哈工大 机械系统设计 第四章传动系统设计_课件

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传动链
传动链
外联传动链
内联传动链
Hale Waihona Puke Baidu
内联传动:两执行件间的传动精度
外联传动:执行件的速度(转速)和传递动力
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4.1.1 传动系统的类型
电机驱动 1.动力源 内燃机驱动
① 交流异步电动机 ② 直流并激电动机 ③ 交流调速主轴电动机 ④ 交、直流伺服电动机 ⑤ 步进电动机
机械无级变速 无级变速 液压无级变速 电气无级变速 交换齿轮变速 转速可变 2.输出速度 滑移齿轮变速 有级变速 离合器变速 上述的组合 啮合器变速 转速不可变(固定传动比传动系统)
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精密驱动与传动的研究范围:
能实现多自由度直线或回转运动的精密驱动与传动新原 理新机构,包括啮合、摩擦、柔性/柔顺、宏微复合、 气浮、液浮、磁浮、电浮等原理; 轻量化、无摩擦、无间隙、无润滑驱动与传动原理; 精密驱动与传动部件和系统的运动、力与能量变换特性 及调控理论; 传动精度与快速响应特性的创成设计理论和方法;面向 尺度和性能约束的精密驱动与传动的动力学分析与集成 优化; 多自由度精密驱动与传动及其控制的一体化设计理论; 精密驱动与传动的制造精度体系设计理论,精密制造工 艺和质量保证方法,特殊环境下精密驱动与传动的服役 性能演变机理。
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多介质多形式高效驱动与传动研究内容
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2. 精密驱动与传动研究内容 定义:采用精密机械、气浮、液浮、电磁、静电 等直接或间接的驱动与传动方式 特点:结合传感及控制单元,可以实现精确的运
动变换和负载功率匹配
应用:微电子、光电子、生物医学、航空航天、 先进制造、机器人、微/纳米等领域 发展趋势:机构、传感、控制一体化
作用:
(1) 齿轮—摩擦离合器换向机构
齿轮Z1、Z3均空套在轴Ⅰ上,摩擦离合器向左接合时,通过
Z1、Z2、传动轴Ⅱ实现正转;摩擦离合器向右接合时,通过Z3、 Z0、Z4、传动轴Ⅱ实现反转,摩擦离合器处于中间位置时,轴Ⅱ 不转。从而实现了轴Ⅱ的起停和换向。
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(2) 齿轮换向机构
运动从轴Ⅰ传入,轴Ⅲ传出。当轴Ⅲ上的滑移齿轮向右移动时, 运动由轴Ⅰ经齿轮1(Z30)的右半部和齿轮2(Z56)传出,带动轴Ⅲ转动。 当滑移齿轮在图示位置时,运动由轴Ⅰ经齿轮1(Z30)的左半部及其常 啮合的惰轮3(Z30)传动轴Ⅲ上的齿轮2(Z56)从而带动轴Ⅲ转动,经过 一惰轮3,使轴Ⅲ反向运转。由于齿轮1与惰轮3的齿数相等,故输出 的转速正反向相等。
特点: 可在运转过程中变速 接合平稳,冲击小
便于实现自动化
轴向尺寸较长,结构复杂 注意的问题: ①减小离合器尺寸 ②避免出现超速现象 ③要考虑结构因素
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4 .啮合器变速
工作原理:在变速过程中先 使将要进入啮合的一对齿轮的圆
周速度相等,然后才使它们进入
啮合,即先同步后变速。这可避 免齿轮在变速过程中产生冲击, 使变速过程平稳。
4) 宽V带无级变速器
宽V带 I I r1
组成: 固定锥轮 活动锥轮 宽V带
II II 固定锥轮 活动锥轮
r2
工作原理: 同步调整活动锥轮的轴向位置,可改变锥轮的传
动半径r1和r2 ,从而实现无级变速。
传动比: i12 = r2 / r1
二、有级变速传动系统
有级变速:在变速范围内,速度(转速)不能连续地变换
第四章
传动系统设计
4.1 传动系统的类型和组成
4.2 传动系统的运动设计
4.3 内联传动系统的设计原则
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4.1 传动系统的类型和组成
动力系统
传动系统 执行系统
传动系统: 将动力源(或某个执行件)的速度、力矩传递
给执行件(或另一执行件),使该执行件具有
某种运动和出力的功能。
作用
1 运动和动力的传递; 2 运动和动力的变换。
的创新设计、制造工艺与智能控制方法等
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基于功能材料的新型驱动研究内容
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重要意义 1 深化对机械的驱动与传动科学本质规律的 理解和探索 2 提升我国机械驱动与传动部件的产品设计与 创新能力 3 提高重大装备研制所需的高效、高可靠功率 传动技术的支撑能力
4 提高精密、智能驱动与传动技术的创新能力
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2) 钢球无级变速器
钢球
支承轴
工作原理 调整支承轴的倾 角,可改变钢球 的传动半径r1和 r2 ,从而实现无 级变速。
组成: 锥轮 钢球(通常为6个) 支承轴
潘存云教授研制
r1 r2
I
R1
R2
II
主动锥轮 从动锥轮
传动比: i12 = R2 r1 / R1 r2 = r1 / r2 特点:1)结构简单、传动平稳,相对滑动小,结构紧凑; 2)要求钢球加工精度高。
3.动力源驱动执行件的数目 独立驱动 有多个运动不相干执行件 数控机械系统 联合驱动
机械传动 液压传动 4.传动装置 电气传动 集中驱动 机电液混合传动 只有一个执行件
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一、无级变速传动系统
无级变速是指执行件的转速(或速度)在一定范围内连续 地变化,这样可以使执行件获得最有利的速度,能在系 统运转中变速,也便于实现自动化等。 1.机械无级调速器:
特点: 依靠摩擦力来传递转矩; 存在转速损失,故不能用于调速精度高的场合; 变速范围小,通常为4~6,少数可达10~15。
2.液压无级变速装置:
特点: 它的传动平稳 运动换向冲击小 易于实现直线运动
3.电气无级变速装置
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1.机械式无级变速传动系统 1) 滚轮——平板式变速器
3) 菱锥无级变速器
组成: 主动轮 从动轮 菱锥 支承架 II 菱锥 从动轮 菱锥
r2
R2
潘存云教授研制 支承架 r1
R1 I
主动轮 工作原理: 调整支架的水平位置,可改变菱锥的传动半径r1和r2 ,
从而实现无级变速。
传动比: i12 = r1 R2 / R1 r2 利用接触点线 速度相等计算
I R1 菱锥 r1 菱锥 r2 II R2
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研究范围: 基于机、电、液、气、磁、光等介质的机械、机 电、电液、光电、直驱等多种形式集成的能量转 化和功率传递理论; 载荷作用下低摩擦界面、最佳油膜、 高效传动设 计理论; 特殊条件下的传动摩擦副界面相互作用机理、振 动特性和优化控制方法; 基于载荷工况累积的摩擦副磨损规律、自适应密 封件特性分析理论; 电控、泵 控直驱和“近零传动”新原理; 具有故障感知、自补偿和容错重构的功率传递系 统多学科优化和可靠性设计理论。
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精密驱动与传动研究内容
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3.基于功能材料的新型驱动
功能材料:压电陶瓷、电流变液、磁流变液、形状记忆合 金(SMA)、磁致伸缩材料及离子金属聚合物 新型驱动:指电磁驱动、功能流体驱动、光驱动、生物化 学驱动、无线能量驱动、自感知智能驱动、
功率电传一体化驱动等新原理和新结构形式
特征: 可以通过电能、机械能、磁能、热能等能量转换形式 实现高频响、大行程的驱动。 易于直接实现驱动与执行机构的集成化、小型化和微 型化。
• 减小离合器尺寸 要求省力、可靠、结构简单、有足够的动力 • 避免出现超速现象 (三)制动装置 • 考虑结构因素
要求可靠、方便、平稳、结构简单、尺寸小、磨损小、 散热好 • 制动器与离合器必须互锁
(四)安全保护装置 • 确定合理安装位置 销钉安全联轴器,钢珠安全离合器,摩擦安全离合器 • 闸带式制动器的操纵力应作用在制
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2. 滑移齿轮变速
特点: 能传递较大的转矩和较高的转速; 变速方便,通过串联变速组的办法便可实现增多变速级数的目的; 没有常啮合的空转齿轮,因而空载功率损失较小。 滑移齿轮不能在运转中变速,为便于滑移啮合,多用直齿圆柱齿轮传动,因 而传动的平稳性不如斜齿圆柱轮传动。 29
3. 离合器变速
动带的松边
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(一)变速装置
作用: 变速装置的作用是改变动力源的输出转速和 转矩以适应执行件的需要。若执行件不需要变速,
可采用固定传动比的传动系统或采用标准的减速
器、增速器实现降速传动或升速传动。
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1. 交换齿轮变速
A、B和C、D为两对交换齿轮,改变齿轮A、B和C、 D的齿数,就可得到不同的传动比。 (俗称挂轮)
(2)各执行件间运动有顺序或协调的要求(电阻自动压帽机)
(3)各执行件的运动相互独立
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3 联合驱动传动系统
由两个或多个动力源经各自的传动链联合驱
动一个执行件的传动系统,主要用于低速、
重载、大功率、执行件少而惯性大的机械。
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4.1.2 传动系统的组成
(一)变速装置 交换齿轮,滑移齿轮,离合器,前三种的组合,啮合器 (二)起停和换向装置
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典型驱动和传动方式的功率、精度关系
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1. 多介质多形式高效驱动与传动
多介质:机、电、液、气、磁、声、光等介质; 多形式:机械、机电、机液、电液、电气、光电 、功能材料等两种或多种能量转换与传 递形式集成化;
高效:低摩擦损耗、高效率、工况和环境变化适 应性强的空间运动和功率传递方式
核心问题:高效能量转换与传递特性作用机理
主动轮 主动轮
组成: 主动轮 从动盘 弹簧
I I
潘存云教授研制
r1 从动平盘 工作原理: 调整主动轮的 弹簧 弹簧 r2 II
接触点的速度:v =ω2 r2 = r1 ω1 传动比: i12 =ω1 / ω2 =r2 / r1
位置,就改变了r2 的大小,从而实现 无级变速
特点: 1)结构简单、制造方便; 2)因为存在较大相对滑动,故磨损严重,传递功率不大
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(三)制动装置
制动方式
电气制动 反接制动 电动机变发电机 电流的释放回路 结构简单 操作方便 特点 制动迅速 缺点:反接电流大,传动系统受惯性冲击大 闸带式 外抱块式 机械制动 内张蹄式 盘式 非摩擦式制动器
牙嵌式离合器、齿轮式离合器和摩擦片式离合器。 当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮传动时,不便用滑移齿 轮变速,则需用牙嵌式或摩擦片式离合器变速。 优点:轴向尺寸小,可传递较大的转矩,传动比准确,变速
时操纵省力等。
缺点:不能在运转中变速,各对齿轮经常处于啮合状态,磨 损较大,传动效率低。
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摩擦片式离合器
目的:4与1啮合
方法:首先使4与1的转速相同, 即先同步,后啮合
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(二)起停换向装置
方便省力 操作安全可靠 用来控制执行件的起动、 基本要求 结构简单 停止及改变运动方向 能传递足够的动力 不需换向且起停不频繁 机械系统工况 需换向但不频繁 换向起动都很频繁 电动机直接起停换向 电动机 离合器起停换向 考虑的因素 动力源类型及功率 摩擦离合器、液力偶合器起停 内燃机 反向机构换向 齿轮 摩擦离合器换向机构 起停换向装置的结构与操纵方式 齿轮换向机构 33
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研究范围:
基于功能材料的新型驱动系统中能量转换的内在
机理、多物理场耦合特性及其变化规律;
研究各种尺度及适应不同环境的高性能新型驱动
系统原理; 研究复合和多相等新型结构形式下的功能材料多 场、多相耦合作用规律,以及建模、分析、优化 和控制的理论和方法; 研究具有状态感知、多场能量调节、智能控制和 自修复能力的驱动原理,以及适应新型驱动原理
转速(速度)工作,则连
接动力源与执行件的传
动系统属于固定传动比
的传动系统,即该系统 是由若干个固定传动比 串联组成。
起重机传动系统简图
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1.独立驱动传动系统
(1) 只有一个执行件 (2) 有多个运动不相关的执行件 (3)数控机械系统
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2 集中驱动传动系统
多个执行件均由一个动力源驱动 (1)执行件间有严格的传动比要求(丝杠车床)
传递的功率大
特点: 变速范围宽
传动比准确
工作可靠 有转速损失
CA7620型液压多刀半自动车床主传动系统及转速图
交换齿轮变速(29/46 46/29)滑移齿轮变速(38/53 28/63) 由于速度不连续,存在转速损失
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三、固定传动比的传动系统
如果机械系统的执
行件要求以某一固定的
基本要求 工作可靠,操纵方便,制动迅速平稳,结构简单,尺寸小,磨损小, 散热好。
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