機(jī)械傳動方案的設(shè)計

茹曉蘭，田聯(lián)會

（1.陜西咸陽秦偉汽車服務(wù)有限公司，陜西 咸陽 712000；2．陜西咸陽市天然氣有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 傳動類型的選擇

傳動機(jī)構(gòu)的類型很多，選擇不同類型的傳動機(jī)構(gòu)，將會得到不同形式的傳動系統(tǒng)方案。為了獲得理想的傳動方案，需要合理選擇傳動機(jī)構(gòu)類型。常用傳動機(jī)構(gòu)及其性能見表1。

表1 常用傳動機(jī)構(gòu)及其性能

選擇傳動類型時，應(yīng)根據(jù)主要性能指標(biāo)：效率高、外廓尺寸小、質(zhì)量小、運動性能良好、成本低以及符合生產(chǎn)條件等。選擇傳動類型的基本原則是：①當(dāng)原動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速或運動形式完全符合執(zhí)行系統(tǒng)的工況要求時，可將原動機(jī)的輸出軸與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入軸用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)最簡單，傳動效率最高。但當(dāng)原動機(jī)的輸出軸與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入軸不在同一軸線上時，就需要采用等傳動比的傳動機(jī)構(gòu)。②原動機(jī)的輸出功率滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求，但輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或運動形式不符合執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要，此時則需要采用能變速或轉(zhuǎn)換運動形式的傳動機(jī)構(gòu)。③高速、大功率傳動時，應(yīng)選用承載能力大、傳動平穩(wěn)、效率高的傳動類型。④速度較低，中、小功率傳動，要求傳動比較大時，可選用單級蝸桿傳動、多級齒輪傳動、帶——齒輪傳動、帶——齒輪——鏈傳動等多種方案，進(jìn)行分析比較，選出綜合性能較好的方案。⑤工作環(huán)境惡劣、粉塵較多時，盡量采用閉式傳動，以延長零件的壽命。⑥盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單的單級動裝置。中心距較大時，可采用帶傳動、鏈傳動。傳動比較大時，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)緊湊的蝸桿傳動和行星齒輪傳動。⑦當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的載荷頻繁變化、變化量大且有可能過載時，為保證安全運轉(zhuǎn)，可選用有過載保護(hù)的傳動類型。 ⑧單件、小批量生產(chǎn)的傳動，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的傳動裝置以降低成本，縮短制造周期。

2 傳動方案的設(shè)計

（1）傳動路線的選擇。根據(jù)運動和動力的傳遞路線，傳動路線常可分為下列4種：①單路傳動。這種傳動路線結(jié)構(gòu)簡單，但傳動機(jī)構(gòu)數(shù)目多，傳動系統(tǒng)的效率越低，因此，應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)數(shù)目。當(dāng)系統(tǒng)中只有一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個原動機(jī)時，宜采用此傳動路線。②分路傳動。當(dāng)系統(tǒng)有多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而只有一個原動機(jī)。③多路聯(lián)合傳動。當(dāng)系統(tǒng)只有一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但需要多個運動且每個運動傳遞的功率都較大時宜采用這種傳動路線。④復(fù)合傳動。復(fù)合傳動是上述幾種路線的組合。傳動路線的選擇主要是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作特性、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和原動機(jī)的數(shù)目以及傳動系統(tǒng)性能的要求來決定，以傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動鏈短、傳動精度高、效率高、成本低為原則。

（2）機(jī)構(gòu)布置的順序。布置傳動機(jī)構(gòu)順序時，一般應(yīng)考慮以下幾點：①機(jī)械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、減小振動。一般將傳動平穩(wěn)、動載荷小的機(jī)構(gòu)放在高速級。如帶傳動傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，并可過載保護(hù)，故一般布置在高速級；而鏈傳動運轉(zhuǎn)不均勻，有沖擊，應(yīng)布置在低速級。又如斜齒輪傳動平穩(wěn)性比直齒輪傳動好，故常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合。②提高傳動系統(tǒng)的效率。蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)傳動平穩(wěn)，但效率低，一般用于中、小功率間隙運動的場合。對于采用錫青銅為蝸輪材料的蝸桿傳動，應(yīng)布置在高速級，以利于形成潤滑油膜，提高承載能力和傳動效率。③結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于加工制造。帶傳動布置在高速級不僅使傳動平穩(wěn)，而且可減少傳動裝置尺寸。一般將改變運動形式的機(jī)構(gòu)(如螺旋傳動、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等)布置在傳動系統(tǒng)的最后一級(靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)或作為執(zhí)行機(jī)構(gòu))，可使結(jié)構(gòu)緊湊。大尺寸、大模數(shù)的圓錐齒輪加工較困難，因此應(yīng)盡量放在高速級并限制其傳動比，以減少其直徑和模數(shù)。④承載能力大、壽命長 開式齒輪傳動的工作環(huán)境較差、潤滑條件不好，磨損嚴(yán)重、壽命較短，應(yīng)布置在低速級。對采用鋁鐵青銅或鑄鐵作為蝸輪材料的蝸桿傳動常布置在低速級，使齒面滑動速度較低，以防止產(chǎn)生膠合或嚴(yán)重磨損。

3 傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)計算

動力參數(shù)計算就是要算出各軸的功率和轉(zhuǎn)矩。

（1）傳動系統(tǒng)的總效率。常用的單路傳動系統(tǒng)的總效率為各部分效率乘積，即 η總=η1、η2、…ηn，式中 η1、η2、…ηn，為每一傳動機(jī)構(gòu)、每對軸承、聯(lián)軸器等的效率。一對滾動軸承或聯(lián)軸器的效率可近似取為η=0.98～0.99。

（2）功率。傳動系統(tǒng)中，對各零件進(jìn)行工作能力計算時，均以其輸入功率為計算功率。

以圖1所示的二級圓柱齒輪傳動系統(tǒng)為例，介紹各軸功率的計算方法。現(xiàn)已知傳動系統(tǒng)的輸入功率P入(單位為kW)(或輸出功率P出)、齒輪嚙合效率 η齒、軸承效率 η承。設(shè)PI、PⅡ、PⅢ分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的輸入功率，單位為kW，則有：

上述兩式都可用來計算各軸的功率，在一般情況下，電動機(jī)額定功率略大于負(fù)載功率，故用后者計算較為合理。