機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第15章機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)第15章機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)§15.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡介

§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡介§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算

§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

§15.1概述

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

完成工作任務(wù)的動力來源，最常用的是電動機(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)。傳動系統(tǒng):

把原動機(jī)的運(yùn)動和動力轉(zhuǎn)化為符合執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的中間傳動裝置§15.1概述15.1.1傳動系統(tǒng)的功用原動機(jī)的運(yùn)動和動力與工作機(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)矩與原動機(jī)提供的不一致；（2）原動機(jī)的輸出軸通常只作勻速單方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動，而工作機(jī)所要求的運(yùn)動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)原動機(jī)帶動若干個(gè)裝置并輸出不同的運(yùn)動形式和速度。§15—1概述15.1.2常用機(jī)械傳動的類型及主要特性

摩擦傳動嚙合傳動推壓傳動根據(jù)傳力原理機(jī)械傳動分類根據(jù)結(jié)構(gòu)形式機(jī)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(diǎn)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(shí)傳動比恒定，功率和速度適應(yīng)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(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)確，可在高溫下工作，傳動距離大，高速時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)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(jī)構(gòu)低中、低小高從動件可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動，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)簡單，易制造，耐沖擊，能傳遞較大的載荷，可遠(yuǎn)距離傳動§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.1傳動路線的選擇

根據(jù)能量從原動機(jī)到工作機(jī)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§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.1傳動路線的選擇

c.匯流傳動§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.2傳動機(jī)構(gòu)類型的選擇1.小功率宜選用結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的傳動，以降低制造費(fèi)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(chǎn)費(fèi)用；3.速度低、傳動比大時(shí)，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§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.2傳動機(jī)構(gòu)類型的選擇4.工作中可能出現(xiàn)過載的設(shè)備，宜在傳動系統(tǒng)中設(shè)置一級摩擦傳動，以便起到過載保護(hù)作用。但摩擦有靜電發(fā)生，在易燃、易爆的場合，不能采用摩擦傳動；5.工作環(huán)境惡劣、粉塵較多時(shí)，應(yīng)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§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.2傳動機(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，宜在傳動系統(tǒng)中設(shè)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(yán)格控制時(shí)，應(yīng)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(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)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.3傳動機(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★

提高傳動系統(tǒng)的效率★

結(jié)構(gòu)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§15.2機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)15.2.3傳動機(jī)構(gòu)的布置順序選擇

例15—1由電動機(jī)驅(qū)動的帶式輸送機(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傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.1傳動方案的運(yùn)動參數(shù)計(jì)算1．傳動比分配串聯(lián)傳動系統(tǒng)的總傳動比式中nd——原動機(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

、——傳動系統(tǒng)中的各級裝置的傳動比§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.1傳動方案的運(yùn)動參數(shù)計(jì)算1．傳動比分配應(yīng)考慮以下原則（1）各級傳動比應(yīng)在合理的范圍內(nèi)選取；（2）應(yīng)使各級傳動零件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，不會產(chǎn)生干涉碰撞；（3）盡量減小外廓尺寸和整體重量。由同類傳動機(jī)構(gòu)組成的傳動系統(tǒng)（如多級齒輪傳動），分配傳動比時(shí)，若為減速傳動，一般應(yīng)按傳動比逐級減小的原則分配；反之，若為增速傳動，應(yīng)按逐級增大分配；（4）設(shè)計(jì)減速器時(shí)，應(yīng)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?！?5.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.1傳動方案的運(yùn)動參數(shù)計(jì)算2．轉(zhuǎn)速和線速度計(jì)算由傳動比計(jì)算公式可得從動軸轉(zhuǎn)速——主動軸轉(zhuǎn)速，r/min。在選擇潤滑方式和齒輪精度選取時(shí)，需要計(jì)算傳動零件的線速度，其計(jì)算公式為——傳動零件計(jì)算直徑，mm；——傳動零件轉(zhuǎn)速，r/min。§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)計(jì)算1.傳動系統(tǒng)的總效率計(jì)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(jī)構(gòu)、聯(lián)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§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)計(jì)算1.傳動系統(tǒng)的總效率計(jì)算——各傳動機(jī)構(gòu)、聯(lián)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(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常用傳動零件和裝置的傳動效率§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)計(jì)算2.功率計(jì)算

傳動系統(tǒng)中，對各傳動零件進(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(shè)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的輸入功率分別為、則§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算15.3.2傳動系統(tǒng)的動力參數(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傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算例15—2一帶式輸送機(jī)傳動方案如圖所示。已知輸送帶工作拉力kN，帶速m/s，卷筒直徑mm，卷筒傳動效率；電動機(jī)額定功率=4.85kW，轉(zhuǎn)速r/min。試計(jì)算該傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)?！?5.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算解（1）傳動比分配工作機(jī)轉(zhuǎn)速總傳動比

根據(jù)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§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算（2）計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算（3）計(jì)算各軸功率工作機(jī)功率取一對滾動軸承效率為

齒輪嚙合效率聯(lián)軸器效率

V帶傳動效率

則各軸的輸入功率為:§15.3傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(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，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?！?5.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡介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)庫存儲將數(shù)表及線圖中的數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)庫的規(guī)定進(jìn)行文件結(jié)構(gòu)化，存放在數(shù)據(jù)庫中，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)?！?5.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡介（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顯示出錯信息結(jié)束YYNNNYN§15.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡介（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)簡介15.4.3CAD機(jī)械零件程序設(shè)計(jì)步驟簡介機(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）智力激勵法

該法在實(shí)施時(shí)分兩步進(jìn)行：1）準(zhǔn)備2）開會會議的原則是：①自由思考②嚴(yán)禁評判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)。§15.5機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)