机械传动设计的原则
机械传动手册
机械传动手册第一章介绍机械传动的基本原理机械传动是指通过各种机械装置将动力从原动机传递到工作机械的过程。
机械传动广泛应用于各个行业，包括工业、交通运输、农业等领域。
本章将介绍机械传动的基本原理和分类。
1.1 机械传动的基本原理机械传动的基本原理是利用齿轮、皮带、链条等装置将原动机的旋转或线性运动转换为工作机械所需的运动形式。
通过合理的传动设计和安装，可以实现稳定、高效的能量传递。
1.2 机械传动的分类机械传动可以按照传动形式、传动方式以及传动装置的结构来分类。
常见的机械传动形式包括齿轮传动、带传动、链传动等；按照传动方式可分为平面传动和空间传动；传动装置的结构可分为固定轴传动和移动轴传动。
第二章齿轮传动齿轮传动是机械传动中最常见的一种形式，通过齿轮与齿轮之间的啮合传递动力。
本章将介绍齿轮传动的基本原理、分类以及设计与计算。
2.1 齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮的齿数和齿形来实现动力的传递。
齿轮通常由两个或多个相互啮合的齿轮组成，其中一个齿轮连接原动机，称为主动齿轮，另一个齿轮连接工作机械，称为从动齿轮。
2.2 齿轮传动的分类齿轮传动可以按照齿轮的类型、传动方式、传动速比等进行分类。
常见的齿轮类型有直齿轮、斜齿轮、锥齿轮等；根据传动方式可分为外啮合、内啮合和行星齿轮传动；传动速比可以通过齿轮齿数的比值来确定。
2.3 齿轮传动的设计与计算齿轮传动的设计与计算包括齿轮强度计算、齿轮模数与齿数的确定以及齿轮传动效率的评估。
设计人员需要综合考虑传动效率、齿轮受力状况等因素来确定合适的齿轮参数。
第三章带传动与链传动除了齿轮传动，带传动和链传动也是常用的机械传动形式。
本章将介绍带传动和链传动的基本原理、分类以及应用。
3.1 带传动的基本原理带传动是通过带状零件的摩擦和包围来传递动力。
常见的带传动包括平带传动和带齿传动，它们通过将动力由主动轮传递到被动轮来实现传动效果。
3.2 带传动的分类带传动可以按照带状零件的类型、传动方式以及粘接方式进行分类。
机械工程中的轴的设计与优化
机械工程中的轴的设计与优化在机械工程中，轴是一种常见且重要的零件，它承载着传动力和扭矩，将动力从一个地方传递到另一个地方。
轴的设计与优化对于机械系统的性能和可靠性至关重要。
本文将探讨轴的设计原则、材料选择以及优化方法。
一、轴的设计原则在设计轴时，有几个原则需要遵循。
首先是强度原则，轴必须足够强以承受所施加的载荷。
这可以通过计算所需的最大弯曲应力和剪切应力来确定轴的尺寸和形状。
其次是刚度原则，轴必须具有足够的刚度以保持传动系统的准确性和稳定性。
刚度可以通过增加轴的直径或改变轴的截面形状来提高。
最后是轻量化原则，轴应该尽可能轻量化，以减少系统的惯性负载和能耗。
二、轴的材料选择轴的材料选择是轴设计的重要一环。
常见的轴材料包括钢、铝合金和钛合金。
钢是最常用的轴材料，因为它具有良好的强度、刚度和耐磨性。
铝合金轴适用于重量要求较低的应用，它具有较低的密度和良好的耐腐蚀性。
钛合金轴则具有极高的强度和轻量化特性，但成本较高。
在选择轴材料时，需要考虑载荷、工作环境和成本等因素。
三、轴的优化方法轴的优化方法可以分为几个方面。
首先是几何形状的优化，通过改变轴的截面形状和尺寸，可以提高轴的强度和刚度。
例如，采用变径轴设计可以在轴的不同部位提供不同的强度和刚度。
其次是材料的优化，通过选择合适的材料和热处理工艺，可以提高轴的强度和耐磨性。
例如，采用表面渗碳处理可以增加轴的硬度和耐磨性。
最后是结构的优化，通过改变轴的结构形式，如中空轴、薄壁轴等，可以实现轻量化和刚度的平衡。
除了上述的设计原则和优化方法，还有一些其他的注意事项需要考虑。
例如，轴的表面质量和光洁度对于传动系统的性能和寿命有重要影响。
因此，在加工和装配过程中，需要注意轴的表面处理和润滑。
此外，轴的安装和对中也是轴设计中的重要环节，合理的轴承选择和安装方法可以减少轴和轴承的磨损和故障。
综上所述，轴的设计与优化在机械工程中具有重要意义。
合理的轴设计可以提高机械系统的性能和可靠性，同时满足轻量化和刚度的要求。
第一章机械传动教学设计
第一章机械传动教学设计一、引言机械传动是现代机械工程中的重要组成部分。
通过机械传动系统，能够实现不同部件之间的动力传递和运动转换。
作为机械工程专业的学生，掌握机械传动的原理和设计方法是必不可少的。
本章将重点介绍机械传动的基本概念、分类和设计原则，旨在帮助学生全面了解机械传动。
二、机械传动的概念和分类机械传动是指利用机械设备（如齿轮、链条、皮带等）将动力从一个地方传递到另一个地方的过程。
根据传动方式的不同，机械传动可分为直接传动和间接传动。
直接传动是指动力直接传递到工作机构，如齿轮传动和副带传动；间接传动是指通过传动装置将动力间接传递到工作机构，如齿轮传动和链条传动。
机械传动的分类还可以根据传递动力的方式来划分，常见的包括齿轮传动、链条传动、带传动等。
齿轮传动是利用齿轮的啮合传递动力和转动的方式，常见的有圆柱齿轮传动、锥齿轮传动等。
链条传动是利用链条的传动方式，常见的有滑轮链传动、摩擦链传动等。
带传动是利用带的摩擦和弯曲传递动力和转动的方式，常见的有平带传动和齿带传动等。
三、机械传动的设计原则1. 转速和扭矩的匹配：在机械传动的设计中，需要根据所要传递的功率大小和工作机构的要求合理选择传动装置的转速和扭矩。
转速和扭矩的不匹配会导致传动装置的失效或传动效率的下降。
2. 传动效率的提高：机械传动中的能量损失主要包括摩擦损失和传动装置内部的损失。
在设计过程中，应尽量减小这些损失，提高传动效率。
常用的方法包括正确选择润滑方式、合理选择传动比和优化齿轮的啮合等。
3. 传动装置的可靠性和耐用性：机械传动的设计还需要考虑传动装置的可靠性和耐用性。
传动装置要能够承受正常工作条件下的负荷，并具有足够的寿命。
在设计过程中，应注意选用合适的材料、合理设计传动装置的结构和加工工艺等。
4. 安全性和节能性：机械传动设计还需要考虑安全性和节能性。
传动装置应能够保证工作过程中的安全性，尽量减少事故的发生。
此外，还应采取节能的措施，减小能量的损失和浪费。
机械设计基础第七章齿轮传动
§7-7 直齿圆锥齿轮传动的强度计
算 方向： Ft——主反从同
Fr——指向各自的轴线
一、直F齿a—圆—锥指齿向轮大传端 动的受力分析
Fr1 Fa2
Fa1 Fr 2
Ft1=-Ft2
二、强度计算
1、齿面接触强度的计算 2、齿根弯曲强度的计算
P120
§7-8 蜗杆传动强度计算
一、蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
2T1 d1
Fa2
பைடு நூலகம்Ft 2
2T2 d2
Fa1
Fr1 Fr2 Ft2tg
力的方向和蜗轮转向的判别
蜗轮转向的判别 ： Fa1的反向即为蜗轮的角速度w2方向
圆周力
Ft——主反从 同
径向力
Fr——指向各自 的轴线
轴向力 Fa1——蜗杆左右
手螺旋定则
三、蜗杆传动强度计算
1、蜗轮齿面接触强度的计算 2、蜗轮齿根弯曲强度的计算
（2）铸钢 用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除 铸造应力。 强度稍低 。
2、铸铁 脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差， 但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平 稳、低速和小功率场合。
常用铸铁：灰铸铁；球墨铸铁（有较好
的机械性能和耐磨性 ）
3、非金属材料——工程塑料（ABS、尼 龙）、夹布胶木
适于高速、轻载和精度不高的传动中， 特点是噪音较低，无需润滑；
四、蜗杆传动热平衡计算
1、原因 效率低，发热大，温升高，润滑油粘度 下降润滑油在齿面间被稀释，加剧磨损 和胶合。
2、冷却措施 加散热片以增大散热面积；风扇；
冷却水管；循环油冷却
§7-9 齿轮、蜗杆和蜗轮的构造 一、结构
1、齿轮轴 2、实体式 3、辐板式(孔板式) 4、轮辐式 5、镶圈齿轮
链传动的布置原则
链传动的布置原则链传动是一种常见的机械传动方式，它利用链条将动力从一个部件传递到另一个部件。
在机械设计中，合理的链传动布置原则至关重要，它不仅能保证机械传动的高效性和稳定性，还能延长机械部件的使用寿命。
本文将探讨几个关键的链传动布置原则，以帮助读者更好地理解和应用这种传动方式。
链传动的布置应遵循链条的传动方向。
链条的传动方向是由主动轮和从动轮的相对位置决定的。
在布置链传动时，我们应确保链条能够顺利地传动动力，不发生跳链或链条过紧的情况。
为了实现这一点，我们可以根据链条的传动方向合理调整主动轮和从动轮的位置，使其与链条的传动方向相匹配。
链传动的布置还应考虑到链条的张紧。
链条的张紧程度对传动效果和机械部件的寿命有着重要影响。
过松的链条容易产生弹性变形和跳链现象，而过紧的链条则会增加传动阻力并加速链条磨损。
因此，在布置链传动时，我们应确保链条的张紧度适中，既不过松也不过紧，以保证传动效果和机械部件的寿命。
链传动的布置还应考虑到链条的摆动。
链条在传动过程中会产生一定的摆动，如果摆动过大会影响传动的平稳性和精度。
为了减小链条的摆动，我们可以在链条上设置导向轮或导向板，限制链条的摆动范围，确保传动的平稳性和精度。
链传动的布置还应考虑到链条的润滑。
链条在传动过程中需要保持良好的润滑状态，以减小链条的摩擦和磨损。
在布置链传动时，我们可以在链条上设置润滑装置，定期给链条进行润滑，以保证传动的顺畅和机械部件的寿命。
链传动的布置还应考虑到链条的保护。
链条在传动过程中容易受到外界的损坏，如灰尘、腐蚀等。
为了保护链条的完整性和延长使用寿命，我们可以在链条上设置防护罩或采取其他相应的措施，避免链条受到损坏。
合理的链传动布置原则是保证机械传动高效稳定的关键。
通过遵循链条的传动方向、调整链条的张紧度、限制链条的摆动范围、保持链条的良好润滑和保护链条的完整性，我们可以实现链传动的顺畅传动和延长机械部件的使用寿命。
希望本文的介绍能够对读者理解和应用链传动布置原则有所帮助。
机械传动设计的原则
机械传动设计的原则2.2.1 机电一体化系统对机械传动的要求机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置,是一种扭矩和转速的变换器,其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配,并可通过机构变换实现对输出的速度调节。
2.2.2 总传动比的确定在伺服系统中,通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。
传动模型如图2-1所示。
图中各符号的意义如下：Jm——电动机M的转子的转动惯量；θm——电动机M的角位移；JL——负载L的转动惯量；θL——负载L的角位移；TLF——摩擦阻抗转矩；i——齿轮系G的总传动比。
图2-1 电机、传动装置和负载的传动模型2.2.3 传动链的级数和各级传动比的分配1. 等效转动惯量最小原则齿轮系传递的功率不同, 其传动比的分配也有所不同。
1）小功率传动装置电动机驱动的二级齿轮传动系统如图2-2所示。
图2-2 电动机驱动的两级齿轮传动2）大功率传动装置大功率传动装置传递的扭矩大,各级齿轮副的模数、齿宽、直径等参数逐级增加,各级齿轮的转动惯量差别很大。
大功率传动装置的传动级数及各级传动比可依据图2-4、图2-5、图2-6来确定。
传动比分配的基本原则仍应为“前小后大”图2-4 大功率传动装置确定传动级数曲线图2-5 大功率传动装置确定第一级传动比曲线图2-6 大功率传动装置确定各级传动比曲线2.质量最小原则1）大功率传动装置对于大功率传动装置的传动级数确定,主要考虑结构的紧凑性。
在给定总传动比的情况下,传动级数过少会使大齿轮尺寸过大,导致传动装置体积和质量增大；传动级数过多会增加轴、轴承等辅助构件,导致传动装置质量增加。
设计时应综合考虑系统的功能要求和环境因素,通常情况下传动级数要尽量地少。
大功率减速传动装置按质量最小原则确定的各级传动比表现为“前大后小”的传动比分配方式。
减速齿轮传动的后级齿轮比前级齿轮的转矩要大得多,同样传动比的情况下齿厚、质量也大得多,因此减小后级传动比就相应减少了大齿轮的齿数和质量。
《机械设计基础》第十六章 机械传动系统设计
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机械设计基础
3．传动比
传动比反映了机械传动增速或减速的能力。一般情况下，传动装 置均为减速运动。在摩擦传动中，V带传动可达到的传动比最大，平 带传动次之，然后是摩擦轮传动。在啮合传动中，就一对啮合传动而 言，蜗杆传动可达到的传动比最大，其次是齿轮传动和链传动。
4．功率损耗和传动效率
《机械设计基础》
机械设计基础
第十六章 机械传动系统设计
16.1 传动系统的功能与分类 16.1.1 传动机构的功能 1．变速：通过实现变速传动，以满足工作机的变速要求； 2．传递动力：把原动机输入的转矩变换为工作机所需要的转 矩或力； 3．改变运动形式：把原动机输入的等速旋转运动，转变为工 作机所需要的各种运动规律变化，实现运动运动形式的转换； 4．实现运动的合成与分解：实现由一个或多个原动机驱动若 干个相同或不同速度的工作机； 5．作为工作机与原动机的桥梁：由于受机体外形、尺寸的限 制，或为了安全和操作方便，工作机不易与原动机直接连接时， 也需要用传动装置来连接。 6．实现某些操纵控制功能：如起停、离合、制动或换向等。 机械设计基础
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2．选择机械传动类型和拟定总体布置方案
根据机器的功能要求、结构要求、空间位置、工艺性能、总传 动比及其他限制性条件，选择传动系统所需的传动类型，并拟定 从原动机到工作机的传动系统的总体布置方案。
3．分配总传动比
根据传动方案的设计要求，将总传动比分配分配到各级传动。
4．计算机械传动系统的性能参数
（3）传动比范围
不用类型的传动装置，最大单级传动比差别较大。当采用多级传动时，应合理安排传 动的次序。
（4）布局与结构尺寸
对于平行轴之间的传动，宜采用圆柱齿轮传动、带传动、链传动；对于相交轴之间 的传动，可采用锥齿轮或圆锥摩擦轮传动；对于交轴之间的传动，可采用蜗杆传动或 交错轴齿轮传动。两轴相距较远时可采用带传动、链传动；反之采用齿轮传动。
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。
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2.1 概 述
机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的， 用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及 机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括 机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主 要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控 制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这 些子系统要由计算机协调和控制，以完成整个系统的功能要 求。
在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很 大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电 机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
由于机电一体化系统对快速响应指标要求很高，因此机 电一体化系统中的机械传动装置不仅仅是用来解决伺服电机 与负载间的力矩匹配问题的，更重要的是为了提高系统的伺 服性能。为了提高机械系统的伺服性能，要求机械传动部件 的转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间 隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求。
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化
机构、传动机构和支承部件。在机械系统设计时，除考虑一 般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系 统的性能参数及电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2.1.1
机电一体化机械系统与一般的机械系统相比，除要求具 有较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2. 导向机构 导向机构的作用是支承和导向，它为机械系统中各运动 装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障，一般
3. 执行机构 执行机构是用来完成操作任务的直接装置。执行机构根 据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作。一般 要求它具有较高的灵敏度、精确度以及良好的重复性和可靠 性。 由于计算机的强大功能，使传统的作为动力源的电动机 发展为具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机，从 而大大简化了传动和执行机构。除以上三部分外，机电一体
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
课后练习题： 1、机电一体化对机械系统的基本要求有哪些？ 2、机电一体化机械系统主要包括哪三大机构？ 3、机电一体化系统的设计中，什么是静态设计？什么是动
态设计？
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2.2 机械传动设计的原则
2.2.1
机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行 机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在 动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变
静态设计是在忽略了系统自身的运动因素和干扰因素的 状态下进行的产品设计。对于伺服精度和响应速度要求不高 的机电一体化系统，静态设计就能够满足设计要求了。对于 精密和高速智能化的机电一体化系统，环境干扰和系统自身 的结构及运动因素对系统产生的影响会很大，因此必须通过 调节各个环节的相关参数和改变系统的动态特性来保证系统 的功能要求。动态分析与设计过程往往会改变前期的部分设 计方案，有时甚至会推翻整个方案，重新进行静态设计。
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2. 动态设计 动态设计是指研究系统在频率域的特性，借助静态设计 的系统结构，通过建立系统各组成环节的数学模型，推导出 系统整体的传递函数，并利用自动控制理论的方法求得该系 统的频率特性（幅频特性和相频特性）。系统的频率特性体 现了系统对不同频率信号的反应，决定了系统的稳定性、最
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2.1.3
机电一体化机械系统设计主要包括两个环节： 静态设
1. 静态设计 静态设计是指依据系统的功能要求，通过研究制定出机
械系统的初步设计方案。该方案只是一个初步的轮廓，包括 系统主要零、部件的种类，各部件之间的连接方式，系统的 控制方式，所需能源方式等。有了初步设计方案后，就可以 开始按技术要求设计系统的各组成部件的结构、运动关 系及参数，确定零件的材料、结构及制造精度； 验算执行元 件(如电机)的参数、功率及过载能力，选择相关元、部件； 配置系统的阻尼等。以上称为稳态设计。稳态设计保证了系
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2.1.2
概括地讲，机电一体化机械系统主要包括如下三大机构。 1. 传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩 的变换器，而且已成为伺服系统的一部分，它要根据伺服控 制的要求进行选择设计，以满足整个机械系统良好的伺服性 能。因此传动机构除了要满足传动精度的要求外，还要满足
1. 高精度 精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其 技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提 高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。如 果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其
第 2 一体化系统的快速响应就是要求机械系统从接到指 令到开始执行指令所经过的时间间隔短，这样系统才能精确 地完成预定的任务要求，控制系统也能及时根据机械系统的
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
3. 良好的稳定性 机电一体化系统要求其机械装置在温度、振动等外界干 扰的影响下依然能够正常稳定地工作，即系统抵御外界环境
为确保机械系统的上述特性，在设计中通常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率和适当的阻尼比等要 求。此外，机械系统还要求具有体积小、重量轻、高可靠性 和寿命长等特点。
第 2 章 机电一体化机械系统设计概念
2.2.2
根据以上所述，机电一体化系统的传动装置在满足伺服
电机与负载的力矩匹配的同时，应具有较高的响应速度，即
启动和制动速度。因此，在伺服系统中，通常采用负载角加
速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。
传动模型如图2-1
Jm——电动机M θm——电动机M JL——负载L θL——负载L TLF—— i——齿轮系G