馮炎宏（歐姆龍（廣州）汽車電子有限公司，廣東 廣州 510507）

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關于機械設備傳動系統(tǒng)的設計探討

馮炎宏
（歐姆龍（廣州）汽車電子有限公司，廣東 廣州 510507）

機械設備傳動系統(tǒng)是機械系統(tǒng)的重要組成部分，其傳動系統(tǒng)的好壞對整個機械設備的良好運行起到至關重要的作用。本文對機械設備傳動系統(tǒng)中的組成部分、傳動方式、設計與校驗等內(nèi)容進行了分析，并簡要探討了其未來的設計發(fā)展趨勢，為國內(nèi)機械設備傳動系統(tǒng)的設計提供一定的借鑒。

機械設備；傳動系統(tǒng)；設計

1 機械設備傳動系統(tǒng)設計

1.1 機械設備傳動系統(tǒng)組成

機械設備傳動系統(tǒng)是一項兼具復雜性與系統(tǒng)性的技術，用途與類型千變?nèi)f化，但通常都會包含以下幾個部分，即變速、起停、換向、制動以及安全保護等部分。變速裝置是機械設備傳動系統(tǒng)的核心功能，用以改變動力機構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩以適應工作機構(gòu)的需求。對于不需要變速的機構(gòu)，通常采用固定傳動比的方式或者使用標準減速器來實現(xiàn)傳動。常見的變速方式有交換齒輪變速、滑移齒輪變速、離合器變速以及嚙合器變速等。不論采用哪種變速方式，其目的主要是對功率與扭矩進行傳遞，在傳遞過程中達到較高的傳動效率。此外，變速裝置還應滿足變速范圍與級數(shù)、噪音控制以及制造裝配與維修的良好性。

起停與換向裝置主要作用是對執(zhí)行機構(gòu)的起動、停車與運動方向的改變進行控制，其基本要求是在控制過程中省時省力，操作安全可靠，在設計過程中通?？紤]執(zhí)行機構(gòu)的換向與起停的頻繁程度來進行裝置方案的選擇。常見的起停與換向結(jié)構(gòu)有齒輪-摩擦離合器式、齒輪式等。制動裝置主要用于起停十分頻繁或者運動構(gòu)建慣性大、速度高的裝置，用于節(jié)省輔助時間，有時也會用于機械設備的緊急停車或運動構(gòu)件的可靠停靠。其設計的要求主要是可靠穩(wěn)定、操作方便且制動時間短、易于維護、散熱良好等。

常見的制動類型有帶式、外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶?、盤式以及磁粉制動式。安全保護裝置主要對傳動設備進行保護，避免傳動機構(gòu)損壞。安全保護裝置主要是以其中連接件的折斷、分離或者打滑等來起到停止或限制扭矩、速率的傳遞的作用。常見的保護裝置有銷釘安全聯(lián)軸器、鋼珠安全離合器、摩擦式安全離合器等。

1.2 機械設備傳動方式類別

機械設備傳動方式的分類方法有多種，可按照傳動比變化情況、工作原理、輸出速度變化情況等進行分類，以傳動比變化情況來進行分類，機械設備傳動方式可分為固定傳動比的傳動系統(tǒng)與可調(diào)傳動比的傳動系統(tǒng)，前者適用于工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速或者工作模式固定的情況，只需解決動力機構(gòu)與工作機構(gòu)之間的轉(zhuǎn)速不一致問題即可，后者則需要依據(jù)實際的工作機構(gòu)運行情況與經(jīng)濟性能來確定其傳動方式。常見的可調(diào)傳動比傳動系統(tǒng)有三種：有級變速傳動系統(tǒng)、無級變速傳動系統(tǒng)以及周期性變速傳動系統(tǒng)。而按照驅(qū)動形式則可以分為獨立驅(qū)動、集中驅(qū)動以及聯(lián)合驅(qū)動等形式。

表1 輸入?yún)?shù)表

1.3 機械設備傳動系統(tǒng)設計與校核

機械設備傳動系統(tǒng)的設計過程主要包括設計的輸入與輸出、設計思路規(guī)劃、設計方案選擇與評價、傳動性能計算、主要零部件的強度計算以及設計結(jié)果主要零部件的校核過程。設計的輸入主要是對系統(tǒng)的輸入功率、轉(zhuǎn)速以及輸出負載進行確認，以回轉(zhuǎn)支承為主要結(jié)構(gòu)的齒輪傳動系統(tǒng)為例，其輸入?yún)?shù)表如表1所示。

設計輸出則是對傳動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)功能、關鍵零部件與外購件進行力學性能計算，為選型做好準備。設計方案選擇與評價主要采用模糊綜合評價方法來進行，其原理是利用模糊變換的思想對傳動系統(tǒng)設計方案進行綜合評價。

設計過程主要按照因素集與隸屬度確定、評價集與評價因素權(quán)重建立、等級評價矩陣建立、模糊決策的計算以及后續(xù)指標的處理分析等來進行。此案例中主要參照傳動系統(tǒng)參數(shù)表對減速機、聯(lián)軸器、過渡軸等進行最優(yōu)方案選擇。完成方案選擇評價后，對回轉(zhuǎn)支承受力、連接螺栓強度、傳動鏈傳動性能以及齒輪強度進行計算，最后對回轉(zhuǎn)支承傳動中的關鍵部件如過渡軸等的強度進行校核。其中，設計計算過程需注意回轉(zhuǎn)支承安全系數(shù)的選擇。

1.4 機械傳動系統(tǒng)的可靠性分析

機械傳動系統(tǒng)的可靠性分析主要是將整個系統(tǒng)作為一個串聯(lián)系統(tǒng)進行考慮，其整體的可靠性是在傳動系統(tǒng)各個組成部件的失效事件相互獨立的基礎上所計算的各零件的可靠度的連乘積。可靠性分析過程需考慮同一系統(tǒng)的各零件的規(guī)律變化、功能函數(shù)的極限應力以及相關的影響因素等。

2 機械設備傳動系統(tǒng)設計趨勢

2.1 自動化設計趨勢

在機械設備傳動系統(tǒng)設計過程中，越來越傾向采用自動化模型來進行設計，該模型的基礎是傳動功能矩陣，在自動化模型設計過程中，傳動功能可簡化分成單級與多級兩種形式。對于單級形式，只需按照單級傳動功能原理，對其特征矢量形式進行判斷與確認即可，對于多級傳動形式，則需綜合考慮級數(shù)、特征矢量、輸入功能循環(huán)等多種因素，實現(xiàn)自動化設計。

2.2 信息化設計趨勢

信息化設計趨勢主要是隨著信息化技術的發(fā)展而逐漸發(fā)展的，其目標是提高傳動系統(tǒng)的傳動效率，信息化的主要內(nèi)容包括測量與控制、計算機以及數(shù)據(jù)通信這幾個方面，在傳動系統(tǒng)設計中的表現(xiàn)如下：首先是傳統(tǒng)的傳動信息逐漸由流體或者機械的形式轉(zhuǎn)化為微電子形式，例如，在液壓技術中微電子控制的部分比重逐漸增大。其次，是傳統(tǒng)的復雜閥控制元件逐漸被總線與分立電控元件取代，尤其是總線技術，在系統(tǒng)可靠性與抗干擾性上比閥控制系統(tǒng)表現(xiàn)突出。最后，是越來越多的以節(jié)能為特點的電傳動系統(tǒng)的應用，以及動力源的輸出逐漸向功率恒定輸出的方向發(fā)展,如液壓混合動力工程機械與電混合動力機械，在制動回收率與整機節(jié)能方面都有一個較好的表現(xiàn)。

2.3 非接觸式傳動技術的發(fā)展

非接觸式傳動技術的發(fā)展是近年發(fā)展成熟的一種傳動技術，主要利用電磁感應來進行動力傳遞。該技術最早出現(xiàn)在20世紀30年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，逐漸得到廣泛應用。磁力傳動特點是沒有摩擦，傳遞過程沒有震動且無需潤滑，同 時具有很高的傳動效率與使用壽命，在高速列車等領域應用較多，相信在不久的將來還會得到更多的發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，機械設備傳動系統(tǒng)的設計是一門綜合性的學科，涉及到力學、材料科學、信息技術、電磁技術等多門領域。設計過程中需要綜合考慮傳動方式與性能、傳遞效率、動力傳遞元件的計算與校核等多種因素，同時還要考慮制造與應用效果。未來的機械設備傳動設計方向必然從機械零件特性、降低摩擦性上提高機械設備傳動功率，同時陶瓷、高分子聚合物、納米等材料也會越來越多的應用到機械設備傳動系統(tǒng)中來。

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[3] 樊菊梅.機械設備傳動系統(tǒng)的設計及校核[J].磚瓦，2013(7):9~12.

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1671-0711（2016）08（上）-0050-02