金属切削机床第7章主传动设计

1、第七章第七章 主传动设计主传动设计 第一节 机床主要参数的确定一、尺寸参数的确定 尺寸参数主要是确定影响机床加工性能机的一些尺寸。其中包括机床的尺寸参数主要是确定影响机床加工性能机的一些尺寸。其中包括机床的主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。 机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机床以什么尺寸作机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定。为主参数已有统一的规定。 如卧式车床是床身上工件的最大回转直径，有的机床，一个主参数还不如卧式车床是床身上工件的最大回转直径，有的机床，一个主参数还不足以确定机床的规格

2、，还需第二主参数加以补充。如车床的第二主参数是最足以确定机床的规格，还需第二主参数加以补充。如车床的第二主参数是最大工件长度。大工件长度。 当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后，就基本上确定了该当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后，就基本上确定了该机床所能加工或安装的最大工件的尺寸。机床所能加工或安装的最大工件的尺寸。 机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。二、运动参数的确定 运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。 1.主运动参数的确定 主运动为回转运动的机床

3、，主运动参数是主轴转速，它与切削速度的关主运动为回转运动的机床，主运动参数是主轴转速，它与切削速度的关系是系是 1000vndr/min式中式中 n- - 转速转速(r/min) v-切削速度切削速度(m/min) d- - 工件（或刀具）直径工件（或刀具）直径(mm) 主运动是直线运动的机床，主运动参数是刀具的每分钟双行程数（次主运动是直线运动的机床，主运动参数是刀具的每分钟双行程数（次/分）。分）。 通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需要变速。因此需确通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需要变速。因此需确定它的变速范围，即最低与最高转速。定它的变速范围，即最低与最高转

4、速。 1) 1) 主轴最高和最低转速的确定主轴最高和最低转速的确定 根据公式有：根据公式有： nmax和和nmin的比值是变速范围的比值是变速范围Rn:maxminmin1000dvnminmaxmax1000dvnminmaxnnRn 应当指出，通用机床的应当指出，通用机床的 和和 并不是机床上可能加工的最大和最小直并不是机床上可能加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不是理论上的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不是理论上的最大和最小直径）。对于通用机床，一般取：径）。对于通用机床，一般取： 最大加工直径最大加工直径dmax =( 0.5-0.

5、6)D 最小加工直径最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax 2) 2) 主轴转速数列主轴转速数列 目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速确定后，还需确目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速确定后，还需确定中间转速。定中间转速。 如某机床的分级变速机构共有如某机床的分级变速机构共有 级，其中级，其中 ， ， 级转速级转速分别为：分别为： ， ， ， ， ， 。如果加工某一工件所如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为需要的最有利的切削速度为 ,则相应的转速位则相应的转速位 。通常，分级变速机构不能。通常，分级变速机构不能恰好得到这个转速，而是恰好得到这个转速，而

6、是 处于某两极转速处于某两极转速 与与 之间：之间： 如果采用较高的转速如果采用较高的转速 ，必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。，必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速 为宜。这时转速的损失为为宜。这时转速的损失为Z1minnnmaxznn1n2n3njn1jnznZvnmaxdmindmaxdk DminmaxdddRnjn1jnnjn1jn1jnjnnjn - - ，相对转速损失率为：，相对转速损失率为： jnnAn最大的相对转速损失率是当所需的转速最大的相对转速损失率是当所需的转速 趋近于趋近于 时，也就

7、是：时，也就是： n1jn11max11lim1jjjjjnnjjnnnnnAnnn 在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了在其他条件（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，如果认为每个转速的使用机会都相等，那么生产率的损失。对于普通机床，如果认为每个转速的使用机会都相等，那么应使应使 为一定值，即：为一定值，即： = =constconst 或 =const=const= 从这里可以看出，任意两极转速之间的关系应为：从这里可以看出，任意两极转速之间的关系应为：即机床的转速应该按等比数列即机床的转速应该按等比数列( (几何级数几何

8、级数) )分级。其公比为分级。其公比为 ，各级转速应为，各级转速应为 maxAmax11jjnAn 1jjnn11jjnn1minnn21nn2321nnn 最大相对转速损失率为：最大相对转速损失率为：变速范围为：变速范围为： 等比数列同样适用于直线往复主运动等比数列同样适用于直线往复主运动( (刨床、插床刨床、插床) )的往复次数数列、的往复次数数列、进给数列以及尺寸和功率参数系列。进给数列以及尺寸和功率参数系列。 111maxzzznnnnmax111100%100%A11max1min1zznnnRnn 3) 3) 公比的标准值和标准转速数列公比的标准值和标准转速数列 机床转速是从小到大

9、递增的，因此机床转速是从小到大递增的，因此 。为使最大相对转速损失率不超。为使最大相对转速损失率不超过过50%50%，即，即 ，则，则 。 由此得出：由此得出： 为便于设计和使用机床，规定了七个标准公比为便于设计和使用机床，规定了七个标准公比, ,，分别为：，分别为：1.061.06，1.121.12，1.261.26，1.411.41，1.581.58，1.781.78，2 2。 当采用标准公比后，转速数列可从表当采用标准公比后，转速数列可从表7.17.1中直接查出。表中给出了以中直接查出。表中给出了以1.061.06为为公比的从公比的从1 11000010000的数值。其中的数值。其中1.

10、12=1.061.12=1.062 2 ，1.26=1.061.26=1.064 4 ，1.41=1.061.41=1.066 6 ，1.58=1.061.58=1.068 8 ，1.78=1.061.78=1.061010 ，2=1.062=1.061212 。 例如，设计一台例如，设计一台2424级转速的卧式车床，其中级转速的卧式车床，其中 =12.5 =12.5 ， =1.26 =1.26 。查表。查表7 71 1，首先找到最低转速，首先找到最低转速12.512.5，然后，因为，然后，因为1.26=1.061.26=1.064 4，每隔，每隔3 3个数取一个值，个数取一个值，可得下列数列

11、：可得下列数列：12.512.5、1616、2020、2525、31.531.5、4040、5050、6363、8080、100100、125125、160160、200200、250250、315315、400400、500500、630630、800800、10001000、12501250、16001600、20002000、25002500等等2424级。级。11100%50%212minn 表表7.1 7.1 标准数列表标准数列表 4) 4) 选用标准公比的一般原则和经验数据选用标准公比的一般原则和经验数据 （1 1）对于通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取）对于

12、通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取=1.26=1.26或或1.411.41。 （2 2）对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些。因）对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些。因这些机床的生产率较高，转速损失的影响较显著。一般取这些机床的生产率较高，转速损失的影响较显著。一般取=1.12=1.12或或1.261.26。 （3 3）对于大型机床，公比应取小一些。因在大型机床上的切削加工时间较长，）对于大型机床，公比应取小一些。因在大型机床上的切削加工时间较长，转速损失的影响较显著。一般取转速损失的影响较显著。一般取=1.26=1.26或或1.

13、121.12及及1.061.06。 （4 4）对于非自动化小型机床，公比应取大一些。因在这些机床上，辅助时间）对于非自动化小型机床，公比应取大一些。因在这些机床上，辅助时间较多，而切削加工时间所占的比例不大，转速损失的影响不很显著。一般取较多，而切削加工时间所占的比例不大，转速损失的影响不很显著。一般取=1.58=1.58、1.781.78或或2 2。2.进给运动参数的确定 进给传动链为外联系传动链时，为使相对损失为一定值，则进给量的数列也进给传动链为外联系传动链时，为使相对损失为一定值，则进给量的数列也应取等比数列。对于往复主运动机床，如刨床、插床，进给运动是间歇的，为应取等比数列。对于往复

14、主运动机床，如刨床、插床，进给运动是间歇的，为使进给机构简单，采用了棘轮机构，进给量由每次往复转过的齿数而定，是等使进给机构简单，采用了棘轮机构，进给量由每次往复转过的齿数而定，是等差数列。对于大批、大量生产用的自动和半自动车床，常用交换齿轮来调整进差数列。对于大批、大量生产用的自动和半自动车床，常用交换齿轮来调整进给量，这时可以不按一定的规则，用交换齿轮选择最有利的进给量。卧式车床给量，这时可以不按一定的规则，用交换齿轮选择最有利的进给量。卧式车床因为要车螺纹，进给分级就应根据螺纹标准而定，它不是一个等比数列，而是因为要车螺纹，进给分级就应根据螺纹标准而定，它不是一个等比数列，而是一个分段的

15、等差数列。一个分段的等差数列。 三、动力参数确定 动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、伺服电动机动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、伺服电动机或步进电动机的额定转矩等。或步进电动机的额定转矩等。 各传动件的参数各传动件的参数( (轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数等轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数等) )都是根据动力都是根据动力参数设计计算的。如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重，浪费材料和参数设计计算的。如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重，浪费材料和电力；如果定得过小，又将影响机床的性能。动力参数可以通过调查研究、电力；如果定得过小，又将影响机床的性能。动

16、力参数可以通过调查研究、试验和计算方法进行确定。试验和计算方法进行确定。 1. 主传动功率的确定 在主传动的结构方案尚未确定之前，可用式在主传动的结构方案尚未确定之前，可用式 进行估算。进行估算。 式中：式中： 主传动电机功率（主传动电机功率（ ）；）； 消耗于切削的功率（消耗于切削的功率（ ）；）； 主传动链的总效率。主传动链的总效率。 对于通用机床一般可取对于通用机床一般可取 =0.75=0.750.850.85。机构简单和主轴转速较低时取。机构简单和主轴转速较低时取大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。 当主传动的结构方案确定后，可用式当主传动的

17、结构方案确定后，可用式 进行估算：进行估算：式中：式中： 消耗于空转的功率损失（消耗于空转的功率损失（ ）；）； 主传动链的总机械效率。主传动链的总机械效率。 式中：式中： 、 为主传动链中各传动副的机械效率。为主传动链中各传动副的机械效率。 PP切主总P主P切总kwkw总PPP切主空机kwP空机123. 机12 机床的空转功率损失只随主轴和其它各轴转速的变化而变化。中型机床机床的空转功率损失只随主轴和其它各轴转速的变化而变化。中型机床主传动链的空转功率损失可用下列的实验公式进行估算：主传动链的空转功率损失可用下列的实验公式进行估算：63.510aikPdncd n空主主式中：式中： 主传动链

18、中除主轴外所有传动轴的轴颈的平均直径。如果主传动链主传动链中除主轴外所有传动轴的轴颈的平均直径。如果主传动链的结构尺寸尚未确定，初步可按电动机功率的结构尺寸尚未确定，初步可按电动机功率P P取：取： 当当 1.51.5 2.82.8（kwkw） =30 (mm)=30 (mm) 2.5 2.5 7.57.5（kwkw） =35 (mm)=35 (mm) 7.5 7.5 14 14 （kwkw） =40 (mm)=40 (mm) 主轴前后轴颈的平均值主轴前后轴颈的平均值( (mm)mm)； 当主轴转速为当主轴转速为 时，传动链内除主轴外各传动轴的转速之和。如传时，传动链内除主轴外各传动轴的转速之

19、和。如传动链内有不传递载荷而也随之作空运转的轴时，这些轴的转速也应计入；动链内有不传递载荷而也随之作空运转的轴时，这些轴的转速也应计入； -主轴转速（主轴转速（rpmrpm），通常，计算的是最大空转功率，则），通常，计算的是最大空转功率，则 为主轴最为主轴最高转速；高转速； c c系数。两支承的滚动轴承或滑动轴承，系数。两支承的滚动轴承或滑动轴承，c=8.5c=8.5；三支承滚动轴承；三支承滚动轴承=10=10； k k润滑油粘度影响的修正系数。用润滑油粘度影响的修正系数。用N46N46号机油时，号机油时，k=1k=1；用；用N32N32号机油号机油时，时，k=0.9k=0.9；用；用N15N

20、15号机油时，号机油时，k=0.75k=0.75； adPPPadadadd主inn主n主n主2. 进给传动功率的确定 在进给传动和主传动共用一个电机的通用机床上，如普通车床和钻床，由在进给传动和主传动共用一个电机的通用机床上，如普通车床和钻床，由于进给传动所消耗的功率与主传动相比是很小的，因此可以忽略进给所需的功于进给传动所消耗的功率与主传动相比是很小的，因此可以忽略进给所需的功率。在进给传动与空行程传动共用一个电机的机床上，也不必单独考虑进给所率。在进给传动与空行程传动共用一个电机的机床上，也不必单独考虑进给所需的功率。需的功率。 对于进给传动采用单独电动机驱动的机床，需要确定进给传动所需

21、的功率。对于进给传动采用单独电动机驱动的机床，需要确定进给传动所需的功率。 进给功率可根据进给牵引力进给功率可根据进给牵引力 (N),(N),进给速度进给速度 (m/min)(m/min)和机械效率和机械效率 决定决定: :3. 空行程功率的确定 空行程功率的确定应参考同类型机床，辅之以计算，最好再经实验验证。空行程功率的确定应参考同类型机床，辅之以计算，最好再经实验验证。空行程电动机的功率（空行程电动机的功率（kwkw）为：）为：式中：式中：p p1 1克服惯性需要的功率克服惯性需要的功率 p p2 2-克服重量和摩擦力需要的功率克服重量和摩擦力需要的功率QFsvsQ60000sssF vP

22、12PPP空第二节 主传动方案选择 机床的主传动用来实现机床主运动的，它对机床的使用性能、结构和制造机床的主传动用来实现机床主运动的，它对机床的使用性能、结构和制造成本都有明显的影响。成本都有明显的影响。 一、主传动布局选择 主传动的布局形式取决于机床的用途、类型和尺寸等因素。主传动的布局形式取决于机床的用途、类型和尺寸等因素。 1. 集中传动式 优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，箱体数少。优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，箱体数少。 缺点是：传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴的工作精度缺点是：传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴的工作精度。 适用于主运动为旋转运动的普通精度的中

23、、大型机床。适用于主运动为旋转运动的普通精度的中、大型机床。 2. 分离传动式 优点是：变速箱所产生的振动和热量不传给或少传给主轴，从而减少了优点是：变速箱所产生的振动和热量不传给或少传给主轴，从而减少了主轴的振动和热变形；高速时不用齿轮传动，而由皮带直接传动主轴，运转平主轴的振动和热变形；高速时不用齿轮传动，而由皮带直接传动主轴，运转平稳，加工光洁度高，适应精密加工的要求；当采用背轮机构时，高速传动链短，稳，加工光洁度高，适应精密加工的要求；当采用背轮机构时，高速传动链短，传动效率较高，转动惯量小，便于启动和制动；低速时经背轮机构传动，扭矩传动效率较高，转动惯量小，便于启动和制动；低速时经背

24、轮机构传动，扭矩大，适应粗加工的要求。大，适应粗加工的要求。 缺点是：有两个箱体，箱体加工成本较高；低速时皮带负荷大，皮带根缺点是：有两个箱体，箱体加工成本较高；低速时皮带负荷大，皮带根数多，容易打滑；当皮带安装在主轴中段时，调整、检修都不方便。数多，容易打滑；当皮带安装在主轴中段时，调整、检修都不方便。 适用于中、小型高速精密机床。适用于中、小型高速精密机床。二、变速方式选择 1. 交换齿轮变速机构 这种变速机构的构造简单，结构紧凑，主要用于大批大量生产中的自动这种变速机构的构造简单，结构紧凑，主要用于大批大量生产中的自动或半自动机床、专用机床及组合机床等上。或半自动机床、专用机床及组合机床

25、等上。 2. 滑移齿轮变速机构 优点是：变速范围优点是：变速范围大，变速级数也较多；变速方便又节省时间；在较大大，变速级数也较多；变速方便又节省时间；在较大的变速范围内可传递较大的功率和扭矩；不工作的齿轮不啮合，因而空载功的变速范围内可传递较大的功率和扭矩；不工作的齿轮不啮合，因而空载功率损失较小等。率损失较小等。 缺点是：变速箱的构造复杂，不能在运转中变速，为使滑移齿轮容易进缺点是：变速箱的构造复杂，不能在运转中变速，为使滑移齿轮容易进入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，传动平稳性不如斜齿轮传动等。入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，传动平稳性不如斜齿轮传动等。 应用于通用机床广泛应用于通用机床和一部分

26、专用机床中。应用于通用机床广泛应用于通用机床和一部分专用机床中。3. 离合器变速机构 在离合器变速机构中，应用较多的牙嵌式离合器、齿轮式离合器以及摩在离合器变速机构中，应用较多的牙嵌式离合器、齿轮式离合器以及摩擦片式离合器。擦片式离合器。 当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮时，不便用滑移齿轮变速，则需用当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮时，不便用滑移齿轮变速，则需用牙嵌式或齿轮式离合器变速。牙嵌式或齿轮式离合器变速。 优点是：轴向尺寸小；可传递较大的扭矩；传动比准确；变速时齿轮不优点是：轴向尺寸小；可传递较大的扭矩；传动比准确；变速时齿轮不移动，故可采用斜齿或人字齿传动，使传动平稳；变速时；移动离

27、合器比移移动，故可采用斜齿或人字齿传动，使传动平稳；变速时；移动离合器比移动滑移齿轮轻便，操纵省力。动滑移齿轮轻便，操纵省力。 缺点是：不能在运转中变速；各对齿轮经常处于啮合状态，磨损较大，缺点是：不能在运转中变速；各对齿轮经常处于啮合状态，磨损较大，传动效率低。传动效率低。 摩擦离合器多用于自动或半自动机床中，这类机床往往须在运转过程中摩擦离合器多用于自动或半自动机床中，这类机床往往须在运转过程中变换主轴转速，而机床主轴转速又较高，故宜采用摩擦离合器变速机构、多变换主轴转速，而机床主轴转速又较高，故宜采用摩擦离合器变速机构、多速电动机或无级变速器等。速电动机或无级变速器等。 在设计时，对于安

28、排离合器的位置应注意以下几个方面。在设计时，对于安排离合器的位置应注意以下几个方面。 1 1）尽量减小离合器的尺寸。）尽量减小离合器的尺寸。 2 2）避免出现超速现象。）避免出现超速现象。 3 3）要考虑到结构上的因素。）要考虑到结构上的因素。 4 4）各种变速机构的组合。）各种变速机构的组合。 摩擦离合器变速机构摩擦离合器变速机构 三、开停方式选择 开停装置用来控制主运动执行件的启动与停止。开停装置用来控制主运动执行件的启动与停止。 1. 直接开停电动机 优点是：操作方便，可简化机床的机械结构，得到广泛应用。优点是：操作方便，可简化机床的机械结构，得到广泛应用。 缺点是：电动机功率大、开停频

29、繁的情况下，将导致电动机发热、烧坏，缺点是：电动机功率大、开停频繁的情况下，将导致电动机发热、烧坏，甚至因启动电流大而影响车间电网正常供电甚至因启动电流大而影响车间电网正常供电。 2. 采用离合器开停 在不停止电动机运转的情况下，可用离合器实现主运动执行件的启动或在不停止电动机运转的情况下，可用离合器实现主运动执行件的启动或停止。停止。 1 1）锥式、片式摩擦离合器：可用于高速运转的离合，离合过程比较平稳，）锥式、片式摩擦离合器：可用于高速运转的离合，离合过程比较平稳，并能兼起过载保护作用；但结构较复杂，因尺寸关系，传递扭矩不宜过大。并能兼起过载保护作用；但结构较复杂，因尺寸关系，传递扭矩不宜

30、过大。 2 2）滑移齿轮、齿轮式离合器及牙嵌式离合器：可用于低速运转的离合，）滑移齿轮、齿轮式离合器及牙嵌式离合器：可用于低速运转的离合，结构简单，尺寸较小，能够传递大扭矩；但在离合过程中，齿（牙）端有冲结构简单，尺寸较小，能够传递大扭矩；但在离合过程中，齿（牙）端有冲击和磨损，有些立式多轴半自动车床的主轴就采用这种开停方式。击和磨损，有些立式多轴半自动车床的主轴就采用这种开停方式。 离合器在传动链中的位置是很重要的，若将离合器放置在转速较高的传离合器在传动链中的位置是很重要的，若将离合器放置在转速较高的传动轴上，则传递扭矩较小，结构紧凑；将它放置在传动链中前端，即靠近动动轴上，则传递扭矩较小

31、，结构紧凑；将它放置在传动链中前端，即靠近动力源的传动轴上，停车后可使传动链的大部分运动件停止不动，能够减少空力源的传动轴上，停车后可使传动链的大部分运动件停止不动，能够减少空载功率损失。因此，除了结构上特殊需要外，这种开停装置一般宜放置在传载功率损失。因此，除了结构上特殊需要外，这种开停装置一般宜放置在传动链前端转速较高的轴上。动链前端转速较高的轴上。 四、制动方式选择 某些机床在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，要求某些机床在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，要求机床的主运动执行件尽快地停止运动。机床的主运动执行件尽快地停止运动。 1. 电动机制动 制动时，

32、电动机的转矩方向与电动机的实际旋转方向相反，使其减速而迅制动时，电动机的转矩方向与电动机的实际旋转方向相反，使其减速而迅速停转。一般可采用反接制动、能耗制动及再声制动等，常见的是反接制动，速停转。一般可采用反接制动、能耗制动及再声制动等，常见的是反接制动，制动时间短，操纵方便、结构简单。用于直接开停电动机，制动频率低电机功制动时间短，操纵方便、结构简单。用于直接开停电动机，制动频率低电机功率不大的机床。率不大的机床。 2. 机械制动 1 1）闸带式制动器）闸带式制动器 结构简单，轴向尺寸小，操纵方便，但制动时闸轮受到较大的单侧压力，结构简单，轴向尺寸小，操纵方便，但制动时闸轮受到较大的单侧压力

33、，对所在传动轴有不良影响，故用于中小型机床。设计闸带制动装置时，应注意对所在传动轴有不良影响，故用于中小型机床。设计闸带制动装置时，应注意分析闸轮的转动方向及闸带的受力状态，操纵杠杆应作用于闸带的松边，使操分析闸轮的转动方向及闸带的受力状态，操纵杠杆应作用于闸带的松边，使操纵力小且制动平稳。纵力小且制动平稳。 2 2）闸瓦式制动器）闸瓦式制动器 单块闸瓦式制动器的结构较简单，操纵较方便，制动时间短，但制动时单块闸瓦式制动器的结构较简单，操纵较方便，制动时间短，但制动时闸轮也受到较大的单侧压力，单块闸瓦式制动器可采用机械、液压或电磁等闸轮也受到较大的单侧压力，单块闸瓦式制动器可采用机械、液压或电

34、磁等方式操纵。为了不使单块闸瓦式制动器单侧压力过大，可采用双块闸瓦式制方式操纵。为了不使单块闸瓦式制动器单侧压力过大，可采用双块闸瓦式制动器，作用于闸轮的对称位置，使侧压力平衡，但结构尺寸较大，一般放在动器，作用于闸轮的对称位置，使侧压力平衡，但结构尺寸较大，一般放在变速箱的外面。变速箱的外面。 3 3）片式制动器）片式制动器 片式制动器与片式摩擦离合器相似，两者不同点是：后者是将停止的被片式制动器与片式摩擦离合器相似，两者不同点是：后者是将停止的被动件与正在运转的运动件相结合；前者则是将惯性运转的运动件与静止不动动件与正在运转的运动件相结合；前者则是将惯性运转的运动件与静止不动的固定件相结合

35、。片式制动器在制动时，没有单侧压力，但结构较复杂，轴的固定件相结合。片式制动器在制动时，没有单侧压力，但结构较复杂，轴向尺寸较大，且产生较大的轴向力。向尺寸较大，且产生较大的轴向力。 4 4）制动器的位置）制动器的位置 要求：放在高速轴上，制动力矩较小，结构紧凑，制动平稳，制动要求：放在高速轴上，制动力矩较小，结构紧凑，制动平稳，制动 器与开停装置中必须有连锁关系。器与开停装置中必须有连锁关系。 分为两种：电机停止和电机不停制动。分为两种：电机停止和电机不停制动。 不停电机时，必须放在切开动源以后的主动链的传动件上不停电机时，必须放在切开动源以后的主动链的传动件上 电机停止制动，可装在任意位置

36、上。电机停止制动，可装在任意位置上。 五、换向方式选择 多数机床的主运动执行件（如主轴、工作台）需要有正反两个方向的运动。多数机床的主运动执行件（如主轴、工作台）需要有正反两个方向的运动。主运动执行件的换向，除了某些直线运动机床是由传动机构本身实现外，多数主运动执行件的换向，除了某些直线运动机床是由传动机构本身实现外，多数机床须设置专门的换向装置。机床须设置专门的换向装置。 机床上常用的换向装置有下列几种机床上常用的换向装置有下列几种： 1. 电动机换向 变换电动机的转向，使主运动执行件的运动方向改变，这种换向方式可简化机床变换电动机的转向，使主运动执行件的运动方向改变，这种换向方式可简化机床

37、的机的机械结构、操作简单省力且容易实现自动化，在可能的条件下应采用这种方式。械结构、操作简单省力且容易实现自动化，在可能的条件下应采用这种方式。 2. 机械换向 目前，在主传动系统中主要采用圆柱齿轮目前，在主传动系统中主要采用圆柱齿轮- -多片摩擦离合器式换向机构，多片摩擦离合器式换向机构，它可以在高速运转中平稳地换向，但结构较复杂。它可以在高速运转中平稳地换向，但结构较复杂。 换向装置在传动链中的位置是很重要的，一般遵循下列原则：换向装置在传动链中的位置是很重要的，一般遵循下列原则： 1 1）为了提高正向传动的效率，减少其功率损失，换向机构的中间齿轮放）为了提高正向传动的效率，减少其功率损失

38、，换向机构的中间齿轮放在反向传动中。在反向传动中。 2 2）换向时先使运动减速或制动，在接通另一方向的运动，可减少换向的）换向时先使运动减速或制动，在接通另一方向的运动，可减少换向的能量损失，以为大多数机床所采用。能量损失，以为大多数机床所采用。 3 3）换向机构的安放位置，一般对于传动减少，惯性小的传动链，换向机）换向机构的安放位置，一般对于传动减少，惯性小的传动链，换向机构宜放在前面；对于平稳性要求较高、能量损失要晓得，宜放在后面。构宜放在前面；对于平稳性要求较高、能量损失要晓得，宜放在后面。 第三节 主传动运动设计 一、转速图、结构网与结构式分析 1.转速图 以表格和连线的方式绘制而成的

39、。以表格和连线的方式绘制而成的。 表达主轴每一级转速是通过哪些传动表达主轴每一级转速是通过哪些传动副得到的，这些传动副之间的关系如何，各传动轴的转速等。副得到的，这些传动副之间的关系如何，各传动轴的转速等。 1.1.用途：用途：. .用转速图对现有的机床传动链进行分析和比较。用转速图对现有的机床传动链进行分析和比较。 . .设计新的机床的传动链。设计新的机床的传动链。 2.2.绘制方法绘制方法: : (1).(1).距离相等的一组竖线代表各轴。轴号按顺序用大写距离相等的一组竖线代表各轴。轴号按顺序用大写 罗马数字写在上面。竖线间的距离不代表中心距罗马数字写在上面。竖线间的距离不代表中心距。 (

40、2).(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, ,采用对数坐标。采用对数坐标。 (3).(3).竖线与水平线的交点竖线与水平线的交点( (圆圈圆圈),),表示传动轴上实际具有表示传动轴上实际具有 的转速。的转速。 (4).(4).各轴之间的连线的倾斜方式代表传动副的传动比。各轴之间的连线的倾斜方式代表传动副的传动比。 (5).(5).a、b、c表示传动组表示传动组 设有一中型车床，传动系统图如图示。主轴转速共设有一中型车床，传动系统图如图示。主轴转速共1212级：级：31.531.5，4545，6363，9090，125125，180180，250250，35

41、5355，500500，710710，10001000，1400r1400rminmin。公比。公比=1=14141。电动机转速为电动机转速为1440r1440rminmin。传动系统内共五根轴：传动系统内共五根轴：电动机轴和轴电动机轴和轴至至。其中轴其中轴为主轴。为主轴。轴轴之间为传动组之间为传动组a a，-和和之间之间分别为传动组分别为传动组b b和和c c。 分析转速图表示分析转速图表示分析转速图可知：分析转速图可知： (1).主轴各级转速的传动路线主轴各级转速的传动路线 在图上就是从电动机起，通过哪些在图上就是从电动机起，通过哪些连线传到主轴的。连线传到主轴的。 (2).在主轴得到连续

42、的等比数列条件下，所需的传动组数和每个传在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的传动组数和每个传动组中的传动副数。动组中的传动副数。 (3).传动组的级比指数，传动组的级比指数， 即主动轴上同一点，传往被动轴相邻两连即主动轴上同一点，传往被动轴相邻两连线代表传动组内相邻两个传动比，它们与被动轴交点之间相距的格数，线代表传动组内相邻两个传动比，它们与被动轴交点之间相距的格数，代表相邻两传动比之比值代表相邻两传动比之比值 的指数的指数x，称为级比指数。，称为级比指数。 (4).基本组和扩大组，要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一基本组和扩大组，要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个传动比的级比指

43、数为个传动比的级比指数为1，这个传动组称为，这个传动组称为基本组基本组。指级比大于。指级比大于的称的称为为扩大组扩大组，按变速范围大小顺序排列为一扩组，二扩组。，按变速范围大小顺序排列为一扩组，二扩组。 (5).各传动组的变速范围，变速组中最大与最小传动比的比值。各传动组的变速范围，变速组中最大与最小传动比的比值。 2.结构网和结构式 结构网：用对称的形式，将传动比的相对关系画成线图。结构网：用对称的形式，将传动比的相对关系画成线图。 作作 用：运动设计时，对各种不同的传动方案进行分析比较，以确用：运动设计时，对各种不同的传动方案进行分析比较，以确 定合理的传动方案。定合理的传动方案。 注注

44、意：结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转意：结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转 速的绝对值。速的绝对值。 把结构网写成结构式；把结构网写成结构式；1212级为例级为例 12=312=31 1 2 23 32 26 6 从结构网和结构式中说明下列问题：从结构网和结构式中说明下列问题： 1 1）传动链的组成和传动顺序）传动链的组成和传动顺序 12=3 12=3 2 2 2 2 2 2）各传动组的级比指数，即下标为）各传动组的级比指数，即下标为1 1、3 3、6 6 3 3）扩大顺序：基本组、一扩组、二扩组。从级比指数看）扩大顺序：基本组、一扩组、二扩组。从级比指数看 出。

45、出。 4 4）各变速范围）各变速范围1212级传动系统的结构网级传动系统的结构网 3.主传动链转速图的拟订 以以1212级主轴变速为例。级主轴变速为例。 1 1）传动组和传动副数的确定）传动组和传动副数的确定 传动组和传动副数可能的方案有：传动组和传动副数可能的方案有： a:12=4 3 12=3 4 b:12=3 2 2 12=2 3 2 12=2 2 3 通过分析取通过分析取12=3 2 2的方案为好。的方案为好。 这就是这就是“前多后少前多后少”的原则。的原则。 2 2）. . 基本组和扩大组的排列顺序基本组和扩大组的排列顺序 在在12=3 2 2中，因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不

46、同的中，因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案，一般采取基本组在前，一扩组，二扩组方案，一般采取基本组在前，一扩组，二扩组的顺序的顺序 。 基本组和扩大组的关系：基本组和扩大组的关系：X为级比指数，为级比指数，P为传动付数为传动付数 则：基本组中则：基本组中 X0=1 一扩组中一扩组中 X1=X0P0=P0 二扩组中二扩组中 X2=X1P1=X0P0P1=P0P1 三扩组中三扩组中 X3= X2P2= X1P1P2 =P0P1P2 即：级比指数等于前面各传动付数的乘积。即：级比指数等于前面各传动付数的乘积。 这就是这就是“前密后疏前密后疏”的原则。的原则。 3 3）. .传动组的变速范围

47、和传动时的极限传动比传动组的变速范围和传动时的极限传动比 同一变速中变速范围是变速组中最大与最小传动比的比值同一变速中变速范围是变速组中最大与最小传动比的比值 即：即：R=R=(P(P1)X 1)X 系统最后一根轴的变速范围等于各变速范围的乘积。系统最后一根轴的变速范围等于各变速范围的乘积。 (1).(1).在主运动传动时在主运动传动时, ,为防止被动齿轮直径过大为防止被动齿轮直径过大, ,影响机构的径向影响机构的径向 尺寸。降速时尺寸。降速时 UminUmin 1/4 1/4 升速时为传动平稳，减少噪声升速时为传动平稳，减少噪声Umax2Umax2 斜齿传动斜齿传动Umax2.5Umax2.

48、5 1/4U2-2.5 1/4U2-2.5 最大传动组的变速范围：最大传动组的变速范围：RmaxRmax= Umax/ UminUmax/ Umin=8-10=8-10 (2). (2).进给运动传动时进给运动传动时, ,由于传动功率小由于传动功率小, ,转速低转速低, ,尺寸较小尺寸较小, ,可以放宽可以放宽限制限制 1/5U2.8 1/5U2.8 RmaxRmax= Umax/ UminUmax/ Umin=14 =14 一般检查传动组的变速范围时，一般检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组就可以了。只检查最后一个扩大组就可以了。 4 4）. .分配传动比的原则分配传动比的原则 (1

49、)(1)各传动副的传动比应尽可能不超出极限传动比各传动副的传动比应尽可能不超出极限传动比UminUmin和和UmaxUmax. (2)(2) 各中间传动轴的最低转速适当高些。各中间传动轴的最低转速适当高些。 即：即： Uamin UbminUcminUamin UbminUcmin 这就是这就是“前缓后急前缓后急”的原则。的原则。 5 5）. .传动比的选取传动比的选取 尽量选取传动比是标准公比的正次方幂，即尽量选取传动比是标准公比的正次方幂，即 U=U=E E ， E E为正数，为正数，此时中间转速可直接从转速图中读出。此时中间转速可直接从转速图中读出。 4.设计步骤 设计的已知条件为机床的

50、类型，极限转速，设计的目的，拟订传动设计的已知条件为机床的类型，极限转速，设计的目的，拟订传动系统图。系统图。 （1）选定公比）选定公比，计算转速级数，计算转速级数Z，并选择各级转速，并选择各级转速 （2）根据）根据“前多后少前多后少”，“前密后疏前密后疏”的原则拟订结构式的原则拟订结构式 （3）根据）根据“前缓后急前缓后急”的原则拟订转速图。的原则拟订转速图。 （4）确定带轮直径和齿轮齿数。）确定带轮直径和齿轮齿数。 （5）拟订传动系统图。）拟订传动系统图。二、齿轮齿数的确定 1.原则 a a 、一对齿轮副的齿数和、一对齿轮副的齿数和Sz100Sz100120120。若过大会加大两轴向的中心

51、。若过大会加大两轴向的中心距，使机床结构庞大，并产生噪音。距，使机床结构庞大，并产生噪音。 b b、最小齿轮的齿数要尽可能小，在不产生根切情况下，一般取最小、最小齿轮的齿数要尽可能小，在不产生根切情况下，一般取最小齿数齿数Zmin18-20Zmin18-20。为保证齿轮的强度，键槽到齿根圆的壁厚。为保证齿轮的强度，键槽到齿根圆的壁厚a2ma2m。 c c、两轴最小中心距应取得适当，若、两轴最小中心距应取得适当，若SzSz太小，则中心距过小，将导致太小，则中心距过小，将导致两轴上的轴承及其它结构之间的距离过近或相碰。两轴上的轴承及其它结构之间的距离过近或相碰。 d d、同一变速组内齿轮的摸数要尽

52、量相同，因为可以简化设计和制造，、同一变速组内齿轮的摸数要尽量相同，因为可以简化设计和制造，同一组内的齿轮副的受力和速度差异不大。同一组内的齿轮副的受力和速度差异不大。 e e、实际传动比与转速图传动比可以有误差一般不超过、实际传动比与转速图传动比可以有误差一般不超过1010（-1-1）% %。 f f、三联齿轮相临齿轮的齿数差必须大于、三联齿轮相临齿轮的齿数差必须大于4 4。避免齿顶相碰。避免齿顶相碰。 g g、联，联，联滑移齿轮必须有安放拨叉的位置，结构上有整体和组联滑移齿轮必须有安放拨叉的位置，结构上有整体和组装式。装式。 2.同一变速组内模数相同时，齿轮齿数的确定 1 1、计算法、计算

53、法 2 2、查表法：条件：传动比采用标准公比整数次方时应用。、查表法：条件：传动比采用标准公比整数次方时应用。P136P136页。页。 3.同一变速组内模数不同时，齿轮齿数的确定 在同一变速组内，由于传递的扭矩差别很大时，为了合理利用金属在同一变速组内，由于传递的扭矩差别很大时，为了合理利用金属 材料，可以采用不同模数，但只能有两种模数材料，可以采用不同模数，但只能有两种模数m m，根据两轴中心距，根据两轴中心距A A相等。相等。 A=mA=m1 1(Z(Z1 1+Z+Z1 1)/2=m)/2=m2 2(Z(Z2 2+Z+Z2 2)/2)/2 m m1 1s s1 1=m=m2 2s s2 2

54、 s s1 1/s/s2 2=m=m2 2/m/m1 1=e=e1 1/e/e2 2=k=k e e1 1,e,e2 2 -无公因数的整数。无公因数的整数。 则则 s s1 1=ke=ke2 2 s s2 2=ke=ke1 1 k k 为整数。为整数。 4.联滑移齿轮的齿数 齿轮采用标准齿轮，必须保证：齿轮采用标准齿轮，必须保证： 1/2 m(Z1/2 m(Z2 2+2)+1/2 m(Z+2)+1/2 m(Z3 3+2)A+2)A 因为：因为： A=1/2 m(ZA=1/2 m(Z3 3+Z+Z3 3) 代入上式得代入上式得: Z: Z2 2+Z+Z3 3+4Z+444 即三联滑移齿轮中，最大

55、和次大齿轮之间齿数差应大于即三联滑移齿轮中，最大和次大齿轮之间齿数差应大于4 4三、齿轮的布置 滑移齿轮在轴上的布置 a、变速组中的滑移齿轮最好布置在主动轴上，一般主动为高速，可以、变速组中的滑移齿轮最好布置在主动轴上，一般主动为高速，可以 减小齿轮的尺寸，重量，操纵有力。若结构上有要求，有时须放在减小齿轮的尺寸，重量，操纵有力。若结构上有要求，有时须放在 被动轴上。被动轴上。 b、为便于操纵，可以将相临的两个变速组的滑移齿轮放在一个轴上。、为便于操纵，可以将相临的两个变速组的滑移齿轮放在一个轴上。 c、在一变速组中，必须当一对、在一变速组中，必须当一对 齿轮完全脱开啮合时，另一齿轮完全脱开啮

56、合时，另一 对齿轮才能进入啮合，即两对齿轮才能进入啮合，即两 固定齿轮的间距大于移动齿轮固定齿轮的间距大于移动齿轮 的宽度的宽度=（12）mmLL+Z 2.一个变速组内齿轮轴向位置的排列 要求：尽量缩短轴向尺寸。要求：尽量缩短轴向尺寸。 多联齿轮滑块分为宽式和窄式两种。多联齿轮滑块分为宽式和窄式两种。 窄式：轴向尺寸小，多为应用。窄式：轴向尺寸小，多为应用。 宽式：根据结构要求进行应用。宽式：根据结构要求进行应用。 宽式齿轮使轴向长度大，传动宽式齿轮使轴向长度大，传动轴的长度大，相同载荷下轴径大轴的长度大，相同载荷下轴径大, , 三三联齿轮的排列；要求相邻的齿轮差大于联齿轮的排列；要求相邻的齿

57、轮差大于4 4。 若相邻齿数差小于若相邻齿数差小于4 4，则用宽齿轮方案。，则用宽齿轮方案。 为了缩短轴向尺寸，可将三联、四联齿轮折组进行排列。为了缩短轴向尺寸，可将三联、四联齿轮折组进行排列。 3.两变速组内齿轮轴向位置的排列 两个变速组内的齿轮进行排列方式：总长度为两变速组长度之和。两个变速组内的齿轮进行排列方式：总长度为两变速组长度之和。 4、缩小径向尺寸 不但要缩小轴向尺寸，还要缩小径向尺寸，但他们之间要相互考不但要缩小轴向尺寸，还要缩小径向尺寸，但他们之间要相互考 虑，使结构尺寸最小。虑，使结构尺寸最小。 （1 1） 缩小轴间距离；在强度条件允许的情况下，尽量采用较小的缩小轴间距离；在强度条件允许的情况下，尽量采用较小的 齿数和，降速齿数和，降速u1/4.u1/4. （2 2）采用轴线相互重合。如采用轴线相互重合。如CA6140CA6140型主轴箱的背轮机构。型主轴箱的背轮机构。 （3 3）合理安排变速箱内各轴位置，在不发生干涉的条件下，尽可合理安排变速箱内各轴位置，在不发生干涉的条件下，尽可 能安排的紧凑些。能安排的紧凑些。 5、滑移齿轮的结构形式 1 1）整体式：一般为宽型多联齿轮。整体式：一般为宽型多联齿轮。 装配式：多用于窄式多联齿轮；加工后装配在