传动装置的总体方案设计

1、第二章传动装置的总体方案设计主要内容：确定传动方案，拟定传动装置的运动简图；选择电动机型号；合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数，为设计计算各几级传动零件提供条件。一、传动方案的确定传动方案通常由运动简图表示，如图2.1所示。运动简图不仅明确地表示了组成机器的原动机、传动装置和执行机构三者之间的运动和动力传递关系，而且也是设计传动装置中各零部件的重要依据。合理的传动方案应满足机器的性能要求，并使工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低、传动效率高和使用维护发便等。但要使传动方案同时满足上述要求往往是很困难的，因此，设计者应统筹兼顾，保证重点。设计时可同时考虑几个方案，通过分析比较

2、，最后选择其中较合理的一种。例：图2.1（a）、（b）、（c）、（d）几种传动方案的比较见表2.1JOa)b)c)d)图2.1传动方案表2.1传动方案比较特点结构紧凑，若在大功率和长期运转条件下使用，则由于蜗杆传动效率低，功率损失大，很不经济宽度尺寸较小，适于在恶劣环境下长期连续工作。但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难与b方案比较，宽度尺寸较大，输入轴线与工作机位置是水平布置。宜在恶劣环境下长期工作宽度和长度尺寸较大，带传动不适应繁重的工作条件和恶劣的环境。但若用于链式或板式运输机，有过载保护作用若减速器采用多级传动，在考虑传动方案时，应合理布置传动顺序。通常应考虑以下几点：（1）带传动承载能力较低

3、，在传递相同扭矩时，其结构尺寸较啮合传动的大。但传动平稳、能起缓冲作用和吸震。因此，带传动应放在传动装置的高速级。（2）链传动运转不均匀、有冲击，故宜布置在低速级。（3）蜗杆传动适用于大传动比、中小功率、间歇运动的场合。但其承载能力较齿轮低,故常布置在传动装置的高速级，以获得较小的结构尺寸。蜗杆传动布置在高速级还可获得较高的齿面相对滑动速度，这样有利于形成液体动压润滑油膜，从而使承载能力和效率得以提高。（4）圆锥齿轮加工较困难，当尺寸太大时尤其如此，因此圆锥齿轮一般应放在高速级,并限制其传动比，以控制其结构尺寸。（5）斜齿轮传动的平稳性较直齿传动好，故多用于高速级。（6）开式齿轮传动的工作环境

4、一般较差，润滑条件不良，故寿命较短，应布置在低速级。（7）制动器常设在高速轴。但此时需注意：位于制动器后面的传动机构不宜采用带传动及其它摩擦传动。（8）为简化传动装置，通常将改变运动形式的机构（如连杆机构、凸轮机构等）布置在传动系统的末端或低速处。（9）对于传动装置的布局，要求尽可能做到结构紧凑匀称、强度和刚度好、适合车间布置情况以便于工人操作和维修。（10）在传动装置方案设计中，有时还需要考虑防止因过载而造成机器或人身事故的问题。为此，可在传动系统的某一环节，加设安全保险装置。需要指出的是，在课程设计中，若在设计任务书中已提供了传动方案，则设计者必须分析研究其特点。必要时，还可提出改进意见，

5、或另拟传动方案。二、电动机的选择（一）电动机类型选择选择电动机类型应根据：电源种类（直流、交流）、工作要求（转速高低、起动特性和过载情况等）、工作环境（尘土、油、水、爆炸气体等）、负载大小和性质、安装要求等条件从产品目录中选择合适的类型。生产单位一般采用三相交流电源，若无以下特殊要求：在较大范围内平稳地调速、经常起动或反转等，通常都采用三相交流异步电动机，其中尤以三相鼠笼型异步电动机应用最多。我国设计的Y系列产品，是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，它主要用于金属切屑机床.风机、运输机、搅拌机、农业机械和食品机械等传动装置上，但不宜于易燃、易爆、易腐蚀或其他有特殊要求的场合。三相交流

6、异步电动机根据其额定功率和满载转速的不同，有一系列的型号，为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构还有几种安装形式。各型号电动机的技术数据见机械零件设计手册P.856表F1-7、表F1-8。（二）功率的确定为了保证电动机正常工作，必须使所选功率恰当。功率过大，则重量和价格相应提高，而且由于电动机经常不在满载下工作，其效率和功率因数都较低；若功率过低，则不能保证机器正常工作，或因过载而使电动机过早损坏。因此，选择电动机时通常取Pm=（11.3）P0（Pm为电动机额定功率，P0为需要电动机输出的功率）。电动机功率裕度的大小，视机器可能过载情况而定。电动机应输出的工作功率：P0=Pw/nkw式中P

7、机器工作所需功率，KW；WWn由电动机至执行机构之间的传动总数率。机器工作所需的功率P，可根据机器的工作载荷和运行速度进行计算。在课程设计中，W通常设计任务书中已给定，因此P可按下式计算：WP=Fv/（1000n）Ww或P=Tn/（9550n）Wwww式中F执行机构的载荷，N；v执行机构的线速度，m/s；T执行机构的阻力矩，Nm;wn执行机构的转速，r/min；wn执行机构的效率。w由电动机至工作机之间的传动总效率，按下式计算：n=nnnn123n式中nn2、n3nn分别为传动装置中各运动副（如齿轮、蜗杆、带或链、轴承即联轴器等）的效率，其数值可参照表2.2。表2.2机械传动效率的概略值类别传

8、动型式效率n很好跑合的6、7级精度（稀油润滑）0.980.998级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）0.97圆柱齿轮传动9级精度（稀油润滑）0.96加工齿的开式传动（干油润滑）0.940.96铸造齿的开式传动0.900.93很好跑合的6、7级精度（稀油润滑）0.970.98圆锥齿轮传动8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）0.940.97加工齿的开式传动（干油润滑）0.920.95铸造齿的开式传动0.880.92自锁普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）0.400.45蜗杆传动单头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）0.700.75双头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）0.750.82三头和四头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）0

9、.800.92带传动平型带开式传动0.98三角带传动0.96链传动滚子链传动0.96齿形链传动0.97摩擦传动平摩擦轮传动0.850.92卷绳轮传动0.95滚动轴承（球轴承取最大值）0.990.995轴承（一对）滑动轴承（液体摩擦取最大值，润滑不良取小值）0.970.995浮动联轴器（十字滑块联轴器等）0.970.99联轴器齿轮联轴器0.99弹性联轴器0.990.995万向联轴器0.950.98单级圆柱齿轮减速器0.970.98两极圆柱齿轮减速器0.950.96减（变）速器单级圆锥齿轮减速器0.950.96两级圆锥圆柱齿轮减速器0.940.95无级变速器0.920.95三）转速的确定电动机转速

10、的可选范围，可根据执行机构转速的要求和各级传动副的合理传动比范围见表2.3）按下式计算：n=in=（ii，i，）nr/minDWww012nWw式中：气一电动机可选转速范围，r/min；i一传动装置总传动比的合理范围；i、i、i一分别为各级传动副传动比的合理范围；012nn一执行机构主轴的转速，r/min.w表2.3各类传动传动比的数值范围传动类型一级开式传动一般范围37最大值W1520圆柱齿轮传动一级减速器3612.5二级减速器84060一级开式传动248圆锥齿轮传动一级减速器236圆锥一圆柱齿轮减速器102540一级开式传动1560120蜗杆传动一级减速器104080二级减速器708003

11、600蜗杆一圆柱齿轮减速器6090480圆柱齿轮一蜗杆减速器6080250开口平带传动246带传动有张紧轮的平带传动358三角带传动247链传动268圆柱摩擦传动248一般多选用同步转速为1500和1000r/min的电动机。如无特殊要求，不采用低于750r/min的电动机。低转速电动机的极数多，外部尺寸及重量都较大，价格高，但可使传动装置总传动比及尺寸较小；高转速电动机则相反。因此确定电动机转速时，应进行分析比较。根据选定的电动机类型、结构、容量和转速，从标准中查出电动机的型号后，建议将其有关数据，按下列表格形式记下备用（电动机的外形和安装尺寸见机械零件设计手册P.858表F1-8）：电动机

12、型号额定功率（kW）同步转速满载转速（r/min）（r/min）中心高（mm）H安装尺轴伸尺平链尺寸寸寸(mm)(mm)C(mm)AXBXDFXG外形尺寸(mm)LX(AC/2+AD)XHD、计算传动装置的总传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比为：ni=m-nw式中:nm电动机的满载转速；nw执行机构的转速.w传动装置若由多级传动装置串联而成，则其总传动比为：i=i0hi2i012n式中：i0、i2in分别为各级传动比。(一)分配传动比时应考虑的问题合理分配传动比是传动装置设计中的一个重要问题，它将影响传动装置的外部尺寸重量及润滑等诸多方面。在具体分配时应考虑以下几点：各级各类传动比值可按

13、表2.2推荐范围选取；在三角带-齿轮减速器传动中，要避免大带轮半径大于减速器输入轴的中心高而造成安装不便。因此，在分配传动比时，应使带传动的传动比小于齿轮传动比；总传动比和中心距都相同而传动比分配不同，对结构尺寸的影响见图2.2所示.粗实线所示的方案中其大齿轮直径较小，从而使传动装置尺寸显得紧凑；厂-2S0.M=3.95图2.2传动比的不同分配对结构尺寸的影响(4)各传动零件之间不应互相干涉，如图2.3所示，图中由于高速级传动比过大，造成高速级大齿轮与低速轴相碰；(5)在卧式齿轮减速器中，常使各级大齿轮直径相近，以便使其浸油深度大致相等。由于低速级齿轮的圆周速度较底，故其大齿轮的浸油深度可略深

14、一些；(6)总传动比分配还应考虑载荷的性质。对平稳载荷，各级传动比可取整数；对于周期性变动的载荷，为防止局部损坏，还通常在齿轮传动中使一对相互噬合齿轮的齿数为互质。(二)传动比分配的参考数据标准减速器的各级传动比是按等强度原则进行分配的。对非标准减速器，则可参考下述数据来分配传动比：(1)对于两级展开式圆柱齿轮减速器，一般按齿轮浸油润滑要求，使各级大齿轮直径相近。推荐if(1.31.6)i，式中if为高速传动比；i为低速级传动比。对fsfs于同轴线式减速器，可取ifi=4i(i减速器总传动比)；Is对于圆锥援助齿轮减速器，为使大圆锥齿轮的尺寸不致过大，应使高速级圆锥齿轮的传动比ifW3,一般取

15、if0.25i,最大允许if4；对于蜗杆一齿轮减速器，可取低速级齿轮传动比is(0.030.06)i；对于两级蜗杆减速器，为了使传动装置结构紧凑，常使两级传动比大致相等，即ifi=4i。传动装置的实际传动比与传动件最终确定的参数(如齿轮、带轮直fs径等)有关，故传动件设计为完毕后，应验算执行机构中主轴的实际转速是否在允许范围内。如果不能满足规定要求，应重新调整传动比。若设计的传动装置并未规定转速允许范围，则通常取5%。四、计算传动装置的运动和动力参数传动装置的运动和动力参数，主要指的是各轴的转速、功率和扭矩，它是进行传动件设计计算的重要依据。以带式输送机传动装置为例，见图2.4。7777777

16、77图2.4带式输送机传动示意图若设定：n1：三角带传动效率；n2:一对轴承效率；n3：齿轮传动效率；n4：联轴器效率；i0、i1.：相邻两轴间的传动比；P0、P：各轴的输入功率，kw；T0、T：各轴的输入扭矩，Nm；n0、n:各轴的转速，r/min。并按电动机轴至执行机构主轴的方向进行推算，则各轴的运动和动力参数计算公式，可列如表2.4所示。表2.4各轴动力参数计算公式轴号功率Pkw转矩TNm转速nr/min传动比电动机轴10PoTo=9950Po/nonoi0I轴P1=PoniTi=Toionini=no/ioiII轴P2=P1.T2=片inn211236=ni/iiiIII轴P3=P2nn3t3=t2inn32223n3=*2/i21W轴P4=P3n2