机械装备设计变速组

1、（一）主参数和尺寸参数（一）主参数和尺寸参数 四、四、 机床主要参数的确定机床主要参数的确定 q 机床主参数机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的 一种参数。一种参数。 q 通用机床通用机床的主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示，的主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示，专专 用机床用机床的主参数一般以与通用机床相对应的主参数表示。为的主参数一般以与通用机床相对应的主参数表示。为 了更完整地表示机床的工作能力和加工范围，可在主参数后了更完整地表示机床的工作能力和加工范围，可在主参数后 面标出面标出第二主参数，第二主参数，如最大工件长度、

2、最大跨距等。如最大工件长度、最大跨距等。 q 机床尺寸参数是指机床主要结构的尺寸参数。包括：机床尺寸参数是指机床主要结构的尺寸参数。包括： q 1 1）与工件有关的尺寸参数；）与工件有关的尺寸参数；如卧式车床刀架上最大加工直径如卧式车床刀架上最大加工直径 ，摇臂钻床的立柱外径与主轴之间的最大跨距等。，摇臂钻床的立柱外径与主轴之间的最大跨距等。 q 2 2）与工、夹、量具有关的尺寸参数。）与工、夹、量具有关的尺寸参数。如卧式车床主轴锥孔及如卧式车床主轴锥孔及 主轴前端尺寸。主轴前端尺寸。 （二）运动参数（二）运动参数 1.1.主运动参数主运动参数 q 指机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台、刀

3、架）的运指机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台、刀架）的运 动速度。动速度。 q 主运动为旋转运动时：主运动为旋转运动时：机床的主运动参数是主轴转速机床的主运动参数是主轴转速n(单位单位 为为rmin)： q n=1000v/ d q n 主轴转速（主轴转速（r/min）；）； v 切削速度（切削速度（m/min）；）； q d 工件或刀具直径（工件或刀具直径（mm）。）。 q 主运动为往复直线运动时主运动为往复直线运动时，主运动参数是刀具或工件的每分，主运动参数是刀具或工件的每分 钟往复次数钟往复次数(单位为次单位为次min)。 q 专用机床专用机床可根据特定工序实际使用的切削速度和工件可

4、根据特定工序实际使用的切削速度和工件(或刀具或刀具 )的直径确定主轴转速，且大多数情况只需一种速度。的直径确定主轴转速，且大多数情况只需一种速度。 q 通用机床通用机床，为适应各种不同的加工要求，主轴应有一定的变，为适应各种不同的加工要求，主轴应有一定的变 速范围和变速方式速范围和变速方式(有级或无级变速有级或无级变速)。 （二）运动参数（二）运动参数 minmaxmax minmaxn maxminmin 1000v1000vn nnR ddn dmax = KD dmin = Rd dmax 式中式中 D D 机床能加工的最大直径（机床能加工的最大直径（mmmm）；）； K K 系数；系数

5、； R Rd d 计算直径范围。计算直径范围。 1.1.主运动参数主运动参数 q 式中：式中：vmax， vmin，可根据切削用里手册、现有机床使用情况可根据切削用里手册、现有机床使用情况 调查或者切削试验确定。通用机床的调查或者切削试验确定。通用机床的dmax和和dmin并不是指机床并不是指机床 上可能加工的最大和最小直径，而是指实际使用情况下，采上可能加工的最大和最小直径，而是指实际使用情况下，采 用用vmax和和vmin时常用的经济加工直径。对于通用机床，一般取时常用的经济加工直径。对于通用机床，一般取 q 主轴转速和变速范围主轴转速和变速范围 q（1 1） 最低（最低（n min）和最

6、高（）和最高（n max）转速的确定）转速的确定 50 20010001000 min max max d v n q 如卧式车床如卧式车床 K = 0.5，摇臂钻床，摇臂钻床 K = 1.0， 通常通常 R d = 0.2 0.25 。 q 例如，例如，400mm 卧式车床，确定主轴的最高转速。根据分卧式车床，确定主轴的最高转速。根据分 析，用硬度合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速析，用硬度合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速 为最高，参考切削用量资料，可取为最高，参考切削用量资料，可取 v max = 200 m/min，对于，对于 通用车床通用车床 K = 0.5，R d

7、= 0.25，则：，则： q d max = KD = 0.5 400 mm = 200 mm q d min = R d d max = 0.25 200mm = 50 mm q r/min = 1273r/min q（1 1） 最低（最低（n min）和最高（）和最高（n max）转速的确定）转速的确定 q 通常用高速钢刀具，精车合金钢材料的梯形螺纹时主轴转速通常用高速钢刀具，精车合金钢材料的梯形螺纹时主轴转速 较低，取较低，取v min = 1.5 m/min，在，在400mm 卧式车床上加工丝杠卧式车床上加工丝杠 最大直径在最大直径在4 50 mm 左右，则：左右，则： min/55.

8、 9min/ 50 5 . 11000 min rrn q 实际使用中可能使用到实际使用中可能使用到 n max 或或 n min 的典型工艺不一定只有的典型工艺不一定只有 一种可能，可以多选择几种工艺作为确定最低及最高转速的一种可能，可以多选择几种工艺作为确定最低及最高转速的 参考。同时考虑今后技术发展的储备，最后确定参考。同时考虑今后技术发展的储备，最后确定 n max = 1600 r/min，n min = 10 r/min 。 q（1 1） 最低（最低（n min）和最高（）和最高（n max）转速的确定）转速的确定 q（2 2）转速分级）转速分级 q 主轴转速的合理排列确定了主轴转

9、速的合理排列确定了 n max 和和 n min 之后，在已知变之后，在已知变 速范围内若采用有级变速，则应进行转速分级；如果采用无速范围内若采用有级变速，则应进行转速分级；如果采用无 级变速，有时也需用分级变速机构来扩大其无级变速范围。级变速，有时也需用分级变速机构来扩大其无级变速范围。 q 所谓分级即在变速范围内确定中间各级转速。所谓分级即在变速范围内确定中间各级转速。目前，多数机目前，多数机 床主轴转速是按等比级数排列，其公比用符号床主轴转速是按等比级数排列，其公比用符号 表示。则转表示。则转 速数列为：速数列为： n1 = n min，n 2 = n min，n 3 = n min2，

10、 ，n Z = n min Z1 1.1.主运动参数主运动参数 1 11 1 max j jj n n A n nn A q 主轴转速数列呈等比级数规律分布，主要原因是在转速范主轴转速数列呈等比级数规律分布，主要原因是在转速范 围内的转速相对损失均匀。围内的转速相对损失均匀。 q 如如 在加工中某一工序要求的合理转速为在加工中某一工序要求的合理转速为 n，而在，而在Z级转速中级转速中 没有这个最佳转速，而是处于没有这个最佳转速，而是处于n j 和和 n j+1 之间，即之间，即 n j n n j+1。 q 若采用若采用n j+1比比n转速高，由于过高的切削速度会使刀具耐用转速高，由于过高的切

11、削速度会使刀具耐用 度下降。度下降。 q 为了不降低刀具耐用度，一般选用为了不降低刀具耐用度，一般选用n j ，将造成转速损失，将造成转速损失， 其转速损失为（其转速损失为（nn j），相对转速损失率为），相对转速损失率为 （2 2）转速分级）转速分级 const n n A j j 1 max 1 1 1 const n n j j q 在其它条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损在其它条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损 失就反映了生产率的损失。对于普通机床，如果认为每级转失就反映了生产率的损失。对于普通机床，如果认为每级转 速的使用机会都相等，那么应使速的使用机会都相等

12、，那么应使A max为一定值，即：为一定值，即： q 可见任意两级转速之间的关系应为：可见任意两级转速之间的关系应为： q n j+1 = n j q 此外，应用等比级数排列的主轴转速，可借助于串联若干个此外，应用等比级数排列的主轴转速，可借助于串联若干个 滑移齿轮来实现。使变速传动系统简单并且设计计算方便。滑移齿轮来实现。使变速传动系统简单并且设计计算方便。 （2 2）转速分级）转速分级 q 为了使用记忆方便，转速数列中的转速系是十倍比的，故为了使用记忆方便，转速数列中的转速系是十倍比的，故 应符合如下关系应符合如下关系 ， ，E 1是正整数；如采用多速电动机是正整数；如采用多速电动机 驱动

13、，通常电动机转速为驱动，通常电动机转速为3000/1500或或3000/1500/750 r/min， 故故也应符合如下关系，也应符合如下关系， ，E 2 也为正整数。也为正整数。 （3 3）标准公比）标准公比值和标准转速数列标准公比的确值和标准转速数列标准公比的确 定定 1 10 E 2 2 E q 转速由转速由 n min 至至nmax必须递增，所以公比应大于必须递增，所以公比应大于 l；为了限制；为了限制 转速损失的最大值转速损失的最大值 A max 不大于不大于 50%，则相应的公比，则相应的公比不大不大 于于2，故：，故： 1 2 q 为了简化机床设计和使用，规定了几个标准值，这些数

14、值是为了简化机床设计和使用，规定了几个标准值，这些数值是 选取选取2 2或或1010的某次方根，的某次方根，1.061.06、1.121.12、1.261.26、1.411.41、1.581.58、 1.781.78、2 2。标准公比见表标准公比见表3-23-2。 （3 3）标准公比）标准公比值和标准转速数列标准公比的确值和标准转速数列标准公比的确 定定 q 当选定标准公比当选定标准公比 之后，转速数列可从表之后，转速数列可从表3-3中查出。表中给中查出。表中给 出了公比为出了公比为1.06的从的从115000的数列，其它公比的数列可由的数列，其它公比的数列可由 此派生得到。此派生得到。 q

15、表表3-2和表和表3-3均适用于转速、双行程和进给系列，也可以用均适用于转速、双行程和进给系列，也可以用 于机床尺寸和功率参数等数列。于机床尺寸和功率参数等数列。 （3 3）标准公比）标准公比值和标准转速数列标准公比的确定值和标准转速数列标准公比的确定 1.01.061.121.181.251.321.41.51.61.7 1.81.92.02.122.242.362.52.652.83 3.153.353.553.754.04.254.54.755.05.3 5.666.36.77.17.58.08.59.09.5 表3-2 公比 1.06的标准数列 1010.611.211.812.513

16、.214151617 18192021.222.423.62526.52830 31.533.535.537.54042.54547.55053 56606367717580859095 （3 3）标准公比）标准公比值和标准转速数列标准公比的确定值和标准转速数列标准公比的确定 （3 3）标准公比）标准公比值和标准转速数列标准公比的确定值和标准转速数列标准公比的确定 1.061 1.062 = 1.12 1.064 = 1.122 = 1.26 1.066 = 1.123 = 1.41 1.068 = 1.124 = 1.262 = 1.58 1.0610 = 1.125 = 1.78 1.06

17、12 =1.126 =1.263 =1.412 = 2 q 七个公比值之间的关系七个公比值之间的关系 （3 3）标准公比）标准公比值和标准转速数列标准公比的确定值和标准转速数列标准公比的确定 q 1）公比是）公比是2的某次方根，其数列每隔若干项增加或缩小的某次方根，其数列每隔若干项增加或缩小2倍倍 ，如，如 = ，数列为，数列为10、12.5、16、20、25、32、40、， 每隔三项增大每隔三项增大2倍。倍。 q 便于采用双速电动机，因为双速电动机的两个同步转速比便于采用双速电动机，因为双速电动机的两个同步转速比 值是值是2，例如，例如30001500或或1500750等，同时也便于记忆等，

18、同时也便于记忆 和写出等比数列。和写出等比数列。 q 2）公比是）公比是10的某次方根，其数列每隔若干项增大或缩小的某次方根，其数列每隔若干项增大或缩小10 倍。倍。 q 这特性符合常用十进制习惯，如这特性符合常用十进制习惯，如 = ，数列为，数列为10、16、 25、40、63、100、160、 250、400、630、，每隔五项增，每隔五项增 大大10倍，使数列整齐好记。倍，使数列整齐好记。 3 2 5 10 q标准公比特性标准公比特性 q公比的选取一般原则公比的选取一般原则 q 从使用性能考虑，选取公比从使用性能考虑，选取公比 最好小一些，但最好小一些，但 小，级数增小，级数增 多，结构

19、复杂。多，结构复杂。 q 大批大量生产的自动化与半自动化机床，要求较高的生产率大批大量生产的自动化与半自动化机床，要求较高的生产率 ，相对转速损失要小，因此，相对转速损失要小，因此， 要小些，要小些， 选取选取1.12或或1.25。 q 大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切削速大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切削速 度对提高生产率作用较大，度对提高生产率作用较大， 应小些，取应小些，取1.12、1.25。 q 中型通用机床，万能性较大，要求转速级数多，但结构又不中型通用机床，万能性较大，要求转速级数多，但结构又不 能过于复杂，公比能过于复杂，公比 常选取常选取1.25

20、或或1.41 q 小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单，机小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单，机 动时间短，变速级数不多，公比动时间短，变速级数不多，公比 常取常取1.58或或1.78。 1 min max z n n n R 1 z n R lg) 1(lg zRn 1 lg lg n R z 1.1.主运动参数主运动参数 q(5)(5)变速范围变速范围RnRn、公比、公比 和级数和级数z z的关系的关系 q 由等比级数规律可则：由等比级数规律可则： q 已知任意两个可求第三个，用公式求出的已知任意两个可求第三个，用公式求出的 和和Z应圆整为标应圆整为标 准数和整数

21、。准数和整数。 q 常用的常用的Z：3，4，6，8，9，12，16，18，24 q 采用等比数列的优点采用等比数列的优点 q 对于某一个公比对于某一个公比 ，任意两个相邻转速之间的最大相对速度，任意两个相邻转速之间的最大相对速度 损失损失Amax为一个常数，转速分布的疏密程度均匀合理。为一个常数，转速分布的疏密程度均匀合理。 q 这种转速数列可由几个变速组的不同传动比搭配相乘得到，这种转速数列可由几个变速组的不同传动比搭配相乘得到， 能用较少的齿轮实现较多级的转速，使传动系统得到简化。能用较少的齿轮实现较多级的转速，使传动系统得到简化。 1.1.主运动参数主运动参数 2. 2. 进给运动参数进

22、给运动参数 q 机床的进给运动多数是直线运动，进给量用工件或刀具每转机床的进给运动多数是直线运动，进给量用工件或刀具每转 位移表示，即位移表示，即mmr；也可以用每一往复行程的位移表示；也可以用每一往复行程的位移表示 ，即，即mm行程行程 。 q 机床进给量的变换可用无级变速（数控机床）和有级变速方机床进给量的变换可用无级变速（数控机床）和有级变速方 法。法。 q 采用有级变速方式时，进给量一般为等比数列。确定方法与采用有级变速方式时，进给量一般为等比数列。确定方法与 主轴转速的确定方法相同。主轴转速的确定方法相同。 q 进给量也是等差数列。而用交换齿轮改变进给量大小的自动进给量也是等差数列。

23、而用交换齿轮改变进给量大小的自动 车床，其进给量就不是按一定规则排列的。车床，其进给量就不是按一定规则排列的。 q 螺纹加工机床和普通车床的进给量按照加工标准螺纹导程数螺纹加工机床和普通车床的进给量按照加工标准螺纹导程数 列来选取，进给量数列为列来选取，进给量数列为分段等差数列。分段等差数列。 q 刨床和插床采用棘轮机构实现进给运动，进给量大小靠每次刨床和插床采用棘轮机构实现进给运动，进给量大小靠每次 拨动一齿、二齿或几个齿来改变，进给量也是拨动一齿、二齿或几个齿来改变，进给量也是等差数列。等差数列。而而 用交换齿轮改变进给量大小的自动车床，其进给量就不一定用交换齿轮改变进给量大小的自动车床，

24、其进给量就不一定 按一定规则。按一定规则。 2. 2. 进给运动参数进给运动参数 q 数控机床一般采用电动机无级变速形式。其他机床多采用数控机床一般采用电动机无级变速形式。其他机床多采用 有级变速形式或无级与有级变速组合形式。有级变速形式或无级与有级变速组合形式。 q 机床运动的驱动方式常用的有电动机驱动和液压驱动。机床运动的驱动方式常用的有电动机驱动和液压驱动。 q 驱动方式的选择主要根据机床的变速形式和运动特性要求驱动方式的选择主要根据机床的变速形式和运动特性要求 来确定。来确定。 3 3变速形式与驱动方式选择变速形式与驱动方式选择 三、动力参数三、动力参数 q 动力参数指主运动、进给运动

25、和辅助运动的动力消耗，它动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗，它 主要由机床的切削载荷和驱动的工件质量决定。主要由机床的切削载荷和驱动的工件质量决定。 q 对于专用机床，机床的功率可根据特定工序的切削用量计对于专用机床，机床的功率可根据特定工序的切削用量计 算或测定；算或测定； q 对于通用机床，目前单纯用计算的方法来确定功率是困难对于通用机床，目前单纯用计算的方法来确定功率是困难 的，故通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来的，故通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来 确定。确定。 电动机的功率电动机的功率 主运动主运动电动机功率电动机功率 进给运动进给运动电动机功率电

26、动机功率 快速移动快速移动电动机功率电动机功率 q 定义：电动机功率、液压缸牵引力、液压马达或定义：电动机功率、液压缸牵引力、液压马达或 步进电机的额定扭矩等。步进电机的额定扭矩等。 三、动力参数三、动力参数 q下面介绍用近似计算的方法确定机床动力参数。下面介绍用近似计算的方法确定机床动力参数。 车、镗、磨等工序车、镗、磨等工序钻、扩等工序钻、扩等工序 60000 vF P Z 切 9550 nM P K 切 1 1、主运动电动机功率、主运动电动机功率 切削功率切削功率P切 切 主运动电动机功率主运动电动机功率 空载功率空载功率P空 空 附加机械摩擦损失功率附加机械摩擦损失功率P机 机 切削功

27、率切削功率 可按下表计算可按下表计算 表表 常用工序切削功率计算式常用工序切削功率计算式 Fz 切削力切削力 v 切削速度切削速度 Mk切削扭矩切削扭矩 平均 主 主 平均 空 d d CCCnn Kd P 1i 955000 q 空载功率空载功率 q 机床主运动可空转时由于传动件摩搽、搅油、空气阻力等原机床主运动可空转时由于传动件摩搽、搅油、空气阻力等原 因电动机要消耗一部份功率，其值随传动件转速增大而增加因电动机要消耗一部份功率，其值随传动件转速增大而增加 ，与传动件预紧程度及装配质量有关，小型机床主传动空载，与传动件预紧程度及装配质量有关，小型机床主传动空载 功率损失可由下列实验公式估算

28、：功率损失可由下列实验公式估算： 1 1、主运动电动机功率、主运动电动机功率 1 1、主运动电动机功率、主运动电动机功率 q 附加机械摩擦损失功率附加机械摩擦损失功率 机床切削时由于传动件正压力加大，则摩擦损失将增加，机床切削时由于传动件正压力加大，则摩擦损失将增加， 显然显然P P辅随辅随P P切的变化而变化。可按下式计算。切的变化而变化。可按下式计算。 切 机 切 机 P P P q 因此，主运动电动机功率为：因此，主运动电动机功率为： q P主 主 P切 切 P空 空 (P切 切 机 机 P切 切) P空 空 P切 切 机 机 q 当机床结构尚未确定时，应用上式有一定困难。粗略估算当机床

29、结构尚未确定时，应用上式有一定困难。粗略估算 可用右列经验公式：可用右列经验公式： 床 切 主 P P q 其中其中 床床为机床总机械效率，主运功为回转运动时，为机床总机械效率，主运功为回转运动时， 床 床 0.7- 0.85，主运动为直线运动时，主运动为直线运动时， 床 床 0.6-0.7； q 对于间断地工作的机床，由于允许电动机短时超载工作。故对于间断地工作的机床，由于允许电动机短时超载工作。故 式式P主是指电动机在允许的范围内超载时的功率，电动机的额主是指电动机在允许的范围内超载时的功率，电动机的额 定功率可按下式计算：定功率可按下式计算： q P额定 额定= P主主/K 1 1、主运

30、动电动机功率、主运动电动机功率 空 机 切 主 P K P P 2 2、进给运动电动机功率、进给运动电动机功率 q 进给运动与主运动共用电动机进给运动与主运动共用电动机 q 进给运动消耗的功率远小于主运动。进给运动消耗的功率远小于主运动。 q 进给运动与快速移动共用电动机进给运动与快速移动共用电动机 q 快速移动所消耗的功率进给运动功率快速移动所消耗的功率进给运动功率 q 电动机功率确定取决于快速移动功率。不必单独考虑电动机功率确定取决于快速移动功率。不必单独考虑 工作进给所需功率。工作进给所需功率。 f f f vQ P 60000 单独使用电动机单独使用电动机 q 确定方法：采用参考同类型

31、机床和计算相结合的方法。由于确定方法：采用参考同类型机床和计算相结合的方法。由于 进给运动的速度较低，空载功率很小，所以在计算时可略去进给运动的速度较低，空载功率很小，所以在计算时可略去 q 进给运动电机功率取决于进给的有功功率和传动件的机械效进给运动电机功率取决于进给的有功功率和传动件的机械效 率。即：率。即： 2 2、进给运动电动机功率、进给运动电动机功率 2 2、进给运动电动机功率、进给运动电动机功率 3 3、快速移动电动机功率、快速移动电动机功率 P快 快（ （P惯 惯 P摩 摩） ）K q 快速移动电机在启动时的消耗功率最大，此时须同时克服快速移动电机在启动时的消耗功率最大，此时须同

32、时克服 惯性力惯性力和和摩擦力摩擦力。 q 启动时的电动机功率为：启动时的电动机功率为： q 式中式中 P快 快 快速运动电动机功率（ 快速运动电动机功率（KW）；）； q P摩 摩 克服摩擦力所需的功率（ 克服摩擦力所需的功率（KW）；）； q P惯 惯 克服惯性力所需的功率（ 克服惯性力所需的功率（KW）；）； q K 安全系数，安全系数，K=1.52.5。 P惯 惯的计算 的计算 P摩 摩的计算 的计算 1）水平运动）水平运动 2 2）升降运动）升降运动 9550 nM P 惯 惯 60000 快 摩 vfmg P 60000 )( 快 摩 vFfmg P 3 3、快速移动电动机功率、快

33、速移动电动机功率 F3.4.1 3.4.1 必须满足的设计基本要求必须满足的设计基本要求 F3.4.2 3.4.2 主传动系统分类与传动方式主传动系统分类与传动方式 F3.4.3 3.4.3 分级变速主传动系统分级变速主传动系统 F3.4.4 3.4.4 无级变速主运动传动系统设计无级变速主运动传动系统设计 F3.4.5 3.4.5 数控机床主传动系统设计数控机床主传动系统设计 第四节第四节 主传动系统设计主传动系统设计 3.4.1 3.4.1 须满足的设计基本要求须满足的设计基本要求 1)1)满足机床使用性能要求。机床的末端执行件满足机床使用性能要求。机床的末端执行件( (如主轴如主轴) )

34、 应有足够的转速范围和变速级数。应有足够的转速范围和变速级数。 2)2)机床的动力源和传动机构应能够输出和传递足够的功机床的动力源和传动机构应能够输出和传递足够的功 率和转矩，并有较高的传动效率。率和转矩，并有较高的传动效率。 3)3)机床的传动结构，特别是末端执行件必须有足够的精机床的传动结构，特别是末端执行件必须有足够的精 度、刚度、抗振性能和较小的热变形。度、刚度、抗振性能和较小的热变形。 4)4)应该合理地满足机床的自动化程度和生产率的要求。应该合理地满足机床的自动化程度和生产率的要求。 5)5)机床的操作和控制要灵活，安全可靠，噪声小，维修机床的操作和控制要灵活，安全可靠，噪声小，维

35、修 方便。机床的制造要方便，成本要低。方便。机床的制造要方便，成本要低。 3.4.23.4.2主传动系统分类与传动方式主传动系统分类与传动方式 q (1)(1)按驱动主传动的电动机类型按驱动主传动的电动机类型 q 可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动 机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。 调速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无级调速交流调速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无级调速交流 电动机驱动。电动机驱动。 q (2)(2)按传动装置类型按传动装置类型 q 可分为机械传

36、动装置、液压传动装置、电气传动装置可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置 以及它们的组合。以及它们的组合。 q (3)(3)按变速的连续性按变速的连续性 q 可以分为分级变速传动和无级变速传动。可以分为分级变速传动和无级变速传动。 机械传动装置分类机械传动装置分类 有级变速有级变速 无级变速无级变速 速度可变速度可变 速度恒定速度恒定 机械无级变速机械无级变速 液压无级变速液压无级变速 电气无级变速电气无级变速 滑移齿轮滑移齿轮 变换齿轮变换齿轮 交换皮带轮交换皮带轮 速速 度度 q 分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速，变分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速，变

37、速级数一般不超过速级数一般不超过20203030级。传动方式有滑移齿轮变速、级。传动方式有滑移齿轮变速、 交换齿轮变速和离合器交换齿轮变速和离合器( (如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离合器如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离合器 ) )变速。传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可变速。传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可 靠，广泛应用于通用机床。缺点是有速度损失，不能在运靠，广泛应用于通用机床。缺点是有速度损失，不能在运 转中进行变速。转中进行变速。 q 无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以 便得到最有利的切削速度；能在运转负载中变

38、速，便于实便得到最有利的切削速度；能在运转负载中变速，便于实 现变速自动化。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、现变速自动化。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、 液压无级变速器和电气无级变速器实现。液压无级变速器和电气无级变速器实现。 q 应用：应用：通用机床中多数机床的主变通用机床中多数机床的主变 速传动系都采用这种方式。适用于速传动系都采用这种方式。适用于 普通精度的大中型机床。普通精度的大中型机床。 q 优点：优点：结构紧凑，便于实现集中操结构紧凑，便于实现集中操 纵，安装调整方便。纵，安装调整方便。 q 缺点：缺点：运转的传动件在运转过程中运转的传动件在运转过程中 所产生的振动、热量

39、，会使主轴产所产生的振动、热量，会使主轴产 生变形，使主轴回转中心线偏离正生变形，使主轴回转中心线偏离正 确位置而直接影响加工精度。确位置而直接影响加工精度。 q 1 1集中传动方式集中传动方式 q 主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内，主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内， 称为集中传动方式。称为集中传动方式。 q 2 2分离传动方式分离传动方式 q 主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独 变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式。变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式。 q

40、特点：特点：变速箱各传动件所产生的振动变速箱各传动件所产生的振动 和热量不能直接传给或少传给主轴，和热量不能直接传给或少传给主轴， 减少了主轴的振动和热变形，利于提减少了主轴的振动和热变形，利于提 高机床的工作精度。高机床的工作精度。 q 主轴高速运转时，由皮带经齿轮离合主轴高速运转时，由皮带经齿轮离合 器直接传动，传动链短，运转平稳，器直接传动，传动链短，运转平稳， 空载损失小；主轴低速运转时，由皮空载损失小；主轴低速运转时，由皮 带轮经背轮机构传动，转速显著降低带轮经背轮机构传动，转速显著降低 ，扩大了变速范围。，扩大了变速范围。 3.4.3 3.4.3 分级变速主传动系统分级变速主传动系

41、统 （一）转速图与结构式（一）转速图与结构式 （二）各变速组的变速范围及极限传动比（二）各变速组的变速范围及极限传动比 （三）主传动系统设计的基本原则与方法（三）主传动系统设计的基本原则与方法 （四）主传动系统的几种特殊设计（四）主传动系统的几种特殊设计 （五）扩大传动系变速范围的方法（五）扩大传动系变速范围的方法 （六）齿轮齿数的确定（六）齿轮齿数的确定 （七）计算转速（七）计算转速 （八）变速箱内传动件的空间布置与计算（八）变速箱内传动件的空间布置与计算 （一）转速图与结构式（一）转速图与结构式 X2010X2010龙门铣床龙门铣床 传动系统图传动系统图转速图转速图 q传动系统图传动系统图

42、 q 1 1）距离相等的竖直）距离相等的竖直 线代表传动系统的各线代表传动系统的各 轴，从左到右依次标轴，从左到右依次标 注注、，。 q 距离相等竖直线并不距离相等竖直线并不 意味着中心距相等。意味着中心距相等。 q 2 2）距离相等的横直）距离相等的横直 线代表各级转速。线代表各级转速。 q 距离相等的横直线并距离相等的横直线并 不表示转速差相等。不表示转速差相等。 q1.1.转速图转速图 q 横直线坐标取对数坐标，在相横直线坐标取对数坐标，在相 交点直接写出转速的数值。交点直接写出转速的数值。 q 3 3）距离相等的横直线与竖直线）距离相等的横直线与竖直线 的相交点（用圆圈表示），用的相交

43、点（用圆圈表示），用 来代表各级转速。来代表各级转速。 q 4 4）相邻两轴之间相应转速的连）相邻两轴之间相应转速的连 线代表相应传动副的传动比。线代表相应传动副的传动比。 q1.1.转速图转速图 常数 nnn n n n n n n zz z z lglglg , 1 11 2 1 2 q 相邻两轴之间的相应转速的连线：传动副的传动比相邻两轴之间的相应转速的连线：传动副的传动比 q 传动比的大小以连线的倾斜方向和倾斜度表示传动比的大小以连线的倾斜方向和倾斜度表示 q 从左向下斜：降速传动从左向下斜：降速传动 q 向上斜：向上斜： 升速传动升速传动 q 水平连线：水平连线： 等速传动等速传动

44、q1.1.转速图转速图 1 35 35 1 26.1 1 39 31 1 58.1 1 43 27 3 2 1 2 a a a u u u qX2010X2010龙门铣床龙门铣床 q 第一变速组（第一变速组（II-IIIII-III轴），三对齿轮轴），三对齿轮 q 第二变速组（第二变速组（一一轴），二对齿轮轴），二对齿轮 1 39 39 1 2 1 52 26 2 1 3 b b u u 5 . 2 2 1 79. 1 28 50 1 25. 2 1 54 24 5 . 3 c c u u q 第三变速组（第三变速组（IV-VIV-V轴），二对齿轮轴），二对齿轮 qX2010X2010龙门铣床

45、龙门铣床 q 等比数列相乘等比数列相乘= =等比数列？等比数列？ q 等比数列110，12.5，16 q 等比数列210，20，40 q 两个等比数列相乘： q 100，125，160，200，250， 320，400，500，640 q变速的基本规律变速的基本规律 q （一）变速系统的变速级数（一）变速系统的变速级数 变速系统的变速级数变速系统的变速级数Z =各变速组传动副数的乘积各变速组传动副数的乘积 主轴的变速级数为：主轴的变速级数为： Z = papbpcpm q pa、pb、pc、pm 分别代表各变速组的传动副数分别代表各变速组的传动副数 q Z 变速级数变速级数 q a、b、c、m

46、 相应的变速组和传动顺序，相应的变速组和传动顺序， q 传动顺序传动顺序电动机、主轴传动的先后排列电动机、主轴传动的先后排列 mcba mcba mcba rrrr uuuu uuuu u u n n R minminminmin maxmaxmaxmax min max min max n ., min max min max b b a a au u r u u r b q （二）总变速范围（二）总变速范围 q 变速组的变速范围变速组的变速范围 = = 最大传动比和最小传动比之比最大传动比和最小传动比之比 q 总变速范围总变速范围 = = 各变速组变速范围的乘积各变速组变速范围的乘积 q变

47、速的基本规律变速的基本规律 0 2 0 2 321 :1 :11: 1 : 1 : 2 xx aaauuu q （三）变速组的传动比之间的关系（三）变速组的传动比之间的关系 q 变速组内相邻传动比之间的比值变速组内相邻传动比之间的比值级比级比 0 0 q 变速组的级比指数变速组的级比指数 0 0是指转速图中变速组内主动轴上是指转速图中变速组内主动轴上 同一点传往被动轴相邻两传动线的比值，相当于相邻两传同一点传往被动轴相邻两传动线的比值，相当于相邻两传 动线与被动轴交点之间相距的格数（相邻传动比（线）相动线与被动轴交点之间相距的格数（相邻传动比（线）相 间隔的格数）。间隔的格数）。 q 0 0=

48、1=1，表示间隔，表示间隔1 1个格个格 q变速的基本规律变速的基本规律 q 第一变速组：第一变速组： 相邻传动比相邻传动比=1： ： 2，即，即x0=1 q 三个传动比的连线相隔三个传动比的连线相隔1格格 q 变速后，变速后，轴可以得到三级连续等比数列的转速，即轴可以得到三级连续等比数列的转速，即500、 630、800。 q x0 = 1的变速组的变速组 “基本组基本组”或或“基本变速组基本变速组” q基基 本本 组组 q变速的基本规律变速的基本规律 13 3 21 : 1: 11 : 1 : x bb uu q x1 该变速组的级比指数，该变速组的级比指数，x1=3。 q 变速组内相邻传

49、动比（线）之间相差变速组内相邻传动比（线）之间相差 3倍，即相差倍，即相差3个格。个格。 q 第第轴得到轴得到6级连续的等比数列。级连续的等比数列。 q 第二变速组的作用：将基本组的变速范围进行第一次扩大第二变速组的作用：将基本组的变速范围进行第一次扩大 第一扩大组。第一扩大组。 q第二变速组第二变速组 q变速的基本规律变速的基本规律 x2该变速组的级比指数，该变速组的级比指数， x2= 6， 相邻传动比之间相差相邻传动比之间相差 6倍倍 第第轴可以得到轴可以得到322= 12 级转速级转速 第二次把基本组的转速范围第二次把基本组的转速范围 扩大扩大第二扩大组第二扩大组 265 . 2 21:

50、1:1: 1 : 5 . 3 x ccuu q第三变速组 q变速的基本规律变速的基本规律 q扩大顺序 q 按扩大转速范围过程而排列的基本组、第一扩大组、第按扩大转速范围过程而排列的基本组、第一扩大组、第 二扩大组二扩大组的排列顺序。的排列顺序。 q变速的基本规律变速的基本规律 基本组基本组 p0=3 级比级比 x0 x0=1 第一扩大组第一扩大组 p1=2 级比级比 x1 x1=3= p0 第二扩大组第二扩大组 p2=2 级比级比 x2 x2= 6=p0 p1 第三扩大组第三扩大组 p3=2 级比级比 x3 x3= p0 p1 p2 类推类推 第第j扩大组级比扩大组级比 xj xj= p0 p

51、1 p2pj-1 q级比规律级比规律 q变速的基本规律变速的基本规律 q级比规律级比规律 q 如果违背上述规律，出现情况如下：如果违背上述规律，出现情况如下： q变速的基本规律变速的基本规律 min max n n nu u r 00 2 1 3 ) 1(2 0 1 xp a a u u r 01112 )1()1(3 3 1 1 1 ppxp b u u r b q变速的基本规律变速的基本规律 q 变速组的变速范围变速组的变速范围rn：变速组中最大与最小传动比的比值。变速组中最大与最小传动比的比值。 q 基本组的变速范围基本组的变速范围r0： q 第一扩大组的变速范围第一扩大组的变速范围r1

52、 102222 )1()1(6 4 2 1 2 pppxp c u u r c 1210max ) 1() 1( min jjjjj ppppppxp j ju u r q 第二扩大组的变速范围第二扩大组的变速范围r 2r 2： q变速的基本规律变速的基本规律 q 同理，第同理，第j 扩大组变速范围扩大组变速范围rj ncba j j c c b b a a n n n rrrr u u u u u u u u u u R min max min max min max min max min max q主轴的变速范围主轴的变速范围Rn q变速的基本规律变速的基本规律 q 结论：结论： q 以

53、基本组为基础，通过第一、第二、以基本组为基础，通过第一、第二、扩大组把各轴的转、扩大组把各轴的转 速级数和变速范围逐步扩大，各变速组相邻传动比之间遵循速级数和变速范围逐步扩大，各变速组相邻传动比之间遵循 级比规律，则机床传动系统的转速数列是连续的等比数列。级比规律，则机床传动系统的转速数列是连续的等比数列。 q 基本组的级比等于基本组的级比等于 ，级比指数，级比指数x x。1 1；扩大组的级比；扩大组的级比 x xj j ，级比指数，级比指数x xj j应等于该扩大组前面的基本组传动副数和各扩应等于该扩大组前面的基本组传动副数和各扩 大组传动副数的乘积。大组传动副数的乘积。 q 变速系统的变速

54、级数是各变速组传动副数的乘积。变速系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积。 Z=P0P1P2P3P4 q 机床的总变速范围机床的总变速范围RnRn是各变速组变速范围的乘积。是各变速组变速范围的乘积。 Rn=r0r1r2r3r4 q三、结构网和结构式三、结构网和结构式 q 1.1.结构网：结构网：转速图的转速图的对称对称 形式形式 q 二轴间连线二轴间连线: : 仅表示传动仅表示传动 关系。关系。 q 轴上各圆点轴上各圆点: : 不表示该轴不表示该轴 的具体转速。的具体转速。 q 转速图有一致的变速特性转速图有一致的变速特性 ，一个转速图对应一个结，一个转速图对应一个结 构网。构网。 q 一个结

55、构网可以画出很多一个结构网可以画出很多 不同的转速图。不同的转速图。 12 = 312326 q三、结构网和结构式三、结构网和结构式 q2.2.结构式结构式 q 结构网又可以简化为结构式结构网又可以简化为结构式 q 结构式：专门用来表示变速结构式：专门用来表示变速 系统特性的式子。系统特性的式子。 q 12 转速级数转速级数 q 3、2、2 变速组的传动副数和传动顺序变速组的传动副数和传动顺序 q 1、3、6 各变速组级比指数各变速组级比指数 x0，x1，x2 31-基本组，基本组，x0=1，p03 23-第一扩大组，第一扩大组， x13、p12 26-第二扩大组，第二扩大组，x2=6，p2=

56、 2q 各组变速范围分别为各组变速范围分别为 2、 3、 6等，它和结构网一样只表等，它和结构网一样只表 示变速特性的相对关系。示变速特性的相对关系。 q三、结构网和结构式三、结构网和结构式 结构式简单、直观，能清楚地显示出变速传动系中主轴转速结构式简单、直观，能清楚地显示出变速传动系中主轴转速 级数级数Z Z、各变速组的传动顺序、传动副数和各变速组的级比指、各变速组的传动顺序、传动副数和各变速组的级比指 数，一般表达式为数，一般表达式为 icba XiXcXbXa PPPPZ)()()()( 根据转矩公式（单位根据转矩公式（单位Nm）T= 9550P/n 当机床的传动功率当机床的传动功率P为

57、定值时，转速为定值时，转速n越高，转矩越高，转矩T就小，就小， 零件尺寸就较小。零件尺寸就较小。 主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近 电动机的传动件转速较高，传递的扭矩较小，尺寸小一电动机的传动件转速较高，传递的扭矩较小，尺寸小一 些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的扭矩较些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的扭矩较 大，尺寸就较大。大，尺寸就较大。 所以应该尽量选择传动副数多的变速组放在传动顺序前所以应该尽量选择传动副数多的变速组放在传动顺序前 面的高速范围，而把变速组传动副数少的放在传动顺序面的高速范围，而把变速组传动

58、副数少的放在传动顺序 的后面。从而能节省材料和减少变速箱外形尺寸。的后面。从而能节省材料和减少变速箱外形尺寸。 q四、主传动系统设计的基本原则四、主传动系统设计的基本原则 q四、主传动系统设计的基本原则四、主传动系统设计的基本原则 q 图图b b第一扩大组在最前第一扩大组在最前 面，面，轴的转速范围轴的转速范围 比图比图a a大。大。 q 两方案两方案轴的最高转轴的最高转 速一样，图速一样，图b b中中轴的轴的 最低转速较低，在传最低转速较低，在传 递相等功率的情况下递相等功率的情况下 受的扭矩较大，传动件的尺寸也就比前方案大。受的扭矩较大，传动件的尺寸也就比前方案大。 q 将图将图3-14a

59、3-14a所示方案与其它多种扩大顺序方案相比，可以得出所示方案与其它多种扩大顺序方案相比，可以得出 同样的结论。同样的结论。 v从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变 速组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减小速组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减小 传动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面变速组降传动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面变速组降 速要快些，但中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发速要快些，但中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发 热和噪声。热和噪声。 v中间轴的最高转速不超过电动机的转速。中间轴的

60、最高转速不超过电动机的转速。 v上述原则在设计主变速传动系时一般应该遵循。但有时上述原则在设计主变速传动系时一般应该遵循。但有时 还须根据具体情况加以灵活运用还须根据具体情况加以灵活运用。 q四、主传动系统设计的基本原则四、主传动系统设计的基本原则 q四、主传动系统设计的基本原则四、主传动系统设计的基本原则 q 变速组的极限传动比变速组的极限传动比 q 一般限制降速的最小传动比一般限制降速的最小传动比umin14，对升速的最大传动，对升速的最大传动 比比umax22.5。主传动系统各变速组的变速范围限制在。主传动系统各变速组的变速范围限制在r8 10之间。之间。 q 在变速级数在变速级数Z Z