第14章機械傳動設計

1、14.2 機械傳動的類型機械傳動的類型14.1 概述概述14.3 機械傳動的特性和參數(shù)機械傳動的特性和參數(shù)14.4 機械傳動的方案設計機械傳動的方案設計14.5 機械傳動的設計程序機械傳動的設計程序14.1 概述概述 1、機器的組成定義機器的組成定義 一臺機器從運動的角度來分析，通常由下列三部分組成： （1）原動機）原動機 提供運動與動力的裝置，使工作機構的運動和動力來源。原動機有汽輪機、內(nèi)燃機、電動機等，現(xiàn)代機械中通常都采用三相異步電動機作為原動機。 （2）傳動裝置）傳動裝置 傳遞運動與動力的裝置，通過它把原動機的運動與動力傳給工作機構。傳動裝置有液壓傳動、電氣傳動、機械傳動等，其中機械傳動

2、是應用最廣的一種，本章介紹此類傳動。 （3）工作機構）工作機構 是執(zhí)行工作的機構。 此外，為保證機器的正常工作，還需裝設一些操縱裝置和控制系統(tǒng)等。 2、機械傳動的功用機械傳動的功用 機械傳動（裝置或系統(tǒng)）機械傳動（裝置或系統(tǒng)）-利用機械運動方式傳遞運動和動力的機構。 （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）將原動機輸出的轉矩，變換為工作機所需要的轉矩或力； （4）將原動機輸出的等速旋轉運動，轉變?yōu)楣ぷ鳈C所需要的、速度按某種規(guī)律變化的旋轉或其他類型的運動； （5）實現(xiàn)由一個或多個原動機驅動若干個相同或不同速度的工作機； （

3、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。 3、機械傳動的組成機械傳動的組成 由傳動裝置、操縱和控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等組成。 機械傳動是機器的重要組成部分之一，其設計的優(yōu)劣，對于提高機器的工作性能、工作可靠性和效率、縮小外形尺寸、減輕重量、降低制造成本等具有較大的影響。14.2 機械轉動的類型機械轉動的類型 1、實現(xiàn)運動形式的變換實現(xiàn)運動形式的變換 原動件的運動形式都是勻速回轉運動，而工作機構所要求的運動形式卻是多種多樣的。傳動機構可以將勻速回轉運動轉變?yōu)橐苿?、擺動、間歇運動和平面復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

4、機構。運動形式變換基本機構其他機構原動運動從動運動連續(xù)回轉連續(xù)回轉變向平行軸同向圓柱齒輪機構（內(nèi)嚙合）帶傳動機構鏈傳動機構雙曲柄機構回轉導桿機構反向圓柱齒輪機構（外嚙合）圓柱摩擦輪機構交叉帶（或繩、線）傳動機構反平行四桿機構（兩長桿交叉）相交軸錐齒輪機構圓錐摩擦輪機構交錯軸蝸桿傳動機構交錯軸斜齒輪機構雙曲柱面摩擦輪機構半交叉帶（或繩、線）傳動機構變速減速增速齒輪機構 蝸桿傳動機構帶傳動機構 鏈傳動機構摩擦輪機構繩、線傳動機構變速齒輪機構無級變速機構塔輪傳動機構塔輪鏈傳動機構間歇回轉槽輪機構非完全齒輪機構擺動無急回性質擺動從動件凸輪機構曲柄搖桿機構（行程速度變化系數(shù)K=1）有急回性質曲柄搖桿機構

5、擺動導桿機構擺動從動件凸輪機構移動連續(xù)移動螺旋機構齒輪齒條機構帶、繩、線及鏈傳動機構中撓性件的運動往 復移 動無急回對心曲柄滑塊機構移動從動件凸輪機構正弦機構不完全齒輪（上下）齒條機構有急回偏置曲柄滑塊機構移動從動件凸輪機構間歇移動不完全齒輪與齒條機構移動從動件凸輪機構平面復雜運動特定運動軌跡連桿機構（連桿運動連桿上特定點的運動軌跡）運動形式變換基本機構其他機構原動運動從動運動擺動擺動雙搖桿機構摩擦輪機構齒輪機構移動搖桿滑塊機構搖塊機構齒輪齒條機構間歇回轉棘輪機構 2、實現(xiàn)運動轉速（或速度）的變化實現(xiàn)運動轉速（或速度）的變化 當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

6、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，通過減速傳動機構可以實現(xiàn)用較小驅動轉矩產(chǎn)生較大的輸出轉矩，即獲得較大的機械效益。14.3 機械傳動的特性和參數(shù)機械傳動的特性和參數(shù) 機械傳動的機械傳動的性能指標性能指標有兩類：有兩類： 反映運動特性的參數(shù)： 轉速、傳動比、變速范圍等； 反映動力特性的參數(shù)： 功率、轉矩、效率等； 1、功率傳遞功率P，反映傳動系統(tǒng)的傳動能力。 其中： F-傳遞的圓周力，單位為N； V-圓周速度，單位為m/s; P-傳遞的功率，

7、單位為KW。 當功率P一定時，圓周力F與圓周速度V成反比； 在各種運動中，齒輪傳動允許的圓周力范圍最大，傳遞的轉矩T也最大。1000Fvp 2、圓周速度和轉速 其中：V-圓周速度，單位為m/s; n-轉速，單位為r/min; d-輪的參考圓直徑，單位為mm.100060ndv 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。因此的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

8、要提高主動件的轉速或增大其直徑。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，主要是提高轉速。 旋轉速度的最大值受到嚙合元件進入和退出嚙合時允許沖擊力、振動及摩擦功的大小等因素的限制。 傳遞的功率與轉矩、轉速的關系為： 其中：T-傳遞的轉矩，單位為Nm; P-傳遞的功率，單位為KW； n-轉速，單位為r/min.nPT95503、傳動比 i1 為減速傳動； i1為增速傳動。 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； 在嚙合傳動中，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

9、率損耗和傳動效率 機械傳動效率的高低表明機械驅動功率的有效利用程度，是反映機械傳動裝置性能指標的重要參數(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。 傳動裝置的功率損耗主要是由于摩擦引起的。因此，為了提高效率就必須采取措施設法減少傳動中的摩擦： 1）縮短傳動路線，減少運動副和虛約束，盡量選用高效率的傳動機構； 2）選擇合適的運動副形式； 3）盡量減少運動副中的摩擦； 4）選用合適的潤滑方式與潤滑劑。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。 其中影響最大的參數(shù)是中心距a. 傳動裝置的外廓尺寸及重量的大小，通常以單

10、位傳動功率所占用的體積(m3/kW)及重量（kg/kW）來衡量。常用機械傳動裝置的主要指標及特點 類型傳遞功率（kW）速度（m/s）特點圓柱齒輪傳動300050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1500040蝸桿傳動開式750常用50滑動速度1550結構緊湊，傳動比大，當傳遞運動時，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

11、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，制造精度要求較高。普通V帶傳動1002530傳動平穩(wěn)，噪聲小，能緩沖吸振；結構簡單，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）20020工作可靠，平均傳動比恒定，軸間距大，能適應惡劣環(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通常202550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。14.4 機械傳動的方案設計機械傳動的方案設計 合理的傳動方案首先要滿足機器的功能要求，例如傳遞功率的大小，轉速與運動形式。此外還要適應工作條件，滿足工作可

12、靠性、結構緊湊、加工方便、成本低廉、使用維護便利等要求。要同時滿足這些要求是比較困難的，通過分析選擇較好傳動方案。 一、傳動類型的選擇一、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，在選擇傳動類型時，首先要熟悉常用的不同類型機構及其特性，在此基礎上，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。常用機械傳動機構的運動及動力特性 機構類型運動及動力特性連桿機構可以輸出多種運動，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

13、構圓形齒輪實現(xiàn)定傳動比傳動，非圓形齒輪實現(xiàn)變傳動比傳動。功率和轉速范圍都很大，傳動比準確可靠螺旋機構輸出移動或轉動，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，易磨損棘輪機構輸出間歇運動，并且動程可調；但工作時沖擊、噪聲較大，只適用于低速輕載槽輪機構輸出間歇運動，轉位平穩(wěn)；有柔性沖擊，不適用于高速帶傳動中心距變化范圍較廣。結構簡單，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。平均傳動比準確，瞬時傳動比不準確，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定傳動比傳動的類型選擇原則

14、功率范圍功率范圍 當傳遞功率小于當傳遞功率小于100kW時，各種傳動類型都可以采用。但功率較大時，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，宜采用結構簡單而可靠的傳動類型，以降低成本，如帶傳動。此時傳遞效率是用結構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。次要的。傳動效率傳動效率 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。高的傳動類型。傳動比范圍傳動比范圍 不同類型的傳

15、動裝置，最大單級傳動比差別較大。當采用多級傳動時，不同類型的傳動裝置，最大單級傳動比差別較大。當采用多級傳動時，應合理安排傳動的次序。應合理安排傳動的次序。布局與結構尺寸布局與結構尺寸 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。帶傳

16、動、鏈傳動；反之，可采用齒輪傳動。 其他要求其他要求 例如噪聲要求，鏈傳動和齒輪傳動的噪聲較大，帶傳動例如噪聲要求，鏈傳動和齒輪傳動的噪聲較大，帶傳動和和 摩擦輪傳動的噪聲較小。摩擦輪傳動的噪聲較小。 二、傳動順序的布置原則如下：二、傳動順序的布置原則如下： 承載能力較小的承載能力較小的帶傳動帶傳動應布置在高速級，使之與原動機相連，應布置在高速級，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)的結構尺寸緊湊、勻稱，又有利于發(fā)揮帶傳動的傳動平穩(wěn)、緩沖減振結構尺寸緊湊、勻稱，又有利于發(fā)揮帶傳動的傳動平穩(wěn)、緩沖減振

17、和過載保護的特點。和過載保護的特點。 鏈傳動鏈傳動平穩(wěn)性差，且有沖擊、振動，不適用于高速傳動，一平穩(wěn)性差，且有沖擊、振動，不適用于高速傳動，一般應將其布置在低速級。般應將其布置在低速級。 根據(jù)工作條件選用開式或閉式根據(jù)工作條件選用開式或閉式齒輪傳動齒輪傳動。閉式齒輪傳動閉式齒輪傳動一般一般布置在高速級，以減小閉式傳動的外廓尺寸、降低成本。布置在高速級，以減小閉式傳動的外廓尺寸、降低成本。開式齒輪開式齒輪傳動傳動制造精度較低、潤滑不良、工作條件差，磨損嚴重，一般應布制造精度較低、潤滑不良、工作條件差，磨損嚴重，一般應布置在低速級。置在低速級。 傳遞大功率時，一般應采用傳遞大功率時，一般應采用圓柱

18、齒輪圓柱齒輪。 圓柱直齒輪與斜齒輪相比，一般斜齒輪的強度比直齒輪高，且傳動圓柱直齒輪與斜齒輪相比，一般斜齒輪的強度比直齒輪高，且傳動平穩(wěn)，所以斜齒輪適用于高速傳動的場合。平穩(wěn)，所以斜齒輪適用于高速傳動的場合。 直齒圓錐齒輪近用于直齒圓錐齒輪近用于v5 m/s的場合，高速時可采用曲面齒等。的場合，高速時可采用曲面齒等。 蝸桿減速器主要有上置式和下置式，圓周速度小時采用下置式。蝸桿減速器主要有上置式和下置式，圓周速度小時采用下置式。 在傳動系統(tǒng)中，若有改變運動形式的機構，如在傳動系統(tǒng)中，若有改變運動形式的機構，如連桿機構、凸連桿機構、凸 輪機構、間歇運動機構輪機構、間歇運動機構等，一般將其設置在傳動系統(tǒng)的最后一級。等，一般將其設置在傳動系統(tǒng)的最后一級。 還應考慮各種傳動機構的壽命和裝拆維修的難易程度。還應考慮各種傳動機構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系為 合理地分配各級傳