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1、第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 傳動(dòng)系統(tǒng) : 將 動(dòng)力源 (或某個(gè)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(yùn)動(dòng)和出力的功能。 傳動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行系統(tǒng) 動(dòng)力系統(tǒng) 外聯(lián)傳動(dòng)鏈 內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈 傳動(dòng)鏈 一、傳動(dòng)系統(tǒng)的類型 a、 按驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力源 分為： 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 、 內(nèi)燃機(jī) 驅(qū)動(dòng) 等，而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有交流異步電動(dòng)機(jī) (單、多速 )驅(qū) 動(dòng)，直流并激電動(dòng)機(jī)、交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直 流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等。 b、 按動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件的數(shù)目 分為： 獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 、 集中驅(qū) 動(dòng) 和 聯(lián)合驅(qū)動(dòng) 等。 c、 按傳動(dòng)裝臵 分為 ： 機(jī)械傳動(dòng)裝臵 、 液壓傳動(dòng)裝臵 、
2、 電氣傳動(dòng)裝臵 以及上述裝臵的組合。 機(jī)械傳動(dòng)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(jí)變速 和 無級(jí)變速 。 2 4.1、傳動(dòng)系統(tǒng)的類型和組成 1.無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 無級(jí)變速 是指執(zhí)行件的 轉(zhuǎn)速 (或速度 )在一定的范圍內(nèi) 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(yùn)轉(zhuǎn)中變速，也便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。 依靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩； 存在轉(zhuǎn)速損失，故不能用于調(diào)速精度高的場合； 變速范圍小，通常為 4 6，少數(shù)可達(dá) 10 15。 它的傳動(dòng)平穩(wěn) 運(yùn)動(dòng)換向沖擊小 易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng) 3 特點(diǎn)： (1)機(jī)械無級(jí)調(diào)速器： (2)液壓無級(jí)變速裝臵： 特點(diǎn)： (3)電氣
3、無級(jí)變速裝臵 有級(jí)變速 ： 在變速范圍內(nèi)不能連續(xù)地變換 ， 屬于有級(jí)變速 。 2.有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) CA7620型液壓多刀半自動(dòng)車床主傳動(dòng)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速圖 4 傳遞的功率大 變速范圍寬 傳動(dòng)比準(zhǔn)確 工作可靠 有轉(zhuǎn)速損失 特點(diǎn)： 3.固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng) 如果機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí) 行件要求以某一固定的 轉(zhuǎn)速 (速度 )工作，則連 接動(dòng)力源與執(zhí)行件的傳 動(dòng)系統(tǒng)屬于固定傳動(dòng)比 的傳動(dòng)系統(tǒng)，即該系統(tǒng) 是由若干個(gè)固定傳動(dòng)比 串聯(lián)組成。 起重機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖 5 1.獨(dú)立驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) (1) 只有一個(gè)執(zhí)行件； (2) 有多個(gè)運(yùn)動(dòng)不相關(guān)的執(zhí)行件； (3)數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)。 曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 (二 )獨(dú)立和聯(lián)合驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)
4、 6 2 集中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 是指機(jī)械系統(tǒng)的多個(gè)執(zhí)行件均由一個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)。 (1)執(zhí)行件間有嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求； (2)各執(zhí)行件間運(yùn)動(dòng)有順序或協(xié)調(diào)的要求； (3)各執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立。 由兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)力源經(jīng)各自的傳動(dòng)鏈聯(lián)合驅(qū)動(dòng)一個(gè)執(zhí)行件 的傳動(dòng)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(jī)械 。 3 聯(lián)合驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) (二 )獨(dú)立和聯(lián)合驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 7 二、傳動(dòng)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(jié)構(gòu)簡單、有足夠的動(dòng)力 3、制動(dòng)裝臵 要求可靠、方便、平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、磨損小、 散熱好 4、
5、安全保護(hù)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(jié)構(gòu)因素 制動(dòng)器與離合器必須互鎖 確定合理安裝位置 閘帶式制動(dòng)器的操縱力應(yīng)作用在制 動(dòng)帶的松邊 拓展內(nèi)容：常用傳動(dòng) 1、行星齒輪傳動(dòng) 2、擺線針輪行星傳動(dòng) 3、 諧波齒輪傳動(dòng) 9 1、行星齒輪傳動(dòng) 10 中心輪 行星輪 內(nèi)齒輪 行星架 1、行星齒輪傳動(dòng) 一個(gè)或一個(gè)以上齒輪 的 軸線 繞另一齒輪的 固定 軸線 迴 轉(zhuǎn)的齒輪傳動(dòng) 。 差動(dòng)輪系： 三者都不固定 確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)需要給 出兩個(gè)構(gòu)件的角速度 行星輪系： 固定內(nèi)齒輪 b 或太陽輪 a。 11 常見行星齒輪傳動(dòng)的類型和性能 差動(dòng)輪系可以把兩
6、個(gè)給定運(yùn)動(dòng)合成起來 也可把一個(gè) 給定運(yùn)動(dòng)按照要求分解成兩個(gè)基本件的運(yùn)動(dòng)。 行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)用廣泛 并可與無級(jí)變速器 液力耦 合器和液力變矩器等聯(lián)合使用 進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍。 1、行星齒輪傳動(dòng) 12 (1) 齒圈固定，太陽輪主動(dòng)，行星架被動(dòng) 動(dòng)畫演示 從演示中可以看出，此種組合為降速傳動(dòng)，通常傳動(dòng)比為 2.5 5， 且轉(zhuǎn)向相同。 13 (2) 齒圈固定，行星架主動(dòng)，太陽輪被動(dòng) 動(dòng)畫演示 從演示中可以看出，此種組合為升速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 0.2 0.4，且 轉(zhuǎn)向相同。 14 (3) 太陽輪固定，齒圈主動(dòng)，行星架被動(dòng) 動(dòng)畫演示 從演示中可以看出，此種組合為降速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 1.25 1.67， 且轉(zhuǎn)向
7、相同。 15 (4) 太陽輪固定，行星架主動(dòng)，齒圈被動(dòng) 動(dòng)畫演示 從演示中可以看出，此種組合為升速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 0.6 0.8， 且轉(zhuǎn)向相同。 16 (5) 行星架固定，太陽輪主動(dòng)，齒圈被動(dòng) 動(dòng)畫演示 從演示中可以看，出此種組合為降速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 1.5 4，且轉(zhuǎn) 向相反 17 (6) 行星架固定，齒圈主動(dòng)，太陽輪被動(dòng) 動(dòng)畫演示 從演示中可以看，出此種組合為升速傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 0.25 0.67， 且轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)，作為一個(gè)整體運(yùn)轉(zhuǎn)， 傳動(dòng)比為 1，且轉(zhuǎn)向相同。 動(dòng)畫演示 19 2、擺線針輪行星傳動(dòng)
8、20 2、擺線針輪行星傳動(dòng) 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(dòng) 圖示擺線針輪行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，運(yùn)動(dòng)由系桿 H輸入，通過輸出 機(jī)構(gòu)由軸 V輸出。擺線針輪行星傳動(dòng)也是一種 KHV型一齒差行星 傳動(dòng)。 在擺線針輪傳動(dòng)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(nèi)齒輪采用了針齒，又稱為針輪。同漸開線少齒差行 星傳動(dòng)一樣，其傳動(dòng)比為： 由于 Z1 Z2 = 1， 故 i = -Z2， 即擺線針輪行星傳動(dòng)可獲得大 傳動(dòng)比。擺線針輪行星傳動(dòng)具有減速比大（一級(jí)減速比 9 - 115， 多級(jí)可獲更大減速比）、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高（一般可達(dá) 90% 94%）、傳動(dòng)平穩(wěn)
9、、承載能力高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，與漸開線少 齒差行星傳動(dòng)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(yīng)用，以其多方面的優(yōu)點(diǎn)取 代了一些笨重龐大的傳動(dòng)裝臵。其主要缺點(diǎn)是加工工藝復(fù)雜，制造 成本較高。 i = -Z2 /（ Z1 Z2） 22 3、諧波齒輪傳動(dòng) 諧波傳動(dòng)是建立在彈性變形理論基礎(chǔ)上的一種新型傳動(dòng)。下頁 圖為諧波傳動(dòng)的示意圖。 1為具有內(nèi)齒的剛輪， 2為具有外齒的柔輪， H為波發(fā)生器。這三個(gè)構(gòu)件與少齒差行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心內(nèi)齒輪、 行星輪 2和系桿 H相當(dāng)。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪或柔輪之一 為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。 當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，
10、由于前者的總長度略大于后者的 內(nèi)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(gè)局部嚙合區(qū)，同時(shí)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(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙入狀 態(tài)，或處于嚙出狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(yùn)動(dòng)。 動(dòng)畫仿真 23 3、諧波齒輪傳動(dòng) 24 在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間 ， 柔輪上一點(diǎn)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(yīng) 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(dòng)過程中 ， 柔輪與剛輪的嚙合過程與 行星齒輪傳動(dòng)類似 ， 其傳動(dòng)比可按周轉(zhuǎn)輪系的計(jì)算方法求得 。 當(dāng)剛輪 1固定，波發(fā)生器 H主動(dòng)，柔輪 2從動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比為： iH2 = Z2 / （ Z1 Z2） 當(dāng)柔輪 2固定，波發(fā)生器 H主動(dòng)，剛輪 1從動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比為： iH1 = Z1 / （ Z1 Z2） 3、諧波齒輪傳動(dòng) 25 優(yōu)點(diǎn) ： 傳動(dòng)比大 、 范圍寬 （ 一級(jí)傳動(dòng)比范圍為 50 - 500， 二級(jí)傳動(dòng)可達(dá) 2500-250000） ， 且在傳動(dòng)比很大的 情況下 ， 仍具有較高的效率； 結(jié)構(gòu)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(qiáng) 、 傳動(dòng)平穩(wěn) 、 運(yùn)動(dòng)精度高； 能實(shí)現(xiàn)密封空間的運(yùn)動(dòng)傳遞 。 缺點(diǎn)： 是柔輪易發(fā)生疲勞損壞 ， 起動(dòng)力矩大 。 近年來諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展十分迅速，應(yīng)用日益廣 泛。在機(jī)械制造、冶金、發(fā)電設(shè)備、礦山、造船及國防工 業(yè)（如宇航技術(shù)、雷達(dá)裝臵等）中都得到了廣泛應(yīng)用。 3、諧波齒輪傳動(dòng) 26
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