机械执行系统的方案设计课件

1、机械执行系统的方案设计1 第二十九章第二十九章 机械传动系统的方案设计机械传动系统的方案设计 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 机械传动系统的组成及常用部件机械传动系统的组成及常用部件 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械传动系统特性及其参数计算机械传动系统特性及其参数计算 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 原动机的选择原动机的选择 机械执行系统的方案设计2 传动系统的功能传动系统的功能 机械传动的分类和特点机械传动的分类和特点 29.1 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 机械执行系统的方案设计3 传动系统是连接原动机和执行系统的中间装置。传动

2、系统是连接原动机和执行系统的中间装置。其根其根 本任务本任务是将原动机的运动和动力按执行系统的需要进行转是将原动机的运动和动力按执行系统的需要进行转 换并传递给执行系统。传动系统的具体功能通常包括以下换并传递给执行系统。传动系统的具体功能通常包括以下 几个方面：几个方面： （1 1）减速或增速；）减速或增速； （2 2）变速；）变速； （3 3）增大转矩；）增大转矩； （4 4）改变运动形式；）改变运动形式； （5 5）分配运动和动力；）分配运动和动力； （6 6）实现某些操纵和控制功能。）实现某些操纵和控制功能。 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 传动系统的功能传动系统的功能 机械执

3、行系统的方案设计4 一、机械传动的分类一、机械传动的分类 1. 1. 按传动的工作原理分类按传动的工作原理分类 机械机械 传动传动 啮合啮合 传动传动 摩擦摩擦 传动传动 有中有中 间挠间挠 性件性件 齿轮传动齿轮传动 蜗杆传动蜗杆传动 螺旋传动螺旋传动 齿轮系传动齿轮系传动 定轴轮系传动定轴轮系传动 周转轮系传动周转轮系传动 链传动链传动 同步带传动同步带传动 普通带传动普通带传动 绳传动绳传动 摩擦轮传动摩擦轮传动 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 传动系统的分类和特点传动系统的分类和特点 机械执行系统的方案设计5 2. 2. 按传动比的可变性分类按传动比的可变性分类 机械机械 传

4、动传动 定传定传 动比动比 传动传动 齿轮传动齿轮传动 蜗杆传动蜗杆传动 螺旋传动螺旋传动 链传动链传动 带传动带传动 有级变有级变 速传动速传动 变传变传 动比动比 传动传动 无级变无级变 速传动速传动 摩擦轮无级变速传动摩擦轮无级变速传动 带式无级变速传动带式无级变速传动 链式无级变速传动链式无级变速传动 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 机械执行系统的方案设计6 二、机械传动的特点二、机械传动的特点 啮合传动的主要特点为：啮合传动的主要特点为： 优点：优点：工作可靠、寿命长，传动比准确、传递功率大，工作可靠、寿命长，传动比准确、传递功率大， 效率高（蜗杆传动除外），速度范围广。效

5、率高（蜗杆传动除外），速度范围广。 缺点：缺点：对加工制造安装的精度要求较高。对加工制造安装的精度要求较高。 摩擦传动的主要特点为：摩擦传动的主要特点为： 优点：优点：工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有过工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有过 载保护能力载保护能力 缺点：缺点：外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、 元件寿命较短元件寿命较短 传动系统的功能和分类传动系统的功能和分类 机械执行系统的方案设计7 传动系统的组成传动系统的组成 常用机械传动部件常用机械传动部件 29. 机械传动系统的组成及常用部件机械传动系统的组成及常用部件 机

6、械执行系统的方案设计8 1. 1. 减速或变速装置减速或变速装置 2. 2. 起停换向装置起停换向装置 3. 3. 制动装置制动装置 4. 4. 安全保护装置安全保护装置 常用机械传动部件常用机械传动部件 1. 1. 减速器减速器 减速器是用于减速传动的独立部件，它由刚性箱体、齿减速器是用于减速传动的独立部件，它由刚性箱体、齿 轮和蜗杆等传动副及若干附件组成。轮和蜗杆等传动副及若干附件组成。 传动系统的组成及常用部件传动系统的组成及常用部件 传动系统的组成传动系统的组成 机械执行系统的方案设计9 类型类型 传动简图传动简图传动比传动比 特点及应用特点及应用 圆圆 柱柱 齿齿 轮轮 减减 速速

7、器器 单单 级级 图1 调质齿轮： i7.1 淬硬齿轮： i6.3 （较佳： i5.6） 应用广泛、结构简单。齿应用广泛、结构简单。齿 轮可用直齿、斜齿或人字齿。轮可用直齿、斜齿或人字齿。 可用于低速轻载，也可用于可用于低速轻载，也可用于 高速重载高速重载 两两 级级 展展 开开 式式 图2 调质齿轮： i=7.150 淬硬齿轮： i=7.131.5 （较佳： i=7.120） 应用广泛、结构简单，高应用广泛、结构简单，高 速级常用斜齿。齿轮相对轴速级常用斜齿。齿轮相对轴 承不对称，齿向载荷分布不承不对称，齿向载荷分布不 均，故要求高速级小齿轮远均，故要求高速级小齿轮远 离输入端，轴应有较大刚

8、性离输入端，轴应有较大刚性 两两 级级 同同 轴轴 式式 图3 调质齿轮： i=7.150 淬硬齿轮： i=7.131.5 （较佳： i=7.120） 箱体长度较小，但轴向尺箱体长度较小，但轴向尺 寸较大。输入输出轴同轴线，寸较大。输入输出轴同轴线， 布置较合理。中间轴较长，布置较合理。中间轴较长， 刚性差，齿向载荷分布不均，刚性差，齿向载荷分布不均， 且高速级齿轮承载能力难于且高速级齿轮承载能力难于 充分利用充分利用 两两 级级 分分 流流 式式 图4 调质齿轮： i=7.150 淬硬齿轮： i=7.131.5 （较佳： i=7.120） 高速级常用斜齿，一侧左高速级常用斜齿，一侧左 旋，一

9、侧右旋。齿轮对称布旋，一侧右旋。齿轮对称布 置，齿向载荷分布均匀，两置，齿向载荷分布均匀，两 轴承受载均匀。结构复杂，轴承受载均匀。结构复杂， 常用于大功率变载荷场合常用于大功率变载荷场合 机械执行系统的方案设计10 类型类型传动简图传动简图传动比传动比特点及应用特点及应用 锥齿轮减锥齿轮减 速器速器 图5 直齿：i5 斜齿、曲线 齿：i8 用于输出轴和输入轴两轴用于输出轴和输入轴两轴 线垂直相交的场合。为保证线垂直相交的场合。为保证 两齿轮有准确的相对位置，两齿轮有准确的相对位置， 应有进行调整的结构。齿轮应有进行调整的结构。齿轮 难于精加工，仅在传动布置难于精加工，仅在传动布置 需要时采用

10、需要时采用 圆锥圆柱圆锥圆柱 齿轮减速齿轮减速 器器 图6 直齿： i=6.331.5 斜齿、曲线 齿：i=840 应用场合与单级圆锥齿轮应用场合与单级圆锥齿轮 减速器相同。锥齿轮在高速减速器相同。锥齿轮在高速 级，可减小锥齿轮尺寸，避级，可减小锥齿轮尺寸，避 免加工困难；小锥齿轮轴常免加工困难；小锥齿轮轴常 悬臂布置，在高速级可减小悬臂布置，在高速级可减小 其受力其受力 蜗杆减速蜗杆减速 器器 图7 i=880 大传动比时结构紧凑，外廓大传动比时结构紧凑，外廓 尺寸小，效率较低。下置蜗尺寸小，效率较低。下置蜗 杆时润滑条件好，应优先采杆时润滑条件好，应优先采 用，但当蜗杆速度太高时用，但当蜗

11、杆速度太高时 （v v 5m/s5m/s），搅油损失大。），搅油损失大。 上置蜗杆式轴承润滑不便上置蜗杆式轴承润滑不便 蜗杆蜗杆齿齿 轮减速器轮减速器 图8 i=15480 有蜗杆传动在高速级和齿有蜗杆传动在高速级和齿 轮传动在高速级两种形式。轮传动在高速级两种形式。 前者效率较高，后者应用较前者效率较高，后者应用较 少少 机械执行系统的方案设计11 类型类型传动简图传动简图传动比传动比特点及应用特点及应用 行星齿轮行星齿轮 减速器减速器 图5 i=2.812.5 传动型式有多种，传动型式有多种，NGWNGW型体积型体积 小，重量轻，承载能力大，效率小，重量轻，承载能力大，效率 高（单级可达高

12、（单级可达0.970.970.990.99），工），工 作平稳。比普通圆柱齿轮减速器作平稳。比普通圆柱齿轮减速器 体积和重量减少体积和重量减少50%50%，效率提高，效率提高 30%30%。但制造精度要求高，结构。但制造精度要求高，结构 复杂复杂 摆线针轮摆线针轮 行星减速行星减速 器器 图6 直齿： 单级： i=1187 传动比大，效率较高（传动比大，效率较高（0.90.9 0.950.95），运转平稳，噪声低，体），运转平稳，噪声低，体 积小，重量轻。过载和抗冲击能积小，重量轻。过载和抗冲击能 力强，寿命长。加工难度大，工力强，寿命长。加工难度大，工 艺复杂艺复杂 谐波减速谐波减速 器器

13、图7 单级： i=50500 传动比大，同时参与啮合齿传动比大，同时参与啮合齿 数多，承载能力高。体积小，重数多，承载能力高。体积小，重 量轻，效率量轻，效率0.650.650.90.9，传动平，传动平 稳，噪音小。制造工艺复杂稳，噪音小。制造工艺复杂 机械执行系统的方案设计12 2. 2. 有级变速装置有级变速装置 （1 1）有级变速装置）有级变速装置 （2 2）交换齿轮变速装置）交换齿轮变速装置 （3 3）离合器变速装置）离合器变速装置 （4 4）塔形带轮变速装置）塔形带轮变速装置 传动系统的组成及常用部件传动系统的组成及常用部件 3. 3. 无级变速装置无级变速装置 机械执行系统的方案设

14、计13 机械传动系统方案设计的过程和基本要求机械传动系统方案设计的过程和基本要求 机械传动类型的选择机械传动类型的选择 传动系统的总体布置传动系统的总体布置 传动比的分配传动比的分配 29. 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计14 1.1.方案设计的一般步骤方案设计的一般步骤 机器的执行系统方案设计和原动机的预选型完成后，即可机器的执行系统方案设计和原动机的预选型完成后，即可 进行传动系统的方案设计。设计的一般步骤如下：进行传动系统的方案设计。设计的一般步骤如下： 确定传动系统的总传动比。确定传动系统的总传动比。 选择传动的类型、拟定总体布置方案并绘制传动系统的运

15、选择传动的类型、拟定总体布置方案并绘制传动系统的运 动简图。动简图。 分配传动比。即根据传动布置方案，将总传动比向各级传分配传动比。即根据传动布置方案，将总传动比向各级传 动进行合理分配。动进行合理分配。 计算传动系统的性能参数，包括各级传动的功率、转速、计算传动系统的性能参数，包括各级传动的功率、转速、 效率、转矩等性能参数。效率、转矩等性能参数。 通过强度设计和几何计算，确定各级传动的基本参数和主通过强度设计和几何计算，确定各级传动的基本参数和主 要几何尺寸，如齿轮传动的中心距、齿数、模数、齿宽等。要几何尺寸，如齿轮传动的中心距、齿数、模数、齿宽等。 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设

16、计 机械传动系统方案设计的过程和基本要求机械传动系统方案设计的过程和基本要求 机械执行系统的方案设计15 2.2.方案设计的基本要求方案设计的基本要求 传动方案的设计是一项复杂的工作，需要综合运用多种传动方案的设计是一项复杂的工作，需要综合运用多种 知识和实践经验，进行多方案分析比较，才能设计出较为合知识和实践经验，进行多方案分析比较，才能设计出较为合 理的方案。通常设计方案应满足以下基本要求：理的方案。通常设计方案应满足以下基本要求： 1 1）传动系统应满足机器的功能要求，而且性能优良；）传动系统应满足机器的功能要求，而且性能优良； 2 2）传动效率高；）传动效率高； 3 3）结构简单紧凑、

17、占用空间小；）结构简单紧凑、占用空间小； 4 4）便于操作、安全可靠；）便于操作、安全可靠； 5 5）可制造性好、加工成本低；）可制造性好、加工成本低； 6 6）维修性好；）维修性好； 7 7）不污染环境。）不污染环境。 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计16 选择机械传动类型时，可参考以下原则：选择机械传动类型时，可参考以下原则： 1. 1. 与原动机和工作机相互匹配；与原动机和工作机相互匹配； 2. 2. 满足功率和速度的范围要求；满足功率和速度的范围要求； 3. 3. 考虑传动比的准确性及合理范围；考虑传动比的准确性及合理范围； 4. 4. 考虑结构布置和外

18、廓尺寸的要求；考虑结构布置和外廓尺寸的要求； 5. 5. 考虑机器质量；考虑机器质量； 6. 6. 经济性因素。经济性因素。 机械传动类型的选择机械传动类型的选择 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计17 传动系统的总体布置传动系统的总体布置 1. 1. 传动路线的确定传动路线的确定 传动路线的型式传动路线的型式 串联单流传动串联单流传动并联分流传动并联分流传动并联汇流传动并联汇流传动混合传动混合传动 注：注：原动机；原动机；传动；传动；执行机构。执行机构。 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计18 2. 2. 传动顺序的安排传动顺序的安

19、排 传动顺序通常按以下原则考虑。传动顺序通常按以下原则考虑。 1 1）斜齿轮与直齿轮传动）斜齿轮与直齿轮传动斜齿轮传动应放在高速级斜齿轮传动应放在高速级； 2 2）圆锥齿轮与圆柱齿轮传动）圆锥齿轮与圆柱齿轮传动圆锥齿轮应放在高速级圆锥齿轮应放在高速级； 3 3）闭式和开式齿轮传动）闭式和开式齿轮传动闭式齿轮传动应放在高速级闭式齿轮传动应放在高速级。 4 4）链传动）链传动应放在传动系统的应放在传动系统的低速级低速级； 5 5）带传动）带传动应放在传动系统的应放在传动系统的高速级高速级； 6 6）适宜放在传动系统的低速级的传动或机构）适宜放在传动系统的低速级的传动或机构对改变运动形对改变运动形

20、式的传动或机构，如齿轮齿条传动、螺旋传动、连杆机构及凸式的传动或机构，如齿轮齿条传动、螺旋传动、连杆机构及凸 轮机构等一般布置在轮机构等一般布置在传动链的末端传动链的末端，使其靠近执行机构。，使其靠近执行机构。 7 7）有级变速传动与定传动比传动）有级变速传动与定传动比传动有级变速传动应放在有级变速传动应放在高速高速 级；级； 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计19 8 8）蜗杆传动与齿轮传动）蜗杆传动与齿轮传动若蜗轮材料为锡青铜，为提高若蜗轮材料为锡青铜，为提高 传动效率，则应将蜗杆传动置于高速级；传动效率，则应将蜗杆传动置于高速级； 当蜗轮材料为无锡青铜或铸铁

21、等材料时，因其允当蜗轮材料为无锡青铜或铸铁等材料时，因其允 许的齿面滑动速度较低，为防止齿面胶合或严重磨损，蜗许的齿面滑动速度较低，为防止齿面胶合或严重磨损，蜗 杆传动应置于低速级。杆传动应置于低速级。 此外，在布置各传动的顺序时，还应考虑传动件的寿此外，在布置各传动的顺序时，还应考虑传动件的寿 命、维护的方便程度、操作人员的安全性以及传动件对产命、维护的方便程度、操作人员的安全性以及传动件对产 品的污染等因素。品的污染等因素。 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计20 传动比的分配传动比的分配 分配传动比时应注意以下几点：分配传动比时应注意以下几点： 1 1）通常

22、不应超过各种传动的推荐传动比；）通常不应超过各种传动的推荐传动比； 2 2）分配传动比应注意使各传动件尺寸协调、结构匀称，）分配传动比应注意使各传动件尺寸协调、结构匀称， 避免发生相互干涉。避免发生相互干涉。 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 3 3）对于多级减速传动，可按照）对于多级减速传动，可按照“前小后大前小后大”（即由高速级（即由高速级 向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值 不要过大。不要过大。 4 4）在多级齿轮减速传动中，低速级传动比小些，有利于减）在多级齿轮减速传动中，低速级传动比小些，有利于减 小外廓尺寸和

23、质量；小外廓尺寸和质量； 机械执行系统的方案设计21 5 5）在采用溅油润滑方式时，分配传动比要考虑传动件的浸）在采用溅油润滑方式时，分配传动比要考虑传动件的浸 油条件。油条件。 展开式或分流式二级圆柱齿轮减速器，其高速级传动展开式或分流式二级圆柱齿轮减速器，其高速级传动 比比i1和低速级传动比和低速级传动比i2的关系通常取的关系通常取 i1=(1.21.3)i2 分配圆锥圆柱齿轮减速器的传动比时，通常取锥齿轮传分配圆锥圆柱齿轮减速器的传动比时，通常取锥齿轮传 动比动比i10.25i（i为总传动比），一般为总传动比），一般i13.55。 6 6）在蜗杆）在蜗杆齿轮传动中，将齿轮传动放在高速级时

24、，可得齿轮传动中，将齿轮传动放在高速级时，可得 到较高的传动精度。到较高的传动精度。 7 7）对于要求传动平稳、频繁起停和动态性能较好的多级齿）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。轮传动，可按照转动惯量最小的原则设计。 机械传动系统方案设计机械传动系统方案设计 机械执行系统的方案设计22 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。系数等。 1. 1. 传动

25、比传动比 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为为 k c r ii i n n i 21 nr为原动机的转速或传动系统的输为原动机的转速或传动系统的输 入转速入转速（r/min）； i1时为减速传动，时为减速传动，i1时为增速传动。时为增速传动。 29. 机械传动系统的特性及其参数计算机械传动系统的特性及其参数计算 i1、i2ik为系统中各级传动的为系统中各级传动的 传动比。传动比。 n c 为 传 动 系 统 的 输 出 转 速为 传 动 系 统 的 输 出 转 速 （r/min）； 机械执行系统的方案设计23 在各级传

26、动的设计计算完成后，由于多种因素的影响，系在各级传动的设计计算完成后，由于多种因素的影响，系 统的实际总传动比统的实际总传动比i i常与预定值常与预定值i不完全相符，其相对误差不完全相符，其相对误差i 可表示为可表示为 % i ii r i 机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计 系统的传动比相对误差系统的传动比相对误差 传动系统中，任一传动轴的转速传动系统中，任一传动轴的转速n ni i可由下式计算：可由下式计算： 21i i n n r i 2. 2. 转速和变速范围转速和变速范围 从系统的输入轴到该轴之间各级传从系统的输入轴到该轴之间各级传 动比的连乘积。动比的连乘

27、积。 机械执行系统的方案设计24 有级变速传动装置中，当输入轴的转速有级变速传动装置中，当输入轴的转速nr一定时，经变速一定时，经变速 传动后，若输出轴可得到传动后，若输出轴可得到z种转速，并由小到大依次为种转速，并由小到大依次为n1、 n2、nz，则则z称为称为变速级数变速级数，最高转速与最低转速之比称，最高转速与最低转速之比称 为为变速范围变速范围，用，用Rn表示，即表示，即 min max 1 i i n n R z n z rr n n i n n i min 1 max , 机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计 输出转速常采用等比数列分布，且任意两相邻转速之比

28、输出转速常采用等比数列分布，且任意两相邻转速之比 为一常数，称为为一常数，称为转速公比转速公比，用符号，用符号表示，即表示，即 12 3 1 2 z z n n n n n n 机械执行系统的方案设计25 公比公比一般按标准值选取，一般按标准值选取，常用值为常用值为1.061.06、1.121.12、1.361.36、 1.411.41、1.581.58、1.781.78、2.002.00。 变速范围变速范围Rn、变速级数变速级数z和公比和公比之间的关系为：之间的关系为： 变速级数越多，变速装置的功能越强，但结构也越复杂。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

29、的滑移齿轮是双联或三联，所以通在齿轮变速器中，常用的滑移齿轮是双联或三联，所以通 常常变速级数取为变速级数取为2 2或或3 3的倍数的倍数。 1 12 3 1 2 1 z z zz n n n n n n n n n R 机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计 机械执行系统的方案设计26 各种机械传动及传动部件的效率值可在设计手册中查到。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，串联式单流传动系统的总效率为为 =12n 3.

30、3. 机械效率机械效率 机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计 机器执行机构的输出功率机器执行机构的输出功率P可由负载参数（力或力矩）可由负载参数（力或力矩） 及运动参数（线速度或转速）求出，设执行机构的效率为及运动参数（线速度或转速）求出，设执行机构的效率为 ，则传动系统的输入功率或原动机的所需功率为则传动系统的输入功率或原动机的所需功率为 P Pr原动机的额定功率原动机的额定功率Pe应满足应满足PePr， ， 由此可确定由此可确定Pe值。值。 4. 4. 功率功率 机械执行系统的方案设计27 设计各级传动时，常以传动件所在轴的输入功率设计各级传动时，常以传动件所在轴的

31、输入功率Pi为计为计 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 分别为分别为1、2、i，则有，则有 Pi=P12i 机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计 设计功率设计功率 对于批量生产的通用产品，为充分发挥原动机的工作能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，即取力，应以原动机的额定功率为设计功率，即取PPe； 对于专用的单台产品，为减小传动件的尺寸，降低成本，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，即取常以原动机的所需功

32、率为计算功率，即取PPr。 机械执行系统的方案设计28 5. 5. 转矩和变矩系数转矩和变矩系数 传动系统中任一传动轴的输入转矩传动系统中任一传动轴的输入转矩Ti（Nmm）可由下式求出：可由下式求出： i i i n P T 6 1055. 9 机械传动系统的特性及其参数设计机械传动系统的特性及其参数设计 该轴的输入功率该轴的输入功率（kW） 该轴的转速该轴的转速（r/min）。 传动系统的输出转矩传动系统的输出转矩Tc与输入转矩与输入转矩Tr之比称为变矩系数，之比称为变矩系数， 用用K表示，由上式可得：表示，由上式可得： i nP nP T T K cr rc r c 传动系统的输出功率传动

33、系统的输出功率 机械执行系统的方案设计29 水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择 肥皂压花机的传动路线及传动比的分配肥皂压花机的传动路线及传动比的分配 运输机传动系统特性参数计算运输机传动系统特性参数计算 29. 机械传动系统方案设计实例机械传动系统方案设计实例 机械执行系统的方案设计30 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择水泥管磨机传动型式及总体布置方案选择 水泥管磨机属于连续运转的低速大功率设备，主传动系统水泥管磨机属于连续运转的低速大功率设备，主传动系统 应尽量减少传动级数、提高效率和降低运行

34、费用。应尽量减少传动级数、提高效率和降低运行费用。 主要特点是主要特点是： 1 1）转速低，转速）转速低，转速：1040 r/min 2 2）功率：）功率：10103 kW 3 3）起动力矩大，连续运转，载荷平稳，露天工作）起动力矩大，连续运转，载荷平稳，露天工作 方案选择原则：方案选择原则： 1 1）总传动比不宜过大，可选用同步转速为）总传动比不宜过大，可选用同步转速为750r/min的的 电动机，这样，系统的总传动比约为电动机，这样，系统的总传动比约为7518，故安排，故安排23 级传动较为合理。级传动较为合理。 机械执行系统的方案设计31 3 3）对于小型磨机，耗电量不大，应主要考虑降低

35、初始费）对于小型磨机，耗电量不大，应主要考虑降低初始费 用，中型磨机应兼顾初始费用和运行费用。用，中型磨机应兼顾初始费用和运行费用。 2 2）选用机械效率较高的传动类型，如齿轮传动等。蜗）选用机械效率较高的传动类型，如齿轮传动等。蜗 杆传动虽可实现大传动比，但效率较低，不适合于连续运杆传动虽可实现大传动比，但效率较低，不适合于连续运 转的大功率机械；由于露天工作，环境多尘，采用链传动转的大功率机械；由于露天工作，环境多尘，采用链传动 必须很好地密封与润滑，否则会加速磨损、降低传动效率；必须很好地密封与润滑，否则会加速磨损、降低传动效率； 摆线针轮传动、谐波传动的效率较齿轮低；不应优先考虑。摆线

36、针轮传动、谐波传动的效率较齿轮低；不应优先考虑。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 几种管磨机主要传动系统方案的特点几种管磨机主要传动系统方案的特点。 机械执行系统的方案设计32 特点：特点： 1 1）结构简单、初始费用低。）结构简单、初始费用低。 2 2）带传动和开式齿轮传动效）带传动和开式齿轮传动效 率不高，而且带传动的承载率不高，而且带传动的承载 能力也受带型和根数的限制。能力也受带型和根数的限制。 适用于小功率、要求初始适用于小功率、要求初始 费用低的磨机。费用低的磨机。 1. 1. 带传动带传动- -齿轮传动串联式单流传动系统方案齿轮传动串联式单流传动系统方案

37、 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计33 2. 2. 齿轮传动齿轮传动齿轮传动串联式单流传动系统方案齿轮传动串联式单流传动系统方案 特点：特点： 1 1）效率高、寿命长、外廓尺寸小）效率高、寿命长、外廓尺寸小 2 2）初始费用较高）初始费用较高 该方案适用于中型磨机。该方案适用于中型磨机。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 3. 3. 并联式汇流传动系统方案并联式汇流传动系统方案 特点：特点： 1 1）因齿轮啮合时产生的切向力和径）因齿轮啮合时产生的切向力和径 向力分别平衡而降低了磨筒轴承的载向力分别平衡而降低了磨筒轴承的载

38、 荷。荷。 2 2）初始费用比第）初始费用比第2 2方案低。方案低。 该方案适用于中型磨机。该方案适用于中型磨机。 机械执行系统的方案设计34 特点：特点： 1 1）闭式传动，齿轮和轴承受力状态较好，效率高）闭式传动，齿轮和轴承受力状态较好，效率高 2 2）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。 该方案适用于大型磨机。该方案适用于大型磨机。 4. 4. 中心驱动式单流传动系统方案中心驱动式单流传动系统方案 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计35 特点：特点： 1 1）传动系统为双路驱动，具备第）传动系统为双路驱动，具备第

39、3 3和第和第4 4方案传动功率大、方案传动功率大、 尺寸小、质量轻以及效率高的优点；尺寸小、质量轻以及效率高的优点； 2 2）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。大型或超大型磨）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。大型或超大型磨 机采用的中心驱动，多路并联方式，为保证各路传动的同机采用的中心驱动，多路并联方式，为保证各路传动的同 步和均载，需增加辅助设备。步和均载，需增加辅助设备。 该方案适用于大型和超大型磨机。该方案适用于大型和超大型磨机。 5. 5. 中心驱动式并联汇流传动系统方案中心驱动式并联汇流传动系统方案 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计36

40、 特点：特点： 1 1）该方案占地面积小，维护简单）该方案占地面积小，维护简单 2 2）但电机等电器装置的初始费用很）但电机等电器装置的初始费用很 高。同等功率时，单位产量所需总高。同等功率时，单位产量所需总 费用比机械传动方费用比机械传动方 案约高案约高 （2950）%。 6. 6. 低速电动机直接驱动方案低速电动机直接驱动方案 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计37 工作条件：工作条件： 电动机转速电动机转速 n1=1450r/min， 工作频率工作频率 f=50 1/min， 传动比误差传动比误差 r=2%。 机械传动系统的机机械传动系统的机

41、 构简图构简图 肥皂压花机的传动路线及传动比的分配肥皂压花机的传动路线及传动比的分配 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计38 肥皂块压花和出料工艺肥皂块压花和出料工艺 推杆11 压模工位压模工位 下模具7上 移完成压花 工艺 上模具8 固定 凸轮机构 13的顶 杆将皂块 推出 肥皂 块12 肥皂 块12 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计39 一、传动路线分析一、传动路线分析 该机包括三套执行机构，分别完成规定动作，并连续该机包括三套执行机构，分别完成规定动作，并连续 协调工作：协调工作： 曲柄滑块机构

42、曲柄滑块机构1111完成皂块送进，六杆机构完成皂块送进，六杆机构6 6完成模具完成模具 的往复移动，凸轮机构的往复移动，凸轮机构1313完成成品移出。完成成品移出。 整机共用一个电动机。因执行机构工作频率较低，故整机共用一个电动机。因执行机构工作频率较低，故 需采用减速传动装置。需采用减速传动装置。 减速装置为三套执行机构公用，由减速装置为三套执行机构公用，由V V带传动和两级齿带传动和两级齿 轮传动组成。轮传动组成。 带传动适宜高速级工作，故安排在第一级，并兼有安带传动适宜高速级工作，故安排在第一级，并兼有安 全保护功能。当机器要求具有调速功能时，可将带传动全保护功能。当机器要求具有调速功能

43、时，可将带传动 改为带式无级变速传动。改为带式无级变速传动。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计40 链传动链传动9 9是为实现较大距离的传动而设置的。是为实现较大距离的传动而设置的。 锥齿轮传动用于改变传动方向。锥齿轮传动用于改变传动方向。 该机的传动系统为三路并联分流传动，其中模具的往复该机的传动系统为三路并联分流传动，其中模具的往复 运动路线为主传动链，皂块送进和送出为辅助传动链。运动路线为主传动链，皂块送进和送出为辅助传动链。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计41 电 动 机 1 带 传 动

44、2 二 级 齿 轮 减 速 器3 离 合 器 4 锥 齿 轮 传 动5 六 杆 机 构 6 下模具往 复移动7 链 传 动 9 曲 柄 滑 块 机 构 11 锥 齿 轮 传 动 10 皂块 送进 12 凸 轮 机 构 13 成 品 送 出 14 肥皂压花机传动路线图肥皂压花机传动路线图 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计42 二、传动比分配二、传动比分配 1. 1. 主传动链（电动机主传动链（电动机模具往复移动）模具往复移动） 锥齿轮传动暂定传动比为锥齿轮传动暂定传动比为1 1。每压制一块肥皂，六杆机。每压制一块肥皂，六杆机 构带动下模具完成一运动

45、循环，分配轴构带动下模具完成一运动循环，分配轴应转一周，故轴应转一周，故轴 的转速为的转速为n 50r/min。因已知电动机转速因已知电动机转速n d 1450r/min，由此可知，该传动链总传动比的预定值为，由此可知，该传动链总传动比的预定值为 29 50 1450 I n n i d 总 设带传动及二级齿轮减速器中高速级和低速级齿轮传动设带传动及二级齿轮减速器中高速级和低速级齿轮传动 的传动比分别为的传动比分别为i1、i2、i3，取，取i12.5，则减速器的总传动，则减速器的总传动 比为比为29/2.5 = 11.629/2.5 = 11.6，两级齿轮传动平均传动比为，两级齿轮传动平均传动

46、比为3.43.4。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计43 主传动链的实际总传动比主传动链的实际总传动比 095. 3 21 65 739. 3 23 86 32 c d a b z z i z z i 2928.93 0.24%2% 29 ii rr i 总总 总 选取各轮齿数选取各轮齿数za=23，zb=86，zc=21，zd=65。 i总=i1i2i3=2.53.7393.095=28.93 传动比误差传动比误差 实际传动比实际传动比 从润滑条件出发，按二级展开式圆柱齿轮减速器传动比分配从润滑条件出发，按二级展开式圆柱齿轮减速器传动比分配 公

47、式，取公式，取i21.2i3，则由则由i2i311.611.6可求得可求得i23.73，i33.113.11。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计44 2. 2. 辅助传动链辅助传动链 皂块送进和成品移位运动的工作频率应与模具往复运动皂块送进和成品移位运动的工作频率应与模具往复运动 频率相同，即在一个运动周期内，三套执行机构各完成一频率相同，即在一个运动周期内，三套执行机构各完成一 次运动循环，即送进次运动循环，即送进压花压花移位。因此分配轴移位。因此分配轴必须与必须与 分配轴分配轴同步，即同步，即nn，故链传动，故链传动9 9和锥齿轮传动和锥齿轮

48、传动1010的的 传动比均应为传动比均应为1 1。 主传动链的实际总传动比为：主传动链的实际总传动比为： 2928.93 0.24%2% 29 ii rr i 总总 总 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计45 运输机传动系统特性参数计算运输机传动系统特性参数计算 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 负载总阻力负载总阻力F6200N， 曳引链速度曳引链速度v0.3m/s， 节距节距p160mm， 驱动链轮齿数驱动链轮齿数z12。 板式运输机传动系统板式运输机传动系统 传动方案已预分配传动方案已预分配各级传动比各级传动比为：为：

49、锥齿轮传动锥齿轮传动i13， 圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动i24.5， 链传动链传动i36。 电动机同步转速电动机同步转速nd=750r/min。曳引链速度允许误差曳引链速度允许误差r=5%。 机械执行系统的方案设计46 以下为该传动系统选择电动机型号，并计算各轴的运动和以下为该传动系统选择电动机型号，并计算各轴的运动和 动力特性参数。动力特性参数。 1. 1. 计算执行机构主轴（计算执行机构主轴（轴）转速和功率轴）转速和功率 16012 10603 .0 3 4 zp v n r/min=9.4r/min 执行机构主轴的输出功率执行机构主轴的输出功率P为为 kW=1.86kW 1000 3.06

50、200 1000 Fv P 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计47 2. 2. 求传动系统总效率和电动机功率求传动系统总效率和电动机功率 联轴器效率联轴器效率10.99，锥齿轮传动效率，锥齿轮传动效率20.960.96， 圆柱齿轮传动效率圆柱齿轮传动效率30.970.97，链传动效率，链传动效率40.960.96， 减速器滚动轴承效率减速器滚动轴承效率50.980.98，轴为滑动轴承效率轴为滑动轴承效率6 0.970.97，传动系统的，传动系统的总效率总效率为为 需要电动机输出的功率为需要电动机输出的功率为 808. 0 97. 098. 096.

51、 097. 096. 099. 0 3 6 3 54321 kW=2.3kW 808. 0 86. 1 P Pr 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 机械执行系统的方案设计48 3. 3. 选择电动机选择电动机 根据运输机设计要求，电动机功率应有根据运输机设计要求，电动机功率应有20%20%左右的裕度，由左右的裕度，由 手册查得，可选用手册查得，可选用YEJ 132M-8YEJ 132M-8型电动机，额定功率型电动机，额定功率Pe3kW， 满载转速满载转速n710r/min。 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 4. 4. 计算总传动比及各级传动比计

52、算总传动比及各级传动比 系统的总传动比系统的总传动比 由齿数条件，确定各轮齿数分别为：锥齿轮由齿数条件，确定各轮齿数分别为：锥齿轮z123，z272。 圆柱齿轮圆柱齿轮z324，z4109，滚子链滚子链z519，z6105。 则各传动则各传动实际传动比实际传动比为：为： 53.75 4 . 9 710 4 n n n n i c r 2 1 1 72 3.13 23 z i z 4 2 3 109 4.54 24 z i z 6 3 5 105 5.53 19 z i z 机械执行系统的方案设计49 实际总传动比为实际总传动比为 i=i1i2i3=3.134.545.53=78.58 未超过传

53、动比误差要求，所选参数可用。未超过传动比误差要求，所选参数可用。 传动比误差为：传动比误差为： %0 . 4 53.75 58.7853.75 i ii i 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 5. 5. 计算各轴转速计算各轴转速 50.0r/minr/min 54. 4 8 .226 226.8r/minr/min 13. 3 710 n r/min710 2 2 3 1 1 2 1 i n n i n nn r 9.0r/minr/min 53. 5 0 .50 3 3 4 i n n 机械执行系统的方案设计50 6. 6. 计算各轴功率计算各轴功率 取电动机的额定功

54、率取电动机的额定功率Pe为设计功率，求得各轴输入功率：为设计功率，求得各轴输入功率： 2.49kWkW98. 096. 065. 2 2.65kWkW98. 097. 079. 2 2.79kWkW98. 096. 097. 2 2.97kWkW99. 03 5434 5323 5212 11 PP PP PP PP e 机械传动系统方案设计实例分析机械传动系统方案设计实例分析 7. 7. 各轴转矩各轴转矩 mmN10264mmN 9 49. 2 1055. 91055. 9 mmN106 .50mmN 0 .50 65. 2 1055. 91055. 9 mmN107 . 11mmN 8 .

55、226 79. 2 1055. 91055. 9 mmN103.99mmN 710 97. 2 1055. 91055. 9 46 4 46 4 46 3 36 3 46 2 26 2 46 1 16 1 n P T n P T n P T n P T 机械执行系统的方案设计51 原动机的机械特性和工作机的负载特性原动机的机械特性和工作机的负载特性 原动机的选择原动机的选择 29.5 原动机的选择原动机的选择 原动机的种类很多，按使用能源的形式，可分为一次原原动机的种类很多，按使用能源的形式，可分为一次原 动机和二次原动机两大类。动机和二次原动机两大类。 一次原动机使用自然界能源，直接将自然界

56、能源转变为一次原动机使用自然界能源，直接将自然界能源转变为 机械能，如内燃机、风力机、水轮机等；机械能，如内燃机、风力机、水轮机等； 二次原动机将电能、介质动力、压力能转变为机械能，二次原动机将电能、介质动力、压力能转变为机械能， 如电动机、液压马达等。如电动机、液压马达等。 机械执行系统的方案设计52 原动机的选择原动机的选择 原动机的机械特性和工作机的负载特性原动机的机械特性和工作机的负载特性 一、原动机的机械特性一、原动机的机械特性 原动机的机械特性一般用输出转矩原动机的机械特性一般用输出转矩T（或功率（或功率P）与转速）与转速n 的关系曲线，即的关系曲线，即T=f(n)或或P=f(n)

57、曲线表示。曲线表示。 机械执行系统的方案设计53 一次原动机的机械特性、特点和应用 类别类别工业汽轮机工业汽轮机汽油机汽油机柴油机柴油机燃气轮机燃气轮机 机械特性机械特性图图图图 功率范围功率范围 /kW 小型小型 1001000 大型大型 100005000 四冲程四冲程 1.0260 二冲程二冲程 0.6110 3.5380003525000 特点特点 启动转矩大，转速启动转矩大，转速 高，变速范围较大，高，变速范围较大， 运转平稳，寿命长运转平稳，寿命长 设备复杂，制造技设备复杂，制造技 术要求高，初始成本术要求高，初始成本 高高 中型汽轮机的效率中型汽轮机的效率 在大型和小型之间在大型

58、和小型之间 结构紧凑，质量轻，结构紧凑，质量轻， 便 于 移 动 ， 转 速 高便 于 移 动 ， 转 速 高 （四冲程达（四冲程达 5000r/min5000r/min，二冲程，二冲程 可可8000r/min8000r/min），能），能 很快启动达到满载运很快启动达到满载运 转转 燃料价高、易燃，燃料价高、易燃， 废气会造成大气污染废气会造成大气污染 工作可靠，工作可靠， 寿 命 长 ， 维寿 命 长 ， 维 护 简 便 ， 运护 简 便 ， 运 转 费 用 低 ，转 费 用 低 ， 燃料较安全燃料较安全 初始成本较初始成本较 高 ， 废 气 会高 ， 废 气 会 造 成 大 气 污造 成

59、 大 气 污 染染 结构紧凑，质量结构紧凑，质量 轻，启动快而转轻，启动快而转 矩大，运转平稳，矩大，运转平稳， 用水少，可用廉用水少，可用廉 价燃油，维护简价燃油，维护简 便便 设备较复杂，制设备较复杂，制 造技术要求高，造技术要求高， 初始成本高，燃初始成本高，燃 料消耗较大，小料消耗较大，小 尺寸燃气轮机尤尺寸燃气轮机尤 甚甚 应用应用 适用于大功率高速适用于大功率高速 驱动，如压缩机、泵驱动，如压缩机、泵 和风机和风机 多用于汽车多用于汽车 应用很广，如应用很广，如 各种车辆、船各种车辆、船 舶、农业机械、舶、农业机械、 挖掘机、压缩挖掘机、压缩 机机 用于大功率高用于大功率高 速驱动

60、，如机速驱动，如机 车、飞机、原车、飞机、原 油输送、发电油输送、发电 机械执行系统的方案设计54 各类电动机主要性能的比较 电动机类别 交交 流流 电电 动动 机机直直 流流 电电 动动 机机 异异 步步同同 步步并并 励励串串 励励 机械特性 图图图图 功率范围/kW 0.35000200100000.355001.37650 转速范围 /rmm1 5003000150300025030003702400 特点 笼型笼型绕线型绕线型恒转速，功率恒转速，功率 因数可调节；因数可调节； 需供励磁的直需供励磁的直 流电机，价格流电机，价格 贵。可采用变贵。可采用变 频电源进行无频电源进行无 级调