第十三章 機械傳動設(shè)計

第十三章機械傳動設(shè)計

§13.1概述

1、機械傳動的概念

利用機械運動方式傳遞運動和動力的機構(gòu)。2、機械傳動的功用（1）將原動機的輸出速度降低或增高，以適合工作機的需要。（2）實現(xiàn)變速傳動，以滿足工作機的經(jīng)常變速要求。（3）將原動機的輸出的轉(zhuǎn)矩，變換為工作機的轉(zhuǎn)矩或力。（4）將原動機輸出的等速旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C所需要的、速度按某種規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)或其他類型的運動。（5）實現(xiàn)由一個或多個原動機驅(qū)動若干個相同或不同速度的工作機。（6）受機體外形、尺寸限制，為了安全與操作方便，工作機不宜與原動機直接連接時，也需要用傳動裝置來連接。二、常用傳動機構(gòu)及其特點

§13.2常用機械傳動機構(gòu)的選擇

1、實現(xiàn)運動形式的變換原動件的運動形式都是勻速回轉(zhuǎn)運動，而工作機構(gòu)所要求的運動形式卻是多種多樣的。傳動機構(gòu)可以將勻速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿?、擺動、間歇運動和平面復(fù)雜運動等各種各樣的運動形式。下表為各種運動形式變換的常用機構(gòu)。運動形式變換基本機構(gòu)其他機構(gòu)原動運動從動運動連續(xù)回轉(zhuǎn)連續(xù)回轉(zhuǎn)變向平行軸同向圓柱齒輪機構(gòu)（內(nèi)嚙合）帶傳動機構(gòu)鏈傳動機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)反向圓柱齒輪機構(gòu)（外嚙合）圓柱摩擦輪機構(gòu)交叉帶（或繩、線）傳動機構(gòu)反平行四桿機構(gòu)（兩長桿交叉）相交軸錐齒輪機構(gòu)圓錐摩擦輪機構(gòu)交錯軸蝸桿傳動機構(gòu)交錯軸斜齒輪機構(gòu)雙曲柱面摩擦輪機構(gòu)半交叉帶（或繩、線）傳動機構(gòu)變速減速增速齒輪機構(gòu)蝸桿傳動機構(gòu)帶傳動機構(gòu)鏈傳動機構(gòu)摩擦輪機構(gòu)繩、線傳動機構(gòu)變速齒輪機構(gòu)無級變速機構(gòu)塔輪傳動機構(gòu)塔輪鏈傳動機構(gòu)運動形式變換基本機構(gòu)其他機構(gòu)原動運動從動運動連續(xù)回轉(zhuǎn)間歇回轉(zhuǎn)槽輪機構(gòu)非完全齒輪機構(gòu)擺動無急回性質(zhì)擺動從動件凸輪機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)（行程速度變化系數(shù)K=1）有急回性質(zhì)曲柄搖桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu)移動連續(xù)移動螺旋機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)帶、繩、線及鏈傳動機構(gòu)中撓性件的運動往復(fù)移動無急回對心曲柄滑塊機構(gòu)移動從動件凸輪機構(gòu)正弦機構(gòu)不完全齒輪（上下）齒條機構(gòu)有急回偏置曲柄滑塊機構(gòu)移動從動件凸輪機構(gòu)間歇移動不完全齒輪與齒條機構(gòu)移動從動件凸輪機構(gòu)平面復(fù)雜運動特定運動軌跡連桿機構(gòu)（連桿運動連桿上特定點的運動軌跡）擺動擺動雙搖桿機構(gòu)摩擦輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)移動搖桿滑塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)間歇回轉(zhuǎn)棘輪機構(gòu)2、實現(xiàn)運動轉(zhuǎn)速（或速度）的變化

當(dāng)需要獲得較大的定傳動比時，可將多級齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動和鏈傳動等組合來滿足速度變化的需要。3、實現(xiàn)運動的合成與分解采用各種差動輪系進行運動的合成與分解4、獲得較大的機械效益根據(jù)一定功率下減速增矩的原理，通過減速傳動機構(gòu)可以實現(xiàn)用較小驅(qū)動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的輸出轉(zhuǎn)矩，即獲得較大的機械效益。§13.3機械傳動的特性和參數(shù)機械傳動的性能指標(biāo)有兩類：反映運動特性的參數(shù)：轉(zhuǎn)矩、傳動比、變速范圍等反映動力特性的參數(shù)：功率、轉(zhuǎn)矩、效率等功率—傳遞功率P，反映傳動系統(tǒng)的傳動能力。F—傳遞的圓周力，單位為NV—圓周速度，單位為m/sP－傳遞的功率,單位為kW當(dāng)功率P一定時,圓周力F與圓周速度V成反比。在各種傳動中，齒輪傳動允許的圓周力范圍最大，傳遞的轉(zhuǎn)矩T也最大。v—圓周速度，單位為m/sn—轉(zhuǎn)速，單位為r/mind—輪的參考圓直徑

,單位為mm2、圓周速度和轉(zhuǎn)速圓周速度和轉(zhuǎn)速在其他條件相同的情況下，提高圓周速度可以減小外廓尺寸。因此在較高的速度下進行傳動是有利的。對于撓性傳動，限制速度的因素是離心力作用，它在撓性件中會引起附加載荷，并且減小其有效拉力。對于嚙合傳動，限制速度的主要因素是嚙合元件進入嚙合和退出嚙合時產(chǎn)生的附加作用力，它的增大會使所傳遞的有效力減小。

為了獲得大的圓周速度，需要提高主動件的轉(zhuǎn)速或增大其直徑。但是直徑增大會使傳動的外廓尺寸變大。因此，為了維持高的圓周速度，主要是提高轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)速度的最大值受到嚙合元件進入和退出嚙合時的允許沖擊力、振動及摩擦功的大小等因素的限制。

傳遞的功率與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的關(guān)系為T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·mP——傳遞的功率,單位為kWn——轉(zhuǎn)速,單位為r/min3、傳動比反映了機械傳動增速和減速的能力。★一般情況下，傳動裝置均為減速傳動。★在摩擦傳動中，V帶傳動可達到的傳動比最大，平帶傳動次之，然后是摩擦輪傳動?！镌趪Ш蟼鲃又?，就一對嚙合傳動而言，蝸桿傳動可達到的傳動比最大，其次是齒輪傳動和鏈傳動。4、功率損耗和傳動效率

機械傳動效率的高低表明機械驅(qū)動功率的有效利用程度，是反映機械傳動裝置性能指標(biāo)的重要參數(shù)之一。機械傳動效率低，不僅功率損失大，而且損耗的功率產(chǎn)生大量的熱量，必須采用散熱措施。5、外廓尺寸和重量傳動裝置的尺寸與中心距a傳動比i輪直徑d輪寬b有關(guān)其中影響最大的參數(shù)是中心距a。常用機械傳動裝置的主要指標(biāo)及特點類型傳遞功率（kW）速度（m/s）特點圓柱齒輪傳動≤3000≤50承載能力和速度范圍大，傳動比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，壽命長。制造安裝精度要求高，噪聲較大，成本較高。直齒圓柱齒輪可用做變速滑移齒輪；斜齒輪比直齒輪傳動平穩(wěn)，承載能力大。錐齒輪傳動直齒≤1000曲齒≤15000≤40蝸桿傳動開式≤750常用≤50滑動速度≤15～50結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，當(dāng)傳遞運動時，傳動比可達到1000，傳動平穩(wěn)，噪聲小，可作自鎖傳動。制造精度要求較高，效率較低，蝸桿材料常用青銅，成本較高。閉式單級NGW行星齒輪傳動≤6500高低速均可體積小，效率高，重量輕，傳遞功率范圍大。要求載荷均衡機構(gòu)，制造精度要求較高。普通V帶傳動≤100≤25～30傳動平穩(wěn)，噪聲小，能緩沖吸振；結(jié)構(gòu)簡單，軸間距大，成本低。外廓尺寸大，傳動比不恒定，壽命短。鏈傳動（滾子鏈）≤200≤20工作可靠，平均傳動比恒定，軸間距大，能適應(yīng)惡劣環(huán)境。瞬時速度不穩(wěn)定，高速是運動不平穩(wěn)，多用于低速傳動。摩擦輪傳動≤200通?！?0≤25～50傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護作用，傳動比不恒定，抗沖擊能力低，軸和軸承均受力大?！?3.4機械傳動的方案設(shè)計一、傳動類型的選擇傳動類型很多，各種傳動形式均有其優(yōu)缺點，根據(jù)運動形式和運動特點選擇幾個不同的方案進行比較，最后選擇較合理的傳動類型。常用機械傳動機構(gòu)的運動及動力特性機構(gòu)類型運動及動力特性連桿機構(gòu)可以輸出多種運動，實現(xiàn)一定軌跡、位置要求。運動副為面接觸，故承載能力大，但動平衡困難，不宜用于高速凸輪機構(gòu)可以輸出任意運動規(guī)律的移動、擺動，但行程不大。運動副為滾動兼滑動的高副，故不適用于重載齒輪機構(gòu)圓形齒輪實現(xiàn)定傳動比傳動，非圓形齒輪實現(xiàn)變傳動比傳動。功率和轉(zhuǎn)速范圍都很大，傳動比準(zhǔn)確可靠螺旋機構(gòu)輸出移動或轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)微動、增力、定位等功能。工作平穩(wěn)，精度高，但效率低了，易磨損棘輪機構(gòu)輸出間歇運動，并且動程可調(diào)；但工作時沖擊、噪聲較大，只適用于低速輕載槽輪機構(gòu)輸出間歇運動，轉(zhuǎn)位平穩(wěn)；有柔性沖擊，不適用于高速帶傳動中心距變化范圍較廣。結(jié)構(gòu)簡單，具有吸振特點，無噪聲，傳動平穩(wěn)。過載打滑，可起安全裝置作用鏈傳動中心距變化范圍較廣。平均傳動比準(zhǔn)確，瞬時傳動比不準(zhǔn)確，比帶傳動承載能力大，傳動工作時動載荷及噪聲較大，在沖擊振動情況下工作時壽命較短定傳動比傳動的類型選擇原則①功率范圍

當(dāng)傳遞功率小于100kW時，各種傳動類型都可以采用。但功率較大時，宜采用齒輪傳動，以降低傳動功率的損耗。對于傳遞中小功率，宜采用結(jié)構(gòu)簡單而可靠的傳動類型，以降低成本，如帶傳動。此時傳遞效率是次要的。

②傳動效率

對于大功率傳動，傳動效率很重要。傳動功率越大，越要采用效率高的傳動類型。

③傳動比范圍

不同類型的傳動裝置，最大單級傳動比差別較大。當(dāng)采用多級傳動時，應(yīng)合理安排傳動的次序。④布局與結(jié)構(gòu)尺寸

對于平行軸之間的傳動，宜采用圓柱齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動；對于相交軸之間的傳動，可采用錐齒輪或圓錐摩擦輪傳動；對于交錯軸之間的傳動，可采用蝸桿傳動或交錯軸斜齒輪傳動。兩軸相距較遠時可采用帶傳動、鏈傳動；反之，可采用齒輪傳動。

⑤其他要求

例如噪聲要求，鏈傳動和齒輪傳動的噪聲較大，帶傳動和摩擦輪傳動的噪聲較

二、傳動順序的布置原則如下：

①承載能力較小的帶傳動應(yīng)布置在高速級，使之與原動機相連，齒輪或其他傳動布置在帶傳動之后，這樣既有利于整個傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、勻稱，又有利于發(fā)揮帶傳動的傳動平穩(wěn)、緩沖減振和過載保護的特點。②鏈傳動平穩(wěn)性差，且有沖擊、振動，不適用于高速傳動，一般應(yīng)將其布置在低速級。③根據(jù)工作條件選用開式或閉式齒輪傳動。閉式齒輪傳動一般布置在高速級，以減小閉式傳動的外廓尺寸、降低成本。開式齒輪傳動制造精度較低、潤滑不良、工作條件差，磨損嚴重，一般應(yīng)布置在低速級。④傳遞大功率時，一般應(yīng)采用圓柱齒輪。⑤在傳動系統(tǒng)中，若有改變運動形式的機構(gòu)，如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等，一般將其設(shè)置在傳動系統(tǒng)的最后一級。⑥還應(yīng)考慮各種傳動機構(gòu)的壽命和裝拆維修的難易程度。三、總傳動比的分配

合理地將總傳動比分配到傳動系統(tǒng)的各種傳動中，是傳動系統(tǒng)設(shè)計的另一個重要問題。它直接影響傳動裝置的外廓尺寸、總重量、潤滑狀態(tài)及工作能力。在多級傳動中，總傳動比與各級傳動的傳動比之間的關(guān)系為下表列出了常用機械傳動機構(gòu)的單級傳動比推薦值。各級傳動機構(gòu)的傳動比應(yīng)盡量在推薦的范圍內(nèi)選取。類型平帶傳動V帶傳動鏈傳動圓柱齒輪傳動錐齒輪傳動蝸桿傳動推薦值2～42～42～53～52～38～40最大值57610580

②各級