第八章传动设计

第八章传动设计本章基本要求与重点：1、理解转速图，根据转速图和公比求出各传动比的数值；2、能根据给定条件，画出结构网及转速图；3、掌握主传动运动设计要点；4、掌握计算转速的概念及计算转速的确定方法；5、了解无级变速系统和进给传动系统的设计特点，以及齿轮的布置方法。本章难点：计算转速的确定。图8-1

X6132万能升降台铣床主传动系统装配图功用组成动力传递；速度传递；满足运动的需要。定比传动机构变速机构开停装置制动装置换向装置润滑装置密封装置操纵机构主轴组件箱体第一节主传动有级变速传动设计一、转速图图8-2卧式车床主运动的传动系统图与转速图1.转速图的概念组成：（1）传动轴线（2）转速线（3）转速点（4）传动线转速线传动轴线转速点传动线2．转速图的基本原理—级比规律(1)变速组a(第一变速组)基本组的级比指数x0，基本组的级比Φx0=Φ1，级比指数x0=1(2)变速组b(第二变速组)若基本组传动副数为po，则第一扩大组级比指数xl＝po

(3)变速组c(第二扩大组)若基本组的传动副数为P0，第一扩大组的传动副数为P1，则第二扩大组级比指数X2=PoP1第二扩大组c级比：6x2＝6，r2＝6第一扩大组b级比：

3x1＝3，r1＝3基本组a，级比：x0＝1，r0＝2基本概念：

变速组的级比和级比指数级比xi:变速组中两相邻传动比的比值；级比指数xi:转速图上两相邻传动线相距的格数。基本组的级比指数用X0表示；基本组的级比xi

=1，级比指数0=1。扩大顺序:

变速组按xi值由小到大依次排列的顺序。即基本组、第一、第二扩大组。传动顺序：在结构上，由电动机到主轴传动的先后排列顺序称为传动顺序，即第一、第二、第三变速组。遵守级比规律，归纳如下式：基本组级比第一扩大组级比第二扩大组级比第j扩大组级比

各变速组的级比指数与传动副数之间的关系：基本组级比指数第一扩大组级比指数第二扩大组级比指数第j扩大组级比指数

3．变速组的变速范围

变速组中最大与最小传动比的比值，称为该变速组的变速范围。即

基本组的变速范围：第一扩大组的变速范围：第二扩大组的变速范围：主轴的变速范围：

abc1400100071050035525018012590634531.5电动机ⅠⅡⅢⅣ内容：1）主轴各级转速的传动路线；2）传动顺序；3）变速组数目；4）变速组传动副数、变速范围；5）基本组和扩大组；6）传动轴数目、转速级数、转速大小；7）各传动副级比关系、传动比的数值；126∶25624∶4822∶6218∶721.结构网与转速图的区别1）结构网只表示各变速组内传动比的相对关系；2）结构网上代表传动比的射线常画成对称形式；3）结构网是转速图的通式；4）结构网也可用结构式来表示,即：12＝31×23×26二、结构网和结构式1）传动系统的组成情况变速组数目、各变速组的传动副数和各变速组的级比指数；2）传动顺序和扩大顺序；3）各变速组的传动副数；4）各变速组的变速范围；5）各变速组中相邻传动比的关系（级比）。

2.结构网(式)表达的内容12＝31×23×26三、主传动设计要点1.变速组中极限传动比及变速范围的限制最小传动比umin≥1/4；最大传动比umax≤2，斜齿圆柱齿轮，可取umax≤2.5。进给传动系统，umin≥1/5，umax≤2.8。变速组的最大变速范围为：进给传动变速组的最大变速范围为:例如18=31·33·29，Φ=1.26，最后扩大组的变速范围：合乎要求。又如，18=31·36·23，Φ=1.26，其最后扩大组的变速范围：则超出允许值。最后扩大组的传动副一般取Pj=2较适宜。2．减少传动件尺寸的原则应遵守的原则。(1)变速组的传动副要“前多后少”

18=3×3×2，18=3×2×3，18=2×3×3(3)变速组的降速要“前慢后快”

(2)变速组的传动线要“前密后疏”3.改善传动性能措施零件尺寸和材料↓提高传动件转速空载功率、噪声、振动和发热↑1）传动链要短依据：缩短传动链→减少传动件→提高传动效率，减少振动和噪声。措施：合理选择电动机转速，使其尽量接近主轴最高转速；采用背轮传动或分支传动；减少变速组数量。2）转速和要小依据：在主轴转速一定时，减少各传动轴转速之和，可减少空载功率，同时对降低噪声也有显著作用。3）齿轮线速度要小依据：齿轮线速度是影响噪声的重要因素。措施：应兼顾缩小结构尺寸和减少空载功率及噪声的要求，适当选择中间传动轴的转速。措施：在拟定转速图时，除适当降低传动轴的转速外，还应减少齿轮的节圆直径。4）空转件要少依据：空转件是产生空载功率和噪声的因素之一。措施：尤其是在高速传动链工作时，应避免不起传动作用的齿轮出现超速空转现象。主轴上尽量不安装空套齿轮，或者将空套齿轮安装在滚动轴承上。

一个规律级比规律传动比限制imax＝2～2.5，imin＝1/4

两个限制变速组的变速范围限制rmax＝8～10

传动副→“前多后少”三项原则传动比线→“前密后疏”降速→“前慢后快”传动链要短转速和要小齿轮线速度要小空转件要少四项措施1、原始依据机床类型；主轴最高、最低转速nmax、nmin

；主轴转速级数Z；公比；电动机转速n电。四、转速图的拟定2、具体步骤变速组的数目及其传动副数结构网(式)变速组传动比齿数或皮带轮直径绘制转速图传动线齿数或皮带轮直径转速图传动轴线转速线x、rm中型车床，主轴转速级数Z＝12级，＝1.41，nmin＝31.5rpm、nmax＝1400rpm，n电＝1440rpm。3、示例⑴确定变速组的数目及其传动副数1）确定变速组的数目

根据转速图的基本规律一，可能的方案：

12＝4×312＝3×412＝3×2×212＝2×3×212＝2×2×3

原始依据：主轴最低转速通常要比电动机转速低得多，通过增加了一个变速组来承担降速比，可减少各变速组中的最大齿轮的径向尺寸和专门用于降速的定比传动副数量。确定依据：四联滑移齿轮变速，箱体轴向尺寸太大；两个双联滑移齿轮变速，操纵机构需有互锁装置，增加了操纵机构的复杂性。确定结果：

12＝3×2×212＝2×3×212＝2×2×32）确定变速组的传动副数确定原则：“前多后少”原则：pa≥pb

≥pc≥…≥Pm。可选方案：12＝3×2×212＝2×3×212＝2×2×3

确定结果：变速组的数目及其传动副数：12＝3×2×2(2)确定扩大顺序方案选用12=31·23·26结构式方案(3)拟定转速图1）定比传动2)分配降速比①在主轴Ⅳ上标出12级转速②决定Ⅲ、Ⅳ轴之间的最小降速传动比③决定其余变速组的最小传动比：3)画出各变速组其他传动线五、扩大变速系统调速范围的办法

常规传动系统由于极限变速范围的限制，其最后扩大组通常是由两个传动副组成，变速范围不太大（当＝1.26或＝1.41时，Rn＝45～50），往往不能满足现代通用机床发展的要求。例如，有些新型车床和镗床的主轴变速范围甚至达到或超过200，因此，需采用相应的措施来扩大机床传动系统的变速范围。

1.增加变速组的传动系统依据：

Rn＝Ra·Rb

·Rc

·……·Rm。

特点：转速重叠，传动副不能得到充分利用。原因：变速组的变速范围受到极限变速范围的限制。

例：公比＝1.41的常规传动系统最后扩大组的极限变速范围r2＝z/2＝1.416＝8主轴转速的最大变速范围：Rmax＝z-1＝1.4111=45主轴转速的最大变速级数：Zmax＝12相应的结构式：12＝31×23×26现增加一个变速组，设其传动副数为2，则按转速图的基本规律，该传动系统的结构式变为：24＝31×23×26×212该传动系统最后扩大组的变速范围为：措施：将新增加的变速组的变速范围缩小到极限值，即Rn‘＝6＝8。这时，有6级转速出现重复，主轴转速只有18级（即24－6）。

Rn＝12＝64＞8～106级转速重复的结构网6级转速重复3123262(12-6)2.采用背轮机构(单回曲机构)

离合器MⅠ轴Ⅲ轴

整个背轮机构一个变速组，则该变速组的极限变速范围为:注意点:

1）如果采用分离式传动，主轴箱和变速箱之间用皮带传动，高速时可以直接传动主轴减少主轴振动，提高传动平稳性；并可缩短高速传动链，提高传动效率。同时应尽可能提高皮带传递的最低转速，以避免皮带轮尺寸太大。

2）合上离合器后，应使背轮脱开，也就是Z3/Z4传动副脱开，否则在主轴高速旋转时，通过Z3/Z4传动副将使Ⅱ轴以高于主轴的转速空转，增加机床空载功率损失，同时又增加齿轮噪声并加剧磨损。六、齿轮齿数的确定

1．确定齿轮齿数应注意的问题

(1)齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求；

(2)齿轮的齿数和不应过大，Sz≤100～120；(3)齿轮的齿数和不应过小；

1)最小齿轮不产生根切现象，一般取最小齿数Zmin≥18—20。

2)受结构限制的各齿轮(尤其是最小齿轮)。3)两轴间最小中心距应取得适宜

2．变速组内模数相同时齿轮齿数的确定

(1)计算法Zmin=Zl，取Z1=24，则:例:(2)查表法

1)u1=1/2可查表中u=2的一行;u2=1/1.41可查u=1.41的一行;u3＝1即查u=1的一行。

2)确定最小齿轮的齿数Zmin及最小齿数和Szmin：假设最小齿数为Zmin=22，Szmin＝66。

3)找出可能采用的齿数和Sz诸数值；

Sz=72，84，90，92，96，99，…4)确定合理的齿数和Sz：本例确定Sz=72。

5)确定各齿轮副的齿数：

Zl=24，则Z1’=Sz-Zl=72-24=48；

Z2=30，则Z2’=Sz-Z2=72-30=42；

Z3=36，则Z3’=Sz-Z3=72-36=363．变速组内模数不同时齿轮齿数的确定例:XA6132A铣床主传动中Ⅳ一V轴间(第二扩大组)的两对齿轮，其传动比为u1≈l／4和u2≈2，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。选取K=30，则根据齿轮副的传动比齿数分配如下：

4．三联滑移齿轮的齿数

第二节

计算转速的确定T－传动件所传递的最大转矩

目的：确定传动件的结构尺寸并核算其强度。计算依据：P－传动件所传递的功率；n－传动件的转速。一、机床的功率和转矩特性定义：功率或转矩与转速之间的关系。计算转速:将传递全部功率时的最低转速，称为该传动件的计算转速.机床主轴在整个变速范围内，以计算转速为界，可分为图示两个区域：

nmin～nc为恒转矩区

nc～nmax为恒功率区计算转速

—传递全功率的最低转速。机床类型计算转速nc等公比传动混合公比或无级调速中型通用机床、半自动机床车床、升降台铣床、方形车床、多刀车床、单轴自动、多轴自动车床、立式多轴半自动车床、卧式镗铣床（Φ63-90）立式钻床、摇臂钻床、滚齿机大型车床卧式车床（Φ1250-4000）、单柱、双柱立式车床、卧式铣镗床（Φ110-160）、落地铣镗床（Φ125-160）二、主轴计算转速的确定主轴计算转速根据经验公式：nj＝nmin·(Z/3-1)确定顺序：1.确定出位于传动链末端(接近主轴)的传动件的计算转速；2.顺次由传动链后端→前端定出各传动件的计算转速。三、其他传动件计算转速确定方法：可根据主轴的计算转速和转速图来确定。(1)传动轴的计算转速1)Ⅳ轴的计算转速2)Ⅲ轴的计算转速(2)齿轮的计算转速例：确定12级转速普通车床主传动系统的主轴、各传动轴和齿轮的计算转速。2）各传动轴计算转速1）主轴计算转速根据经验公式：nj＝nmin·(Z/3-1)得nj=31.5×1.41(4－1)=90r.p.m

传动轴计算转速Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴125355710注意：各齿轮的计算转速与所在轴计算转速的数值可能不同。传动组cba传动副60/3018/7222/6224/48齿轮齿数301