传动装置的总体方案设计

第二章传动装置的总体方案设计

主要内容：

确定传动方案，拟定传动装置的运动简图；选择电动机型号；合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数，为设计计算各几级传动零件提供条件。

一、 传动方案的确定

传动方案通常由运动简图表示，如图2.1所示。运动简图不仅明确地表示了组成机器的原动机﹑传动装置和执行机构三者之间的运动和动力传递关系，而且也是设计传动装置中各零部件的重要依据。

合理的传动方案应满足机器的性能要求，并使工作可靠﹑结构简单﹑尺寸紧凑﹑加工方便﹑成本低﹑传动效率高和使用维护发便等。但要使传动方案同时满足上述要求往往是很困难的，因此，设计者应统筹兼顾，保证重点。

设计时可同时考虑几个方案，通过分析比较，最后选择其中较合理的一种。例：图2.1 （a）﹑﹙b﹚﹑﹙c﹚﹑﹙d﹚几种传动方案的比较见表2.1

（a） （b） （c） （d） 图2.1

表2.1传动方案比较传动方案特点

a 结构紧凑，若在大功率和长期运转条件下使用，则由于蜗杆传动效率低，功率损失大，很不经济

b 宽度尺寸较小，适于在恶劣环境下长期连续工作。但圆锥齿轮加工比圆柱齿轮困难

c 与b方案比较，宽度尺寸较大，输入轴线与工作机位置是水平布置。宜在恶劣环境下长期工作

d 宽度和长度尺寸较大，带传动不适应繁重的工作条件和恶劣的环境。但若用于链式或板式运输机，有过载保护作用

若减速器采用多级传动，在考虑传动方案时，应合理布置传动顺序。通常应考虑以下几点：

﹙1﹚ 带传动承载能力较低，在传递相同扭矩时，其结构尺寸较啮合传动的大。但传动平稳﹑能起缓冲作用和吸震。因此，带传动应放在传动装置的高速级。

﹙2﹚ 链传动运转不均匀﹑有冲击，故宜布置在低速级。

﹙3﹚ 蜗杆传动适用于大传动比﹑中小功率、间歇运动的场合。但其承载能力较齿轮低，故常布置在传动装置的高速级，以获得较小的结构尺寸。蜗杆传动布置在高速级

还可获得较高的齿面相对滑动速度，这样有利于形成液体动压润滑油膜，从而使

承载能力和效率得以提高。

﹙4﹚ 圆锥齿轮加工较困难，当尺寸太大时尤其如此，因此圆锥齿轮一般应放在高速级，并限制其传动比，以控制其结构尺寸。

﹙5﹚ 斜齿轮传动的平稳性较直齿传动好，故多用于高速级。

﹙6﹚ 开式齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不良，故寿命较短，应布置在低速级。

﹙7﹚ 制动器常设在高速轴。但此时需注意：位于制动器后面的传动机构不宜采用带传动及其它摩擦传动。

﹙8﹚ 为简化传动装置，通常将改变运动形式的机构﹙如连杆机构﹑凸轮机构等﹚布置在传动系统的末端或低速处。

﹙9﹚ 对于传动装置的布局，要求尽可能做到结构紧凑匀称、强度和刚度好、适合车间布置情况以便于工人操作和维修。

﹙10﹚ 在传动装置方案设计中，有时还需要考虑防止因过载而造成机器或人身事故的问题。为此，可在传动系统的某一环节，加设安全保险装置。

需要指出的是，在课程设计中，若在设计任务书中已提供了传动方案，则设计者必须分析研究其特点。必要时，还可提出改进意见，或另拟传动方案。

二、电动机的选择

（一）电动机类型选择

选择电动机类型应根据：电源种类（直流、交流）、工作要求（转速高低、起动特性和过载情况等）、工作环境（尘土、油、水、爆炸气体等）、负载大小和性质、安装要求等条件，从产品目录中选择合适的类型。

生产单位一般采用三相交流电源，若无以下特殊要求：在较大范围内平稳地调速﹑经常起动或反转等，通常都采用三相交流异步电动机，其中尤以三相鼠笼型异步电动机应用最多。我国设计的Y系列产品，是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，它主要用于金属切屑机床.风机、运输机、搅拌机、农业机械和食品机械等传动装置上，但不宜于易燃、易爆、易腐蚀或其他有特殊要求的场合。

三相交流异步电动机根据其额定功率和满载转速的不同，有一系列的型号，为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构还有几种安装形式。各型号电动机的技术数据见《机械零件设计手册》P.856表F1-7、表F1-8。

（二）功率的确定

为了保证电动机正常工作，必须使所选功率恰当。功率过大，则重量和价格相应提高，而且由于电动机经常不在满载下工作，其效率和功率因数都较低；若功率过低，则不能保证机器正常工作，或因过载而使电动机过早损坏。因此，选择电动机时通常取P m=（1～1.3）P0（P m为电动机额定功率，P0为需要电动机输出的功率）。电动机功率裕度的大小，视机器可能过载情况而定。

电动机应输出的工作功率：p0=p w/η KW

式中P W—机器工作所需功率，KW；

η—由电动机至执行机构之间的传动总数率。

机器工作所需的功率P W ，可根据机器的工作载荷和运行速度进行计算。在课程设计中，通常设计任务书中已给定，因此P W可按下式计算：

P W = F·v /（1000ηw）

或 P W = T w·n w /（9550ηw）

式中 F—执行机构的载荷，N；

v—执行机构的线速度，m/s；

T w—执行机构的阻力矩，N·m;

n w—执行机构的转速，r/min；

ηw—执行机构的效率。

由电动机至工作机之间的传动总效率，按下式计算：

η=η1·η2·η3…ηn

式中η1、η2、η3…ηn分别为传动装置中各运动副（如齿轮、蜗杆、带或链、轴承即联轴器等）的效率，其数值可参照表2.2。

表2.2 机械传动效率的概略值

类别传动型式效率η

圆柱齿轮传动很好跑合的6、7级精度（稀油润滑）

8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）

9级精度（稀油润滑）

加工齿的开式传动（干油润滑）

铸造齿的开式传动

0.98~0.99

0.97

0.96

0.94~0.96

0.90~0.93

圆锥齿轮传动很好跑合的6、7级精度（稀油润滑）

8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）

加工齿的开式传动（干油润滑）

铸造齿的开式传动

0.97~0.98

0.94~0.97

0.92~0.95

0.88~0.92

蜗杆传动

自锁普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）

单头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）

双头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）

三头和四头普通圆柱蜗杆传动（稀油润滑）

0.40~0.45

0.70~0.75

0.75~0.82

0.80~0.92

带传动平型带开式传动

三角带传动

0.98

0.96

链传动滚子链传动

齿形链传动

0.96

0.97

摩擦传动平摩擦轮传动

卷绳轮传动

0.85~0.92

0.95

轴承（一对）

滚动轴承（球轴承取最大值）

滑动轴承（液体摩擦取最大值，润滑不良取小

值）

0.99~0.995

0.97~0.995

联轴器浮动联轴器（十字滑块联轴器等）

齿轮联轴器

弹性联轴器

万向联轴器

0.97~0.99

0.99

0.99~0.995

0.95~0.98

减（变）速器

单级圆柱齿轮减速器

两极圆柱齿轮减速器

单级圆锥齿轮减速器

两级圆锥—圆柱齿轮减速器

无级变速器

0.97~0.98

0.95~0.96

0.95~0.96

0.94~0.95

0.92~0.95