机械传动装置的设计方法

机械传动装置的选用是比较复杂的工作，它需要考虑从动力机到工作机多方面的因素，经细致分析对比后才能作出合理的选择。通常以下几方面是选择机械传动装置类型的基本依据：

1）工作机构的工况和性能参数。

2）动力机的性能及与动力机匹配对传动装置的要求。

3）综合分析不同类型传动装置的初始费用、运转费用和维修费用，使所选的传动装置具有良好的经济性。

4）能符合安全和环境保护（减振、降噪等）方面的要求。

5）对传动装置的参数进行优化，结构优化，传动元件（如齿轮、带、链、轴、轴承和机体）满足强度、刚度、稳定性的要求，使产品性能满足使用功能的需求。

6）使用和控制方便、可靠。

在现代的机器设计中，为了优化机器的最佳设计方案，传动方案的选定都是同动力机的选择、工作机构的确定通盘考虑的。传动装置的选用并没有一成不变的程序，而要根据不同机器的具体条件和复杂程度，经多方案的分析比较才能确定。

以下几方面是在选定传动装置时必须考虑的：

1）功率范围。各种机械传动都有各自最合理的功率范围，例如摩擦轮传动不适于传递大功率，而圆柱齿轮传动传递的功率可达数万千瓦。因此，要在最合理的功率范围内来选择传动装置的类型。

2）速度。受运转时发热、振动、噪声或制造精度等条件的限制，各种传动装置的极限速度（转速）虽然在不断提高，但考虑经济性后，其合理的速度范围还是存在的。例如V带传动受带与带轮间产生的气垫、带体发热和离心力的限制，其最高的带速为25～30m/s；如果带速过低，带的根数将增加过多，这也是不可取的。圆柱齿轮的允许圆周速度要比锥齿轮的高得多（详见表1-3）。

3）传动比范围。各种机械传动单级传动比的合理范围差别很大，这是由于传动装置的结构条件有很大不同引起的。例如，圆柱齿轮传动，通常其传动比i≤10，而单级谐波传动，其传动比i可达500。因此，按合理的传动比范围来选用传动装置类型是重要的。

4）传动效率。对于小功率传动，其传动效率的高低一般不太引人注意；但对于大功率的传动，其传动效率对能源的消耗和运转费用的影响举足轻重。因此在这种情况下，传动效率高的传动类型就应该是首选的。表1-1给出了各种机械传动效率的概略值。

5）寿命。机械传动装置的寿命主要表现在疲劳寿命和磨损寿命两方面，在设计机械传动装置时，一般都作了详细的考虑和计算，但由于各种传动装置受本身的结构条件和制造水平的限制，其寿命仍有较大差别。例如，一般的滑动螺旋传动就比滚动螺旋磨损快、寿命短；低速的蜗杆传动，由于不能形成较好的油膜，所以传动件磨损快、寿命短。(www.xing528.com)

6）外廓尺寸。在相同的传动功率和速度下，采用不同种类的传动装置，其外廓尺寸可以相差很大（质量也可以相差很大）。图1-2为功率P=135kW，传动比i=4（转速相同）的不同种类传动的大致外廓尺寸比较情况。由图可见，如果受安装空间限制，要求结构紧凑时，就不宜采用带传动和链传动。相反，如果由于布置上的原因，要求主、从动轴之间的距离较大时，就应该采用带传动或链传动，而不宜采用齿轮传动。

图1-2 几种传动类型外廓尺寸比较

1—平带传动 2—V带传动 3—齿轮传动 4—链传动

7）变速要求。通常采用有级变速或无级变速传动装置可以满足机器的变速要求。有级变速常采用圆柱齿轮传动，或采用带、链的塔轮机构来实现有级变速。无级变速最常用的是摩擦式无级变速器，它有结构紧凑、传动平稳、噪声低等优点，但传递的功率不能太大，寿命也较短。

8）价格。传动装置的初始费用主要决定于价格，这是在选用传动装置类型时必须考虑的经济因素。例如，在生产水平与给定的传动类型制造要求相适应的条件下，齿轮传动和蜗杆传动的价格较高，带传动约为齿轮传动价格的60%～70%，而摩擦传动的价格较低。同为齿轮传动，采用硬齿面的传动装置要比软齿面的价格高得多。

在实际的传动装置选用过程中，以上几方面都同时得到满足是不容易的，因为有些要求可能相互矛盾、相互制约。例如，要求传动效率高的传动装置，其制造精度就要高，其价格必然不低；要求外廓尺寸紧凑的传动装置，一般都采用优质材料制造，其价格必然较高。因此，在选择传动装置类型时，要根据机器的工况、技术要求，考虑技术经济的合理性，对可能适用的多种传动类型，从以上各方面进行细致的分析对比，必要时还要进行优化计算处理，以期设计最佳的机械传动装置类型。

表1-1 各种机械传动效率的概略值

（续）

①滚动轴承的损耗考虑在内。