第18章 机械系统传动方案设计

第十八章机械传动系统方案设计§18.1概述传动装置是机器的重要组成部分，机器性能的好坏与传动系统密切相关，因此，合理地拟定传动系统方案以及设计传动装置是机械设计工作重要内容。本章重点介绍各种机械传动形式的特点、性能和适用范围，以及机械传动系统方案设计的一般原则。传动装置原动机工作机机器的组成一、传动装置在机器中的作用1）减速、增速或调速；2）改变运动形式；3）增大转矩；4）实现分路传动和较远距离传动。二、传动的类型1）按工作原理分为机械传动摩擦传动啮合传动和推动摩擦轮传动挠性摩擦传动摩擦式无级变速传动流体传动气压传动液力传动液压传动螺旋传动齿轮传动挠性啮合传动蜗杆传动连杆机构凸轮机构组合机构2）按传动比分类定传动比传动:齿轮传动、蜗杆传动等变传动比传动有级变速：齿轮变速器、塔轮传动按周期规律变化：非圆齿轮、凸轮、连杆、组合机构无级变速：机械无级变速器、液力偶合器、液力变矩器§18.2常用机械传动的特点、性能和适用范围一、几种常用机械传动的特点、性能和适用范围带传动齿轮传动蜗杆传动链传动从功率、传动效率、外廓尺寸、传动精度、工作平稳性、自锁能力、过载保护、使用寿命、缓冲吸振能力、制造安装精度要求考虑。能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；可用于较远距离的传动，有过载保护作用；摩擦式带传动有弹性滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短。结构紧凑、传动效率高、传动比恒定；工作可靠，寿命长；制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，精度低时噪声大。结构紧凑、传动比大、传动比恒定；传动平稳，噪声小，可构成自锁机构。效率低、成本高，传递功率不宜过大。能将旋转运动变成直线运动，传动平稳，无噪声，运动精度高，传动比大，可用于微调，可做成自锁机构。工作速度一般都很低，滑动螺旋效率低，磨损较快。带传动齿轮传动蜗杆传动螺旋传动传动机构选用指标普通平带传动普通V带传动链传动普通齿轮传动蜗杆传动常用功率kW小(≤20)中(≤100)中(≤100)大最大达50000小(≤50)单级传动比常用值(最大值)2～4(6)2～4(15)2～5(10)圆柱3～5(10)圆锥2～3(6～10)7～40(8)外廓尺寸大大大小小传动精度低低中等高高工作平稳性好好较差一般好自锁能力无无无无可有过载保护作用有有无无无使用寿命短短中等长中等缓冲吸振能力好好中等差差要求制造及安装精度低低中等高高常用的机械传动性能和适用范围（见表18.4,P304页）传动形式主要优点主要缺点带传动中心距范围大，可用于较远距离的传动，传动平稳，噪声小，能缓冲吸振，有过载保护作用，结构简单，成本低，安装要求不高。摩擦式带传动有滑动，传动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短(通常为3500～5000h)，由于带的摩擦起电，不宜用于易燃、易爆的地方，轴和轴承上作用力大。齿轮传动外廓尺寸小，效率高，传动比恒定，工作可靠，寿命长，维护比较简单，可适用的圆周速度及功率范围广，应用最为广泛。制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载保护作用，精度低时噪声大。蜗杆传动结构紧凑，外廓尺寸小，传动比大，传动比恒定，传动平稳，噪声小，可构成自锁机构。效率低，传递功率不宜过大，中高速需用价贵的青铜，制造精度要求高，刀具费用高。链传动中心距范围大，可用于较远距离的传动，在高温、油、酸等恶劣条件下可靠工作，轴和轴承上的作用力小。运转时瞬时速度不均匀，有冲击、振动和噪声，寿命较低(一般为5000～15000h)。螺旋传动能将旋转运动变成直线运动，并能以较小的转矩得到很大的轴向力，传动平稳，无噪声，运动精度高，传动比大，可用于微调，可做成自锁机构。工作速度一般都很低，滑动螺旋效率低，磨损较快。常用机械传动的特点（见表18.３,P304页）二、几种常用机构的特点、性能和适用范围连杆机构凸轮机构从优缺点、传动效率和应用上考虑。承受载荷大，磨损小；制造方便，易获得较高的精度；较好实现多种运动规律和轨迹要求;机构复杂，累积误差大，影响其传动精度；机构惯性力不容易平衡，不适合用于高速；在运动过程中传动效率随时发生变化。结构简单、紧凑、设计方便;凸轮轮廓与从动件之间是点接触或线接触，易于磨损;通常用于传力不大的控制机构；随运动位置和压力角不同传动效率亦不同。§18.3机械传动系统方案设计的一般原则一、合理选择传动形式小功率的传动；高速、大功率、长期工作的传动；要求结构紧凑的传动；噪声受到严格限制的传动；当运动有同步要求和精确传动比要求的传动；高温、潮湿、粉尘、易燃、易爆场合的传动；有自锁要求的传动。曲柄冲压机传动系统简图二、传动链尽量简短，机构尽可能简单传动链简短，可减少传动环节和构件数目，降低制造成本。传动链简短，可减少运动链的累积误差，提高机器工作可靠性。减少零、部件数目有利于提高传动效率和系统的刚度。三、安排好各级传动或机构的先后顺序对于带传动对于斜齿-直齿圆柱齿轮传动对于圆锥-圆柱齿轮传动对于闭式、开式齿轮传动对于各类摩擦式无级变速器对于等速回转运动机构对于转变运动形式的传动或机构四、合理分配传动比齿轮减速器外廓尺寸比较每一级传动比应在该种传动的常用范围内选取，一般不应超过此范围；一级传动的传动比如果过大，其外廓尺寸将会很大，应分成两级传动或多级传动；对于减速的多级传动，按照“前大后小”的原则分配传动比，有利于减轻减速器的质量。kiii21五、保证机器安全运转在起重机械传动系统中，应设置可靠的安全保护装置如具有自锁能力的机构、刹车制动机构等。在轧钢机、推土机的传动系统中，应该有防过载的安全联轴器或安全离合器等。若传动系统的启动载荷过大，则应在传动系统中设置离合器，使原动机能空载启动。以免导致启动失败甚至电动机发热、烧毁。六、考虑经济性要求传动方案的设计应在满足功能要求的前提下，从设计制造、能源和原材料消耗、使用寿命、管理和维护等各方面综合考虑，使传动方案的费用最低。§18.4机械传动系统方案设计实例5.7mPmin/720rnm2.3123720wmnni【实例1】如图所示为由功率kW、满载转速的电动机驱动的剪铁机的各种传动方案，其活动刀剪每分钟往复摆动剪铁23次。试比较其优劣。【解】1）传动系统的总传动比2）传动系统的方案选择根据传动比要求和给出的已知条件，有6个方案可供选择。电动机链齿轮连杆i1=6.5，i2=4.8电动机V带齿轮凸轮i1=6.5，i2=4.8电动机V带齿轮连杆i1=6.5，i2=4.8电动机齿轮齿轮连杆i1=6.5，i2=4.8电动机蜗杆连杆i=31.2电动机齿轮V带连杆i1=4.8，i2=6.5①②③④⑤⑥3）方案评价对于各种传动方案，从结构尺寸大小、重量轻重、寿命长短、效率高低、成本高低、使用维护是否方便、布置是否合理、温度高低、连续工作和运转平稳性等十项指标，可以采用技术经济评价法进行评价，以判断各种传动方案的好坏。但由于本书篇幅有限，这里不再进行详细介绍。【实例2】运输机的传动方案如图所示，试分析传动方案(a)中各级传动安排有何不合理之处，并画出正确传动方案图。运输机的传动方案图1斗式上料机如图所示，主要由电动机及电气控制系统、V带传动、同步带传动、蜗杆传动、链传动、螺旋传动、轴系部件、弹簧及机架等组成。图2螺旋传动装置V带传动、张紧装置、螺旋传动、轴承部件和润滑装置等组成。图3带式运输机电动机及电气控制系统、蜗杆传动、输送带、滚子、轴系部件、张紧装置及机架等组成。图4步进输送机电动机及电气控制系统、蜗杆传动、齿轮传动、平面连杆机构及送料爪、滚子、轴系部件及机架等组成。图5分度机构电动机及电气控制系统、气动系统、同步带传动、凸轮机构、轴系部件及机架等。