第2章_机床主传动系设计

1、机械制造装备设计机械制造装备设计2. 1 主传动系统功用、组成及设计要求主传动系统功用、组成及设计要求2. 2 主传动系分类和传动方式主传动系分类和传动方式2. 3 有级变速主传动系的设计有级变速主传动系的设计2. 4 无级变速主传动系的设计无级变速主传动系的设计第二章第二章 机床主传动系设计机床主传动系设计2. 1 主传动系统功用、组成及设计要求主传动系统功用、组成及设计要求 （一）功用（一）功用 实现机床主运动，属于外联系传动链。实现机床主运动，属于外联系传动链。 1动力源动力源执行件（主轴、工作台）；执行件（主轴、工作台）； 2保证执行件具有一定的转速或速度和足够的转速范围；保证执行件具

2、有一定的转速或速度和足够的转速范围； 3实现主运动的开停、变速、换向和制动。实现主运动的开停、变速、换向和制动。（二）组成（二）组成定比传动机构定比传动机构 变速装置变速装置 主轴部件主轴部件 开停装置开停装置 制动装置制动装置 换向装置换向装置 操纵机构操纵机构 润滑和密封装置润滑和密封装置 箱体箱体 多速电动机变多速电动机变速速 、离合器变速、离合器变速齿轮变速机构齿轮变速机构液压无极变速液压无极变速机械无极变速机械无极变速滑移齿轮滑移齿轮交换齿轮交换齿轮 多速电动机变多速电动机变速速 、离合器变速、离合器变速齿轮变速机构齿轮变速机构动力源动力源（三）主传动系设计的基本要求（三）主传动系设

3、计的基本要求1使用性能要求使用性能要求2传递动力要求传递动力要求3工作性能要求工作性能要求4经济性的要求经济性的要求5调整维修方便；结构简单紧凑；便于加工和装配。调整维修方便；结构简单紧凑；便于加工和装配。2. 2 主传动系统的分类和传动方式主传动系统的分类和传动方式（一）主传动系分类：（一）主传动系分类：可按不同特征分类可按不同特征分类1按驱动主运动的电动机类型：按驱动主运动的电动机类型： 交流电动机、直流电动机；交流电动机、直流电动机；2按传动装置类型：按传动装置类型：机械传动装置、液压传动机械传动装置、液压传动 装置、电气传动装置及其组合；装置、电气传动装置及其组合；3按变速的连续性：按

4、变速的连续性： 无级变速传动、有级（无级变速传动、有级（分级分级）变速传动）变速传动（1）无级变速传动：）无级变速传动： 在一定速度在一定速度(或转速或转速)范围内能连续、任意改变范围内能连续、任意改变 速度速度 (或转速或转速)。 能获得最合适的切削速度能获得最合适的切削速度无速度损失；易于无速度损失；易于 实现自动化，生产率高；实现自动化，生产率高； 可在运转中变速，可在运转中变速，辅助时间；辅助时间； 操纵方便；操纵方便； 传动平稳。传动平稳。 实现无级变速的装置或机构实现无级变速的装置或机构 ：机械摩擦无级变速器：机械摩擦无级变速器：靠摩擦传递转矩，通过靠摩擦传递转矩，通过 摩擦传动副

5、工作半径的变化实现无级变速。摩擦传动副工作半径的变化实现无级变速。工作半径变化靠改工作半径变化靠改变摩擦锥的轴向位变摩擦锥的轴向位置实现。置实现。液压无级变速器液压无级变速器 通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中的通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中的液体量来实现无级变速。液体量来实现无级变速。 变速范围大，传动平稳，运动换向时冲击小，变速范围大，传动平稳，运动换向时冲击小，变速方便。变速方便。电气无级变速器电气无级变速器 采用直流或交流调速电动机来实现变速。主要采用直流或交流调速电动机来实现变速。主要用于用于数控机床、精密和大型机床数控机床、精密和大型机床。可以与机械。可以与机械分级变速

6、装置串联使用。分级变速装置串联使用。直流调速电动机直流调速电动机采用调压和调磁方式来得到采用调压和调磁方式来得到主轴所需要的转速：主轴所需要的转速： 恒功率调速段恒功率调速段额定转速到最高转速之间是用额定转速到最高转速之间是用调节磁场的方式实现调速；调节磁场的方式实现调速； 恒转矩调速段恒转矩调速段最低转速到额定转速之间是用最低转速到额定转速之间是用调节电枢电压的方式实现调速。调节电枢电压的方式实现调速。交流调速电动机交流调速电动机通常采用变频调速方式进行通常采用变频调速方式进行调速。调速性能好、效率高，调速范围宽，结构调速。调速性能好、效率高，调速范围宽，结构上无电刷和换向器。上无电刷和换向

7、器。（2）有级变速传动）有级变速传动-通用机床通用机床 在若干固定速度在若干固定速度(或转速或转速)级内不连续变速。级内不连续变速。 传递功率大；传递功率大； 变速范围大；变速范围大； 传动比准确，工作可靠；传动比准确，工作可靠； 有速度损失，传动平稳性有速度损失，传动平稳性。 实现有级变速的装置或机构实现有级变速的装置或机构滑移齿轮变速：多采用双联和三联滑移齿轮滑移齿轮变速：多采用双联和三联滑移齿轮 。 特点：特点：变速范围大，变速级数多；变速范围大，变速级数多；变速方便又节省时间；变速方便又节省时间；在较大的变速范围内可传递较大功率和转矩；在较大的变速范围内可传递较大功率和转矩；不工作的齿

8、轮不啮合，空载功率损失较小；不工作的齿轮不啮合，空载功率损失较小；变速结构较复杂；变速结构较复杂；采用直齿圆柱齿轮，承载能力、传动平稳性差；采用直齿圆柱齿轮，承载能力、传动平稳性差；不能在运转中变速。不能在运转中变速。交换齿轮变速交换齿轮变速结构简单，不用操纵机构；结构简单，不用操纵机构；轴向尺寸小，变速箱结构紧凑；轴向尺寸小，变速箱结构紧凑；主动、被动齿轮对调使用，齿轮数量少；主动、被动齿轮对调使用，齿轮数量少；更换齿轮费时费力；更换齿轮费时费力；装于悬臂轴端、箱体外，刚性差，润滑困难。装于悬臂轴端、箱体外，刚性差，润滑困难。多速电动机变速：多速电动机变速：双速或三速交流异步电动机实现变速。

9、双速或三速交流异步电动机实现变速。能在运转中变速；能在运转中变速；变速箱结构简单；变速箱结构简单；在高、低速时输出功率不同，按低速小功率选用在高、低速时输出功率不同，按低速小功率选用电动机，高速大功率不能完全发挥能力；电动机，高速大功率不能完全发挥能力；体积大，价格高。体积大，价格高。 离合器变速：离合器变速： 牙嵌式离合器或齿轮式离合器牙嵌式离合器或齿轮式离合器 变速机构为斜齿、人字型圆柱齿轮或重型机床的传变速机构为斜齿、人字型圆柱齿轮或重型机床的传动齿轮大而重用。动齿轮大而重用。 结构简单，轴向尺寸小；结构简单，轴向尺寸小； 不打滑，传动比准确；不打滑，传动比准确； 能传递较大转矩；能传递

10、较大转矩； 不能在运转中变速。不能在运转中变速。片式摩擦离合器：片式摩擦离合器：用于自动或半自动机床。用于自动或半自动机床。可实现运转中变速，接合平稳，冲击小；可实现运转中变速，接合平稳，冲击小；结构较复杂，摩擦片间有相对滑动，发热较大。结构较复杂，摩擦片间有相对滑动，发热较大。（二）主传动系的传动方式（二）主传动系的传动方式1集中传动方式集中传动方式 主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱主轴箱内。内。普通精度的通用机床普通精度的通用机床 结构紧凑，便于实现集中操作；结构紧凑，便于实现集中操作； 箱体数量少，安装、调整方便；箱体数量少，安装

11、、调整方便； 传动件的振动和发热直接影响主轴的工作精传动件的振动和发热直接影响主轴的工作精 度，度，加工质量。加工质量。l铣床主变速传动铣床主变速传动系统图系统图2分离传动方式分离传动方式 主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离 主轴的单独主轴的单独变速箱变速箱内，然后通过带传动传到内，然后通过带传动传到主轴主轴 箱箱的传动方式。的传动方式。中小型高速或精密机床中小型高速或精密机床 主轴的振动和热变形主轴的振动和热变形，机床工作精度高；，机床工作精度高； 主轴通过带传动直接得到高速，运转平稳；主轴通过带传动直接得到高速，运转平稳； 箱体数量多，加工

12、、装配工作量箱体数量多，加工、装配工作量，成本，成本； 带传动低速时，传递转矩小，易打滑；带传动低速时，传递转矩小，易打滑； 更换传动带麻烦。更换传动带麻烦。l分离传动主变速传动系统图分离传动主变速传动系统图 2. 3 有级（分级）变速主传动系统的设计有级（分级）变速主传动系统的设计 拟定结构式、转速图拟定结构式、转速图确定各传动副的传动比确定各传动副的传动比确定带轮直径、齿轮齿数确定带轮直径、齿轮齿数布置、排列齿轮布置、排列齿轮绘制传动系统图绘制传动系统图明确机床应满足的要求明确机床应满足的要求主传动系统结构设计主传动系统结构设计（一）拟定转速图和结构式（一）拟定转速图和结构式1转速图（三线

13、一点图）转速图（三线一点图）u概念：概念：表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。线图。传动轴数目及传动轴之间的传递关系；传动轴数目及传动轴之间的传递关系；主轴的各级转速值及其传动路线；主轴的各级转速值及其传动路线；各传动轴的转速分级和转速值；各传动轴的转速分级和转速值；各传动副的传动比。各传动副的传动比。u作用：作用： 分析和设计分级主传动系统的工具。分析和设计分级主传动系统的工具。卧式车床卧式车床 主传系统图主传系统图卧式车床转速图卧式车床转速图组成组成 “三线

14、一点图三线一点图” 传动轴格线、转速格线、传动线、转速点传动轴格线、转速格线、传动线、转速点 传动轴格线：传动轴格线： 间距相等的一组间距相等的一组竖直格线竖直格线，表示各传动轴，从，表示各传动轴，从 左左右分别用右分别用“电电”或或0、 、 表示，与传动系统图中各轴对应。表示，与传动系统图中各轴对应。 转速格线转速格线： 间距相等的间距相等的水平格线水平格线，表示转速相同的对数坐标。，表示转速相同的对数坐标。 由由 ， ， 任意两相邻转速的对数之差均为任意两相邻转速的对数之差均为 ，转速坐标，转速坐标 换成对数坐标换成对数坐标, 则各转速构成等差数列。则各转速构成等差数列。12nn23nn1

15、ZZnnlglglg1ZZnnlg转速点：转速点： 传动轴格线上的圆点（圆圈），表示该轴的转速。传动轴格线上的圆点（圆圈），表示该轴的转速。 -传动轴格线与转速格线的交点。传动轴格线与转速格线的交点。传动线：传动线： 传动轴格线间的转速点连线，表示两轴间一对传动传动轴格线间的转速点连线，表示两轴间一对传动 副的传动比。副的传动比。 传动线的高差表明传动比的数值。传动线的高差表明传动比的数值。 传动线的倾斜程度反映传动比的大小：传动线的倾斜程度反映传动比的大小： 水平传动线水平传动线等速传动等速传动，u=1； 向下方倾斜的传动线向下方倾斜的传动线降速传动降速传动，u1。 传动比数值用传动线的高差

16、来表示（从动转速点与传动比数值用传动线的高差来表示（从动转速点与 主动转速点相差格数）：主动转速点相差格数）： 01113636au141. 1142302au223141. 114824au 一个一个主主 动转速点引出的传动线数目表示该变速动转速点引出的传动线数目表示该变速 组不同传动比的传动副数。组不同传动比的传动副数。 两条传动轴格线间相互平行的传动线表示两条传动轴格线间相互平行的传动线表示同一同一 传动副传动副的传动比。的传动比。 2. 转速图原理转速图原理 基型变速系统（常规变速传动系统）：基型变速系统（常规变速传动系统）： 以单速电动机驱动，由若干个变速组串联起来的、以单速电动机驱

17、动，由若干个变速组串联起来的、 使主轴得到既不重复又排列均匀的等比数列的变速使主轴得到既不重复又排列均匀的等比数列的变速 系统。系统。 变速组的级比：变速组的级比： 变速组中相邻两传动比比值（大于变速组中相邻两传动比比值（大于1）；）； 级比指数：级比指数： 级比值的指数，即组内相邻两传动线拉开格数。级比值的指数，即组内相邻两传动线拉开格数。 如图所示：将传动系统中的三个变速组，按如图所示：将传动系统中的三个变速组，按 运动顺序分别称为变速组运动顺序分别称为变速组a、b、c： 基本组变速特性基本组变速特性 变速组变速组a：三个传动比是公比为：三个传动比是公比为 的等比数列，的等比数列，即：即：

18、 03113636ai141. 1142302ai221141. 114824ai41. 122321:11:1:1:aaaiii ： 使使轴得到三级转速（轴得到三级转速（355、500、710）均相差一格，）均相差一格， 在其它变速组不改变传动比的条件下，使主轴得到三级在其它变速组不改变传动比的条件下，使主轴得到三级 公比为公比为 的转速。的转速。 基本变速组基本变速组 实现等比转速数列的基本的、必不可缺的变速组。实现等比转速数列的基本的、必不可缺的变速组。 基本组的级比基本组的级比 ，级比指数，级比指数 基本变速组变速特性基本变速组变速特性： 级比级比=公比，级比指数公比，级比指数 基型变

19、速系统必有一个基本组基型变速系统必有一个基本组10X10X10X第一扩大组的变速特性第一扩大组的变速特性变速组变速组b ： 级比：级比： 级比指数：级比指数： 02114242bi331141. 116222bi3321:11:1:bbii31X 第一扩大组：第一扩大组： 在基本组基础上，该变速组起到第一次扩大变速在基本组基础上，该变速组起到第一次扩大变速作用。作用。第一扩大变速特性第一扩大变速特性： 级比指数等于基本组传动副级比指数等于基本组传动副 数数 ，相，相邻两条传动线邻两条传动线拉开的格数拉开的格数，等于基本组的，等于基本组的传动副数传动副数。01PX 第二扩大组的变速特性第二扩大组

20、的变速特性 变速组变速组c 级比级比 级比指数级比指数 2223060ci411417218ci62421:1:1:ccii62X第二扩大组：第二扩大组：使主轴得到使主轴得到12级转速，级转速， 起到第二次扩大变速的作用。起到第二次扩大变速的作用。第二扩大组变速特性第二扩大组变速特性： 级比指数级比指数X2等于基本组传动副数等于基本组传动副数第一扩大组传动副数第一扩大组传动副数 相邻相邻 两条传动线两条传动线拉开的格数拉开的格数等于基本组的等于基本组的传动副数和传动副数和 第一扩大传动副数乘积第一扩大传动副数乘积。 第三、第四扩第三、第四扩 依次类推得到：依次类推得到： 102PPX1210.

21、iiPPPPX 级比指数规律：级比指数规律：基型变速系统变速规律基型变速系统变速规律 基本组的级比指数基本组的级比指数 （且必须为（且必须为1）；）； 任一扩大组的级比指数任一扩大组的级比指数 ， ， 且且小结：小结： 机床传动系统通常由机床传动系统通常由n个变速组串联组成，其中以个变速组串联组成，其中以基本组为基础，然后通过第一、二、基本组为基础，然后通过第一、二、扩大组把各轴扩大组把各轴n级转速和变速范围逐步扩大，若各级相邻传动比遵守本级转速和变速范围逐步扩大，若各级相邻传动比遵守本节所述原则，则：主轴转速是连续不重复的等比数列节所述原则，则：主轴转速是连续不重复的等比数列这样的传动系统称

22、为常规传动系统。这样的传动系统称为常规传动系统。 10X1iX 2 , 1i1210.iiPPPPX3结构式结构式 用数学表达式表示传动系统的传动关系。用数学表达式表示传动系统的传动关系。 作用作用: 主轴转速级数；变速组数；各变速组的传主轴转速级数；变速组数；各变速组的传动副数；各变速组级比指数；传动顺序。动副数；各变速组级比指数；传动顺序。 一般表达式一般表达式:如：普通车床如：普通车床 icbaXiXcXbXaPPPPZ)()()()( 63122312Z结构式与转速图的区别：结构式与转速图的区别： 转速图表达变速特性更具体、完整，转转速图表达变速特性更具体、完整，转 速和传动比是速和传

23、动比是绝对值绝对值； 结构式表达变速特性较简单、直观，转结构式表达变速特性较简单、直观，转 速和传动比是速和传动比是相对数值相对数值；结构网图结构网图（二）变速组变速范围和极限传动比（二）变速组变速范围和极限传动比 1变速组的变速范围：变速组的变速范围： 变速组中最大传动比与最小传动比的比值，变速组中最大传动比与最小传动比的比值， 主轴的变速范围主轴的变速范围：各变速组变速范围的乘积，：各变速组变速范围的乘积， 主轴转速级数主轴转速级数：)1(.)1(minmax1min1maxminmax)1(10.jjiipppppXiiiiiiinininnr1.minmax210210jppppjnn

24、nrrrrRjppppZ 210图图3-13所示：所示： 63122312)1(23100041. 148243636PXaaiir10X30P)1(32111141. 162224242PXbbiir301 PX21P )1(62122241. 172183060PXcciir455 .31140041. 141. 141. 1minmax632210nnrrrrRjn6102PPX22P 2齿轮变速组传动比的变速范围限制齿轮变速组传动比的变速范围限制-极限传动比极限传动比 对传动比限制对传动比限制 降速传动：降速传动： 避免从动齿轮过大，增加箱体径向尺寸；避免从动齿轮过大，增加箱体径向尺寸

25、； 升速传动升速传动： 直齿轮直齿轮避免扩大传动误差，减少振动和噪声；避免扩大传动误差，减少振动和噪声； 斜齿轮斜齿轮避免扩大传动误差，减少振动和噪声。避免扩大传动误差，减少振动和噪声。41minu2maxu5 . 2maxu 对变速组变速范围限制对变速组变速范围限制 最后扩大组的变速范围最后扩大组的变速范围 jr10825. 05 . 22minmax)1()1(1210 iirjjjjppppppXj（三）主变速传动系设计的一般原则（三）主变速传动系设计的一般原则 减小传动件结构尺寸减小传动件结构尺寸 主传动系属于恒功率传动。主传动系属于恒功率传动。 传递功率一定时，传递功率一定时，传动件

26、转速传动件转速 ，传递转矩，传递转矩，结构件结构件尺寸尺寸。)(95509550mNnPnPTcEc1确定传动顺序及传动副数的原则确定传动顺序及传动副数的原则变速组变速组传动副传动副“前多后少前多后少”主变速系统从电机主变速系统从电机主轴总趋势为主轴总趋势为降速传动降速传动，传，传动链前面的转速较高，当传递功率一定时，动链前面的转速较高，当传递功率一定时，传动件转传动件转速速 ，传递转矩，传递转矩，结构件尺寸。结构件尺寸。jcbapppp 2传动顺序与扩大顺序相一致原则传动顺序与扩大顺序相一致原则 变速组传动线变速组传动线“前紧后松前紧后松”或或“前密后疏前密后疏” 传动顺序依次为基本组、第一

27、扩大组、第二传动顺序依次为基本组、第一扩大组、第二 扩大组、扩大组、，中间轴转速。中间轴转速。 例如例如: 图（图（a） 图（图（b） 传递同转矩，（传递同转矩，（b）结构尺寸大。）结构尺寸大。jXXXX 2106312231261222312 二种二种12级转速的转速图级转速的转速图3变速组的降速要变速组的降速要“前缓后急前缓后急”的原则的原则 保证中间轴有适当高的转速，当传递功率一保证中间轴有适当高的转速，当传递功率一定，定， T，传动件的尺寸；传动件的尺寸； 中间轴最高转速中间轴最高转速电机转速，电机转速，振动、发热、噪声。振动、发热、噪声。 minminmincbauuu4极限传动比、

28、极限变速范围原则极限传动比、极限变速范围原则 41minu2maxu5 . 2maxu10825. 05 . 22minmax)1()1(1210 uurjjjjppppppXj（四）结构式与转速图拟定（四）结构式与转速图拟定1结构式拟定结构式拟定（1）确定变速组的个数和传动副数）确定变速组的个数和传动副数 可采用可采用双联、三联双联、三联、或四联滑移齿轮变速组。、或四联滑移齿轮变速组。（2）确定传动顺序方案：）确定传动顺序方案：各变速组在传动链中先后顺序。各变速组在传动链中先后顺序。 一般根据一般根据传动副传动副“前多后少前多后少”原则原则; 结构或使用上特殊要求可采用其它传动顺序方案。结构

29、或使用上特殊要求可采用其它传动顺序方案。（3）确定扩大顺序方案：）确定扩大顺序方案： 各变速组的级比指数由小到大的排列顺序各变速组的级比指数由小到大的排列顺序前前缓后急。缓后急。 一般根据变速组的一般根据变速组的“扩大顺序与传动顺序相一致扩大顺序与传动顺序相一致” 原则；原则； 采用其它扩大顺序方案，应进行分析比较。采用其它扩大顺序方案，应进行分析比较。（4）检验最后扩大组的变速范围）检验最后扩大组的变速范围（5）写出结构式）写出结构式108)1()1(210 jjjpppppXjr 2转速图拟定转速图拟定确定确定V带传动带传动 轴转速不能过低（结构尺寸）；轴转速不能过低（结构尺寸）； 轴转速

30、不能过高（振动、噪声）。轴转速不能过高（振动、噪声）。画转速图格线画转速图格线 传动轴格线、转速格线、转速点。传动轴格线、转速格线、转速点。分配传动比分配传动比 第三变速组第三变速组第二变速组第二变速组第一变速组第一变速组画全传动线。画全传动线。 多次修改多次修改例：例：X62W铣床主传动系统设计：主轴转速范围：铣床主传动系统设计：主轴转速范围：301500r/min，Z=18，=1.26，n电电=1450r/min。（五）主变速传动系统的几种特殊设计（五）主变速传动系统的几种特殊设计l多速电动机传动多速电动机传动l交换齿轮传动交换齿轮传动l公用齿轮传动公用齿轮传动u 采用多速异步电动机和齿轮

31、变速组联合使用，采用多速异步电动机和齿轮变速组联合使用，可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适用于半自动、自动机床及普通机床。中变速，适用于半自动、自动机床及普通机床。 常采用：常采用：1采用多速电动机的变速传动系统采用多速电动机的变速传动系统 双速或三速交流异步电动机变速：双速或三速交流异步电动机变速：同步转速为同步转速为750/1500r/min、1500/3000r/min、750/1500/3000r/min：同步转速之比：同步转速之比2；同步转速为同步转速为1000/1500r/min、750/1000/1500r/min：同步

32、转速之比为：同步转速之比为1.5，主，主轴转速不能得到标准公比的等比数列。轴转速不能得到标准公比的等比数列。 “电变速组电变速组” 多速电动机的变速，相当于两对或三对多速电动机的变速，相当于两对或三对传动副传动副 总是放在齿轮变速组传动系统前面。总是放在齿轮变速组传动系统前面。32或EP（1）扩大顺序）扩大顺序 (以双速电动机为例以双速电动机为例)同步转速之比为同步转速之比为2（变速范围（变速范围2）：）： 根据根据 确定它的扩大顺序：确定它的扩大顺序： 第一扩大组第一扩大组 2Ex241. 126. 112. 106. 1EX41. 1241. 1Ex2EX21EXX210 Xp 结论结论:

33、“电变速组电变速组”为第一扩大组时，基本组的传动副是为第一扩大组时，基本组的传动副是既定的（既定的（P0=2或或3）。）。310 XP26. 1226. 1Ex31EXX222Ex3EX1EX10EXX20P（2）传动顺序：）传动顺序： “电变速组电变速组”为第一变速组，通常扩大顺为第一变速组，通常扩大顺 序与传动顺序不一致，不符合传动线序与传动顺序不一致，不符合传动线“前紧后松前紧后松”原则。原则。 多刀半自动车床的传动系统和转速图多刀半自动车床的传动系统和转速图 采用双速电动机和滑移齿轮组合变速采用双速电动机和滑移齿轮组合变速 结构式：结构式： “电变速组电变速组”为第一扩大组，为第一扩大

34、组， 41. 121EXX210 Xp21Epp4122228（3）Z与与XE的关系的关系 多速电动机与变速箱串联使用时，多速电动机与变速箱串联使用时， PE多速电动机转速级数；多速电动机转速级数； Z主轴转速级数；主轴转速级数； Z1齿轮齿轮变速箱的转速级数。变速箱的转速级数。1ZpZE “电变速组电变速组”为扩大组，级比指数等于一个变速组的为扩大组，级比指数等于一个变速组的传动副数或若干个传动副数的乘积传动副数或若干个传动副数的乘积 当当 、 Z 设定，为使主轴转速得到标准公比的等比设定，为使主轴转速得到标准公比的等比 数列，则多速电动机的转速级数并非任意选定。数列，则多速电动机的转速级数

35、并非任意选定。EKXZ 1EEKpxZ1ZpZE 应用举例：应用举例： 已知主轴转速级数已知主轴转速级数 Z=12， ，采用，采用 多速电动机（同步转速之比为多速电动机（同步转速之比为2）。试拟定结构式？）。试拟定结构式？ 解：解： 确定电变速组的级比指数确定电变速组的级比指数XE ： 确定多速电动机的转速级数确定多速电动机的转速级数PE ： 若若K=3， PE =2；若；若K=2， PE =3 拟定结构式：拟定结构式： 双速电动机：双速电动机： 三速电动机：三速电动机：4123221241. 1241. 1Ex2EX212EEKPXZ142232126122231216222312检验最后扩

36、大组的变速范围检验最后扩大组的变速范围r2 ： 双速电动机：双速电动机： 三速电动机：三速电动机： 故允许选用三速电动机，根据故允许选用三速电动机，根据“前紧后松前紧后松”原则，原则，结构式应为结构式应为81641. 1)13(4)1(222pXr841. 1)12(6)1(222pXr612223122采用交换齿轮的变速传动系统采用交换齿轮的变速传动系统 具有交换齿轮的变速传动系统对于大批量生产的具有交换齿轮的变速传动系统对于大批量生产的专用机床（自动、半自动专用机床，齿轮加工机床），专用机床（自动、半自动专用机床，齿轮加工机床），加工中加工中一般不变速或仅在小范围内变速一般不变速或仅在小范

37、围内变速，为减化结构，为减化结构，采用交换齿轮变速。采用交换齿轮变速。 为了减少交换齿轮的数量，相啮合的两齿轮可互为了减少交换齿轮的数量，相啮合的两齿轮可互换位置安装，换位置安装，即互为主、被动齿轮即互为主、被动齿轮。l图：图： 液压多刀半自动车床主变速传动系液压多刀半自动车床主变速传动系l轴间采用了交换齿轮，轴间采用了交换齿轮，轴间采用双轴间采用双联滑移齿轮。一对交换齿轮互换位置安装，在联滑移齿轮。一对交换齿轮互换位置安装，在轴上轴上可得到两级转速，在转速图上对称分布。可得到两级转速，在转速图上对称分布。l主传动系统的交换齿轮，通常安装在轴心距固定主传动系统的交换齿轮，通常安装在轴心距固定的

38、两的两 根传动轴的根传动轴的轴端轴端。l优点优点：可用少量齿轮，得到多级转速，不需操作：可用少量齿轮，得到多级转速，不需操作机构，变速箱结构大大简化。机构，变速箱结构大大简化。l 缺点缺点：更换齿轮费时费力，装在箱外密封、润滑：更换齿轮费时费力，装在箱外密封、润滑困难；装在箱内，更换麻烦。困难；装在箱内，更换麻烦。 （1）传动线对称分布：）传动线对称分布： 主动齿轮与被动齿轮倒换位置主动齿轮与被动齿轮倒换位置得到两得到两种不同的传种不同的传 动比，且互为倒数关系，在转速动比，且互为倒数关系，在转速图上传动线是对称布的。图上传动线是对称布的。（2）传动顺序与扩大顺序（一般为扩大组）传动顺序与扩大

39、顺序（一般为扩大组） 单独采用交换齿轮变速单独采用交换齿轮变速 用于每批工件加工前的用于每批工件加工前的 变速调整；变速调整； 与其它变速方式组合使用（滑移齿轮、多速电机）与其它变速方式组合使用（滑移齿轮、多速电机） 交换齿轮可为基本组或扩大组；与滑移齿轮组合，交换齿轮可为基本组或扩大组；与滑移齿轮组合，通常放在传动链的前面，即通常放在传动链的前面，即: 传动顺序多为第一变速组。传动顺序多为第一变速组。滑移齿轮用于加工中滑移齿轮用于加工中 变速调整。变速调整。 CA7620型液压多刀半自动车床主传动系统：型液压多刀半自动车床主传动系统： 采用了交换齿轮采用了交换齿轮 结构式为结构式为 双联滑移

40、齿轮变速组为基本组，用于加工中变速调整；双联滑移齿轮变速组为基本组，用于加工中变速调整； 交换齿轮变速组为扩大组，用于每批工件加工前的变速调整。交换齿轮变速组为扩大组，用于每批工件加工前的变速调整。)46:29(29:4612224CA7620型液压多刀半自动车床主传动系型液压多刀半自动车床主传动系3 3采用公用齿轮的变速传动系统采用公用齿轮的变速传动系统 在传动系统中的某个齿轮，既是前一变速组的被动齿在传动系统中的某个齿轮，既是前一变速组的被动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮。轮，又是后一变速组的主动齿轮。 公用齿轮公用齿轮同时可与前后传动轴上的两个齿轮相啮合同时可与前后传动轴上的两个齿轮相啮

41、合 的齿轮。的齿轮。 单公用或双公用齿轮单公用或双公用齿轮 特点：特点：齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸。齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸。 四级双公用齿轮四级双公用齿轮注：注：用公用齿轮，两变速用公用齿轮，两变速组齿轮模数相等。为改善组齿轮模数相等。为改善受力，用变速组内较大的受力，用变速组内较大的齿轮作公用齿轮，（弯曲齿轮作公用齿轮，（弯曲应为对称循环、弯曲疲劳应为对称循环、弯曲疲劳许用应力比非公用齿轮低，许用应力比非公用齿轮低，减少循环次数）减少循环次数） 例：例：Z2=23，Z5=35为公用齿轮为公用齿轮 注意：注意： 降速传动降速传动： 前一个变速组为扩大组，后一个变速组作为基本组；

42、前一个变速组为扩大组，后一个变速组作为基本组； 升速传动升速传动： 前一个变速组为基本组，后一个变速组为扩大组；前一个变速组为基本组，后一个变速组为扩大组； 变速组的模数必须相等；变速组的模数必须相等； 选用变速组内较大的齿轮作为公用齿轮选用变速组内较大的齿轮作为公用齿轮。 （六）扩大变速范围的传动系统（六）扩大变速范围的传动系统111210zPPPPPnjjR)1()1(1210jjjjPxPPPPPiR由于极限传动比的限制由于极限传动比的限制 Rj8（10）=1.416=1.269变速范围变速范围 ,当当1ZnR4541. 15026. 1 1218 41. 126. 1112118nRZ

43、则l 上述的变速范围常不能满足通用机上述的变速范围常不能满足通用机床的要求，一些通用性较高的车床和镗床床的要求，一些通用性较高的车床和镗床的变速范围在的变速范围在140200，甚至超过，甚至超过200。l 采取措施：采取措施：l 增加变速组增加变速组l 采用背轮机构采用背轮机构l 采用双公比传动采用双公比传动l 采用分支传动采用分支传动l 1、增加变速组、增加变速组l 在原有的变速传动系内再增加一个在原有的变速传动系内再增加一个变速组，是扩大变速范围最简便的方法；变速组，是扩大变速范围最简便的方法；l 由于受变速组极限传动比的限制，由于受变速组极限传动比的限制，增加的变速组的级比指数往往不得不

44、小于增加的变速组的级比指数往往不得不小于理论值，并导致部分转速的重复；理论值，并导致部分转速的重复；扩大主轴变速范围扩大主轴变速范围 通过增加变速组实现通过增加变速组实现 如如 可增加一个变速组作为最后扩大组，进一步扩大主轴的变速可增加一个变速组作为最后扩大组，进一步扩大主轴的变速 范围，增加主轴转速级数，范围，增加主轴转速级数，如如 超出极限值，无法实现。超出极限值，无法实现。 若新增扩大组的变速范围限制在极限值内：级比指数为若新增扩大组的变速范围限制在极限值内：级比指数为6 变速范围变速范围R3=1.416=1.41（12-6）=7.861。对降速传动，取倒数查对降速传动，取倒数查表，查出

45、的为主动齿轮的齿数表，查出的为主动齿轮的齿数Z主主。 例：例：P80 图图3-13b 变速组变速组a 有三个传动副：降速传动有三个传动副：降速传动 ua1=36/36=1 ua2=30/42=1.41-1=1/1.41 i1 ua3=24/48=1.41-2=1/2 取其倒数（降速传动），取其倒数（降速传动），按按i=1，1.41，2，在合适的齿数和在合适的齿数和SZ范围内查表范围内查表3-6得得 ia1=1 Sz=60，62，64，66，68，70，72，74， ia2=1.41 Sz=60，63，65，67，68，70，72，73，75， ia3=2 Sz=60，63，66，69，72，7

46、5， 如变速组内所有齿轮的如变速组内所有齿轮的m（模数）相同，模数）相同，且为标准齿轮，则三对转动副的齿数和且为标准齿轮，则三对转动副的齿数和Sz相相等等,（齿轮中心距（齿轮中心距= （z1+z2）= mSz）符符合上述条件的有合上述条件的有Sz=60或或 Sz=72。 取取Sz=72，从表中查出主动齿轮齿数分从表中查出主动齿轮齿数分别为别为36，30，24。被动齿轮齿数为。被动齿轮齿数为36，42，48。2m21 传动比为传动比为: ia1=36/36=1， ia2=30/42=1/1.41， ia3=24/48=1.41-2=1/2。 注：注： 确定轮齿数时，选取合理的齿数和确定轮齿数时，

47、选取合理的齿数和Sz是是关键。关键。 齿轮的中心距取决于传递的扭矩。一般讲，齿轮的中心距取决于传递的扭矩。一般讲，主变速传动系统是降速传动，越后面的变速主变速传动系统是降速传动，越后面的变速组扭矩越大，因此中心距越大。为简化工艺，组扭矩越大，因此中心距越大。为简化工艺，各变速组齿轮模数最好一样，最多不超过各变速组齿轮模数最好一样，最多不超过23种模数，且后面的齿数和种模数，且后面的齿数和Sz选大值。选大值。 齿数和的确定有时需经多次反复。齿数和的确定有时需经多次反复。初选齿数和，确定主被动齿轮齿数，计初选齿数和，确定主被动齿轮齿数，计算齿轮模数。算齿轮模数。 m过大，应使过大，应使SZ增加，中

48、心距增加；反之减少增加，中心距增加；反之减少SZ。m应参考同类机床。应参考同类机床。 m过小，齿轮经不起冲击，易磨损过小，齿轮经不起冲击，易磨损 m过大，过大，SZ减少，会导致最小齿数减少，会导致最小齿数Zmin17产产生根切，无法装配生根切，无法装配 齿轮的齿根到孔壁或键槽底部的最小壁厚齿轮的齿根到孔壁或键槽底部的最小壁厚a2m(即即:a大于大于2倍模数倍模数) 图图3-21 齿数过少，影响传动平稳性，一般齿数过少，影响传动平稳性，一般Zmin1820（1）找出各齿轮副的传动比值）找出各齿轮副的传动比值i。 变速组变速组a：（2）确定最小齿轮齿数）确定最小齿轮齿数 及最小齿数和及最小齿数和

49、该变速组内的最小齿轮必在该变速组内的最小齿轮必在 一行一行minz136361ai41. 141. 1142302uia241. 11482423uiaminS23iia20minz41. 141. 1122uia11ai74727068666462601zS7573727068676563602zS241. 11323uia81787572696663603zS（3）找出可能采用的齿数和找出可能采用的齿数和S诸数值诸数值满足该变速组三个传动比要求的齿轮齿数满足该变速组三个传动比要求的齿轮齿数（4）确定合理的齿数和）确定合理的齿数和 可选用结构允许较小的齿数和可选用结构允许较小的齿数和反复多次

50、。反复多次。 初选齿数和初选齿数和确定主、被动齿轮齿数确定主、被动齿轮齿数计算齿轮模数计算齿轮模数模数过模数过大，增加齿数和大，增加齿数和模数过小，减少齿数和；模数过小，减少齿数和；或按传递扭矩，初选中心距或按传递扭矩，初选中心距 设定齿轮模数设定齿轮模数计算齿轮和。计算齿轮和。7260zSzS（5）确定各齿轮副的齿数）确定各齿轮副的齿数 60zS30301au35252au40203au72zS36361au42302au48243au变速组内齿轮模数不同变速组内齿轮模数不同设一个变速组内有两对齿轮副设一个变速组内有两对齿轮副 齿数和齿数和 对于标准齿轮，则对于标准齿轮，则 设设 无公因数整

51、数，无公因数整数，K整数。整数。11zz1m22zz2m1zS2zS1212212211eemmSSSmSmzzzz试算确定12211221KeSKeSKeSeSzzzz1e2e2三联滑移齿轮的齿数关系三联滑移齿轮的齿数关系 变速组采用三联滑移齿轮时变速组采用三联滑移齿轮时检查相邻齿轮的齿数关系，检查相邻齿轮的齿数关系， 保证左右移动时能顺利通过，齿轮外圆不相碰。保证左右移动时能顺利通过，齿轮外圆不相碰。 若若 ，标准齿轮，模数相同时，则，标准齿轮，模数相同时，则 三联滑移齿轮的最大齿轮齿数三联滑移齿轮的最大齿轮齿数Z3与次大齿轮齿数与次大齿轮齿数Z2的齿数的齿数差应大于（或等于）差应大于（或

52、等于）4。123ZZZ)2(21)2(2123zmzma)(2133zzma423 zz（八）主传动系统的计算转速（八）主传动系统的计算转速 1机床的功率转矩特性：机床的功率转矩特性： 恒功率工作范围恒功率工作范围： 间所有转速都能传递全部功率。间所有转速都能传递全部功率。 扭矩扭矩T则随转速的增加而减小（则随转速的增加而减小（n，T） 。 恒扭矩工作范围恒扭矩工作范围：各级转速所能传递的扭：各级转速所能传递的扭 矩与主轴计算转速矩与主轴计算转速 时的扭矩相等。时的扭矩相等。 功率随转速的降低而减小（功率随转速的降低而减小（n，T）。）。jnnminmaxnnjjn机床主轴的功率和转矩特性机床

53、主轴的功率和转矩特性 对专用机床：对专用机床： 工艺条件固定，各传动件所传递的功率、转速、转矩一定；工艺条件固定，各传动件所传递的功率、转速、转矩一定；对通用机床：对通用机床：使用条件复杂，转速范围较大，各传动件使用条件复杂，转速范围较大，各传动件所传递的功率、转速、转矩是变化的。所传递的功率、转速、转矩是变化的。若将传动件的传递转矩定的偏小或过大（不可靠、不经济若将传动件的传递转矩定的偏小或过大（不可靠、不经济 的），的），这一类机床只是以某一转速开始，才有可能用到电这一类机床只是以某一转速开始，才有可能用到电动机的全部功率。动机的全部功率。 计算转速计算转速：主轴或各传动件传递全部功率的最

54、低转速。：主轴或各传动件传递全部功率的最低转速。 2主轴计算转速主轴计算转速 确定确定 ：主轴传递全部功率时最低转速（电动机满载）。：主轴传递全部功率时最低转速（电动机满载）。（1）专用机床：）专用机床： 主轴计算转速是按特定工艺中所需要的主轴转速来确定。主轴计算转速是按特定工艺中所需要的主轴转速来确定。（2）通用机床及专门化机床：）通用机床及专门化机床： 不同机床的主轴计算转速不同不同机床的主轴计算转速不同调查测定统计调查测定统计得出。得出。jnjn中型通用机床和用途较广的半自动机床中型通用机床和用途较广的半自动机床 等公比等公比 混合公比或无级变速混合公比或无级变速 立式钻床、摇臂钻床、滚

55、齿机立式钻床、摇臂钻床、滚齿机等公比等公比 混合公比或无级变速混合公比或无级变速 13minZjnn3 . 0min3 . 0minmaxmin)(njRnnnnn14minZjnn25. 0min25. 0minmaxmin)(nnjRnnnn大型机床大型机床 等公比等公比 混合公比或无级变速混合公比或无级变速高精度和精密机床高精度和精密机床 等公比等公比 混合公比或无级变速混合公比或无级变速5 . 2minZjnn3minZjnn35. 0minnjRnn 4 . 0minnjRnn 落地式镗铣床（落地式镗铣床（ ）、主轴箱可移动的落）、主轴箱可移动的落 地式镗铣床（地式镗铣床（ ） 等公

56、比等公比 混合公比或无级变速混合公比或无级变速26016030012514minZjnn25. 0min25. 0minmaxmin)(nnjRnnnn3其它传动件计算转速确定其它传动件计算转速确定 传动件的计算转速传动件的计算转速 齿轮、传动轴及其它传动件传递全部齿轮、传动轴及其它传动件传递全部 功率的最低转速。功率的最低转速。依据依据 主轴的计算转速、转速图。主轴的计算转速、转速图。顺序顺序 （由后向前）（由后向前）各传动轴计算转速各传动轴计算转速各齿轮各齿轮 的计算转速（变速组小齿轮的计算转速）。的计算转速（变速组小齿轮的计算转速）。步骤步骤 该传动件共有几级实际工作转速；该传动件共有几

57、级实际工作转速；查找能够传递全部功率的各级转速；查找能够传递全部功率的各级转速；能够传递全部功率的最低转速能够传递全部功率的最低转速传动件计算转速。传动件计算转速。jn示例示例车床的转速图，车床的转速图，结构式结构式 631223123060主轴的计算转速：主轴的计算转速： 取主轴第一个（低的）三分之一转速范围内最高一级转取主轴第一个（低的）三分之一转速范围内最高一级转 速速 ，或，或 在转速图用在转速图用黑点黑点表示。表示。4nnj4131213minmin9041. 15 .31nrnnZj传动轴的计算转速：传动轴的计算转速： 轴：轴：6级实际工作转速（级实际工作转速（125710r/mi

58、n）；）； 主轴主轴 （a）经）经 （b）经）经 min71012530601413rzzmin90rnj)7101050093558(250718061255nnnnnnmin71035572181211rzz7101050093558nnn能传递全部功率的最低转速为能传递全部功率的最低转速为 ， 同样方法：同样方法：5nmin1255rnnIIImin71010rnnImin3558rnnII齿轮的计算转速：各变速组内小齿轮的计算转速。齿轮的计算转速：各变速组内小齿轮的计算转速。 轴间变速组轴间变速组c的齿轮：变速组的齿轮：变速组c的小齿轮的小齿轮 125710r/min : n5、n6、

59、n7、n8、n9、n10 ；经经 传动，主轴得到传动，主轴得到31.5180r/min:n1、n2、n3、n4、n5、n6对应对应 ： n8、n9、n10 ； 1831z721818)3(1z min355831rnnz间变速组间变速组b的齿轮：变速组的齿轮：变速组b的小齿轮的小齿轮355710r/min ， n8、n9、n10 ；经经 传动，传动，轴得到轴得到125250r/min三级转速，三级转速， n5、n6、n7（能传递全部功率）（能传递全部功率） 对应对应 ： n8、n9、n10 ； 2221z6222 2221z min355821rnnz（九）主传动系统的结构设计（九）主传动系统

60、的结构设计1变速箱内各传动轴的空间布置变速箱内各传动轴的空间布置 原则原则：满足机床总体布局对：满足机床总体布局对变速箱的形状和尺寸变速箱的形状和尺寸的限制；的限制；考虑各轴受力情况、装配调整和操纵维修的方便。考虑各轴受力情况、装配调整和操纵维修的方便。（1）主轴位置的确定）主轴位置的确定- 总体方案设计时给出总体方案设计时给出 受机床主参数和主要性能所限定。受机床主参数和主要性能所限定。 卧式车床卧式车床车床中心高（主轴到床身导轨面间距离）；车床中心高（主轴到床身导轨面间距离）； 立式钻床、摇臂钻床、龙门铣床及卧式铣镗床立式钻床、摇臂钻床、龙门铣床及卧式铣镗床 主轴到导轨面距离主轴到导轨面距