第18章 机械系统传动方案设计
机械设计 机械传动系统方案设计PPT教案
3）带传动多用于平行轴传动，链只能用于平行轴传动，齿轮 可用于各向轴线传动，蜗杆常用于空间垂直交错轴传动。
4）带传动可缓冲吸振，同时还有过载保护作用，但因摩擦生电，不宜用于易燃、 易爆的场合。
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机械系统设计
3. 方案设计的基础
1）扎实的理论知识
数学、力学、物理
2）丰富的实践经验
如高低温试验方案
3）详细的技术资料
标准件、外购件及其特性，非标件外协问题等
4）新思想、新方法
绕过传统思路，寻求不同的工作原理
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机械系统设计
4.方案设计中的设计思想
1）现代设计思想设计方案实例
实例1——飞剪机传动方案的拟定与评价 设计剪铁机实现活动刀口开合运动传动方案，要
求刀剪每分钟摆动23次，电机功率7.5kW,电机转速 720r/min。
解：工作轴转速nw=23r/min（亦即活动刀剪每 分钟往复摆动次数）
总传动比： i nm 720 31.4 nw 23
类型
电动机 气压马达/气缸 液压马达/液压缸
尺寸 功率/质量 输出刚度 初始成本 运行费用 维护要求 调速性能
反转性能
功率范围
较大 大 高 低 最低 较少 交流变频、 直流变磁通 一般单向， 电路反向 0.3-10000kW
较小 较大 低 较高 最高 少 气阀，简单迅 速不精确 方向阀，简单 迅速 <15kW;<0.75kW 高速
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机械系统设计
• 六、机械系统的总体布置
机械传动系统设计方案示例简介
机械传动系统设计方案示例简介方案一、带传动与链传动组合1.实验内容首先搭接链传动（高速）+带传动(低速)的传动方案。
分析系统能够传递的最大扭矩。
观察测量系统的运转噪声情况，并给出初步的结论。
然后搭接带传动（高速）+链传动（低）的传动方案。
分析系统能够传递的最大扭矩。
观察测量系统的运转噪声情况，并给出初步的结论。
2.实验的仪器与设备带传动件与链传动件，直角尺，水平仪，轴承座，噪声计，转速表，带式制动器等。
3.实验过程与步骤首先搭接链传动（高速）+带传动(低速)的传动方案。
确保系统安装好后，手动运转良好后，通电运行，测量不同转速下的噪声（噪声测量的位置需要根据系统的特点，确定出几个测量点），记录系统在电机转速为50rpm、100rpm、200rpm、300rpm下的噪声。
调整带式制动器的制动带张力，测量系统能够传递的最大扭矩时制动带的张力。
然后搭接带传动（高速）+链传动（低速）的传动方案。
确保系统安装好后，手动运转良好后，通电运行，测量不同转速下的噪声（噪声测量的位置需要根据系统的特点，确定出几个测量点），记录系统在电机转速为50rpm、100rpm、200rpm、300rpm下的噪声。
调整带式制动器的制动带张力，测量系统能够传递的最大扭矩时制动带的张力。
图Ⅱ-1 带传动与链传动组合系统实物图方案二、带传动与齿轮传动组合1.实验内容首先搭接带传动（高速）+齿轮传动(低 )的传动方案。
分析系统能够传递的最大扭矩。
测量观察系统的运转情况，并给出初步的结论。
然后搭接齿轮传动（高速）+带传动（低速）的传动方案。
分析系统能够传递的最大扭矩。
测量观察系统的运转情况，并给出初步的结论。
2.实验仪器与设备齿轮传动零件与带传动零件，搭接需要的直角尺，水平仪，轴承座，带式制动器，转速表等。
3.实验过程与步骤首先搭接带传动（高速）+齿轮传动(低速)的传动方案。
确保系统安装好后，手动运转良好后，调整制动器的制动力，记录系统能够稳定传动的最大扭矩时，制动器上施加的制动带的张力。
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。
机械传动系统的方案设计
nr i i1i 2 i k nc
i1 、 i2……ik 为系统中各级传动的 传动比。
nc 为 传 动 系 统 的 输 出 转 速 （r/min）；
i>1时为减速传动，i<1时为增速传动。
机械传动系统的特性及其参数设计
在各级传动的设计计算完成后，由于多种因素的影响，系 统的实际总传动比 i常与预定值 i不完全相符，其相对误差 i 可表示为
设计各级传动时，常以传动件所在轴的输入功率 Pi为计 算依据，若从原动机至该轴之前各传动及传动部件的效率 分别为1、2、…i，则有
设计功率
Pi = P 1 2 … i
对于批量生产的通用产品，为充分发挥原动机的工作能 力，应以原动机的额定功率为设计功率，即取P＝Pe； 对于专用的单台产品，为减小传动件的尺寸，降低成本， 常以原动机的所需功率为计算功率，即取P＝Pr。
n z n 2 n3 nz Rn Φ z 1 n1 n1 n 2 n z 1
变速级数越多，变速装置的功能越强，但结构也越复杂。 在齿轮变速器中，常用的滑移齿轮是双联或三联，所以通 常变速级数取为2或3的倍数。
机械传动系统的特性及其参数设计
3. 机械效率 各种机械传动及传动部件的效率值可在设计手册中查到。 在一个传动系统中，设各传动及传动部件的效率分别为1、 2、…n，串联式单流传动系统的总效率为
6）在蜗杆—齿轮传动中，将齿轮传动放在高速级时，可得 到较高的传动精度。 7）对于要求传动平稳、频繁起停和动态性能较好的多级齿 轮传动，可按照转动惯量最小的原则设计。
§29.４ 机械传动系统的特性及其参数计算
机械传动系统的特性包括运动特性和动力特性。运动特性如转 速、传动比和变速范围等；动力特性如功率、转矩、效率及变矩 系数等。 1. 传动比 对于串联式单流传动系统，当传递回转运动时，其总传动比i为
机械传动系统方案设计定稿共27页
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
机械传动系统方案设计定稿
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
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。
最新机械传动系统的方案设计
多头专用钻床机械传动系统设计
设计任务 设计一台自动钻床，用来同时加工图示零件上的三个孔， 并能自动送料。
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⑴ 运动方案选择 工艺动作 钻头一边旋转，同时相对于工件作移动 三种运动方案
● 钻头旋转，同时轴向进给，工作 台静止
● 钻头旋转，工作台带动工件进给
● 工作台旋转，钻头作轴向进给
● 传动比：进给运动链应实现很大的传动比563，但进给力 不需要太大，选用带传动与蜗杆传动实现二级减速
⑸ 机构选型 进给运动链的设计
⑸ 机构选型
送料运动链的设计 ● 运动形式：送料运动规律较复杂，故选用凸轮机构
● 减速比：送料运动链减速比与进给运动链相同 ，故直接 由蜗杆轴带动
● 行程：送料杆行程较大，采用连杆机构将行程放大
深度时，三个钻头才同时钻进，因工作阻力增加，故进 给速度应减小。 ● 钻孔结束后，工作台快速退回，完成一个工作循环。
工作循环图
（1）钻头转速的计算 根据： nc1000v(d) d钻头直径，d8 mm
v 切削速度，选v12.5mmin
结论：
nc 500 rpm
工作循环图
（2）工作台运动速度的计算
⑴ 运动方案选择
方案选择
一般的钻床多采用第一 种方案，但本例是三轴 专用钻床，因工件小， 工作台轻，移动工作台 比移动三轴容易。故采 用第二种方案。
⑵ 执行系统运动规律设计
送 料 杆
送料杆
三个执行构件
料仓
工作台
钻 头
工 作 台 头
⑵ 执行系统运动规律设计
工艺过程
料仓
● 送料：送料杆往右 推出零件，并顶出 加工好的零件
机械传动装置总体设计方案(正式版)
一.设计任务题目：设计一个用于带式运输机上的二级圆柱斜齿轮减速器.给定数据及要求：已知带式运输机驱动卷筒的圆周力（牵引力）F=2500N带速v=1.5m/s，卷筒直径D=450mm三相交流电源，有粉尘，工作寿命15年（设每年工作300天）两班制，单向运转，载荷平稳，常温连续工作，齿轮精度为7 级。
二.机械传动装置总体设计方案：一、拟定传动方案1. 减速器类型选择：选用展开式两级圆柱齿轮减速器。
2. 特点及应用：结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。
高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象3. 具体传动方案如下：图示：传动方案为：电动机-皮带轮-高速齿轮-低速齿轮-联轴器-工作机。
辅助件有:观察孔盖，油标和油尺，放油螺塞，通气孔，吊环螺钉，吊耳和吊钩，定位销,启盖螺钉轴承套，密封圈等。
、选择电动机1. 选择电动机的类型按已知的工作要求和条件，选用丫型（IP44）全封闭笼型三相异步电动机。
2. 选择电动机的容量n w60 1000 v ■ D 由《机械设计课程设计》表3-1推荐的常用传动比范围，初选 V 带的传动比 工作机要求的电动机输出功率为:P^ —Y\F v其中P =1000■且F 二 2500N ，v - 1.5m/s ， w 二 0.94F v则P = d1000 7 由电动机至传送带的传动总功率为：”-4 2w1 2 3 4 5式中，1是带传动的效率，2是轴承传动的效率，3是齿轮传动的效率，4 是联轴器传动的效率，5是卷筒传递的效率。
其大小分别为^=0.96， n 2=0.98， n 3 = °・97，口 4=°・99，耳 5=°・96。
则 w = 4； 2 4 5 = 0.96 0.984 0.972 0.99 0.96=0.79 即厂F v 250^ 1.5 , , “P dkw = 4.7 kw1000 ,1000 0.79由《机械设计课程设计》附录九选取电动机额定功率p=5.5kw 。
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六、考虑经济性要求
传动方案的设计应在满足功能要求的前提下，从设计 制造、能源和原材料消耗、使用寿命、管理和维护等各
方面综合考虑，使传动方案的费用最低。
§18.4 机械传动系统方案设计实例
【实例1】如图所示为由功率 Pm 7.5 kW、满载转速 nm 720r / min 的电动机驱动的剪铁机的各种传动方案， 其活动刀剪每分钟往复摆动剪铁23次。试比较其优劣。 【解】 1）传动系统的总传动比
常用的机械传动性能和适用范围（见表18.4,P304页）
传动机构 普通平带 传动 选用指标 小 (≤20) 中 (≤100) 中 (≤100) 圆柱 2～4 (6) 大 低 好 无 有 短 好 低 2～4 (15) 大 低 好 无 有 短 好 低 2～5 (10) 大 中等 较差 无 无 中等 中等 中等 3～5 (10) 小 高 一般 无 无 长 差 高 大 最大达 50000 圆锥 2～3 (6～10) 7～40 (8) 小 高 好 可有 无 中等 差 高 小 (≤50) 普通 V 带传 动 链传动 普通齿轮传动 蜗杆传动
i1 i2 ik
五、保证机器安全运转
在起重机械传动系统中，应设置可靠的安全保护装置 如具有自锁能力的机构、刹车制动机构等。 在轧钢机、推土机的传动系统中，应该有防过载的安 全联轴器或安全离合器等。 若传动系统的启动载荷过大，则应在传动系统中设置 离合器，使原动机能空载启动 。以免导致启动失败甚至 电动机发热、烧毁。
2）按传动比分类
定传动比传动: 齿轮传动、蜗杆传动等 有级变速：齿轮变速器、塔轮传动 无级变速：机械无级变速器、液力 偶合器、液力变矩器 按周期规律变化：非圆齿轮、凸轮、 连杆、组合机构
变传动比传动
§18.2 常用机械传动的特点、性能和适用范围
一、几种常用机械传动的特点、性能和适用范围
带传动 链传动 齿轮传动 蜗杆传动 从功率、传动效率、外廓尺寸、传 动精度、工作平稳性、自锁能力、 过载保护、使用寿命、缓冲吸振能 力、制造安装精度要求考虑。
⑤
③
电动机 链 齿轮 i1=6.5，i2=4.8 连杆 电动机 齿轮 V带 i1=4.8，i2=6.5 连杆
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3）方案评价 对于各种传动方案，从结构尺寸大小、重量轻重、寿
命长短、效率高低、成本高低、使用维护是否方便、布置 是否合理、温度高低、连续工作和运转平稳性等十项指标
，可以采用技术经济评价法进行评价，以判断各种传动方
带传动 能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小；可用于较远距离的 传动，有过载保护作用；摩擦式带传动有弹性滑动，传 动比不能保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命较短 。 齿轮传动 结构紧凑、传动效率高、传动比恒定；工作可靠，寿 命长；制造和安装精度要求较高，不能缓冲，无过载 保护作用，精度低时噪声大。 蜗杆传动 结构紧凑、传动比大、传动比恒定；传动平稳，噪声 小，可构成自锁机构。效率低、成本高，传递功率不 宜过大。 螺旋传动 能将旋转运动变成直线运动，传动平稳，无噪声，运动 精度高，传动比大，可用于微调，可做成自锁机构。工 作速度一般都很低，滑动螺旋效率低，磨损较快。
对于转变运动形式的传动或机构
四、合理分配传动比
每一级传动比应在该种传动的常用范围内选取，一般 不应超过此范围；
一级传动的传动比如果过大，其外廓尺寸将会很大， 应分成两级传动或多级传动；
齿轮减速器外廓尺寸比较
对于减速的多级传动，按照“前大后小”的原则分配 传动比，有利于减轻减速器的质量。
带传动
齿轮传动
蜗杆传动
链传动
螺旋传动
二、几种常用机构的特点、性能和适用范围
连杆机构 从优缺点、传动效率和应用上考虑。 凸轮机构
承受载荷大，磨损小； 制造方便，易获得较高的精度； 较好实现多种运动规律和轨迹要求; 机构复杂，累积误差大，影响其传动精度； 机构惯性力不容易平衡，不适合用于高速； 在运动过程中传动效率随时发生变化。 结构简单、紧凑、设计方便; 凸轮轮廓与从动件之间是点接触或线接触， 易于磨损; 通常用于传力不大的控制机构； 随运动位置和压力角不同传动效率亦不同。
传动链简短，可减少传动环节和构件数目，降低制造成本。 传动链简短，可减少运动链的累积误差，提高机器工作可靠性。 减少零、部件数目有利于提高传动效率和系统的刚度。
曲柄冲压机传动系统简图
三、安排好各级传动或机构的先后顺序
对于带传动
对于斜齿-直齿圆柱齿轮传动
对于圆锥-圆柱齿轮传动 对于闭式、开式齿轮传动 对于各类摩擦式无级变速器 对于等速回转运动机构
第八章
机械传动系统方案设计
§18.1 概述
传动装置是机器的重要组成部分，机器性能的好 坏与传动系统密切相关，因此，合理地拟定传动系 统方案以及设计传动装置是机械设计工作重要内容。
原动机
传动装置
机器的组成
工作机
本章重点介绍各种机械传动形式的特点、性能 和适用范围，以及机械传动系统方案设计的一般 原则。
§18.3 机械传动系统方案设计的一般原则
一、合理选择传动形式
小功率的传动； 高速、大功率、长期工作的传动； 要求结构紧凑的传动； 噪声受到严格限制的传动；
当运动有同步要求和精确传动比要求的传动；
高温、潮湿、粉尘、易燃、易爆场合的传动； 有自锁要求的传动。
二、传动链尽量简短，机构尽可能简单
i nm 720 31.2 nw 23
2）传动系统的方案选择 根据传动比要求和给出的已知条件，有6个方案 可供选择。
①
电动机 V带 齿轮 i1=6.5，i2=4.8 凸轮 电动机 齿轮 齿轮 i1=6.5，i2=4.8 连杆
④
②
电动机 V带 齿轮 i1=6.5，i2=4.8 连杆 电动机 蜗杆 i=31.2 连杆
常用功率 kW 单级传动比 常用值 (最大值) 外廓尺寸 传动精度 工作平稳性 自锁能力 过载保护作用 使用寿命 缓冲吸振能力 要求制造及安 装精度
常用机械传动的特点（见表18.３,P304页）
传动形式 主要优点 中心距范围大，可用于较远距离的传 动，传动平稳，噪声小，能缓冲吸振 ，有过载保护作用，结构简单，成本 低，安装要求不高。 外廓尺寸小，效率高，传动比恒定， 工作可靠，寿命长，维护比较简单， 可适用的圆周速度及功率范围广，应 用最为广泛。 结构紧凑，外廓尺寸小，传动比大， 传动比恒定，传动平稳，噪声小，可 构成自锁机构。 中心距范围大，可用于较远距离的传 动，在高温、油、酸等恶劣条件下可 靠工作，轴和轴承上的作用力小。 能将旋转运动变成直线运动，并能以 较小的转矩得到很大的轴向力，传动 平稳，无噪声，运动精度高，传动比 大，可用于微调，可做成自锁机构。 主要缺点 摩擦式带传动有滑动，传动比不能 保持恒定，外廓尺寸大，带的寿命 较短(通常为3500～5000h)，由于带 的摩擦起电，不宜用于易燃、易爆 的地方，轴和轴承上作用力大。 制造和安装精度要求较高，不能缓 冲，无过载保护作用，精度低时噪 声大。 效率低，传递功率不宜过大，中高 速需用价贵的青铜，制造精度要求 高，刀具费用高。 运转时瞬时速度不均匀，有冲击、 振动和噪声，寿命较低(一般为5000 ～15000h)。 工作速度一般都很低，滑动螺旋效 率低，磨损较快。
图2 螺旋传动装置 V带传动、张紧装置、螺旋传动、轴承部件和润滑装置 等组成。
图3 带式运输机 电动机及电气控制系统、蜗杆传动、输送带、滚子、 轴系部件、张紧装置及机架等组成。
图4 步进输送机 电动机及电气控制系统、蜗杆传动、齿轮传动、平面连杆机 构及送料爪、滚子、轴系部件及机架等组成。
图5 分度机构 电动机及电气控制系统、气动系统、同步带传动、凸轮机 构、轴系部件及机架等。
一、传动装置在机器中的作用 1）减速、增速或调速；
2）改变运动形式；
3）增大转矩； 4）实现分路传动和较远距离传动。
二、传动的类型
1）按工作原理分为
摩擦轮传动 摩擦传动 挠性摩擦传动 摩擦式无级变速传动
机械传动
啮合传动和推动
气压传动 流体传动 液压传动 液力传动
齿轮传动 蜗杆传动 挠性啮合传动 螺旋传动 连杆机构 凸轮机构 组合机构
案的好坏。 但由于本书篇幅有限，这里不再进行详细介绍。
【实例2】运输机的传动方案如图所示，试分析传动方案 (a)中各级传动安排有何不合理之处，并画出正确传动方案 图。
运输机的传动方案
图1 斗式上料机 如图所示，主要由电动机及电气控制系统、V带传动、 同步带传动、蜗杆传动、链传动、螺旋传动、轴系部件、 弹簧及机架等组成。