第15章 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)與綜述

本講重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容：2、機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算1、擬定機(jī)械傳動(dòng)方案時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題第十五章機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)綜述2、簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的一般程序第一節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般過(guò)程第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的選擇第十五章機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)綜述第三節(jié)機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇第四節(jié)機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算第五節(jié)機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)實(shí)例解析第一節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般過(guò)程本書(shū)在前述各章中介紹了機(jī)械中通用零件的設(shè)計(jì)理論和方法，以及標(biāo)準(zhǔn)件的選用等基本知識(shí)。本章是將已學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行扼要總結(jié)，并著重介紹整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的一些綜合性問(wèn)題和簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的一般程序。對(duì)于后面所講到的非勻速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和基本方法也都與之類(lèi)同。由于其速度和效率都比較低，主要用于改變運(yùn)動(dòng)形式或控制系統(tǒng)中，對(duì)其中可能出現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)的零部件設(shè)計(jì)，如連桿、活塞等，可參閱有關(guān)專(zhuān)門(mén)的著述。一、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程返回本章一、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械設(shè)計(jì)可以是應(yīng)用新原理、新思想、新方法開(kāi)發(fā)創(chuàng)造新的機(jī)械，也可以是在原有機(jī)械的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)或作局部改造，從而改變?cè)袡C(jī)械的性能。機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量基本上取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量，而制造過(guò)程對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量所起的作用是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)階段是決定產(chǎn)品好壞的重要環(huán)節(jié)。機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)該滿(mǎn)足的基本要求是：在實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力功能的前提下，盡可能做到性能好、效率高、成本低，并具有一定的可靠性；而且還應(yīng)考慮到操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、造型美觀以及便于運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。此外，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件，以減少重復(fù)設(shè)計(jì)。返回本節(jié)二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程機(jī)械設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：確定機(jī)械的工作原理，選擇適宜的機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)，擬定總體設(shè)圖15-1機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程計(jì)方案；進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，計(jì)算作用在各個(gè)構(gòu)件上的載荷，進(jìn)行零部件工作能力計(jì)算；完成總體設(shè)計(jì)和零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編寫(xiě)技術(shù)文件等。各種機(jī)械由于復(fù)雜程度、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、用途及特性等各有不同，其設(shè)計(jì)步驟也不完全相同，但一般設(shè)計(jì)過(guò)程都可用圖15-1表示。返回返回在機(jī)械設(shè)備中，常以應(yīng)用最廣的電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要根據(jù)工作機(jī)的要求、工作環(huán)境條件以及經(jīng)濟(jì)性等，確定電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速等。返回第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的選擇一、電動(dòng)機(jī)種類(lèi)的選擇電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也各不相同。按照所需電源的不同，分為直流和交流兩大類(lèi)，交流電動(dòng)機(jī)又分為異步和同步兩種。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的分類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表15-1。二、電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式以及防爆式等多種，以適應(yīng)不同工作機(jī)和不同工作環(huán)境的要求。選擇時(shí)應(yīng)考慮工作環(huán)境是否潮濕、有無(wú)酸性氣體、灰塵多少以及工作人員的安全等情況。所選結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能保證電動(dòng)機(jī)安全可靠地運(yùn)行，避免人身傷亡及其他事故產(chǎn)生。三、電動(dòng)機(jī)功率的選擇電動(dòng)機(jī)功率的選擇，首先是根據(jù)工作機(jī)輸出的有效功率并考慮各個(gè)摩擦副的效率，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力計(jì)算（見(jiàn)本章第四節(jié)），確定電動(dòng)機(jī)的輸出功率；然后按電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)選定其額定功率。通常應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于或等于其輸出功率。返回第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的選擇四、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也是根據(jù)工作機(jī)的要求而定的。對(duì)于功率相同的電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速越高，體積越小，價(jià)格越低，效率也較高，因此應(yīng)盡量選用較高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。但隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，將使傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比增大，從而使傳動(dòng)裝置的尺寸、質(zhì)量都增大，導(dǎo)致制造成本提高，傳動(dòng)效率降低。因此，在選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮傳動(dòng)裝置的選擇。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（r/min）有750、1000、1500和3000等。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先是制定設(shè)計(jì)方案，包括原動(dòng)機(jī)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)的確定等。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇是一項(xiàng)很重要的工作，它在很大程度上影響著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和制造成本。下面簡(jiǎn)要介紹確定機(jī)械傳動(dòng)方案時(shí)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題。返回第三節(jié)機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇一、常用機(jī)械傳動(dòng)形式及摩擦副的性能與比較為了便于分析和比較，將常用機(jī)械傳動(dòng)形式的基本特性列于表15-2，將常用機(jī)械傳動(dòng)的單級(jí)傳動(dòng)比及各種摩擦副的效率概略值列于表15-3，供制訂設(shè)計(jì)方案時(shí)參考。返回第三節(jié)機(jī)械傳動(dòng)方案的選擇二、擬訂機(jī)械傳動(dòng)方案時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題在機(jī)械設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)預(yù)期功能的方案可以有多個(gè)，通常是選擇幾個(gè)不同的方案進(jìn)行比較，以期得到較佳的設(shè)計(jì)方案。為此，在擬訂機(jī)械傳動(dòng)方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

１、盡量簡(jiǎn)化和縮短機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

２、合理安排傳動(dòng)和機(jī)構(gòu)的位置順序３、使機(jī)械有較高的傳動(dòng)效率此外，還應(yīng)考慮傳動(dòng)的外廓尺寸、質(zhì)量以及制造成本等因素。這些因素不僅與傳動(dòng)形式有關(guān)，而且還與各級(jí)傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)有關(guān)。返回本節(jié)第四節(jié)機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程可知，機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算是進(jìn)行傳動(dòng)零、部件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是分析比較設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的重要依據(jù)。一、機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)計(jì)算運(yùn)動(dòng)計(jì)算的目的是確定傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)速。所謂傳動(dòng)比是指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸，即運(yùn)動(dòng)的輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速之比。傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)體是傳動(dòng)裝置，圖15-2所示的帶式運(yùn)輸機(jī)、圖15-3所示的鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)，都是常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)例。返回本節(jié)返回在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，不單是要從已知的傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算總的傳動(dòng)比，更多的是要把總傳動(dòng)比分解為各級(jí)傳動(dòng)比，以確定每個(gè)傳動(dòng)零件的參數(shù)。如果總傳動(dòng)比的數(shù)值不大，則可采用單級(jí)或級(jí)數(shù)較少的傳動(dòng)，而不應(yīng)當(dāng)采用級(jí)數(shù)過(guò)多的傳動(dòng)；否則將使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高。但在總傳動(dòng)比數(shù)值較大的情況下，就需采用多級(jí)傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)等。這時(shí)，如不用多級(jí)傳動(dòng)而采用一般的單級(jí)傳動(dòng)，反而會(huì)使體積加大、質(zhì)量增加，同樣要加大制造成本。這是一個(gè)優(yōu)化選擇的問(wèn)題。例如，對(duì)于齒輪傳動(dòng)，如要求總傳動(dòng)比i=5，應(yīng)當(dāng)采取單級(jí)傳動(dòng)（圖15-4a）；倘若改用兩級(jí)傳動(dòng)（圖15-4b），其傳動(dòng)比可以取為ｉ＝i1*i2＝2.5*2（式中，i1為高速級(jí)傳動(dòng)比，i2為低速級(jí)傳動(dòng)比），此時(shí)質(zhì)量將增加約３０％。如總傳動(dòng)比加大到i＝20，則應(yīng)采用兩級(jí)傳動(dòng)（圖15-5a），其傳動(dòng)比i＝i1*i2＝5*4就比較恰當(dāng)；而采用單級(jí)傳動(dòng)（圖15-5b），其質(zhì)量將增加約一倍。返回按照本章第一節(jié)所述機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，可進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)以開(kāi)式齒輪傳動(dòng)為例，說(shuō)明簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的一般程序及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。返回第五節(jié)機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)實(shí)例解析一、分析傳動(dòng)方案，明確各個(gè)零件的作用作為設(shè)計(jì)者，仍然需要分析傳動(dòng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，必要時(shí)可以改變傳動(dòng)方案與布局，以求獲得最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。對(duì)于一個(gè)未知的全新傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，則需要先作傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，并繪制傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。二、選擇電動(dòng)機(jī)，確定各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)選擇電動(dòng)機(jī)，即確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率和轉(zhuǎn)速。這需要根據(jù)工作機(jī)所需的功率、轉(zhuǎn)速以及工作條件來(lái)選定。下一頁(yè)三、設(shè)計(jì)各級(jí)傳動(dòng)