第二章机械传动系统的总体设计共13页文档
机械传动系统设计
机械传动系统设计第一节概述一台机器是由原动机、传动系统、工作机构和操纵控制四个部分组成,在这里只讲传动系统设计。
它是将电动机的运动和动力传递给工作机构的中间传动装置,用来实现减速(或增速)、变速、转换运动形式等。
机械传动系统设计的一般程序是:1.机构选型:根据机器的功能要求,工作机构对动力、传动比或速度变化的要求,以及原动机的工作特性,选择机械传动系统所需的机构类型。
2.拟定传动系统总体布置方案:根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动机构的特点和适用条件,合理拟定传动路线,安排各传动机构的先后顺序,以完成原动机到工作机构之间的传动系统的总体布置方案。
3.选择电动机,确定传动系统的总传动比。
4.总传动比分配:根据传动系统的组成方案,将总传动比合理分配到各级传动机构。
5.传动系统的运动和动力参数计算:机械传动系统的运动和动力参数主要指各级传动比、各轴的转速、转矩、功率等。
6.确定机械传动系统的主要参数和几何尺寸:通过各级传动机构的承载能力计算,确定主要参数。
在此基础上,进行传动零件及传动系统主要几何尺寸计算,最后绘制出传动系统运动简图及总装配图。
第二节机械传动系统方案设计机械传动系统的方案设计是机械设计工作中的一个重要组成部分,是最具创造性的设计环节。
正确合理地设计机械传动系统,对提高机械的性能和质量、降低机械的制造成本和使用费用等都是至关重要的。
任何机械其传动系统设计方案都不是唯一的,在相同设计条件下,可以有不同的传动系统方案,最后确定的应是其中最佳方案。
传动系统方案设计首先应满足工作机的工作要求(如功率及转速),另外结构简单紧凑、加工方便、成本低、传动效率高、使用维护方便等特点。
见图表2-1和2-2 减速器类型和传动系统方案。
在做课程设计时,如果设计任务书已给定传动方案,表中传动方案设计就不必做了,只要按设计任务书要求选电动机,计算有关参数。
第三节选择电动机1.选择电动机的类型和结构电动机的类型很多,常用的Y系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。
机械设计基础第2章 机械传动装置的总体设计PPT课件
表2-3 机械传动的效率概略值
滑动轴承
润滑不良
润滑正常
润滑特好 (压力润滑)
液体摩擦
0.94(一对) 0.97(一对) 0.98(一对)
0.99(一对)
带传动 链传动
平带无压 紧轮的开式
平带有压 紧轮的开式
平带交叉 式 滚动轴承
滚子链
0.98
0.97
类型 一级圆柱齿轮减速器
2.1 传动方案分析
表2-1 常用减速器的类型和特点
简图及特点
传动比一般小于5,使用直齿、斜齿或人字 齿轮,传递功率可达数万千瓦,效率较高、 工艺简单、精度易于保证,一般工厂均能制 造,应用广泛。轴线可作水平布置、上下布 置或铅垂布置
二级圆柱齿轮减速器
2.1 传动方案分析
≤25~30 ≤20
外廓尺寸
大
大
大
大 (最大达50 000)
圆柱齿轮 锥齿轮
3~5
2~3
8
5
小 (≤50) 10~40
80
6级精度直齿≤18m ≤15~35 /s,非直齿≤36m/s; 5级精度达100
小
小
2.1 传动方案分析
表2-2 常用传动机构的性能及适用范围
传动精度
低
工作平稳性
好
自锁能力
无
过载保护作用
类型 一级锥齿轮减速器
一级蜗杆减速器
2.1 传动方案分析
表2-1 常用减速器的类型和特点
简图及特点
传动比一般小于3,使用直齿、斜齿或曲齿 齿轮
结构简单,尺寸紧凑,但效率较低,适用 于载荷较小、间歇工作的场合。蜗杆圆周速 度≤4~5m/s时采用蜗杆下置式,蜗杆圆周速 度>4~5m/s时采用蜗杆上置式。采用立轴布 置时密封要求高
机械传动装置的总体设计
第2章机械传动装置的总体设计机械传动装置总体设计的任务是选择电动机、确定总传动比并合理分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数,为下一步各级传动零件设计、装配图设计作准备。
设计任务书一般由指导教师拟定,学生应对传动方案进行分析,对方案是否合理提出自己的见解。
传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大的影响,因此应当合理地拟定传动方案。
2.1 拟定传动方案1.传动装置的组成机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。
传动装置位于原动机和工作机之间,用来传递运动和动力,并可用以改变转速、转矩的大小或改变运动形式,以适应工作装置的功能要求。
传动装置的传动方案一般用运动简图来表示。
2.合理的传动方案当采用多级传动时,应合理地选择传动零件和它们之间的传动顺序,扬长避短,力求方案合理。
常需要考虑以下几点:1)带传动平稳性好,能缓冲吸振,但承载能力小,宜布置在高速级;2)链传动平稳性差,且有冲击、振动,宜布置在低速级;3)蜗杆传动放在高速级时蜗轮材料应选用锡青铜,否则可选用铝铁青铜;4)开式齿轮传动的润滑条件差,磨损严重,应布置在低速级;5)锥齿轮、斜齿轮宜放在高速级。
常见机械传动的主要性能见表2-1。
对初步选定的传动方案,在设计过程中还可能要不断地修改和完善。
表2-1常见机械传动的主要性能环境适应性不能接触酸、碱、油类、爆炸性气体好一般一般2.2 减速器的类型、特点及应用减速器是原动机和工作机之间的独立的封闭传动装置。
由于减速器具有结构紧凑、传动效率高、传动准确可靠、使用维护方便等特点,故在各种机械设备中应用甚广。
减速器的种类很多,用以满足各种机械传动的不同要求。
其主要类型、特点及应用如表2-2所示。
为了便于生产和选用,常用减速器已标准化,由专门工厂成批生产。
标准减速器的有关技术资料,可查阅减速器标准或《机械设计手册》。
因受某些条件限制选不到合适型号的标准减速器时,则需自行设计和制造。
机械传动装置的总体设计
第2章机械传动装置的总体设计机械传动装置总体设计的任务是选择电动机、确定总传动比并合理分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数,为下一步各级传动零件设计、装配图设计作准备。
设计任务书一般由指导教师拟定,学生应对传动方案进行分析,对方案是否合理提出自己的见解。
传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大的影响,因此应当合理地拟定传动方案。
2.1 拟定传动方案1.传动装置的组成机器通常由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。
传动装置位于原动机和工作机之间,用来传递运动和动力,并可用以改变转速、转矩的大小或改变运动形式,以适应工作装置的功能要求。
传动装置的传动方案一般用运动简图来表示。
2.合理的传动方案当采用多级传动时,应合理地选择传动零件和它们之间的传动顺序,扬长避短,力求方案合理。
常需要考虑以下几点:1)带传动平稳性好,能缓冲吸振,但承载能力小,宜布置在高速级;2)链传动平稳性差,且有冲击、振动,宜布置在低速级;3)蜗杆传动放在高速级时蜗轮材料应选用锡青铜,否则可选用铝铁青铜;4)开式齿轮传动的润滑条件差,磨损严重,应布置在低速级;5)锥齿轮、斜齿轮宜放在高速级。
常见机械传动的主要性能见表2-1。
对初步选定的传动方案,在设计过程中还可能要不断地修改和完善。
表2-1常见机械传动的主要性能环境适应性不能接触酸、碱、油类、爆炸性气体好一般一般2.2 减速器的类型、特点及应用减速器是原动机和工作机之间的独立的封闭传动装置。
由于减速器具有结构紧凑、传动效率高、传动准确可靠、使用维护方便等特点,故在各种机械设备中应用甚广。
减速器的种类很多,用以满足各种机械传动的不同要求。
其主要类型、特点及应用如表2-2所示。
为了便于生产和选用,常用减速器已标准化,由专门工厂成批生产。
标准减速器的有关技术资料,可查阅减速器标准或《机械设计手册》。
因受某些条件限制选不到合适型号的标准减速器时,则需自行设计和制造。
机械制造中的机械传动系统设计
机械制造中的机械传动系统设计机械制造是现代工业中不可或缺的一部分,而机械传动系统则扮演着关键的角色。
机械传动系统是指通过机械装置将动力从一个地方传递到另一个地方的系统。
它在许多领域中广泛应用,包括汽车、航空航天、工程机械等。
本文将探讨机械制造中的机械传动系统设计,介绍常见的传动系统类型以及设计过程中的要点。
一、机械传动系统的类型1. 齿轮传动系统:齿轮传动是最常见也是最基本的机械传动类型之一。
它由齿轮和齿轮之间的啮合组成,可以将转矩和速度从一个轴传递到另一个轴。
齿轮传动系统广泛应用于各种机械设备中,例如汽车变速器、工业机械等。
2. 带传动系统:带传动系统通过带子或皮带将动力从一个轴传递到另一个轴。
这种传动系统具有简单、结构紧凑、操作平稳等优点,常见的应用包括摩托车、发电机等。
3. 链传动系统:链传动系统使用链条将动力从一个轴传递到另一个轴,类似于带传动系统。
链传动系统通常用于需要承受更大负载和更高速度的场合,比如摩托车、自行车等。
4. 蜗轮蜗杆传动系统:蜗轮蜗杆传动系统是一种精密的传动系统,常用于需要较大减速比和较高精度的场合。
它由蜗轮和蜗杆组成,具有较高的传动效率和较小的回转间隙,适用于一些精密仪器和机械设备。
二、机械传动系统设计要点1. 动力计算:在设计机械传动系统时,首先需要根据实际需求计算所需的动力大小。
动力计算应考虑到负载的性质、传动效率、传动损失等因素,以确保传动系统的运行稳定和可靠。
2. 选择合适的传动比:传动比是指输入轴和输出轴的转速比。
在机械传动系统设计中,需要根据实际需求选择合适的传动比。
传动比的选择涉及到转矩的转换和速度的匹配,应根据实际应用场景和要求进行合理的设计。
3. 选用合适的传动装置:根据实际需求和传动比,选择合适的传动装置,如齿轮、带子、链条等。
不同的传动装置具有不同的特点和适用范围,设计师需要根据具体情况进行选择。
4. 考虑传动系统的稳定性和可靠性:在设计机械传动系统时,需要考虑传动系统的稳定性和可靠性。
机械传动装置设计
目录课程设计任务总析................................................................................................ 错误!未定义书签。
一、任务目标:................................................................................................ 错误!未定义书签。
二、项目及设计总领:.................................................................................... 错误!未定义书签。
三、相关知识:.................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1 课程设计的目的.................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2 课程设计的内容和任务........................................................................ 错误!未定义书签。
1.3 课程设计的步骤.................................................................................... 错误!未定义书签。
1.4 课程设计的有关注意事项.................................................................... 错误!未定义书签。
机械传动系统的方案设计
nr i i1i 2 i k nc
i1 、 i2……ik 为系统中各级传动的 传动比。
nc 为 传 动 系 统 的 输 出 转 速 (r/min);
i>1时为减速传动,i<1时为增速传动。
机械传动系统的特性及其参数设计
在各级传动的设计计算完成后,由于多种因素的影响,系 统的实际总传动比 i常与预定值 i不完全相符,其相对误差 i 可表示为
设计各级传动时,常以传动件所在轴的输入功率 Pi为计 算依据,若从原动机至该轴之前各传动及传动部件的效率 分别为1、2、…i,则有
设计功率
Pi = P 1 2 … i
对于批量生产的通用产品,为充分发挥原动机的工作能 力,应以原动机的额定功率为设计功率,即取P=Pe; 对于专用的单台产品,为减小传动件的尺寸,降低成本, 常以原动机的所需功率为计算功率,即取P=Pr。
n z n 2 n3 nz Rn Φ z 1 n1 n1 n 2 n z 1
变速级数越多,变速装置的功能越强,但结构也越复杂。 在齿轮变速器中,常用的滑移齿轮是双联或三联,所以通 常变速级数取为2或3的倍数。
机械传动系统的特性及其参数设计
3. 机械效率 各种机械传动及传动部件的效率值可在设计手册中查到。 在一个传动系统中,设各传动及传动部件的效率分别为1、 2、…n,串联式单流传动系统的总效率为
6)在蜗杆—齿轮传动中,将齿轮传动放在高速级时,可得 到较高的传动精度。 7)对于要求传动平稳、频繁起停和动态性能较好的多级齿 轮传动,可按照转动惯量最小的原则设计。
§29.4 机械传动系统的特性及其参数计算
机械传动系统的特性包括运动特性和动力特性。运动特性如转 速、传动比和变速范围等;动力特性如功率、转矩、效率及变矩 系数等。 1. 传动比 对于串联式单流传动系统,当传递回转运动时,其总传动比i为
第二章 传动系统的传动简图
优点:
传动效率高;结构简单、可靠;
缺陷:
易熄火;(工况急剧变化、发动机过载熄火);作 业时,换档要造成停车(因负载阻力大,因此要降 低生产率;司机劳动强度大;传动系零件受冲击、
动载大,寿命短(发动机的振动)
目前采用此型式的有: 小型铲土运输机械(T、Z、P、)
T-150型推土机传动图
2、液力机械传动
1.工程机械底盘传动系的基本功用是 ______________________________。 2.按结构和传动介质的不同,传动系的型式有________、 ________、________和________等四种。 3.轮式机种机械式传动系一般由______、_____、_______、 _______和_______等五个部分构成。
习
一、 简答
题
1、底盘传动系通常使用哪几种传动型式?
2、液力机械传动的优缺陷是什么? 3、传动系零件计算载荷通常由哪几种方法确定?应取 其小值还是大值作为计算载荷,为什么?
二、计算题
某型号轮式装载机,采用6100型发动机,额定功率Ne 为90马力,额定转速ne为2000r/min;轮胎规格为 14.00-24;其传动系主传动器速比为2;轮边减速比 为2.4;变速箱某档位传动比为3.4;机械传动效率为 0.87;液力变矩器效率为0.85。试求: 1、该档位作业时,驱动轮上产生的驱动力Pk的大小? 2、机器在该档位作业时的速度U?(不计车轮的滑 转损失)
第二章 机械传动系统的总体设计
第二章机械传动系统的总体设计机械传动系统的总体设计,主要包括分析和拟定传动方案、选择原动机、确定总传动比和分配各级传动比以及计算传动系统的运动和动力参数。
第一节分析和拟定传动系统方案一、传动系统方案应满足的要求机器通常由原动机(电动机、内燃机等)、传动系统和工作机三部分组成。
根据工作机的要求,传动系统将原动机的运动和动力传递给工作机。
实践表明,传动系统设计的合理性,对整部机器的性能、成本以及整体尺寸都有很大影响。
因此,合理地设计传动系统是整部机器设计工作中的重要一环,而合理地拟定传动方案又是保证传动系统设计质量的基础。
传动方案一般由运动简图表示,它直接地反映了工作机、传动系统和原动机三者间运动和动力的传递关系。
在课程设计中,学生应根据设计任务书拟定传动方案。
如果设计任务书中已给出传动方案,学生则应分析和了解所给方案的优缺点。
传动方案首先应满足工作机的性能要求,适应工作条件、工作可靠,此外还应结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率高和操作维护方便等。
要同时满足上述要求往往比较困难,一般应根据具体的设计任务有侧重地保证主要设计要求,选用比较合理的方案。
图2—l所示为矿井输送用带式输送机的三种传动方案。
由于工作机在狭小的矿井巷道中连续工作,因此对传动系统的主要要求是尺寸紧凑、传动效率高。
图2—1(a)方案宽度尺寸较大,带传动也不适应繁重的工作要求和恶劣的工作环境;图2—l(b)方案虽然结构紧凑,但蜗杆传动效率低,长期连续工作,不经济;图2—l(c)方案宽度尺寸较小,传动效率较高,也适于恶劣环境下长期工作,是较为合理的。
图2—l 带式输送机传动方案比较二、拟定传动系统方案时的一般原则由上例方案分析可知,在选定原动机的条件下,根据工作机的工作条件拟定合理的传动方案,主要是合理地确定传动系统,即合理地确定传动机构的类型和多级传动中各传动机构的合理布置。
下面给出传动机构选型和各类传动机构布置及原动机选择的一般原则。
机械传动系统的设计与分析
机械传动系统的设计与分析导言:机械传动系统是现代工程中常见的一种能够通过电动机、发动机等原动机的能量输出来驱动各种机械装置运动的装置。
它在各个行业中都扮演着重要的角色,汽车、机床、船舶等都离不开这一关键技术。
本文将对机械传动系统的设计与分析进行探讨,以期为读者提供一些有关这一领域的基础知识和实践经验。
第一部分:机械传动系统的基本原理机械传动系统是通过传递原动机的转矩和功率来实现装置运动的一种技术。
其基本原理是利用齿轮、链条、皮带等传动元件将原动机的转速和扭矩传递给负载。
在设计机械传动系统时,需要考虑到传动效率、可靠性、噪音和寿命等因素。
第二部分:机械传动系统的设计机械传动系统的设计包括选择传动元件、计算传动比、确定主传动轴和挑选传动方式等步骤。
首先需要根据负载特性和转矩要求来选择合适的传动元件,例如齿轮、链条或皮带。
然后根据输入轴和输出轴的转速要求计算传动比,确保系统能够满足负载的运行要求。
同时,还需要根据转矩传递路径和负载类型来确定主传动轴的位置,以及选择合适的传动方式,如直接传动、间接传动或多级传动等。
第三部分:机械传动系统的分析机械传动系统的分析是评估系统的性能和行为的过程,常见的分析手段包括传动效率计算、转矩和功率分析、动力学分析和可靠性评估等。
首先,通过对传动元件的几何尺寸和摩擦特性进行分析,可以计算传动效率,并评估系统对能源的利用效率。
其次,根据系统的输入和输出转矩,可以分析系统的动力平衡和传动效果,为系统的性能优化提供依据。
同时,也可以进行动力学分析,研究系统的振动特性和响应,以及设计和安装防震措施。
最后,通过对各个传动元件的可靠性分析和寿命评估,可以预测系统的使用寿命和故障概率,为维护和保养提供指导。
结论:机械传动系统的设计与分析是一项重要的工程任务,它关乎着装置的工作效率和可靠性。
在设计过程中,需要综合考虑负载特性、转矩要求和传动效率等因素,选择合适的传动元件和传动方式。
在分析过程中,则需要通过计算传动效率、分析转矩和功率、研究动力学特性以及评估可靠性来评估系统的性能。
机械设计基础第2章 机械传动装置的总体设计PPT课件
1.tif
2.4 总传动比的计算和各级传动比的分配
2Z2.TIF 图2-2 二级齿轮减速器中高速级大齿轮与低速轴相碰的情况
4)对于多级齿轮减速器,为使各级齿轮传动润滑良好,各级大齿轮 直径应接近。
2.5 传动装置的运动和动力参数计算
(1)各轴转速的计算(单位:r/min) (2)各轴功率的计算(单位:kW) (3)各轴转矩的计算(单位:N·m) 1.选择电动机 (1)选择电动机的类型 带式运输机为一般用途机械,根据工作和电 源条件,选用Y系列三相异步电动机。 (2)选择电动机的功率 1)工作机所需要的功率PW按式(2-1)计算 2)电动机所需要的功率P0按式(2-2)计算 3)选择电动机的额定功率PN。 (3)选择电动机转速
表2-3 机械传动的效率概略值
效率η
传动种类
效率η
2.1 传动方案分析
表2-3 机械传动的效率概略值
圆柱齿轮传 动
很好磨合 的6级精度和 7级精度齿轮 (油润滑)
0.98~ 0.99
8级精度的 一般齿轮(油 润滑)
0.97
9级精度的 0.96 齿轮(油润滑)
加工齿的 开式齿轮(脂 润滑)
铸造齿的 开式齿轮
简图
传动比 i==8~15
特点及应用
锥齿轮放在高 速级可使其直径 不致过大,否则 加工困难。锥齿 轮可用直齿或圆 弧齿,圆柱齿轮 可用直齿或斜齿
蜗杆齿轮
i==15~480
将蜗杆传动放 在高速级,可提 高传动效率
2.6 减速器简介
2.6.2 减速器的典型结构 减速器的类型不同,其结构也就不同。
图2-3 一级圆柱齿轮减速器的结构 1—通气器 2—检视孔盖 3—吊环 4—箱盖 5—定位销 6—螺栓
机械传动系统的设计
机械设计基础
二、选择电动机
机
3、确定电动机的功率和型号
械
传电 动动
系机
统型
设号
计
的 选
择
根据选定的电动机类型、同步转速和计 算出的电动机所需功率,记下所选电动 机的各项技术参数:
型号、额定功率、满载转速、中心高、 外伸轴径、外伸轴长度。
精选PPT
13
机械设计基础
三、计算总传动比和分配传动比
机 1、总传动比的计算 械
T 9550
P n
N m
系 统
T
9550
P n
N m
设
计
精选PPT
21
机械设计基础
机 五、设计举例
械
传
动
系
具体计算过程可以参照王洪等编课程
统 设计指导书P21~P24
设
计
精选PPT
22
Pw
T n Kw 9550
Pw 工作机所需有效功率K(w)
T 工作机转矩( N m)
n精选PPT 工作机转速( r / min) 8
机械设计基础
二、选择电动机 机 械 3、确定电动机的功率和型号
传
动电
系
动 机
统 设
算
所 需
计功
电动机所需功率为
Pd Pw /
Pw 工作机所需有效功率K(w) Pd 电动机所需功率K(w)
类型
7级精度(油润滑)
圆柱齿轮传动
8级精度(油润滑) 9级精度(油润滑)
开式传动(脂润滑)
7级精度(油润滑)
锥齿轮传动 8级精度(油润滑)
开式传动(脂润滑)
自锁蜗杆(油润滑)
蜗杆传动
机械系统传动方案设计
刀具与工作台分别运动
连续转动 回转运动 执 行 构 件 运 动 形 式 间歇转动 往复摆动
每分钟转数 rpm 每分钟转位次数、转角大小、运动系数
直线运动
每分钟摆动次数、转角大小、行程速度变 化系数 每分钟行程数、大小、行程 往复直线运动 速度变化系数 停歇往复直线运动 每循环停歇次数、位置、时 间、行程大小和工作速度
此装配线采用了联动凸轮机 构,使笔芯托架沿着矩形轨迹运 动,从而达到使圆珠笔芯步进式 地向前送进的目的。
3. 机构的构型 目的 当所选择的机构型式不能完全实现预期要求,或虽能实 现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力 性能欠佳,可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求 相近的机构,在此基础上重新构筑机构的型式。
停歇单向直线运动 曲线运动 复合运动 沿固定曲线运动 沿可变曲线运动
由两个以上单一运动合成
每次进给量的大小
四、执行机构的型式设计
1. 设计原则 满足执行构件的工艺动作和运动要求 尽量简化和缩短运动链 尽量减小机构尺寸 选择合适的运动副形式 考虑动力源的形式 使执行系统具有良好的传力和动力特性 使机械具有调节某些运动参数的能力 保机构的优缺点 结构简单、传动平稳、易于实现无级变速、过载保护。 传动比不准确、传递功率小、效率低。
⑵ 实现单向间歇转动的机构 槽轮机构 棘轮机构 单向间歇 转动机构
适用于转角固定的转位运动
每次转角小,或转角大小可调的低速场合 大转角而速度不高的场合 运动平稳、分度、定位准确, 但制造困难、高精度定位、高 速场合
运动规律设计 执行机构型式设计
执行机构型式设计 执行系统协调设计
对方案进行定性 评价和定量评价 并从中选出最佳 设计方案
检验执行系 统是否满足 运动要求和 动力性能方 面的要求
机械传动装置的总体设计
第二章机械传动装置的总体设计传动装置总体设计的目的是确定传动方案、选择电动机、合理分配传动比,设计传动装置的运动和动力参数,为设计各级传动零件及装配图提供依据。
2-1 拟定传动方案传动方案一般用机构运动简图表示,它能简单明了地表示运动和动力的传递方式和路线以及各部件的组成和相互联接关系。
满足工作机性能要求的传动方案,可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。
合理的方案首先应满足工作机的性能要求,保证工作可靠,并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。
一种方案要同时满足这些要求往往是困难的,因此要通过分析比较多种方案,选择能满足重点要求的较好传动方案。
如图2.1所示带式运输机的四种传动方案示意图:方案一:采用V带传动与齿轮传动的组合,即可满足传动比要求,同时由于带传动具有良好的缓冲、吸振性能,可适应大起动转矩工况要求,结构简单,成本低,使用维护方便。
缺点是传动尺寸较大,V带使用寿命较短。
方案二:传动效率高,使用寿命长,但要求大起动力矩时,起动冲击大,使用维护较方便。
方案三:能满足传动比要求,但要求大起动力矩时,链传动的抗冲击性能差,噪音大,链磨损快寿命短,不易采用。
方案四:传动效率高,结构紧凑,使用寿命长。
当要求大起动力矩时,制造成本较高。
以上四种传动方案都可满足带式输送机的功能图2.1要求,但其结构性能和经济成本则各不相同,一般应由设计者按具体工作条件,选定较好的方案。
布置传动顺序时,一般应考虑以下几点:(1)带传动的承载能力较小,传递相同转矩时结构尺寸较其他传动形式大,但传动平稳,能缓冲减振,因此宜布置在高速级(转速较高,传递相同功率时转矩较小)。
(2)链传动运转不均匀,有冲击,不适于高速传动,应布置在低速级。
(3)蜗杆传动可以实现较大的传动比,尺寸紧凑,传动平稳,但效率较低,适用于中、小功率或间歇运转的场合。
当与齿轮传动同时使用时,对采用铝铁青铜或铸铁作为蜗轮材料的蜗杆传动,可布置在低速级,使齿面滑动速度较低,以防止产生胶合或严重磨损,并可使减速器结构紧凑;对采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动,由于允许齿面有较高的相对滑动速度,可将蜗杆传动布置在高速级.以利于形成润滑油膜,可以提高承载能力和传动效率。
第2章__机械传动装置的总体设计
第2章机械传动装置的总体设计机械传动装置总体设计的任务是确定传动方案(分析和拟定传动装置的运动简图),选择电动机型号;计算总传动比,合理分配各级传动比以及计算传动装置的运动和动力参数,为计算各级传动件、设计和绘制装配草图提供条件。
2.1 分析和拟定传动方案一般机器通常是由原动机、传动装置和工作机构三部分组成的。
如图1-1a)电动绞车运动简图所示,它主要由原动机(电动机)1,传动装置(带传动+双级圆柱齿轮减速器)2、3和工作机构(卷筒)5三部分组成。
又如图1-1b)带式输送机运动简图所示,它主要由原动机(电动机)1,传动装置(蜗杆减速器+开式圆柱齿轮传动)4和5,工作机构(卷筒+输送带)6三部分组成。
各部件间由联轴器连接。
传动装置是介于原动机和工作机构之间的中间装置。
机械传动装置用来实现变速(减速或增速)以及运动形式的转变,以使工作机构能够完成预定的运动,同时它还把原动机输出的功率和扭矩传递到工作机,以实现能量的转变或完成有用功。
因此,传动装置是机器的主要组成部分。
实践证明,传动装置的重量和成本通常在整台机器中占有很大的比重,机器的工作性能、制造成本和运行费用在很大程度上也取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理性。
由此可见,合理拟定传动方案具有重要意义。
机械装置的传动方案通常由运动简图表示,如图1-1a)为电动绞车运动简图,图1-1b)为带式输送机运动简图。
传动方案的运动简图不仅明确地表示了各部件的组成和连接关系以及组成机器的原动机、传动装置和工作机三者之间运动和力的传递关系,而且也是传动装置中各零部件设计的重要依据。
实现工作机预定的运动是拟定传动方案最基本的要求。
但满足这个要求可以有不同的机构类型,不同的顺序和布局,以及在保证总传动比相同的前提下分配各级传动机构以不同的分传动比来实现的诸多方案。
这就需要将各种传动方案加以分析比较,针对具体情况择优选定。
合理的传动方案,除应满足工作机的性能要求,适应工作条件,工作可靠外,还应使结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利等。
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第二章机械传动系统的总体设计机械传动系统的总体设计,主要包括分析和拟定传动方案、选择原动机、确定总传动比和分配各级传动比以及计算传动系统的运动和动力参数。
第一节分析和拟定传动系统方案一、传动系统方案应满足的要求机器通常由原动机(电动机、内燃机等)、传动系统和工作机三部分组成。
根据工作机的要求,传动系统将原动机的运动和动力传递给工作机。
实践表明,传动系统设计的合理性,对整部机器的性能、成本以及整体尺寸都有很大影响。
因此,合理地设计传动系统是整部机器设计工作中的重要一环,而合理地拟定传动方案又是保证传动系统设计质量的基础。
传动方案一般由运动简图表示,它直接地反映了工作机、传动系统和原动机三者间运动和动力的传递关系。
在课程设计中,学生应根据设计任务书拟定传动方案。
如果设计任务书中已给出传动方案,学生则应分析和了解所给方案的优缺点。
传动方案首先应满足工作机的性能要求,适应工作条件、工作可靠,此外还应结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率高和操作维护方便等。
要同时满足上述要求往往比较困难,一般应根据具体的设计任务有侧重地保证主要设计要求,选用比较合理的方案。
图2—l所示为矿井输送用带式输送机的三种传动方案。
由于工作机在狭小的矿井巷道中连续工作,因此对传动系统的主要要求是尺寸紧凑、传动效率高。
图2—1(a)方案宽度尺寸较大,带传动也不适应繁重的工作要求和恶劣的工作环境;图2—l(b)方案虽然结构紧凑,但蜗杆传动效率低,长期连续工作,不经济;图2—l(c)方案宽度尺寸较小,传动效率较高,也适于恶劣环境下长期工作,是较为合理的。
图2—l 带式输送机传动方案比较二、拟定传动系统方案时的一般原则由上例方案分析可知,在选定原动机的条件下,根据工作机的工作条件拟定合理的传动方案,主要是合理地确定传动系统,即合理地确定传动机构的类型和多级传动中各传动机构的合理布置。
下面给出传动机构选型和各类传动机构布置及原动机选择的一般原则。
1.传动机构类型的选择原则合理地选择传动类型是拟定传动方案时的重要环节。
常用传动机构的类型、性能和适用范围可参阅机械设计基础教材。
表13—6中列出了常用机械传动的单级传动比推荐值,可参考选用。
在机械传动系统中,各种减速器应用很多,常用减速器的类型、特点和应用可见表2—1。
在选择传动机构类型时依据的一般原则为:(1)小功率传动,宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动机构,以降低制造成本。
(2)大功率传动,应优先选用传动效率高的传动机构,如齿轮传动,以降低能耗。
(3)工作中可能出现过载的工作机,应选用具有过载保护作用的传动机构,如带传动。
但在易爆、易燃场合,不能选用带传动,以防止摩擦静电引起火灾。
(4)载荷变化较大,换向频繁的工作机,应选用具有缓冲吸振能力的传动机构,如带传动。
(5)工作温度较高、潮湿、多粉尘、易爆、易燃场合,宜选用链、闭式齿轮或蜗杆传动。
(6)要求两轴保持准确的传动比时,应选用齿轮或蜗杆传动。
2.各类传动机构在多级传动中的布置原则在多级传动中,各类传动机构的布置顺序不仅影响传动的平稳性和传动效率,而且对整个传动系统的结构尺寸也有很大影响。
因此,应根据各类传动机构的特点合理布置,使各类传动机构得以充分发挥其优点。
常用传动机构的一般布置原则是:(1)带传动承载能力较低,但传动平稳,缓冲吸振能力强,宜布置在高速级。
(2)链传动运转不平稳,有冲击,宜布置在低速级。
(3)蜗杆传动效率低,但传动平稳,当其与齿轮传动同时应用时,宜布置在高速级。
(4)当传动中有圆柱齿轮和锥齿轮传动时,锥齿轮传动宜布置在高速级,以减小锥齿轮的尺寸。
(5)对于开式齿轮传动,由于其工作环境较差,润滑不良,为减少磨损,宜布置在低速级。
(6)斜齿轮传动比较平稳,常布置在高速级。
第二节常用减速器的类型、特点和应用常用减速器的类型、特点和应用见表2—1。
表2—1 常用减速器的类型、特点和应用第三节原动机类型和参数的选择一、原动机类型及选择原则根据动力源的不同,常用原动机可分为四大类型,即电动机、内燃机、液压马达和气压马达等。
在选择原动机的类型时,主要应从以下三个方面进行考虑:(1)执行构件的载荷特性、运动特性,机械的结构布局、工作环境、环保要求等。
(2)原动机的机械特性、适应的工作环境、输出参数可控制性、能源供应情况等。
(3)机械的经济性、效率、重量、尺寸等。
由于电力供应的普遍性,且电动机具有结构简单、价格便宜、效率高、控制和使用方便等优点,目前,大部分固定机械均优先选用电动机作为原动机。
下面简单介绍电动机的类型与参数的选择。
二、电动机的种类和结构形式的选择电动机是一种标准系列产品,使用时只需合理选择其类型和参数即可。
电动机的类型有交流电动机、直流电动机、步进电动机和伺服电动机等。
直流电动机和伺服电动机造价高,多用于一些有特殊需求的场合;步进电动机常用于数控设备中。
由于交流异步电动机结构简单、成本低、工作稳定可靠、容易维护,且交流电源易于获得,故是机械设备最常用的原动机。
一般工程上常用三相异步交流电动机,其中Y系列为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,电源电压380V,用于非易燃、易爆、腐蚀性工作环境,无特殊要求的机械设备,如机床、农用机械、输送机等,也适用于某些起动转矩有较高要求的机械,如压缩机等。
YZ系列和YZR系列分别为笼型转子和绕线转子三相异步电动机,具有较小转动惯量和较大过载能力,可适用于频繁起制动和正反转工作状况,如冶金、起重设备等。
对有特殊要求的工作场合,应按特殊要求选择,如井下设备防爆要求严格,可选用防爆电动机等。
最常用的结构形式为封闭型卧式电动机。
常用的Y系列、YZ系列和YZR系列电动机的技术数据、外形和安装尺寸见本书第十一章。
三、电动机容量的选择选择电动机容量就是合理确定电动机的额定功率。
决定电动机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力三方面因素,但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件而定。
电动机发热与其工作情况有关。
对于载荷不变或变化不大,且在常温下长期连续运转的电动机,只要其所需输出功率不超过其额定功率,工作时就不会过热,可不进行发热计算。
电动机容量可按下述步骤确定:P1.工作机所需功率WP应由机器工作阻力和运动参数计算确定。
课程设计时可按工作机所需功率W设计任务书给定的工作机参数计算求得。
n(r/min)时,则工作当已知工作机主动轴的输出转矩T(N·m)和转速W机主动轴所需功率W W 9550Tn P = kW (2—1) 如果给出带式输送机驱动卷筒的圆周力(即卷筒牵引力)F (N )和输送带速度v (m /s ),则卷筒轴所需功率W 1000Fv P = kW (2—2) 输送带速度v 与卷筒直径D (mm )、卷筒轴转速W n 的关系为W 601000Dn v π=⨯ m / s (2—3)2.电动机的输出功率d P考虑传动系统的功率损耗,电动机输出功率为W d P P η= (2—4)式中,η为从电动机至工作机主动轴之间的总效率,即12n ηηηη=L (2—5)其中12n ηηηL 、、、分别为传动系统中各传动副、联轴器及各对轴承的效率,其数值见第十三章中表13—7。
3.确定电动机额定功率ed P根据计算出的功率d P 可选定电动机的额定功率ed P ,应使ed P 等于或稍大于d P 。
四、电动机转速的选择同一类型、同一功率的三相异步交流电动机,有几种不同的同步转速(即磁场转速),一般常用电动机同步转速有3000r /min 、1500r /min 、1000r /min 、750r /min 等几种。
同步转速低的电动机,磁极数多,其外廓尺寸及重量大,价格高;而同步转速高的电动机,磁极数少,尺寸和重量小,价格低。
因此,确定电动机转速时,应从电动机和传动系统的总费用、传动系统的复杂程度及其机械效率等各个方面综合考虑。
当执行构件的转速较高时,选用高转速电动机能缩短运动链,简化传动环节,提高传动效率。
但如果执行构件的速度很低,则选用高转速电动机时,会使减速装置增大,机械传动部分的成本会大幅度增加,且机器的机械效率也会降低很多。
因此,电动机的转速选择,必须从整机的设计要求出发,综合考虑,为能较好地保证方案的合理性,应试选2~3种型号电动机,经初步计算后择优选用。
选择电动机转速时,可先根据工作机主动轴转速W n 和传动系统中各级传动的常用传动比范围,推算出电动机转速的可选范围,以供参照比较,即d12W ()n n i i i n ''''=L (2—6) 式中,dn '为电动机转速可选范围;1i '、2i '、…、n i '为各级传动的传动比范围,见表13—6。
根据选定的电动机类型、结构、功率和转速,从标准中查出电动机型号后,应将其型号、额定功率、满载转速、电动机中心高、轴伸尺寸、键槽尺寸等记录下来备用,具体格式可见本章第六节中总体设计示例。
第四节 机械传动系统的总传动比和各级传动比的分配一、总传动比的计算由选定电动机的满载转速m n 和工作机主动轴的转速W n ,可确定传动系统的总传动比为m Wn i n = (2—7) 由于传动系统是由多级传动串联而成,因此总传动比是各级传动比的连乘积,即12n i i i i =L (2—8)二、各级传动比的合理分配设计多级传动系统时,需将总传动比分配到各级传动机构。
分配传动比时通常应考虑以下几方面:(1)各级传动机构的传动比应在推荐值的范围内(见表13—6),不应超过最大值,以利发挥其性能,并使结构紧凑。
(2)应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。
例如,由V 带传动和齿轮传动组成的传动系统(如图2—2),V 带传动的传动比不能过大,否则会使大带轮半径超过减速器的中心高,造成尺寸不协调,并给机座设计和安装带来困难。
图2—2 大带轮直径过大(3)应使传动装置外廓尺寸紧凑,重量轻。
如图2—3所示二级圆柱齿轮减速器,在相同的总中心距和总传动比情况下,方案(b )具有较小的外廓尺寸。
(4)在减速器设计中常使各级大齿轮直径相近,以使大齿轮有相接近的浸油深度。
如图2—3(b )所示,高、低速两级大齿轮直径相近,且低速级大齿轮直径稍大,其浸油深度也稍深一些,有利于浸油润滑。
(5)应避免传动零件之间发生干涉碰撞。
如图2—4所示,当高速级传动比过大时就可能发生高速级大齿轮与低速轴发生干涉的情况。
图2—3 传动比分配对结构尺寸影响图2—4 传动比分配不合理使传动零件干涉设计二级以上的减速器时,合理分配各级传动比是很重要的。
考虑到上述问题,这里推荐一些传动比的分配方法,供设计减速器时参考。
(1)对于二级卧式圆柱齿轮减速器,为使两级的大齿轮有相近的浸油深度,高速级传动比1i 和低速级传动比2i 可按下列方法分配:展开式和分流式减速器 12(1.1 1.5)i i =~同轴式减速器 12i i =(2)对于圆锥 — 圆柱齿轮减速器,为使大锥齿轮直径不致过大,高速级锥齿轮传动比可取10.25i i ≈,且1i ≤3,此处i 为减速器总传动比。