1、第十三章 机械传动设计（一）教学要求1、掌握常用机械传动机构的选择方法2、掌握机械传动的特性和参数3、掌握机械传动的方案设计4、掌握机械传动的设计顺序（二）教学的重点与难点1、掌握机械传动的特性和参数2、掌握机械传动的方案设计（三）教学内容13.1 概 述 一、机械传动的概念及功用1、利用机械运动方式传递运动和动力的机构。2、功用（1）将原动机的输出速度降低或增高，以适合工作机的需要。（2）实现变速传动，以满足工作机的经常变速要求。（3）将原动机的输出的转矩，变换为工作机的转矩或力。（4）将原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机所需要的、速度按某种规律变化的旋转或其他类型的运动。（5）实现由一
2、个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。（6）受机体外形、尺寸限制，为了安全与操作方便，工作机不宜与原动机直接连接时，也需要用传动装置来连接。二、常用传动机构及其特点根据各种运动方案，选择何种常用机构，分析如下：1、 实现运动形式的变换原动件的运动形式都是匀速回转运动，而工作机构所要求的运动形式却是多种多样的。传动机构可以将匀速回转运动转变为移动、摆动、间歇运动和平面复杂运动等各种各样的运动形式。下表为各种运动形式变换的常用机构。运动形式变换原动运动 从动运动 基本机构 其他机构同向圆柱齿轮机构（内啮合）带传动机构链传动机构双曲柄机构回转导杆机构连续回转变向平行轴反向圆柱齿轮机构（外啮
3、合） 圆柱摩擦轮机构交叉带（或绳、线）传动机构反平行四杆机构（两长杆交叉）相交轴 锥齿轮机构 圆锥摩擦轮机构交错轴蜗杆传动机构交错轴斜齿轮机构双曲柱面摩擦轮机构半交叉带（或绳、线）传动机构减速增速齿轮机构蜗杆传动机构带传动机构链传动机构摩擦轮机构绳、线传动机构变速变速 齿轮机构无级变速机构塔轮传动机构塔轮链传动机构间歇回转 槽轮机构 非完全齿轮机构无急回性质 摆动从动件凸轮机构 曲柄摇杆机构（行程速度变化系数 K=1）摆动有急回性质 曲柄摇杆机构摆动导杆机构摆动从动件凸轮机构连续移动 螺旋机构齿轮齿条机构带、绳、线及链传动机构中挠性件的运动无急回 对心曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构正弦机构不完
4、全齿轮（上下）齿条机构移动往 复移 动 有急回 偏置曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构间歇移动 不完全齿轮与齿条机构 移动从动件凸轮机构连续回转平面复杂运动特定运动轨迹连杆机构（连杆运动连杆上特定点的运动轨迹）摆动 双摇杆机构 摩擦轮机构齿轮机构移动 摇杆滑块机构摇块机构齿轮齿条机构摆动间歇回转 棘轮机构2、 实现运动转速（或速度）的变化当需要获得较大的定传动比时，可将多级齿轮传动、带传动、蜗杆传动和链传动等组合来满足速度变化的需要。3、 实现运动的合成与分解采用各种差动轮系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产生较大的输
5、出转矩，即获得较大的机械效益。13.3 机械传动的特性和参数机械传动是用各种形式的机构来传递运动和动力，其性能指标有两类：（一） 运动特性：转矩、传动比、变速范围等（二） 动力特性：功率、转矩、效率等1、 功率传递功率 P，反映传动系统的传动能力。0FvF传递的圆周力，单位为 N圆周速度，单位为 m/sP传递的功率,单位为 kW当功率 P一定时, 圆周力 F与圆周速度 成反比。v在各种传动中，齿轮传动允许的圆周力范围最大，传递的转矩 T也最大。2、 圆周速度和转速圆周速度 和转速 、轮的参考圆直径 d的关系为vn106d的单位为 m/s的单位为 r/minnd的单位为 mm在其他条件相同的情况
6、下，提高圆周速度可以减小外廓尺寸。因此，在较高的的速度下进行传动是有利的。对于挠性传动，限制速度的因素是离心力作用，它在挠性件中会引起附加载荷，并且减小其有效拉力；对于啮合传动，限制速度的主要因素是啮合元件进入啮合和退出啮合时产生的附加作用力，它的增大会使所传递的有效里减小。为了获得大的圆周速度，需要提高主动件的转速或增大其直径。但是直径增大会使传动的外廓尺寸变大。因此，为了维持高的圆周速度，主要是提高转速。旋转速度的最大值受到啮合元件进入和退出啮合时的允许冲击力、振动及摩擦功的大小等因素的限制。齿轮的最大转速为，链传动的链轮转速最高为 ，平带传动的带min/105.rn min/1083rn
7、轮转速最大值为 ，V 带传动的带轮转速最大值为in/10873r。i/283r传递的功率与转矩、转速的关系为 nPT950T为传递的转矩，单位为 NmP为传递的功率,单位为 kWn为转速,单位为 r/min3、 传动比传动比反映了机械传动增速和减速的能力。一般情况下，传动装置均为减速传动。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。在啮合传动中，就一对啮合传动而言，蜗杆传动可达到的传动比最大，其次是齿轮传动和链传动。4、 功率损耗和传动效率机械传动效率的高低表明机械驱动功率的有效利用程度，是反映机械传动装置性能指标的重要参数之一。机械传动效率低，不仅功率损失大，
8、而且损耗的功率产生大量的热量，必须采用散热措施。5、 外廓尺寸和重量传动装置的尺寸与中心距 、传动比 、轮直径 d及轮宽 b有关，其中影响最大的参数是中ai心距 。a下表列出几种常用机械传动装置的主要指标及特点。类型 传递功率（kW）速度（m/s）特点圆柱齿轮传动 3000 50锥齿轮传动 直齿1000曲齿1500040承载能力和速度范围大，传动比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，寿命长。制造安装精度要求高，噪声较大，成本较高。直齿圆柱齿轮可用做变速滑移齿轮；斜齿轮比直齿轮传动平稳，承载能力大。开式蜗杆传动闭式750常用50滑动速度1550结构紧凑，传动比大，当传递运动时，传动比可达到 10
9、00，传动平稳，噪声小，可作自锁传动。制造精度要求较高，效率较低，蜗杆材料常用青铜，成本较高。单级 NGW行星齿轮传动 6500 高低速均可体积小，效率高，重量轻，传递功率范围大。要求载荷均衡机构，制造精度要求较高。普通 V带传动 100 2530传动平稳，噪声小，能缓冲吸振；结构简单，轴间距大，成本低。外廓尺寸大，传动比不恒定，寿命短。链传动（滚子链） 200 20工作可靠，平均传动比恒定，轴间距大，能适应恶劣环境。瞬时速度不稳定，高速是运动不平稳，多用于低速传动。摩擦轮传动 200通常202550传动平稳，噪声小，有过载保护作用，传动比不恒定，抗冲击能力低，轴和轴承均受力大。13.4 机械
10、传动的方案设计一、传动类型的选择传动类型很多，各种传动形式均有其优缺点，根据运动形式和运动特点选择几个不同的方案进行比较，最后选择较合理的传动类型。下表列出了几种常用机械传动机构的运动及动力特性。机构类型 运动及动力特性连杆机构 可以输出多种运动，实现一定轨迹、位置要求。运动副为面接触，故承载能力大，但动平衡困难，不宜用于高速凸轮机构 可以输出任意运动规律的移动、摆动，但行程不大。运动副为滚动兼滑动的高副，故不适用于重载齿轮机构 圆形齿轮实现定传动比传动，非圆形齿轮实现变传动比传动。功率和转速范围都很大，传动比准确可靠螺旋机构 输出移动或转动，实现微动、增力、定位等功能。工作平稳，精度高，但效
11、率低了，易磨损棘轮机构 输出间歇运动，并且动程可调；但工作时冲击、噪声较大，只适用于低速轻载槽轮机构 输出间歇运动，转位平稳；有柔性冲击，不适用于高速带传动 中心距变化范围较广。结构简单，具有吸振特点，无噪声，传动平稳。过载打滑，可起安全装置作用链传动中心距变化范围较广。平均传动比准确，瞬时传动比不准确，比带传动承载能力大，传动工作时动载荷及噪声较大，在冲击振动情况下工作时寿命较短机械传动类型可参照下述原则进行选择（1） 定传动比传动的类型选择原则 功率范围 当传递功率小于 100kW时，各种传动类型都可以采用。但功率较大时，宜采用齿轮传动，以降低传动功率的损耗。对于传递中小功率，宜采用结构简
12、单而可靠的传动类型，以降低成本，如带传动。此时传递效率是次要的。传动效率 对于大功率传动，传动效率很重要。传动功率越大，越要采用效率高的传动类型。传动比范围不同类型的传动装置，最大单级传动比差别较大。当采用多级传动时，应合理安排传动的次序。布局与结构尺寸对于平行轴之间的传动，宜采用圆柱齿轮传动、带传动、链传动；对于相交轴之间的传动，可采用锥齿轮或圆锥摩擦轮传动；对于交错轴之间的传动，可采用蜗杆传动或交错轴斜齿轮传动。两轴相距较远时可采用带传动、链传动；反之，可采用齿轮传动。其他要求例如噪声要求，链传动和齿轮传动的噪声较大，带传动和摩擦轮传动的噪声较小。（2） 有级变速传动的类型选择原则（略）（
13、3） 无级变速传动的类型选择原则（略）二、传动顺序的布置原则如下：1、 承载能力较小的带传动应布置在高速级，使之与原动机相连，齿轮或其他传动布置在带传动之后，这样既有利于整个传动系统的结构尺寸紧凑、匀称，又有利于发挥带传动的传动平稳、缓冲减振和过载保护的特点。2、 链传动平稳性差，且有冲击、振动，不适用于高速传动，一般应将其布置在低速级。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，以减小闭式传动的外廓尺寸、降低成本。开式齿轮传动制造精度较低、润滑不良、工作条件差，磨损严重，一般应布置在低速级。4、 传递大功率时，一般应采用圆柱齿轮。5、 在传动系统中，若有改变运动形
14、式的机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构等，一般将其设置在传动系统的最后一级。6、 还应考虑各种传动机构的寿命和装拆维修的难易程度。三、总传动比的分配合理地将总传动比分配到传动系统的各种传动中，是传动系统设计的另一个重要问题。它直接影响传动装置的外廓尺寸、总重量、润滑状态及工作能力。在多级传动中，总传动比 与各级传动的传动比 之间的关系为i 21i、 ni传动比分配的一般原则为1、 荐的范围内选取。下表列出了常用机械传动机构的单级传动比推荐值。各级传动机构的传动比应尽量在推类型 平带传动 V带传动 链传动 圆柱齿轮传动 锥齿轮传动 蜗杆传动推荐值 24 24 25 35 23 840最大值
15、 5 7 6 10 5 802、 各级传动应做到尺寸协调，结构匀称、紧凑。3、 各传动零件彼此避免发生干涉，防止传动零件与轴干涉，并使所有传动零件安装方便。4、 在卧式齿轮减速器中，通常应使各级大齿轮的直径相近，以便于齿轮浸油润滑。13.5 机械传动的设计顺序1、 确定传动系统的总传动比对于传动系统来说，其输入转速 为原动机的额定转速，而它的输出转速 为工作机 所要dn rn求的工作转速，则系统的总传动比为 rdi2、 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、空间位置、工艺性能、总传动比及其他限制性条件，选择传动系统所需的传动类型，并拟定从原动机到工作机之间的传动系统的总体布置方案。3、 分配总传动比根据传动方案的设计要求，将总传动比分配到各级传动。4、 计算机械传动系统的性能参数性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等，这是传动方案优劣的重要指标，也是各级传动强度的计算依据。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，如齿轮传动的齿数、模数、齿宽和中心距等。6、 绘制传动系统的运动简图7、 绘制传动部件和总体的装配图
