1、第第15章章 机械传动系统的设计机械传动系统的设计教学要求、重点与难点教学要求、重点与难点15.1 机械传动系统设计机械传动系统设计15.2 机械传动的运动和动力计算机械传动的运动和动力计算小小 结结作作 业业教学要求、重点与难点 一、教学要求 了解机械传动系统传动方案的设计以及运动了解机械传动系统传动方案的设计以及运动和动力计算。和动力计算。二、教学重点与难点 重点：重点：机械传动系统传动方案的设计以及运动机械传动系统传动方案的设计以及运动和动力计算。和动力计算。难点：难点：机械传动系统传动方案的设计。机械传动系统传动方案的设计。返回章目录返回章目录15.1 机械传动系统设计机械传动系统设计
2、 一、现代机械系统的组成一、现代机械系统的组成 任何现代机械系统，尽管构造和用途繁多，但是其结构组成均包括：原动机、传动系统和工作机构三个部分。此外，为保证机械系统的正常工作，还应有操作装置或控制系统。二、机械系统的传动方案二、机械系统的传动方案 传动装置是将动力机的动力和运动传递给执行装置的中间装置。设计机械传动系统时，首先应根据生产工作需要提出的动作要求，拟定产品的传动方案。一般以传动动力为主的传动称为动力传动，以传动运动为主的传动称为运动传动。机器中采用不同的传动方式构成的传动装置可以起到以下作用：1）改变运动规律，如减速、增速、间歇运动等。2）改变运动形式，将连续的匀速旋转运动变为按某
3、种规律变化的旋转、非旋转的其它运动，如曲柄滑块机构、齿轮齿条机构等。3）实现由一个动力机驱动若干个运动形式和速度各异的驱动机构，如弯曲成型机等。4）传递动力，即将动力机的动力传递给执行机构。5）物料输送，如生产线上的物料输送装置。传动方案是否合适，对机械产品的设计质量具有决定性影响，所以拟定产品的传动系统是设计中至关重要的一环。传动方案与机械产品的工作原理密切相关，而机械产品的工作原理又是多种多样的，即使是完成同一任务，也可以有多种不同的工作原理来完成。例如，加工齿轮可以采用仿形法或展成法。工作原理不同，传动方案不同，即使工作原理相同也可以拟定几种不同方案。因此，在设计机械产品时，应综合考虑各
4、方面因素，对各种传动方案加以比较，选择其中的最佳方案。根据传动比能否改变，机械传动可分为固定传动比传动、可调传动比传动和变传动比传动三类。可调传动比又分为有级变速和无级变速。1、选择机械传动类型的依据、选择机械传动类型的依据 工作机的性能参数和工况；原动机的机械特性和调速性能；对机械传动系统的性能、尺寸、重量和安装布置上的要求；工作环境要求；制造工艺性和经济性要求等。三、机械传动型式与选择三、机械传动型式与选择 2、选择传动系统的原则、选择传动系统的原则 1）简化传动环节）简化传动环节 a）当原动机的功率、转速和运动形式完全符合工作机构的工况要求时，可将原动机的输出轴与工作机构的输入轴用联轴器
5、直接联接。这种方式结构最简单、传动效率也最高。但是当原动机的输出轴与工作机构的输入轴不在同一轴线上时，如两轴平行、相交或交错，就需要采用一定类型的机械传动装置；b）若原动机可调速而工作机构的载荷又变化不大，或者工作机构有调速要求并与原动机调速范围相适应，可采用固定传动比的机械传动装置。c）当工作机构要求的调速范围比较大，而原动机调速的机械特性不能满足要求时，可采用可调传动比的机械传动装置。在满足工作要求的前提下应尽量采用有级变速传动，尽量不用结构复杂、造价较高的无级变速传动。2）提供机械传动效率）提供机械传动效率 a）高速、大功率、长期工作的工况，应选用承载能力高、传动平稳、效率高的传动类型；
6、b）速度降低，中、小功率，要求传动比比较大的工况，可采用单级蜗杆传动多级齿轮传动、带传动齿轮传动、带齿轮链传动等多种方案，并进行分析比较，从中选择效率较高的方案；c）传动比较大时，应优先选用结构紧凑的蜗杆传动和行星齿轮传动。原动机输出轴和工作机构输入轴平行时，可采用圆柱齿轮传动，若中心距较大时可采用带传动或链传动。两轴平面相交时可用圆锥齿轮传动，两轴空间相交可用蜗杆传动，两轴同轴布置时可用二级同轴式圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。3）合理安排传动机械的顺序）合理安排传动机械的顺序 多种传动协同使用时，带传动应用在高速级以降低所传动的转矩；斜齿轮传动常用在高速级和要求传动平稳的场合；圆锥齿轮传动宜用
7、在高速级以减小尺寸；链传动因运转不均匀宜用在低速级；开式齿轮传动因工作环境差应用在低速级；蜗杆传动与齿轮传动同时使用时，宜用在高速级以节约有色金属。4）确保机械系统安全运转）确保机械系统安全运转 工作环境恶劣，粉尘较多时，尽量采用闭式传动以延长传动零件寿命。工作环境温度较高或易燃易爆场合不宜采用带传动等。5）合理分配传动系统的传动比）合理分配传动系统的传动比 在进行传动系统方案分析比较中，为确定出最佳方案，可用采用最优化设计的方法，把设计问题转换为数学问题，建立数学模型，借助于计算机求解得到最优方案。也可以采用技术经济评价法。具体可以参考有关资料。返回章目录返回章目录 设k个机构依次串联，各个
8、机构的效率分别为 、则传动系统的效率为：12kk2115.2 机械传动的运动和动力计算机械传动的运动和动力计算 一、传动系统的效率一、传动系统的效率 效率是机器的一项重要指标，也是选择动力机的依据之一。一般在设计传动系统时，应该进行效率计算。传动系统的效率与基本机构的传动副性质以及基本机构的组合方式有关。二、传动系统的功率二、传动系统的功率 功率是选择动力机以及进行传动系统设计计算的主要依据之一。由于 ，所以 其 中：Pd为 传 动 系 统 的 输 入 功 率（kW），由动力机提供。Pw为传动系统的输出功率（kW），即工作机构的工作功率。dwPPwdPP 工作机构所需的工作功率应根据机器的工作
9、阻力和运动参数计算得到。在静载荷作用时工作机影响平稳的情况下，工作功率可按下式计算：或 其中：F为工作机阻力（N）；v为工作机的线速度（m/s）；T为工作机的阻力矩（Nm）；nw为工作机的转速（r/min）；工作机的效率。wwFvP1000wwwTnP9550w三、传动系统的转矩三、传动系统的转矩 已知轴的输入功率P以及转速n时，则转矩为 其中：P为轴的输入功率（kW）；n为轴的转速（r/min）；T为作用于轴上的转矩（Nm）。可知：轴的转矩T与转速n成反比。减速运动时，转矩增大，增速运动时转矩减小。传动系统常采用减速传动获得较大的转矩。nPT/9550四、串联联接的传动比的分配四、串联联接的
10、传动比的分配 当电动机选定之后，电动机的转速与工作机的转速之比即为传动系统的总传动比，串联联接系统的总传动比等于各子结构的传动比的乘积，分配传动比时应该考虑以下几点：1）各传动机构的尺寸协调，结构匀称合理。如由带传动和齿轮减速器组成的传动装置中，一般应使带传动比控制在一定范围，避免大带轮尺寸过大，影响传动质量和安装。2）通过调节各级传动比，应使传动装置的总体尺寸紧凑、重量最轻。3）闭式齿轮传动，应使各级大齿轮有合理的浸油深度，以利于各级齿轮传动得到良好润滑，以及避免某级大齿轮浸油过深而增加搅油损失。因此高速级的传动比应比低速级传动比略大。例16-1 设计一连续工作的带式输送机的机械传动系统，要
11、求传动平稳、维护方便、效率高、已知输送带的工作拉力F6000N，输送带的速度 v1.0m/s，卷筒直径D500mm，效率 0.96。试设计此机械传动方案。w【解】1）确定工作机需要的功率Pw和卷筒的转速nw 6.25（kW）2）初定电动机类型和转速 初估系统的总效率为0.80.9，需要电动机的功率为：6.907.81（kW）wwFvP100060 100038.2(/min)wvnrDwdPP 根据Ped Pd ，则可以选用的电动机有：Y132S22、Y132M4、Y160M6三种。以这三种方案比较，见下表：方案电动机型号额定功率/kW满载转速/rmin-1总传动比重量/N价格/单位1Y132
12、S227.5290047.473012Y132M47.5144023.69301.23Y160M67.597015.911201.5综合考虑综合考虑传动装置的传动比、重量、价格三个方面的因素，可以看出选用Y132M4型号电动机较好。3）功能分析 总传动比为：37.68 根据传动比的大小，可以采用两级减速传动。系统的功能是传动运动和转矩，每级传动可以作为子功能，可以列出各级方案矩阵如下表，共可以得到系统的方案总数为24个。wdnni 子功能局部方案摩擦传动闭式啮合传动123456第一级传动AV带传动直齿传动斜齿传动人字齿传动锥齿轮传动蜗杆传动第二级传动B直齿传动斜齿传动锥齿轮传动链传动从中可以初
13、步选出四个较好的方案：方案一（A1B2）、方案二（A3B2）、方案三（A4B5）、方案四（A5B3）。四种传动方案简图如下图所示：以传动平稳、效率高等指标为评价目标，采用5级分制进行技术评价（包含经济因素，如制造简单、寿命长等），见下表，给出了各方案的评分及评价结果。表中加权系数之和为1，加权分为加权系数乘以评分，加权分之和除以评价目标的理想分值，得到技术价值。方案一方案一 方案二方案二 方案三方案三 方案四方案四 评价目评价目标标 加权系加权系数数 评分评分 加权加权分分 评分评分 加权加权分分 评分评分 加权加权分分 评分评分 加权加权分分 效率高效率高 0.10.1 4 0.4 5 0.
14、5 4 0.4 5 0.5 传动平传动平稳稳 0.150.15 5 0.75 4 0.6 3 0.45 4 0.6 连续工连续工作作 0.200.20 5 1.0 5 1.0 4 0.8 5 1.0 制造简制造简单单 0.150.15 4 0.6 4 0.6 1 0.15 2 0.3 过载保过载保护护 0.10.1 5 0.5 1 0.1 1 0.1 1 0.1 维护方维护方便便 0.10.1 3 0.3 3 0.3 3 0.3 3 0.3 寿命长寿命长 0.20.2 2 0.6 4 0.8 4 0.8 4 0.8 技术价技术价值值 0.83 0.78 0.60 0.72 根据技术评价分析结果
15、，选择方案一。4）确定输入功率Pd和额定功率Ped 传动方案确定后，可以求出传动系统的传动效率，进而可确定传动系统所需的输入功率Pd、电动机的类型及其额定功率Ped、电动机的输出转速nd等参数。方案一为串联方式综合而成，我们取滚动轴承效率10.99，V带传动效率20.96，一对齿轮啮合传动效率30.97，联轴器效率40.99。所以传动系的效率为：0.868)()(431232 传动系统的效率在估计的范围内，所以电动机的型号仍然选择Y132M4，额定功率为Ped7.5（kW），转速nd1440（r/min）。传动系统的输入功率为：6.72（kW）Pd d作为传动系统动力计算的依据作为传动系统动力
16、计算的依据。wdPP 5）传动比分配 通过分析，取V带的传动比为 3.0，两级齿轮传动的总传动比为 12.56 两级闭式齿轮传动，为了保证两级传动的大齿轮有合理的浸油深度，高速级传动比 与低速级传动比 的关系为 ，所以 4.0，3.141i2i2i3i323.1 ii 8.93.13.122ii3i6）各轴的运动和动力参数 计算结果如下表。返回章目录返回章目录本章小结 1.机械传动系统设计应采用系统性思想，对各种传动机构的性能特点、机器的工作要求、工作环境、生产条件、用户使用和市场需求情况、技术发展等进行综合考虑；2.方案设计是机械传动系统设计的核心，需要进行传动路线选择、传动机构类型选择和布置顺序安排。设计时应拟定多个方案，进行综合分析比较，从中选出最合理的方案；3.传动系统的运动和动力参数计算中，总传动比的合理分配最为关键，直接影响到各级传动机构的尺寸、重量、润滑条件和传动性能等。返回章目录返回章目录作 业15-1 传动系统与执行机构的作用有何不同？是否所有的机械系统中都有传动系统？15-2 选择传动类型的基本原则是什么？15-3 选用传动路线的主要依据是什么？是否根据执行机构的多少来定？15-4 布置传动机构顺序时，应遵守哪些原则？15-5 传动链的总传动比如何分配给各级传动机构？返回章目录返回章目录
