如何合理选择机械传动类型？

传动系统是机械的重要组成部分，机器质量的好坏常与传动系统密切相关，机器的机械部分成本也常取决于传动系统的造价，因此，合理地拟定传动系统方案及合理地设计传动装置是机械设计工作的重要组成部分。

一、传动装置在机器中的作用

传动装置是将原动机的运动和动力传递给工作机的中间装置。传动装置一般的功能有：

（1）减速或增速。工作机速度往往和原动机速度不一致，用传动装置可以达到改变速度的目的。

（2）调速。许多工作机的转速需要根据工作要求进行调整，而依靠调整原动机往往不经济，甚至不可能，而用传动装置很容易达到调速的目的。

（3）改变运动形式。原动机的输出轴常作等速回转运动，而工作机要求的运动形式则是多种多样的，如直线运动、螺旋运动、间歇运动等，靠传动装置可实现运动形式的改变。

（4）增大转矩。工作机需要的转矩往往是原动机能输出的转矩的几倍或几十倍，通过减速装置可实现增大转矩的要求。

（5）动力和运动的传递和分配。一台原动机常要带动若干个不同速度、不同负载的工作机，这时传动装置还起到分配动力和运动的作用。

二、传动的类型

传动的类型可以按照工作原理的不同进行划分，也可以按照传动比有无变化进行划分。

（1）根据工作原理的不同，可将传动分为机械传动、流体传动和电传动三类。

在机械传动和流体传动中，机械能不会改变为另一种形式的能，即输入的是机械能，输出的仍是机械能，其具体分类见表7－2，在电传动中，则把机械能变为电能，或电能变为机械能。

（2）按传动比有无变化，可将传动分为定传动比和变传动比两类，其具体分类见表7－3。

表7－2　传动按工作原理分类

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表7－3　传动按传动比分类

传动类型的选择可参考的原则：与原动机和工作机相互匹配、满足功率和速度的范围要求、考虑传动比的准确性及合理范围、考虑结构布置和外廓尺寸的要求、考虑机器质量、考虑经济型因素。

三、常用机械传动的特点、性能和适用范围

传动类型的主要选择原则是：

（1）小功率传动，宜选用结构简单、价格便宜、标准化程度高的传动机构，以降低制造成本。

（2）大功率传动，应优先选用传动效率高的传动机构，如齿轮传动，以降低能耗。

（3）工作中可能出现过载的工作机，应选用具有过载保护作用的传动机构，如带传动。但在易爆、易燃场合，不能选用带传动，以防止摩擦静电引起火灾。

（4）载荷变化较大，换向频繁的工作机，应选用具有缓冲吸振能力的传动机构，如带传动。

（5）工作温度较高、潮湿、多粉尘、易爆、易燃场合，宜选用链、闭式齿轮或蜗杆传动。

（6）要求两轴保持准确的传动比时，应选用齿轮或蜗杆传动。

设计机械传动时，首先要合理选择传动类型。当传递的功率P、传动比i和工作条件已定，则不同类型的传动各有其优缺点。

常用机械传动的特点见表7－4。

表7－4　常用机械传动的特点

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常用的机械传动性能和适用范围比较见表7－5。

表7－5　常用的机械传动性能和适用范围

常用传动的尺寸、质量和成本对比见表7－6。

四、机械传动系统方案设计的一般原则

在进行传动装置设计时，首先要进行传动方案的设计，因为方案的好坏直接对传动装置的工作性能、外廓尺寸、质量、可靠性以及制造、维护成本有很大影响。传动方案的设计是一项比较复杂的工作，需要综合运用多方面的技术知识和实践设计经验。从多方面分析比较，才能拟定出比较合理的传动系统方案，并画出可行的方案简图。下面这些原则可供方案设计时参考。

1.合理选择传动形式

选择机械传动形式时，常需要根据一些指标进行，其中比较重要的是：传动效率、输入输出轴的布置、外廓尺寸、质量、工作寿命、可靠性、价格以及结构工艺性等。因此，必须充分了解各种传动形式的特点和使用场合，以及各类传动的传动比、圆周速度、传动功率和传动效率的最大值和常用值，并注意已在实际中使用的相似传动的效果和问题，这是合理选择传动形式的必要条件和确定传动级数的主要依据。

对于小功率的传动，在满足工作性能的前提下，选用结构简单、初始费用低的传动，如带传动、链传动、普通精度的齿轮传动等。高速、大功率、长期工作的工况，明显不应采用蜗杆传动（效率低将造成能源损耗大、运转费用高）、一般的带传动（传递功率小、效率低）、链传动（瞬时传动比不准确，将造成高速下的冲击、振动和响声），而应首先考虑采用齿轮传动。

要求传动尺寸紧凑时，应优先选用齿轮传动、蜗杆传动、行星齿轮传动等。要注意：通常说蜗杆传动结构紧凑、轮廓尺寸小，这是对传动比较大时才是正确的，当传动比并不很大时，此优点并不显著。硬齿面齿轮减速器、承载能力大的新型蜗杆减速器和谐波传动等具有传动比大、结构紧凑等特点，近年来已开始广泛应用。

当传动的噪声受到严格限制时，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时，也需要从制造和装配精度、结构上等方面采取措施，力求降低噪声。带传动可缓冲吸振，同时还有过载保护作用，但因摩擦生电，不宜用于易燃、易爆的场合。

当运动有同步要求和精确的传动比要求时，只能采用齿轮传动、蜗杆传动、同步带传动、链传动等，而不能采用有可能打滑的带传动、摩擦传动等。链传动、闭式齿轮传动和蜗杆传动，可用于高温、潮湿、粉尘、易燃、易爆的场合。有自锁要求时，用螺旋传动或蜗杆传动。

此外，尚需考虑布置上的要求，如两轴的间距大小，两轴是平行传动还是垂直或交叉传动，要根据这些要求选出恰当的传动形式。带传动多用于平行轴传动，链只能用于平行轴传动，齿轮可用于各向轴线传动，蜗杆常用于空间垂直交错轴传动。(www.xing528.com)

传动形式的选择往往需要进行反复分析比较，必要时应拟定出两个以上方案简图，最终确定最佳方案。

2.传动链尽量简短，机构尽可能简单

在保证实现机器的预期功能的条件下，传动链简短，可使传动环节和构件数目减少，有利于降低制造费用，减轻机器质量和减小外廓尺寸；可以减少由于各零件制造误差而形成的运动链的累积误差，提高了零件的加工工艺性和工作可靠性；减少零、部件数目，有利于提高传动的效率和系统的刚性。

3.安排好各级传动或机构的先后顺序

在机械传动系统中，各级传动或机构的先后顺序应合理安排，安排的一般原则是：

对于带传动，为减小其传动的外廓尺寸，并发挥其过载保护和缓冲吸振的作用，一般应安排在运动链中的高速级（例如与电动机相连）；对斜齿－直尺圆柱齿轮传动，斜齿轮应安排在高速级，以发挥其传动平稳的作用，直齿轮安排在低速级；对于圆锥－圆柱齿轮传动，一般将锥齿轮安排在高速级（尺寸较小，易于制造），圆柱齿轮安排在低速级；对于闭式、开式齿轮传动，闭式传动安排在高速级，开式齿轮安排在低速级；对于摩擦轮传动，因其结构简单和制造容易，通常不要求用于高速级，但对各类摩擦式无级变速器，由于结构复杂和制造困难，为缩小外廓尺寸，应安排在高速级。等速回转运动机构较非等速运动机构更适合高速级处；从润滑以及外廓紧凑性来看，闭式齿轮传动较开式齿轮传动更适于高速级处；对于转变运动形式的传动或机构，如螺旋传动、连杆机构和凸轮机构等，通常总是安排在运动链的末端，靠近执行构件，这样安排运动链最为简单。

传动装置的布局应使结构紧凑、匀称，强度和刚度好，并适合车间情况和工人操作，便于装拆和维修。考虑传动方案时，必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损坏和人员工伤，可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置。制动器通常设在高速轴，传动系统中位于制动装置后面不应出现带传动、摩擦传动和摩擦离合器等重载时可能出现摩擦打滑的装置，否则会达不到良好的直动效果，甚至出现大事故。

4.合理分配传动比

传动系统的总传动比如何合理分配给各级传动机构，对于系统的传动级数、结构布局、动力传递和外廓尺寸有着重要的影响。分配传动比时，应注意以下几点：

（1）通常不应超过各种传动的推荐传动比。

（2）分配传动比应注意使各传动件尺寸协调、结构匀称，避免发生相互干涉。

（3）对于减速的多级传动，按照“前大后小”的原则分配传动比，有利于减轻减速器质量。

（4）在多级齿轮减速传动中，低速级传动比小些，有利于减小外廓尺寸和质量。

（5）在采用溅油润滑方式时，分配传动比要考虑传动件的浸油条件。

（6）在蜗杆－齿轮传动中，将齿轮传动放在高速级时，可得到较高的传动精度。

（7）对于要求传动平稳、频繁起停和动态性能较好的多级齿轮传动，可按照转动惯量最小的原则设计。

5.保证机器安全运转

设计机械传动系统时，必须十分注意机器的安全运转问题，防止发生损坏机器的事故，确保人员的安全。在某些传动系统中，需考虑防止因过载而造成机器的损坏，如在起重机械中，必须防止其在吊重作用下的自动倒装问题等。为此，应在传动系统的适当环节设置可靠的安全保护装置，如具有自锁能力的机构、刹车制动机构等。在轧钢机、推土机的传动系统中，应该有防过载的安全联轴器或安全离合器等。

6.考虑经济型要求

传动方案的设计应在满足功能要求的前提下从设计制造、能源和原材料消耗、合理经济的使用寿命、管理和维护等各方面进行综合考虑，使传动方案的费用最低。

任务实施

任务内容：

表7－7所示为由功率Pm＝7.5kW、满载转速nm＝720r／min的电动机驱动的剪板机的各种传动方案，其活动刀剪每分钟往复摆动剪板23次。试比较其优劣。

任务步骤：

（1）传动系统的总传动比。

（2）传动系统的方案选择。根据总传动比的要求和给出的已知条件，有7个方案可供选择，见表7－7。

表7－7　剪板机机械传动系统方案的比较

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（3）方案评价。对于各种传动方案，可以从结构尺寸大小、质量轻重、寿命长短、效率高低、成本高低、使用维护是否方便、布置是否合理、温度高低、连续工作和运转平稳性等十项指标的技术经济评价法进行评价，以判断各种传动方案的好坏。但由于本书篇幅有限，这里不再进行详细介绍。