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1、第15章 机械传动系统设计,第 15 章 机械传动系统设计,15.5 机械创新设计简介,15.4 计算机辅助设计简介,15.3 传动系统的运动和动力计算,15.2 机械传动系统方案设计,15.1 概述,15.1 概述,15.1.1 传动系统的功用机器组成:原动机、传动系统和工作机原动机:完成工作任务的动力来源，最常用的是电动机。工作机:直接完成生产任务的执行装置，可以通过选择 合适的机构或其组合来实现。传动系统:把原动机的运动和动力转化为符合执行机构 需要的中间传动装置,15.1 概述,15.1.1 传动系统的功用原动机的运动和动力与工作机所要求的差距，主要表现在：（1）工作机所需的速度、转矩
2、与原动机提供的不一致；（2）原动机的输出轴通常只作匀速单方向回转运动，而工作机所 要求的运动形式往往是多种多样的;（3）很多工作机在工作中需要变速，如果采用调整原动机速度的 方法来实现往往很不经济，甚至难以实现；（4）某些情况下，需要一个原动机带动若干个装置并输出不同的 运动形式和速度。,151 概述,15.1.2 常用机械传动的类型及主要特性,根据传力原理机械传动分类,根据结构形式机械传动分类,15.2 机械传动系统方案设计,15.2.1传动路线的选择,根据能量从原动机到工作机之间的传递型式不同，传动路线可分为单流传动、分流传动和汇流传动三种基本形式,a.单流传动,b.分流传动,15.2 机
3、械传动系统方案设计,15.2.1传动路线的选择,c.汇流传动,15.2 机械传动系统方案设计,15.2.2 传动机构类型的选择,1.小功率宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动，以降低制造费用；2.大功率宜优先选用传动效率高的传动，以节约能源、降低生产费用；3.速度低、传动比大时，可选用单级蜗杆传动、多级齿轮传动、带齿轮传动、带齿轮链传动等多种方案，需要综合分析比较，选出合适的传动方案；,选择的基本原则,15.2 机械传动系统方案设计,15.2.2 传动机构类型的选择,4.工作中可能出现过载的设备，宜在传动系统中设置一级摩擦传动，以便起到过载保护作用。但摩擦有静电发生，在易燃、易爆的场合
4、，不能采用摩擦传动；5.工作环境恶劣、粉尘较多时，应尽量采用闭式传动，以延长使用寿命，或采用链传动；,选择的基本原则,15.2 机械传动系统方案设计,15.2.2 传动机构类型的选择,6.生产批量较大时，应尽量选用标准的传动装置（如各种标准减速器），以降低成本，缩短制造周期；7.载荷经常变化、频繁换向的传动，宜在传动系统中设置一级具有缓冲、吸振功能的传动（如带传动）；8.传动的噪声要求严格控制时，应优先选用带传动、蜗杆传动、摩擦传动或螺旋传动。如需要采用其他传动机构，应从制造和装配精度、结构等方 面采取措施，力求降低噪声。,选择的基本原则,15.2 机械传动系统方案设计,15.2.3 传动机构
5、的布置顺序选择,合理布置各机构的顺序考虑以下几方面：运转平稳，减小振动 提高传动系统的效率 结构简单紧凑，易于加工制造 承载能力大，使用寿命长 有利于传动系统润滑和密封 无级变速的布置要合理,15.2 机械传动系统方案设计,15.2.3 传动机构的布置顺序选择,例151 由电动机驱动的带式输送机的传递系统设计,试比较下列方案优劣,（a）(b)(c)(d),5.3 传动系统的运动和动力计算,15.3.1 传动方案的运动参数计算,1传动比分配串联传动系统的总传动比,式中 nd原动机输出轴转速，r/min；nw 工作机输入轴转速，r/min；i1、i2、in、传动系统中的各级装置的传动比,15.3
6、传动系统的运动和动力计算,15.3.1 传动方案的运动参数计算,1传动比分配,应考虑以下原则（1）各级传动比应在合理的范围内选取；（2）应使各级传动零件尺寸协调，结构匀称合理，不会产生干涉碰撞；（3）尽量减小外廓尺寸和整体重量。由同类传动机构组成的传动系统（如多级齿轮传动），分配传动比时，若为减速传动，一般应按传动比逐级减小的原则分配；反之，若为增速传动，应按逐级增大分配；（4）设计减速器时，应尽量使各级大齿轮直径接近相等，浸油深度大致相同（低速级大齿轮浸油稍深），以确保润滑良好。,15.3 传动系统的运动和动力计算,15.3.1 传动方案的运动参数计算,2转速和线速度计算,由传动比计算公式可
7、得从动轴转速,主动轴转速，r/min。在选择润滑方式和齿轮精度选取时，需要计算传动零件的线速度,，其计算公式为,传动零件计算直径，mm；,传动零件转速，r/min。,15.3 传动系统的运动和动力计算,15.3.2 传动系统的动力参数计算,1.传动系统的总效率计算,常用的单流传动系统的总效率为各环节效率的乘积，即,各传动机构、联轴器、每对轴承、齿轮副等 的传动效率。,表153 为常用传动零件和装置的传动效率,15.3 传动系统的运动和动力计算,15.3.2 传动系统的动力参数计算,1.传动系统的总效率计算,各传动机构、联轴器、每对轴承、齿轮副等的传动效率,表153 为常用传动零件和装置的传动效
8、率,常用传动零件和装置的传动效率,15.3 传动系统的运动和动力计算,15.3.2 传动系统的动力参数计算,2.功率计算,传动系统中，对各传动零件进行工作能力计算时，均以其输入功率为计算功率。,图为二级圆柱齿轮传动系统为例若已知该传动系统的输入功率或输出功率，设、轴的输入功率分别为、则,15.3 传动系统的运动和动力计算,15.3.2 传动系统的动力参数计算,3.转矩计算 计算各轴的输入功率和转速后，即可按下式计算各轴的转矩T/（Nm）,15.3 传动系统的运动和动力计算,例152 一带式输送机传动方案如图所示。已知输送带工作拉力 kN，带速m/s，卷 筒直径mm，卷筒传动效率；电动机额定功率
9、=4.85kW，转速r/min。试计算该传动系统的运动和动力参数。,15.3 传动系统的运动和动力计算,解（1）传动比分配工作机转速,总传动比,根据传动比的一般分配原则，取V带传动比为,高速级齿轮传动比为,则低速级齿轮传动比为,15.3 传动系统的运动和动力计算,（2）计算各轴转速,15.3 传动系统的运动和动力计算,（3）计算各轴功率 工作机功率,取一对滚动轴承效率为,齿轮啮合效率,联轴器效率,V带传动效率,则各轴的输入功率为:,15.3 传动系统的运动和动力计算,（4）计算各轴转矩,15.4 计算机辅助设计简介,15.4.1 计算机辅助设计,计算机辅助设计（Computer Aided D
10、esign），简称为CAD，是人们利用计算机完成机械零件或产品设计中的计算、分析、模拟、制图、编制技术文件等工作。CAD的应用，可以极大地减轻设计者的劳动，缩短产品的设计开发周期，提高设计质量，使设计更加规范化、标准化、系列化。,15.4 计算机辅助设计简介,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,（1）程序化 即在应用程序内对各种数表及线图进行查表、处理或计算。1）将数表中的数据或线图拟合成公式，则可用表达式或函数描述这些公式，实现设计资料的程序化。2）将数表或线图经离散化后按一维、二维或三维数组存入计算机，然后用查表、插值等方法检索所需数据。（2）按数据库存储 将数表及线图中的数据按
11、数据库的规定进行文件结构化，存放在数据库中，数据独立于应用程序，但又能为所有程序提供服务。,15.4 计算机辅助设计简介,（）一元数表的程序化,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,1.数表的程序化,例：对于不同的轴径D，所选用的平键和键槽尺寸是不同的。,平键和键槽尺寸（单位：mm）,15.4 计算机辅助设计简介,（）一元数表的程序化,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,15.4 计算机辅助设计简介,（2）二元列表的程序化,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,例：对于不同的轴径，其轴肩的应力集中系数是不同的。,轴肩圆角处的理论应力集中系数,15.4 计算机辅助设计简
12、介,（2）二元列表的程序化,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,15.4 计算机辅助设计简介,（3）列表函数的插值,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,列表函数只能给出有限节点处的函数值，当自变量为两节点之间的某值时，就要用插值法求取函数值,线性插值是通过两个已知点函数值,构造一个一次函数式,使其满足,由解析几何得插值公式为：,15.4 计算机辅助设计简介,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,其程序流程图,15.4 计算机辅助设计简介,15.4.2 机械CAD中常用数据的处理方法,2数表和线图的公式化,线图的程序化常用以下处理方法,（1）一些由解析式制作成图表的，
13、设法查找出原来 的解析表达式,（2）在线图上选择合适的节点，将线图离散化为数表，再 利用上述数表的程序化方法处理,（3）对于一些实验曲线，如果是直线、折线，则很容易 建立它们的函数关系式,（4）用曲线拟合的方法求出线图的经验公式，再将公式 编入程序使用,15.4 计算机辅助设计简介,15.4.3 CAD机械零件程序设计步骤简介,机械零件程序设计的一般步骤：,1.按设计过程画出程序框图,2.数表和线图的处理,3.确定程序变量名称,4.编写计算程序,5.程序检查与调试,6.输出设计结果,15.5 机械创新设计简介,15.5.1 创新设计的含义,创造（Creation）强调新颖性和独特性，而 创新（
14、Invovation）是创造的某种实现。,创造性思维具有以下特征：,（1）开放性,（2）求异性,（3）非显而易见性,15.5 机械创新设计简介,15.5.2 创新设计方法,确定课题的常用方法,（1）智力激励法,该法在实施时分两步进行：1）准备 2）开会 会议的原则是：自由思考 严禁评判 以量求质 结合改善,创造发明的一般过程包括寻求课题、揭示实质和形成方案等三步,15.5 机械创新设计简介,15.5.2 创新设计方法,确定课题的常用方法,（2）缺点列举法 就是挑毛病、找差距的方法,对机械零件设计可以沿着以下思路寻找缺点：功能性缺点；原理性缺点；结构性缺点；材料及热处理性缺点；制造工艺性缺点；使
15、用维修性缺点。,15.5 机械创新设计简介,例如：一般的自行车辐条，像一个细长的螺栓，一端为螺栓头，另一端为螺纹。更换十分不便，针对这一缺点，有人发明了一种新型辐条，将螺栓头改变为Z字形弯钩,安装时不用拆卸飞轮，即可将辐条穿过，节省了维修时间，而且连接可靠，装拆方便。,15.5 机械创新设计简介,15.5.2 创新设计方法,2.揭示实质的常用方法原点回归法,从创造的终点按人们研究的创造方向反向追索其创造的原点，再以原点为中心进行各个方向上的发散并寻找其他的创造思路方向，用新的思想、新的技术在新找到的思维方向上重新进行创造，突破前人的思维束缚，往往能取得较大的成果。把这种先回归到原点，再从原点出
16、发解决问题的方法称为原点回归法。,例：用原点回归法 设计轴承,15.5 机械创新设计简介,15.5.2 创新设计方法,3.形成方案的常用方法,（1）组合创造法,1）主体添加2）同物组合 3）异物组合4）重组组合,（2）属性改变法,1）形状改变 2）位置改变3）数目改变4）尺寸改变,（3）移植创造法,1）原理移植2）方法移植3）结构移植 4）环境移植,15.5 机械创新设计简介,15.5.2 创新设计方法,3.形成方案的常用方法,有多种检核表，奥斯本检核表的内容包括以下9方面：有无其他用途；能否借用；能否改变；能否扩大；能否缩小；能否代用；能否重新调整；能否颠倒过来；能否组合。,（4）检核表法,一种有序提问题强制思考的方法，通过一系列问题与回答，可以深入思考，找到解决问题的思路或方法。,Thank You!,本 章 结 束,
