳遞較大的載荷，可遠距離傳動精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.1傳動路線(lùxiàn)的選擇根據能量從原動機到工作機之間的傳遞型式不同，傳動路線可分為單流傳動、分流傳動和匯流傳動三種基本形式a.單流傳動b.分流傳動精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.1傳動(chuándòng)路線的選擇c.匯流傳動精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.2傳動機構(jīgòu)類型的選擇1.小功率宜選用結構簡單、價格便宜、標準化程度高的傳動，以降低制造費用；2.大功率宜優(yōu)先選用傳動效率高的傳動，以節(jié)約能源、降低生產費用；3.速度低、傳動比大時，可選用單級蝸桿傳動、多級齒輪傳動、帶—齒輪傳動、帶—齒輪—鏈傳動等多種方案，需要綜合分析比較，選出合適的傳動方案；選擇的基本原則精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.2傳動機構類型(lèixíng)的選擇4.工作中可能出現過載的設備，宜在傳動系統(tǒng)中設置一級摩擦傳動，以便起到過載保護作用。但摩擦有靜電發(fā)生，在易燃、易爆的場合，不能采用摩擦傳動；5.工作環(huán)境惡劣、粉塵較多時，應盡量采用閉式傳動，以延長使用壽命，或采用鏈傳動；選擇的基本原則精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.2傳動機構類型(lèixíng)的選擇6.生產批量較大時，應盡量選用標準的傳動裝置（如各種標準減速器），以降低成本，縮短制造周期；7.載荷經常變化、頻繁換向的傳動，宜在傳動系統(tǒng)中設置一級具有緩沖、吸振功能的傳動（如帶傳動）；8.傳動的噪聲要求嚴格控制時，應優(yōu)先選用帶傳動、蝸桿傳動、摩擦傳動或螺旋傳動。如需要采用其他傳動機構，應從制造和裝配精度、結構等方面采取措施，力求降低噪聲。選擇的基本原則精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.3傳動(chuándòng)機構的布置順序選擇合理布置各機構的順序考慮以下幾方面：★

運轉平穩(wěn)，減小振動★

提高傳動系統(tǒng)的效率★

結構簡單緊湊，易于加工制造★

承載能力大，使用壽命長★

有利于傳動系統(tǒng)潤滑和密封★

無級變速的布置要合理精品資料§15.2機械傳動(jīxièchuándònɡ)系統(tǒng)方案設計15.2.3傳動機構的布置順序(shùnxù)選擇例15—1由電動機驅動的帶式輸送機的傳遞系統(tǒng)設計,試比較下列方案優(yōu)劣（a）(b)(c)(d)精品資料§5.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算15.3.1傳動方案的運動參數(cānshù)計算1．傳動比分配串聯傳動系統(tǒng)的總傳動比式中nd——原動機輸出軸轉速，r/min；

nw

——工作機輸入軸轉速，r/min；

i1、i2、…in

、——傳動系統(tǒng)中的各級裝置的傳動比精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動和動力(dònglì)計算15.3.1傳動(chuándòng)方案的運動參數計算1．傳動比分配應考慮以下原則（1）各級傳動比應在合理的范圍內選?。唬?）應使各級傳動零件尺寸協調，結構勻稱合理，不會產生干涉碰撞；（3）盡量減小外廓尺寸和整體重量。由同類傳動機構組成的傳動系統(tǒng)（如多級齒輪傳動），分配傳動比時，若為減速傳動，一般應按傳動比逐級減小的原則分配；反之，若為增速傳動，應按逐級增大分配；（4）設計減速器時，應盡量使各級大齒輪直徑接近相等，浸油深度大致相同（低速級大齒輪浸油稍深），以確保潤滑良好。精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算15.3.1傳動(chuándòng)方案的運動參數計算2．轉速和線速度計算由傳動比計算公式可得從動軸轉速——主動軸轉速，r/min。在選擇潤滑方式和齒輪精度選取時，需要計算傳動零件的線速度，其計算公式為——傳動零件計算直徑，mm；——傳動零件轉速，r/min。精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(cānshù)計算1.傳動系統(tǒng)的總效率計算常用的單流傳動系統(tǒng)的總效率為各環(huán)節(jié)效率的乘積，即——各傳動機構、聯軸器、每對軸承、齒輪副等的傳動效率。表15—3為常用傳動零件和裝置的傳動效率精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(cānshù)計算1.傳動系統(tǒng)的總效率計算——各傳動機構、聯軸器、每對軸承、齒輪副等的傳動效率表15—3為常用傳動零件和裝置的傳動效率傳動零件傳動效率一對滾動軸承（球軸承取大值）一對滑動軸承（液體摩擦取大值，潤滑不良取小值）0.99～0.9950.97～0.995聯軸器滑塊聯軸器齒輪聯軸器彈性聯軸器萬向聯軸器0.97～0.990.990.99～0.9950.95～0.98帶式輸送機0.94～0.96常用傳動零件和裝置的傳動效率精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動和動力(dònglì)計算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(cānshù)計算2.功率計算

傳動系統(tǒng)中，對各傳動零件進行工作能力計算時，均以其輸入功率為計算功率。圖為二級圓柱齒輪傳動系統(tǒng)為例若已知該傳動系統(tǒng)的輸入功率或輸出功率，設Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的輸入功率分別為、則精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(cānshù)計算3.轉矩計算

計算各軸的輸入功率和轉速后，即可按下式計算各軸的轉矩T/（N·m）精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算例15—2一帶式輸送機傳動方案如圖所示。已知輸送帶工作(gōngzuò)拉力kN，帶速m/s，卷筒直徑mm，卷筒傳動效率；電動機額定功率=4.85kW，轉速r/min。試計算該傳動系統(tǒng)的運動和動力參數。精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動和動力(dònglì)計算解（1）傳動比分配(fēnpèi)工作機轉速總傳動比

根據傳動比的一般分配原則，取V帶傳動比為高速級齒輪傳動比為

則低速級齒輪傳動比為精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動和動力(dònglì)計算（2）計算(jìsuàn)各軸轉速精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算（3）計算(jìsuàn)各軸功率工作機功率取一對滾動軸承效率為

齒輪嚙合效率聯軸器效率

V帶傳動效率

則各軸的輸入功率為:精品資料§15.3傳動系統(tǒng)的運動(yùndòng)和動力計算（4）計算(jìsuàn)各軸轉矩精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介15.4.1計算機輔助設計(shèjì)

計算機輔助設計（ComputerAidedDesign），簡稱為CAD，是人們利用計算機完成機械零件或產品設計中的計算、分析、模擬、制圖、編制技術文件等工作。CAD的應用，可以極大地減輕設計者的勞動，縮短產品的設計開發(fā)周期，提高設計質量，使設計更加規(guī)范化、標準化、系列化。精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介15.4.2機械CAD中常用(chánɡyònɡ)數據的處理方法（1）程序化即在應用程序內對各種數表及線圖進行查表、處理或計算。1）將數表中的數據或線圖擬合成公式，則可用表達式或函數描述這些公式，實現設計資料的程序化。2）將數表或線圖經離散化后按一維、二維或三維數組存入計算機，然后用查表、插值等方法檢索所需數據。（2）按數據庫存儲將數表及線圖中的數據按數據庫的規(guī)定進行文件結構化，存放在數據庫中，數據獨立于應用程序，但又能為所有程序提供服務。精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介（１）一元(yīyuán)數表的程序化15.4.2機械CAD中常用數據的處理方法

1.數表的程序化

例：對于不同的軸徑D，所選用的平鍵和鍵槽尺寸是不同的。平鍵和鍵槽尺寸（單位：mm）參數名稱序號軸徑d鍵寬b鍵高h程序變量名稱ID（I）B（I）H（I）

數據12┆78>8～10>10～12┆>38～44>44～5034┆121434┆89精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介（１）一元(yīyuán)數表的程序化15.4.2機械CAD中常用數據的處理方法

開始初始化數表d[n]、b[n]、h[n]輸入軸徑Dd[0]<D<d[n]？顯示出界信息結束d[i]<D≤d[i+1]?i=0i=i+1鍵寬B＝b[i]，鍵高H＝h[i]輸出D，B，HYNYN精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介（2）二元列表(lièbiǎo)的程序化15.4.2機械CAD中常用數據的處理方法

例：對于不同的軸徑，其軸肩的應力集中系數是不同的。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軸肩圓角處的理論應力集中系數α精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介（2）二元列表(lièbiǎo)的程序化15.4.2機械CAD中常用數據的處理方法

開始初始化數表d[m],r[n],a[m][n]理論應力集中系數賦初值A＝0.0輸入待檢索軸肩處D/d及r/dd[0]<D/d<d[m]?r[0]<r/d<d[n]?i=0D=d(i)?j=0顯示出界信息顯示出界信息i=i+1i≤m-1?NNYYYR=r(j)?輸出A＝a[i][j]j≤n-1?j=j+1顯示出錯信息結束YYNNNYN精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介（3）列表(lièbiǎo)函數的插值15.4.2機械CAD中常用數據的處理方法

列表函數只能給出有限節(jié)點處的函數值，當自變量為兩節(jié)點之間的某值時，就要用插值法求取函數值線性插值是通過兩個已知點函數值構造一個一次函數式使其滿足由解析幾何得插值公式為：

精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介15.4.2機械CAD中常用數據(shùjù)的處理方法其程序流程圖開始輸入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輸出t,f按公式計算插值點t處函數值f結束YYYNNN精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介15.4.2機械CAD中常用(chánɡyònɡ)數據的處理方法2．數表和線圖的公式化線圖的程序化常用以下處理方法（1）一些由解析式制作成圖表的，設法查找出原來的解析表達式

（2）在線圖上選擇合適的節(jié)點，將線圖離散化為數表，再利用上述數表的程序化方法處理

（3）對于一些實驗曲線，如果是直線、折線，則很容易建立它們的函數關系式（4）用曲線擬合的方法求出線圖的經驗公式，再將公式編入程序使用精品資料§15.4計算機輔助設計(shèjì)簡介15.4.3CAD機械零件程序設計(chénɡxùshèjì)步驟簡介機械零件程序設計的一般步驟：1.按設計過程畫出程序框圖

2.數表和線圖的處理3.確定程序變量名稱4.編寫計算程序5.程序檢查與調試6.輸出設計結果

精品資料§15.5機械創(chuàng)新(chuàngxīn)設計簡介15.5.1創(chuàng)新設計(shèjì)的含義創(chuàng)造（Creation）強調新穎性和獨特性，而創(chuàng)新（Invovation）是創(chuàng)造的某種實現。

創(chuàng)造性思維具有以下特征：（1）開放性（2）求異性（3）非顯而易見性

精品資料§15.5機械(jīxiè)創(chuàng)新設計簡介15.5.2創(chuàng)新(chuàngxīn)設計方法確定課題的常用方法（1）智力激勵法

該法在實施時分兩步進行：1）準備2）開會會議的原則是：①自由思考②嚴禁評判③以量求質④結合改善創(chuàng)造發(fā)明的一般過程包括尋求課題、揭示實質和形成方案等三步

精品資料§15.5機械創(chuàng)新(chuàngxīn)設計簡介15.5.2創(chuàng)新(chuàngxīn)設計方法確定課題的常用方法（2）缺點列舉法就是挑毛病、找差距的方法對機械零件設計可以沿著以下思路尋找缺點：①功能性缺點；②原理性缺點；③結構性缺點；④材料及熱處理性缺點；⑤制造工藝性缺點；⑥使用維修性缺點。精品資料§15.5