机械传动系统设计课件

机械传动系统设计欢迎参加机械传动系统设计课程本课程将深入探讨机械传动系统的基本原理、设计方法和实际应用，帮助学生掌握从需求分析到系统实现的完整设计流程通过本课程学习，您将了解齿轮、带、链等各类传动元件的工作原理，掌握轴系、轴承等支承结构的设计方法，同时学习润滑、噪声控制等系统优化技术，为今后从事机械设计工作奠定坚实基础课程概述课程目标学习内容掌握机械传动系统基本理论和设包括传动系统基础理论、齿轮传计方法，能够独立完成传动系统动、带传动、链传动、轴系设计、的方案设计、计算和优化培养轴承选择、联轴器与离合器、制工程实践能力和创新思维，能够动系统、润滑系统以及噪声与振应对工业领域中的实际传动系统动控制等核心内容理论与实际设计问题工程案例相结合考核方式平时作业（30%）、课程设计项目（30%）、期末考试（40%）课程设计要求学生完成一个完整的传动系统设计，并提交设计说明书和图纸期末考试侧重理论知识与计算方法第一章机械传动系统概述3-515%主要传动类型能量损耗常见传动系统包括齿轮传动、带传动和链典型机械传动系统的平均能量损耗比例传动等60%机械系统占比工业设备中传动系统约占总成本的比例机械传动系统是现代工业装备的核心部分，其设计水平直接影响整机性能本章将介绍传动系统的基本概念、分类及应用领域，为后续各章节奠定基础通过对传动系统整体认识，建立系统设计思维机械传动系统的定义

1.1功能定义组成部分机械传动系统是将动力源的机械能传递给工作机构的装置，其主一个完整的机械传动系统通常由以下部分组成要功能包括•传动元件齿轮、皮带、链条等•传递运动和动力•支承结构轴、轴承、机架等•改变运动速度和转矩•连接装置联轴器、离合器等•改变运动方向和形式•辅助系统润滑、冷却、密封装置•分配动力到不同工作部件•控制系统调速、制动、保护装置机械传动系统的分类

1.2按传动比分类•定比传动传动比固定不变•变比传动传动比可调节变化按传动方式分类•无级变速传动比可连续变化•啮合传动齿轮传动、链传动•多级变速传动比可分档变化•摩擦传动带传动、摩擦轮传动按结构形式分类•液力传动液力耦合器、液力变矩器•电磁传动电磁离合器、电磁制动器•开式传动传动元件暴露•闭式传动传动元件封闭•单级传动只有一对传动元件•多级传动串联多对传动元件机械传动系统的应用领域

1.3工业应用交通运输农业机械在制造业中广泛应用于机床、汽车变速箱、火车传动系统、拖拉机、收割机、播种机等农冶金设备、矿山机械、纺织机船舶推进装置等都依赖高效可机设备的动力传递系统这些械等这些设备需要精确的速靠的机械传动这些系统要求系统通常工作在粉尘和潮湿环度控制和大扭矩传递能力，常具有较高的可靠性和耐久性，境中，要求具有良好的防护性采用齿轮箱和减速器实现复杂同时能够适应复杂多变的工作能和简便的维护方式的运动转换环境现代自动化机器人关节传动、自动化生产线、精密仪器等精密传动系统这类应用对传动精度和响应速度有极高要求，常采用高精度齿轮和先进控制技术第二章传动系统设计基础优化与验证通过测试与分析持续改进计算与选型进行详细设计计算与元件选择方案设计提出多种可行的设计方案需求分析明确设计目标与约束条件传动系统设计是一个系统工程，需要遵循一定的设计流程和原则本章介绍传动系统设计的基本流程、设计原则和关键参数，为后续各类传动元件的详细设计奠定方法论基础设计流程

2.1需求分析收集并分析用户需求，明确传动系统的功能要求、工作条件、性能指标、使用寿命、可靠性要求等与客户充分沟通，确认设计边界条件和约束这一阶段的质量决定了最终设计的方向方案设计根据需求提出多种可行的传动系统方案，进行方案对比和初步评估选择传动类型（齿轮、带、链等），确定传动路线和布局，估算主要参数通过多方案比较，选出最优方案计算与选型对选定方案进行详细的工程计算，确定各传动元件的具体参数包括传动比计算、强度校核、寿命评估等根据计算结果，选择标准件或设计非标准件，形成完整的零部件清单优化与验证通过有限元分析、样机测试等方法验证设计的正确性针对发现的问题进行设计优化，提高系统性能最终完成设计文档，指导生产制造和安装调试设计原则

2.2可靠性原则传动系统应具有足够的强度、刚度和耐久性，能够在规定的使用寿命内安全可靠地工作系统设计时应考虑足够的安全裕度，特别是对关键部件进行冗余设计或采用失效安全设计方法系统还应具备一定的容错能力和自我保护功能经济性原则在满足功能和性能要求的前提下，尽量降低系统的制造成本、运行成本和维护成本优先选用标准件和通用件，减少特制零件合理选择材料和加工工艺，避免过度设计和性能浪费，追求最佳性价比制造性原则设计应充分考虑现有制造条件和工艺能力，使零部件易于加工和装配采用尽可能简单的结构形式，避免过于复杂的加工要求合理安排加工基准和装配顺序，确保各部件之间的互换性和装配方便性维护性原则便于检查、维护和修理是传动系统设计的重要考虑因素关键部件应易于拆卸和更换，润滑和调整点应便于操作，需要频繁检查的部位应当设置观察窗或测量点系统还应有清晰的标识和完善的技术文档设计参数

2.3设计参数符号单位描述传动比i-输入轴与输出轴转速之比效率η%输出功率与输入功率之比功率P kW单位时间内传递的能量转速n r/min轴每分钟旋转的圈数转矩T N·m产生旋转效果的力矩寿命L h系统正常工作的时间传动系统设计涉及多种关键参数，这些参数之间存在着一定的关系例如，转矩T与功率P、转速n之间的关系为T=9550·P/n设计时需要合理选择和计算这些参数，确保系统满足性能要求在实际设计中，还需要考虑工作条件、负载特性、环境因素等对参数选择的影响，通过安全系数来保证系统的可靠性第三章齿轮传动齿轮传动原理

3.1啮合原理齿形曲线齿轮传动基于轮齿间的啮合接触来传递运动和动力根据啮合定为满足啮合定律，齿轮的齿廓通常采用渐开线曲线渐开线齿形律，两齿轮正确啮合的条件是公法线始终通过节点，且分度圆具有以下优点上的啮合弧长相等•制造工艺简单，刀具标准化啮合过程中，齿轮传动的瞬时传动比等于两齿轮的节圆半径比或•中心距变化不影响传动比齿数比啮合齿轮的节圆相切，在节点处的线速度相等，确保了•啮合时具有滚动和滑动结合的特点运动的连续传递•承载能力强，磨损均匀除渐开线外，还有摆线、圆弧等齿形，用于特殊场合齿轮类型

3.2直齿轮斜齿轮锥齿轮蜗轮蜗杆齿线平行于轴线的圆柱齿轮，齿线与轴线成一定角度的圆柱用于相交轴传动的齿轮，可实用于交错轴传动，可获得很大结构简单，制造容易，但啮合齿轮，啮合平稳，噪声低，但现转动方向的改变根据齿线传动比具有自锁性能，传动时冲击大，噪声高主要用于产生轴向力适用于中高速场形式分为直齿、螺旋齿和弧齿平稳无冲击，但效率较低低速、轻载场合或作为中间传合，承载能力高，效率约为等类型主要应用于转向机构

0.7~

0.9，发热严重，需要良动环节承载能力中等，效率

0.95~

0.97在精密机械和汽车和差速器等，效率约为好的润滑常用于起重机械、约为

0.96~

0.98变速箱中广泛应用

0.94~

0.96减速装置等齿轮传动设计

3.3模数选择模数是齿轮设计的基本参数，表示每单位齿距对应的直径大小模数选择应考虑载荷、材料、制造精度等因素•标准模数系列1,

1.25,

1.5,2,

2.5,3,4,5,6,8,

10...•小模数适用于轻载、高速场合•大模数适用于重载、低速场合齿数计算根据传动比和防止根切的条件确定齿数，同时考虑轮齿强度和重量•直齿轮最小齿数通常不小于17•斜齿轮最小齿数可适当减小•传动比i=z2/z1（z为齿数）•一般小齿轮齿数不宜过少，大齿轮齿数不宜过多强度校核齿轮设计需校核齿面接触强度和齿根弯曲强度，确保安全可靠•接触强度计算σH≤[σH]•弯曲强度计算σF≤[σF]•考虑工况系数、重合度系数等修正因素•根据计算结果修正齿轮参数或材料选择齿轮制造与装配

3.41加工方法2热处理齿轮制造精度对传动性能有重齿轮常用的热处理方法有表面要影响常用的齿轮加工方法硬化（渗碳、氮化、感应淬火）包括成形法（铣削、插齿）和和整体热处理（调质、正火）展成法（滚齿、剃齿）精加合理的热处理工艺可显著提高工方法有磨齿、研齿和抛光等齿轮的耐磨性和疲劳强度选高精度齿轮通常需要经过粗加择热处理方式应考虑齿轮的材工、热处理和精加工的完整工料、尺寸和使用条件艺流程3装配技术齿轮装配需控制轴向和径向定位精度，确保齿轮啮合间隙适当常用的调整方法包括轴向位置调整、轴承预紧调整和背隙调整等装配完成后应进行运转试验，检查噪声、振动和温升等性能指标第四章带传动带传动是利用柔性带在带轮上的摩擦力传递动力的机械传动形式它具有结构简单、运转平稳、可吸收冲击和振动等优点，广泛应用于各类机械设备中本章将介绍带传动的基本原理、主要类型、设计计算方法以及维护技术带传动原理

4.1摩擦传动预紧力带传动依靠带与带轮之间的摩擦力传递动力，属于柔性摩擦传动带传动需要适当的预紧力才能正常工作预紧力过小会导致打滑，工作时，带在主动轮上受到拉力，产生弹性伸长，从而在紧边和过大则会增加轴承负荷和带的磨损松边形成张力差，通过这一张力差实现扭矩传递预紧力的调整方法主要有根据欧拉公式，带传动的最大传递力与摩擦系数、包角和初始张•调整中心距通过增大或减小带轮间距离来调整力相关•张紧轮使用附加轮对带施加压力F1-F2=F1·1-e^-μα•重力张紧利用电机或带轮自重产生张力其中F1为紧边张力，F2为松边张力，μ为摩擦系数，α为包角（弧•弹性张紧使用弹簧装置提供持续张力度）正确的预紧力通常为工作拉力的

1.5~2倍带的类型

4.2V带平带同步带截面为梯形的环形带，由截面为矩形的环形带，材带体上有与带轮齿槽啮合橡胶、帆布和钢丝等材料料有皮革、橡胶帆布和塑的齿，结合了带传动和齿组成特点是传动能力强，料等特点是结构简单，轮传动的优点特点是传包角小时不易打滑，效率高速性能好，效率高动比准确（无滑动），效较高（

0.94~

0.96）根（

0.97~

0.99），但需要率高（

0.98），噪声低，据截面尺寸分为A、B、C、较大包角主要用于高速、但成本较高广泛应用于D、E等型号，广泛用于一轻载场合和传递距离较远需要精确同步的场合，如般工业机械的传动汽车凸轮轴传动多楔带由多个小V带并列组成的带，兼有V带的不滑性和平带的柔软性适用于高速、大功率传动，可在小直径带轮上运行效率约为

0.95~

0.97，在汽车发动机附件驱动中应用广泛带传动设计

4.3带速计算v=πdn/60（m/s），d为带轮直径，n为转速张力调节初始张力F0=

0.5F1+F2，F1,F2为工作张力轮径选择传动比i=d2/d1，考虑弯曲应力限制最小直径带传动设计首先要根据传递功率、工作条件选择带的类型和规格设计过程中需要计算带速，一般V带的最佳带速为15~25m/s，过高或过低都会影响传动效率和带的寿命轮径选择需考虑传动比要求和带的最小弯曲半径通常大带轮直径不宜过大，以免离心力过大；小带轮直径不宜过小，以免带的弯曲应力过大中心距选择应使带与带轮有足够的包角，通常建议中心距为大带轮直径的

1.5~2倍带长计算需考虑传动布置形式，对标准带长进行匹配，再调整中心距带传动维护

4.4第五章链传动98%15m/s传动效率最高链速良好润滑条件下链传动的最高效率精密滚子链在优良条件下的最高运行速度3~4平均寿命工业链传动系统的平均使用年限链传动是利用链条与链轮的啮合来传递运动和动力的机械传动形式它结合了齿轮传动的精确性和带传动的柔性优点，广泛应用于需要传递大扭矩、中等速度且传动比精确的场合本章将详细介绍链传动的基本原理、链条类型、设计计算方法以及润滑与维护技术，为学生提供链传动系统设计的完整知识体系链传动原理

5.1链轮啮合链条运动链传动通过链条与链轮齿的啮合实现运动传递链节在进入和离链条在工作时分为紧边和松边紧边承受拉力传递动力，松边仅开链轮时形成多边形效应，导致链速不均匀，产生速度波动和动承受初拉力链条运动的基本特性包括载荷•链速v=pzn/60（m/s），p为节距，z为齿数，n为转速链轮齿数z越多，多边形效应越小，传动越平稳但齿数增加会导•传动比i=z2/z1=n1/n2，即大小链轮齿数比致链轮直径增大，增加重量和成本实际应用中，小链轮齿数一•中心距一般为30~50p，过大导致链条下垂，过小影响散热般不少于17，大链轮齿数不超过120链传动的啮合不依赖摩擦力，因此不存在打滑现象，传动比保持•链条张紧度适当的松弛度有利于减少动载荷，通常松边垂度恒定，但需要良好的润滑以减少磨损为链长的2%左右链条类型

5.2滚子链齿形链套筒链最常用的链条类型，由内链节和外链节组成，链节呈齿形，通过齿形块与链轮啮合传动特结构类似滚子链，但无滚子，直接用套筒与链内链节的套筒上套有可转动的滚子特点是结点是承载能力大，运转平稳，噪声低，高速性轮啮合特点是结构简单，成本低，但耐磨性构合理，承载能力大，耐磨性好，运转平稳能好，但制造精度要求高，成本较高主要用和高速性能不如滚子链主要用于农业机械、按照节距和强度分为多种规格，如08A、10A、于高速精密传动，如汽车发动机正时系统轻载小功率传动和一些低速传动场合12A等广泛应用于一般工业传动除上述常见类型外，还有特种链条如提升链、板式链、销式链等，用于特殊工况和要求选择链条类型时应根据传递功率、转速、工作环境等因素综合考虑链传动设计

5.3链速计算计算链条线速度，确定传动参数•v=pzn/60m/s•一般不超过15m/s•p为节距，z为齿数链轮选择确定链轮尺寸和材料•小链轮齿数不少于17•传动比一般不超过7•常用材料45钢、40Cr链条强度校核链条的强度和寿命•静强度校核F≤[F]•疲劳强度校核•磨损寿命校核链传动设计首先需根据传递功率和工作条件选择合适的链条型号设计中应注意链速不宜过高，以免造成过大的动载荷和噪声对于高速传动，建议使用小节距链条以减小离心力的影响链条长度计算需考虑链轮齿数和中心距，通常按节数取整，并使用偶数节距链传动的中心距调整范围通常为±2节距，以便安装和张紧对于水平传动，链条应有适当的松弛度，垂直传动则需使用张紧装置链传动润滑与维护

5.4润滑方式张紧调整链传动的润滑对延长使用寿命至关链条在使用过程中会因磨损而伸长，重要根据链速和功率大小，可采需要定期检查和调整松紧度常用用不同的润滑方式低速轻载可用的张紧方法包括调整中心距、使手工定期润滑；中速中载可用滴油用张紧轮或导轨、定期更换磨损链或油浴润滑；高速重载应采用喷油条等链条松弛度一般控制在链长或循环润滑润滑油应具有良好的的1%~2%范围内过紧会增加轴粘附性和抗磨性，黏度根据环境温承负荷和链条磨损，过松会导致啮度和链速选择合不良和噪声增大防护措施链传动工作环境常有灰尘、水分和腐蚀性物质，需采取适当的防护措施包括密封防尘罩保护链轮和链条；定期清洗去除污垢；对重要传动设置安全监测装置；在恶劣环境下，可使用特殊材料链条或表面处理定期检查链条延伸率，当超过3%时应考虑更换第六章轴系设计传递运动和动力支承传动零件轴作为传动系统的重要组成部分，其主要轴承载齿轮、带轮、链轮等传动零件，维功能是传递旋转运动和转矩持它们之间的相对位置确保系统精度承受复杂载荷4轴的刚度和强度直接影响整个传动系统的轴在工作时同时承受弯曲、扭转、轴向力运行精度和稳定性等复合载荷轴是机械传动系统中支承旋转零件并传递转矩的重要构件本章将详细介绍轴的分类、受力分析、强度计算以及结构设计，帮助学生掌握轴系设计的基本理论和方法，能够根据功能要求设计出满足强度、刚度和寿命要求的轴系统轴的类型与功能

6.1传动轴心轴主要用于传递转矩和转动的轴，同时不参与转矩传递，仅作为支承零件旋承受弯矩和扭矩根据结构形式可分转的轴心轴本身不旋转，安装在其为直轴、曲轴和挠性轴等直轴是最上的零件绕其旋转，主要承受弯曲载常见的传动轴，结构简单，承载能力荷常见于自行车车轮、滑轮组等结大；曲轴用于往复运动与旋转运动的构中心轴的设计主要考虑弯曲强度转换；挠性轴由钢丝绳组成，可在弯和刚度，材料一般选择较高强度的碳曲状态下传动素钢或合金钢轴颈轴上用于支承的圆柱形部分，按位置分为端颈和中颈轴颈是轴与轴承直接接触的部位，其表面粗糙度、硬度和尺寸精度对轴承寿命有重要影响轴颈通常需要进行淬火或表面渗碳处理以提高硬度和耐磨性标准轴承的轴颈尺寸应按标准选择轴的受力分析

6.2轴的强度计算

6.3静强度计算考虑轴在静态载荷下的安全性，计算等效应力是否超过材料屈服强度σ等=√σ²+3τ²≤[σ]疲劳强度计算其中σ为弯曲应力，τ为扭转应力，[σ]为许用应力轴的静强度设计常用于低速重考虑轴在交变载荷下的疲劳失效风险，是轴设计的主要内容载场合σ-1d=σ-1/Kσβσεσ×τ-1d=τ-1/Kτβτετ计算中要考虑尺寸效应、表面质量、应力集中等影响因素轴的疲劳强度设计适刚度校核用于大多数工业传动场合验证轴在工作时的变形是否在允许范围内弯曲变形y≤[y]扭转变形θ≤[θ]对于精密传动，如高速主轴、精密机床等，刚度校核尤为重要，往往是限制性条件轴的结构设计

6.4轴的结构设计应遵循强度、刚度要求的同时，考虑制造工艺性和装配便利性轴通常采用阶梯状结构，以便安装轴承和其他零件，并实现轴向定位台阶处应设置合适的过渡圆角，以减小应力集中键槽是轴上传递转矩的常用结构，一般采用平键、半圆键或楔键连接键槽加工会削弱轴的强度，设计时应考虑强度折减系数轴上的螺纹主要用于轴向定位和紧固，螺纹根部也是应力集中源，应避免设置在最大应力区轴的结构设计还应重视部件的装配和拆卸顺序，合理安排轴肩位置和尺寸，利用轴肩、套筒、卡环等结构实现各部件的轴向定位和固定第七章轴承选择与设计80%10⁶应用比例旋转次数机械设备中滚动轴承的使用占比标准轴承的基本额定寿命循环数30%失效比例机械故障中由轴承问题引起的比例轴承是支承机械旋转体并承受载荷的重要机械元件，其性能直接影响整个传动系统的可靠性和使用寿命本章将系统介绍轴承的分类、选型方法、寿命计算以及润滑与密封技术，帮助学生掌握轴承选择与设计的基本理论和方法合理选择和正确使用轴承是传动系统设计的关键环节，通过本章学习，学生将能够根据工作条件和要求选择合适的轴承类型，设计合理的轴承安装结构，确保轴承在使用过程中发挥最佳性能轴承分类

7.1滚动轴承滑动轴承利用滚动体在内外圈之间滚动来减小摩擦的轴承，具有标准化程利用轴与轴承之间的滑动摩擦来支承轴的轴承，适用于高速、重度高、摩擦系数小、启动阻力小、通用性好等优点载、冲击载荷或对噪声要求严格的场合按滚动体形状分类按润滑方式分类•球轴承点接触，适用于高速、轻载场合•流体动力润滑轴承工作时形成油膜完全分离轴和轴承•滚子轴承线接触，承载能力大，适用于重载场合•边界润滑轴承仅有极薄油膜，部分依赖材料抗磨性按承受载荷方向分类按结构形式分类•径向轴承主要承受径向载荷•整体式轴承结构简单，但装拆不便•推力轴承主要承受轴向载荷•剖分式轴承可拆卸，便于安装和维修•角接触轴承同时承受径向和轴向载荷•瓦块式轴承由多个瓦块组成，调整方便轴承选型

7.2转速范围载荷类型确定极限转速与工作转速分析径向力、轴向力及其比值使用环境考虑温度、湿度和污染条件经济因素安装空间权衡成本与性能需求评估尺寸限制和安装方式轴承选型是一个综合考虑多种因素的过程首先需明确载荷大小、方向和性质（恒定、变动或冲击），这决定了轴承的基本类型和尺寸转速是另一关键因素，高速条件下，球轴承优于滚子轴承；极高速时，可能需选择陶瓷轴承温度、湿度、腐蚀性、灰尘等环境因素也会影响轴承选择在高温环境下，需选用特殊材料或热处理的轴承；在腐蚀环境中，可能需要不锈钢轴承或特殊防护措施此外，安装空间限制、噪声要求、精度等级以及成本预算也是重要考虑因素轴承寿命计算

7.3基本额定寿命基本额定寿命是在规定条件下，90%的同批轴承能达到或超过的寿命L10=C/P^p×10^6转其中C为基本额定动载荷，P为当量动载荷，p为指数（球轴承p=3，滚子轴承p=10/3）修正系数考虑实际工作条件与标准条件的差异，引入修正系数Lna=a1·a2·a3·L10•a1可靠度系数，根据所需可靠度选取•a2材料系数，与轴承材料质量有关•a3使用条件系数，与润滑状况相关可靠度标准寿命计算基于90%可靠度，但在不同场合可能需要更高可靠度a1系数取值•90%可靠度a1=1•95%可靠度a1=

0.62•96%可靠度a1=

0.53•97%可靠度a1=

0.44•98%可靠度a1=

0.33•99%可靠度a1=

0.21轴承润滑与密封

7.4润滑方法密封类型轴承润滑的主要目的是减小摩擦、降轴承密封对防止润滑剂泄漏和外部污低磨损、防止腐蚀、带走热量并防止染物进入至关重要常用密封装置包异物进入常用润滑方法包括油润括接触式密封（唇形密封、感应迷滑（油浴、飞溅、循环、喷射）和脂宫）和非接触式密封（迷宫密封、甩润滑（填充、定期补充）选择润滑油环）在高速条件下宜采用非接触方式要考虑轴承类型、转速、载荷、式密封以减小摩擦；在灰尘多、水汽温度等因素高速轴承通常采用油润重的环境中宜采用多级密封对于严滑以利于散热，而低速轴承多采用脂苛环境，可采用带密封圈的密封轴承，润滑以简化维护简化结构设计防尘设计灰尘和杂质是轴承早期失效的主要原因之一防尘设计包括设置防尘罩和防尘圈；使用密封油封和双唇密封；定期清洁和更换润滑剂；设计合理的润滑脂排出装置，避免污染物积累在极端粉尘环境下，可采用正压密封系统，通过压缩空气形成保护屏障，防止灰尘侵入轴承区域第八章联轴器与离合器联轴器和离合器是机械传动系统中连接和分离动力的重要部件联轴器用于连接两根轴，使之共同旋转并传递转矩；离合器则实现动力的接合与分离，满足工作需要本章将详细介绍联轴器和离合器的类型、工作原理和选择方法，帮助学生理解这些连接装置在传动系统中的重要作用随着现代工业的发展，联轴器和离合器技术不断进步，出现了许多新型产品，为传动系统设计提供了更多选择掌握这些元件的设计与选择方法，是完成高质量传动系统设计的重要基础联轴器类型

8.1刚性联轴器挠性联轴器万向联轴器结构简单，能精确传递转矩和运动，不能补偿能补偿轴的轴向、径向和角向偏差，减小冲击能传递两轴线成一定角度的运动和转矩主要轴的偏差主要类型包括法兰联轴器、套筒联和振动常见类型有弹性块联轴器、膜片联轴有十字轴式和球面齿式两种十字轴式万向联轴器和夹壳联轴器法兰联轴器由两个带法兰器、弹簧联轴器和齿式联轴器等弹性块联轴轴器（又称卡丹轴）由两个叉形轴头和一个十盘的轴套用螺栓连接，适用于大转矩传递；套器使用橡胶或聚氨酯等弹性元件传递转矩，适字轴组成，结构简单，但单个关节会导致角速筒联轴器使用一个圆筒套在两轴端上，结构最用于中小功率传动；膜片联轴器利用金属薄膜度不均匀，常用双关节结构消除这一缺点球为简单；夹壳联轴器将两轴端夹在壳体内，装的弹性变形补偿偏差，适用于高速精密传动；面齿式万向联轴器采用内外球面齿啮合，传动拆方便齿式联轴器通过啮合齿的滑动补偿偏差，承载比恒定，但制造精度要求高万向联轴器广泛能力大应用于汽车传动系统联轴器选择

8.2传递转矩补偿能力联轴器选择的首要因素是其传递转矩由于安装误差和运行变形，两轴之间能力，需考虑工作转矩和过载情况不可避免存在偏差联轴器需具备适计算设计转矩时，应采用安全系数K，当的补偿能力，包括角偏差、径向偏即Td=K·T，其中T为名义转矩安全差和轴向偏差不同类型联轴器的补系数K根据工况选择，一般工况取偿能力差异较大刚性联轴器几乎无

1.5~2，冲击载荷下可取

2.5~4对于补偿能力；弹性联轴器可补偿小角度重型机械或频繁启停设备，应特别考和径向偏差；万向联轴器能承受较大虑启动转矩和峰值转矩的影响角度偏差选择时应确保联轴器的补偿能力超过实际工作中可能出现的最大偏差安装空间联轴器的外形尺寸和重量直接影响其安装便利性在空间受限的场合，应选择结构紧凑的联轴器类型；对于高速旋转，应考虑联轴器的平衡品质，减小振动此外，还应考虑联轴器的安装和拆卸方式，某些类型如夹壳联轴器允许径向拆装，而无需移动连接设备，这在维护空间有限的情况下特别有价值离合器原理

8.3摩擦离合器液力离合器利用摩擦元件之间的摩擦力传递转矩，是最常见利用液体作为传递动力的媒介，由泵轮和涡轮组的离合器类型根据摩擦面形状分为圆盘式、锥成泵轮带动液体旋转产生动能，液体冲击涡轮面式和多片式等工作原理是通过外力（弹簧、使其转动，从而传递转矩液力离合器具有自动液压或气压）使摩擦面接触产生摩擦力传递转矩，调节能力，当负载变大时，轮与涡轮的转速差增释放外力则分离摩擦面断开传动摩擦离合器传大，传递的转矩随之增加，反之亦然递的转矩与摩擦系数、压紧力和有效摩擦半径有关液力离合器的主要优点是平滑起动、过载保护和离合时，摩擦面之间的相对滑动产生热量，因此减振，但传动效率较低（85%~95%），且存在需考虑热容量和散热问题多片式离合器通过增固有的滑差它广泛应用于大型车辆、工程机械加摩擦片数量增大摩擦面积，适用于大转矩传递和自动变速器中，为动力系统提供软启动特性和频繁离合场合电磁离合器利用电磁铁产生的磁力使摩擦片或铁粉吸合来传递转矩通电时产生磁吸力使传动元件接合，断电时弹簧力使传动元件分离电磁离合器控制简便，可实现远程操作和自动控制，适用于需要频繁、快速离合的场合常见类型有电磁摩擦型、电磁齿型和电磁粉末型电磁粉末型离合器中的铁粉在磁场作用下形成链状结构，其黏度随磁场强度变化，可实现转矩的无级调节，特别适用于需要精确转矩控制的场合离合器设计

8.4第九章制动器设计性能优化提高响应速度与制动效能热量管理控制温升与热应力分布结构设计3确保机械强度与使用寿命安全需求满足基本制动功能与安全标准制动器是机械传动系统中用于减速、停止运动和保持静止的重要部件本章将详细介绍各类制动器的结构、工作原理和设计方法，帮助学生掌握制动系统设计的基本理论和实践技能良好的制动系统不仅关系到设备的操作性能，更是安全运行的重要保障通过本章学习，学生将能够根据不同应用场景选择合适的制动器类型，并进行合理的设计计算和系统集成制动器类型

9.1鼓式制动器盘式制动器带式制动器由制动鼓和制动蹄组成，制动蹄在控制机构作由制动盘和制动钳组成，制动钳内的制动片在利用柔性带绕在制动轮上，通过拉紧带端产生用下向外张开压紧制动鼓内表面，产生摩擦力压力作用下夹紧制动盘，产生摩擦力实现制动摩擦力实现制动带式制动器结构简单，成本实现制动鼓式制动器结构紧凑，密封性好，盘式制动器散热性能好，制动效能稳定，调整低，但制动力分布不均，带的寿命较短主要防尘防水能力强，但散热性能较差，连续使用方便，但结构较复杂，密封性不如鼓式广泛用于轻载设备、临时制动装置和一些纺织机械易产生热衰退现象主要用于工业设备、起重应用于精密机械、高速设备和要求制动性能稳带式制动器分为简单带式和差动带式两种，后机械和车辆后轮制动系统定的场合者可产生自增力效果此外，还有锥式制动器、电磁制动器、液压制动器等特殊类型，根据不同的工作需求和环境条件选择在安全要求高的场合，常采用常闭式制动器，即在没有控制信号时自动制动，需要控制信号才能释放制动器工作原理

9.2摩擦制动再生制动电磁制动利用摩擦元件之间的摩擦力将机械能转化为将机械能转化为其他形式的能量并回收利用，利用电磁感应原理产生阻尼力实现无接触制热能，是最常见的制动方式工作时，摩擦而非简单耗散为热能常见的再生制动包括动，或利用电磁力控制摩擦元件接合主要元件（如制动片、制动蹄）在外力作用下压类型包括紧转动部件（如制动盘、制动鼓），产生摩•电气再生制动电动机转为发电机状态，•涡流制动器利用导体在变化磁场中产生擦力阻碍运动，实现减速或停止将动能转化为电能回馈的涡流及其反作用力摩擦制动的制动力矩与摩擦系数、压紧力和•液压再生制动将动能储存为液压能，用•电磁粉末制动器利用磁场控制铁粉黏度有效半径有关于后续工作变化产生阻力•机械再生制动利用飞轮等储能装置存储•电磁吸引式制动器电磁铁吸引摩擦片压M=μ·F·R制动能量紧制动盘其中μ为摩擦系数，F为压紧力，R为有效作用再生制动的优点是能量利用效率高，减少能电磁制动的优点是响应速度快，制动力可精半径量浪费，同时降低摩擦部件的磨损和热负荷确控制，特别适用于需要精确控制转矩的场摩擦制动的主要优点是结构简单、成本低、但系统复杂度高，成本较高，通常与常规摩合无接触式电磁制动还具有无磨损的优点，控制方便，但摩擦片会磨损，需要定期更换擦制动配合使用但散热问题需特别注意制动器设计计算

9.3制动力矩制动力矩计算是设计的基础，需考虑被制动物体的动能、所需减速率和安全系数对于旋转体M=J·ω·ε·Ks对于平移体M=m·v²/2·R·Ks其中J为转动惯量，ω为角速度，ε为角减速度，m为质量，v为速度，R为等效半径，Ks为安全系数（通常取

1.5~

2.5）制动器的实际制动力矩需大于理论计算值，以应对可能的过载和紧急情况散热分析制动过程中将动能转化为热能，温度过高会导致摩擦系数下降（热衰退）和材料损伤散热分析需计算单次制动产生的热量Q=1/2·J·ω²连续制动的功率P=M·ω制动器的温升取决于热量、材料比热容、质量和散热条件对于频繁制动的应用，如需要强制冷却措施（如通风孔、散热片或水冷系统）寿命预测制动器寿命主要受摩擦材料磨损和热疲劳影响寿命预测需考虑摩擦材料磨损率与工作条件（压力、温度、速度）关系热循环对结构材料的疲劳影响关键部件的应力分析和强度校核根据实际工况和使用频率预估维护周期和更换时间，确保安全运行制动系统集成

9.4机械控制通过杠杆、连杆、凸轮等机械元件传递控制力，结构简单可靠，但控制精度有限适用于操作频率低、环境恶劣或无外部能源的场合常见系统有手动机械制动、脚踏制动和弹簧制动等机械控制通常作为其他控制方式的备用系统，确保在能源失效时仍能实现安全制动液压控制利用液体压力传递控制力，具有力大、响应快、控制平稳等优点液压制动系统主要由主缸、制动管路、从缸和制动执行机构组成现代液压制动系统通常集成有助力装置、防抱死系统ABS和电子制动力分配EBD等功能液压系统广泛应用于车辆、工程机械等大型设备的制动控制电控系统利用电子传感器、控制器和执行器实现精确制动控制现代电控制动系统可实现智能化功能，如自适应巡航控制、自动紧急制动和电子稳定控制等电控系统能根据工况自动调整制动力分配，提高安全性和舒适性随着线控技术发展，传统机械液压连接正逐渐被电控系统替代，实现更高效、更智能的制动控制第十章传动系统润滑散热降温润滑目的带走热量，降低工作温度减少摩擦与磨损，延长寿命防锈保护隔绝空气，防止腐蚀氧化3减震降噪清洁冲洗缓冲冲击，降低运行噪声带走杂质，保持系统清洁润滑是保证机械传动系统可靠运行的关键技术之一适当的润滑可以显著减少摩擦损失，延长系统使用寿命，提高传动效率本章将系统介绍润滑的基本原理、润滑剂选择、润滑系统设计以及润滑监测与维护技术，为学生提供全面的传动系统润滑知识润滑原理

10.1流体动力润滑摩擦表面完全被连续的流体膜分开，不存在直接接触，摩擦系数极低（

0.001~

0.03）形成条件•足够的相对运动速度•合适的黏度润滑油•适当的几何结构（楔形间隙）应用于高速轴承、滑动轴承和某些密封装置边界润滑当载荷增大或速度降低时，流体膜被挤破，摩擦表面部分接触，主要依靠润滑剂在金属表面形成的吸附分子层减小摩擦特点•摩擦系数较高（

0.05~

0.15）•润滑效果受润滑剂极性和表面活性影响•适用于启动、停止或重载低速工况常添加EP添加剂增强边界润滑性能弹流润滑高压下接触表面发生弹性变形，同时润滑油黏度急剧增加，形成支承负荷的油膜特点•发生在点接触或线接触表面•油膜厚度与表面弹性变形同数量级•摩擦系数介于流体动力和边界润滑之间典型应用于滚动轴承、齿轮和凸轮机构润滑剂选择

10.2润滑剂类型优点缺点适用场合润滑油流动性好，散热性易泄漏，需密封系高速，高温场合强统润滑脂保持性好，密封性散热性差，高速不中低速，防尘要求好适用高固体润滑剂耐高温，真空环境散热性差，摩擦系极端温度，特殊环可用数较高境润滑油是最广泛使用的润滑剂，按基础油可分为矿物油、合成油和生物基油矿物油成本低但性能有限；合成油性能优异但价格较高；生物基油环保但稳定性较差润滑油的关键参数是黏度，必须根据工作温度、载荷和速度选择合适黏度此外，抗氧化性、抗磨性、抗腐蚀性等也是重要考虑因素润滑脂是由基础油、增稠剂和添加剂组成的半固体物质，具有良好的黏附性和密封性选择润滑脂时需考虑滴点（耐热性指标）、锥入度（硬度指标）和基础油黏度等参数固体润滑剂如石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯等在特殊环境（高温、真空、辐射）下具有独特优势，但通常摩擦系数较高润滑系统设计

10.3油路设计过滤系统润滑系统的油路设计需确保润滑剂能够过滤系统对保持润滑油清洁度至关重要及时、充分地到达所有需要润滑的部位主要组件包括粗滤器、精滤器和磁性过设计原则包括路径最短化，避免锐角滤器等过滤精度选择应根据系统要求转弯，保证足够的流通面积，考虑重力确定，精密系统可能需要5μm甚至更高和离心力影响，设置合理的回油通道精度过滤器的布置位置应考虑流量、对于分支油路，应设计平衡阀或节流阀压力和可访问性，通常主过滤器安装在确保压力分配均匀油路设计还需考虑泵出口与润滑点之间，辅助过滤器安装安装和维护便利性，通常预留观察窗和在回油路径上对于关键系统，应考虑测压点方便监测双联过滤器设计，允许在线更换滤芯冷却系统润滑油在工作过程中吸收热量，温度过高会导致油品氧化、黏度降低和润滑性能下降冷却系统设计应根据热负荷计算确定冷却能力，常用方式包括自然空冷（通过油箱散热）、强制风冷（使用散热器和风扇）、水冷（使用水-油换热器）冷却系统通常需要配备温度控制装置，保持润滑油温度在最佳工作范围内对于大型系统，可能需要独立的冷却回路和备用冷却设备润滑监测与维护

10.4油品分析温度监测定期对润滑油进行取样分析是评估系统健康状况润滑系统温度是反映润滑状况的重要参数温度的有效方法主要检测指标包括黏度变化（反过高可能表明润滑不足、摩擦过大或冷却系统故映油品老化程度）、酸值（反映氧化程度）、水障；温度异常低则可能表明润滑油流通不畅温分含量（检测冷却系统泄漏）、杂质含量（反映度监测可通过定点测温（热电偶、热敏电阻）或系统磨损情况）、添加剂含量（判断添加剂消耗红外热成像全面监测程度）关键部位如轴承、齿轮箱等应设置温度传感器，现代油品分析可采用光谱分析、铁谱分析等技术，并与控制系统连接，实现超温报警和保护对于不仅能评估油品状况，还能提前发现设备潜在故大型系统，可建立温度监测网络，实现全面的状障油样取样点和频率应根据系统重要性确定，态监测和趋势分析关键设备可能需要更频繁的监测定期更换即使有良好的过滤系统，润滑油也会因氧化、污染和添加剂消耗而性能下降，需要定期更换更换周期取决于油品类型、工作条件和油品分析结果，一般工业传动系统为3-12个月更换润滑油时应注意在设备停机冷却后进行；彻底排净旧油；清洗油路和油箱；检查过滤器状况；使用正确牌号和等级的新油；更换后检查系统密封性对于首次运行的新设备或大修后的设备，应进行特殊的磨合期润滑管理第十一章传动系统噪声与振动控制噪声源分析

11.1齿轮啮合噪声轴承噪声共振噪声齿轮啮合是传动系统最主要的噪声源之一啮轴承噪声主要来源于以下因素共振噪声产生于系统自然频率与激励频率接近合噪声主要来源于以下几个方面时，表现为振幅急剧增大，噪声显著增强共•滚动体与滚道接触滚动元件在内外圈间振噪声的特点是•齿形误差实际齿形与理论齿形的偏差导滚动产生的噪声致啮合冲击•在特定转速下噪声显著增大•制造误差滚动体尺寸不均、内外圈圆度•啮合刚度变化齿轮啮合过程中刚度周期误差等•噪声频率与系统结构相关，而非简单的转性变化产生振动速倍频•安装问题轴承座孔变形、轴与孔不同心•表面粗糙度齿面粗糙度引起的微观碰撞等•对激励源变化敏感，小的激励可能产生大和摩擦的响应•润滑不良润滑油膜不足导致金属直接接•背隙齿轮副背隙过大导致齿轮冲击和棘触•噪声通常通过结构传递和辐射到较远位置轮效应•损伤如点蚀、剥落、腐蚀等缺陷引起的识别共振噪声可通过模态分析和频率扫描测试，异常噪声齿轮噪声频率通常与啮合频率（齿数×转速）找出系统的固有频率并与运行频率对比，确定及其谐波相关，表现为尖锐的啸叫声或嗡嗡声共振区域轴承噪声通常表现为连续的嗡嗡声或周期性的高精度齿轮和良好的润滑可以有效降低啮合噪敲击声健康轴承的噪声频率与轴承特征频率声相关，可通过频谱分析识别振动来源

11.2不平衡不对中间隙旋转部件的质量中心与旋转中心不重合导致的连接轴之间的中心线不重合造成的强制振动机械系统中的间隙或松动引起的非线性振动周期性离心力，是最常见的振动源不平衡振不对中可分为平行不对中（轴线平行但有偏移）常见的间隙问题包括轴承内部间隙过大、联动的特点是频率与转速完全一致（1X），振和角度不对中（轴线交叉成一定角度）不对轴器配合松动、固定螺栓松动等间隙振动的动方向主要为径向，振幅与转速的平方成正比中振动的特征是频率通常为转速的1X和2X分特点是含有多个谐波分量，可能出现次谐波根据质量分布情况，不平衡可分为静态不平衡、量，轴向振动明显，且振动相位在轴周向有明和半谐波，振动波形呈截顶或尖峰状，在启停偶极不平衡和动态不平衡精密传动系统通常显变化不对中不仅产生振动和噪声，还会导过程中可能出现瞬态冲击松动和间隙问题通需要进行动平衡处理，将不平衡量控制在允许致轴承、密封和联轴器过早失效，需通过精确常通过正确的装配、紧固和维护来解决，严重范围内对中调整消除时可能需要更换磨损部件噪声控制方法

11.3接收端控制降低噪声对人或设备的影响传播路径控制阻断或减弱噪声传播路径源头控制从根本上减少噪声产生源头控制是最根本的噪声控制方法，通过改善设计减少噪声产生主要技术包括优化齿轮参数（如压力角、齿顶高系数）减少啮合冲击；提高零件加工精度降低误差激励；使用斜齿轮或人字齿轮实现平稳啮合；选用低噪声轴承；采用柔性连接减少冲击；改善润滑条件减少摩擦噪声传播路径控制主要通过隔振、隔声和吸声措施实现常用技术包括使用弹性支承隔离振动源；安装隔声罩阻断气体传声；使用吸声材料降低声能；采用阻尼处理减少结构共振；设计合理的箱体结构避免声辐射接收端控制则主要通过隔离操作人员、使用个人防护装备或设置隔声室等方式实现，是噪声控制的最后防线振动抑制技术

11.4动平衡通过增加或减少配重消除不平衡力隔振使用弹性元件隔离振动传递阻尼处理增加系统阻尼降低振幅动平衡是处理旋转零件不平衡振动的有效方法平衡过程通常使用专用平衡机，测量振动幅值和相位，确定不平衡大小和位置，然后在适当位置加装配重或去除材料平衡精度等级选择应根据工作转速和设备精度要求确定，高速精密设备通常要求更高的平衡精度隔振技术利用弹性元件阻断振动传递，其效果取决于激励频率与隔振系统固有频率的比值当频率比大于√2时，隔振效果开始显现，比值越大效果越好常用隔振元件包括金属弹簧、橡胶隔振器、气垫和液压隔振器等阻尼处理则通过增加系统阻尼比来降低共振幅值，常用方法有黏弹性材料覆层、摩擦阻尼和液压阻尼等第十二章传动系统可靠性设计年95%5-7设计目标设计寿命典型工业传动系统的可靠度要求一般工业传动系统的预期使用寿命60%维护因素良好维护对延长系统寿命的贡献率可靠性是传动系统设计中的核心指标之一，它直接影响设备的可用性、维护成本和使用寿命本章将系统介绍传动系统可靠性的基本概念、设计方法以及评估技术，帮助学生掌握可靠性设计的理论和实践方法随着工业自动化程度提高和设备连续运行要求增强，传动系统可靠性设计变得越来越重要通过合理的可靠性设计和验证，可以显著提高设备的使用性能，降低全生命周期成本，增强用户满意度可靠性概念

12.1失效模式寿命分布可靠度函数失效模式是系统或部件丧失功能的表现形式传动系传动系统部件的寿命通常符合特定的统计分布规律可靠度函数Rt表示系统在时间t内正常工作的概率统常见的失效模式包括常见的寿命分布模型包括基本关系式•磨损失效表面材料逐渐损耗，如齿轮磨损、轴•指数分布表示偶然失效，故障率恒定Rt=1-Ft承磨损•威布尔分布最常用的寿命分布模型，可描述多其中Ft为失效分布函数，表示t时刻之前发生失效的•疲劳失效在交变载荷作用下产生裂纹并扩展，种失效特性概率如轴的疲劳断裂•对数正态分布适用于疲劳和磨损失效对于威布尔分布，可靠度函数为•塑性变形承受超过屈服强度的载荷导致永久变•伽玛分布适用于累积损伤模型形Rt=exp[-t/η^β]威布尔分布通过形状参数β和尺度参数η描述，β1表•断裂失效材料完全分离，如齿轮齿断裂、轴断示早期失效，β=1表示随机失效，β1表示磨损失效其中β为形状参数，η为特征寿命（可靠度为

36.8%时裂传动系统不同部件可能有不同的寿命分布特性的时间）•腐蚀失效化学或电化学作用导致材料损耗系统可靠度通常与部件可靠度有关，对于串联系统•热失效过热导致材料性能下降或结构变形了解系统可能的失效模式是进行可靠性设计的基础R系统=R1×R2×...×Rn这表明系统可靠度通常低于最不可靠的部件可靠性设计方法

12.2冗余设计通过设置备份或多余部件提高系统可靠性冗余类型包括主动冗余（同时工作的多个部件）；待机冗余（故障时自动切换的备用部件）；混合冗余（两者结合）冗余设计显著提高系统可靠性，尤其适用于关键应用，但会增加成本、重量和复杂性在传动系统中，典型应用包括双传动链、双制动系统和双液压泵等容错设计允许系统在部分组件失效情况下继续工作容错设计包括失效安全设计（失效时自动转入安全状态）；失效软化设计（失效时性能降级但功能维持）；失效隔离设计（防止失效蔓延）容错设计通常通过监测、诊断和自动控制实现，需要系统有足够的灵活性和可重构能力例如，传动系统可设计成在单传动链失效时仍能以降低性能继续工作渐进失效设计使系统发生可预测、可控的渐变式退化，而非突发性故障渐进失效设计基于以下原则可检测性（早期征兆明显易察觉）；可预测性（退化过程遵循一定规律）；可维护性（故障发生前有足够时间维修）实施方法包括使用磨损指示器；设计检查窗口；采用状态监测技术等这种设计方法避免了灾难性故障，提高了系统安全性和可维护性

12.3可靠性试验与评估加速寿命试验通过提高应力水平（如载荷、温度、转速等）缩短试验时间，推断正常条件下的可靠性参数常用加速模型包括•阿伦尼乌斯模型适用于温度加速•逆幂律模型适用于机械疲劳和磨损•艾林模型结合温度和非热应力因素加速试验需要谨慎设计，确保加速机理与正常失效机理相同，避免引入非预期的失效模式故障树分析一种自顶向下的逻辑分析方法，从系统顶层故障开始，找出导致该故障的所有基本事件及其逻辑关系故障树分析步骤•定义顶事件（系统层面的故障）•确定导致顶事件的中间事件•使用逻辑门（与门、或门等）描述事件间关系•分解至基本事件（不可再分的元件故障）•定量计算顶事件概率和重要度故障树分析有助于识别关键薄弱环节，指导设计改进可靠性数据库收集、分析和应用历史故障数据和现场运行数据，为可靠性评估提供基础可靠性数据库内容通常包括•零部件失效率和分布参数•故障模式及其发生概率•环境因素对可靠性的影响•维护数据和维修性参数建立企业内部可靠性数据库，结合行业标准数据，可显著提高可靠性预测准确性课程总结与展望知识回顾工程应用系统掌握传动设计理论与方法解决实际工业传动设计问题持续学习新技术趋势建立终身学习与创新能力跟踪传动系统创新发展方向本课程系统介绍了机械传动系统设计的基本理论和方法，包括齿轮、带、链等传动元件的设计，轴系、轴承等支承结构的分析，以及润滑、噪声控制和可靠性设计等技术通过本课程学习，希望同学们不仅掌握了机械传动系统设计的基本方法，更培养了工程思维和实践能力随着智能制造的发展，机械传动系统正向数字化、智能化方向演进新材料、新工艺、新技术不断涌现，传动系统设计与制造进入了全新阶段希望同学们在掌握传统知识的基础上，关注前沿技术发展，不断更新知识结构，成为具有创新能力的机械工程技术人才。