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_机械设计专业课,常用的传动方式

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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