馮炎宏（歐姆龍（廣州）汽車(chē)電子有限公司，廣東 廣州 510507）

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關(guān)于機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

馮炎宏
（歐姆龍（廣州）汽車(chē)電子有限公司，廣東 廣州 510507）

機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分，其傳動(dòng)系統(tǒng)的好壞對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)備的良好運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。本文對(duì)機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)中的組成部分、傳動(dòng)方式、設(shè)計(jì)與校驗(yàn)等內(nèi)容進(jìn)行了分析，并簡(jiǎn)要探討了其未來(lái)的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，為國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。

機(jī)械設(shè)備；傳動(dòng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)組成

機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)是一項(xiàng)兼具復(fù)雜性與系統(tǒng)性的技術(shù)，用途與類(lèi)型千變?nèi)f化，但通常都會(huì)包含以下幾個(gè)部分，即變速、起停、換向、制動(dòng)以及安全保護(hù)等部分。變速裝置是機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的核心功能，用以改變動(dòng)力機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)工作機(jī)構(gòu)的需求。對(duì)于不需要變速的機(jī)構(gòu)，通常采用固定傳動(dòng)比的方式或者使用標(biāo)準(zhǔn)減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。常見(jiàn)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(duì)功率與扭矩進(jìn)行傳遞，在傳遞過(guò)程中達(dá)到較高的傳動(dòng)效率。此外，變速裝置還應(yīng)滿足變速范圍與級(jí)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(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、停車(chē)與運(yùn)動(dòng)方向的改變進(jìn)行控制，其基本要求是在控制過(guò)程中省時(shí)省力，操作安全可靠，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通?？紤]執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換向與起停的頻繁程度來(lái)進(jìn)行裝置方案的選擇。常見(jiàn)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(dòng)裝置主要用于起停十分頻繁或者運(yùn)動(dòng)構(gòu)建慣性大、速度高的裝置，用于節(jié)省輔助時(shí)間，有時(shí)也會(huì)用于機(jī)械設(shè)備的緊急停車(chē)或運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的可靠?？?。其設(shè)計(jì)的要求主要是可靠穩(wěn)定、操作方便且制動(dòng)時(shí)間短、易于維護(hù)、散熱良好等。

常見(jiàn)的制動(dòng)類(lèi)型有帶式、外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶?、盤(pán)式以及磁粉制動(dòng)式。安全保護(hù)裝置主要對(duì)傳動(dòng)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞。安全保護(hù)裝置主要是以其中連接件的折斷、分離或者打滑等來(lái)起到停止或限制扭矩、速率的傳遞的作用。常見(jiàn)的保護(hù)裝置有銷(xiāo)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(jī)械設(shè)備傳動(dòng)方式類(lèi)別

機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)方式的分類(lèi)方法有多種，可按照傳動(dòng)比變化情況、工作原理、輸出速度變化情況等進(jìn)行分類(lèi)，以傳動(dòng)比變化情況來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)方式可分為固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)與可調(diào)傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，前者適用于工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速或者工作模式固定的情況，只需解決動(dòng)力機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)速不一致問(wèn)題即可，后者則需要依據(jù)實(shí)際的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況與經(jīng)濟(jì)性能來(lái)確定其傳動(dòng)方式。常見(jiàn)的可調(diào)傳動(dòng)比傳動(dòng)系統(tǒng)有三種：有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)、無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)以及周期性變速傳動(dòng)系統(tǒng)。而按照驅(qū)動(dòng)形式則可以分為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、集中驅(qū)動(dòng)以及聯(lián)合驅(qū)動(dòng)等形式。

表1 輸入?yún)?shù)表

1.3 機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校核

機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括設(shè)計(jì)的輸入與輸出、設(shè)計(jì)思路規(guī)劃、設(shè)計(jì)方案選擇與評(píng)價(jià)、傳動(dòng)性能計(jì)算、主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算以及設(shè)計(jì)結(jié)果主要零部件的校核過(guò)程。設(shè)計(jì)的輸入主要是對(duì)系統(tǒng)的輸入功率、轉(zhuǎn)速以及輸出負(fù)載進(jìn)行確認(rèn)，以回轉(zhuǎn)支承為主要結(jié)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為例，其輸入?yún)?shù)表如表1所示。

設(shè)計(jì)輸出則是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)功能、關(guān)鍵零部件與外購(gòu)件進(jìn)行力學(xué)性能計(jì)算，為選型做好準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)方案選擇與評(píng)價(jià)主要采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行，其原理是利用模糊變換的思想對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)過(guò)程主要按照因素集與隸屬度確定、評(píng)價(jià)集與評(píng)價(jià)因素權(quán)重建立、等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣建立、模糊決策的計(jì)算以及后續(xù)指標(biāo)的處理分析等來(lái)進(jìn)行。此案例中主要參照傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)表對(duì)減速機(jī)、聯(lián)軸器、過(guò)渡軸等進(jìn)行最優(yōu)方案選擇。完成方案選擇評(píng)價(jià)后，對(duì)回轉(zhuǎn)支承受力、連接螺栓強(qiáng)度、傳動(dòng)鏈傳動(dòng)性能以及齒輪強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)回轉(zhuǎn)支承傳動(dòng)中的關(guān)鍵部件如過(guò)渡軸等的強(qiáng)度進(jìn)行校核。其中，設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程需注意回轉(zhuǎn)支承安全系數(shù)的選擇。

1.4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性分析

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性分析主要是將整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行考慮，其整體的可靠性是在傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)組成部件的失效事件相互獨(dú)立的基礎(chǔ)上所計(jì)算的各零件的可靠度的連乘積?？煽啃苑治鲞^(guò)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(yīng)力以及相關(guān)的影響因素等。

2 機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨勢(shì)

2.1 自動(dòng)化設(shè)計(jì)趨勢(shì)

在機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，越來(lái)越傾向采用自動(dòng)化模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該模型的基礎(chǔ)是傳動(dòng)功能矩陣，在自動(dòng)化模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳動(dòng)功能可簡(jiǎn)化分成單級(jí)與多級(jí)兩種形式。對(duì)于單級(jí)形式，只需按照單級(jí)傳動(dòng)功能原理，對(duì)其特征矢量形式進(jìn)行判斷與確認(rèn)即可，對(duì)于多級(jí)傳動(dòng)形式，則需綜合考慮級(jí)數(shù)、特征矢量、輸入功能循環(huán)等多種因素，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

2.2 信息化設(shè)計(jì)趨勢(shì)

信息化設(shè)計(jì)趨勢(shì)主要是隨著信息化技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展的，其目標(biāo)是提高傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，信息化的主要內(nèi)容包括測(cè)量與控制、計(jì)算機(jī)以及數(shù)據(jù)通信這幾個(gè)方面，在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)如下：首先是傳統(tǒng)的傳動(dòng)信息逐漸由流體或者機(jī)械的形式轉(zhuǎn)化為微電子形式，例如，在液壓技術(shù)中微電子控制的部分比重逐漸增大。其次，是傳統(tǒng)的復(fù)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(shù)，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(lái)越多的以節(jié)能為特點(diǎn)的電傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，以及動(dòng)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(dòng)力工程機(jī)械與電混合動(dòng)力機(jī)械，在制動(dòng)回收率與整機(jī)節(jié)能方面都有一個(gè)較好的表現(xiàn)。

2.3 非接觸式傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展

非接觸式傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展是近年發(fā)展成熟的一種傳動(dòng)技術(shù)，主要利用電磁感應(yīng)來(lái)進(jìn)行動(dòng)力傳遞。該技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，逐漸得到廣泛應(yīng)用。磁力傳動(dòng)特點(diǎn)是沒(méi)有摩擦，傳遞過(guò)程沒(méi)有震動(dòng)且無(wú)需潤(rùn)滑，同 時(shí)具有很高的傳動(dòng)效率與使用壽命，在高速列車(chē)等領(lǐng)域應(yīng)用較多，相信在不久的將來(lái)還會(huì)得到更多的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性的學(xué)科，涉及到力學(xué)、材料科學(xué)、信息技術(shù)、電磁技術(shù)等多門(mén)領(lǐng)域。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮傳動(dòng)方式與性能、傳遞效率、動(dòng)力傳遞元件的計(jì)算與校核等多種因素，同時(shí)還要考慮制造與應(yīng)用效果。未來(lái)的機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)設(shè)計(jì)方向必然從機(jī)械零件特性、降低摩擦性上提高機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)功率，同時(shí)陶瓷、高分子聚合物、納米等材料也會(huì)越來(lái)越多的應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)中來(lái)。

[1] 王著文. 機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015(35):98~99.

[2] 姚輝波. 機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)計(jì)中方案的評(píng)價(jià)與選擇[J].煤炭技術(shù)，2010(9):25~27.

[3] 樊菊梅.機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核[J].磚瓦，2013(7):9~12.

TU522.05

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1671-0711（2016）08（上）-0050-02