二、选择步骤      1. 确定机械系统的负载特性       机械系统的负载由工作负载和非工作负载组成。   工作负载可根据机械系统的功能由执行机构或构件的运动和受力求得；    非工作负载指机械系统所有额外消耗，如机械内部的摩擦消耗，辅助装置的消耗（如润滑系统，冷却系统的消耗）等。 原动机的选择      2. 确定工作机的工作制度         工作机的工作制度：指工作负载随执行系统的工艺要求而变化的规律。     工作制度包括长期工作制、短期工作制和断续工作制三大类，常用载荷—时间曲线表示。有恒载和变载、断续和连续运行、长期和短期运行等形式。     GB755-2000《旋转电机基本技术要求》将电机的工作制度分为9种，以S1—S9表示，分别对应于工作机的不同工作制度。         连续工作制——S1         短期工作制——S2         断续周期工作制S3 ……    原动机的选择      3. 选择原动机的类型   首先应考虑能源供应及环境要求，选择确定原动机的种类 再根据驱动效率、运动精度、负载大小、过载能力、调速要求、外形尺寸等因素， 综合考虑工作机的工况和原动机的特点，具体分析，以选得合适的类型。 　　电动机有较高的驱动效率和运动精度，其类型和型号繁多，能满足不同类型工作机的要求，而且还具有良好的调速、启动和反向功能，因此可作为首选类型 　　对于野外作业和移动作业时，宜选用内燃机。  原动机的选择      4. 选择原动机的转速       可根据工作机的调速范围和传动系统的结构和性能要求来选择。 　转速选择过高，导致传动系统传动比增大，结构复杂、效率降低； 　转速选择过低，则原动机本身结构增大、价格较高。     一般原动机的转速范围可由工作机的转速乘以传动系统的常见总传动比得出。   原动机的选择           5. 确定原动机的容量       原动机的容量通常用功率表示。在确定了原动机的转速后，可由工作机的负载功率（或转矩）和工作制来确定原动机的额定功率。机械系统所需原动机功率Pd可表示为 Pd是工作机的工作制度与原动机工作制度相同前提下所需的原动机额定功率。 原动机的选择 工作机所需功率 各辅助系统所需的功率 从工作机经传动系统到原动机的效率 从各辅助装置经传动系统到原动机的效率 考虑过载或功耗波动的余量因数，一般取1.1～1.3。  特点： 1）结构简单、初始费用低。 2）带传动和开式齿轮传动效率不高，而且带传动的承载能力也受带型和根数的限制。  　适用于小功率、要求初始费用低的磨机。     1. 带传动-齿轮传动串联式单流传动系统方案 机械传动系统方案设计实例分析     2. 齿轮传动—齿轮传动串联式单流传动系统方案 特点：  1）效率高、寿命长、外廓尺寸小 2）初始费用较高  　该方案适用于中型磨机。 机械传动系统方案设计实例分析     3. 并联式汇流传动系统方案  特点：  1）因齿轮啮合时产生的切向力和径向力分别平衡而降低了磨筒轴承的载荷。  2）初始费用比第2方案低。  该方案适用于中型磨机。  特点：  1）闭式传动，齿轮和轴承受力状态较好，效率高  2）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。 　　　该方案适用于大型磨机。 4. 中心驱动式单流传动系统方案 机械传动系统方案设计实例分析  特点：  1）传动系统为双路驱动，具备第3和第4方案传动功率大、尺寸小、质量轻以及效率高的优点；  2）齿轮加工精度要求高，结构较复杂。大型或超大型磨机采用的中心驱动，多路并联方式，为保证各路传动的同步和均载，需增加辅助设备。  该方案适用于大型和超大型磨机。            5. 中心驱动式并联汇流传动系统方案 机械传动系统方案设计实例分析  特点：  1）该方案占地面积小，维护简单 2）但电机等电器装置的初始费用很高。同等功率时，单位产量所需总费用比机械传动方       案约高（29～50）%。      6. 低速电动机直接驱动方案 机械传动系统方案设计实例分析  工作条件：    电动机转速   　 n1=1450r/min，     工作频率          f=50 1/min，     传动比误差       r=±2%。 机械传动系统的机构简图 肥皂压花机的传动路线及传动比的分配  机械传动系统方案设计实例分析 肥皂块压花和出料工艺 推杆11 压模工位 下模具7上移完成压花工艺 上模具8固定 凸轮机构13的顶杆将皂块推出 肥皂块12  肥皂块12  机械传动系统方案设计实例分析 ?一、传动路线分析 该机包括三套执行机构，分别完成规定动作，并连续协调工作：  曲柄滑块机构11完成皂块送进，六杆机构6完成模具的往复移动，凸轮机构13完成成品移出。  整机共用一个电动机。因执行机构工作频率较低，故需采用减速传动装置。  减速装置为三套执行机构公用，由V带传动和两级齿轮传动组成。 带传动适宜高速级工作，故安排在第一级，并兼有安全保护功能。当机器要求具有调速功能时，可将带传动改为带式无级变速传动。   机械传动系统方案设计实例分析 链传动9是为实现较大距离的传动而设置的。 锥齿轮传动用于改变传动方向。 该机的传动系统为三路并联分流传动，其中模具的往复运动路线为主传动链，皂块送进和送出为辅助传动链。 机械传动系统方案设计实例分析 电动机1 带传动2 二级齿轮减速器3 离合器4 锥齿轮传动5 六杆机构6 下模具往复移动7 链传动9 曲柄滑块机构11 锥齿轮传动10 皂块送进12 凸轮机构13 成品送出14 肥皂压花机传动路线图 机械传动系统方案设计实例分析   二、传动比分配    1. 主传动链（电动机→模具往复移动）     锥齿轮传动暂定传动比为1。每压制一块肥皂，六杆机构带动下模具完成一运动循环，分配轴Ⅰ应转一周，故轴Ⅰ的转速为nⅠ＝50r/min。因已知电动机转速nd＝1450r/min，由此可知，该传动链总传动比的预定值为      设带传动及二级齿轮减速器中高速级和低速级齿轮传动的传动比分别为i1、i2、i3，取i1＝2.5，则减速器的总传动比为29/2.5 = 11.6，两级齿轮传动平均传动比为3.4。      机械传动系统方案设计实例分析 主传动链的实际总传动比 选取各轮齿数　　　　za = 23，zb = 86，zc = 21，zd = 65。        i总 = i1 i2 i3=2.5×3.739×3.095 = 28.93 传动比误差  实际传动比 从润滑条件出发，按二级展开式圆柱齿轮减速器传动比分配公式，取i?2＝1.2i?3，则由i?2 i?3＝11.6可求得i?2＝3.73，i?3＝3.11。 机械传动系统方案设计实例分析 2. 辅助传动链     皂块送进和成品移位运动的工作频率应与模具往复运动频率相同，即在一个运动周期内，三套执行机构各完成一次运动循环，即送进→压花→移位。因此分配轴Ⅱ必须与分配轴Ⅰ同步，即nⅡ＝nⅠ，故链传动9和锥齿轮传动10的传动比均应为1。     主传动链的实际总传动比为： 机械传动系统方案设计实例分析      运输机传动系统特性参数计算 机械传动系统方案设计实例分析 负载总阻力　F＝6200N， 曳引链速度　v＝0.3m/s， 节距　　p＝160mm， 驱动链轮齿数　z＝12。     板式运输机传动系统 传动方案已预分配各级传动比为： 锥齿轮传动i1＝3， 圆柱齿轮传动i2＝4.5， 链传动i3＝6。 电动机同步转速nd=750r/min。曳引链速度允许误差r=±5%。     以下为该传动系统选择电动机型号，并计算各轴的运动和动力特性参数。     1. 计算执行机构主轴（Ⅳ轴）转速和功率 	r/min = 9.4 r/min    执行机构主轴的输出功率P?为	 kW = 1.86kW 机械传动系统方案设计实例分析 2. 求传动系统总效率和电动机功率 联轴器效率?1＝0.99，锥齿轮传动效率?2＝0.96， 圆柱齿轮传动效率?3＝0.97，链传动效率?4＝0.96， 减速器滚动轴承效率?5＝0.98，Ⅳ轴为滑动轴承效率?6＝0.97，传动系统的总效率为 需要电动机输出的功率为 ?                    kW = 2.3kW 机械传动系统方案设计实例分析     3. 选择电动机      根据运输机设计要求，电动机功率应有20%左右的裕度，由手册查得，可选用YEJ 132M-8型电动机，额定功率Pe＝3kW，满载转速n＝710r/min。 机械传动系统方案设计实例分析     4. 计算总传动比及各级传动比    系统的总传动比    由齿数条件，确定各轮齿数分别为：锥齿轮z1＝23，z2＝72。圆柱齿轮z3＝24，z4＝109，滚子链z5＝19，z6＝105。 则各传动实际传动比为：    实际总传动比为 	           i = i1 i2 i3 = 3.13×4.54×5.53 = 78.58    未超过传动比误差要求，所选参数可用。 传动比误差为： 机械传动系统方案设计实例分析 　5. 计算各轴转速  6. 计算各轴功率 　取电动机的额定功率Pe为设计功率，求得各轴输入功率： 机械传动系统方案设计实例分析  7. 各轴转矩 原动机的机械特性和工作机的负载特性 原动机的选择 §29.5   　原动机的选择      原动机的种类很多，按使用能源的形式，可分为一次原动机和二次原动机两大类。 一次原动机使用自然界能源，直接将自然界能源转变为机械能，如内燃机、风力机、水轮机等； 二次原动机将电能、介质动力、压力能转变为机械能，如电动机、液压马达等。 原动机的选择 原动机的机械特性和工作机的负载特性 一、原动机的机械特性  　原动机的机械特性一般用输出转矩T（或功率P）与转速n的关系曲线，即T = f (n)或P = f (n)曲线表示。 一次原动机的机械特性、特点和应用 类别 工业汽轮机 汽油机 柴油机 燃气轮机 机械特性 图① 图② 图③ 图④ 功率范围 /kW 小型 100~1000 大型 10000~5000 四冲程 1.0~260 二冲程 0.6~110 3.5~38000 35~25000 特点  启动转矩大，转速高，变速范围较大，运转平稳，寿命长 设备复杂，制造技术要求高，初始成本高 中型汽轮机的效率在大型和小型之间  结构紧凑，质量轻，便于移动，转速高（四冲程达5000r/min，二冲程可8000r/min），能很快启动达到满载运转 燃料价高、易燃，废气会造成大气污染  工作可靠，寿命长，维护简便，运转费用低，燃料较安全 初始成本较高，废气会造成大气污染  结构紧凑，质量轻，启动快而转矩大，运转平稳，用水少，可用廉价燃油，维护简便 设备较复杂，制造技术要求高，初始成本高，燃料消耗较大，小尺寸燃气轮机尤甚  应用  适用于大功率高速驱动，如压缩机、泵和风机  多用于汽车  应用很广，如各种车辆、船舶、农业机械、挖掘机、压缩机  用于大功率高速驱动，如机车、飞机、原油输送、发电  各类电动机主要性能的比较 电动机类别  交 流 电 动 机 直 流 电 动 机 异  步  同  步  并  励  串  励  机械特性  图  图  图  图  功率范围/kW  0.3～5000  200～10000  0.3～5500  1.37～650  转速范围 /r?mm?1  500～3000  150～3000  250～3000  370～2400  特点  笼型  绕线型  恒转速，功率因数可调节；需供励磁的直流电机，价格贵。可采用变频电源进行无级调速  调速性能好，能适应各种载荷特性；价格较贵，维护复杂，并需要直流电源  启动转矩大，自适应性好，过载能力强；价格贵，维护复杂，需有直流电源    结构简单，工作可靠，维护容易，价格低廉；满载时效率和功率因数高；但启动和调速性能差，轻载时，功率因数低 变极数可以多级变速；有变频电源时，可以无级高速  启动转矩大，启动时功率因数高；在转子回路中增减外电阻可改变其滑差率，可在最大转矩时调速但调节器范围小，维护较麻烦，价格稍贵  应用  通常用于载荷平稳、不调速、长期工作的机器，如水泵、金属切削机床、起重运输机械、矿山机械  载

第二十九章-机械执行系统的方案设计.ppt