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1、第 四 章 傳 動 系 統(tǒng) 設 計 將 (或 某 個 執(zhí) 行 件 )的 速 度 、 力 矩 傳 遞 給 (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(nèi) 聯(lián) 傳 動 鏈傳 動 鏈 一 、 傳 動 系 統(tǒng) 的 類 型 a、 按 驅(qū) 動 機 械 系 統(tǒng) 的 動 力 源 分 為 ： 、等 ， 而 電 動 機 驅(qū) 動 又 有 交 流 異 步 電 動 機 (單 、 多 速 )驅(qū)動 ， 直 流 并 激 電 動 機 、 交 流 調(diào) 速 主 軸 電 動 機 驅(qū) 動 ， 交 、 直流 伺 服
2、 電 動 機 驅(qū) 動 ， 步 進 電 動 機 驅(qū) 動 等 。 b、 按 動 力 源 驅(qū) 動 執(zhí) 行 件 的 數(shù) 目 分 為 ： 、和 等 。 c、 按 傳 動 裝 置 分 為 ： 機 械 傳 動 裝 置 、 液 壓 傳 動 裝 置 、電 氣 傳 動 裝 置 以 及 上 述 裝 置 的 組 合 。 機 械 傳 動 裝 置 ： 和 兩 類 。 輸 出 速 度 可 變 ： 分 為 和 。 4.1、 傳 動 系 統(tǒng) 的 類 型 和 組 成 1.無 級 變 速 傳 動 系 統(tǒng)是 指 執(zhí) 行 件 的 (或 速 度 )在 一 定 的 范 圍 內(nèi)， 這 樣 可 以 使 執(zhí) 行 件 獲 得 最 有 利 的 速
3、度 ， 能 在系 統(tǒng) 運 轉(zhuǎn) 中 變 速 ， 也 便 于 實 現(xiàn) 自 動 化 等 。u 依 靠 摩 擦 力 來 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 ；u 存 在 轉(zhuǎn) 速 損 失 ， 故 不 能 用 于 調(diào) 速 精 度 高 的 場 合 ；u 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 特 點 ：特 點 ： 在 變 速 范 圍 內(nèi) 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(zhuǎn)
4、速 圖 u 傳 遞 的 功 率 大u 變 速 范 圍 寬u 傳 動 比 準 確u 工 作 可 靠u 有 轉(zhuǎn) 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(zhuǎn) 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 1.獨 立 驅(qū) 動 傳 動 系 統(tǒng) (1) 只 有 一 個 執(zhí) 行 件 ；(2) 有 多 個 運 動 不 相 關
5、 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(qū) 動 傳 動 系 統(tǒng) 2 集 中 驅(qū) 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(qū) 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(diào) 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(qū) 動 一 個 執(zhí) 行 件的 傳 動 系 統(tǒng) ， 主 要 用 于 低 速
6、、 重 載 、 大 功 率 、 執(zhí) 行 件 少 而慣 性 大 的 機 械 。 3 聯(lián) 合 驅(qū) 動 傳 動 系 統(tǒng) (二 )獨 立 和 聯(lián) 合 驅(qū) 動 傳 動 系 統(tǒng) 二 、 傳 動 系 統(tǒng) 的 組 成1、 變 速 裝 置 2、 起 停 和 換 向 裝 置 要 求 省 力 、 可 靠 、 結(jié) 構 簡 單 、 有 足 夠 的 動 力3、 制 動 裝 置 要 求 可 靠 、 方 便 、 平 穩(wěn) 、 結(jié) 構 簡 單 、 尺 寸 小 、 磨 損 小 、散 熱 好4、 安 全 保 護 裝 置 銷 釘 安 全 聯(lián) 軸 器 ， 鋼 珠 安 全 離 合 器 ， 摩 擦 安 全 離 合 器 減 小 離 合 器 尺
7、 寸 避 免 出 現(xiàn) 超 速 現(xiàn) 象 考 慮 結(jié) 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(nèi) 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 1、 行 星 齒 輪 傳 動 中 心 輪 行 星 輪內(nèi) 齒 輪行 星 架 1、 行 星 齒 輪 傳 動 一 個 或 一 個 以 上 齒 輪的 繞 另 一 齒 輪 的迴 轉(zhuǎn) 的 齒 輪 傳 動 。三 者 都 不 固 定 確 定 機 構 運 動 時 需 要 給
8、出 兩 個 構 件 的 角 速 度 固 定 內(nèi) 齒 輪 b或 太 陽 輪 a。 常 見 行 星 齒 輪 傳 動 的 類 型 和 性 能 差 動 輪 系 可 以 把 兩 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 (1) 齒 圈 固 定 ， 太 陽 輪 主 動 ， 行 星 架 被 動 動 畫 演 示 從 演
9、 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(zhuǎn) 向 相 同 。 (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(zhuǎn) 向 相 同 。 (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(zhuǎn) 向 相 同 。 (4) 太 陽 輪 固 定
10、 ， 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(zhuǎn) 向 相 同 。 (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(zhuǎn)向 相 反 (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.
11、67，且 轉(zhuǎn) 向 相 反 。 (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(zhuǎn) ，傳 動 比 為 1， 且 轉(zhuǎn) 向 相 同 。 動 畫 演 示 2、 擺 線 針 輪 行 星 傳 動 2、 擺 線 針 輪 行 星 傳 動 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
12、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(nèi) 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
13、更 大 減 速 比 ） 、 結(jié) 構 緊 湊 、 傳 動 效 率 高 （ 一 般 可 達 90% 94%） 、 傳 動 平 穩(wěn) 、 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 置 。 其 主 要 缺 點 是 加 工 工 藝 復 雜 ， 制 造成 本 較 高 。 i = -Z2 /（ Z1
14、Z2） 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(nèi) 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(nèi) 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(nèi) 孔 時 ， 由 于
15、前 者 的 總 長 度 略 大 于 后 者 的內(nèi) 孔 直 徑 ， 故 柔 輪 變 為 橢 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(zhuǎn) 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(zhuǎn) 動 時 ， 柔 輪 長 短 軸 的 位 置不 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
16、 ， 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 3、 諧 波 齒 輪 傳 動 在 波 發(fā) 生 器 轉(zhuǎn) 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 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
17、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(zhuǎn) 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 ： i H1 = Z1 / （ Z1 Z2） 3、 諧 波 齒 輪 傳 動 優(yōu) 點 ： 傳 動 比 大 、 范 圍 寬 （ 一 級 傳
18、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(jié) 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 置 等 ） 中 都 得到 了 廣 泛 應 用 。 3、 諧 波 齒 輪 傳 動
傳動系統(tǒng)設計
