1、授课题目：第12章机械传动设计12. 1概述12.2 常用机械传动机构的选择12.3 机械传动的特性和参数12.4 机械传动的方案设计12.5 机械传动的设计顺序12.6 减速器授课方式（请打J）理论课J讨论课口实验课口习题课口其他口课时安排4教学大纲要求：（1） 了解传动系统的概念和常用的机械传动类型及选用;（2）熟悉系统传动方案确定机器优选的方法；（3）熟悉传动机构的布置顺序；（4）掌握传动系统的运动和动力参数计算。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：（1）了解传动系统的概念和常用的机械传动类型及选用;（2）熟悉系统传动方案确定机器优选的方法；（3）熟悉传动机构的布置顺序；（4）
2、掌握传动系统的运动和动力参数计算。教学重点及难点：机械传动的选择和结构设计。作业：思考题一、二、三。课后总结分析：传动系统、常用的机械传动类型及选用；系统传动方案确定机器优选的方法；传动机构的布置顺序；传动系统的运动和动力参数计算。备注教学内容12.1概述一般机器都包含原动机、传动系统和工作机三个基本部分。原动机是机器完成工作任务的动力来源，较常用的是电动机。工作机是直接完成生产任务的执行装置，可以通过选择合适的机构或其组合来实现。传动系统则是把原动机的运动和动力转化为符合执行机构需要的中间传动装置。根据工作原理，传动系统可分为机械传动、流体传动和电传动三类，本书只讨论机械传动系统。机器中采用
3、传动系统的主要原因是：（1）工作机所需的速度、转矩或力通常与原动机不一致；（2）原动机的输出轴通常做匀速回转运动，而工作机要求的运动形式是多种多样的；（3）很多工作机在工作中需要改变速度，如果采用调整原动机速度往往很不经济，甚至是不可能的；（4）某些情况下需要一个原动机带动若干个运动形式和速度都不同的工作机。由于机械传动是机器的重要组成部分，其质量、成本和性能对机器的整体质量、成本和性能有极大的影响。表12-1列出了常用传动机构及其特点。12.2常用机械传动机构的选择选择常用机构的类型，应根据以下几种情况进行分析：L实现运动速度的变化一般情况下，原动件转速很高，工作机速度较低，有时还要求在不同
4、的工作情况下获得不同的速度。当要求获得较大的定传动比时，可以将多级齿轮传动、带传动、蜗杆传动和链传动等组合起来满足速度变化的要求，即可通过选用减速器或增速器来实现速度变化。根据具体的使用场合，可采用多级圆柱齿轮减速器、圆锥-圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器以及圆柱齿轮-蜗杆减速器等来实现传动方案。2 .实现运动形式的变换较常用的原动机（如电动机）的运动形式是匀速回转运动，而工作机构所要求的运动形式是多种多样的。传动机构的功用就是可以把电动机的匀速回转运动转变为移动、摆动、转动、间歇运动以及平面复杂运动等各种运动形式。实现运动形式变换的常用机构见表12-203 .实现运动的合成与分解通过采用各种差动轮
5、系可以进行运动的合成与分解。4 .获得较大的机械效益根据一定功率下减速增矩的原理，通过减速传动机构可以实现用较小驱动转矩来产生较大的输出转矩，从而获得较大的机械效益。12.3机械传动的特性和参数1 .圆周速度和转速圆周速度V与转速n之间的关系为:式中：V圆周速度，单位为m/s；n转速，单位为r/min；d参考圆直径，单位为mmo2 .传动比传动比主要反映机械传动的增速或减速的能力，常用的传动装置多为减速传动。在啮合传动中，就一对啮合传动而言，蜗杆传动能达到的传动比最大，其次是齿轮传动和链传动。在摩擦传动中V带传动可达到的传动比最大，平带传动次之，然后是摩擦轮传动。各类传动的传动比尽量在推荐值的
6、范围内选取，特殊情况下也不得超过其传动比所允许的最大值，常见的各类传动的传动比见表12-3o3,功率机械传动装置所能传递的功率或转矩的大小代表传动系统的传动能力。功率的表达式为(12.2)P二100O式中：P传递的功率，单位为kW；F传递的圆周力，单位为N；V圆周速度，单位为m/s。4 .传动效率和功率损耗5 .传动装置的外廓尺寸和重量12.4机械传动的方案设计12.4.1 传动类型的选择选择不同类型的传动机构会得到不同形式的传动系统方案，为了获得理想的传动方案，需要根据效率、外廓尺寸、质量、运动性能、成本及生产条件等主要性能指标，结合各种传动机构的性能特点，合理地选择传动机构类型。表12-5
7、列出了常用机构的运动及其特性，供选择类型参考。机械传动类型选择的基本原则是：(1)小功率宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动机构，以降低制造费用。(2)大功率宜优先选用传动效率高的传动，以节约能源、降低生产费用。(3)速度低、传动比大时，可选用单级蜗杆传动、多级齿轮传动、带-齿轮传动、带-齿轮-链传动等多种方案，需要综合分析比较，选出合适的传动方案。(4)工作中可能出现过载的设备，适合在传动系统中设置一级摩擦传动，以便起到过载保护作用。但摩擦有静电发生，在易燃易爆的场合，不能采用摩擦传动。(5)工作环境恶劣、粉尘较多时，应尽量采用闭式传动，以延长零件的寿命。(6)生产批量较小时，应尽量
8、选用标准的装置(如各种标准减速器)，以降低成本，缩短制造周期。(7)载荷经常变化、频繁换向的传动，宜在传动系统设置一级能缓冲、吸振的传动(如带传动、链传动)。(8)传动的噪声受到严格控制时，应优先选用带传动、蜗杆传动、摩擦传动或螺旋传动。如需要采用其他机构，应从制造和装配精度、结构上等方面采取措施，力求降低噪声。12.4.2 传动顺序的布置传动系统有多个传动机构时，需要合理布置各机构的顺序。布置时一般应考虑以下几方面:(1)带传动承载能力较低，但传动平稳，能缓冲吸振，应布置在传动系统的高速级，即直接与电动机轴相连，以获得较为紧凑的结构尺寸。(2)链传动平稳性差，有冲击，不适于高速传动，故应布置
9、在传动系统的低速级，即可与工作机直接相连。(3)根据工作条件选用开式或闭式齿轮传动。闭式齿轮传动一般布置在高速级，以减小传动系统的外廓尺寸，降低成本；开式齿轮传动制造精度低、润滑不良、工作条件差，磨损严重，一般应布置在低速级。(4)圆锥齿轮的加工较困难，特别是大模数的圆锥齿轮加工更困难，因此尽可能将圆锥齿轮布置在最高速级或较高速级(带传动之后)，并限制其传动比，以减小圆锥齿轮的模数及结构尺寸。(5)斜齿轮传动的平稳性和承载能力都比直齿轮好，所以对传动平稳性和承载能力均有要求时，可采用斜齿轮传动。(6)蜗杆传动常用于传动比较大、传动功率不大的场合，其承载能力较齿轮低，故应布置在传动系统的较高速级
10、以获得较小的结构尺寸。(7)在传动系统中，如果有改变运动形式的机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等，一般应将其设置在传动系统的最后一级。12.4.3 总传动比的分配在多级传动中，总传动比等于各级传动的传动比之积，即，=2,3Zn合理分配传动比，是传动系统设计的一个重要问题，它直接影响到传动系统的外廓尺寸、重量、润滑状态及工作能力等许多方面。因此各级传动比分配时应注意：(I)各级传动机构的传动比应尽量在推荐的范围内选取，特殊情况也不得超过传动比所允许的最大值。各类传动的传动比推荐值见表12-6。(2)各级传动应做到尺寸协调，结构合理、紧凑，安装方便，并且各传动零件之间应避免发生干涉。(3
11、)对于两级齿轮减速器，为使各级齿轮传动润滑良好，应使各级大齿轮具有相近的直径值，便于齿轮浸油润滑。(4)合理分配传动比，使装置的外廓尺寸尽量小。对于由“带-单级齿轮”组成的传动系统，其带传动比应大于齿轮传动比，以便使整个传动系统尺寸较小，结构更加紧凑。如果是两级以上的齿轮传动，其高速级的传动比应大于低速级的传动比。12.5机械传动的设计顺序机械传动系统设计的一般顺序为：1 .确定传动系统的总传动比传动系统的总传动比是指电动机的额定转速为与工作机的转速心之比，即i二区(12.3)2 .选择机械传动类型和拟定总体布置方案根据机器的功能要求、结构要求、工艺性能、总传动比及其他限制性条件，选择传动系统
12、所需的传动类型，并拟定从原动机到工作机之间的总体布置方案。3,分配传动比根据传动方案的设计要求，将总传动比合理分配到各级传动。需要注意的是，传动系统的实际传动比受到标准带轮圆整、齿轮齿数等因素的影响，因此与原设计要求的传动比有一定误差，一般规定传动系统总传动比误差应控制在土（3%5%）范围内。4 .计算机械传动系统的性能参数机械传动系统的性能参数，主要包括转速、功率和转矩等，这些参数是反映传动方案优劣的重要指标，也是各级传动进行强度计算的依据。5 .确定传动装置的主要几何尺寸通过各级传动的强度分析、结构设计和几何尺寸计算，确定其基本参数和主要几何尺寸，如齿轮的齿数、模数、齿宽和中心距等。6 .
13、绘制传动系统的运动简图（即传动系统图）7 .绘制传动部件和总体的装配图12.6减速器减速器是一台独立的传动装置。它由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮（或蜗轮蜗杆）、传动轴及轴承等所组成。常安装在电动机（或其他原动机）与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。12.6.1常见减速器的主要类型、特点和应用1 .圆柱齿轮减速器两级（展开式）i=35-340(400)三级其传动简图如图12-1。直齿i5人字齿i8（10）单级图12-1圆柱齿轮减速器通常i=840时采用两级减速。以两级减速器为例，按齿轮的布置形式可分为：（1）展开式，如图12-1,展开式结构比较简单，应用最广；但齿轮相对于轴承非
14、对称布置，受载时轴的弯曲变形会使载荷沿齿宽分布不均，故轴应具备足够大的刚度。(2)同轴式，如图12-2（八）所示，同轴式减速器的输入轴与输出轴在同一轴线上，箱体较短，但箱体内须设置轴承支座，使箱体轴向尺寸增大，中间轴加长，结构变得复杂。(3)分流式，如图12-2(b),齿轮相对于轴承对称布置，载荷沿齿宽分布较均匀，受载情况较好，适于重载或变载荷的场合。其结构比较复杂。（八）同轴式(b)分流式b)图12-2两级圆柱齿轮减速器a)同轴式b)分流式2 .圆锥齿轮减速器如图12-3所示，这类减速器用于输入轴与输出轴相交、传递功率不大和速度不高的场合。当传动比较大时，可采用两级或两级以上的圆锥-圆柱齿轮
15、减速器。由于小锥齿轮常为悬臂布置，为使其受力小些，常将圆锥齿轮传动作为高速级。斜齿、曲齿i5(6)单级双级三级图12-3圆锥齿轮减速器3 .蜗杆减速器在图12-4中表示出了蜗杆减速器，它用于输入轴与输出轴需要在空间正交(垂直交错)的场合。它的传动比较大，外廓尺寸比较小，工作平稳，噪声小，但其效率较低。单级蜗杆减速器有蜗杆下置式、蜗杆上置式两种。下置式适用于蜗杆圆周速度较小（v4ms）的场合，有利于啮合处的润滑与冷却；当蜗杆圆周速度较大时，应采用蜗杆上置式，以减少搅油损耗。卧式（上置式）卧式（下置式）立式图12-4蜗杆减速器当传动比要求较大时,可采用两级蜗杆减速器、齿轮-蜗杆减速器或蜗杆-齿轮减
16、速器，如图12-5所示。图12-5齿轮-蜗杆减速器4 .减速器的应用（1）斜齿轮传动的平稳性较直齿轮好，且结构紧凑，承载能力高，常用于速度高、载荷大或要求传动平稳的场合。（2）圆锥齿轮加工比较困难，所以一般用于改变轴的布置方向，并尽量放在高速级和限制传动比，以减小大锥齿轮的直径和模数。（3）蜗杆传动可实现大的传动比，结构紧凑、传动平稳，但传动效率较低，适用于中、小功率及间歇运转的场合。其承载能力较齿轮传动低，当与齿轮传动同时应用时，宜将其布置在高速级，以减小蜗轮尺寸，节省有色金属。12.6.2减速器传动比的分配由于单级齿轮减速器的传动比最大不超过10,当总传动比要求超过此值时，应采用二级或多级
17、减速器。此时应考虑各级传动比的合理分配问题，否则将影响到减速器的外形尺寸、承载能力能否充分发挥等。根据使用要求的不同，可按下列原则分配传动比：(1)使各级传动的承载能力接近于相等；(2)使减速器的外廓尺寸和质量尽量小；(3)使传动具有最小的转动惯量；(4)使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等。一般对于展开式二级圆柱齿轮减速器，推荐高速级传动比取，；二(1.31.5)%,同轴式减速器则取=Z212.6.3减速器的结构一般来说，减速器是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。如图12-6所示为一级直齿圆柱齿轮减速器，它主要由齿轮、轴、轴承和箱体等组成。箱体必须有足够的刚度，为保证箱体的刚度和散热，常在
18、箱体外壁上制有加强肋。为方便减速器的制造、装配及使用，还在减速器上设置了一系列附件，如检查孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。例12-1一带式输送机传动方案如图所示。已知输送带工作拉力F=4kN,带速v=lms,卷筒直径O=500mm,卷筒传动效率筒=0.96,电动机额定功率4=5.5kW,转速nd=1440rmin0试计算该传动系统的运动和动力参数。带式输送机传动系统解(1)传动比分配工作机转速60100Ov11D601000l3.14500=38.2rmin总传动比M=区二门飞=网=37.7总nw12338.2根据传动比的分配原则，参考表14-1,取V带传动比为Z1=3；高速
19、级齿轮传动比为z2=4,则低速级齿轮传动比为Z3=3.14Z；Zn（2）计算各轴转速n1=：_1440_:480r/minh3nII=-l2_480_120r/min4n以_120_:38.2rminl33.14（3）计算各轴功率工作机功率Fv4000lP=4kW取一对滚动轴承效率为r=0.99,齿轮啮合效率g=0.97,联轴器效率c=0.99,V带传动效率7=0.96,则各轴的输入功率为P111=Pw/(7筒方)=4(0.960.990.992)=4.29kWP11=P11(gr)=4.29/(0.98X0.99)=4.42kWPI=PuQgrlr)=4.42/(0.980.99)=4.56
20、kW带传动输入功率Pp1.b=4.56/0.96=4.75kW(4)计算各轴转矩TO=95504=9550X5.05/1440=31.50Nm%T1=9550&=T0i1b=31.5030.96=90.73NmnIT11=T1i2rg=90.7340.99X0.97=348.49NmT111=T11i3rg=348.493.140.99X0.97=1050.83Nm本章总结1 .机械传动系统中的常用机构及其特点。2 .根据运动方案选择常用机构（1）实现运动速度的变化（2）实现运动形式的变换（3）获得较大的机械效益（4）实现运动的合成与分解3 .机械传动的特性和参数（1）圆周速度和转速；（2）传动比；（3）功率；（4）传动功率个功率损耗；（5）外廓尺寸和重量。4 .机械传动的方案设计（1）传动类型的选择；（2）传动顺序的布置；（3）总传动比的分配5 .机械传动的设计顺序6 .减速器（1）常用减速器的类型、特点和应用（2）减速器传动比的分配（3）减速器的结构
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