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1、第四章 傳動系統(tǒng)設計 1 傳動系統(tǒng) : 將 動力源 (或某個執(zhí)行件 )的速度、力矩傳遞 給 執(zhí)行件 (或另一執(zhí)行件），使該執(zhí)行件具有 某種運動和出力的功能。 傳動系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 動力系統(tǒng) 外聯(lián)傳動鏈 內聯(lián)傳動鏈 傳動鏈 一、傳動系統(tǒng)的類型 a、 按驅動機械系統(tǒng)的動力源 分為： 電動機驅動 、 內燃機 驅動 等，而電動機驅動又有交流異步電動機 (單、多速 )驅 動，直流并激電動機、交流調速主軸電動機驅動，交、直 流伺服電動機驅動，步進電動機驅動等。 b、 按動力源驅動執(zhí)行件的數(shù)目 分為： 獨立驅動 、 集中驅 動 和 聯(lián)合驅動 等。 c、 按傳動裝臵 分為 ： 機械傳動裝臵 、 液壓傳動裝臵 、
2、 電氣傳動裝臵 以及上述裝臵的組合。 機械傳動裝臵： 輸出速度不變 和 輸出速度可變 兩類。 輸出速度可變： 分為 有級變速 和 無級變速 。 2 4.1、傳動系統(tǒng)的類型和組成 1.無級變速傳動系統(tǒng) 無級變速 是指執(zhí)行件的 轉速 (或速度 )在一定的范圍內 連 續(xù)地變化 ，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在 系統(tǒng)運轉中變速，也便于實現(xiàn)自動化等。 依靠摩擦力來傳遞轉矩； 存在轉速損失，故不能用于調速精度高的場合； 變速范圍小，通常為 4 6，少數(shù)可達 10 15。 它的傳動平穩(wěn) 運動換向沖擊小 易于實現(xiàn)直線運動 3 特點： (1)機械無級調速器： (2)液壓無級變速裝臵： 特點： (3)電氣
3、無級變速裝臵 有級變速 ： 在變速范圍內不能連續(xù)地變換 ， 屬于有級變速 。 2.有級變速傳動系統(tǒng) CA7620型液壓多刀半自動車床主傳動系統(tǒng)及轉速圖 4 傳遞的功率大 變速范圍寬 傳動比準確 工作可靠 有轉速損失 特點： 3.固定傳動比的傳動系統(tǒng) 如果機械系統(tǒng)的執(zhí) 行件要求以某一固定的 轉速 (速度 )工作，則連 接動力源與執(zhí)行件的傳 動系統(tǒng)屬于固定傳動比 的傳動系統(tǒng)，即該系統(tǒng) 是由若干個固定傳動比 串聯(lián)組成。 起重機傳動系統(tǒng)簡圖 5 1.獨立驅動傳動系統(tǒng) (1) 只有一個執(zhí)行件； (2) 有多個運動不相關的執(zhí)行件； (3)數(shù)控機械系統(tǒng)。 曲柄壓力機傳動系統(tǒng)圖 (二 )獨立和聯(lián)合驅動傳動系統(tǒng)
4、 6 2 集中驅動傳動系統(tǒng) 是指機械系統(tǒng)的多個執(zhí)行件均由一個動力源驅動。 (1)執(zhí)行件間有嚴格的傳動比要求； (2)各執(zhí)行件間運動有順序或協(xié)調的要求； (3)各執(zhí)行件的運動相互獨立。 由兩個或多個動力源經(jīng)各自的傳動鏈聯(lián)合驅動一個執(zhí)行件 的傳動系統(tǒng) ， 主要用于低速 、 重載 、 大功率 、 執(zhí)行件少而 慣性大的機械 。 3 聯(lián)合驅動傳動系統(tǒng) (二 )獨立和聯(lián)合驅動傳動系統(tǒng) 7 二、傳動系統(tǒng)的組成 1、變速裝臵 交換齒輪，滑移齒輪，離合器，前三種的組合，嚙合器 2、起停和換向裝臵 要求省力、可靠、結構簡單、有足夠的動力 3、制動裝臵 要求可靠、方便、平穩(wěn)、結構簡單、尺寸小、磨損小、 散熱好 4、
5、安全保護裝臵 銷釘安全聯(lián)軸器，鋼珠安全離合器，摩擦安全離合器 8 減小離合器尺寸 避免出現(xiàn)超速現(xiàn)象 考慮結構因素 制動器與離合器必須互鎖 確定合理安裝位置 閘帶式制動器的操縱力應作用在制 動帶的松邊 拓展內容：常用傳動 1、行星齒輪傳動 2、擺線針輪行星傳動 3、 諧波齒輪傳動 9 1、行星齒輪傳動 10 中心輪 行星輪 內齒輪 行星架 1、行星齒輪傳動 一個或一個以上齒輪 的 軸線 繞另一齒輪的 固定 軸線 迴 轉的齒輪傳動 。 差動輪系： 三者都不固定 確定機構運動時需要給 出兩個構件的角速度 行星輪系： 固定內齒輪 b 或太陽輪 a。 11 常見行星齒輪傳動的類型和性能 差動輪系可以把兩
6、個給定運動合成起來 也可把一個 給定運動按照要求分解成兩個基本件的運動。 行星齒輪傳動應用廣泛 并可與無級變速器 液力耦 合器和液力變矩器等聯(lián)合使用 進一步擴大使用范圍。 1、行星齒輪傳動 12 (1) 齒圈固定，太陽輪主動，行星架被動 動畫演示 從演示中可以看出，此種組合為降速傳動，通常傳動比為 2.5 5， 且轉向相同。 13 (2) 齒圈固定，行星架主動，太陽輪被動 動畫演示 從演示中可以看出，此種組合為升速傳動，傳動比為 0.2 0.4，且 轉向相同。 14 (3) 太陽輪固定，齒圈主動，行星架被動 動畫演示 從演示中可以看出，此種組合為降速傳動，傳動比為 1.25 1.67， 且轉向
7、相同。 15 (4) 太陽輪固定，行星架主動，齒圈被動 動畫演示 從演示中可以看出，此種組合為升速傳動，傳動比為 0.6 0.8， 且轉向相同。 16 (5) 行星架固定，太陽輪主動，齒圈被動 動畫演示 從演示中可以看，出此種組合為降速傳動，傳動比為 1.5 4，且轉 向相反 17 (6) 行星架固定，齒圈主動，太陽輪被動 動畫演示 從演示中可以看，出此種組合為升速傳動，傳動比為 0.25 0.67， 且轉向相反。 18 (7) 把三元件中任意兩元件接合為一體的情況 從演示中可以看出，行星齒輪間沒有相對運動，作為一個整體運轉， 傳動比為 1，且轉向相同。 動畫演示 19 2、擺線針輪行星傳動
8、20 2、擺線針輪行星傳動 21 1擺線行星輪， 2針輪， H系桿， V輸出軸 2、擺線針輪行星傳動 圖示擺線針輪行星傳動機構中，運動由系桿 H輸入，通過輸出 機構由軸 V輸出。擺線針輪行星傳動也是一種 KHV型一齒差行星 傳動。 在擺線針輪傳動中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài) 外擺線，中心內齒輪采用了針齒，又稱為針輪。同漸開線少齒差行 星傳動一樣，其傳動比為： 由于 Z1 Z2 = 1， 故 i = -Z2， 即擺線針輪行星傳動可獲得大 傳動比。擺線針輪行星傳動具有減速比大（一級減速比 9 - 115， 多級可獲更大減速比）、結構緊湊、傳動效率高（一般可達 90% 94%）、傳動平穩(wěn)
9、、承載能力高、使用壽命長等優(yōu)點，與漸開線少 齒差行星傳動相比，無齒頂相碰和齒廓重疊干涉等問題。在軍工、 礦山、冶金、化工等工業(yè)部門得到廣泛應用，以其多方面的優(yōu)點取 代了一些笨重龐大的傳動裝臵。其主要缺點是加工工藝復雜，制造 成本較高。 i = -Z2 /（ Z1 Z2） 22 3、諧波齒輪傳動 諧波傳動是建立在彈性變形理論基礎上的一種新型傳動。下頁 圖為諧波傳動的示意圖。 1為具有內齒的剛輪， 2為具有外齒的柔輪， H為波發(fā)生器。這三個構件與少齒差行星傳動機構的中心內齒輪、 行星輪 2和系桿 H相當。通常波發(fā)生器為主動件，而剛輪或柔輪之一 為從動件，另一個為固定件。 當波發(fā)生器裝入柔輪內孔時，
10、由于前者的總長度略大于后者的 內孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓，是在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛 輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)，同時在橢圓的短軸兩端，兩輪輪齒完全 脫開。至于在其余各處，根據(jù)柔輪回轉方向的不同，或處于嚙入狀 態(tài)，或處于嚙出狀態(tài)。當波發(fā)生器連續(xù)轉動時，柔輪長短軸的位臵 不斷變化，從而使輪齒的嚙合區(qū)和脫開區(qū)也隨之不斷變化，于是在 柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對位移，從而傳遞運動。 動畫仿真 23 3、諧波齒輪傳動 24 在波發(fā)生器轉動一周期間 ， 柔輪上一點變形的循環(huán)次數(shù)與波發(fā) 生器上的凸起部位數(shù)是一致的 ， 稱為波數(shù) 。 常用的有兩波和三波 。 為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉 ， 剛輪和柔輪
11、的齒數(shù)差應 等于波發(fā)生器波數(shù) （ 即波發(fā)生器上的滾輪數(shù) ） 的整倍數(shù) ， 通常取作 等于波數(shù) 。 由于在諧波齒輪傳動過程中 ， 柔輪與剛輪的嚙合過程與 行星齒輪傳動類似 ， 其傳動比可按周轉輪系的計算方法求得 。 當剛輪 1固定，波發(fā)生器 H主動，柔輪 2從動時，傳動比為： iH2 = Z2 / （ Z1 Z2） 當柔輪 2固定，波發(fā)生器 H主動，剛輪 1從動時，傳動比為： iH1 = Z1 / （ Z1 Z2） 3、諧波齒輪傳動 25 優(yōu)點 ： 傳動比大 、 范圍寬 （ 一級傳動比范圍為 50 - 500， 二級傳動可達 2500-250000） ， 且在傳動比很大的 情況下 ， 仍具有較高的效率； 結構簡單 、 體積小 、 重量輕 （ 與一般齒輪減速器相 比 ， 零件可減少約 50 %， 體積可減少 20%-50%） ； 承載能力強 、 傳動平穩(wěn) 、 運動精度高； 能實現(xiàn)密封空間的運動傳遞 。 缺點： 是柔輪易發(fā)生疲勞損壞 ， 起動力矩大 。 近年來諧波齒輪傳動技術發(fā)展十分迅速，應用日益廣 泛。在機械制造、冶金、發(fā)電設備、礦山、造船及國防工 業(yè)（如宇航技術、雷達裝臵等）中都得到了廣泛應用。 3、諧波齒輪傳動 26
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