装备课程设计课件

变速系统运动设计要点：

一个规律—级比规律。两个限制—齿轮传动比限制齿轮变速组的变速范围限制

三项原则—传动副要“前多后少”，传动线要“前紧后松”，降速要“前慢后快”。四项注意—传动链要短，转速和要小，齿轮线速度要低，空转件要少。传动副数=每个转速点的传动线数=传动比数（六）结构式和结构网拟订

设车床的已知主轴转速n=35.5～1600r/min，级数Z=12，公比=1.41；采用集中传动式布局、直齿滑移齿轮变速，采用电动机开停、换向及制动方式。（1）确定变速组的个数和传动副数。可用3个变速组：一个三联和两个双联滑移齿轮变速组(12=31×23×26)。当较小时，还可采用两个变速组，即四联和三联滑移齿轮变速组，但需注意采用四联滑移齿轮的可能性以及要有相应的结构措施。例如某卧式车床nmin=25r/min，Z=12，=1.41，则相应转速数列可由25查起，按相隔6级取值，即25，35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120。（2）确定传动顺序方案。变速组的传动顺序:是指各变速组在传动链中由先到后的排列顺序。12=6×2，12=2×6，

12=4×3，12=3×4，12=3×2×2，12=2×3×2，12=2×2×3

由于机床的传动系统通常是采用双联或三联滑移齿轮进行变速，所以每个变速组的传动副数最好取为p=2或3。这样可使传动副数量最少。

若变速组的传动副数p=6时，不仅变速箱的轴向尺寸增加，而且使操纵机构较为复杂。如果采用p=2或3时，达到同样的变速级数，变速组的数量相应增加，这样，可利用变速组的传动副兼起降速作用，以减少专门用于降速的定比传动副。如无特殊要求，根据传动副“前多后少”的原则，应优先选用12=4×3和12=3×2×2两个方案。因结构或使用上的特殊要求，采用其他传动顺序方案时，应进行分析比较。（3）确定扩大顺序方案。

变速组的扩大顺序是指各变速组的级比指数由小到大的排列顺序。如无特殊要求，根据传动线“前紧后松”的原则，应使变速组的扩大顺序与传动顺序一致，故可选用12=41×34和12=31×23×26。采用其他扩大顺序方案时，应进行分析比较。综上所述，拟订结构式时，要“前多后少”地安排变速组的传动顺序；要“前紧后松”地安排其扩大顺序，使扩大顺序与传动顺序一致，这在一般情况下可得到最佳结构式方案。（4）检验最后扩大组的变速范围。由可知，结构式12=41×34,最后扩大组的变速范围为

结构式12=31×23×26

,最后扩大组的变速范围为

因此，结构式方案确定为12=31×23×26。（5）画结构网。根据已确定的结构式方案画出结构网。（七）转速图拟订

A确定V带传动考虑轴转速不宜过低（结构尺寸增大），也不宜过高（带轮转动不平衡引起振动，噪声），初定n1=800r/min，带传动比为B画转速图的格线该变速系统具有定比传动和三个变速组，画传动轴和转速格线，标定各轴号、主轴各转速点及电动机转速点的转速值。C分配传动比分配各变速组的传动比，通常是“由后向前”地进行，先分配最后变速组的传动比，再顺次向前分配或“由前向后”交叉进行。

分配传动比应注意照顾有特殊要求的传动副、重要传动副以及最后扩大组传动副。（1）分配第三变速组（Ⅲ-Ⅳ轴间）的传动比。

由结构式12=31×23×26,可知，第三变速组即第二扩大组的p=2,x=6。因此，先在Ⅳ轴上找到相距6格的两个转速点E和E1。根据传动比1/4≤ｕ≤2，=1.41，P=2，传动比只有2则Ⅲ轴上相应最低转速点D只能为惟一位置(因只能升2格，降4格)，在轴Ⅲ上可选择6个点（140、200、280、400、560、800）。（2）分配第二变速组（Ⅱ—Ⅲ轴间）的传动比。

第二变速组即第一扩大组有两个传动副，三个级比级数，在Ⅲ轴上已定6个点。因级比指数为3，上升及下降之和不能超过3个格，可是为避免升速，又不使传动比太小，轴Ⅱ的转速只能确定为C（400）、C1（560）、C2（800）。其传动比有2个（因有两个传动副）（3）分配第一变速组（Ⅰ—Ⅱ轴间）的传动比。

第一变速组即基本组有三个传动副，级比指数为1，于Ⅱ轴上自C点向上已选取相邻三点C、C1、C2点。Ⅰ轴某一点出发的传动线必须有3条，每传动线相距格数必须为1，故满足此要求的转速点只能是B（800）点。

（4）画全传动线，可得到图2-6所示的转速图。转速图的拟定往往需要多次修改，在以后的传动副参数确定甚至结构设计时仍有可能更改。因此应全面考虑，兼顾各个变速组，特别要注意结构尺寸和传动性能的影响，拟定出更加完善合理的转速图方案。（八）齿轮齿数确定确定齿轮齿数时，需先初定变速组齿轮副模数和传动轴直径，以便根据结构尺寸判断其齿轮齿数或齿数和是否适宜。主传动齿轮要传递足够动力，齿轮模数一般取m≧2。在强度允许的条件下尽可能取较小模数，可方便加工、减少齿轮副的滑动率，增大重合度、降低噪声都有好处。

为了便于设计与制造，主传动所用齿轮模数的种类应尽可能少。在同一变速组内，通常选用相同的模数，这是因为各齿轮副的速度和受力情况相差不大的缘故。而在某些场合，如最后扩大组或折回传动组中，由于各齿轮副的速度和受力情况相差悬殊，在同一个变速组内可选用不同的模数，但一般不多于两种。A齿轮齿数确定的原则和要求原则是齿轮结构尺寸紧凑，主轴转速误差小。其具体要求是：（1）齿数和不应过大，推荐齿数和S≤100120。（2）齿数和不应过小，但需从以下限制条件中选取较大值；其一，受传动性能限制的最小齿数，为了保证最小齿轮不产生根切以及主传动具有较好的运动平稳性等，对于标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿轮齿数Zmin=1820，主轴上的小齿轮Zmin=20，高速齿轮取Zmin=25。其二，受齿轮结构限制的最小齿数，齿轮（尤其是最小齿轮）应能可靠地安装到轴上或进行套装，特别要注意齿轮的齿槽到孔壁或键槽处的壁厚不能过小，以防齿轮热处理时产生过大的变形或传动中造成断裂现象。如图2-7所式，应保证齿轮的最小壁厚b≧2m，因此，Dfmin/2–t≧2m。对于标准直齿圆柱齿轮，其齿轮齿根圆的最小直径Dfmin=（Zmin-2.5）m，带入上式可得

Zmin≧6.5+2t/m=6.5+D/m式中Zmin—齿轮的最小齿数；M—齿轮模数（mm）；t—齿轮键槽至轴心线的距离（mm）；D—齿轮花键孔的大径，D=2t（mm）其三，受两轴组件结构限制的最小中心距，若齿数和太小，则过小的中心距将导致两轴上的轴承或其他元件之间的距离过近或相碰。（3）传动比要求。

实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比（转速图给定）之间允许有误差，但不能过大。分配齿数所造成的转速误差，一般不应超过允许值[n]=10（-1）%，即式中—主轴转速的相对误差；—主轴的实际转速、标准转速（转速图标定）—实现主轴转速的实际传动比、理论传动比；

—公比。B查表法确定齿轮齿数

①变速组内模数相同时齿轮齿数的确定在同一变速组内，各对齿轮的齿数之比，必须满足转速图上已经确定的传动比；当各对齿轮的模数相同，且不采用变位齿轮时，则各对齿轮的齿数和也必然相等。若齿轮副传动比是标准公比（或1.06）的整数次方，变速组内的齿轮模数相等时，可按表2-5直接查出齿轮齿数。查表方法：（1）找出各齿轮副齿数的传动比u。u1=1/2可查表中u=2.0一行；u2=1/1.41可查u=1.41一行，u3=1即查u=1.00一行。第一变速组a中三对齿轮传动比为：u1=1/2，u2=1/1.41，u3=1。（2）确定Zmin和Smin。该变速组内的最小齿轮必在u1=1/2的齿轮副中，根据结构条件假设Zmin=22，则在u=2.00一行中找到Zmin=22，顺竖列向上查得其最小齿数和Smin=66。（3）找出可能采用的齿数S诸数值。自Smin=66开始向右查表，找出同时能满足三个传动比u1、u2和u3要求的齿轮齿数，其齿数和为S=72，84，90，92，96，┅（4）确定适用的齿数和S。

在结构允许的条件下可选用较小的齿数和，本例中确定S=72为宜。（5）确定各齿轮副的齿数。由表中u=2.00一行查得Z1=24，则Z`1=S-Z1=72-24=48；由u=1.41一行查得Z2=30，则Z`2=S-Z2=72-30=42；由u=1.00一行查得Z3=36，则Z`2=S–Z2=72-36=36。②变速组内模数不同时齿轮齿数的确定：设一个变速组内有两对齿轮副Z1/Z`1和Z2/Z`2，

分别采用两种不同模数m1和m2，其齿数和为Sz1和Sz2，如果不采用变位齿轮，因各齿轮副的中心距a必须相等，可写出

所以设

可得式中e1、e2—无公因数的整数；K—整数。按式（2）计算不同模数的齿轮齿数，往往需要几次试算才能确定。首先定出变速组内不同的模数值m1和m2；根据式（1）计算出e1和e2；选择K值，由式（2）计算各齿轮副的齿数和Sz1和Sz2（应考虑齿数和不至过大或过小）；按各齿轮副的传动比分配齿数。如果不能满足转速图上的传动比要求，须调整齿数和重新分配齿数，因此经常采用变位齿轮的方法，改变两对齿轮副的齿数和，以获得所要求的传动比。例如，X62W铣床主传动中Ⅳ-Ⅴ轴间（第二扩大组）的两对齿轮，其传动比为考虑实际受力情况相差较大，齿轮副的模数分别选择为m1=4和m2=3。由式（1）可得；为了使齿数和较小并满足最小齿轮齿数的要求，

选取K=30，则根据齿轮副的传动比齿数分配如下：C三联滑移齿轮的齿数关系若变速组采用三联滑移齿轮时，确定其齿数之后，还应检查相邻齿轮的齿数关系。如图2-11所示三联滑移齿轮，从中间位置向左移动时，次大齿轮Z2要从固定齿轮Z`3上方越过，为避免Z2与Z`3齿顶相碰，对于标准齿轮且模数相同时，必须保证其中带入上式可得Z3-Z2

4。即三联滑移齿轮的最大齿轮与次大齿轮的齿数差应大于或等于4。当公比较小（≤1.26），且三联滑移齿轮变速组为基本组时，容易发生齿数差小于4的情况。可采取下述措施：1）适当增加齿轮副的齿数和；采用变位齿轮；2）改变齿轮排列方式，避免Z2越过Z3`。（九）齿轮布置与排列

A滑移齿轮布置变速组中滑移齿轮应布置在主动轴上，由于主传动多为降速传动，主动轴转速高，可使滑移齿轮的齿轮小、重量轻、滑动省力。若主动轴无法布置滑移齿轮或因操纵方便性需要，可将滑移齿轮布置在从动轴上，如图2-6中第一变速组。变速组内滑移齿轮必须有“空挡”位置，即只有当一对齿轮完全脱开啮合之后，才允许另一对齿轮开始进入啮合，如图2-12。

否则，一对齿轮未脱开啮合，另一对齿轮往往因顶齿而无法进入；即使进入啮合，因变速组内两对不同齿数的齿轮同时参与啮合，一旦起动将造成重大设备事故，因此滑移齿轮具有空挡位置是一项重要的安全措施。其轴向间隙量通常为Δ=12mm。两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的总宽度。B一个变速组内齿轮轴向排列齿轮的轴向排列，应尽量缩短轴向长度。（1）窄排列与宽排列。

滑移齿轮一般采用窄排列，如图2-12（a）、2-13（a）。

若滑移齿轮采用宽排列，如图2-12（b）、2-13（b），轴向尺寸较大。（2）小齿数差排列。当三联滑移齿轮相邻齿数差小于4时，可采用图2-13（c）的小