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。由于三相异步电动机具有结构简单、工作可靠、价格便宜、效率高、使用方便等特点，所以现代机器中应用最广泛。

2．选择电动机的容量（功率）

电动机的功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。

功率小于工作要求则不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期超载运行而过早损坏；功率选得过大，电动机价格过高，传动能力又不能

充分利用，造成能源浪费。对于载荷比较稳定，长期运转的机械，通常按照电动机的额定功率选择，保证电动机的额定功率P ed大于等于工作机所需的电动机功率P d即P ed≥P d

工作机所需电动机功率为

P d= P w /η kw

式中P d工作机所需电动机功率，kw；

P w工作机所需功率，kw；

η由电动机至工作机的总效率。

工作机所需功率P w应由工作机的工作阻力和线速度（或转速）求得。在课程设计中，可由设计任务书给定的工作机参数求：

P W = FV / 1000 kw

或P W= T n w / 9550 kw

n w=60×1000v/πd

F 工作机的工作阻力, N

V 工作机的线速度,如运输机输送带的线速度，m/s

T 工作机的阻力矩，N.m

n w 工作机的转速,如运输机滚筒的转速, r / min

传动系统的总效率η为各效率连乘积即

η＝η1η2η3……ηn

各效率值见表2-3

3.确定电动机的转速

功率相同的同类型电动机有几种不同的转速,比如三相异步电动机的

同步转速一般有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min四种，电动机的同步转速越高、重量越轻、外廓尺寸越小、价格越低。但是电动机转速与工作机转速相差过多，将使总传动比加大，致使外廓尺寸和重量增加。而选用低转速的电动机时，情况正相反，虽然外廓尺寸和重量小，但电动机的尺寸重量增大，价格提高。因此在确定电动机转速时，应进行分析比较，选择最优方案。

设计中常选用同步转速1500r/min或1000r/min两种电动机，没有特殊要求一般不选用750r/min、3000r/min电动机。

第四节计算总传动比和分配各级传动比

由选定的电动机满载转速n m和工作机轴的转速n w可得到总传动比为

i = n m/ n w

总传动比为各级传动比的连乘积即:i = i1i2i3…i n

n m 电动机的满载转速，r/min；P185页表16-1

n w工作机输入轴的转速，r/min。

如何合理分配各级传动比是传动系统设计中的又一重要问题。传动比分配的合理，可以减少传动系统的外廓尺寸、重量，达到结构紧凑、降低成本的目的。分配传动比要注意以下几点：

1．各级传动比应在推荐范围内选取，不能超过最大值，见P8表2－1表2－2。

2．各级传动零件应做到尺寸协调，避免相互发生碰撞。

3．尽量使传动系统外廓尺寸紧凑或重量较小。

4．对两级圆柱齿轮减速器，传动比可按下式分配：

3.1(

~

i)4.1

i

1

i1 －两级圆柱齿轮减速器的高速级传动比；

i－两级圆柱齿轮减速器的总传动比，P8表2－2。

注意：以上传动比分配只是初选。传动系统的实际传动比必须在各级传动零件的参数确定后才能计算出来。

第五节计算传动系统的运动和动力参数

在选定电动机型号及分配传动比之后，下面应计算传动系统各轴的功率、转速、转矩，以及相邻两轴间的传动比和传动效率，为后续传动零件的设计计算和轴的设计计算提供依据。

各轴的转速可根据电动机的满载转速n m及传动比进行计算。除电动机轴以外其余各轴的功率和转矩均按输入值进行计算。

在计算时先将各轴从高速轴到低速轴依次编号：0轴（电动机轴）、1轴、2轴…；

相邻两轴的传动比为：i01、i12、i23…；

相邻两轴的传动效率为：η01、η12、η23…；

各轴输入功率为：P0、P1、P2、P3…；

各轴转速为：n0、n1、n2、n3…；

各轴输入转矩为：T0、T1、T2、T3…。

电动机轴的输出功率、转速、和转矩分别为：

P0 ＝P d kw n0 ＝n m r/min T0 ＝9550 × P0 ／n0 N.m