機械設(shè)計基礎(chǔ)課件第14章機械傳動設(shè)計

1、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 提供運動與動力的裝置，使工作機構(gòu)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(gòu)。傳動裝置有液壓傳動、電氣傳動、機械傳動等，其中機械傳動是應用最廣的一種，本章介紹此類傳動。 （3）工作機構(gòu) 是執(zhí)行工作的機構(gòu)。 此外，為保證機器的正常工作，還需裝設(shè)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)）

2、-利用機械運動方式傳遞運動和動力的機構(gòu)。 （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(zhuǎn)矩，變換為工作機所需要的轉(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。 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(shè)計的優(yōu)

3、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 常用機械傳動機構(gòu)的選擇常用機械傳動機構(gòu)的選擇 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(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)橐苿印[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)

4、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)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

5、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）運動形式變換基本機構(gòu)其他機構(gòu)原動運動從動運動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）的變化實現(xiàn)運動轉(zhuǎn)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(gòu)可以

6、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。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(zhuǎn)速、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； 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，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(zhuǎn)矩T也最大。1000Fvp 2、圓周速度和轉(zhuǎn)速 其中：V-圓周速度，單位為m/s; n-轉(zhuǎn)速，單位

7、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允許沖擊力、振動及摩擦功的大小等因素的限制。 傳遞的

8、功率與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的關(guān)系為： 其中：T-傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為Nm; P-傳遞的功率，單位為KW； n-轉(zhuǎn)速，單位為r/min.nPT95503、傳動比反映了機械傳動增速和減速的能力 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

9、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(shè)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(gòu)； 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(guān)。 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

10、，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(jié)構(gòu)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1002530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

11、，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(shè)計機械傳動的方案設(shè)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(zhuǎn)速與運動形式。此外還要適應工作條件，滿足工作可靠性、結(jié)構(gòu)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

12、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(gòu)及其特性，在此基礎(chǔ)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(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

13、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 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

14、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(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。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(jié)構(gòu)尺寸布局與結(jié)構(gòu)

15、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

16、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(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。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

17、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

18、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(gòu)，如在傳動系統(tǒng)中，若有改變運動形式的機構(gòu)，如連桿機構(gòu)、凸連桿機構(gòu)、凸 輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)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。等，一般將其設(shè)置在傳動系統(tǒng)的最后一級。 還應考慮各種傳動機構(gòu)的壽命和裝拆維修的難易程度。還應考慮各種傳動機構(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 合理地分配各級傳動比可以減小傳動裝