机械系统设计5章

1、1传动系统的类型及应用传动系统的类型及应用传动系统的组成传动系统的组成传动系统运动设计传动系统运动设计第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计传动的概念传动的概念 机械系统的机械系统的传动传动是将动力源或某个执行系统（执行件）的是将动力源或某个执行系统（执行件）的速度、力矩传递速度、力矩传递给执行件（或另一执行件），使该执行件具有给执行件（或另一执行件），使该执行件具有某种运动和出力的功能。某种运动和出力的功能。传动环节又称传动链或传动系统，有两类：传动环节又称传动链或传动系统，有两类： 内联传动：内联传动：主要考虑两执行件间的传动精度；主要考虑两执行件间的传动精度； 外联传动：外联传动：主要

2、考虑执行件的速度（或转速）和传递动力的主要考虑执行件的速度（或转速）和传递动力的要求。要求。运动和动力的运动和动力的传递传递运动和动力的运动和动力的变换变换传动系统的作用传动系统的作用比传动系统）转速不可变（固定传动电气无级变速装置液压无级变速装置机械无级调速器无级变速啮合器变速上述三种的组合离合器变速滑移齿轮变速交换齿轮变速有级变速转速可变输出速度机电液混合传动装置电气传动装置液压传动装置机械传动装置传动装置件多个动力源，一个执行联合驱动数控机械系统件有多个运动不相干执行只有一个执行件独立驱动件一个动力源，多个执行集中驱动目动力源驱动执行件的数内燃机驱动电机驱动动力源传动系统分类)()(第第

3、5 5章章 传动系统设计传动系统设计4.1 4.1 传动系统分类传动系统分类（一）有级变速和无级变速传动系统（一）有级变速和无级变速传动系统1 1无级变速传动系统无级变速传动系统 无级变速是指无级变速是指执行件的转速（或速度）在一定的范围内连执行件的转速（或速度）在一定的范围内连续地变化续地变化，这样可以使执行件获得最有利的速度，这样可以使执行件获得最有利的速度，能在系统能在系统运转中变速运转中变速，也便于实现自动化等。，也便于实现自动化等。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（1 1）机械无级调速器）机械无级调速器 （2 2）液压无级变速装置）液压无级变速装置（3 3）电气无级变速装置

4、）电气无级变速装置机械系统中常用的无级变速装置机械系统中常用的无级变速装置（1 1）机械无级调速）机械无级调速 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计机械无级调速机械无级调速 依靠依靠摩擦传动摩擦传动，改变改变主动件和从动件的输出主动件和从动件的输出半径半径，实现传动，实现传动比的无变化。比的无变化。调速原理调速原理1 1）滚轮）滚轮-平板式变速器平板式变速器 2 2）钢球无级变速器）钢球无级变速器 3 3）菱锥无级变速器）菱锥无级变速器 4 4）宽）宽V V带无级变速器带无级变速器 分类分类摩擦传动带来的问题：摩擦传动带来的问题：效率问题，磨损问题，可靠性问效率问题，磨损问题，可靠性问题题

5、1) 滚轮滚轮-平板式变速器平板式变速器 工作原理：工作原理： 调整主动轮的位调整主动轮的位置，就改变了置，就改变了r2 的的大小，从而实现无大小，从而实现无级变速级变速接触点的速度：接触点的速度：v =2 r2 = r1 1传动比：传动比： i12 =1 / 2 =r2 / r1 特点：特点： 1）结构简单、制造方便；）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）因为存在较大相对滑动，故磨损严重，传递功率不大组成：组成： 主动轮主动轮 从动盘从动盘 弹簧弹簧 主动轴主动轴 I 从动轴从动轴 II潘存云教授研制潘存云教授研制主动轮主动轮III从动平盘从动平盘弹簧弹

6、簧 III主动轮主动轮从动平盘从动平盘弹簧弹簧 r1r2机械式无级调速机械式无级调速弹簧作用？弹簧作用？2) 钢球无级变速器钢球无级变速器 传动比：传动比： i12 = R2 r1 / R1 r2 = r1 / r2 因为因为R1=R2 组成：组成： 锥轮锥轮 钢球钢球(通常为通常为6个个) 支承轴支承轴 主动轴主动轴 I 从动轴从动轴 II工作原理工作原理 调整支承轴的倾调整支承轴的倾角，可改变钢球角，可改变钢球的传动半径的传动半径r1和和r2 ，从而实现无，从而实现无级变速。级变速。 特点：特点：1）结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑；）结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑； 2

7、）要求钢球加工精度高。）要求钢球加工精度高。 钢球钢球支承轴支承轴从动锥轮从动锥轮主动锥轮主动锥轮机械式无级调速机械式无级调速潘存云教授研制潘存云教授研制IIIIIIr1 R1 r2 R2支承架支承架从动轮从动轮菱锥菱锥3) 菱锥无级变速器菱锥无级变速器 组成：组成： 主动轮主动轮 从动轮从动轮 锥菱锥菱 支承架支承架 主动轴主动轴 I 从动轴从动轴 II 从动轮从动轮主动轮主动轮III菱锥菱锥支承架支承架r1r2R1R2机械式无级调速机械式无级调速工作原理：工作原理： 调整支架的水平位置，可改变菱锥的传动半径调整支架的水平位置，可改变菱锥的传动半径r1和和r2 ，从而实，从而实现无级变速。现

8、无级变速。 传动比：传动比： i12 = r1 R2 / R1 r2 2211RwrwrwRwIII 菱锥菱锥菱锥菱锥利用接触点线利用接触点线速度相等计算速度相等计算4) 宽宽V带无级变速器带无级变速器 传动比：传动比： i12 = r2 / r1 组成：组成： 固定锥轮固定锥轮 活动锥轮活动锥轮 宽宽V带带 工作原理：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和和r2 ，从而实现无级变速。从而实现无级变速。 潘存云教授研制潘存云教授研制宽宽V带带固定锥轮固定锥轮III活动锥轮活动锥轮IIIr2r1机械式无级调速机械式无级调

9、速锥轮怎么动？锥轮怎么动？机械无级变速器的优点：机械无级变速器的优点：结构简单；结构简单；过载时可利用摩擦传动元件间的打滑而避免损坏机器；过载时可利用摩擦传动元件间的打滑而避免损坏机器；运转平稳、无噪声，可用于较高转速的传动；运转平稳、无噪声，可用于较高转速的传动；易于平缓连续的变速。易于平缓连续的变速。机械式无级变速机械式无级变速缺点：缺点： 不能保证精确的传动比；不能保证精确的传动比；承受过载和冲击能力差，传递大功率时结构尺寸过大；承受过载和冲击能力差，传递大功率时结构尺寸过大；轴和轴承上的载荷较大。轴和轴承上的载荷较大。 造成机械式无级变速缺点的根本原因就是其依靠摩擦传递造成机械式无级变

10、速缺点的根本原因就是其依靠摩擦传递动力的工作原理动力的工作原理(2)(2)液压无级变速装置液压无级变速装置 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计液压无级变速装置液压无级变速装置动力传输：动力传输：利用油液为介质来传递动力利用油液为介质来传递动力无级变速原理：无级变速原理：通过连续地改变输入液动通过连续地改变输入液动机机(或油缸或油缸)的油液流量来实现无级变速的油液流量来实现无级变速特点：特点：传动平稳传动平稳运动换向冲击小运动换向冲击小易于实现直线运动易于实现直线运动常用装置：常用装置：常用于执行件要求直线运动的机械系统中。常用于执行件要求直线运动的机械系统中。如刨床、拉床的主传动以及组合

11、机床的动如刨床、拉床的主传动以及组合机床的动力滑台等力滑台等(3)(3)电气无级变速装置电气无级变速装置 电气无级变速装置是以直流并激电动机、交流变频电动机电气无级变速装置是以直流并激电动机、交流变频电动机或交、直流伺服电动机、步进电动机等为动力源，或交、直流伺服电动机、步进电动机等为动力源，通过连续地通过连续地变换这些电动机的转速来实现无级调速变换这些电动机的转速来实现无级调速。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计2 2有级变速传动系统有级变速传动系统 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计有级变速较广泛地应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中有级变速较广泛地应用于通用机床，尤其是中

12、小型通用机床中有级变速特点有级变速特点传递的功率大传递的功率大变速范围宽变速范围宽传动比准确传动比准确工作可靠工作可靠有转速损失有转速损失 由由滑移齿轮滑移齿轮、交换齿轮交换齿轮、交换皮带轮交换皮带轮等变速传动副组成的传等变速传动副组成的传动系统可使执行件得到若干个所需要的转速，这种变速在变速范动系统可使执行件得到若干个所需要的转速，这种变速在变速范围内不能连续地变换，属于有级变速。围内不能连续地变换，属于有级变速。转速不连续，转速不连续，得不到最理想的转速得不到最理想的转速第第5章章 传动系统设计传动系统设计 如果加工某一工件所需要的合理切削速度为如果加工某一工件所需要的合理切削速度为v，则

13、相应的转，则相应的转速为速为n。通常，有级变速机构不能恰好得到这个转速，而是。通常，有级变速机构不能恰好得到这个转速，而是n处于处于某两级转速某两级转速nj与与nj+1之间：之间：njnnj+1 如果采用较高的转速如果采用较高的转速nj+1，则必将提高切削速度，刀具的耐，则必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速用度将要降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速nj为为宜。这时转速的损失为宜。这时转速的损失为n-nj，相对转速损失率为：，相对转速损失率为： A=（n-nj）/n 最大相对转速损失率是当所需的转速最大相对转速损失率是当所需的转速n趋近于趋近

14、于nj+1而实际却选而实际却选用了用了nj时。时。 转速损失反映了生产率的损失。转速损失反映了生产率的损失。转速损失转速损失 的概念的概念CA7620CA7620型液压多刀半自动车床主传动系统及转速图型液压多刀半自动车床主传动系统及转速图 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计交换齿轮变速（交换齿轮变速（29/46 46/2929/46 46/29）滑移齿轮变速（滑移齿轮变速（38/53 28/6338/53 28/63）交换齿轮位置？交换齿轮位置？滑移齿轮位置？滑移齿轮位置？Why？3 3 固定传动比的传动系统固定传动比的传动系统 如果机械系统的执行件如果机械系统的执行件要求以某一固定的转

15、速要求以某一固定的转速( (速速度度) )工作，则连接动力源与工作，则连接动力源与执行件的传动系统属于固定执行件的传动系统属于固定传动比的传动系统，即该系传动比的传动系统，即该系统是由若干个固定传动比串统是由若干个固定传动比串联组成。联组成。 起重机传动系统简图起重机传动系统简图 注意制动器注意制动器2 2的安装位的安装位置，位于高速轴上，制动置，位于高速轴上，制动器的制动力矩小，体积小器的制动力矩小，体积小第第5章章 传动系统设计传动系统设计（二）独立和联合传动系统（二）独立和联合传动系统1 1独立驱动传动系统独立驱动传动系统 独立驱动系统指各执行件分别由各自的动力源单独进行驱动。独立驱动系

16、统指各执行件分别由各自的动力源单独进行驱动。独立驱动传动系统一般有以下三种情况：独立驱动传动系统一般有以下三种情况： （1 1）机械系统只有一个执行件）机械系统只有一个执行件 （2 2）机械系统有多个运动不相关的执行件）机械系统有多个运动不相关的执行件 （3 3）数控机械系统数控机械系统 数控机械系统：数控机械系统：一般都有多个执行件，各执行件的运动彼此一般都有多个执行件，各执行件的运动彼此有严格的速比和位置要求，以实现复杂的运动组合或加工复杂的有严格的速比和位置要求，以实现复杂的运动组合或加工复杂的表面。由于采用数字指令进行控制，故每个执行件都有各自的动表面。由于采用数字指令进行控制，故每个

17、执行件都有各自的动力源单独驱动。力源单独驱动。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计独立驱动传动系统独立驱动传动系统（1 1）机械系统只有一个执行件）机械系统只有一个执行件 举例举例第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计独立驱动传动系统独立驱动传动系统（1 1）机械系统只有一个执行件）机械系统只有一个执行件 举例举例曲柄压力机只有一个执行件，即曲柄压力机只有一个执行件，即曲柄曲柄滑块机构滑块机构 1-1-操纵杆操纵杆; 2-; 2-滑块滑块; 3-; 3-连杆连杆;4-;4-曲柄曲柄5-5-制动器制动器; 6-; 6-离合器离合器; 7,8-; 7,8-齿轮副齿轮副9-9-电动机电动机;

18、 10-; 10-立柱立柱注意：注意： 1）制动、离合动作的协调）制动、离合动作的协调 2）离合器的作用）离合器的作用 3）离合器和制动器的安装位）离合器和制动器的安装位置置 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计问题：如果让你设计，你选择问题：如果让你设计，你选择7 7、8 8齿轮传动？带传动？齿轮传动？带传动？实习时，注意一下！实习时，注意一下！独立驱动传动系统独立驱动传动系统（2 2）机械系统有多个运动不相关的执行件）机械系统有多个运动不相关的执行件龙门起重机运动简图龙门起重机运动简图第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计举例举例独立驱动传动系统独立驱动传动系统（3 3）数控机械系统

19、）数控机械系统 举例举例A4010A4010装配机器人传动原理图装配机器人传动原理图第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（二）独立和联合传动系统（二）独立和联合传动系统2 2集中驱动传动系统集中驱动传动系统 集中驱动系统指机械系统的多个执行件均由一个动力源驱动集中驱动系统指机械系统的多个执行件均由一个动力源驱动集中驱动传动系统特点：集中驱动传动系统特点： (1)(1)执行件间有严格的执行件间有严格的传动比要求传动比要求 (2)(2)各执行件间运动各执行件间运动有顺序或协调的要求有顺序或协调的要求 (3)(3)各执行件的运动相互独立各执行件的运动相互独立第第5 5章章 传动系统设计传动系统设

20、计集中驱动系统集中驱动系统执行件间有严格的传动比要求执行件间有严格的传动比要求 SG8630SG8630型高精度丝杠车床传动系统图型高精度丝杠车床传动系统图 SZZZZDCBA121主轴每转一转，刀具的移动距离主轴每转一转，刀具的移动距离S S为工件的螺纹导程为工件的螺纹导程 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计转动和平动有严格的要求，转动和平动有严格的要求，主轴转动一周，刀具横向移动一个导程的距离主轴转动一周，刀具横向移动一个导程的距离刀具横向移动刀具横向移动丝杠的导程丝杠的导程BAIIIIIZZwwDCIIIIVZZwwIVwPS（二）独立和联合传动系统（二）独立和联合传动系统 联合驱

21、动系统联合驱动系统：由两个或多个动力源经各自的传动链联合驱：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。行件少而惯性大的机械。第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计4.2 4.2 传动系统组成传动系统组成摩擦安全离合器摩擦安全离合器钢珠安全离合器钢珠安全离合器销钉安全联轴器销钉安全联轴器安全保护装置安全保护装置制动装置制动装置齿轮换向机构齿轮换向机构摩擦离合器换向机构摩擦离合器换向机构齿轮齿轮起停和换向装置起停和换向装置啮合器变速啮合器变速上述三种的组合上述三种的组合离

22、合器变速离合器变速滑移齿轮变速滑移齿轮变速交换齿轮变速交换齿轮变速变速装置变速装置传动系统组成传动系统组成第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（一）变速装置（一）变速装置 作用：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。采用标准的减速器、增速器实现降速传动或升速传动。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（一）变速装置（一）变速装置 1 1 交换齿轮变速交

23、换齿轮变速 A A、B B和和CC、D D为两对交换齿轮，改变齿轮为两对交换齿轮，改变齿轮A A、B B和和CC、D D的齿数的齿数, ,就可得到不同的传动比。就可得到不同的传动比。 （俗称挂轮）（俗称挂轮）第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计改变的改变的是丝杠是丝杠的转速的转速挂轮位置挂轮位置（一）变速装置（一）变速装置 2 2 滑移齿轮变速滑移齿轮变速 特点：特点：能传递较大的转矩和较高的转速；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；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。没有

24、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。动，因而传动的平稳性不如斜齿圆柱轮传动。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计交换齿轮交换齿轮滑移齿轮滑移齿轮（一）变速装置（一）变速装置 2 2 滑移齿轮变速滑移齿轮变速 设计滑移齿轮时应该考虑的两个问题设计滑移齿轮时应该考虑的两个问题 1 1）滑移的灵活性（不能自锁）滑移的灵活性（不能自锁） 2 2）三联滑移齿轮中大小齿轮的外径差（齿数差）三联滑移齿轮中大小齿轮的外径差（齿数差）小齿轮的齿

25、小齿轮的齿顶圆直径小于大齿轮的齿根圆直径顶圆直径小于大齿轮的齿根圆直径第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计交换齿轮交换齿轮滑移齿轮滑移齿轮（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计 注意：注意：离合器本身不能变离合器本身不能变速，它是靠齿轮来变速，类似速，它是靠齿轮来变速，类似滑移齿轮变速原理，靠离合器滑移齿轮变速原理，靠离合器来改变啮合的齿轮来改变啮合的齿轮齿轮齿轮A、C空套在轴上空套在轴上;且固定在离合器的定子上且固定在离合器的定子上离合器的转子固定在轴上离合器的转子固定在轴上哪个离合器吸合，就把与哪个离合器吸合，就把与之相连的

26、齿轮固定在轴上之相连的齿轮固定在轴上（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计 在离合器变速方式中，应用较多的有在离合器变速方式中，应用较多的有牙嵌式离合器牙嵌式离合器、齿轮式齿轮式离合器离合器和和摩擦片式离合器摩擦片式离合器等。等。 应用场合：应用场合：当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮传动时，不便用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，则需用牙嵌式或齿轮式离合器变速。滑移齿轮变速，则需用牙嵌式或齿轮式离合器变速。 （一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 牙嵌式或齿轮式离合器变速机构的优点牙嵌式

27、或齿轮式离合器变速机构的优点是：轴向尺寸小，可传递是：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。较大的转矩，传动比准确，变速时操纵省力等。 缺点缺点是：不能在运转中变速，各对齿轮经常处于啮合状态，磨损是：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。较大，传动效率低。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 摩擦片式离合器变速摩擦片式离合器变速特点是：特点是：可在运转过程中变速可在运转过程中变速接合平稳，冲击小接合平稳，冲击小便于实现自动化便于实现自动化轴向尺寸较长，结构复杂轴向尺寸较长，结构复杂

28、第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 采用摩擦片式离合器变速时，离合器位置的安排应注意以下采用摩擦片式离合器变速时，离合器位置的安排应注意以下几个方面的问题。几个方面的问题。 减小离合器尺寸减小离合器尺寸。在没有特殊要求的情况下，应尽可能将。在没有特殊要求的情况下，应尽可能将离合器安排在转速较高的轴上，以减小传递的转矩，缩小离合器离合器安排在转速较高的轴上，以减小传递的转矩，缩小离合器的尺寸。的尺寸。 避免出现超速现象避免出现超速现象。超速现象是指当一条传动路线工作时，。超速现象是指当一条传动路线工作时，在另一条不工作的传动路线上出

29、现传动件高速空转的现象，这种在另一条不工作的传动路线上出现传动件高速空转的现象，这种现象在两对齿轮传动比悬殊时更为严重。现象在两对齿轮传动比悬殊时更为严重。 要考虑结构因素要考虑结构因素第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（一）变速装置（一）变速装置 3 离合器变速离合器变速 ZA=80 ZB=40 ZC=24 ZD=96图图1图图2图图3图图4图图1 M1吸合，吸合，ZC超速超速（I轴主动，轴主动，II轴被动）轴被动）图图4 ZC超速超速（I轴主动，轴主动，II轴被动）轴被动）（离合器外片与小齿轮一起转）（离合器外片与小齿轮一起转）第第5章章 传动系统设计传动系统设计超速问题超速问题M2

30、M1 M2M1M1M2（一）变速装置（一）变速装置 4 啮合器变速啮合器变速 同步啮合器的工作原理：在同步啮合器的工作原理：在变速过程中先使将要进入啮合的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。中产生冲击，使变速过程平稳。 目的是：目的是：4与与1啮合啮合方法：首先使方法：首先使4和和1的转速相同，的转速相同，即先同步，后啮合即先同步，后啮合第第5章章 传动系统设计传动系统设计（二）起停和换向装置（二）起停和换向

31、装置 能传递足够的动力能传递足够的动力结构简单结构简单操作安全可靠操作安全可靠方便省力方便省力基本要求基本要求作用：作用：用来控制执行件的用来控制执行件的起动起动、停止停止以及以及改变运动方向改变运动方向第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 齿轮换向机构齿轮换向机构摩擦离合器换向机构摩擦离合器换向机构齿轮齿轮操纵方式操纵方式起停换向装置的结构与起停换向装置的结构与反向机构换向反向机构换向器起停器起停摩擦离合器、液力偶合摩擦离合器、液力偶合内燃机内燃机离合器起停换向离合器起停换向电动机直接起停换向电动机直接起停换向电动机电动机动力源类型及功率动力源类型

32、及功率换向起动都很频繁换向起动都很频繁需换向但不频繁需换向但不频繁不需换向且起停不频繁不需换向且起停不频繁机械系统工况机械系统工况选择起停、换向装置时应该考虑的因素选择起停、换向装置时应该考虑的因素第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 起停和换向装置的结构起停和换向装置的结构齿轮齿轮摩擦离合器换向机构摩擦离合器换向机构 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计齿轮齿轮Z1Z1、Z3Z3均空套在轴均空套在轴上上摩擦离合器向左接合时，通过摩擦离合器向左接合时，通过Z2Z2传动轴传动轴，轴，轴II II与轴与轴I I反向旋转；反向旋转；摩擦离合器向右接合时

33、，通过摩擦离合器向右接合时，通过Z0Z0、Z4Z4传动轴传动轴与主动轴同向转动；与主动轴同向转动；摩擦离合器处于中间位置时，轴摩擦离合器处于中间位置时，轴不转。不转。（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 起停和换向装置的结构起停和换向装置的结构齿轮换向机构（原理齿轮换向机构（原理惰轮机构）惰轮机构） 运动从轴运动从轴传入，轴传入，轴传出。当轴传出。当轴上的滑移齿轮向右移动时，运动上的滑移齿轮向右移动时，运动由轴由轴经齿轮经齿轮1(Z30)1(Z30)的右半部和齿轮的右半部和齿轮2(Z56)2(Z56)传出带动轴传出带动轴转动。当滑移齿转动。当滑移齿轮在图示位置时，运动由轴轮在图示位置时，运

34、动由轴经齿轮经齿轮1(Z30)1(Z30)的左半部及其常啮合的惰轮的左半部及其常啮合的惰轮3(Z30)3(Z30)传动轴传动轴上的齿轮上的齿轮2(Z56)2(Z56)从而带动轴从而带动轴转动，经过一惰轮转动，经过一惰轮3 3，使轴，使轴反向运转。由于齿轮反向运转。由于齿轮1 1与惰轮与惰轮3 3的齿数相等，故输出的转速正反向相等。的齿数相等，故输出的转速正反向相等。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计惰轮轴位置布置惰轮轴位置布置影响惰轮轴的受力影响惰轮轴的受力（b b）方案较好）方案较好（三）制动装置（三）制动装置常用的制动方式常用的制动方式 非摩擦式制动器非摩擦式制动器盘石盘石内张蹄式

35、内张蹄式外抱块式外抱块式闸带式闸带式机械制动机械制动动系统受惯性冲击大动系统受惯性冲击大缺点：反接电流大，传缺点：反接电流大，传制动迅速制动迅速操作方便操作方便结构简单结构简单特点特点电流的释放回路电流的释放回路电动机变发电机电动机变发电机反接制动反接制动电气制动电气制动第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（三）制动装置（三）制动装置常用的制动方式常用的制动方式 对制动装置的基本要求：对制动装置的基本要求： 工作可靠，操纵方便，制动迅速平稳，结构简单，尺寸小，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。磨损小，散热好。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计制动器

36、的设计与安装应考虑如下问题：制动器的设计与安装应考虑如下问题： 制动器与离合器必需互锁。（例：曲柄压力机）制动器与离合器必需互锁。（例：曲柄压力机） 合理确定制动器的安装位置。合理确定制动器的安装位置。 若要求制动扭矩较小，则制动器应安装在转速较高的轴上。若要求制动扭矩较小，则制动器应安装在转速较高的轴上。这样制动平稳，制动器体积也小。若要求制动时间短、制动灵这样制动平稳，制动器体积也小。若要求制动时间短、制动灵活，则制动器可直接安装在执行件上。通常，制动器安装在转活，则制动器可直接安装在执行件上。通常，制动器安装在转速较高、变速范围较小的轴上。速较高、变速范围较小的轴上。 闸带式制动器的操纵

37、力应作用在制动带的松边。闸带式制动器的操纵力应作用在制动带的松边。 （三）制动装置（三）制动装置常用的制动方式常用的制动方式 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（三）制动装置（三）制动装置闸带式制动器闸带式制动器 1 1操纵杆操纵杆2 2杠杆杠杆3 3制动带制动带4 4制动轮制动轮5 5调节螺钉调节螺钉 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（四）安全保护装置（四）安全保护装置 机械系统在工作中若载荷变化频繁、变化幅度较大、可能机械系统在工作中若载荷变化频繁、变化幅度较大、可能过载而本身又无保护作用时，应在传动链中设置安全保护装置，过载而本身又无保护作用时，应在传动链中设置安全保护装置

38、，以避免损坏传动机构。以避免损坏传动机构。 如果传动链中有带传动、摩擦离合器等摩擦副传动件，则如果传动链中有带传动、摩擦离合器等摩擦副传动件，则具有过载保护作用，否则应在传动链中设置安全离合器或安全具有过载保护作用，否则应在传动链中设置安全离合器或安全销等过载保护装置。销等过载保护装置。 当传动链所传递的转矩超过规定值时，靠安全保护装置中当传动链所传递的转矩超过规定值时，靠安全保护装置中连接件的折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。连接件的折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计（四）安全保护装置（四）安全保护装置常用的安全保护装置：常用的安全保护装

39、置： 1 1销钉安全联轴器销钉安全联轴器 2 2钢珠安全离合器钢珠安全离合器 3 3摩擦安全离合器摩擦安全离合器 剪断销结构图剪断销结构图 钢珠安全离合器钢珠安全离合器 单圆锥摩擦安全离合器单圆锥摩擦安全离合器 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计注意注意角度角度传动系统设计补充内容传动系统设计补充内容行星齿轮传动行星齿轮传动 基本组成基本组成:1 :1 太阳轮太阳轮;2 ;2 行星轮行星轮;3 ;3 内齿轮内齿轮;4 ;4 行星架行星架 行星传动行星传动: :一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回转的齿轮传动转的齿轮传动 。 行星轮行

40、星轮: :既绕自身的轴线回转既绕自身的轴线回转又随行星架绕固定轴线回转。又随行星架绕固定轴线回转。 太阳轮太阳轮行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转并可与并可与其他构件联结承受外加力矩其他构件联结承受外加力矩它们是这种轮系的三个基本件。它们是这种轮系的三个基本件。行星传动的两种形式：行星传动的两种形式：差动轮系差动轮系，行星轮系行星轮系 差动轮系：差动轮系：太阳轮太阳轮行星架和内齿轮三者如果都不固定行星架和内齿轮三者如果都不固定确确定机构运动时需要给出两个构件的角速度定机构运动时需要给出两个构件的角速度这种传动称差动轮这种传动称差动轮系系 差动轮系差动轮

41、系可以把两个给定运动合成起来可以把两个给定运动合成起来也可把一个给定运也可把一个给定运动按照要求分解成两个基本件的运动。汽车差速器就是分解运动按照要求分解成两个基本件的运动。汽车差速器就是分解运动的例子。动的例子。 行星轮系：行星轮系：如果固定内齿轮或太阳轮如果固定内齿轮或太阳轮则称行星轮系。则称行星轮系。传动系统设计补充内容传动系统设计补充内容行星齿轮传动行星齿轮传动 (1) (1) 齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动 动画演示动画演示 从演示中可以看出，此种组合为降速传动，通常传动比为从演示中可以看出，此种组合为降速传动，通常传动比为2.52.55 5，且转向

42、相同。且转向相同。 行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(2) (2) 齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动 动画演示动画演示 可以看出，此种组合为升速传动，传动比为可以看出，此种组合为升速传动，传动比为0.20.20.40.4，且转向，且转向相同。相同。 行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(3) (3) 太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动 动画演示动画演示 可以看出，此种组合为降速传动，传动比为可以看出，此种组合为降速传动，传动比为1.251.251.671.67，且转向相同。，且转向相同。行星轮

43、系的几种形式行星轮系的几种形式(4) (4) 太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动 动画演示动画演示可以看出，此种组合为升速传动，传动比为可以看出，此种组合为升速传动，传动比为0.60.60.80.8，且转向相同，且转向相同行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(5) (5) 行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动 动画演示动画演示可以看，出此种组合为降速传动，传动比为可以看，出此种组合为降速传动，传动比为1.51.54 4，且转向相反，且转向相反 行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(6) (6) 行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动行星架固定

44、，齿圈主动，太阳轮被动 动画演示动画演示可以看，出此种组合为升速传动，传动比为可以看，出此种组合为升速传动，传动比为0.250.250.670.67，且转向相反，且转向相反行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(7) (7) 把三元件中任意两元件接合为一体的情况把三元件中任意两元件接合为一体的情况 从演示中可以看出，行星齿轮间没有相对运动，作为一个整体运从演示中可以看出，行星齿轮间没有相对运动，作为一个整体运转，传动比为转，传动比为1 1，且转向相同。，且转向相同。 动画演示动画演示谐波齿轮传动谐波齿轮传动 谐波齿轮传动具有以下谐波齿轮传动具有以下优点优点： 1 1）传动比大、范围宽（一级传动比

45、范围为）传动比大、范围宽（一级传动比范围为50 - 50050 - 500，二级传动，二级传动可达可达2500-2500002500-250000），且在传动比很大的情况下，仍具有较高的），且在传动比很大的情况下，仍具有较高的效率；效率； 2 2）结构简单、体积小、重量轻（与一般齿轮减速器相比，零）结构简单、体积小、重量轻（与一般齿轮减速器相比，零件可减少约件可减少约50 %50 %，体积可减少，体积可减少20%-50%20%-50%）；）； 3 3）由于同时啮合的轮齿对数多，齿面相对滑动速度低，加上）由于同时啮合的轮齿对数多，齿面相对滑动速度低，加上多齿啮合的平均效应，承载能力强、传动平稳、

46、运动精度高。多齿啮合的平均效应，承载能力强、传动平稳、运动精度高。 4 4）还能实现密封空间的运动传递。）还能实现密封空间的运动传递。 谐波齿轮传动的谐波齿轮传动的缺点缺点是柔轮易发生疲劳损坏，起动力矩大。是柔轮易发生疲劳损坏，起动力矩大。 动画仿真动画仿真谐波齿轮传动谐波齿轮传动 当机械系统的执行件的转速或速度需要在一定范围内变化，当机械系统的执行件的转速或速度需要在一定范围内变化，而又允许有一定的转速损失时，基于经济性考虑，可采用有级而又允许有一定的转速损失时，基于经济性考虑，可采用有级变速系统，而机床有级变速系统的设计方法、原则比较系统而变速系统，而机床有级变速系统的设计方法、原则比较系

47、统而成熟。因此，以下介绍机床有级变速系统设计时应遵循的原则成熟。因此，以下介绍机床有级变速系统设计时应遵循的原则和规律，其他机械系统的传动设计，可参照进行。和规律，其他机械系统的传动设计，可参照进行。 4.2 4.2 传动系统的运动设计传动系统的运动设计第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计有级变速传动系统有级变速传动系统 对于通用机床主运动的执行件对于通用机床主运动的执行件( (如普通车床如普通车床) )，一般都有，一般都有若干若干

48、个按等比数列排列的转速个按等比数列排列的转速( (为什么按等比数列排列？为什么按等比数列排列？) )，当采用普，当采用普通交流异步电动机时，它只能提供一个通交流异步电动机时，它只能提供一个( (或二、三个或二、三个) )转速。在该转速。在该传动设计中，要解决的主要问题是应遵循一些什么原则和规律，传动设计中，要解决的主要问题是应遵循一些什么原则和规律，才能使执行件才能使执行件( (主轴组件主轴组件) )获得按等比数列排列的若干级转速。获得按等比数列排列的若干级转速。 例如：如何得到例如：如何得到12级转速？级转速？31.5rpm、45rpm、63rpm、90rpm、125rpm、180rpm、2

49、50rpm、355rpm、500rpm、710rpm、1000rpm、1400rpm分布特点：低转速分布较高转速密集分布特点：低转速分布较高转速密集第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计 如果加工某一工件所需要的合理切削速度为如果加工某一工件所需要的合理切削速度为v，则相应的转速为，则相应的转速为n。通。通常，有级变速机构不能恰好得到这个转速，而是常，有级变速机构不能恰好得到这个转速，而是n处于某两级转速处于某两级转速nj与与nj+1之间之间（比如理论转速为（比如理论转速为1200rpm，车床转速有，车床转速有1000和和1400r

50、pm） ：njnnj+1 如果采用较高的转速如果采用较高的转速nj+1，则必将提高切削速度，刀具的耐用度将要，则必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速nj为宜。这时转速的损为宜。这时转速的损失为失为n-nj，相对转速损失率为：，相对转速损失率为： A=（n-nj）/n 最大相对转速损失率是当所需的转速最大相对转速损失率是当所需的转速n趋近于趋近于nj+1而实际却选用了而实际却选用了nj时时:111max1lim1jjjjjnnnnnnnnnnAjj等比数列的比值等比数列的比值传动公比：传动公比：第第5 5章章

51、传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计31.5rpm、45rpm、63rpm、90rpm、125rpm、180rpm、250rpm、355rpm、500rpm、710rpm、1000rpm、1400rpm第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计指最高转速是最低转速的多少倍指最高转速是最低转速的多少倍第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运

52、动设计第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计通过以上的介绍，我们了解了一下信息：通过以上的介绍，我们了解了一下信息： 机床的转速是按等比数列排列的机床的转速是按等比数列排列的 等比数列的比值就是传动公比等比数列的比值就是传动公比 为了使最大转速损失率不大于为了使最大转速损失率不大于50%，传动公比应该大于，传动公比应该大于1，且小于等于且小于等于2 为了便于设计和使用机床，规定了为了便于设计和使用机床，规定了7个传动公比个传动公比 传动公比的选用原则和经验数据传动公比的选用原则和经验数据第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1

53、 转速图转速图为什么要引入转速图？为什么要引入转速图？12级主传动系统图级主传动系统图给出了明确给出了明确的传动关系的传动关系从图中可知：从图中可知： 它有五根轴：电机轴和它有五根轴：电机轴和-轴，轴，轴为主轴轴为主轴 -轴之间有一传动组轴之间有一传动组a，它有三对传动副，它有三对传动副 -轴之间有传动组轴之间有传动组b(二对传动副二对传动副) -轴之间分传动组轴之间分传动组c(二对传动副二对传动副) 电动机的转速为电动机的转速为1440r/min 、轴分别有轴分别有1、3、6、12个转速个转速 传动系统图虽然直观地表达了该传动系统的组成，传动系统图虽然直观地表达了该传动系统的组成，但却有许多

54、关键的东西并没有描述清楚，而且画起来比但却有许多关键的东西并没有描述清楚，而且画起来比较麻烦。在设计传动系统时，用它来进行方案对比并不较麻烦。在设计传动系统时，用它来进行方案对比并不是最好的工具。于是出现了将上述内容完全表示清楚的是最好的工具。于是出现了将上述内容完全表示清楚的线图，称为转速图。线图，称为转速图。 但是，每根轴的转速值、传动组内传动但是，每根轴的转速值、传动组内传动比之间的关系以及公比比之间的关系以及公比值等均不知道。值等均不知道。12级主传动系统转速图级主传动系统转速图给出了各轴给出了各轴的传动关系、的传动关系、转速及速比转速及速比第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1

55、1 转速图转速图 普通车床主传动系统有五根轴：电动机轴和普通车床主传动系统有五根轴：电动机轴和轴，其中轴，其中为为主轴，电机轴为输入轴。主轴，电机轴为输入轴。12级主传动系统图级主传动系统图给出了明确给出了明确的传动关系的传动关系第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统图级主传动系统图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图 转速图是由转速图是由“三线一点三线一点”组成：组成：轴线轴线、转速线转速线、传动线传动线和和转速点转速点。 转速图表示了轴的数目、主轴及传动轴的转速级数、转速值及其传动路转速图表示了轴的数目、主轴及传动轴的转速级数、转速值及其传动路线、

56、变速组组数及传动顺序、各变速组的传动副数及传动比值。还表示了传线、变速组组数及传动顺序、各变速组的传动副数及传动比值。还表示了传动组内各传动比之间的关系以及传动组之间的传动比的关系等。动组内各传动比之间的关系以及传动组之间的传动比的关系等。 转速图作用：转速图作用：1）对现有机床传动链进行分析比较；）对现有机床传动链进行分析比较；2）设计新的传动链）设计新的传动链 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图（1）转速图的概念）转速图的概念轴线轴线 轴线是用来表示轴的一组间轴线是用来表示轴的一组间距相等的竖线。从左向右依次画距相等的竖线。

57、从左向右依次画出五条间距相等的竖线，并标上出五条间距相等的竖线，并标上与传动系统图对应的轴号与传动系统图对应的轴号(电动机电动机轴号为轴号为0)。竖线间的间距相等是。竖线间的间距相等是为了使线图清晰，并不表示轴的为了使线图清晰，并不表示轴的中心距相等中心距相等 。 轴线轴线第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图转速线转速线 转速线是一组转速线是一组间距相等间距相等的水的水平线，用它来表示各级转速，与平线，用它来表示各级转速，与各竖线的交点代表各轴转速。各竖线的交点代表各轴转速。12级主传动系统转速图级主传动系统转速图转速线转速线注意：注意： 按等比数列排列的转速按等比数列

58、排列的转速,如果对转速取对数，绘制其如果对转速取对数，绘制其对数坐标，则相邻两条水平对数坐标，则相邻两条水平线间距离相等。线间距离相等。8 . 163lg,65. 145lg, 5 . 15 .31lg 12级主传动系统级主传动系统转速图转速图转速点转速点第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图转速点转速点 转速点是指在轴线上画的圆点转速点是指在轴线上画的圆点(或圆或圆圈圈)，用它来表示该轴所具有的转速值。，用它来表示该轴所具有的转速值。 在在轴轴(主轴主轴)上画上画12个圆点个圆点(或圆圈或圆圈)，它们都落在水平线与竖线的交点上，表示它们都落在水平线与竖线的交点上，表示主

59、轴的主轴的12级转速值，并将数值写在圆点级转速值，并将数值写在圆点(或或圆圈圆圈)右边。右边。 主轴转速从主轴转速从31.5至至1400r/min，相邻转，相邻转速的比值是速的比值是（传动公比传动公比 =1.41） 有时，转速点不落在水平线上，有时，转速点不落在水平线上，则应标出转速值。如电动机轴则应标出转速值。如电动机轴(0轴轴)的转速为的转速为1440r/min 12级主传动系统转速图级主传动系统转速图升速升速降速降速等速等速12级主传动系统转速图级主传动系统转速图第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图传动线传动线 传动线是指轴线间转速点的连线，传动线是指轴线间转速点

60、的连线，它表示相应传动副及其传动比值它表示相应传动副及其传动比值 传动线传动线(传动比线传动比线)的倾斜方向和倾的倾斜方向和倾斜程度分别表示传动比的升降和大小斜程度分别表示传动比的升降和大小传动比传动比 i 按机床中的惯例来排比，即按机床中的惯例来排比，即i=主动轮主动轮/被动轮被动轮 （齿数）（齿数）传动比线是水平的，表示等速传动，传动比线是水平的，表示等速传动，i=1传动比线向右上方倾斜，表示升速传动，传动比线向右上方倾斜，表示升速传动，i1传动比线向右下方倾斜，表示降速传动，传动比线向右下方倾斜，表示降速传动，i1 第第5 5章章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动