机械传动部件的选择与设计
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。
机械零件的设计与选型
机械零件的设计与选型在机械工程领域中，机械零件的设计和选型是至关重要的环节。
合理的设计和选型能够有效提高机械装置的性能、减少故障率，从而提高工作效率和可靠性。
本文将介绍一些机械零件设计和选型的基本原则，并通过实例说明其应用。
一、设计原则机械零件的设计需要遵循几个基本原则，包括合理性、可靠性、节能性和易维护性。
1. 合理性：设计应符合机械装置的工作要求和使用环境。
需要充分考虑各种因素，如载荷、运动方式、工作温度等，以保证零件能够正常工作。
2. 可靠性：机械零件的设计需要有足够的可靠性，能够承受一定的载荷并长时间运行。
在设计中需要考虑材料的强度和耐磨性等指标，以确保零件的使用寿命。
3. 节能性：设计应尽量减小能量损失，提高机械装置的能源利用效率。
可以通过优化摩擦副设计、减少机械零件的质量等方式实现节能目标。
4. 易维护性：机械零件的设计需要考虑到维修和保养的便利性。
应合理设置检修口和拆卸装置，以方便维护人员进行保养和故障排除。
二、选型原则机械零件的选型是根据设计要求和使用环境来选择最合适的零件。
选型时需要考虑以下几个原则：适用性、可靠性、成本和供货。
1. 适用性：根据机械装置的工作要求，选择具备所需性能指标的机械零件。
例如，在选择轴承时，需要考虑负载能力、转速限制和寿命等指标，以确保选用的轴承能够适应工作条件。
2. 可靠性：选型时需要考虑零件的质量和可靠性指标。
可通过查阅厂家提供的技术资料和产品测试报告来评估零件的可靠性。
3. 成本：选择机械零件时需要综合考虑价格、性能和质量等因素。
应选用性价比较高的零件，以保证机械装置的经济性。
4. 供货：选型时需要注意零件的供货情况。
应选择那些供应稳定、有保障的零件，以免后期因零件供应问题导致工作中断。
三、实例分析为了更好地理解机械零件设计和选型的原则，我们以齿轮的设计和选型为例进行分析。
齿轮作为机械传动中常用的零件，其设计和选型对于机械装置的正常运行至关重要。
机电一体化系统设计教案2
（3）滚珠丝杠副的典型结构类型 主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的 循环方式、消除轴向间隙的调整与预 紧方式三种形式进行分类。 1）按螺纹滚道截面形状分类： 分单圆弧型和双圆弧型两类。
b b
b
a) 单圆弧型滚道
b) 双圆弧型滚道
b
单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点
单圆弧滚道：结构简单， 传递精度由加工质量保证， 轴向间隙小，无轴向间隙 调整和预紧能力，加工困 难，加工精度要求高，成 本高，一般在轻载条件下 工作。 双圆弧滚道：结构简单， 存在轴向间隙，加工质量 易于保证，在使用双螺母 结构的条件下，具有轴向 间隙调整和预紧能力，传 递精度高。
工 厚 励德 志达 勤理
机电一体化机械系统的特殊要求
机电一体化的机械系统与一般机械系统 相比，具有一定的特殊要求：
（1）较高的定位精度。
工 厚 励德 志达 勤理
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。 （3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 （4）高的谐振频率、合理的阻尼比。 这表明了机械系统部件选择与设计时的特 点和要求。
非接触盘式电磁离合器/制动器
工 厚 励德 志达 勤理
非接触式导轨式电磁制动器
工 厚 励德 志达 勤理
（5）滚珠丝杠副的润滑与密封 润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。 密封：接触式密封（动或静密封） 和非接触式密封（迷宫式密封）。 防尘与防护：折叠式防尘套、伸缩 式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。
工 厚 励德 志达 勤理
双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副
——主要用于重载，以传递动力和运动 为主，对传递动力和运动的平稳性有较 高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防 尘效果好的高精度机器设备上。
预拉方向 调整垫片 螺母A 螺母B 预拉方向
机电一体化(第2章 机械系统)
与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统 的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要 快，稳定性要好），为达到要求，在设计中常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等 要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：
（1）单推-单推式
可预拉伸安装，预紧力大， 轴向刚度较高。
简易单推-单推式支承
（2）双推-双推式
轴向刚度最高，适于高刚度、 高速、高精度的丝杠传动。 对丝杠热变形敏感。
（3）双推-简支式
预紧力小，寿命长，常用 于中速、高精度的长丝杠 传动系统。注意丝杠热变 形影响。
（4）双推-自由式
承载能力小，轴向刚度低，多用于 短程、轻载、低速的垂直安装。
4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的 措施； 5) 提高刚度 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振 动、降低噪声。选材上；结构轻型化、紧密化。
这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。
二、机械传动部件的选择与设计
机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速，它实质上 是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在 转矩与转速方面得到最佳匹配。
（3）谐振频率 包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计 阻尼，可简化为质量-弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振 频率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系 统固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。
还有电气驱动部件的谐振频率。
（4）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。
实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很 大的不同。
（一）机械传动部件的功能要求及常用的传动部件
机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性以及传 动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重 要影响。机电一体化系统设计时，需要选择传动间隙小、精度 高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。
机械设计课程设计螺旋式输送机传动装置主要零部件设计
机械设计课程设计螺旋式输送机传动装置主要零部件设计螺旋式输送机是一种常见的物料输送设备，广泛应用于食品、化工、冶金、建材等行业中。
其主要作用是通过螺旋叶片将物料从一个地方输送到另一个地方。
而传动装置则是螺旋式输送机中至关重要的一部分，它能够使螺旋叶片旋转并带动物料进行输送。
在机械设计课程设计中，螺旋式输送机传动装置主要零部件的设计是一个重要的任务。
这其中，主要包括电机、减速器、联轴器、轴承等部件的设计。
首先，电机是传动装置的核心部件，其功率大小应该根据所需输送物料的重量和长度来确定。
同时，在选型时还需要考虑到电机的转速、效率以及可靠性等因素。
其次，减速器的设计也非常关键。
减速器的作用是将电机的高速旋转转换成适合输送物料的低速旋转。
在设计减速器时，需要根据运行条件和要求，确定减速比、传动效率和承载能力等参数。
联轴器的设计也非常重要，它能够连接电机和减速器，并且在运行过程中承受一定的转矩和载荷。
在选择联轴器时，需要考虑到传动效率、扭矩传递能力、安装便捷性等因素。
最后，轴承的设计也是非常重要的。
轴承能够支撑和限制螺旋叶片的运动，保证了整个系统的正常运行。
在设计轴承时，需要考虑到承载能力、耐磨性、可靠性等因素。
总的来说，螺旋式输送机传动装置主要零部件的设计需要综合考虑多个因素，才能够保证整个系统的正常运行和高效输送。
机械设计手册机械传动
机械设计手册机械传动机械设计手册是机械工程师必备的工具书，用于指导机械传动的设计和计算。
机械传动是将动力从一个部件传递给另一个部件的过程，它是机械系统运行的关键环节之一。
机械传动的设计对于机械系统的性能和可靠性具有重要影响。
机械传动可以分为多种类型，包括齿轮传动、带传动、链传动等。
每种传动类型都有其特点和适用范围。
齿轮传动是最常见和最普遍应用的机械传动形式之一。
它主要由两个或多个齿轮组成，通过齿轮的啮合将动力传递给其他部件。
齿轮传动具有传动效率高、传动比稳定、传动精度高等优点，广泛应用于各个领域。
在机械传动的设计过程中，需要考虑多个因素。
首先是传动比的选择，传动比决定了传动输出转速和扭矩与输入转速和扭矩的关系。
传动比的选择要根据系统要求和传动部件的可靠性等因素进行合理确定。
其次是传动装置的布局和安装方式。
传动装置的布局应考虑机械的布局结构和空间限制等因素，合理安装传动装置可以提高机械系统的运行效率和可靠性。
机械传动的设计还需要考虑传动件的强度和寿命。
传动件的强度是指传动部件在工作过程中所能承受的最大载荷，而传动件的寿命则是指传动部件在规定工况下能够工作的时间。
在设计过程中，要根据传动装置的工作负荷和传动件的材料等因素，进行合理的强度计算和寿命评估。
此外，机械传动的设计还要考虑传动效率和噪声。
传动效率是指机械系统在能量传递过程中的损失程度，传动效率的高低直接影响着机械系统的能源利用效率。
而噪声是机械系统运行时产生的声音，对于某些应用领域，如航空航天、医疗器械等，噪声控制往往是设计的重要考虑因素之一。
综上所述，机械传动的设计是机械设计中重要的一部分，涉及到传动类型选择、传动比确定、布局和安装、传动件强度和寿命计算、传动效率和噪声控制等方面。
只有通过科学合理的设计和计算，才能够确保机械传动系统的正常运行和高效性能。
因此，机械设计手册中关于机械传动的内容是机械工程师在设计实践中必不可少的参考资料。
机械系统部件选择与设计
机械系统部件选择与设计机械系统部件选择与设计是机械设计中非常重要的一个环节，直接关系到机械系统的性能、寿命和可靠性。
在选择与设计机械系统部件时，需要考虑多个因素，包括运动要求、负载要求、材料选择、加工工艺等。
本文将从这几个方面进行讨论。
首先是运动要求。
机械系统的部件选择与设计必须符合机械系统的运动要求。
比如，在选择齿轮传动时，需要根据传动比、转速、扭矩等运动参数来确定齿轮的类型、齿轮模数、齿轮材料等。
此外还需要考虑齿轮的精度等级、齿轮的加工工艺等。
其次是负载要求。
机械系统的部件选择与设计还必须满足负载要求。
比如，在选择轴承时，需要根据负载大小和工作条件来选择合适的型号和尺寸。
此外还需要考虑轴承的寿命、精度等级、润滑方式等。
材料选择也是机械系统部件选择与设计中一个很重要的方面。
不同的机械系统部件所承受的工作条件和负载要求不同，因此所选择的材料也应有所区别。
比如，在选择机身材料时，需要考虑到机身需要具备足够的刚度和强度，因此常见的选择有铝合金、钢材等。
在选择轴承材料时，需要考虑到摩擦和磨损等因素，因此常见的选择有钢材、陶瓷材料等。
加工工艺也是机械系统部件选择与设计中需要考虑的一个因素。
不同的部件需要不同的加工工艺，比如，对于齿轮来说，常见的加工工艺有切削、磨削、冲压等。
在进行加工工艺选择与设计时，需要考虑到部件的尺寸精度、表面光洁度要求等。
总之，机械系统部件选择与设计是机械设计中非常重要的一环，需要考虑运动要求、负载要求、材料选择、加工工艺等多个因素。
只有在满足这些要求的基础上，机械系统才能具备良好的性能、寿命和可靠性。
因此，在进行机械系统部件选择与设计时，需要充分考虑以上因素，并根据实际情况进行合理的决策。
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四种支承方式的比较：
支承方式 双推-自由 双推-简支 单推-单推 双推-双推
刚度 低
高
承载能力 低
高
失稳 有
无
（2）制动装置
因滚珠丝杠传动效率高，无自锁作用，故在垂直安装状 态，必须设置防止因驱动力中断而发生逆传动的自锁、制动 或重力平衡装置。常用的制动装置有体积小、重量轻、易于 安装的超越离合器。
第二节 机械传动部件的选择与设计
一、机械传动部件及其功能要求
常用的机械传动部件包括： 螺旋传动 齿轮传动 同步带传动 高速带传动 各种非线性传动等
基本功能 传动机构
丝杠螺母 齿轮
齿轮齿条 链轮链条 带、带轮 杠杆机构 凸轮机构 蜗轮蜗杆 间歇机构
传动机构及其功能
运动的变换
动力的变换
形式 √ √ √
√ √
行程
√ √
方向 速度
√√
√√ √
√√ √√
大小 √ √
√ √
形式 √
√
应设计和选择传动间隙小、 精度高、体积小、重量轻、运动 平稳、传递转矩大的传动部件。
机械传动部件的功能要求： 1、精密化 2、高速化 3、小型化、轻量化
二、滚珠丝杠副传动部件 1、滚珠丝杠副的组成及特点 （1）组成
螺母
2）双推-简支式
特点： 预紧力小，轴承寿命较高， 适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统
3）单推-单推式
特点： 轴向刚度较高，预紧力大，寿命低
4）双推-双推式
特点： 适合于高刚度，高速度，高精度的精密丝杠
传动系统。
轴承的组合安装支承示例
简易单推-单推式支承
双推-简支支承方式
双推-自由式支承
滚珠
丝杠 螺旋槽
螺旋槽
回路管道
滚珠丝杠螺母副的组成： ➢ 带螺纹槽的丝杠 ➢ 带螺纹槽的螺母 ➢ 滚珠 ➢ 反向器
（2）特点
优点：
1）传动效率高（>0.9) 2）轴向刚度高 3）运动平稳，传动精度高 4）磨损小，寿命长
缺点：
1）不能自锁 2）结构复杂
2、滚珠丝杠副的典型结构类型
（1）螺纹滚道型面的形状及主要尺寸
超越离合器 1-外圈 ； 2-星轮 ； 3-滚柱：4-活销 ； 5-弹簧
丝杠
电机 摩擦离合器 弹簧
电磁线圈 铁心
主轴
7、滚珠丝杠副的密封与润滑 （1）密封
螺旋槽
Байду номын сангаас
回路管道
特点： 滚珠循环回路长，流畅性差，效率低；
工艺简单，螺母的径向尺寸大，易 于制造；
挡珠器刚性差，易磨损。
① 螺旋槽式
② 插管式
插管
盖板
螺母
③ 端盖式
特点：
应用较少，常以单螺母形式用作升 降传动机构。
3、滚珠丝杠副的主要尺寸参数
滚珠直径
公称直径
丝杠大径 丝杠小径
螺母小径 螺母大径
一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。
5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 轴向间隙调整的目的：
保证反向传动精度
预紧目的：
提高刚度
采用方法：
（1）双螺母螺纹预紧调整法
锁紧螺母 调整螺母
右螺母
左螺母
特点：
结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中 调整方便，但不能精确定量调整
（2）双螺母齿差预紧调整法
（1）公称直径do
指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态 时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝 杠副的特征尺寸。
（2）基本导程Ph 定义： 丝杠相对螺母旋转2π弧度 时，螺母上基准点的轴向位移;
导程小→精度高→承载能力小
（3）行程λ 丝杠相对螺母旋转任意弧度
时，螺母上基准点的轴向位移。
x 360 Ph
行程偏差的验收检验项目
（2）标注方法
（3）尺寸系列
公称直径系列（mm） 6、8、10、12、16、20、25、32、40………
公称导程系列（mm） 1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12…..
注意：
尽可能优先选用公称导程为4、5、 6、8系列的滚珠丝杠螺母副
（4）推荐采用的精度等级
数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和 半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精 度的要求可选用1、2、3级；
（4）滚珠直径 db 滚珠直径大，则承载能力也大。 应根据轴承厂提供的尺寸选用
（5）滚珠个数N
N过多，流通不畅，易产生 阻塞；
N过少，承载能力小，滚珠 自载加距磨损和变形
一般取：N<150
（6）滚珠的工作圈（或列）数 j 由于第一、第二、第三
圈（或列）分别承受轴向载荷 的50%、30%、15%左右，因 此工作圈（或列）数一般取:
（5）单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚 珠过盈预紧式
结构简单紧凑，但使用中不能调整，制造困难
6、滚珠丝杠副支承方式的选择
采用推力轴承为主的轴承组合
来提高轴向刚度。
（1）支承方式
1）双推-自由式
特点： 轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速
的垂直安装丝杠传动系统；当丝杠垂直安装时， 必须采用制动装置。
j=2.5~3.5
4、滚珠丝杆副的精度等级及标注方法
（1）精度等级 根据GB/T17587.3-1998（与ISO 3408-3：1992
同）标准：将滚珠丝杠副的精度分成为七个等级
1、2、3、4、5、7、10，1级为最高
按实际使用要求，在每一精度等级内指定了导程精度的 验收检验项目，未指定的检验项目其导程误差不得低于下一 级精度的规定值。
单圆弧型
双圆弧型
主要尺寸：
接触角
rb 滚珠半径 R 滚道圆弧半径 e 偏心距
理想接触角 =450 R=1.04rb e=sin(R-rb)
单圆弧型
特点：接触角随轴向载荷的变化而变化
，轴向刚度，承载能力
双圆弧型
特点：角基本保持不变，加工成本高
（2）滚珠的循环方式 ❖内循环 ❖外循环
1）内循环
滚珠在循环的过程中始终没有脱离丝杠。
丝杠
螺母 滚珠
反向器
浮动式反向器的循环
滚珠
螺母
丝杠 反向器
特点： 滚珠循环回路短，流畅性好，效率高；
螺母的径向尺寸小， 加工困难，装配调 整不易；
适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密 进给系统。
2）外循环
滚珠在循环过程中脱离过丝杠
螺母 滚珠 丝杠 螺旋槽
套筒
内齿轮
丝杠
外齿轮
特点：
可实现定量调整，使用中调整方便；
两边齿轮同向旋转一个齿时，螺 母的轴向位移量为：
L
|
z1 z2 z1 z 2
|
Lo
（3）双螺母垫片预紧调整法
1-垫片； 2-螺母
结构简单，刚性高，预紧可靠， 但使用中调整不方便
（4）弹簧式自动调整预紧式
能消除在使用过程中由于磨损或弹性变形产 生的间隙，但结构复杂，轴向刚度低 ；适用于轻 载场合。