常见的机械传动结构_机械设计面试题目100及最佳答案[通俗易懂]

常见的机械传动方式有：带传动、齿轮传动（蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条传动）、链传动、螺旋传动

下面介绍各自传动：

带传动

带大致可以分为：V带、圆带、平带、同步带、履带

优点：1、传动平稳、能够吸收震动、噪音小

           2、能够实现远距离传动

           3、过载保护，负载超出极限，带传动打滑（打滑原因有：负载过高、张紧力不够导致摩擦力过小、启动速度过快、同步带太长）

           4、结构简单，价格低廉

缺点：1、弹性滑动，传动比不稳定（同步带除外）

           2、带轮安装轴需要承受较大力

           3、带传动需要张紧装置，且整体结构的体积大

           4、带的寿命短

失效形式：打滑和疲劳断裂；         设计准则：在不打滑的情况下，具有一定的疲劳强度及寿命

带传动设计步骤：

第一步：根据同步带的传递功率P和小带轮转速n来确定带型

第二步：根据传动比i和工作空间来选定合适的主/从动轮直径d1/d2，（同步带：带轮直径过小，同步带弯曲应力变大，易产生弯曲疲劳破坏）（V带：带速过快，会出现打滑，需验算带速）

第三步：根据工作空间，可以初步确定中心距a0，再计算理论带长L0，查表选出最接近的标准带长L，再反推确定中心距a。（同步带：需要考虑啮合齿数，同步带单个齿所承受的载荷超出承受范围，则会出现剪断现象。参考：同步带轮齿数是怎么确定的-深圳市合发齿轮机械有限公司）（V带：验算小带轮的包角度α，一般>120°）

第四步：根据传递功率P、基准带宽、基准传动容量、补偿系数确定带宽。（同步带选型参考：同步带&轮的选型要点_同步带_米思米官网）

同步带与V带的设计步骤在第四步开始有差异，以下为V带设计步骤，前三步同上。

第四步：根据传递功率P，确定带的根数

第五步：确定带的初拉力F0（初拉力过大，减少使用寿命；过小，易出现打滑）

第六步：计算带传动的压轴力Fp（为了设计轴和轴承）（参考：

普通V带传动的设计计算 | 普通V带传动 | 带传动）

第七步：带轮和带选型完成后，设计张紧装置

常见的张紧方法有：1、调节中心距。2、使用张紧轮（主/从动轮两端固定，则考虑使用张紧轮；其他情况，空间允许的情况下，可以通过调节另一个带轮，实现张紧功能）

齿轮传动

齿轮大致可以分为：正齿轮、斜齿轮、锥齿轮

齿轮传动可以分为：闭式齿轮传动、开式齿轮传动、半开式齿轮传动

优点：1、传动精确

           2、就传递速度和功率而言，适用范围广，且易改变传动方向（相比其它传动）

           3、传动效率高

           4、结构紧凑，占用空间少，使用寿命高

缺点：1、不易实现远距离传动

           2、加工和安装精度要求高，成本高

           3、精度不达标时，会产生明显的噪声

           4、要求防尘和润滑

失效形式：齿轮折断（闭式硬齿）、齿面点蚀（闭式软齿）、齿面磨损（开式）、齿面胶合（高                      速重载和低速重载）、塑性变形（重载）

设计准则：闭式硬齿——采用 齿根弯曲疲劳强度 设计，采用 齿面接触疲劳强度 校核

                  闭式软齿——采用 齿面接触疲劳强度 设计，采用 齿根弯曲疲劳强度 校核

                  开式齿轮——无成熟的设计，齿面磨损失效原因复杂，故只采用齿根弯曲疲劳强度设计

齿轮传动设计步骤：

第一步：根据传动需要确定传动比i、转速n、传递的扭矩T（计算圆周力，用于轴和轴承的设计）

第二步：根据不发生根切齿数（最小根切齿数为17），初定齿轮齿数，确定齿轮材料和热处理方式，以确定强度极限

第三步：根据弯曲疲劳强度计算公式得齿轮模数，根据接触疲劳强度计算公式得齿轮分度圆直径，通过计算可以确定齿轮模数、分度圆直径、齿轮宽度

第四步：计算齿轮得主要几何参数（齿顶圆、齿根圆、齿距、齿数、齿高、中心距等）

第五步：根据齿面接触疲劳强度计算公式，校核设计齿轮是否满足强度条件

第六步：设计润滑和密封

常见的润滑方法有：1、喷油润滑。2、人工润滑。3、油池润滑。4、油雾润滑。5、人工油涵        

常见的密封方法有：1、油封密封。2、填料密封。

补充知识：齿轮材料——中碳钢和中碳合金钢，应用载荷不大的低、中速传动中，有40、45、40Cr钢等。热处理方式：调质处理或正火达到较好的综合力学性能，经表面淬火、低温回火，提高表面的硬度和耐磨性，不能承受较大冲击载荷。——低碳钢和低碳合金钢，应用较大冲击载荷的高速重载场合，有20Cr、20钢等。热处理方式：渗碳、淬火、低温回火，提高表面硬度、耐磨性和内部的强度、韧性。——塑料ABS、黄铜等，应用于腐蚀介质、轻载场合

工艺路线：下料—锻造—正火—粗加工—调质—精加工—淬火+低温回火—精磨

                  正火：预先热处理，消除锻造产生的残余应力

                  调质：使齿轮获得较高的力学性能，提高心部的强度和韧性、弯曲疲劳强度

                  淬火：提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度

                  低温回火：消除淬火应力，防止产生裂纹

参考：齿轮类零件选材及热处理工艺分析 – 知乎

链传动

链大致可以分为：滚子链、叶链、平顶链等（下文设计只针对滚子链）

链传动可以分为：动力传动链传动、输送链传动、起重牵引链传动

优点：1、能够实现远距离传动，且传动效率高，低速下能够传递较大力

           2、张紧要求低，链轮作用在轴上的力较小

           3、链传动能够在高温、油污等恶劣条件下工作

           4、更换方便

缺点：1、远距离易跳齿，速度快时产生冲击、振动，传动过程中有明显噪音，且传动比不恒定

           2、不适用频繁改变传动方向的场合

           3、重

失效形式：链板疲劳破坏、滚子和套筒疲劳破坏、销轴与套筒的胶合、链条铰链磨损、断裂

设计准则：/

齿轮传动设计步骤：

第一步：根据修正功率公式，传递功率代入，获取修正功率P

第二步：根据传动比i和工作空间，初选链轮的齿数

第三步：根据修正功率P和小链轮转速，选定链条类型

第四步：根据工作空间初定的中心距a0，计算链条长度L0，选定标准链条长度L

第五步：完成链条和链轮设计后，需要考虑润滑和张紧

螺旋传动

螺旋传动常见形式：1、螺杆转动，螺母移动。2、螺母转动，螺杆移动。3、螺母固定，螺杆转动 +移动。4、螺杆固定，螺母转动+移动

螺旋传动可以分为：传力螺旋、传导螺旋、调整螺旋

优点：1、传动平稳，精度高，易于自锁，承载能力大

           2、将回转运动转化为直线运动

           3、结构简单、制造方便、价格低廉

缺点：1、螺纹连接，磨损严重，传动效率低

           2、不易应用于高速、大功率传动

失效形式：螺纹磨损、螺杆变形、螺杆和螺母的螺纹牙断裂

设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度

具体设计流程参考：螺旋传动设计计算-螺旋传动的设计计算_三晖机械科技

液压传动（补充的）

液压传动原理：将机械能转为压力能，再由压力能转为机械能

液压传动组成：1、动力元件（油泵）                                                                                                                         2、执行元件（液压缸，实现直线运动；液压马达，实现回转运动）                                                 3、控制元件，方向控制阀（单向阀、换向阀），压力控制阀（溢流阀、减压阀、                                 顺序阀、压力继电器等），流量控制阀（节流阀、调速阀、分流阀）                                         4、辅助元件（蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱、压力                                     计、流量计、密封装置）5、工作介质（液压油）

优点：1、可以输出大的推力/转矩，实现低速大吨位运动

           2、无级调速，调速范围大，且可在运行过程中调速

           3、相同功率下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑，采用管道连接，灵活布局，可                   以实现复杂的传动系统

           4、传动稳定，无冲击换向，反应速度快，可实现频繁换向

           5、操作简单，调整控制方便，易于实现自动化

           6、便于实现过载保护，使用安全可靠，自行润滑，元件寿命高

缺点：1、使用液体，液体本身可压缩，会影响传动的准确性，温度变化会影响使用

           2、油液的能力损失大（如泄漏损失、溢流损失、节流损失、摩擦损失），传动效率低，不                   适用远距离传动

           3、带传动需要张紧装置，且整体结构的体积大

           4、系统出现故障时，不易查找原因

失效形式：1、流体污染。2、泄漏。3、流体化学性能和物理性能发生变化

液压传动设计步骤：

第一步：功能分析，包括 执行端运动形式、运动速度要求、传递的功率、行程、力等

第二步：制定基本方案，拟定液压系统原理图

第三步：选择液压元件

第四步：液压系统的性能验算

第五步：绘制工作图，编写技术文件

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