機械傳動(Mechanical drive)是一種在原動機與執行機構之間通過機械機構進行動力和運動傳輸的裝置。機械傳動的功能是將傳動能量進行分配、使轉速發生變化,改變機構運動形式等。
按傳動原理不同,機械傳動可分為兩種類型:磨擦式傳動和嚙合式傳動。常見的磨擦式傳動方式有帶傳動、摩擦輪傳動、繩傳動等,常見的嚙合式傳動有齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動、螺旋傳動等。進行傳動方案設計時需要根據不同傳動方式的特點并按一定的設計原則及步驟進行。 機械傳動被廣泛應用于變速器、液力耦合器、離合器、變矩器等機械結構中。
功能
(1)提高或減少發動機的轉速,以適應驅動器的要求。
(2)利用變速傳動,以適應執行機構頻繁變換速度的需要。
(3)將發動機的扭矩轉換成執行機構所需的扭矩或作用力。
(4)把發動機的輸出由恒定轉速的旋轉運動,轉換成了執行器所需的轉速變化的轉動,或間斷運動。
(5)通過一臺或更多臺傳動機構來帶動幾臺具有同樣或不同轉速的執行機構。
(6)執行機構不適合與動力機進行直接聯接時,通過傳輸部件傳動機構進行聯結。
分類
按傳動原理分
根據傳動原理的不同,可將其劃分為兩種類型:摩擦式傳動和嚙合式傳動。摩擦式傳動包括帶傳動、摩擦輪傳動、繩傳動;嚙合式傳動有齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動、螺旋傳動等。
按傳動比分
根據傳動比是否可變,機械傳動可分為固定速比傳動、可調速比傳動和變速比傳動。其中固定速比傳動有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動;可調速比傳動又分為有級變速傳動和無級變速傳動;變速比傳動有連桿機構傳動、非圓齒輪機構傳動、凸輪機構傳動、槽輪機構傳動、棘輪機構傳動。
主要性能指標
機械傳動的主要性能指標包括圓周速度和轉速、傳動比、功率以及傳動效率等參數。
(1)在其它條件相同的情況下,提高圓周速度可以減小傳動的外廓尺寸。對于撓性傳動,限制速度的因素是離心力作用,對于嚙合傳動,限制速度的主要因素是嚙合元件進人嚙合時所引起的附加作用力。為了獲得大的圓周速度,一般通過提高主動件的轉速和增大其直徑來實現。
(2)傳動比反映了機械傳動增速或減速的能力。在摩擦傳動中,傳動可達到的傳動比最大,平帶傳動次之,然后是摩擦輪傳動。在嚙合傳動中,蝸桿傳動可實現的傳動比最大,其次是齒輪傳動和鏈傳動。
(3)傳遞功率的大小,代表著傳動系統的傳動能力。在各種傳動中,齒輪傳動能夠傳遞的功率最大(可達50000~65000kW)。蝸桿傳動由于摩擦產生的熱量大和傳動效率低,所能傳遞的功率受到限制,通常N<200kW。V帶傳動所能傳遞的功率可達1000~1500kW。鏈傳動可達4000kW。
(4)機械傳動工作過程中,各傳動零件之間存在的摩擦力及相對運動會損耗部分傳動功率。若傳動效率為r,則傳動的功耗情況可用損耗系數k=1-r來表征,齒輪傳動損耗系數為k=1%~3%,蝸桿傳動為k=10%~36%,鏈傳動為k≈3%,平帶傳動為k=3%~5%,摩擦輪傳動為k≈3%。
典型傳動方式
帶傳動
帶傳動是一種由柔性主體(傳動皮帶)將主動軸上的運動和動力傳輸到從動軸上的一種機械傳動方式。
工作原理
通常情況下,帶傳動包括了主動帶輪、從動帶輪、緊套在兩帶輪上的傳動帶。在主動輪旋轉的時候,利用帶和帶輪工作表面之間的摩擦或嚙合作用,來促使傳動帶的移動,然后再利用傳動帶來帶動從動輪旋轉,并將功率傳輸出去。
特點
具備減震、吸收振動的功能;
傳輸穩定、噪音小;可在長程中完成兩個兩軸的傳動;
帶長可以根據所需的中心距長度調整;
適合在功率較小,速度適中,傳動距離較遠的情況下使用。
分類
摩擦式帶傳動
摩擦式帶傳動是利用彈性皮帶與皮帶輪接觸表面之間的摩擦力實現運動和動力的傳遞。傳動皮帶在工作過程中由主從動輪張緊,帶與兩輪的接觸面間產生正壓力,并靠正壓力產生的摩擦力拖拽帶運動。
嚙合式帶傳動
嚙合式帶傳動是利用皮帶上的齒輪與皮帶的齒槽相配合實現對皮帶的驅動,一般也稱為同步式帶傳動。
失效形式
皮帶在帶輪上打滑;皮帶因疲勞而產生脫層,撕裂和拉斷;皮帶的表面出現磨損等。
應用場景
帶傳動常用于跑步機、縫紉機、流水線輸送帶、G4FG發動機附屬件傳動等機械中。
齒輪傳動
齒輪傳動用來傳遞兩回轉軸之間的運動和動力,是現代各種機械上應用最為廣泛的一種傳動形式。
特點
可確保變速比不變;
適用的負載及轉速廣泛,傳動高效,工作穩定;
需要有很高的制造及裝配精度;
不適用于遠距離兩軸傳動。
分類
按照軸的相互位置,嚙合方式,齒的方向,常見的齒輪傳動可以按照下圖進行歸類。
失效形式
齒輪傳動的主要失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損及齒面塑性變形等。齒面點蝕:齒輪工作時,當嚙合表面反復受到接觸擠壓作用,且由此所產生的壓力過大或使用時間過長時,齒面會產生細微的疲勞裂紋。
應用場景
齒輪傳動在工程機械、礦山機械、冶金機械、各種機床及儀器、儀表工業中應用廣泛,例如:汽車減速器、鐘表、風扇搖頭機構、攪拌機傳動機構等。
鏈傳動
鏈傳動由安裝在平行線上的主、從動鏈輪,以及環繞鏈輪的一條環狀的滾子鏈組成,它以鏈子為中心柔性部件,依靠鏈子和鏈輪輪齒的嚙合來實現運動與動力的傳輸。
特點
相對于皮帶,鏈條沒有彈性,可維持精確的嚙合過程,提高了傳動的工作效率,承載力較高。
相對于齒輪,鏈條的軸向間距較大,能夠在較高溫度、較多粉塵的條件下工作,制作費用低。
運行過程鏈條的瞬間速度不穩定,平穩度較低,會產生振動和噪音。
在轉速較快、轉向變化較快的情況下容易發生跳齒。
分類
鏈條驅動按應用范圍可劃分為傳動鏈、起重鏈和牽引鏈。傳動鏈的作用是傳輸動力;起重鏈一般用于起重機中吊重型貨物;牽引鏈一般用于運輸機械中國移動通信集團重物。
通常使用的傳動鏈還可按其構造可以劃分為滾子鏈和齒形鏈。滾子鏈結構簡單,磨損小,用途廣泛;齒形鏈傳動平穩,噪音低,但是結構復雜,造價昂貴。
失效形式
從鏈傳動系統的運行特征來看,在一般的安裝與保養條件下,鏈的破壞模式為:鏈的疲勞破壞、磨損,鏈的沖擊疲勞破壞、鏈條鏈的膠合、鏈條的靜力拉伸斷裂。
應用場景
鏈傳動常見于汽車、摩托車、農業、石油器械等領域。
蝸桿傳動
蝸桿傳動是指以蝸桿為主動件,蝸輪為從動件的機械傳動方式,其通過蝸桿蝸輪嚙合傳動實現兩空間交錯軸間的運動及動力傳遞。
特點
傳動平穩,沖擊、振動、噪聲較小;
布置緊湊且傳動比大;具有自鎖功能;
傳動時齒面摩擦嚴重,傳動效率較低;
加工制造成本高,不適用于大功率傳動。
分類
蝸桿傳動方式可根據蝸桿分度表面的外形不同劃分為:圓柱蝸桿傳動、圓弧面蝸桿傳動和錐面蝸桿傳動。其中,普通圓柱蝸桿傳動按照齒形不同可以分為:阿基米德蝸桿傳動、漸開線蝸桿傳動、法面直廓蝸桿傳動和錐面包絡蝸桿傳動等。
失效形式
蝸桿傳動的主要失效形式與齒輪傳動相似,有:疲勞點蝕、輪齒折斷、齒面膠合和齒面磨損等。
應用場景
蝸桿傳動常見于工程機械、造船、礦山機器設備的傳動系統中。
液壓傳動
液壓傳動是一種利用流體(以液壓油為主)作為工作媒介,實現能源轉換的一種傳動模式。
系統組成
液壓傳動系統主要由四部分組成:
動力機構:液壓泵,主要將機械能轉換為液壓能;
執行機構:液壓馬達、液壓缸等,主要將液壓能轉換為機械能;
控制機構:壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥等,用于控制液體的流量、壓力和流向;
輔助機構:以上三個部件之外的其它部件,如油箱、過濾器、油管等。
特點
體積小,質量輕,單位質量輸出的功率大;
構造簡便、布置方便安全可靠;
傳動效率低、容易發生滲漏;
受工作環境影響大、環境污染嚴重。
應用場景
液壓傳動在工業機械裝備、工程機械、航空航天、海洋工程等領域得到了廣泛應用。
傳動類型選擇
對不同種類機械傳動方式的特點進行分析和選擇,是擬訂傳動方案的一個關鍵步驟,一般應考慮以下幾點:
(1)帶傳動的承載荷較小,驅動穩定,可緩沖減震,一般布置在高速級;
(2)鏈式傳動系統運轉不平衡,不適合高速驅動,宜設計為低速級;
(3)蝸桿傳動可實現大傳動比,結構緊湊,傳動平穩,具有自鎖功能,但承載能力較低,宜布置在高速級;
(4)錐齒輪加工較困難,只有在需要改變軸的布置方向時采用;
(5)斜齒輪傳動的平穩性較直齒輪傳動好,常用在高速級或要求傳動平穩的場合;
(6)開式齒輪傳動(外露的齒輪傳動)的工作環境較差,潤滑條件不好,齒面磨損是其主要失效形式,磨損較嚴重;同時,開式蝸桿傳動的主要失效形式也是齒面磨損,應布置在低速級。
參考資料 >