第十四章机构的选型、组合及机械传动系统的设计
机械传动机构设计
机械传动机构设计1. 引言机械传动机构是实现不同部件间机械能的传递的重要组成部分。
在机械系统中，传动机构扮演着关键的角色，负责将原动机的功率传递给各个工作部件，实现机械系统的正常运转。
本文将介绍一种机械传动机构的设计方法，以及相关的注意事项和优化技巧。
2. 传动机构设计方法传动机构的设计方法可以分为以下几个步骤：2.1 确定传动需求首先，需要明确传动机构的具体需求，包括传递的功率、转速比、运动模式等。
根据需求确定传动机构的工作条件和限制条件。
2.2 确定传动方案根据传动需求，选择适合的传动方式，常见的传动方式包括齿轮传动、链传动、皮带传动等。
根据传动方式确定传动元件的类型和数量。
2.3 计算传动参数根据传动方案，计算传动参数，包括齿轮的模数、啮合角、链条的长度等。
确保传动的可靠性和效率。
2.4 设计机构尺寸根据传动参数，设计传动机构的各个部件的尺寸，包括齿轮的模数、齿宽、轴的直径等。
确保机构的刚度和强度满足要求。
2.5 优化设计对传动机构的设计进行优化，包括减小传动误差、提高传动效率、降低噪音和振动等。
可以采用软件模拟和实验测试相结合的方法进行优化。
3. 传动机构设计注意事项在进行传动机构设计时，需要注意以下几点：3.1 传动可靠性传动机构的可靠性是设计的关键目标之一。
需要确保传动元件的强度和刚度满足要求，避免断裂和变形。
3.2 传动效率传动机构的效率直接影响机械系统的能量损耗和工作效率。
设计时应选择合适的传动方式，减小传动损失，提高传动效率。
3.3 传动误差传动机构中存在一定的传动误差，包括齿轮啮合误差、链条弹性和跳动等。
设计时需要考虑传动误差对工作精度的影响，并采取相应的措施减小误差。
3.4 轴承选择传动机构中的轴承承担着支撑和导向的作用。
选择合适的轴承类型和尺寸，确保传动顺畅和稳定。
3.5 润滑和密封传动机构中的润滑和密封对传动效率和寿命有着重要影响。
设计时需要考虑合理的润滑方式和密封结构。
机械设计中的传动元件选型与设计
机械设计中的传动元件选型与设计机械设计中的传动元件选型与设计是一项关键性工作，它直接影响到机械装置的运行效能和寿命。
本文将探讨机械设计中传动元件的选型原则、设计步骤以及常见的传动元件类型。
一、传动元件选型原则传动元件选型的目标是在满足设计要求的前提下，选择最合适的传动元件。
在选型过程中，需要考虑以下几个关键因素：1. 转矩和转速要求：根据机械装置的负荷特性和运行要求，确定所需的最大转矩和转速。
2. 工作环境：考虑机械装置所处的工作环境，包括温度、湿度、清洁度等因素，选择适应环境的传动元件材料和防护措施。
3. 节能要求：尽可能选用效率高、摩擦小的传动元件，以减小传动损失，提高能源利用率。
4. 寿命要求：根据机械装置的使用寿命要求和维护周期，选择耐磨损、耐腐蚀、寿命长的传动元件。
5. 加工和维修便捷性：考虑传动元件的加工难度和维修成本，选择加工容易、维护便捷的传动元件。
二、传动元件设计步骤在进行传动元件设计时，需要按照以下步骤进行：1. 确定传动方式：根据机械装置的特点和应用要求，选择合适的传动方式，如齿轮传动、带传动、链传动等。
2. 计算传动比：根据所需的转速比和转矩比，计算出合适的传动比，确定初步的传动方案。
3. 选取传动比范围内的传动元件：根据初步的传动方案，选取合适的传动元件，包括齿轮、皮带、链条等。
4. 进行校核计算：根据传动元件的几何参数和工作条件，进行校核计算，包括强度校核、接触疲劳寿命计算等。
5. 进行传动元件的布置和优化：根据实际情况，进行传动元件的布置和优化设计，确保传动系统的紧凑性、协调性和稳定性。
6. 进行传动系统的动力学分析：根据传动元件的特性和工作条件，进行传动系统的动力学分析，包括功率损失、振动、冲击等方面的分析。
三、常见的传动元件类型1. 齿轮传动：齿轮传动是一种常用的传动方式，可分为直齿轮、斜齿轮、螺旋齿轮等，广泛应用于各种机械装置中。
2. 带传动：带传动是一种采用带条进行动力传递的方式，具有噪音低、传动平稳等特点。
机械传动系统方案设计
目旳：获得新旳机构或特性，已满足使用规定。
1）变化构件构造形状
若将摆动导杆机构中旳直线导 槽改为圆弧导槽，运动到左侧 时，可获得较长时间旳停歇。
中南大学专用
潘存云专家
2）变化构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大，槽数无穷多时,
槽条机构
3）选不一样旳构件作为机 架
----3机构旳倒置 3
2
2
1
曲柄滑块机构
往复运动
连杆机构 凸轮机构 螺旋机构
正弦机构 正切机构 六连杆机构
齿轮齿条机构
组合机构
液压缸、气缸
螺旋机构旳特点：可获得大旳减速比和较高旳运动精 度，常用作低速进给和精密微调机构。
齿轮齿条机构旳特点：合用于移动速度较高旳场所， 精密齿条制造困难，传动精度及平稳性不及螺旋机构。
中南大学专用
机械传动系统旳作用就是将原动机旳运动和动力传递到执行构件，故原动机旳类型和执行构件旳运动形式、运动参数、运动方位等
执行构件的数目 都决定了传动系统旳方案。执行构件旳运动设计和原动机旳选择,就是根据确定旳工作原理和工艺动作过程，确定执行构件旳数目、
运动形式、运动参数、运动协调关系，并选择合适旳原动机旳类型和运动参数与之相配。
中南大学专用
潘存云专家
B
A
C
D
潘存云专家
E
搅拌机构
齿轮----连杆组合机构
中南大学专用
凸轮----连杆组合机构
联动凸轮机构
潘存云专家
二、机构旳变异 构件构造形状 运动尺寸 更换机架 或原动件
增长辅助构件
当所选机构不能满足机械提出旳运动和动力规定期，或者为了改 善所选机构旳性能或构造时，可以通过变化机构中某些构件构造 形状、运动尺寸、更换机架或原动件、增长辅助构件等措施获得 新旳机构或特性。此称为机构旳变异
14机械传动系统的方案设计
⑷ 再现轨迹的机构
再现轨迹 机构
连杆机构 齿轮—连杆组合机构 凸轮—连杆组合机构 联动凸轮机构
一般而言，除了凸轮机构能实现精确的曲线轨迹之外， 其它机构都只能近似实现预定的曲线轨迹。
C E
BA D
搅拌机构
齿轮—连杆组合机构
联动凸轮机构
凸轮—连杆组合机构
此抓片机构采用了联动凸轮 机构，通过两凸轮的联动作用， 使抓片爪按矩形轨迹运动，从而 达到间歇抓片的目的。
冲制
退回
确定方案时应注意两点 ⑴ 用最简单的方法实现 同一功能。
⑵ 注意光、机、电、流 体等知识的综合运用。
用最简单的方法实现功能举例
图示按摩椅中的按摩轮利用一 个偏心空间凸轮，同时实现三维方 向的按摩作用—径向振动挤压、向 下推拉和横向推拉，构思巧妙，结 构非常简单。
按摩轮 r B
光、机、电、流体等知识的综 合运用举例
传动比不准确、传递功率小、效率低。
⑵ 实现单向间歇转动的机构 槽轮机构 适用于转角固定的转位运动
单向间歇 转动机构
棘轮机构 每次转角小，或转角大小可调的低速场合
不完全齿轮机构 大转角而速度不高的场合
运动平稳、分度、定位准确，
凸轮式间歇运动机构 但制造困难、高精度定位、高
速场合
齿轮--连杆机构 特殊要求的输送机构
执行构件动作的协调配合
● 送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压 ● 冲头上移一段距离后，进行下次送料动作
折叠包装机构的两个执行构件
两个构件不能同时位于区 域MAB中，以免干涉。
左右折折边构构件件 包包装装纸纸 右右折折边边构构件件
M
B
333A3
111
饼饼干干
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。
第十二章、十四章习题06(参考答案)
第十二章其他常用机构一、选择题：1、用单万向节传递两相交轴之间的运动时，其传动比为变化值；若用双万向节时，其传动比C。
(A) 是变化值；(B) 一定是定值；(C) 在一定条件下才是定值2、在单向间歇运动机构中， A 的间歇回转角在较大的范围内可以调节。
（A）槽轮机构(B) 棘轮机构（C）不完全齿轮机构(D) 蜗杆凸轮式间歇运动机构3、在单向间歇运动机构中， C 可以获得不同转向的间歇运动。
（A）不完全齿轮机构(B) 圆柱凸轮间歇运动机构（C）棘轮机构(D) 槽轮机构4、家用自行车中的“飞轮”是一种超越离合器，是一种 C 。
（A）凸轮机构(B) 擒纵轮机构（C）棘轮机构(D) 槽轮机构二、填空题：1、棘轮机构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪组成，可实现运动，适用于低速轻载的场合。
其棘轮转角大小的调节方法是：改变主动摇杆摆角的大小、加装一棘轮罩以遮盖部分棘齿。
2、槽轮机构是由主动拨盘、从动槽轮、机架组成，优点是：结构简单、外形尺寸小、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位，缺点是：存在柔性冲击，适用于速度不太高的场合。
3、擒纵轮机构由擒纵轮、擒纵叉、游丝摆轮及机架组成。
4、擒纵轮机构优点是结构简单，便于制造，价格低廉，缺点是振动周期不很稳定，故主要用于计时精度要求不高、工作时间较短的场合。
5、凸轮式间歇运动机构由主动轮和从动盘组成，主动凸轮作连续转动，通过其凸轮廓线推动从动盘作预期的间歇分度运动。
优点是：动载荷小，无刚性和柔性冲击，适合高速运转，无需定位装置，定位精度高，结构紧凑，缺点是：加工成本高，装配与调整的要求严格。
6、不完全齿轮机构由一个或一部分齿的主动轮与按动停时间要求而作出的从动轮相啮合，使从动轮作间歇回转运动。
工作特点是：结构简单，制造容易，工作可靠，动停时间比可在较大范围内变化，但在从动轮的运动始末有刚性冲击，适合于低速、轻载的场合。
7、螺旋机构是由螺杆、螺母和机架组成，通常它是将旋转运动转换为直线运动。
机械设计基础传动系统和机构设计
机械设计基础传动系统和机构设计机械设计基础：传动系统和机构设计在机械设计中，传动系统和机构设计是非常重要的部分。
传动系统是指将动力从一个地方传输到另一个地方的机制，而机构设计则是指用于实现特定功能的装置或结构。
一、传动系统的基本原理传动系统主要用于将动力从一个设备传递到另一个设备，以实现所需的运动或力的转换。
常见的传动系统包括齿轮传动、皮带传动和链传动等。
1. 齿轮传动齿轮传动是一种常见的机械传动方式，其主要通过两个或多个齿轮的啮合来传递动力。
不同大小的齿轮之间的传动比决定了输出轴的转速和扭矩。
2. 皮带传动皮带传动采用皮带与轮齿啮合的方式传递动力。
与齿轮传动相比，皮带传动可实现更大的传动比，且运行平稳。
3. 链传动链传动利用链条与齿轮或链轮的啮合来传递动力。
链传动具有较大的传动比和较高的传动效率，常用于高负载或高速的传动系统中。
二、机构设计的基本原理机构设计涉及到将多个零部件组合起来以实现特定的功能。
在设计机构时，需要考虑运动要求、结构强度和稳定性等因素。
1. 运动要求机构设计的首要考虑因素是实现所需的运动类型，例如旋转、直线运动或摆动。
通过选择合适的连杆、曲柄轴和齿轮等组件，可以实现不同类型的运动。
2. 结构强度机构设计中的结构强度是确保机构能够承受所需负载并保持稳定运行的重要因素。
在选择材料和尺寸时，需要考虑到材料的强度、刚度和耐磨性等因素。
3. 稳定性机构设计时需要保证结构的稳定性，以防止振动、共振和其他不稳定现象的发生。
通过添加减振装置、调整结构刚度和使用合适的润滑剂等方法可以提高稳定性。
三、机械设计的案例研究为了更好地理解机械传动系统和机构设计的原理，以下是一个案例研究：假设我们需要设计一种用于升降货物的传动系统和机构。
我们需要实现以下功能：通过电动机将动力传递给升降装置，使其能够顺利升降货物。
首先，我们选择合适的传动方式。
考虑到需要较大的传动比和较高的传动效率，我们选择齿轮传动作为传动方式。
SH14B
运动分析和动力分析
系统方案拟定
对整个执行系统进行运动分析和动力 分析，检验其是否满足运动要求和动力性 能方面的要求。
执行构件的运动形式
机构及其选型
1.旋转运动
2.直线运动
①连续旋转运动 ②间歇旋转运动 ③往复摆动
①往复移动 ②间歇往复移动 ③单向间歇直线移动
3.曲线运动
4.刚体引导运动
实现各运动特性的机构 机构及其选型
+
a
b
c
机械系统的组成
概述
产生机械能的 装置.在机械行业 , 一般常用电动 机.
将动力机的运动和 动力, 传送给执行机构 的装置.如减速箱、变 速箱, 主要用于变换运 动或动力参数.
完成机器所要求实现 的各种功能动作(运动)的 构件.如牛头刨床中,使刨
刀产生往复切削运动的导 杆机构.
原动机
传动机构
操纵控制及辅助装置
• 操纵方便、调整容易、安全耐用；
• 有较高的生产效率和机械效率；
• 加工制造方便，成本低。
系统方案拟定
功能要求
重新构思功能原理
改
执 行
功能原理设计
变
运动规律设计
构思新的运动规律
设 计 策
机
改变机构型式
略
执行机构型式设计
构 方
执行构件协调设计
案改 变
机构尺度设计
设
机 构
运动分析和动力分析
计参 数
方案评价
机构及其选型
定性分析项目
功 增力性能
能 自锁性能
质 量
传力性能
磨损情况
经 运动时间
济 适应工作尺寸变化的能力
适 应
运动副数目
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优先选用基本机构，再选变异或组合机构。
§14—3 拟定机构的组合方案
一、功能分解组合法
基本思路：
分析生 找出 产任务 总功能
找出
找出 分解
子功能1 细分 子功能2 ┊
组合 多种总
元功能1 元功能2 ┊
基础机构 基础机构 ┊
体方案
优点：可组合成多种方案，从中选择最佳方案，可避免遗 漏可能存在的好方案。
２、按执行构件的功用选择机构
执行构件的功用如:夹紧、分度、 定位、 制动 、 导向、脱离、连接等. ３、按不同的动力源选择机构 原动机的输出运动有:
连续转动: 如电动机,液压马达. 往复移动: 如直线电动机,活塞式油缸或气缸. 往复摆动: 如双向电动机,摆动的活塞式油缸或气缸.
４、按先易后难选择机构
机械传动系统的运动方案设计主要包括： 1、根据机器的生产用途确定实现工作过程的运动方案
（工作原理的拟定）；包括执行构件的设计。
2 、机械传动系统设计(绘制机构运动简图)； 涉及机构的选型（变异）和组合
3 、制定机器的工作循环图；
表达各执行构件的动作协调问题.
§14—2 机构的选型
机构类型的选择将直接关系到传动系统方案设计的 适用性,可靠性及先进性． * 选型时应考虑的几个问题: １、按运动形式选择机构 1） 传递连续回转运动的机构
第十四章
机械传动系统的方案设计简介
（机构的选型、组合）
§14—1 概述
§14—2 机构的选型
§14—3 拟定机构的组合方案
§14—1 概述
任何一部机器,都是由: 原动机 机械传动系统 执行构件
由若干基本机构组成
机械传动系统设计包括:运动设计,动力设计,结构设计. 机械传动系统的运动设计是为了满足减速,增速,转换运 动形式和使各构件协调配合等要求。 本章只涉及运动设计(机构运动简图设计)
两轴平行: 如圆柱齿轮传动、轮系、双曲柄机构、 链传动、带传动等。 两轴不平行: 如圆锥齿轮传动、蜗杆传动、 螺旋齿轮传动等
2）实现往复移动和往复摆动的机构 连杆机构: 曲柄滑块、曲柄摇杆、双摇杆机构、 导杆机构、正弦机构等。 凸轮机构：直动从动件、摆动从动件等。 齿轮机构： 齿轮齿条机构。 螺旋机构: 3）实现单向间歇运动的机构 如棘轮机构、槽轮机构、 不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构等 4）实现再现轨迹的机构 四连杆机构、多杆机构、或齿轮—连杆组合机构、 凸轮—连杆组合机构等
缺点：工作量大。
例：设计手动加压装置 应有两个基本功能： （1）运动形式的转换功能（转变移）； （2）运动缩小功能。 任务：找出与能实现每个功能相对应的基本机构（可 列成“矩阵表”）
凸轮机构
螺旋机构
曲柄滑块机构
齿条机构
功能1
凸轮机构
功能2
斜面机构Βιβλιοθήκη 双摇杆机构带传动二、拟定机构组合方案的一般原则：
1、采用尽可能简短的运动链 ２、应使机械有较高的机械效率
３、合理安排不同类型传动机构的顺序 4、 保证机械的安全运转