第三章机械传动装置设计。
执行机构需由原动机输入动力才能工作。一般来说，原动机与执行机构直接相联的情况较为少见。通常是在二者之间设置一中间装置，此中间装置称为传动装置。
在机械中，传动装置的功用是根据执行机构的工作要求，实现减速、增速、变速、改变运动形式或方位等。工程实践表明，传动装置常是机械中的重要组成部分，在整机的成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上决定整机的技术性能和运转费用。因此，正确设计传动装置对保证整机的技术性能和质量指标具有相当重要的意义。
机械传动装置设计的一般步骤是：选择机械传动型式，计算各轴的运动和动力参数，传动零件（如带传动、齿轮传动和/或链传动、联轴器等）的设计计算，减速器部件（或其他部件）的结构设计与装配图绘制，主要零件（轴、齿轮、箱体等）结构设计与工作图绘制。
第一节机械传动型式的选择。
一．选择传动型式应考虑的因素。
根据工作原理的不同，传动可分为两大类，即机械传动和电传动。在机械传动中，又分摩擦传动、啮合传动、液压传动和气压传动。根据本课程的教学范围，本书所选列的设计题目中主要涉及摩擦传动和啮合传动。
设计传动装置时，首先必需选定传动型式。所以必须了解、掌握、分析和比较各种有关常见传动的性能、特点和适用范围，在此基础上合理选定传动型式及其组成的传动方案，以满足执行机构的运动、动力和其他要求。
选择传动型式时，应当考虑的主要指标是：功率、效率、运动性能、外形尺寸，重量，生产率和成本等。现分别简述如下：
1．功率 每种传动所能传递的功率大小与该传动的工作原理、承载能力、工作速度、效率、材料和制造精度等因素有关。一般来说，啮合传动传递的功率高于摩擦传动，但是啮合传动中的蜗杆传动则因齿面相对滑动速度较大，导致发热量大和效率较低而不宜传递较大的功率；同步带传动则因材料关系亦不能传递大的功率。
2．效率 效率是评定传动质量指标的一个重要参数，高的效率意味着节约动力和节省运行费用，效率低的传动一般不用于传递大的功率。通常啮合传动的效率高于摩擦传动，但普通圆柱蜗杆传动的效率可能低于摩擦传动。各种传动的机械效率见表9－1.
13。3．速度。速度是传动装置的一个主要运动特性，提高传动的速度是机械的主要发展方向之一。影响速度的因素有动载荷和制造精度等，在常规传动中，除螺旋传动和链传动外，啮合传动的允许速度一般高于摩擦传动。
4．传动比。
传动比是传动装置的又一运动特性。每种传动因受外形尺寸或承载能力等因素的限制，均有各自适用的最大传动比值（见表9－1.14）。
此外，还应考虑传动比值的精确性问题。对于要求精确传动比的机械，不能采用摩擦传动而应采用啮合传动。
5．外廓尺寸、重量及成本。
传动装置的外廓尺寸和重量与传动零件材料的机械性能、允许传递速度、允许传递功率等密切有关。在上述条件确定的情况下，单级传动的外廓尺寸和重量主要取决于传动型式。一般说来。
啮合传动比摩擦传动轻巧，但成本较高。在啮合传动中，蜗杆传动和一些内啮合行星传动的尺寸和重量通常最小。
二．选择传动型式的基本原则。
一般来说，传动装置的设计要求是：传动链短、传动效率高、不同类型机构在传动链中的位置顺序安排合理、传动比分配合理，此外还要考虑传动的输出运动与执行机构输入运动的匹配等问题。选择传动型式的基本原则如下：
1．简化传动环节。
在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节即运动链应尽量简短。因为运动链越短，使用的机构和零件数就越少，制造和装配费用就越低；同时，传动的环节减少后降低了能量的损耗，使机器的效率也得以提高。此外，传动环节减少，使机器的累积误差减小，有利于提高机器的传动精度。
2．提高传动效率。
机械传动系统的总效率与其各个运动链的效率有关，而各个运动链的效率又决定于其中各传动机构的效率。因此，当系统中任何一个传动型式具有较低的传动效率时，将导致总效率的下降。系统中各个运动链传递功率的大小往往相差很大，对于传递功率比较大的运动链，选择传动机构时应考虑尽量选取效率较高的传动机构；对于传递功率较小的运动链，选择传动机构时可以着眼于满足其它方面的要求，对效率的高低可放在次要地位置考虑。
必须注意，减速比很大的机构往往效率较低，因此，若传递功率较大的运动链中需要用这类机构时，应注意适当选取机构的基本参数，以保证有高的传动效率。
3．合理安排传动机构的顺序。
安排多级传动的顺序时，应注意下列各点：
l）摩擦传动（如带传动、摩擦轮传动等）的承载能力一般较低，在传递相同的转矩时其结构尺寸大于啮合传动，故在多级传动中宜置于高速级，又因其工作平稳性好，放置于高速级还能起减振缓冲作用。
2）链传动具有固有的运转不均匀特性，冲击甚大，故宜置于低速级。
3）考虑到大尺寸、大模数的圆锥齿轮加工比较困难，故在多级传动中宜置于高速级，但这时圆周速度较大，需提高制造精度，故导致成本提高。
4）斜齿传动的工作平稳性优于直齿传动，相对来说应置于高速级。
5）啮合传动中的蜗杆传动多用于大传动比和中小功率场合，其承载能力一般较齿轮传动为低，为获得较小的结构尺寸，宜置于高速级。
6）改变运动形式的传动和机构（如螺旋传动、连杆机构、凸轮机构）应布置在多级传动中的最后一级，即靠近执行机构。
7）对于ngw（2k－h）型和n（k—h－v）型内啮合行星传动，因具有承载能力高而结构尺寸小、效率高而传动比大的特性，故在多级传动中可置于低速级。
必须强调指出，上述诸点仅为一般建议而不是固定不变的。例如某些高精度的机器，有将带传动置于最后一级的低速级，目的是因其吸震特性改善运转精度；在机床分度传动系统中，最后一级却是蜗杆传动；在焊接用设备中，工作台传动系统的最后一级采用圆锥齿轮传动并非鲜见。总之，应视具体情况具体分析，必需结合整机总体布置、技术性能要求、制造和装配条件、原材料**情况、工作环境状况、维护和修理等因素，综合分析比较确定。
4．合理分配传动比。
由原动机的输出转速n和执行机构的输入转速nw，可求出传动系统的总传动比i，然后分配给各级传动。即。
式中：——分别为各级传动的传动比。
合理地分配传动比，是传动系统设计中的一个重要问题。它将直接影响到传动系统的外廓尺寸、重量、润滑及传动机构的中心距等很多方面，因此必须认真对待。
具体分配时应注意以下几点：
1）选取每一级的传动比时，其值应在常用的范围内，在特殊情况下也可以超过所允许的最大值。各类传动的传动比荐用值和最大值见表3－1。
2）分配传动比应注意使各传动件的尺寸协调、结构合理、避免各零件干涉与安装不便。例如在图３—１所示的带传动－圆柱齿轮传动中，第一级带传动的传动比不要过大（通常小于齿轮传动的传动比），否则可能会使从动大带轮的半径超过齿轮传动装置输入轴的中心高，造成安装不便或困难。
3）应使传动零件和轴系零件的尺寸保持匀称协调并不得产生干涉现象。例如图3－２所示的双级圆柱齿轮传动中，由于高速级传动比取得过大，致使高速级大齿轮与低速轴发生干涉，无法安装。
4）当一级传动的传动比过大时，应分成多级传动，以减小尺寸并改善传动性能。总传动比大于8的齿轮传动，采用两级传动时的外廓尺寸和重量要比采用单级传动时减小颇多（如图３—３所示）。同理，当传动比大于30时，宜设计成**（或以上）传动。
5）一般说来，在多级传动中，宜使相邻两级传动比的差值不要太大。这样能使输入轴与输出轴之间的各中间轴获得较高的转速和较小的转矩，从而能使轴和轴上的传动零件获得较小的尺寸，藉以得到比较紧凑的结构，使所设计的传动系统具有最小的外廓尺寸。
6) 同类几级传动装置，通常把传动比最大的一级装在转速最低的位置，而其他各级可在较高的转速下工作。
7) 对于设计成独立部件形式的多级齿轮减速器，各级传动比的分配另有推荐的关系式。
图３—１带传动－圆柱齿轮传动。
图3－２高速级大齿轮与低速轴发生干涉。
图３—３总传动比等于8时单级齿轮传动与两级齿轮传动的外廓尺寸比较。
三．常用传动的主要特性。
在选择传动型式时，不仅要了解应考虑的因素和选取原则，还应了解各类传动的特性，才能选择符合设计要求的具体传动。表3—1给出了常用的几种传动机构的主要特性。
表3—1 常用传动机构的主要特性。
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