机械传动方案的设计

茹晓兰，田联会

（1.陕西咸阳秦伟汽车服务有限公司，陕西 咸阳 712000；2．陕西咸阳市天然气有限公司，陕西 咸阳 712000）

1 传动类型的选择

传动机构的类型很多，选择不同类型的传动机构，将会得到不同形式的传动系统方案。为了获得理想的传动方案，需要合理选择传动机构类型。常用传动机构及其性能见表1。

表1 常用传动机构及其性能

选择传动类型时，应根据主要性能指标：效率高、外廓尺寸小、质量小、运动性能良好、成本低以及符合生产条件等。选择传动类型的基本原则是：①当原动机的功率、转速或运动形式完全符合执行系统的工况要求时，可将原动机的输出轴与执行机构的输入轴用联轴器直接联接。这种联接结构最简单，传动效率最高。但当原动机的输出轴与执行机构的输入轴不在同一轴线上时，就需要采用等传动比的传动机构。②原动机的输出功率满足执行机构要求，但输出的转速、转矩或运动形式不符合执行机构的需要，此时则需要采用能变速或转换运动形式的传动机构。③高速、大功率传动时，应选用承载能力大、传动平稳、效率高的传动类型。④速度较低，中、小功率传动，要求传动比较大时，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，进行分析比较，选出综合性能较好的方案。⑤工作环境恶劣、粉尘较多时，尽量采用闭式传动，以延长零件的寿命。⑥尽可能采用结构简单的单级动装置。中心距较大时，可采用带传动、链传动。传动比较大时，优先选用结构紧凑的蜗杆传动和行星齿轮传动。⑦当执行机构的载荷频繁变化、变化量大且有可能过载时，为保证安全运转，可选用有过载保护的传动类型。 ⑧单件、小批量生产的传动，尽量采用标准的传动装置以降低成本，缩短制造周期。

2 传动方案的设计

（1）传动路线的选择。根据运动和动力的传递路线，传动路线常可分为下列4种：①单路传动。这种传动路线结构简单，但传动机构数目多，传动系统的效率越低，因此，应尽量减少机构数目。当系统中只有一个执行机构和一个原动机时，宜采用此传动路线。②分路传动。当系统有多个执行机构，而只有一个原动机。③多路联合传动。当系统只有一个执行机构，但需要多个运动且每个运动传递的功率都较大时宜采用这种传动路线。④复合传动。复合传动是上述几种路线的组合。传动路线的选择主要是根据执行机构的工作特性、执行机构和原动机的数目以及传动系统性能的要求来决定，以传动系统结构简单、尺寸紧凑、传动链短、传动精度高、效率高、成本低为原则。

（2）机构布置的顺序。布置传动机构顺序时，一般应考虑以下几点：①机械运转平稳、减小振动。一般将传动平稳、动载荷小的机构放在高速级。如带传动传动平稳，能缓冲吸振，并可过载保护，故一般布置在高速级；而链传动运转不均匀，有冲击，应布置在低速级。又如斜齿轮传动平稳性比直齿轮传动好，故常用在高速级或要求传动平稳的场合。②提高传动系统的效率。蜗杆蜗轮机构传动平稳，但效率低，一般用于中、小功率间隙运动的场合。对于采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，应布置在高速级，以利于形成润滑油膜，提高承载能力和传动效率。③结构简单紧凑、易于加工制造。带传动布置在高速级不仅使传动平稳，而且可减少传动装置尺寸。一般将改变运动形式的机构(如螺旋传动、连杆机构、凸轮机构等)布置在传动系统的最后一级(靠近执行机构或作为执行机构)，可使结构紧凑。大尺寸、大模数的圆锥齿轮加工较困难，因此应尽量放在高速级并限制其传动比，以减少其直径和模数。④承载能力大、寿命长 开式齿轮传动的工作环境较差、润滑条件不好，磨损严重、寿命较短，应布置在低速级。对采用铝铁青铜或铸铁作为蜗轮材料的蜗杆传动常布置在低速级，使齿面滑动速度较低，以防止产生胶合或严重磨损。

3 传动系统的动力参数计算

动力参数计算就是要算出各轴的功率和转矩。

（1）传动系统的总效率。常用的单路传动系统的总效率为各部分效率乘积，即 η总=η1、η2、…ηn，式中 η1、η2、…ηn，为每一传动机构、每对轴承、联轴器等的效率。一对滚动轴承或联轴器的效率可近似取为η=0.98～0.99。

（2）功率。传动系统中，对各零件进行工作能力计算时，均以其输入功率为计算功率。

以图1所示的二级圆柱齿轮传动系统为例，介绍各轴功率的计算方法。现已知传动系统的输入功率P入(单位为kW)(或输出功率P出)、齿轮啮合效率 η齿、轴承效率 η承。设PI、PⅡ、PⅢ分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的输入功率，单位为kW，则有：

上述两式都可用来计算各轴的功率，在一般情况下，电动机额定功率略大于负载功率，故用后者计算较为合理。