任務(wù)４　 機械傳動裝置的總體設(shè)計

任務(wù)４機械傳動裝置的總體設(shè)計子任務(wù)１傳動方案分析子任務(wù)２電動機選擇子任務(wù)３傳動裝置傳動比計算與分配子任務(wù)４傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算返回子任務(wù)１傳動方案分析圖４－１－１（ａ）所示方案中的寬度和長度尺寸較大，帶傳動不適用于繁重的工作要求和惡劣的工作環(huán)境，但若用于鏈?zhǔn)交虬迨捷斔蜋C，可起到過載保護作用。圖４－１－１（ｂ）所示方案雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但若在大功率和長期運轉(zhuǎn)條件下使用，由于蝸桿傳動效率低，功率損耗大，很不經(jīng)濟。圖４－１－１（ｃ）所示方案的寬度尺寸小，適于在惡劣環(huán)境下長期連續(xù)工作，但采用圓錐齒輪加工比圓柱齒輪困難。圖４－１－１（ｄ）所示方案與圖４－１－１（ｂ）所示方案相比較，其寬度尺寸較大，輸入軸線與工作機位置是水平的，適宜在惡劣環(huán)境下長期工作，且兩方案的主要性能相近，但圖４－１－１（ｄ）所示方案的寬度尺寸明顯小于圖４－１－１（ｃ）所示方案。評價傳動方案的優(yōu)劣應(yīng)從多方面進行，在進行課程設(shè)計實訓(xùn)時，主要從傳動機構(gòu)的輪廓尺寸和主要機械性能這兩方面進行比較。下一頁返回子任務(wù)１傳動方案分析分析和選擇傳動機構(gòu)的類型是擬定傳動方案的重要一環(huán)，通常應(yīng)考慮機器的動力、運動和其他要求，再結(jié)合各種傳動機構(gòu)的特點和適用范圍，分析比較，合理選擇。為便于選型，我們將常用傳動機構(gòu)的主要性能及適用范圍列于表４－１－１，常用減速器的形式、特點及其應(yīng)用列于表４－１－３。在擬定傳動方案時，應(yīng)注意由幾種傳動形式組成多級傳動時的傳動順序布置，常考慮以下幾點：（１）帶傳動平穩(wěn)性好、能緩沖減振，但承載能力較小，因此宜布置在傳動系統(tǒng)的高速級。（２）鏈傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差，有沖擊，不適于高速傳動，宜布置在低速級。上一頁下一頁返回子任務(wù)１傳動方案分析（３）蝸桿傳動可以實現(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、小功率且間歇運轉(zhuǎn)的場合。當(dāng)它與齒輪傳動組合應(yīng)用時，最好布置在高速級，使其傳遞的扭矩較小以減小蝸輪尺寸。對于傳遞動力且連續(xù)工作的場合，應(yīng)選擇多級齒輪傳動來實現(xiàn)大傳動比。（４）斜齒輪傳動的平穩(wěn)性較直齒輪傳動更好，承載能力大，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，只有在需要改變軸的布置方向時才采用。錐齒輪宜放在高速級。（６）開式齒輪傳動的潤滑條件差，磨損嚴重，應(yīng)布置在低速級。（７）其他機構(gòu)如螺旋傳動、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等改變運動形式的機構(gòu)應(yīng)放在傳動系統(tǒng)的最后一級，且常為工作機的執(zhí)行機構(gòu)。上一頁返回子任務(wù)２電動機選擇４.２.１選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式電動機有交、直流之分，一般工廠都采用三相交流電，因而選用交流電動機。交流電動機分為異步電動機和同步電動機兩種，異步電動機又分為籠型異步電動機和繞線型異步電動機兩種，其中以普通籠型異步電動機應(yīng)用最多。目前應(yīng)用較廣的是一般用途的Ｙ系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，該電動機結(jié)構(gòu)簡單、啟動性能好、工作可靠、價格低廉、維護方便，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體及無特殊要求的場合，如金屬切削機床、輸送機、風(fēng)機、農(nóng)業(yè)機械、食品機械等。下一頁返回子任務(wù)２電動機選擇在經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的場合（如起重機等），則要求電動機轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，應(yīng)選用起重及冶金用ＹＧ型（鼠籠型）或ＹＺＲ型（繞線型）三相異步電動機。為適應(yīng)不同的輸出軸要求和安裝需要，電動機機體又分為多種安裝結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)不同的防護要求，電動機結(jié)構(gòu)還分為開啟式、防護式、封團式和防爆式等幾種。電動機的額定電壓一般為３８０Ｖ。４.２.２選擇電動機的容量電動機的容量（功率）選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。容量小于工作要求，則不能保證工作機的正常工作或使電動機長期過載而過早損壞；容量過大則電動機價格高，載荷能力不能充分發(fā)揮，由于經(jīng)常不滿載運行，效率和功率因數(shù)都較低，同時增加了電能消耗，造成很大浪費。上一頁下一頁返回子任務(wù)２電動機選擇電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關(guān)。運行狀態(tài)有三類，即長期連續(xù)運行、短時運行和重復(fù)短時運行。課程設(shè)計中，傳動裝置的工作條件一般是在不變（或變化很?。┑妮d荷下長期連續(xù)運行，要求所選電動機的額定功率Ｐｅｄ不小于所需的電動機的工作功率Ｐｄ，電動機在工作時就不會過熱，通常無須校驗發(fā)熱和啟動力矩。所需電動機功率為上一頁下一頁返回子任務(wù)２電動機選擇不同專業(yè)機械的ＰＷ有不同的計算方法，例如：帶式輸送機螺旋輸送機電動機至工作機之間的傳動裝置的總效率ηΣ

按下式計算：上一頁下一頁返回子任務(wù)２電動機選擇計算總效率時，應(yīng)注意以下各點：（１）各運動副或傳動副效率的概略值，可參見表４－１－２。表中數(shù)值是效率的范圍，情況不明確時可取中間值。如果工作條件差、加工精度低、維護不良，應(yīng)取低值，反之則取高值。（２）動力每經(jīng)過一個傳動副或運動副，就發(fā)生一次損失，故在計算效率時，不要遺漏。（３）軸承的效率均是對一對軸承而言。（４）蝸桿傳動的效率與蝸桿頭數(shù)、材料、潤滑及嚙合參數(shù)等諸多因素有關(guān)。初步設(shè)計時，可根據(jù)初選的頭數(shù)，由表４－１－２估計一個效率值，待設(shè)計出蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸后，再計算效率和驗算傳動功率。上一頁下一頁返回子任務(wù)２電動機選擇４.２.３確定電動機的轉(zhuǎn)速同類型、同額定功率的電動機有多種轉(zhuǎn)速可供選用，例如，三相異步電動機常用的同步轉(zhuǎn)速有３０００ｒ／ｍｉｎ、１５００ｒ／ｍｉｎ、１０００ｒ／ｍｉｎ及７５０ｒ／ｍｉｎ四種。同步轉(zhuǎn)速越低，其極數(shù)也就越多，而外廓尺寸及重量就越大，故價格越高，但這可以使傳動裝置總傳動比及尺寸減小。同步轉(zhuǎn)速高時則情況相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊之后再選定電動機轉(zhuǎn)速。按照工作機轉(zhuǎn)速要求和傳動機構(gòu)的合理傳動比范圍，可以推算電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍，即：上一頁返回子任務(wù)３傳動裝置傳動比計算與分配傳動裝置的總傳動比可根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速ｎｍ和工作機軸的轉(zhuǎn)速ｎＷ，由算出，然后將總傳動比合理地分配給各級傳動。總傳動比等于各級傳動比的連乘積，即ｉ＝ｉ１·ｉ２·…·ｉｎ要做到較合理地分配傳動比應(yīng)注意以下幾點：（１）各級傳動機構(gòu)的傳動比應(yīng)盡量在推薦范圍內(nèi)選擇（參見表４－１－１）。（２）傳動裝置中各級傳動間應(yīng)尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱。例如，在由帶傳動和單級齒輪減速器組成的雙級傳動中，帶傳動的傳動比不宜過大，一般應(yīng)使ｉＶ帶≤ｉ齒輪，這樣可使傳動裝置的結(jié)構(gòu)較為緊湊。當(dāng)帶的傳動比過大時，大帶輪的外圓半徑大于減速器的中心高Ｈ，會造成安裝困難（例如有時需將地基挖坑），如圖４－３－１所示。下一頁返回子任務(wù)３傳動裝置傳動比計算與分配（３）各傳動件彼此不發(fā)生干涉碰撞。例如，在雙級圓柱齒輪減速器中，若高速級傳動比過大，可能會使高速級的大齒輪頂圓與低速級大齒輪的軸相碰，如圖４－３－２所示。傳動比分配不當(dāng)，也會使?jié)L筒與開式齒輪傳動的小齒輪軸發(fā)生干涉，如圖４－３－３所示。（４）應(yīng)使各級大齒輪浸油深度合理（低速級大齒輪浸油稍深，高速級大齒輪能浸到油），為此應(yīng)使兩大齒輪的直徑接近。通常在展開式二級圓柱齒輪減速器中，低速級中心距大于高速級中心距，因此為使兩大齒輪的直徑接近，應(yīng)使高速級傳動比大于低速級傳動比。上一頁返回子任務(wù)４傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算在計算各軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩時應(yīng)注意以下幾點：（１）各軸的轉(zhuǎn)速可根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速及傳動比進行計算。（２）各軸的功率和轉(zhuǎn)矩均按輸出處計算。有兩種計算方法，其一是按工作機需要電動機實際輸出的功率計算；其二是按電動機的額定功率計算。前一種方法的優(yōu)點是設(shè)計出的傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較為緊湊；而后一種方法，由于一般所選定的電動機額定功率Ｐｅｄ略大于工作機需要電動機實際輸出的功率Ｐｄ，故根據(jù)Ｐｅｄ計算出的各軸功率和轉(zhuǎn)矩較實際需要的大一些，設(shè)計出的傳動零件的結(jié)構(gòu)尺寸也較實際需要的大一些，因此在生產(chǎn)中，傳動裝置的承載能力具有一定的潛力。下一頁返回子任務(wù)４傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算（３）由于軸承功率損耗的存在，同一根軸的輸入功率（或轉(zhuǎn)矩）與輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）數(shù)值是不同的，通常僅計算軸的輸出功率和轉(zhuǎn)矩。計算時，將傳動裝置中各軸從高速到低速依次定為Ⅰ軸、Ⅱ軸……（電動機外伸軸為０軸），相鄰兩軸間的傳動比為ｉⅠⅡ，ｉⅡⅢ，...，相鄰兩軸間的傳動效率為ηⅠⅡ，ηⅡⅢ，...，各軸的輸入功率為ＰⅠ，ＰⅡ，...，各軸的轉(zhuǎn)速為ｎⅠ，ｎⅡ，...，各軸的輸入轉(zhuǎn)矩為ＴⅠ，ＴⅡ，...，