《機械設(shè)計基礎(chǔ) 第4版》 教案 第15章 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計

PAGEPAGE7第15章機械傳動系統(tǒng)設(shè)計基本要求：了解機械傳動系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計以及運動和動力計算。重點：機械傳動系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計以及運動和動力計算。難點：機械傳動系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計。學(xué)時：課堂教學(xué)：3學(xué)時。教學(xué)方法：多媒體結(jié)合板書。15.1機械傳動系統(tǒng)設(shè)計15.1.1現(xiàn)代機械系統(tǒng)的組成任何現(xiàn)代機械系統(tǒng)，盡管構(gòu)造和用途繁多，但是其結(jié)構(gòu)組成均包括：原動機、傳動系統(tǒng)和工作機構(gòu)三個部分。此外，為保證機械系統(tǒng)的正常工作，還應(yīng)有操作裝置或控制系統(tǒng)。15.1.2機械系統(tǒng)的傳動方案傳動裝置是將動力機的動力和運動傳遞給執(zhí)行裝置的中間裝置。設(shè)計機械傳動系統(tǒng)時，首先應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工作需要提出的動作要求，擬定產(chǎn)品的傳動方案。一般以傳動動力為主的傳動稱為動力傳動，以傳動運動為主的傳動稱為運動傳動。機器中采用不同的傳動方式構(gòu)成的傳動裝置可以起到以下作用：1）改變運動規(guī)律，如減速、增速、間歇運動等。2）改變運動形式，將連續(xù)的勻速旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榘茨撤N規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)、非旋轉(zhuǎn)的其它運動，如曲柄滑塊機構(gòu)、齒輪齒條機構(gòu)等。3）實現(xiàn)由一個動力機驅(qū)動若干個運動形式和速度各異的驅(qū)動機構(gòu)，如彎曲成型機等。4）傳遞動力，即將動力機的動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。5）物料輸送，如生產(chǎn)線上的物料輸送裝置。傳動方案是否合適，對機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量具有決定性影響，所以擬定產(chǎn)品的傳動系統(tǒng)是設(shè)計中至關(guān)重要的一環(huán)。傳動方案與機械產(chǎn)品的工作原理密切相關(guān)，而機械產(chǎn)品的工作原理又是多種多樣的，即使是完成同一任務(wù)，也可以有多種不同的工作原理來完成。例如，加工齒輪可以采用仿形法或展成法。工作原理不同，傳動方案不同，即使工作原理相同也可以擬定幾種不同方案。因此，在設(shè)計機械產(chǎn)品時，應(yīng)綜合考慮各方面因素，對各種傳動方案加以比較，選擇其中的最佳方案。15.1.3機械傳動型式與選擇根據(jù)傳動比能否改變，機械傳動可分為固定傳動比傳動、可調(diào)傳動比傳動和變傳動比傳動三類?？烧{(diào)傳動比又分為有級變速和無級變速。1、選擇機械傳動類型的依據(jù)工作機的性能參數(shù)和工況；原動機的機械特性和調(diào)速性能；對機械傳動系統(tǒng)的性能、尺寸、重量和安裝布置上的要求；工作環(huán)境要求；制造工藝性和經(jīng)濟性要求等。2、選擇傳動系統(tǒng)的原則（1）簡化傳動環(huán)節(jié)a）當(dāng)原動機的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式完全符合工作機構(gòu)的工況要求時，可將原動機的輸出軸與工作機構(gòu)的輸入軸用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。這種方式結(jié)構(gòu)最簡單、傳動效率也最高。但是當(dāng)原動機的輸出軸與工作機構(gòu)的輸入軸不在同一軸線上時，如兩軸平行、相交或交錯，就需要采用一定類型的機械傳動裝置；b）若原動機可調(diào)速而工作機構(gòu)的載荷又變化不大，或者工作機構(gòu)有調(diào)速要求并與原動機調(diào)速范圍相適應(yīng)，可采用固定傳動比的機械傳動裝置。c）當(dāng)工作機構(gòu)要求的調(diào)速范圍比較大，而原動機調(diào)速的機械特性不能滿足要求時，可采用可調(diào)傳動比的機械傳動裝置。在滿足工作要求的前提下應(yīng)盡量采用有級變速傳動，盡量不用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價較高的無級變速傳動。（2）提供機械傳動效率a）高速、大功率、長期工作的工況，應(yīng)選用承載能力高、傳動平穩(wěn)、效率高的傳動類型；b）速度降低，中、小功率，要求傳動比比較大的工況，可采用單級蝸桿傳動多級齒輪傳動、帶傳動－齒輪傳動、帶－齒輪－鏈傳動等多種方案，并進行分析比較，從中選擇效率較高的方案；c）傳動比較大時，應(yīng)優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)緊湊的蝸桿傳動和行星齒輪傳動。原動機輸出軸和工作機構(gòu)輸入軸平行時，可采用圓柱齒輪傳動，若中心距較大時可采用帶傳動或鏈傳動。兩軸平面相交時可用圓錐齒輪傳動，兩軸空間相交可用蝸桿傳動，兩軸同軸布置時可用二級同軸式圓柱齒輪傳動或行星齒輪傳動。（3）合理安排傳動機械的順序多種傳動協(xié)同使用時，帶傳動應(yīng)用在高速級以降低所傳動的轉(zhuǎn)矩；斜齒輪傳動常用在高速級和要求傳動平穩(wěn)的場合；圓錐齒輪傳動宜用在高速級以減小尺寸；鏈傳動因運轉(zhuǎn)不均勻宜用在低速級；開式齒輪傳動因工作環(huán)境差應(yīng)用在低速級；蝸桿傳動與齒輪傳動同時使用時，宜用在高速級以節(jié)約有色金屬。（4）確保機械系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)工作環(huán)境惡劣，粉塵較多時，盡量采用閉式傳動以延長傳動零件壽命。工作環(huán)境溫度較高或易燃易爆場合不宜采用帶傳動等。（5）合理分配傳動系統(tǒng)的傳動比在進行傳動系統(tǒng)方案分析比較中，為確定出最佳方案，可用采用最優(yōu)化設(shè)計的方法，把設(shè)計問題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)問題，建立數(shù)學(xué)模型，借助于計算機求解得到最優(yōu)方案。也可以采用技術(shù)經(jīng)濟評價法。具體可以參考有關(guān)資料。15.2機械傳動的運動和動力計算15.2.1傳動系統(tǒng)的效率效率是機器的一項重要指標，也是選擇動力機的依據(jù)之一。一般在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，應(yīng)該進行效率計算。傳動系統(tǒng)的效率與基本機構(gòu)的傳動副性質(zhì)以及基本機構(gòu)的組合方式有關(guān)。設(shè)k個機構(gòu)依次串聯(lián)，各個機構(gòu)的效率分別為。則傳動系統(tǒng)總的效率為各個的乘積。15.2.2傳動系統(tǒng)的功率功率是選擇動力機以及進行傳動系統(tǒng)設(shè)計計算的主要依據(jù)之一。由于，所以其中：Pd為傳動系統(tǒng)的輸入功率（kW），由動力機提供。Pw為傳動系統(tǒng)的輸出功率（kW），即工作機構(gòu)的工作功率。工作機構(gòu)所需的工作功率應(yīng)根據(jù)機器的工作阻力和運動參數(shù)計算得到。在靜載荷作用時工作機影響平穩(wěn)的情況下，工作功率可按下式計算：其中：F為工作機阻力（N）；v為工作機的線速度（m/s）；工作機的效率。15.2.3傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩已知軸的輸入功率P以及轉(zhuǎn)速n時，則轉(zhuǎn)矩為其中：P為軸的輸入功率（kW）；n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；T為作用于軸上的轉(zhuǎn)矩（Nm）。可知：軸的轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n成反比。減速運動時，轉(zhuǎn)矩增大，增速運動時轉(zhuǎn)矩減小。傳動系統(tǒng)常采用減速傳動獲得較大的轉(zhuǎn)矩。15.2.4串聯(lián)聯(lián)接的傳動比的分配當(dāng)電動機選定之后，電動機的轉(zhuǎn)速與工作機的轉(zhuǎn)速之比即為傳動系統(tǒng)的總傳動比，串聯(lián)聯(lián)接系統(tǒng)的總傳動比等于各子結(jié)構(gòu)的傳動比的乘積，分配傳動比時應(yīng)該考慮以下幾點：1）各傳動機構(gòu)的尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理。如由帶傳動和齒輪減速器組成的傳動裝置中，一般應(yīng)使帶傳動比控制在一定范圍，避免大帶輪尺寸過大，影響傳動質(zhì)量和安裝。2）通過調(diào)節(jié)各級傳動比，應(yīng)使傳動裝置的總體尺寸緊湊、重量最輕。3）閉式齒輪傳動，應(yīng)使各級大齒輪有合理的浸油深度，以利于各級齒輪傳動得到良好潤滑，以及避免某級大齒輪浸油過深而增加攪油損失。因此高速級的傳動比應(yīng)比低速級傳動比略大。15.2.5機械傳動系統(tǒng)的評價標準評價標準有五個方面：1）運動精確性；2）工作可靠性；3）運動平穩(wěn)性；4）制造經(jīng)濟性；5）結(jié)構(gòu)緊湊性。本章小結(jié)1.機械傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)采用系統(tǒng)性思想，對各種傳動機構(gòu)的性能特點、機器的工作要求、工作環(huán)境、生產(chǎn)條件、用戶使用和市場需求情況、技術(shù)發(fā)展等進行綜合考慮；2.方案設(shè)計是機械傳動系統(tǒng)設(shè)計的核心，需要進行傳動路線選擇、傳動機構(gòu)類型選擇和布置順序安排。設(shè)計時應(yīng)擬定多個方案，進行綜合分析比較，從中選出最合理的方案；3.傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計算中，總傳動比的合理分配最為關(guān)鍵，直接影響到各