機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第15章機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第15章機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)§15.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算

§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

§15.1概述

§15.1概述15.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)的功用機(jī)器組成:原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和工作機(jī)原動(dòng)機(jī):

完成工作任務(wù)的動(dòng)力來源，最常用的是電動(dòng)機(jī)。工作機(jī):

直接完成生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行裝置，可以通過選擇合適的機(jī)構(gòu)或其組合來實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)系統(tǒng):

把原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)化為符合執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的中間傳動(dòng)裝置§15.1概述15.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)的功用原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力與工作機(jī)所要求的差距，主要表現(xiàn)在：（1）工作機(jī)所需的速度、轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)提供的不一致；（2）原動(dòng)機(jī)的輸出軸通常只作勻速單方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而工作機(jī)所要求的運(yùn)動(dòng)形式往往是多種多樣的;（3）很多工作機(jī)在工作中需要變速，如果采用調(diào)整原動(dòng)機(jī)速度的方法來實(shí)現(xiàn)往往很不經(jīng)濟(jì)，甚至難以實(shí)現(xiàn)；（4）某些情況下，需要一個(gè)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)若干個(gè)裝置并輸出不同的運(yùn)動(dòng)形式和速度?！?5—1概述15.1.2常用機(jī)械傳動(dòng)的類型及主要特性

摩擦傳動(dòng)嚙合傳動(dòng)推壓傳動(dòng)根據(jù)傳力原理機(jī)械傳動(dòng)分類根據(jù)結(jié)構(gòu)形式機(jī)械傳動(dòng)分類直接接觸傳動(dòng)有中間傳動(dòng)件的傳動(dòng)傳動(dòng)類型傳動(dòng)效率單級(jí)傳動(dòng)比圓周速度m/s外廓尺寸相對(duì)成本主要性能特點(diǎn)嚙合傳動(dòng)直接接觸齒輪傳動(dòng)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(shí)傳動(dòng)比恒定，功率和速度適應(yīng)范圍廣，效率高，壽命長(zhǎng)蝸桿傳動(dòng)0.4～0.45(自鎖)0.7～0.92(不自鎖)8～8015～50小高傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)自鎖，但效率低螺旋傳動(dòng)0.3～0.6(滑動(dòng)螺旋)≥0.9(滾動(dòng)螺旋)高、中低小中傳動(dòng)平穩(wěn)，能自鎖，增力效果好有中間件鏈傳動(dòng)0.9～0.93(開式)0.95～0.97(閉式)≤5（8）5～25大中平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可在高溫下工作，傳動(dòng)距離大，高速時(shí)有沖擊和振動(dòng)齒形帶傳動(dòng)0.95～0.98≤1050(80)中低傳動(dòng)平穩(wěn)，能保證恒定傳動(dòng)比摩擦傳動(dòng)直接接觸摩擦輪傳動(dòng)0.85～0.95≤5～7≤15～25大低過載打滑，傳動(dòng)平穩(wěn)，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)傳動(dòng)比有中間件帶傳動(dòng)0.94～0.96(平帶)0.92～0.97(V帶)≤5～75～25（30）大低過載打滑，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸振，傳動(dòng)距離大，不能保證定傳動(dòng)比推壓傳動(dòng)直接接觸凸輪機(jī)構(gòu)低中、低小高從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)，高副接觸磨損較大有中間件連桿機(jī)構(gòu)高中小低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造，耐沖擊，能傳遞較大的載荷，可遠(yuǎn)距離傳動(dòng)§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.1傳動(dòng)路線的選擇

根據(jù)能量從原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的傳遞型式不同，傳動(dòng)路線可分為單流傳動(dòng)、分流傳動(dòng)和匯流傳動(dòng)三種基本形式a.單流傳動(dòng)b.分流傳動(dòng)§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.1傳動(dòng)路線的選擇

c.匯流傳動(dòng)§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的選擇1.小功率宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動(dòng)，以降低制造費(fèi)用；2.大功率宜優(yōu)先選用傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)，以節(jié)約能源、降低生產(chǎn)費(fèi)用；3.速度低、傳動(dòng)比大時(shí)，可選用單級(jí)蝸桿傳動(dòng)、多級(jí)齒輪傳動(dòng)、帶—齒輪傳動(dòng)、帶—齒輪—鏈傳動(dòng)等多種方案，需要綜合分析比較，選出合適的傳動(dòng)方案；選擇的基本原則§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的選擇4.工作中可能出現(xiàn)過載的設(shè)備，宜在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置一級(jí)摩擦傳動(dòng)，以便起到過載保護(hù)作用。但摩擦有靜電發(fā)生，在易燃、易爆的場(chǎng)合，不能采用摩擦傳動(dòng)；5.工作環(huán)境惡劣、粉塵較多時(shí)，應(yīng)盡量采用閉式傳動(dòng)，以延長(zhǎng)使用壽命，或采用鏈傳動(dòng)；選擇的基本原則§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型的選擇6.生產(chǎn)批量較大時(shí)，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的傳動(dòng)裝置（如各種標(biāo)準(zhǔn)減速器），以降低成本，縮短制造周期；7.載荷經(jīng)常變化、頻繁換向的傳動(dòng)，宜在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)置一級(jí)具有緩沖、吸振功能的傳動(dòng)（如帶傳動(dòng)）；8.傳動(dòng)的噪聲要求嚴(yán)格控制時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)或螺旋傳動(dòng)。如需要采用其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，應(yīng)從制造和裝配精度、結(jié)構(gòu)等方面采取措施，力求降低噪聲。選擇的基本原則§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置順序選擇

合理布置各機(jī)構(gòu)的順序考慮以下幾方面：★

運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減小振動(dòng)★

提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率★

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于加工制造★

承載能力大，使用壽命長(zhǎng)★

有利于傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑和密封★

無級(jí)變速的布置要合理§15.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置順序選擇

例15—1由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)的傳遞系統(tǒng)設(shè)計(jì),試比較下列方案優(yōu)劣（a）(b)(c)(d)§5.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.1傳動(dòng)方案的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算1．傳動(dòng)比分配串聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比式中nd——原動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速，r/min；

nw

——工作機(jī)輸入軸轉(zhuǎn)速，r/min；

i1、i2、…in

、——傳動(dòng)系統(tǒng)中的各級(jí)裝置的傳動(dòng)比§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.1傳動(dòng)方案的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算1．傳動(dòng)比分配應(yīng)考慮以下原則（1）各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在合理的范圍內(nèi)選??；（2）應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)零件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，不會(huì)產(chǎn)生干涉碰撞；（3）盡量減小外廓尺寸和整體重量。由同類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)（如多級(jí)齒輪傳動(dòng)），分配傳動(dòng)比時(shí)，若為減速傳動(dòng)，一般應(yīng)按傳動(dòng)比逐級(jí)減小的原則分配；反之，若為增速傳動(dòng)，應(yīng)按逐級(jí)增大分配；（4）設(shè)計(jì)減速器時(shí)，應(yīng)盡量使各級(jí)大齒輪直徑接近相等，浸油深度大致相同（低速級(jí)大齒輪浸油稍深），以確保潤(rùn)滑良好?！?5.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.1傳動(dòng)方案的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算2．轉(zhuǎn)速和線速度計(jì)算由傳動(dòng)比計(jì)算公式可得從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速——主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，r/min。在選擇潤(rùn)滑方式和齒輪精度選取時(shí)，需要計(jì)算傳動(dòng)零件的線速度，其計(jì)算公式為——傳動(dòng)零件計(jì)算直徑，mm；——傳動(dòng)零件轉(zhuǎn)速，r/min?！?5.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1.傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率計(jì)算常用的單流傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率為各環(huán)節(jié)效率的乘積，即——各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、每對(duì)軸承、齒輪副等的傳動(dòng)效率。表15—3為常用傳動(dòng)零件和裝置的傳動(dòng)效率§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1.傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率計(jì)算——各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、每對(duì)軸承、齒輪副等的傳動(dòng)效率表15—3為常用傳動(dòng)零件和裝置的傳動(dòng)效率傳動(dòng)零件傳動(dòng)效率一對(duì)滾動(dòng)軸承（球軸承取大值）一對(duì)滑動(dòng)軸承（液體摩擦取大值，潤(rùn)滑不良取小值）0.99～0.9950.97～0.995聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器齒輪聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器0.97～0.990.990.99～0.9950.95～0.98帶式輸送機(jī)0.94～0.96常用傳動(dòng)零件和裝置的傳動(dòng)效率§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算2.功率計(jì)算

傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)各傳動(dòng)零件進(jìn)行工作能力計(jì)算時(shí)，均以其輸入功率為計(jì)算功率。圖為二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為例若已知該傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入功率或輸出功率，設(shè)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的輸入功率分別為、則§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算15.3.2傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算3.轉(zhuǎn)矩計(jì)算

計(jì)算各軸的輸入功率和轉(zhuǎn)速后，即可按下式計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩T/（N·m）§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算例15—2一帶式輸送機(jī)傳動(dòng)方案如圖所示。已知輸送帶工作拉力kN，帶速m/s，卷筒直徑mm，卷筒傳動(dòng)效率；電動(dòng)機(jī)額定功率=4.85kW，轉(zhuǎn)速r/min。試計(jì)算該傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)?！?5.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算解（1）傳動(dòng)比分配工作機(jī)轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比

根據(jù)傳動(dòng)比的一般分配原則，取V帶傳動(dòng)比為高速級(jí)齒輪傳動(dòng)比為

則低速級(jí)齒輪傳動(dòng)比為§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算（2）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算（3）計(jì)算各軸功率工作機(jī)功率取一對(duì)滾動(dòng)軸承效率為

齒輪嚙合效率聯(lián)軸器效率

V帶傳動(dòng)效率

則各軸的輸入功率為:§15.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算（4）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.4.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign），簡(jiǎn)稱為CAD，是人們利用計(jì)算機(jī)完成機(jī)械零件或產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的計(jì)算、分析、模擬、制圖、編制技術(shù)文件等工作。CAD的應(yīng)用，可以極大地減輕設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，使設(shè)計(jì)更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

（1）程序化即在應(yīng)用程序內(nèi)對(duì)各種數(shù)表及線圖進(jìn)行查表、處理或計(jì)算。1）將數(shù)表中的數(shù)據(jù)或線圖擬合成公式，則可用表達(dá)式或函數(shù)描述這些公式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資料的程序化。2）將數(shù)表或線圖經(jīng)離散化后按一維、二維或三維數(shù)組存入計(jì)算機(jī)，然后用查表、插值等方法檢索所需數(shù)據(jù)。（2）按數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)將數(shù)表及線圖中的數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)定進(jìn)行文件結(jié)構(gòu)化，存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序，但又能為所有程序提供服務(wù)。§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（１）一元數(shù)表的程序化

15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

1.數(shù)表的程序化

例：對(duì)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(shù)名稱序號(hào)軸徑d鍵寬b鍵高h(yuǎn)程序變量名稱ID（I）B（I）H（I）

數(shù)據(jù)12┆78>8～10>10～12┆>38～44>44～5034┆121434┆89§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（１）一元數(shù)表的程序化

15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

開始初始化數(shù)表d[n]、b[n]、h[n]輸入軸徑Dd[0]<D<d[n]？顯示出界信息結(jié)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§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（2）二元列表的程序化

15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

例：對(duì)于不同的軸徑，其軸肩的應(yīng)力集中系數(shù)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(yīng)力集中系數(shù)α§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（2）二元列表的程序化

15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

開始初始化數(shù)表d[m],r[n],a[m][n]理論應(yīng)力集中系數(shù)賦初值A(chǔ)＝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(cuò)信息結(jié)束YYNNNYN§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（3）列表函數(shù)的插值

15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

列表函數(shù)只能給出有限節(jié)點(diǎn)處的函數(shù)值，當(dāng)自變量為兩節(jié)點(diǎn)之間的某值時(shí)，就要用插值法求取函數(shù)值線性插值是通過兩個(gè)已知點(diǎn)函數(shù)值構(gòu)造一個(gè)一次函數(shù)式使其滿足由解析幾何得插值公式為：

§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)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(jì)算插值點(diǎn)t處函數(shù)值f結(jié)束YYYNNN§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.4.2機(jī)械CAD中常用數(shù)據(jù)的處理方法

2．?dāng)?shù)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(shè)法查找出原來的解析表達(dá)式

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

（3）對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)曲線，如果是直線、折線，則很容易建立它們的函數(shù)關(guān)系式（4）用曲線擬合的方法求出線圖的經(jīng)驗(yàn)公式，再將公式編入程序使用§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.4.3CAD機(jī)械零件程序設(shè)計(jì)步驟簡(jiǎn)介機(jī)械零件程序設(shè)計(jì)的一般步驟：1.按設(shè)計(jì)過程畫出程序框圖

2.數(shù)表和線圖的處理3.確定程序變量名稱4.編寫計(jì)算程序5.程序檢查與調(diào)試6.輸出設(shè)計(jì)結(jié)果

§15.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.5.1創(chuàng)新設(shè)計(jì)的含義創(chuàng)造（Creation）強(qiáng)調(diào)新穎性和獨(dú)特性，而創(chuàng)新（Invovation）是創(chuàng)造的某種實(shí)現(xiàn)。

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

§15.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.5.2創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法確定課題的常用方法（1）智力激勵(lì)法

該法在實(shí)施時(shí)分兩步進(jìn)行：1）準(zhǔn)備2）開會(huì)會(huì)議的原則是：①自由思考②嚴(yán)禁評(píng)判③以量求質(zhì)④結(jié)合改善創(chuàng)造發(fā)明的一般過程包括尋求課題、揭示實(shí)質(zhì)和形成方案等三步

§15.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介15.5.2創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法確定課題的常用方法（2）缺點(diǎn)列舉法就是挑毛病、找差距的方法對(duì)機(jī)械零件設(shè)計(jì)可以沿著以下思路尋找缺點(diǎn)：①功能性缺點(diǎn)；②原理性缺點(diǎn)；③結(jié)構(gòu)性缺點(diǎn)；④材料及熱處理性缺點(diǎn)；⑤制造工藝性缺點(diǎn)；⑥使用維修性缺點(diǎn)?！?5.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)