第十三章 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)

第十三章機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)

§13.1概述

1、機(jī)械傳動(dòng)的概念

利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。2、機(jī)械傳動(dòng)的功用（1）將原動(dòng)機(jī)的輸出速度降低或增高，以適合工作機(jī)的需要。（2）實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)，以滿足工作機(jī)的經(jīng)常變速要求。（3）將原動(dòng)機(jī)的輸出的轉(zhuǎn)矩，變換為工作機(jī)的轉(zhuǎn)矩或力。（4）將原動(dòng)機(jī)輸出的等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)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(yùn)動(dòng)。（5）實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不同速度的工作機(jī)。（6）受機(jī)體外形、尺寸限制，為了安全與操作方便，工作機(jī)不宜與原動(dòng)機(jī)直接連接時(shí)，也需要用傳動(dòng)裝置來連接。二、常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)

§13.2常用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇

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

當(dāng)需要獲得較大的定傳動(dòng)比時(shí)，可將多級(jí)齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等組合來滿足速度變化的需要。3、實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解采用各種差動(dòng)輪系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解4、獲得較大的機(jī)械效益根據(jù)一定功率下減速增矩的原理，通過減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)用較小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的輸出轉(zhuǎn)矩，即獲得較大的機(jī)械效益?！?3.3機(jī)械傳動(dòng)的特性和參數(shù)機(jī)械傳動(dòng)的性能指標(biāo)有兩類：反映運(yùn)動(dòng)特性的參數(shù)：轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)比、變速范圍等反映動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)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(shí),圓周力F與圓周速度V成反比。在各種傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)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(jìn)行傳動(dòng)是有利的。對(duì)于撓性傳動(dòng)，限制速度的因素是離心力作用，它在撓性件中會(huì)引起附加載荷，并且減小其有效拉力。對(duì)于嚙合傳動(dòng)，限制速度的主要因素是嚙合元件進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)產(chǎn)生的附加作用力，它的增大會(huì)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(dòng)件的轉(zhuǎn)速或增大其直徑。但是直徑增大會(huì)使傳動(dòng)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(jìn)入和退出嚙合時(shí)的允許沖擊力、振動(dòng)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(dòng)比反映了機(jī)械傳動(dòng)增速和減速的能力。★一般情況下，傳動(dòng)裝置均為減速傳動(dòng)?！镌谀Σ羵鲃?dòng)中，V帶傳動(dòng)可達(dá)到的傳動(dòng)比最大，平帶傳動(dòng)次之，然后是摩擦輪傳動(dòng)。★在嚙合傳動(dòng)中，就一對(duì)嚙合傳動(dòng)而言，蝸桿傳動(dòng)可達(dá)到的傳動(dòng)比最大，其次是齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。4、功率損耗和傳動(dòng)效率

機(jī)械傳動(dòng)效率的高低表明機(jī)械驅(qū)動(dòng)功率的有效利用程度，是反映機(jī)械傳動(dòng)裝置性能指標(biāo)的重要參數(shù)之一。機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)裝置的尺寸與中心距a傳動(dòng)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(jī)械傳動(dòng)裝置的主要指標(biāo)及特點(diǎn)類型傳遞功率（kW）速度（m/s）特點(diǎn)圓柱齒輪傳動(dòng)≤3000≤50承載能力和速度范圍大，傳動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)，承載能力大。錐齒輪傳動(dòng)直齒≤1000曲齒≤15000≤40蝸桿傳動(dòng)開式≤750常用≤50滑動(dòng)速度≤15～50結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，當(dāng)傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比可達(dá)到1000，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，可作自鎖傳動(dòng)。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(jí)NGW行星齒輪傳動(dòng)≤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(jī)構(gòu)，制造精度要求較高。普通V帶傳動(dòng)≤100≤25～30傳動(dòng)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(dòng)比不恒定，壽命短。鏈傳動(dòng)（滾子鏈）≤200≤20工作可靠，平均傳動(dòng)比恒定，軸間距大，能適應(yīng)惡劣環(huán)境。瞬時(shí)速度不穩(wěn)定，高速是運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，多用于低速傳動(dòng)。摩擦輪傳動(dòng)≤200通?！?0≤25～50傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護(hù)作用，傳動(dòng)比不恒定，抗沖擊能力低，軸和軸承均受力大?！?3.4機(jī)械傳動(dòng)的方案設(shè)計(jì)一、傳動(dòng)類型的選擇傳動(dòng)類型很多，各種傳動(dòng)形式均有其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)選擇幾個(gè)不同的方案進(jìn)行比較，最后選擇較合理的傳動(dòng)類型。常用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性機(jī)構(gòu)類型運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性連桿機(jī)構(gòu)可以輸出多種運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一定軌跡、位置要求。運(yùn)動(dòng)副為面接觸，故承載能力大，但動(dòng)平衡困難，不宜用于高速凸輪機(jī)構(gòu)可以輸出任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律的移動(dòng)、擺動(dòng)，但行程不大。運(yùn)動(dòng)副為滾動(dòng)兼滑動(dòng)的高副，故不適用于重載齒輪機(jī)構(gòu)圓形齒輪實(shí)現(xiàn)定傳動(dòng)比傳動(dòng)，非圓形齒輪實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比傳動(dòng)。功率和轉(zhuǎn)速范圍都很大，傳動(dòng)比準(zhǔn)確可靠螺旋機(jī)構(gòu)輸出移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微動(dòng)、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(jī)構(gòu)輸出間歇運(yùn)動(dòng)，并且動(dòng)程可調(diào)；但工作時(shí)沖擊、噪聲較大，只適用于低速輕載槽輪機(jī)構(gòu)輸出間歇運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)位平穩(wěn)；有柔性沖擊，不適用于高速帶傳動(dòng)中心距變化范圍較廣。結(jié)構(gòu)簡單，具有吸振特點(diǎn)，無噪聲，傳動(dòng)平穩(wěn)。過載打滑，可起安全裝置作用鏈傳動(dòng)中心距變化范圍較廣。平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，瞬時(shí)傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，比帶傳動(dòng)承載能力大，傳動(dòng)工作時(shí)動(dòng)載荷及噪聲較大，在沖擊振動(dòng)情況下工作時(shí)壽命較短定傳動(dòng)比傳動(dòng)的類型選擇原則①功率范圍

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

②傳動(dòng)效率

對(duì)于大功率傳動(dòng)，傳動(dòng)效率很重要。傳動(dòng)功率越大，越要采用效率高的傳動(dòng)類型。

③傳動(dòng)比范圍

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

對(duì)于平行軸之間的傳動(dòng)，宜采用圓柱齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)；對(duì)于相交軸之間的傳動(dòng)，可采用錐齒輪或圓錐摩擦輪傳動(dòng)；對(duì)于交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，可采用蝸桿傳動(dòng)或交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)。兩軸相距較遠(yuǎn)時(shí)可采用帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)；反之，可采用齒輪傳動(dòng)。

⑤其他要求

例如噪聲要求，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的噪聲較大，帶傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)的噪聲較

二、傳動(dòng)順序的布置原則如下：

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

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

②各級(jí)