1、1-4机床主传动系统设计概述机床主传动系统设计概述本节教学目的：本节教学目的：1、会分析机床的传动系统、能绘制传动系统转速图2、会计算主轴的转速级数3、会对分级变速主传动系统进行设计4、了解几种常见的特殊形式的分级主变速系统重点：重点：传动系统转速图的绘制会主轴的转速级数的计算难点：难点：分级变速主传动系统的设计第四节第四节 机床主传动系统设计概述机床主传动系统设计概述 1.1、传动系统的作用是将动力机的、传动系统的作用是将动力机的动力传递给执行机构，以满足执行机动力传递给执行机构，以满足执行机构对转矩和转速的要求。构对转矩和转速的要求。机床主传动系统的作用是实现机床的主机床主传动系统的作用是
2、实现机床的主运动，将动力机的动力传递给机床主轴部运动，将动力机的动力传递给机床主轴部件，使其获得所需的转速和功率件，使其获得所需的转速和功率。一、机床主传动系统的功用和组成及要一、机床主传动系统的功用和组成及要求求1.2组成：有级变速的主传动系统通常包含：电动机、主轴部件、各种传动机构传动机构有哪些？定比传动机构、分级传动机构、换向机构 开停装置1.3、要求有足够的转速级数、变速范围和运动精度；并能够传递足够的功率和扭矩且有高的传动效率，噪声小；结构简单紧凑，便于操作和维修二、分级变速主传动系统的转速图二、分级变速主传动系统的转速图 在设计有级变速传动系统时，除可用传动系统图外，在设计有级变速
3、传动系统时，除可用传动系统图外，常用到转速图。使用转速图可以直观地表达出传动系常用到转速图。使用转速图可以直观地表达出传动系统中各轴转速的变化规律和传动副的速比关系。统中各轴转速的变化规律和传动副的速比关系。对于对于三联滑移齿轮变速组，可实现三联滑移齿轮变速组，可实现3 3级变速。级变速。若要若要求输出轴的转速按等比级数排列，则一个变速组内各求输出轴的转速按等比级数排列，则一个变速组内各对齿轮的传动比必须符合等比级数排列。对齿轮的传动比必须符合等比级数排列。i i3 3:i:i2 2:i:i1 1=1:=1:2 2 为标准公比，为标准公比，有有1.06，1.12，1.26，1.41，1.58，
4、1.78，2.0共共7个数值。个数值。图示为某车床主轴变速 箱 的传动系统 图 和转速图。从 图中可知，主 轴共有12级转速，转 速 范 围 为 31.51400rm i n，公 比=1.41，主电动机转速为 1440rmin。在转速图中：在转速图中：l）距离相等的一组坚线代表传动系统的）距离相等的一组坚线代表传动系统的各轴，轴号写在上面。竖线间的距离不代表各轴，轴号写在上面。竖线间的距离不代表中心中心 距。距。2）距离相等的一组水平线代表各级转速，）距离相等的一组水平线代表各级转速，自下而上依次表示从低到高排列的各级转速；自下而上依次表示从低到高排列的各级转速；与各竖线的相交点的小圆代表各轴
5、的转速。与各竖线的相交点的小圆代表各轴的转速。由于转速的分级是按等比级数排列的，相邻由于转速的分级是按等比级数排列的，相邻两水平线之间的比值为转速公比，通常习惯两水平线之间的比值为转速公比，通常习惯在转速图上直接写出转速的数值。在转速图上直接写出转速的数值。3）相邻两轴各小圆之间的连线代表相应）相邻两轴各小圆之间的连线代表相应传动副的传动比。传动副的传动比。传动比的大小以连线的倾斜方向和倾传动比的大小以连线的倾斜方向和倾斜度表示，从左向下斜表示降速传动，斜度表示，从左向下斜表示降速传动，向上斜表式升速传动，而水平连线则表向上斜表式升速传动，而水平连线则表示等速传动。示等速传动。从转速图可见，该
6、传动系统有三个相从转速图可见，该传动系统有三个相互串联的变速组，电机轴与互串联的变速组，电机轴与轴之间为轴之间为皮带传动，其传动比皮带传动，其传动比：22141.1121256126u211214824au141.1142302au136363au 轴、之间为第一变速组，由三对齿轮组成，其传动比分别为：31182.216222bu142422bu 轴、之间为第二变速组，由两对齿轮组成，其传动比为：轴轴、之间为第三变速组，由之间为第三变速组，由两对齿轮组成，其传动比为两对齿轮组成，其传动比为：411417218cu22123060cu根据上述分析，可以得出：根据上述分析，可以得出：l）传动系统的
7、变速级数是各变速组传）传动系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积。动副数的乘积。如上述传动系统，其变速级数为如上述传动系统，其变速级数为 322=12 在结构上，变速组按照从电机到主在结构上，变速组按照从电机到主轴传动的先后排列顺序称为传动顺序。轴传动的先后排列顺序称为传动顺序。系统总的变速级数为按照传动顺序系统总的变速级数为按照传动顺序各变速组的传动副数之积。各变速组的传动副数之积。002xx22a3a2111111uu：au0 x0 x 2）变速组传动比之间有如下关系：变速组传动比之间有如下关系：在第一变速组的三个传动比之间在第一变速组的三个传动比之间 变速组内相邻传动比之间的比值变速组内
8、相邻传动比之间的比值 称为级比。称为级比。级比的指数级比的指数 称为变速组的级比指数。称为变速组的级比指数。级比指数在转速图中表现为相邻传动比相间隔级比指数在转速图中表现为相邻传动比相间隔的格数的格数。第一变速组相邻传动比之间存在第一变速组相邻传动比之间存在 1:2 的的关系，即关系，即 x0=1，三个传动比的连线间隔一格，三个传动比的连线间隔一格，所以通过变速后，所以通过变速后，轴可以得到三级连续的转轴可以得到三级连续的转速。速。这种具有级比指数这种具有级比指数x0=1的变速组称为基本变的变速组称为基本变速组，简称基本组。速组，简称基本组。在第二变速组的两个传动比之间在第二变速组的两个传动比
9、之间 ub1:ub2=1/3:1=1:3=1:x1式中式中 x1-该变速组的级比指数，该变速组的级比指数，x1=3。其相邻传动比之间相差其相邻传动比之间相差3倍，所以通倍，所以通过它变速后第过它变速后第轴得到轴得到6级连续的转速。级连续的转速。第二变速组的作用就是将基本组的变速第二变速组的作用就是将基本组的变速范围进行第一次扩大，称第一扩大组。范围进行第一次扩大，称第一扩大组。同理，第三变速组由两对齿轮组成，同理，第三变速组由两对齿轮组成，其传动比之间的关系为其传动比之间的关系为：2x624c21111u：cu式中式中x2该变速组的级比指数，该变速组的级比指数，x2=6。变速组内相邻传动比之间
10、相差变速组内相邻传动比之间相差6倍，倍，通过其变速后，第通过其变速后，第 IV轴可得到轴可得到322=12级转速。它把基本组的变速级转速。它把基本组的变速范围进行第二次扩大，称为第二扩大组。范围进行第二次扩大，称为第二扩大组。如果还有更多的变速组，则依此类推如果还有更多的变速组，则依此类推。由上可知，若用由上可知，若用xn和和pn分别表示各变速分别表示各变速组的级比指数和传动付数，则后一变速组组的级比指数和传动付数，则后一变速组的级比指数等于前一变速组的级比指数与的级比指数等于前一变速组的级比指数与传动付数之积传动付数之积 x xn n=x=xn-1n-1p pn-1n-1 为了获得连续的等比
11、级数的转速，必须为了获得连续的等比级数的转速，必须使几个变速组串联而成的传动系统符合等使几个变速组串联而成的传动系统符合等比级数的规律，否则会出现转速重复或空比级数的规律，否则会出现转速重复或空缺的现象。缺的现象。3)各变速组的变速范围是该变速组内传各变速组的变速范围是该变速组内传动副的最大传动比和最小传动比的比值，动副的最大传动比和最小传动比的比值，即即 minmaxuur 因此，基本组的变速范围为因此，基本组的变速范围为)1(221300011pxaauur第一扩大组的变速范围为第一扩大组的变速范围为)1(331211111pxbbuur第二扩大组的变速范围为第二扩大组的变速范围为)1(6
12、42122221pxccuur 同理，第同理，第j扩大组的变速范围为扩大组的变速范围为)1(jjpxjr 而传动系统总的变速范围则等于各变而传动系统总的变速范围则等于各变速组变速范围的乘积，即速组变速范围的乘积，即 nnrrrrnnR 210minmax 在设计传动系统时，一般均应遵循上在设计传动系统时，一般均应遵循上述规律，这样，传动系统所得到的转速述规律，这样，传动系统所得到的转速级数是连续的等比级数，这种传动系统级数是连续的等比级数，这种传动系统称为正常传动系统。称为正常传动系统。（二）结构网和结构式（二）结构网和结构式 只表示传动比的相对关系而不表只表示传动比的相对关系而不表示转速数值
13、的线图称为结构网。结构示转速数值的线图称为结构网。结构网也可看成是转速图的对称形式，因网也可看成是转速图的对称形式，因结构网只表示传动关系，而不表示转结构网只表示传动关系，而不表示转速数值，故可画成对称形式。但结构速数值，故可画成对称形式。但结构网和转速图有一致的变速特性，一个网和转速图有一致的变速特性，一个转速图将对应一个结构网，如图转速图将对应一个结构网，如图416所示为所示为12级传动系统的结构网。级传动系统的结构网。结构网表示出了各变速组的传动副数结构网表示出了各变速组的传动副数和各变速组的级比指数，还表示出其传和各变速组的级比指数，还表示出其传动顺序和扩大顺序。动顺序和扩大顺序。结构
14、网又可以简化为结构式，如图结构网又可以简化为结构式，如图416所示的结构网可用所示的结构网可用12=312326的结的结构式表示，其中构式表示，其中12代表转速级数，代表转速级数，3、2、2表示变速组的传动副数和传动顺序，下表示变速组的传动副数和传动顺序，下标标1、3、6表示各对应变速组的级比指数。表示各对应变速组的级比指数。结构网和结构式表达的内容是相同的，结构网和结构式表达的内容是相同的，但结构网更加直观。但结构网更加直观。（三）转速图的拟定（三）转速图的拟定 通过对转速图的拟定和分析可找出最佳通过对转速图的拟定和分析可找出最佳的传动系统方案，它是传动系统设计中不的传动系统方案，它是传动系
15、统设计中不可缺少的重要环节。可缺少的重要环节。1变速组及其传动副数的确定变速组及其传动副数的确定 一定变速级数的传动系统可由不同数目一定变速级数的传动系统可由不同数目的变速组组成。减少变速组的数目可以缩的变速组组成。减少变速组的数目可以缩短传动链，但在总变速级数一定的情况下，短传动链，但在总变速级数一定的情况下，势必会增加各变速组内传动副数目，并且势必会增加各变速组内传动副数目，并且降速过快，因而导致齿轮的径向尺寸增大。降速过快，因而导致齿轮的径向尺寸增大。现以现以 18级转速的传动系统为例，其组成级转速的传动系统为例，其组成方案有下列三种：方案有下列三种：18=92；18=63；18=332
16、。为使传动系统中齿轮总个数为最少，每为使传动系统中齿轮总个数为最少，每个变速组的传动副数最好取个变速组的传动副数最好取p=2或或3，并采，并采用双联或三联齿轮进行变速。而上述方案用双联或三联齿轮进行变速。而上述方案中，方案中，方案需需 9+2=11对齿轮，方案对齿轮，方案需需6+3=9对齿轮，方案对齿轮，方案只需只需3+3+2=8对齿轮，对齿轮，虽然增加了一个变速组，且相应多了一根虽然增加了一个变速组，且相应多了一根轴，但总的结构尺寸却可以减小，并且结轴，但总的结构尺寸却可以减小，并且结构也比较合理。构也比较合理。2确定传动顺序确定传动顺序 传动顺序是指从动力机到执行机构各传动顺序是指从动力机
17、到执行机构各变速组传动副数的排列顺序。在传动系统变速组传动副数的排列顺序。在传动系统中，如果对各变速组的顺序进行不同的排中，如果对各变速组的顺序进行不同的排列，则可以得到若干不同的传动方案。例列，则可以得到若干不同的传动方案。例如上述如上述18级转速的传动系统，按传动顺序级转速的传动系统，按传动顺序排列可得：排列可得：18=332 18=323 18=233 为了能从这些方案中确定出最佳方案，为了能从这些方案中确定出最佳方案，一般应遵循一般应遵循“前多后少前多后少”的原则，即传的原则，即传动副数较多的变速组安排在传动顺序前动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，传动副数较少的变速组安排在后面。面
18、，传动副数较少的变速组安排在后面。这是由于传动系统一般为降速传动，如这是由于传动系统一般为降速传动，如果把传动副数较多的变速组安排在前面，果把传动副数较多的变速组安排在前面，可使其转速较高，从而转矩较小，因此可使其转速较高，从而转矩较小，因此可减小传动件的尺寸，并可以节省材料，可减小传动件的尺寸，并可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此应选结减少传动系统的转动惯量。因此应选结构式构式18=332的方案为好。的方案为好。3确定变速顺序确定变速顺序 变速顺序是指基本组和扩大组的排列顺序。变速顺序是指基本组和扩大组的排列顺序。在确定变速顺序时，一般应采用基本组在前，在确定变速顺序时，一般应采用基
19、本组在前，扩大组在后的方案。这时各变速组的变速范围扩大组在后的方案。这时各变速组的变速范围逐渐增大，在转速图上表现为前面变速组的传逐渐增大，在转速图上表现为前面变速组的传动比连线分布较紧密，而后面变速组的传动比动比连线分布较紧密，而后面变速组的传动比连线分布疏松，即连线分布疏松，即“前密后疏前密后疏”的原则。它的的原则。它的优点是可使前面的各轴转速范围较小，使最低优点是可使前面的各轴转速范围较小，使最低转速较高并降低最高转速，因此可以减小传动转速较高并降低最高转速，因此可以减小传动件的尺寸，并降低噪声和振动。件的尺寸，并降低噪声和振动。如如 12级传动系统，在级传动系统，在 12=322中，按
20、基本组和扩大组排列顺序的不中，按基本组和扩大组排列顺序的不同可有以下六种方案，其结构网和结同可有以下六种方案，其结构网和结构式见图构式见图417所示。所示。图图417a所示方案的扩大顺序与所示方案的扩大顺序与传动顺序一致，其中间轴的变速范围传动顺序一致，其中间轴的变速范围较小，最低转速较高，传递的转矩较较小，最低转速较高，传递的转矩较小，方案最佳。小，方案最佳。4确定各变速组的传动比确定各变速组的传动比 对应于一个结构式可以有多个转速图方对应于一个结构式可以有多个转速图方案，因为结构式只能表示传动顺序和变速案，因为结构式只能表示传动顺序和变速顺序，而并不能确定各个变速组传动比的顺序，而并不能确
21、定各个变速组传动比的具体数值。如图具体数值。如图4-18所示两个转速图中，所示两个转速图中，基本组的三个传动比都相邻一格，扩大组基本组的三个传动比都相邻一格，扩大组的两个传动比都相邻三格，这两个转速图的两个传动比都相邻三格，这两个转速图的结构式相同，但各变速组传动比的数值的结构式相同，但各变速组传动比的数值不同。不同。在确定传动比时应考虑以下几点：在确定传动比时应考虑以下几点：1）各传动副的传动比不应超出极限传）各传动副的传动比不应超出极限传动比。动比。在降速传动中，为防止被动齿轮的在降速传动中，为防止被动齿轮的直径过大，常限制最小传动比直径过大，常限制最小传动比 umin1/4；在升速传动中
22、，为防止产生过大的振动在升速传动中，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比和噪声，常限制最大传动比 umax2；如；如用斜齿轮传动，则用斜齿轮传动，则umax2.5。因此，传。因此，传动系统各变速组的变速范围一般为动系统各变速组的变速范围一般为 r=umax/umin810。对于传动功率较小，传动件转速对于传动功率较小，传动件转速较低、尺寸较小的传动系统，如进较低、尺寸较小的传动系统，如进给传动系统等，上述范围可放宽到给传动系统等，上述范围可放宽到 umin1/5，umax 2.8，故变速范围，故变速范围 r 14。2）尽量提高中间轴的最低转速。）尽量提高中间轴的最低转速。分配降速传动比
23、时，应遵循分配降速传动比时，应遵循“前缓前缓后急后急”的原则使各变速组逐步降速，的原则使各变速组逐步降速，即按传动顺序前面的变速组降速慢一即按传动顺序前面的变速组降速慢一些，后面的变速组降速快一些。按照些，后面的变速组降速快一些。按照这一原则，可使中间轴的最低转速较这一原则，可使中间轴的最低转速较高，有利于减小传动件的尺寸。高，有利于减小传动件的尺寸。3）分配传动比时也应避免较大的升速传）分配传动比时也应避免较大的升速传动，因为升速传动使传动误差扩大，并引动，因为升速传动使传动误差扩大，并引起较大的啮合冲击和噪声。如果在传动链起较大的啮合冲击和噪声。如果在传动链的始端就采用较大的升速齿轮传动，
24、则将的始端就采用较大的升速齿轮传动，则将使整个传动系统的噪声增大。使整个传动系统的噪声增大。在满足机械运动要求的前提下，尽量在满足机械运动要求的前提下，尽量缩短传动链。缩短传动链可以减少传动零缩短传动链。缩短传动链可以减少传动零件、简化结构、减小传动链的积累误差、件、简化结构、减小传动链的积累误差、减小传动链的转动惯量。对高速传动系统减小传动链的转动惯量。对高速传动系统更应尽量采用短的传动链。更应尽量采用短的传动链。例题：已知电动机转速例题：已知电动机转速nm=1460r/min，执，执行机构要求三级变速，公比行机构要求三级变速，公比=1.58，转速，转速值分别为值分别为95、150、236r
25、/min，确定转速图，确定转速图方案。方案。（1）计算总降速比）计算总降速比 执行构件的最低转速执行构件的最低转速n1=95，n1比电动比电动机 转 速 低 很 多，所 以 是 降 速 传 动。机 转 速 低 很 多，所 以 是 降 速 传 动。umax=nm/n1=1460/95=15.4。（2）确定传动副数目）确定传动副数目 采用一个三联齿轮变速组，由于一对齿轮许采用一个三联齿轮变速组，由于一对齿轮许用的最大降速比为用的最大降速比为4，至少需要再用一对齿轮，至少需要再用一对齿轮降速。降速。（3）确定各对传动副的传动比）确定各对传动副的传动比 如果电动机与变速箱之间用联轴器连接时，如果电动机
26、与变速箱之间用联轴器连接时，可采用三轴二级串联降速。可采用三轴二级串联降速。-轴之间为三轴之间为三联齿轮变速组，联齿轮变速组，-轴之间为定比齿轮传动。轴之间为定比齿轮传动。变速组在前可减小三联齿轮尺寸。传动比变速组在前可减小三联齿轮尺寸。传动比u1=1/3，u2=1/2，u3=1/，定比传动齿轮，定比传动齿轮传动比传动比u4=1/3。如果电动机与变速箱之间用带传动，如果电动机与变速箱之间用带传动，增加一级减速，减速比为增加一级减速，减速比为，则传动比，则传动比分别为分别为u1=1/2，u2=1/，u3=1，定比，定比传动齿轮传动比传动齿轮传动比u4=1/3。此方案优于。此方案优于上一方案，输入
27、轴转速较低，降低噪上一方案，输入轴转速较低，降低噪声，三联齿轮最小传动比大于声，三联齿轮最小传动比大于1/4。可。可减小轴距。减小轴距。（四）齿轮齿数的确定（四）齿轮齿数的确定 转速图确定后，可以根据各对传动转速图确定后，可以根据各对传动副的传动比计算齿轮的齿数或带轮的直副的传动比计算齿轮的齿数或带轮的直径。在确定齿数时应注意以下几点：径。在确定齿数时应注意以下几点：1）齿轮副的齿数和中心距不能太大，）齿轮副的齿数和中心距不能太大，以免齿轮尺寸过大。一般推荐齿数和以免齿轮尺寸过大。一般推荐齿数和Sz100120，选用在，选用在100以内。以内。2）同一变速中的各对齿轮，其中心距）同一变速中的各
28、对齿轮，其中心距必须保证相等。必须保证相等。3）最小齿轮的齿数应保证不产生根切。）最小齿轮的齿数应保证不产生根切。4）应保证最小齿轮装到轴上应具有足）应保证最小齿轮装到轴上应具有足够的强度。为保证齿轮的强度，齿根到够的强度。为保证齿轮的强度，齿根到孔壁或键槽的壁厚应有足够的厚度，一孔壁或键槽的壁厚应有足够的厚度，一般推荐该厚度值等于或大于般推荐该厚度值等于或大于2倍齿轮模数。倍齿轮模数。由此可知，在确定最小齿轮齿数时，要由此可知，在确定最小齿轮齿数时，要先估算传动轴的直径。先估算传动轴的直径。1变速组内模数相同时齿数的确定变速组内模数相同时齿数的确定 由于同一变速组内各对齿轮的中心距应相由于同
29、一变速组内各对齿轮的中心距应相等，当模数相同时，若采用标准齿轮，则各对等，当模数相同时，若采用标准齿轮，则各对齿轮的齿数和也相等。降速传动时，齿数和应齿轮的齿数和也相等。降速传动时，齿数和应由最小传动比的一对齿轮副确定；升速传动时，由最小传动比的一对齿轮副确定；升速传动时，应由最大传动比的一对齿轮副确定。根据同一应由最大传动比的一对齿轮副确定。根据同一变速组内各对齿轮的中心距及齿数和相等的原变速组内各对齿轮的中心距及齿数和相等的原理。首先根据最小传动比或最大传动比的一对理。首先根据最小传动比或最大传动比的一对齿轮副确定最小齿轮的齿数及齿数和，然后确齿轮副确定最小齿轮的齿数及齿数和，然后确定其他
30、传动比的齿轮副的齿数。定其他传动比的齿轮副的齿数。2变速组内模数不同时齿数的确定变速组内模数不同时齿数的确定 在同一变速组内，若不同的啮合在同一变速组内，若不同的啮合齿轮副采用不同的模数，确定齿数时，齿轮副采用不同的模数，确定齿数时，必须保证齿轮副的中心距相等。在确必须保证齿轮副的中心距相等。在确定不同模数的齿轮齿数时，常需经过定不同模数的齿轮齿数时，常需经过几次试算才能最后确定。几次试算才能最后确定。二、无级变速传动系统的运动设计二、无级变速传动系统的运动设计 无级变速传动系统的类型很多，主无级变速传动系统的类型很多，主要有下列三类：要有下列三类：1）电气无级变速。如直流调速电）电气无级变速
31、。如直流调速电动机、交流调速电动机、步进电动机动机、交流调速电动机、步进电动机及伺服电动机及伺服电动机。2）液力及液（气）压变速。前者采用液力）液力及液（气）压变速。前者采用液力变矩器实现无级变速，后者采用节流调速或变矩器实现无级变速，后者采用节流调速或容积调速实现无级变速，如液压缸和液压马容积调速实现无级变速，如液压缸和液压马达。达。3）机械无级变速。机械无级变速机构的类）机械无级变速。机械无级变速机构的类型很多，但多数都是利用摩擦传动机构实现型很多，但多数都是利用摩擦传动机构实现的。的。对于调速范围大，功率和转矩特性难于对于调速范围大，功率和转矩特性难于直接匹配的情况。总是在无级调速之后串
32、联直接匹配的情况。总是在无级调速之后串联机械有级变速传动，以满足调速范围和转矩机械有级变速传动，以满足调速范围和转矩特性的要求。特性的要求。三、三、传动件的计算转速传动件的计算转速 为保证传动系统零件的强度和寿命，为保证传动系统零件的强度和寿命，应根据传动零件工作时的最大负载进行承应根据传动零件工作时的最大负载进行承载能力计算。载能力计算。对恒转矩特性的机械，应由工作机械对恒转矩特性的机械，应由工作机械的转矩负载特性确定各传动零件的最大负的转矩负载特性确定各传动零件的最大负载转矩。载转矩。在设计可调传动比的传动系统时，应在设计可调传动比的传动系统时，应根据机械的作业特点进行具体分析，确定根据机
33、械的作业特点进行具体分析，确定传动零件的最大负载转矩。不少机械已有传动零件的最大负载转矩。不少机械已有行业设计规范和方法，设计时要采用。行业设计规范和方法，设计时要采用。一般，应按传递动力机全部功率时各一般，应按传递动力机全部功率时各级转速中的最低转速计算零件的最大负级转速中的最低转速计算零件的最大负载转矩。通常把传递动力机全部功率时载转矩。通常把传递动力机全部功率时的最低转速，称为该传动零件的计算转的最低转速，称为该传动零件的计算转速速nj。举例：中型通用机床（车床、铣床）举例：中型通用机床（车床、铣床）和用途较广的半自动机床主轴计算转速和用途较广的半自动机床主轴计算转速为：为：nj=nmi
34、n(Z/3-1)nmin主轴最低转速，主轴最低转速，Z级数级数 上式表示，如把主轴的全部转速上式表示，如把主轴的全部转速Z分分为三等分，则从低速起的第一个三分之为三等分，则从低速起的第一个三分之一转速级数中的最高一级转速作为主轴一转速级数中的最高一级转速作为主轴的计算转速。从计算转速开始的以上各的计算转速。从计算转速开始的以上各级转速都能传递动力机的全部功率，低级转速都能传递动力机的全部功率，低于计算转速的各级转速都不能传递动力于计算转速的各级转速都不能传递动力机的全部功率。机的全部功率。传动系统中其余中间传动零件的计传动系统中其余中间传动零件的计算转速为能实现传递动力机全部功率的算转速为能实
35、现传递动力机全部功率的各级转速中的最低转速。各级转速中的最低转速。下图某通用车床的转速图中，下图某通用车床的转速图中，1.26，主轴（，主轴（轴）的计算轴）的计算转速为转速为nj=95r/min，轴的计轴的计算转速为算转速为118r/min，轴的计轴的计算转速为算转速为300r/min，轴的计轴的计算转速为算转速为750r/min，轴计算轴计算转速为转速为1450r/min。如图某通用车床的转速图中，如图某通用车床的转速图中，主轴（主轴（轴）的计算转速为轴）的计算转速为 nj=451.41(6/3-1)=63r/min轴的计算转速为轴的计算转速为250r/min，轴的计算转速为轴的计算转速为5
36、00r/min，轴的计算转速为轴的计算转速为1000r/min。四四、变速箱设计概述变速箱设计概述（一）变速箱的组成和要求（一）变速箱的组成和要求 将变速装置、起停和换向装置、制动将变速装置、起停和换向装置、制动装置及安全保护装置装在一个箱体中，并装置及安全保护装置装在一个箱体中，并根据变速要求设置相应的操纵机构和润滑根据变速要求设置相应的操纵机构和润滑系统，就构成了变速箱。系统，就构成了变速箱。变速箱的设计依据是传动系统的运动变速箱的设计依据是传动系统的运动设计，一般应满足如下要求：设计，一般应满足如下要求：1）运动方面的要求：如变速范围、变）运动方面的要求：如变速范围、变速级数、转速等。速
37、级数、转速等。2）使用性能和联接尺寸上的要求：）使用性能和联接尺寸上的要求：使用性能包括几何精度、刚度、抗振性、使用性能包括几何精度、刚度、抗振性、噪声、传动效率以及操作是否省力方便噪声、传动效率以及操作是否省力方便等。联接尺寸包括技术参数尺寸、安装等。联接尺寸包括技术参数尺寸、安装尺寸和外廓尺寸等。尺寸和外廓尺寸等。3）结构工艺性能的要求：包括毛坯）结构工艺性能的要求：包括毛坯制造工艺性和热处理工艺性、机械加工制造工艺性和热处理工艺性、机械加工工艺性、装配工艺性以及检验、调整和工艺性、装配工艺性以及检验、调整和维修的方便性。维修的方便性。4）遵守标准化和通用化原则。）遵守标准化和通用化原则。
38、（二）箱内各轴线的布置及轴的安装（二）箱内各轴线的布置及轴的安装 1.箱内各轴线的布置箱内各轴线的布置 不同类型的机械其功用不同，要求不不同类型的机械其功用不同，要求不同，总体布局及结构也不同。变速箱的同，总体布局及结构也不同。变速箱的设计除应满足前述要求外，还应考虑机设计除应满足前述要求外，还应考虑机械的总体布局，即变速箱的安装位置、械的总体布局，即变速箱的安装位置、大小形状以及工作要求。在布置箱内各大小形状以及工作要求。在布置箱内各轴线时通常应考虑如下几点：轴线时通常应考虑如下几点：1）应考虑各轴线的传动顺序。）应考虑各轴线的传动顺序。2）考虑各轴的空间位置，尽量缩小径向）考虑各轴的空间位
39、置，尽量缩小径向尺寸，同时应考虑加工工艺性。为了缩尺寸，同时应考虑加工工艺性。为了缩小径向尺寸和简化工艺，可使箱体内某小径向尺寸和简化工艺，可使箱体内某些轴线重合。些轴线重合。3)考虑操纵方式对轴线布置的影响。当考虑操纵方式对轴线布置的影响。当采用机械方式对装在轴上的离合器、滑采用机械方式对装在轴上的离合器、滑移齿轮、制动器等进行操纵时，为方便移齿轮、制动器等进行操纵时，为方便操纵机构的设计，应使这些轴尽量靠近操纵机构的设计，应使这些轴尽量靠近操纵机构，并且应留有一定的空间以便操纵机构，并且应留有一定的空间以便于调整。于调整。2轴的安装轴的安装 轴在箱体内的安装，一般用轴承支承。轴轴在箱体内的
40、安装，一般用轴承支承。轴承的类型可根据轴的转速和所承受的载荷来选承的类型可根据轴的转速和所承受的载荷来选择。轴的转速高时，应选用滚动轴承；载荷较择。轴的转速高时，应选用滚动轴承；载荷较大时，应选用圆柱滚子轴承。当轴有可能承受大时，应选用圆柱滚子轴承。当轴有可能承受轴向载荷时还应对轴进行轴向固定。轴向固定轴向载荷时还应对轴进行轴向固定。轴向固定的方法有两种，一种是一端固定，另一种是两的方法有两种，一种是一端固定，另一种是两端固定。一端固定可使轴受热后自由延伸，不端固定。一端固定可使轴受热后自由延伸，不会产生热应力，因此宜用于长轴。会产生热应力，因此宜用于长轴。另外，还应注意轴向定位，每一根轴必须
41、双另外，还应注意轴向定位，每一根轴必须双向定位。否则，有可能发生轴向串动。向定位。否则，有可能发生轴向串动。（三）齿轮在轴上的布置与排列（三）齿轮在轴上的布置与排列 在变速传动组内，应尽量以较小的齿在变速传动组内，应尽量以较小的齿轮作为滑移齿轮，使滑移省力。轮作为滑移齿轮，使滑移省力。齿轮滑移时必须使原处于啮合状态的齿轮滑移时必须使原处于啮合状态的齿轮完全脱开后，才能与另一齿轮进入齿轮完全脱开后，才能与另一齿轮进入啮合。因此，双联滑移齿轮传动组占用啮合。因此，双联滑移齿轮传动组占用的轴向长度为的轴向长度为B4b（b为齿轮厚度），为齿轮厚度），如图。三联滑移齿轮传动组占用的轴向如图。三联滑移齿轮
42、传动组占用的轴向长度为长度为B7b。可以采用下列一些方可以采用下列一些方法来缩短轴向长度：法来缩短轴向长度：l）采用合理的滑移齿）采用合理的滑移齿轮结构：把三联滑移齿轮结构：把三联滑移齿轮一分为二，就能使轴轮一分为二，就能使轴向长度减少一个向长度减少一个b。但将。但将使操纵机构复杂化。两使操纵机构复杂化。两个滑移齿轮之间必须进个滑移齿轮之间必须进行互锁，以防止两对齿行互锁，以防止两对齿轮同时啮合轮同时啮合。如图。如图430。多联滑移齿轮的轴向排列有宽式和窄式，窄式比宽式所占的轴向尺寸小2）合理安排相邻变）合理安排相邻变速组各齿轮的轴向速组各齿轮的轴向位置，统一安排变位置，统一安排变速传动组。图
43、速传动组。图4-31a是二个变速组一般是二个变速组一般的排列方式，总长的排列方式，总长度度B8b。图。图4-31b将固定齿轮放在将固定齿轮放在轴，主动轮放在中轴，主动轮放在中间，被动轮处于两间，被动轮处于两端，总长度端，总长度B6b，3）采用公用齿轮。）采用公用齿轮。也可使轴向长度减也可使轴向长度减小，如图小，如图4-31c。公用齿轮既是前一变速组的从动齿轮，又是后一变速组的主动轮，采用公用齿轮，可减少传动件数目和缩短轴向尺寸，如上图4）增加定比传动副 在两变速组中间增加一定比传动副，也可大大缩短轴向尺寸，如右图（5）相互啮合齿轮的宽度）相互啮合齿轮的宽度 在一般情况下，一对相互啮合的齿在一般
44、情况下，一对相互啮合的齿轮，宽度应该是相同的。但是，考虑到轮，宽度应该是相同的。但是，考虑到操纵机构的定位不可能很精确，拨叉也操纵机构的定位不可能很精确，拨叉也存在着误差和磨损，使用时往往会发生存在着误差和磨损，使用时往往会发生错位。这时只有部分齿宽参与工作，会错位。这时只有部分齿宽参与工作，会使齿轮局部磨损，降低寿命。如果轴向使齿轮局部磨损，降低寿命。如果轴向尺寸并不要求很紧凑，可以使小齿轮比尺寸并不要求很紧凑，可以使小齿轮比相互啮合的大齿轮宽相互啮合的大齿轮宽 12mm，缺点是，缺点是轴向尺寸有所增加。轴向尺寸有所增加。可以采用下列一些方法来缩小径可以采用下列一些方法来缩小径向尺寸：向尺寸
45、：1）减小齿轮直径、缩小轴间距；如下图2）合理布置传动轴的空间位置 充分利用变速箱的空间，如下图3）使某些传动轴轴线重合布置 如下图特殊形式的分级变速传动系统 1多速电动机传动系统：如图2）采用交换齿轮变速的传动系统）采用交换齿轮变速的传动系统 交换齿轮变速机构简单，可以有很小的传动件获得较多的传动比数量，而且不需要变速操纵机构，大大简化传动装置，如下图总结一、分级变速主传动系统设计的基本原则 A.确定变速组及其传动副的原则：前多后少 B.确定各变速组的扩大顺序的原则：前密后疏 C.确定变速组的极限传动比和变速范围的原则：传动比：降速不小于1/4，升速不大于2，最大转速于最小转速之比不超过8-10 d.分配传动比的原则：尽量提高中间传动轴的最低转速，做的降速时，先慢后快总结二、转速图的拟订：步骤为 A.确定变速组及其传动副 B.确定各变速组的扩大顺序 C.分配各变速组的传动比，拟订转速图课程作业 机床主轴转速范围为31.51400转，变速级数为12，公比=1.41，电动机转速为1420转，请拟订转速图。
