《传动系统设计》课件

传动系统设计课程大纲与学习目标课程内容学习目标传动系统概述掌握传动系统设计的基本原理••齿轮传动设计熟练运用各种传动类型的设计方法••带传动设计具备分析传动系统性能和选择合适的传动方案的能力••链传动设计•轴系与轴承•联轴器、离合器与制动器•传动箱体设计•传动系统的现代化设计•传动系统的基本概念和功能定义传动系统是指将动力源的运动和能量传递给工作机构的机械系统，它负责将动力源的旋转运动、往复运动或直线运动传递到工作机构，并将动力源的能量传递到工作机构，实现机器的正常工作功能传动系统的分类方法按传动方式机械传动、液压传动、气动传动、电气传动、混合传动按传动介质固体传动、液体传动、气体传动按运动形式旋转传动、直线传动、往复传动按传动比定比传动、变比传动机械传动的发展历史古代1原始的齿轮、木制滑轮、皮带轮等传动形式中世纪2水车、风车、机械钟表等应用齿轮传动工业革命3蒸汽机、纺织机、金属加工机床等发展了齿轮、带、链传动现代4精密机械、航空航天、机器人等领域对传动系统精度、效率、可靠性提出更高要求传动系统设计的基本原则可靠性传动系统必须具有足够的强度、刚度和稳定性，保证机器安全可靠地运行效率传动系统应尽可能减少能量损失，提高传动效率经济性传动系统的设计应考虑成本因素，选择经济合理的方案可维护性传动系统的设计应便于拆卸、维护和修理，降低维护成本环境友好性传动系统应减少噪音、振动和污染，符合环保要求传动系统的工作条件分析工作负荷传动系统所承受的力、扭矩、速度等参数，包括工况变化工作环境温度、湿度、粉尘、腐蚀性气体等环境因素运行时间传动系统连续运行时间、间歇运行时间、负载变化周期使用寿命传动系统要求的运行寿命，以及可能需要维修的频率传动系统的受力分析基础力平衡扭矩平衡1作用在传动系统各部件上的力的平衡输入扭矩和输出扭矩的平衡关系2关系材料特性运动协调4传动系统材料的强度、刚度、疲劳强3各部件之间的运动关系和协调性度等特性齿轮传动的基本原理齿轮啮合1两齿轮齿廓相互接触，通过齿廓的摩擦和啮合传递动力传动比2齿轮传动比是指输出齿轮转速与输入齿轮转速的比值，决定速度变换齿轮廓线3齿轮的齿廓形状，影响传动效率和承载能力齿轮传动的类型介绍直齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮锥齿轮齿廓为直线，结构简单、成本低，但噪齿廓为斜线，承载能力强、效率高、噪用于轴线相交的传动，承载能力强，应声较大声低，但结构复杂用于汽车变速箱等直齿圆柱齿轮设计要点模数选择1齿轮的模数决定齿轮的大小和齿数，影响传动精度和承载能力齿数确定2齿数应根据传动比和模数确定，确保齿轮啮合良好齿廓修形3对齿廓进行修形，可以减小齿轮的冲击和噪声斜齿轮传动特点与应用锥齿轮传动系统设计123轴线相交齿轮形状设计要点适用于轴线相交的场合，如汽车变速箱锥齿轮的齿廓为螺旋线，具有良好的承主要包括齿轮尺寸、齿形、材料选择、载能力润滑方式等蜗杆传动的工作原理蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆为螺旋形的螺纹，蜗轮为齿数较多的齿轮，通过螺旋啮合传递动力特点是传动比大、体积小、承载能力高，但效率低、发热量大、噪音高蜗杆传动的设计方法传动比选择蜗杆形状蜗轮设计蜗杆传动比一般为，根据实际蜗杆的螺旋角、齿形、材料等因素影蜗轮的齿数、模数、材料等因素影响10-100需要选择合适的传动比响传动性能传动性能齿轮传动的强度计算弯曲强度齿轮在弯曲载荷下的强度计算，防止齿根断裂接触强度齿轮在接触载荷下的强度计算，防止齿面压碎疲劳强度齿轮在反复载荷下的强度计算，防止齿轮因疲劳而失效齿轮传动的寿命估算疲劳寿命磨损寿命12齿轮在反复载荷作用下，齿齿轮在摩擦作用下，齿面发轮齿根和齿面发生的疲劳失生的磨损失效效塑性变形寿命3齿轮在载荷作用下，齿轮发生塑性变形失效齿轮传动的精度要求齿轮传动的精度是指齿轮传动精度影响传根据传动要求选择合齿轮的加工精度、装动效率、噪声、振动适的齿轮精度等级配精度和运行精度和寿命齿轮传动的润滑系统润滑油选择1选择合适的润滑油，根据工作条件、油温、油压等因素润滑方式2齿轮传动常用的润滑方式包括油浴润滑、飞溅润滑、压力润滑等润滑系统设计3设计润滑系统，确保齿轮获得充足的润滑带传动系统概述带传动原理带传动利用带的摩擦力来传递动力，实现速度变换和运动方向改变带传动类型常见类型有带传动、同步带传动、平带传动等V带传动特点承载能力较低，但结构简单、成本低、运转平稳、缓冲能力强带传动的设计原则V带的材料带的截面带材料主要为橡胶、帆布等根据传动功率、速度、传动比V，根据工作条件选择等选择合适的带截面带轮尺寸带轮尺寸应符合带的截面尺寸，并保证带与带轮之间有合适的摩擦力同步带传动的特点准确的传动比同步带传动能够保持准确的传动比，适用于需要精确控制运动的场合较高的传动效率同步带传动效率较高，能够有效减少能量损失低噪声同步带传动运行平稳，噪声较低维护简单同步带传动不需要润滑，维护简单带传动的张紧装置张紧目的保证带与带轮之间足够的摩擦力，防止打滑张紧方式常用方式包括弹簧张紧、重力张紧、液压张紧等张紧设计张紧装置的设计应保证带的张紧力适当，防止带过度磨损或打滑带传动的速比计算带传动速比1指带轮的直径之比，决定速度变换计算公式2，其中为从动轮直径，为主动轮直径i=D2/D1D2D1速比选择3根据传动需求选择合适的速比，确保传动性能链传动系统的基础链传动类型2常见类型有滚子链传动、链条传动等链传动原理1链传动利用链条与链轮的啮合传递动力，实现速度变换和运动方向改链传动特点变承载能力强，传动效率高，传动比准确，但结构复杂、成本较高、噪音较3大链传动的类型选择滚子链链条其他类型链轮的设计要点链轮尺寸齿形设计材料选择链轮的尺寸应与链条的尺寸相匹配，链轮的齿形应符合链条的形状，保证根据工作条件选择合适的链轮材料，保证链条与链轮之间有足够的啮合链条与链轮之间有足够的啮合保证强度和耐磨性链条的选择标准链条类型1根据传动功率、速度、传动比等因素选择合适的链条类型链条尺寸2链条的尺寸应与链轮的尺寸相匹配，保证链条与链轮之间有足够的啮合链条强度3链条的强度应足够高，保证链条在工作条件下不会断裂链条耐磨性4链条的耐磨性应足够高，保证链条在工作条件下不会过度磨损链传动的润滑要求润滑油选择1选择合适的润滑油，保证链条的润滑性能润滑方式2链传动常用的润滑方式包括油浴润滑、滴油润滑、喷油润滑等润滑频率3根据工作条件和润滑油的性能确定合适的润滑频率轴系设计基础轴的类型轴的类型包括旋转轴、固定轴、曲轴等轴的功能轴主要功能是支撑转动部件、传递扭矩和能量轴系设计轴系设计包括轴的类型选择、材料选择、强度校核、刚度校核等轴的类型与功能旋转轴固定轴用于支撑转动部件，传递扭矩用于固定转动部件，不传递扭和能量矩曲轴用于将往复运动转化为旋转运动轴的材料选择12强度要求刚度要求轴的材料应具有足够的强度，能够承受工作负荷轴的材料应具有足够的刚度，防止轴发生过度变形34耐磨性成本因素轴的材料应具有良好的耐磨性，防止轴过度磨损选择经济合理的材料，保证轴的设计经济性轴的强度校核强度校核是指验证轴的强度是否满足工作条件要求，主要包括弯曲强度校核、扭转强度校核等，确保轴在工作条件下不会断裂轴的刚度校核刚度要求校核方法轴的刚度是指轴抵抗变形的能力，刚度不足会导致轴发生过通过计算轴的变形量，判断轴的刚度是否满足要求度变形，影响传动精度和工作效率轴的结构设计轴颈设计轴颈是轴上用于安装轴承的部位，应设计得足够强硬，以承受轴承的载荷键槽设计键槽是轴上用于安装零件的部位，应设计得足够牢固，以防止零件松脱圆角设计轴上应设计圆角，以减少应力集中，提高轴的寿命轴承选型基础轴承种类载荷类型1轴承分为滚动轴承和滑动轴承，根据轴承所承受的载荷类型包括径向载荷2工作条件选择合适的轴承类型、轴向载荷、复合载荷等尺寸要求工作条件4选择合适的轴承尺寸，满足安装空间轴承的工作条件包括转速、温度、湿3要求度、振动等因素滚动轴承的分类深沟球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承结构简单、成本低、应用广泛，适用于承载能力强，可承受径向载荷和轴向载能够承受径向载荷和一定角度的轴向载径向载荷为主的场合荷，应用于汽车轮毂等荷，适用于轴心有偏差的场合轴承寿命计算寿命指标计算方法轴承寿命是指轴承在规定的根据轴承的类型、载荷、转工作条件下，能够正常运转速等参数，使用相关公式计的时间算轴承寿命寿命预测根据寿命计算结果，预测轴承的实际使用寿命轴承润滑与密封润滑油选择1选择合适的润滑油，根据轴承类型、工作条件等因素润滑方式2轴承常用的润滑方式包括油浴润滑、滴油润滑、喷油润滑等密封设计3选择合适的密封装置，防止润滑油泄漏和污染物进入轴承联轴器的选择联轴器作用联轴器类型选择标准连接动力源和工作机构，传递扭矩和常见类型包括刚性联轴器、弹性联轴根据传动功率、转速、工作条件等因能量，并缓冲冲击器、液力联轴器等素选择合适的联轴器刚性联轴器设计结构特点应用范围刚性联轴器结构简单，主要用适用于传动精度要求较高的场于连接轴线重合的传动部件合，如机床、精密仪器等设计要点设计要点包括联轴器尺寸、材料选择、加工精度等弹性联轴器应用缓冲冲击补偿偏差弹性联轴器能够吸收冲击载弹性联轴器能够补偿轴线的荷，减小传动系统的振动偏差，提高传动系统的稳定性降低噪声弹性联轴器能够降低传动系统的噪声离合器的工作原理离合器是一种用于接合或分离传动系统的装置，可以使传动系统在需要时接合或分离，从而实现机器的启动、停车、换挡等功能离合器的类型选择制动器的设计原则制动功能制动类型设计要点制动器用于减速或停止传动系统，实常见类型包括摩擦制动器、电磁制动设计要点包括制动器尺寸、材料选择现机器的停车和安全控制器、液压制动器等、制动力计算、散热设计等传动箱体设计要点箱体结构传动箱体应根据传动系统的结构和功能设计，保证强度和刚度箱体材料选择合适的箱体材料，保证强度、耐磨性、耐腐蚀性密封设计设计合适的密封装置，防止油液泄漏和污染物进入箱体内箱体材料与工艺12铸铁铝合金成本低、强度高，适用于结构复杂重量轻、强度较好，适用于轻型箱的箱体体3钢板焊接强度高、结构灵活，适用于大型箱体传动装置的密封设计密封目的密封类型密封设计防止油液泄漏、灰尘进入，保证常见类型包括油封、唇形密封、选择合适的密封装置，根据工作O传动系统的正常工作型密封等条件、润滑油类型等因素传动系统的装配工艺清洁处理1对所有部件进行清洁，防止污染物进入传动系统零件装配2根据装配图纸，按顺序装配各部件调整校正3对传动系统的间隙、精度等进行调整和校正试运行4进行试运行，检验传动系统的性能和可靠性传动系统的维护保养定期检查定期检查传动系统的运行状况，发现问题及时处理润滑保养定期更换润滑油，保证传动系统的润滑性能清洁保养定期清洁传动系统，防止污染物影响传动性能故障排除及时排除传动系统故障，保证传动系统正常工作传动系统的故障诊断故障现象故障原因故障排除分析传动系统的异常现象，如噪声根据故障现象，分析故障原因，如根据故障原因，采取相应的措施，、振动、温度升高、漏油等零件磨损、安装错误、润滑不足等排除故障传动系统的效率分析效率定义影响因素传动系统的效率是指输出功效率受传动类型、零件精度率与输入功率的比值，反映、润滑条件、工作负荷等因传动系统能量损失的大小素影响分析方法通过测量输入功率和输出功率，计算传动效率传动系统的噪声控制噪声来源传动系统噪声主要来自于齿轮啮合、链条摩擦、轴承滚动等噪声控制方法包括齿轮修形、链条润滑、轴承选型、隔音降噪等噪声检测使用噪声计测量传动系统的噪声水平，评估噪声控制效果传动系统的振动分析振动来源振动分析方法振动控制传动系统振动主要来自于齿轮啮合、包括振动信号采集、振动频谱分析、通过优化传动系统结构、平衡转动部轴承滚动、不平衡力等振动模态分析等件、减小振动源等措施控制振动传动系统的现代化设计方法计算机辅助设计1使用软件进行传动系统的设计、分析和优化CAD/CAE有限元分析2使用有限元分析方法对传动系统进行强度、刚度、振动等分析优化设计3使用优化算法对传动系统进行优化设计，提高传动效率、降低成本在传动设计中的应用CAD/CAE三维建模有限元分析优化设计仿真分析使用软件创建传动系统使用软件对传动系统进使用软件进行优化设计使用软件进行仿真分析CAD CAE CAECAE的三维模型，方便设计和分行强度、刚度、振动等分析，提高传动效率、降低成本，验证传动系统的性能和可析靠性传动系统设计实例分析汽车变速箱机床主轴传动12汽车变速箱是典型的传动系机床主轴传动要求高精度、统设计实例，涉及齿轮传动高效率，需要选择合适的传、同步器、离合器等多种传动类型和设计方法动部件风力发电机传动3风力发电机传动需要考虑环境因素和可靠性，需要选择合适的传动类型和材料新型传动系统介绍行星齿轮传动谐波传动行星齿轮传动具有传动比大、谐波传动具有传动比大、精度体积小、承载能力强的特点，高、体积小的特点，应用于精应用于航空航天、机器人等领密仪器、机器人等领域域磁力传动磁力传动具有无接触、无磨损、噪音低的特点，应用于精密仪器、医疗设备等领域绿色环保传动设计节能设计选择高效的传动类型、优化传动参数，减少能量损失减噪设计采用低噪声传动部件、优化传动结构，降低噪声污染材料选择选择环保材料，减少污染智能传动系统发展趋势智能控制1使用人工智能技术对传动系统进行智能控制，提高传动效率和可靠性数据分析2收集传动系统运行数据，进行数据分析，预测故障、优化维护自适应调节3传动系统能够根据工作条件进行自适应调节，提高适应性。