機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與項(xiàng)目實(shí)踐 課件 模塊3、4 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

任務(wù)1選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型任務(wù)2選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律任務(wù)3圖解法設(shè)計(jì)盤形凸輪的輪廓任務(wù)4校核凸輪的工作輪廓工作任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及類型掌握凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程掌握從動件常用的運(yùn)動規(guī)律及位移曲線的畫法掌握用圖解法設(shè)計(jì)盤形凸輪的輪廓曲線掌握凸輪基圓半徑、滾子半徑、壓力角在選擇第三模塊

凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1任務(wù)1——選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型

3.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型3.1.2選擇凸輪機(jī)構(gòu)類型的依據(jù)3.1.3選擇沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的類型3.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成和應(yīng)用組成：主動件凸輪，從動件推桿，機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。舉例：圖示內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。凸輪1以等角速度轉(zhuǎn)動時(shí)，它的輪廓驅(qū)動從動件2（閥桿）按預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律啟閉閥門。2.凸輪機(jī)構(gòu)的類型1）按凸輪的形狀分：（1）盤形凸輪：圖a，圖b（2）圓柱凸輪：圖c

a)b)c)

2）按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類（1）尖端從動件（2）滾子從動件（3）平底從動件

3）按從動件的運(yùn)動形式分類（1）移動從動件：從動件相對機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動。-----對心，偏置

（2）擺動從動件：從動件相對機(jī)架作往復(fù)擺動。4）按凸輪與從動件保持接觸的方法分類（1）力封閉法：利用重力、彈簧力使凸輪與從動件始終保持接觸，如圖a所示；（2）形封閉法：利用幾何形狀使凸輪與從動件始終保持接觸，如圖b所示。

a)b)1、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動形式：凸輪勻速連續(xù)轉(zhuǎn)動變換為從動件往復(fù)直線移動或擺動。2、優(yōu)點(diǎn)是：1）有凸輪輪廓，就能得到從動件運(yùn)動規(guī)律。2）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。缺點(diǎn)是：1）高副接觸，易磨損，不宜傳遞很大的力。2）凸輪制造較復(fù)雜，精度要求很高時(shí)需用數(shù)控機(jī)床加工。3.1.2選擇凸輪機(jī)構(gòu)類型的依據(jù)3.1.3選擇沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的類型（1）送料機(jī)構(gòu)工作要求送料時(shí)間和沖壓時(shí)間相互間隔；（2）送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力是同與沖壓機(jī)構(gòu)同一來源。送料機(jī)構(gòu)的凸輪軸

通過齒輪機(jī)構(gòu)與曲柄軸相連，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明1、確定送料機(jī)構(gòu)的類型采用偏置滾子移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)2、原因理由如下：移動從動件的運(yùn)動滿足送料往復(fù)移動的運(yùn)動要求；

滾子從動件摩擦小，磨損小；偏置凸輪機(jī)構(gòu)（右偏）具有較好的動力性能；盤形凸輪結(jié)構(gòu)簡單、制造較方便。3.2任務(wù)2——選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律3.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程3.2.2從動件常用運(yùn)動規(guī)律3.2.3選擇從動件運(yùn)動規(guī)律時(shí)應(yīng)考慮的因素3.2.4選擇沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的從動件運(yùn)動規(guī)律3.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程基圓：以凸輪轉(zhuǎn)動中心為圓心，凸輪輪廓曲線的最小向徑為半徑所作的圓。凸輪從動件3.2.2從動件的運(yùn)動規(guī)律1、等速運(yùn)動：從動件在推程開始和終止的瞬時(shí)，其加速度和慣性力在理論上趨于無窮大時(shí)所引起的沖擊，稱為剛性沖擊。只適用于低速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。a）圖2、等加速等減速運(yùn)動：從動件在瞬時(shí)加速度發(fā)生有限值的突變時(shí)所引起的沖擊稱為柔性沖擊。適用于中速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。b)圖3、

簡諧運(yùn)動：會產(chǎn)生柔性沖擊。適用于中速中載的場合。當(dāng)從動件作無停歇的升--降--升連續(xù)停歇運(yùn)動時(shí)，可用于高速場合。C)圖a)b)c)3.2.3選擇從動件運(yùn)動規(guī)律時(shí)應(yīng)考慮的因素1）是否滿足機(jī)械工作的運(yùn)動要求；

2）凸輪機(jī)構(gòu)是否具有良好的動力特性；

3）所設(shè)計(jì)的凸輪廓線是否便于加工

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)視從動件的工作需要而定。原則上應(yīng)注意減輕機(jī)構(gòu)中的沖擊。3.2.4選擇沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的從動件運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動過程為：推程——回程——近休；從動件的行程：h=150mm，凸輪轉(zhuǎn)角：推程角=124o,回程角′=124o，近休角

=100o。根據(jù)各常用運(yùn)動規(guī)律的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明1、選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律推程：采用簡諧運(yùn)動；回程：采用等速運(yùn)動2、畫出從動件的位移線圖選取比例：橫坐標(biāo)：每5mm代表20o

縱坐標(biāo)：=2mm/mm凸輪轉(zhuǎn)角

0o

~124o124~260o260o

~360o從動件位移

簡諧運(yùn)動上升150等速運(yùn)動下降至原處停止3.3任務(wù)3——圖解法設(shè)計(jì)盤形凸輪的輪廓3.3.1圖解法設(shè)計(jì)的原理3.3.2盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)步驟3.3.3設(shè)計(jì)沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的盤形凸輪輪廓3.3.1圖解法設(shè)計(jì)的原理凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，為了在圖紙上繪制出凸輪的輪廓曲線，可采用反轉(zhuǎn)法。下面以對心尖端移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例來說明其原理。a)b)凸輪轉(zhuǎn)動時(shí)，凸輪機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動情況如圖a）所示凸輪以等角速度ω繞軸O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，推動從動件在導(dǎo)路中上、下往復(fù)移動。2.采用反轉(zhuǎn)法，凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況如圖b）所示由于這種方法是假定凸輪固定不動而使從動件連同導(dǎo)路一起反轉(zhuǎn)，故稱反轉(zhuǎn)法（或運(yùn)動倒置法）。3.3.2盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)步驟1.對心尖端移動從動件盤形凸輪輪廓的繪制已知從動件的位移運(yùn)動規(guī)律，凸輪的基圓半徑

，以及凸輪以等角速度，逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，要求繪出此凸輪的輪廓。

根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”的原理，作圖步驟如下：（1）根據(jù)從動件的位移線圖，如圖b）所示，并將橫坐標(biāo)用若干點(diǎn)等分分段。a)b)（2）以為半徑作基圓，此基圓與導(dǎo)路的交點(diǎn)B0便是從動件尖頂?shù)钠鹗嘉恢?。?）自沿-方向取角度、、′、′，并將，′分成與圖b）對應(yīng)的若干等分，在基圓上得C1、C2、C3、...點(diǎn)。連接OC1、OC2、OC3...，并延長，它們便是反轉(zhuǎn)后從動件導(dǎo)路的各個(gè)位置。OB0

（4）從基圓開始，在延長線上量取各個(gè)位移量，即取B1C1=11’、B2C2=22’、B3C3=33’、...，得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢肂1、B2、B3、...。（5）將B0、B1、B2、B3、、...連成光滑的曲線，便得到所要求的凸輪輪廓（圖a）。2.對心滾子移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制1)把滾子中心看作尖頂從動件的尖頂，按照上面的方法畫出一條輪廓曲線2)以上各點(diǎn)為中心，以滾子半徑為半徑，畫一系列圓，最后作這些圓的包絡(luò)線,是使用滾子從動件時(shí)凸輪的實(shí)際輪廓。稱為此凸輪的理論輪廓。3.偏置尖端移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制從動件導(dǎo)路的軸線不通過凸輪的轉(zhuǎn)動中心，其偏距為e。

a)b)

a)b)作圖步驟如下：1）根據(jù)已知從動件的運(yùn)動規(guī)律，作出從動件的位移線圖，并將橫坐標(biāo)分段等分；2）以0點(diǎn)為圓心，為半徑作基圓，以為半徑作偏心圓；3）作偏心圓的切線，畫在垂直位置，作為從動件的導(dǎo)路線，與基圓的交點(diǎn)即為初始點(diǎn)點(diǎn)；B04）利用反轉(zhuǎn)原理，以-方向，從OB0開始，在基圓上依次取推程運(yùn)動角，回程運(yùn)動角，近休角；并將推程運(yùn)動角，回程運(yùn)動角分成與位移線圖相同的等份，得各等分點(diǎn)C1、C2、C3...；5）過等分點(diǎn)C1、C2、C3...各點(diǎn)作偏距圓的切線并延長，則這些切線即為從動件在反轉(zhuǎn)過程中依次占據(jù)的位置；6）在各條切線上自C1、C2、C3..截取位移C1B1=11’，C2B2=22’，C3B3=33’...得B1、B2、B3...各點(diǎn)；7）將各點(diǎn)連成光滑的曲線，即可得到凸輪的理論輪廓曲線。3.3.3設(shè)計(jì)沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的盤形凸輪輪廓送料機(jī)構(gòu)中的凸輪機(jī)構(gòu)采用的是偏置滾子移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動參數(shù)為：1）凸輪以逆時(shí)針轉(zhuǎn)動；2）偏心距=20mm，右偏；

3）基圓半徑=70mm，滾子半徑=6mm；

4）從動件的位移線圖。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明1、選擇比例取與位移線圖縱坐標(biāo)一樣的比例=2mm/mm2、按步驟作畫出凸輪輪廓3.4任務(wù)4——校核凸輪的工作輪廓3.4.1從動件的運(yùn)動失真3.4.2凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能3.4.3校核沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的凸輪工作輪廓3.4.1從動件的運(yùn)動失真運(yùn)動失真:凸輪輪廓設(shè)計(jì)完成后，有可能出現(xiàn)假想尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡不能保持在任何位置與理論廓線相重合的現(xiàn)象，此時(shí)從動件便不能嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為~。它與滾子半徑的大小有關(guān)。

設(shè)理論輪廓上最小曲率半徑為，滾子半徑為a)b)c)（1）當(dāng)時(shí)，

如a）所示，實(shí)際輪廓為一平滑曲線，不會造成運(yùn)動失真。（2）當(dāng)時(shí)，如b）所示，在凸輪實(shí)際輪廓曲線上產(chǎn)生了尖點(diǎn)，這種尖點(diǎn)極易磨損，磨損后就會改變從動件預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律。（3）當(dāng)時(shí)，如c）所示，這時(shí)實(shí)際輪廓曲線發(fā)生相交，圖中陰影部分的輪廓曲線在實(shí)際加工時(shí)被切去，使這一部分運(yùn)動規(guī)律無法實(shí)現(xiàn)。綜上所述，欲保證滾子與凸輪正常接觸，通常設(shè)計(jì)時(shí)可取

，并使實(shí)際輪廓的最小曲率半徑不小于3~5mm，若不能滿足要求，可放大基圓半徑或修改從動件的運(yùn)動規(guī)律。3.4.2凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪給從動件的力，是沿法線方向的，從動件運(yùn)動方向與力，方向之間所夾的銳角即為壓力角。設(shè)計(jì)中，常使

≤推程（工作行程）：移動從動件=30

~40

；擺動從動件=

45

回程：通常=70

~80

當(dāng)＞時(shí)，可采取以下措施：增大基圓半徑；或者將對心式從動件改為偏置式從動件的方法。2.凸輪的基圓半徑與壓力角的關(guān)系壓力角越小，基圓半徑越大，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸越大。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足時(shí)，取盡可能小的基圓半徑?！?.偏置方向與壓力角的關(guān)系

采用偏置從動件時(shí)，若凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，從動件偏置在凸輪轉(zhuǎn)動中心右側(cè)時(shí)壓力角較?。划?dāng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)，從動件采用左偏置時(shí)壓力角較小。3.4.3沖床執(zhí)行機(jī)構(gòu)中送料機(jī)構(gòu)的凸輪工作輪廓設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明1、校核從動件是否有運(yùn)動失真現(xiàn)象觀察實(shí)際輪廓曲線上是否存在尖點(diǎn)或交叉的現(xiàn)象。2、校核機(jī)構(gòu)的傳力性能結(jié)論（1）實(shí)際輪廓曲線上不存在尖點(diǎn)或交叉的現(xiàn)象，所以從動件運(yùn)動不失真。（2）在凸輪理論輪廓曲線上找出

=35

，取

=40

滿足

≤

的要求，機(jī)構(gòu)的傳力性能良好。3.6知識拓展3.6.1凸輪機(jī)構(gòu)常用材料3.6.2凸輪的結(jié)構(gòu)3.6.1凸輪機(jī)構(gòu)常用材料1、凸輪用45鋼或40Cr制造，淬硬到52~58HRC；2、要求更高時(shí)，可用15鋼或20Cr滲碳淬火到56~62HRC，滲碳深度一般為0.8~1.5mm；或采用可進(jìn)行滲氮處理的鋼材，氮化處理后，表面硬度達(dá)到60~67HRC。3、輕載時(shí)可采用優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵或45鋼調(diào)質(zhì)處理。4、滾子材料通常用20Cr或18CrMoTi滲碳到56~62HRC，也可用滾動軸承作為滾子。3.6.2凸輪的結(jié)構(gòu)1.凸輪結(jié)構(gòu)1）凸輪軸：當(dāng)凸輪的基圓半徑較小時(shí)，凸輪與軸可做成一體。2）凸輪基圓半徑與軸尺寸相差較大時(shí)，可采用鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接或采用彈簧錐套與螺母聯(lián)接。2.凸輪公差選擇及工作圖凸輪精度向徑偏差/mm角度偏差基準(zhǔn)孔極限偏差凸輪槽寬極限偏差表面粗糙度偏向凸輪凸輪槽低±（0.2~0.5）±1oH8H8、H9、H10>0.63~1.25>1.25~2.5中±（0.1~0.2）±（30′~40′）H7（H8）H8>0.63~1.25>1.25~2.5高±（0.05~0.1）±（10′~20′）H7H8（H7）>0.32~0.63>0.63~1.25

凸輪公差及表面粗糙度表凸輪工作圖任務(wù)1擬定傳動系統(tǒng)的傳動方案任務(wù)2選擇電動機(jī)任務(wù)3傳動系統(tǒng)的總傳動比及分配各級傳動比任務(wù)4計(jì)算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)工作任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握常用傳動及方案設(shè)計(jì)方法掌握電動機(jī)的選擇方法掌握確定傳動系統(tǒng)的總傳動比及分配各級傳動比掌握傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算第四模塊

傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)沖床的結(jié)構(gòu)4.1任務(wù)1——擬定傳動系統(tǒng)的傳動方案4.1.1傳動方案確定時(shí)應(yīng)滿足的要求4.1.2選擇傳動類型4.1.3確定傳動順序4.1.4擬定沖床傳動系統(tǒng)的傳動方案4.1.1傳動方案確定時(shí)應(yīng)滿足的要求

傳動系統(tǒng)一般包括傳動件（齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動等）和支承件（軸、軸承、機(jī)體等）兩部分。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機(jī)器的功能要求：應(yīng)保證工作機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等，（3）工作性能要求：應(yīng)保證工作可靠、傳動效率高（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求：如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)性合理等。4.1.2選擇傳動類型1．機(jī)械傳動的常用類型及主要性能

根據(jù)運(yùn)動形式和運(yùn)動特點(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類型。2．機(jī)械傳動類型選擇原則（1）功率范圍: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.（2）傳動效率:傳動功率越大，越要采用效率較高的傳動類型。（3）傳動比范圍:采用多級傳動時(shí)，應(yīng)合理安排傳動的順序。（4）布局與結(jié)構(gòu)尺寸:平行軸之間的傳動，宜采用圓柱齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動；兩軸相距較遠(yuǎn)時(shí)，可采用帶傳動、鏈傳動；反之，可采用齒輪傳動。（5）其他要求:例如噪聲要求，帶傳動和摩擦傳動的噪聲較小。機(jī)械傳動常用類型及主要特點(diǎn)類型特點(diǎn)普通V帶傳動傳動平穩(wěn)，噪聲小，能緩沖吸振，過載打滑可起安全裝置作用，結(jié)構(gòu)簡單，中心距變化范圍較廣，成本低。外廓尺寸大，傳動比不恒定，壽命短鏈傳動（滾子鏈）工作可靠，平均傳動比恒定，中心距變化范圍大，比帶傳動承載能力大，能適應(yīng)惡劣環(huán)境。瞬時(shí)速度不準(zhǔn)確，傳動工作時(shí)動載荷及噪聲較大，高速時(shí)運(yùn)動不平穩(wěn)多用于低速傳動圓柱齒輪傳動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。直齒圓柱齒輪可用作變速滑移齒輪；斜齒輪比直齒輪傳動平穩(wěn)，承載能力大圓錐齒輪傳動蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，當(dāng)傳遞運(yùn)動時(shí)，傳動比可達(dá)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，成本較高行星齒輪傳動體積小，效率高，重量輕，傳遞功率范圍大。要求載荷均衡機(jī)構(gòu)，制造精度要求較高圓柱摩擦輪傳動傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護(hù)作用，傳動比穩(wěn)定，抗沖擊能力低，軸和軸承均受力大4.1.3確定傳動順序合理布置其傳動順序，一般考慮以下幾點(diǎn)：（1）帶傳動承載能力較低，結(jié)構(gòu)尺寸較大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振和過載保護(hù)，應(yīng)布置在高速級。（2）鏈傳動運(yùn)動不均勻，有沖擊、振動，一般應(yīng)將其布置在低速級。（3）蝸桿傳動可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，尺寸緊湊，傳動平穩(wěn)，但效率較低，適用于中小功率的場合。與齒輪傳動同時(shí)應(yīng)用時(shí)，宜布置在高速級。（4）傳遞大功率時(shí)，一般采用圓柱齒輪。斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動好，常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。（5）圓錐齒輪加工較困難，特別是大直徑、大模數(shù)的圓錐齒輪，所以只有在需改變軸的布置方向時(shí)采用，。（6）開式齒輪傳動工作條件差，潤滑不良、易磨損，一般布置在低速級。4.1.4擬定沖床傳動系統(tǒng)的傳動方案

傳動系統(tǒng)采用水平布置的形式，選擇合適的傳動類型，并布置傳動順序，通過分析比較，從而確定沖床傳動系統(tǒng)的傳動方案。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明1、選擇傳動系統(tǒng)所需的傳動類型考慮以下因素：（1）帶傳動中帶有彈性，能緩沖吸振，傳動平穩(wěn)，噪音小。結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，成本低。有過載打滑，保護(hù)重要零件不受損壞。能傳遞較遠(yuǎn)距離的運(yùn)動，改變帶長可適應(yīng)不同的中心距。（2）齒輪傳動傳動比恒定，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確可靠，傳動平穩(wěn)，承載能力較強(qiáng)，使用壽命長，適用的圓周速度和功率范圍廣。傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。選用帶傳動和齒輪傳動（二級圓柱齒輪傳動）的組合2、合理地確定傳動順序

帶傳動放在高速級，齒輪傳動放在低速級。

傳動順序?yàn)椋弘妱訖C(jī)——帶傳動——齒輪傳動設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明3、確定齒輪傳動的結(jié)構(gòu)和布置形式考慮到減速器的裝配工藝性，便于拆裝，我們選擇展開式二級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)4、擬定沖床傳動系統(tǒng)的傳動方案原動機(jī)——帶傳動——齒輪傳動（二級展開式圓柱齒輪減速器）——聯(lián)軸器——曲柄軸。傳動簡圖如下：1—電動機(jī)2—帶傳動3—齒輪傳動4—聯(lián)軸器5—曲柄軸圖中共有五根軸，按傳動路線分別表示為：m—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ—w4.2任務(wù)2——選擇電動機(jī)4.2.1選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式4.2.2確定電動機(jī)的容量和轉(zhuǎn)速4.2.3確定電動機(jī)的型號4.2.4沖床中電動機(jī)的選擇4.2.1選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式

電動機(jī)分交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種。

直流電動機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)較困難，無特殊要求時(shí)不宜采用。工業(yè)上一般用三相交流電源。

交流電動機(jī)有異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩類。異步電動機(jī)有籠型和繞線型兩種，采用新設(shè)計(jì)的Y系列三相鼠籠式異步電動機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體的場合。

根據(jù)不同防護(hù)要求，電動機(jī)結(jié)構(gòu)還有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等，可根據(jù)防護(hù)要求選擇。

電動機(jī)類型要根據(jù)電源種類（交流或直流），工作條件（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等），載荷特性（變化性質(zhì)、大小和過載情況），起動性能和起動、制動、反轉(zhuǎn)的頻繁程度，轉(zhuǎn)速高低和調(diào)速性能要求等條件來確定。4.2.2確定電動機(jī)的容量和轉(zhuǎn)速1.確定電動機(jī)的容量（額定功率）

對于長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)，載荷不變或很少變化，且在常溫下工作的電動機(jī)，選擇電動機(jī)功率時(shí)，只需使電動機(jī)的額定功率P0等于或略大于電動機(jī)所需的工作功率Pm，電動機(jī)就不會過熱。即：

P0≥Pm

電動機(jī)所需的工作功率為：

式中

Pm——電動機(jī)所需的工作功率；PG——執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的功率。

η——電動機(jī)至執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間傳動系統(tǒng)的總效率。應(yīng)為組成傳動系統(tǒng)

的各部分運(yùn)動副效率之乘積，即：

η=η1·η2·η3···ηn

其中η1、η2、η3、ηn分別為傳動系統(tǒng)中每一傳動副（齒輪、蝸桿、

帶或鏈）、每對軸承、每個(gè)聯(lián)軸器的效率。2.確定電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速

三相異步電動機(jī)常用的有四種同步轉(zhuǎn)速，即3000、1500、1000、750r/min。通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動機(jī)，如無特殊要求，一般不選用750r/min的電動機(jī)。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動軸轉(zhuǎn)速nw和總傳動比i范圍，可以推算電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速的可選范圍n′，即：n′=i·nw

式中

n′——電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速的可選范圍；

nw——曲柄軸所需的轉(zhuǎn)速；

i——傳動系統(tǒng)總傳動比的合理范圍，即：i=i0·i1·i2···in為各級傳動副傳動比的合理范圍的乘積。

選定電動機(jī)類型、結(jié)構(gòu)，對電動機(jī)可選得轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，選定電動機(jī)容量和轉(zhuǎn)速后，即可在電動機(jī)產(chǎn)品目錄中查出其型號、性能參數(shù)和主要尺寸。Y系列電動機(jī)（JB3074-82）的型號表示方法。例如Y100L2-4的電動機(jī)：表示異步電動機(jī)，機(jī)座中心高為100mm，長機(jī)座，功率序號為2（功率為3kW），4極。注：設(shè)計(jì)計(jì)算傳動系統(tǒng)時(shí)，一般按實(shí)際電動機(jī)所需的工作功率Pm來計(jì)算，而轉(zhuǎn)速則按電動機(jī)額定功率時(shí)的滿載轉(zhuǎn)速nm來計(jì)算。4.2.3確定電動機(jī)的型號

沖床中，曲柄軸轉(zhuǎn)動一周，沖頭工作一個(gè)周期，生產(chǎn)率為70件/min，也即曲柄軸轉(zhuǎn)速為nw=70r/min。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1、選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式Y(jié)系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機(jī)。

2、確定電動機(jī)容量（額定功率）(1)計(jì)算執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率PG

==2.10

PG＝2.10kW(2)計(jì)算傳動系統(tǒng)總效率ηη=η1·η22·η33·η4·ηw

普通V帶傳動效率η1=0.96一對齒輪副效率(9級精度、油潤滑)η2=0.96一對滾動軸承效率(球、脂潤滑)η3=0.99聯(lián)軸器效率(彈性)η4=0.99執(zhí)行機(jī)構(gòu)效率ηw=0.6

η=0.514.2.4沖床中電動機(jī)的選擇(3)計(jì)算電動機(jī)所需的功率Pm

Pm＝4.12kW(4)確定電動機(jī)的額定功率P0P0≥Pm

查手冊，取標(biāo)準(zhǔn)系列值P0=5.5kW3、確定電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速(1)計(jì)算曲柄軸所需的轉(zhuǎn)速nw

nw=70r/min（原始數(shù)據(jù)）(2)計(jì)算傳動系統(tǒng)總傳動比的范圍ii=i0·i1·i2查表4-2得：普通V帶傳動i0=2~4兩級圓柱齒輪傳動i1·i2=8~40（i1為高速級齒輪傳動傳動比，i2為低速級齒輪傳動傳動比。）

i=16~160(3)計(jì)算電動機(jī)輸出軸所需的轉(zhuǎn)速范圍n′n′=i·nw=(16~160)nwn′=1120~11200r/min(4)確定電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速nd

查手冊，比較二種方案，見下表方案比較nd=1500r/min4、確定電動機(jī)的型號查手冊，比較二種方案，見下表方案比較Y132S-4電動機(jī)選擇方案比較方案電動機(jī)型號額定功率(kW)電動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)電動機(jī)重量(kg)同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y132S1-25.530002900642Y132S-45.51500144068電動機(jī)有關(guān)安裝及外形尺寸(mm)

中心高外形尺寸底腳安裝尺寸地腳螺栓孔直徑軸伸尺寸裝鍵部位尺寸HL×（AC/2+AD）×HDA×BKD×EF×G132475×345×315216×1401238×8010×334.3任務(wù)3——確定傳動系統(tǒng)的總傳動比及分配各級傳動比4.3.1確定傳動系統(tǒng)的總傳動比4.3.2分配各級傳動比4.2.3沖床傳動系統(tǒng)的總傳動比及分配各級傳動比沖床傳動系統(tǒng)4.3.1選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式

電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速nm及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速nw就可確定傳動系統(tǒng)的總傳動比為：總傳動比也等于各級傳動比的乘積，即：

i=i0·i1·i2···in

4.3.2分配各級傳動比1.傳動比的分配原則分配傳動比時(shí)，考慮以下原則：1）各級傳動的傳動比應(yīng)在合理范圍內(nèi)，不超出允許的最大值，并使結(jié)構(gòu)比較緊湊。2）注意使各級傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理以及便于安裝。3）應(yīng)使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸較小、重量較輕。例如：二級減速器中，高速級齒輪的傳動比大于低速級齒輪傳動比，會使低速級大齒輪直徑減小而使減速器外廓尺寸較小。2.傳動比的分配一般推薦：展開式二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比為i1=(1.3

~1.5)i2。一般允許執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際轉(zhuǎn)速與要求轉(zhuǎn)速的相對誤差為±（3~5）％。4）應(yīng)使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免干涉碰撞。例如：二級圓柱齒輪減速器由于高速級傳動比過大，會造成高速級大齒輪與低速軸相碰。5）采用浸油潤滑時(shí)，使各級齒輪副的大齒輪直徑盡量相近。4.3.3沖床傳動系統(tǒng)的總傳動比及分配各級傳動比（1）帶傳動的傳動比合理范圍為i0=2~4；（2）按展開式二級圓柱齒輪傳動的傳動比分配原則，取i1=(1.3~1.5)i2。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)項(xiàng)目計(jì)算及說明結(jié)果1.傳動系統(tǒng)的總傳動比i=20.57i=20.572.分配各級傳動比i1、i2i=i0·i1·i2i0=2~4，i1＝（1.3~1.5）i2

?。篿0=2，i1＝1.4i2

則：20.57=2×1.4i2×i2

得：i1=3.80i2=2.71i0=2i1=3.80i2=2.713.校核實(shí)際傳動比：i′=2×3.80×2.71=20.596×100%=0.1%<5%

滿足要求4.4任務(wù)3——計(jì)算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)4.4.1運(yùn)動和動力參數(shù)指標(biāo)4.4.2計(jì)算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)4.4.3沖床沖床傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算4.4.1運(yùn)動和動力參數(shù)指標(biāo)

主要參數(shù)性能指標(biāo)有兩類：一是運(yùn)動特性，通常用傳動比、轉(zhuǎn)速等參數(shù)來表示；二是動力特性，通常用功率、轉(zhuǎn)矩、效率等參數(shù)來表示。1.傳動比：

傳動比反映了機(jī)械傳動增速和減速的能力。一般情況下，傳動系統(tǒng)均為減速傳動。2.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。為了維持高的圓周速度，主要是提高轉(zhuǎn)速。4.傳動效率：機(jī)械傳動效率的高低，是反映機(jī)械傳動系統(tǒng)性能指標(biāo)的重要參數(shù)之一。5.轉(zhuǎn)矩：3.功率：或傳動類型傳遞功率P（kW）圓周速度V（m/s）傳動比i一般范圍最大值普通V帶傳動≤100≤25~302~4≤7平帶傳動≤20≤252~4≤6鏈傳動（滾子鏈）≤100≤202~6≤8圓柱齒輪傳動一級開式直齒：≤750斜齒和人字齒：≤500007級精度：≤255級精度以上的斜齒輪：15~1303~7≤15~20一級減速器3~5≤12二級減速器8~40≤60圓錐齒輪傳動一級開式直齒：≤1000曲線齒：≤15000直齒：＜5曲線齒：5~402~4≤8一級減速器2~3≤6蝸桿傳動一級開式通常≤50最大達(dá)750滑動速度：≤15個(gè)別達(dá)3515~60≤120一級減速器10~40≤80二級減速器70~800≤3600

常見機(jī)械傳動的主要性能表4.4.2計(jì)算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)傳動系統(tǒng)各軸由高速到低速依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸