4 传动系统的方案设计.ppt

1、1,机械设计的基本程序,2,机械系统的组成,3,4 传动系统的方案设计,4.1 传动系统的作用与组成 4.2 传动系统的类型与选择 4.3 传动系统的特点与性能 4.4 机械传动系统的设计程序 4.5 传动系统的运动设计 复习思考题,4,4.1 传动系统的作用与组成,4.1.1 传动系统的作用 4.1.2 传动系统的组成,5,4.1.1 传动系统的作用,传动系统（传动装置）是将动力机产生的运动和动力传递给执行机构或执行构件，以实现预定功能的装置。,动力传动：以传递动力为主； 运动传动：以传递运动为主 (如控制传动)。,6,7,1) 把动力机输出的速度降低或增高，以适用执行机构的需要。 2) 实

2、现变速传动以满足执行机构的经常变速要求。 3) 把动力机输出的扭矩，变换为执行机构所需要的扭矩或力。 4) 把动力机输出的等速运动，转变为执行机构所要求的、其速度按某种规律变化的旋转或其他类型的运动。 5) 实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不同速度的执行机构。 6) 由于受机体外形、尺寸的限制或为了安全和操作方便，执行机构不宜与动力机直接联接时，也需要用传动装置来联接。,4.1.1 传动系统的作用,8,传动链：组成传动联系的一系列传动件。,所有传动链以及它们之间的相互联系组成机械传动系统,4.1.2 传动系统的组成,9,4.1.2 传动系统的组成,（1）传动系统的主体部分 变速装置。 （

3、2）操纵和控制系统 起停和换向装置 制动装置。 （3）辅助系统 安全保护装置等。,把动力机的动力和运动传递给执行机构， 使之实现预定功能(包括运动或力)的装置。,通过人工操作或自动控制改变动力机 或传动系统的工作状态和参数， 使执行机构保持或改变其运动或动力的装置。,为保证传动正常工作、改善操作条件 和延长使用寿命而设的装置 。,10,变速装置,变速装置的作用：改变动力机的输出转速和转矩以适应执行机构的需要。,常用的变速装置： 1交换齿轮变速机构 2滑移齿轮变速机构 3啮合器变速机构 4. 背轮变速机构,1.交换齿轮变速机构,SG8630高精度丝杆车床传动系统图,两对交换齿轮：A-B、C-D,

4、12,1.交换齿轮变速机构,优点：结构简单，不需要变速操纵机构，轴向尺寸小，变速箱的结构紧凑，与滑移齿轮变速相比，实现同样的变速级数所用的齿轮数量少。,缺点：更换齿轮费时费力，交换齿轮是悬臂安装，刚性和润滑条件较差。,适用于不需要经常变速的机械，如各种自动和半自动机械。,2滑移齿轮变速机构,12级传动系统图,2轴：三联、双联滑移齿轮,3轴：双联滑移齿轮,14,2滑移齿轮变速机构,优点：能传递较大的扭矩和较高的转速； 变速方便，串联几个变速组便可实现较多的变速 级数； 没有常啮合的空转齿轮，因而空载功率损失较小。缺点：滑移齿轮不能在运转中变速，为便于滑移啮合，多用直齿齿轮传动，因而传动不够平稳。

5、,15,3啮合器变速机构,啮合器分普通啮合器和同步啮合器两种，广泛用于汽车、叉车、挖掘机等行走机械的变速箱中。啮合器变速机构可采用常啮合的传动，运动平稳，能在运转中变速，并可传递较大扭矩。 普通啮合器的结构简单，但轴向尺寸较大，变速过程中易出现顶齿现象，故换档不太轻便，噪声较大。为改善变速性能，目前在中小型汽车和许多变速频率高的机械中多采用同步啮合器变速。 同步啮合器的工作原理是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，然后才使它们进入啮合，即先同步后变速。这可避免齿轮在变速时产生冲击，使变速过程平稳。,16,3啮合器变速机构,锥形常压式同步啮合器结构图,1-左齿环 2、5-内锥面减

6、摩衬套 3-定位销 4-啮合套 6-套筒 7-右齿环 8-花键轴,17,4. 背轮变速机构,18,起停和换向装置,设计起停和换向装置时要考虑的主要因素： 1. 工况 2. 动力机的类型和功率 3. 起停与换向的操纵方式,作用：控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向。,基本设计要求：起停和换向方便省力，操作安全可靠，结构简单，并能传递足够的动力。,19,起停和换向装置,各种工况下的机械对起停和换向的使用要求： 1) 不需要换向且起停不频繁。这种工况多出现在自动机械中，这类机械的工作循环是自动完成的，可连续运行而不需要停车。 2) 需要换向但换向不频繁。 3) 换向和起停都很频繁。,20,在选择

7、起停和换向装置时，除应考虑机械的工况外，还应考虑动力机的类型与功率以及起停和换向的操纵方式。,起停和换向装置,1)动力机为电动机 允许在负载下起动，可以正反运转。当换向不频繁或换向虽频繁但电动机功率较小时，可直接由电动机起停和换向。优点是结构简单，操纵方便，因此得到广泛的应用。 当功率较大且起停和换向频繁时，常采用离合器起停和换向。执行机构的转速较高时采用摩擦离合器，执行机构的转速较低时可采用牙嵌离合器等刚性的啮合式离合器。,2)动力机为内燃机 不能在负载下起动，必须用摩擦离合器或液力偶合器来实现起停； 不能反向运转，执行机构需要反向时应在传动链中设置反向机构。,21,起停和换向装置,在选择起

8、停和换向装置时，除应考虑机械的工况外，还应考虑动力机的类型与功率以及起停和换向的操纵方式。,1)用离合器实现起停时，为了减小摩擦离合器的结构尺寸，应将它放置在转速较高的传动轴上。由于靠近动力机，故当离合器脱开时，传动链中大部分传动件停止运动，可以减少空转功率损失。,2)换向机构放在靠近动力机的转速较高的传动轴上，也可使其结构紧凑。但会使换向的传动件较多，能量损失较大。因此，对于传动件少、惯性小的传动链，宜将换向机构放在前面即靠近动力机处，反之，宜将换向机构放在传动链的后面即靠近执行机构处，以提高传动的平稳性和效率。,22,起停和换向装置,典型结构1： 齿轮摩擦离合器换向机构,齿轮摩擦离合器换向

9、机构传动原理图,23,起停和换向装置,典型结构2： 钢球压紧式摩擦离合器换向机构,钢球压紧式摩擦离合器换向机构结构图 1、7-螺母 2-锁紧销 3、6-压紧套 4-锥面套筒 5-钢球 8-花键轴 9-销 10-操纵套 11-外摩擦片 12-内摩擦片 13-止动环,24,起停和换向装置,典型结构3： 齿轮换向机构结构图,25,制动装置,制动器：使运转中的机构或机器迅速减速、停止并保持停止状态的装置；有时也用做调节或限制机构或机器的运动动速度。 对于起停频繁或运动构件惯性大、运动速度高的传动系统，应安装制动装置； 执行机构频繁换向时，也应先停车后换向； 制动机构还可用于机械一旦发生事故时紧急停车，

10、或使运动构件可靠地停止在某个位置上。,26,制动装置,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，重量轻，散热良好，便于安装维护。,常用的制动方式有电动机制动和机械制动。用电动机起停和换向时，常采用电动机反接制动。它具有结构简单、操作方便、制动迅速等优点，但反接制动电流较大，传动系统受到的惯性冲击较大。当传动链较长、起动比较频繁、传动系统惯性较大及传递功率较大时，常采用机械制动方式，如闸带式、外抱块式、内张蹄式和盘式等接触式制动器。此外，还经常使用磁粉式、磁涡流式和水涡流式等非接触式制动器。,27,制动器分类,28,制动装置,制动器的设计与安装应考虑的问题： 1) 制动器

11、与离合器必需互锁。 2) 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、制动灵活，则制动器可直接安装在主轴或其他执行机构上。通常，制动器安装在转速较高、变速范围较小的轴上。 3) 闸带式制动器的操纵力应作用在制动带的松边。,29,制动装置,30,制动装置,31,制动装置,32,制动装置,闸带式制动器结构图 1-操纵杆 2-杠杆 3-制动带 4-制动轮 5-调节螺钉,33,制动装置,34,制动装置,盘式制动器：从制动盘两侧施 加制动力，制动轴不承受弯矩， 制动盘质量轻，转动惯量小， 散热条件好。 通常用弹簧和液压缸进行

12、松闸和紧闸。,35,安全保护装置,机械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，以避免损坏传动机构。如果传动链中有带、摩擦离合器等摩擦副，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销等过载保护装置。当传动链所传递的扭矩超过规定值时，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扭矩的传递。,安全保护装置,常用的安全保护装置：,1销钉安全联轴器,剪断销结构图 a) 径向剪断销 b) 周向剪断销,原理：在传动链中设置一个最薄弱的环节,安全保护装置,常用的安全保护装置：,2钢珠安全离合器,钢珠安全离合器结构图 1-齿轮 2-

13、钢珠 3-垫板 4-圆盘 5-弹簧 6-调整螺母 7-螺套,灵敏度高，工作可靠，结构简单；打滑时冲击大，连接刚度小,安全保护装置,常用的安全保护装置：,3摩擦安全离合器,单圆锥摩擦安全离合器结构图 1-内锥面摩擦盘 2-外锥面摩擦盘 3-弹簧 4-压紧盘 5-调整螺母 6-套筒,结构简单，多用于传递扭矩不大的场合,39,联轴器,由于设计、制造、安装和运输等方面的原因，一部机器往往分为若干个小机械装置或大部件，然后用联轴器联接起来。 联轴器：联轴器就是连接两轴（或联接轴与回转体）并在传递转矩过程中一同回转而不脱开的一种装置。,40,联轴器,41,联轴器,作用： 减小和限制所联两轴的相对偏移量。

14、缓冲减震，改善传动性能。,42,联轴器功能,43,联轴器轴孔与轴的联接,44,联轴器,45,离合器,离合器是主、从动部分在同轴线上传递转矩和旋转运动时，在不停机状态下实现分离和接合的装置。 基本要求：接合平稳、分离彻底，动作准确；结构简单，外廓尺寸、重量和转动惯量小；工作安全可靠、操纵方便、省力。,46,离合器分类,47,离合器分类,48,牙嵌式离合器和齿轮式离合器属于刚性传动，传动比准确，可传递较大扭矩，但不能在运转中变速。 摩擦式离合器是靠摩擦片之间的摩擦力传递扭矩，可在运转中变速，结合平稳、无冲击，并可起过载保护作用。但结构复杂，传递大扭矩时体积较大，传动比不准确，此外，摩擦离合器也是一

15、个热源和噪声源。,牙嵌式离合器 齿轮式离合器 摩擦片式离合器,49,4.2 传动机构的类型及其选择,4.2.1 传动系统的类型 4.2.2 传动类型的选择,50,4.2 传动机构的类型及其选择,4.2.1 传动系统的类型 机械的传动装置种类很多，通常可按下表中所列原则进行分类。除此之外，还可根据速度、功率、自由度、轴线相对位置和传动用途的不同分类。,51,4.2 传动机构的类型及其选择,4.2.2 传动类型的选择,机械传动类型的选择需综合考虑以下条件： 工作机的工况，包括工作机的负载特性、工作制度及运行状态等； 动力机的机械特性和调速性能； 传动系统的设计要求，包括性能、尺寸重量和结构布置方面

16、的要求； 工作环境，如高温、低温、潮湿、多尘、腐蚀、易燃及防爆等； 制造工艺性和经济性要求，包括制造和维修费用、传动效率和使用寿命等。,52, 对于小功率传动，应在满足工作性能的要求下，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用； 对于大功率传动，应优先考虑传动装置的效率，以节约能源、降低运转和维修费用； 当机器要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接联接或采用固定传动比装置。当机器要求变速范围大，用动力机调速不能满足机械特性和经济性要求时，应采用变传动比传动。其中绝大部分应采用有级变速传动，只有当机器需连续变速时，才考虑采用无级变速传动； 当载荷变化频繁，且可能出现过载时，应考虑过载保护

17、装置； 当机器工作机构的运动要求与动力机同步或严格的传动比时，应采用无滑动的传动装置； 传动装置的选用必须与制造技术水平相适应，应尽量选用专业厂生产的标准零部件或产品。,4.2 传动机构的类型及其选择,4.2.2 传动类型的选择 选择的基本原则：,53,定传动比传动,定比传动系统执行机构的速度或转速是固定的，即其传动系统具有固定的传动比，组成传动链的各个环节也应有固定的传动比。,起重机传动系统简图,1-减速器 2-制动器 3-电动机 4-卷筒 5-钢丝绳 6-吊钩,54,变速传动系统,变速传动系统执行机构的转速可在预定范围内改变，即其传动系统具有可调的传动比。变速传动系统分为分级变速传动系统和

18、无级变速传动系统。分级变速传动系统只能在一定转速范围内输出有限的几种转速，而无级变速传动系统能够使执行机构的输出转速在一定转速范围内任意改变。,55,单流传动,56,分流传动1：独立驱动传动系统,57,分流传动1：集中驱动传动系统,由一个动力机对多个执行机构进行集中驱动。有三种情况：1) 执行机构间有一定的传动比要求 2) 各执行机构之间有动作要求 3) 各执行机构间的运动相互独立,控制主轴筒的转位,控制送料机构,控制主轴的夹料机构,推动横刀架移动,推动纵刀架移动,调整切削速度和进给量,58,联合驱动传动系统,对于低速、重载、大功率、执行机构少而惯性大的机械，多用由两个或多个动力机经各自的传动

19、链联合驱动一个执行机构。 联合驱动的优点是可以使机械的工作负载由多台动力机分担，每台动力机的负载减小，因而使传动件的尺寸减小，整机的重量减轻。,混流传动,汇流传动,59,4.3 传动系统的特点与性能,机械传动的特点和性能见：书p111-112 表4-2。,60,4.4 机械传动系统的设计程序,机械传动系统的设计通常是在动力机选型和执行机构运动设计完成后进行，是机械总体方案设计的重要组成部分。机械传动系统的设计程序包括以下几方面。,确定传动系统的总传动比 选择传动类型，拟定传动系统的的布置方案 分配总传动比 计算机械传动系统的性能参数 确定机械传动装置的主要几何尺寸,61,1. 确定传动系统的总

20、传动比,传动系统的总传动比i为 式中 nr，nc传动系统输入轴和输出轴的转速。 通常输入轴的转速为动力机的转速，输出轴的转速为执行机构所需转速。,62,63,2. 选择传动类型，拟定传动系统的的布置方案,首先根据机器设计的总体要求以及各种传动的性能和特点，合理地选择相应的传动类型。由于不同的机器具有不同的功能要求，一些机器常需选用不同传动机构组成多级传动，因而在选择传动类型时就涉及到布置传动机构的先后次序问题，它对整个机器的工作性能和结构尺寸有着重要的影响。,64,2. 选择传动类型，拟定传动系统的的布置方案,合理布置传动机构顺序的一般原则： 使传动系统的尺寸小结构紧凑； 使机器运转平稳、减小振动和噪音； 尽量提高传动系统的效率，减少功率损耗； 使传动系统的运动链尽量简单； 有利于加工制造和安装维修； 其他要求。,65,3. 分配总传动比,总传动比确定后要把它分配到各级传动上，总的要求是应使各级传动结构紧凑、工作可靠、成本低、承载能力和效率高。 总传动比i和各级传动比的关系为,66,4. 计算机械传动系统的性能参数,机械传动系统的性能参数包括各级传动的转速、效率和转矩等，是机械传动系统方案优劣的重