机床设计主传动系设计

机床设计主传动系设计第1页，共135页，2023年，2月20日，星期五2.3.1主传动系统功用、组成及设计要求2.3.2主传动系分类和传动方式2.3.3有级变速主传动系的设计2.3.4无级变速主传动系的设计2.3机床主传动系设计第2页，共135页，2023年，2月20日，星期五2.3.1主传动系统功用、组成及设计要求

（一）功用

实现机床主运动，属于外联系传动链。

1．动力源→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；

3．实现主运动的开停、变速、换向和制动。第3页，共135页，2023年，2月20日，星期五（二）组成定比传动机构

变速装置

主轴部件

开停装置

制动装置

换向装置

操纵机构

润滑和密封装置

箱体

多速电动机变速、离合器变速齿轮变速机构液压无极变速机械无极变速滑移齿轮交换齿轮

多速电动机变速、离合器变速齿轮变速机构动力源第4页，共135页，2023年，2月20日，星期五（三）主传动系设计的基本要求

1．使用性能要求

2．传递动力要求

3．工作性能要求

4．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。第5页，共135页，2023年，2月20日，星期五2.3.2主传动系分类和传动方式（一）主传动系分类：可按不同特征分类

1．按驱动主运动的电动机类型：交流电动机、直流电动机；

2．按传动装置类型：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及其组合；

3．按变速的连续性：★无级变速传动、有级（分级）变速传动第6页，共135页，2023年，2月20日，星期五（1）无级变速传动：在一定速度(或转速)范围内能连续、任意改变速度(或转速)。

①能获得最合适的切削速度→无速度损失；易于

实现自动化，生产率高；②可在运转中变速，↓辅助时间；③操纵方便；④传动平稳。第7页，共135页，2023年，2月20日，星期五

实现无级变速的装置或机构：◆①机械摩擦无级变速器：靠摩擦传递转矩，通过摩擦传动副工作半径的变化实现无级变速。工作半径变化靠改变摩擦锥的轴向位置实现。第8页，共135页，2023年，2月20日，星期五②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，变速方便。③电气无级变速器采用直流或交流调速电动机来实现变速。主要用于数控机床、精密和大型机床。可以与机械分级变速装置串联使用。第9页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆直流调速电动机——采用调压和调磁方式来得到主轴所需要的转速：

恒功率调速段——额定转速到最高转速之间是用调节磁场的方式实现调速；

恒转矩调速段——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。◆交流调速电动机——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，结构上无电刷和换向器。第10页，共135页，2023年，2月20日，星期五（2）有级变速传动----通用机床在若干固定速度(或转速)级内不连续变速。①传递功率大；②变速范围大；③传动比准确，工作可靠；④有速度损失，传动平稳性↓。

第11页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆实现有级变速的装置或机构①滑移齿轮变速：多采用双联和三联滑移齿轮。

特点：◆变速范围大，变速级数多；◆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；◆不工作的齿轮不啮合，空载功率损失较小；◆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；◆不能在运转中变速。第12页，共135页，2023年，2月20日，星期五②交换齿轮变速

◆结构简单，不用操纵机构；

◆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；

◆更换齿轮费时费力；

◆装于悬臂轴端、箱体外，刚性差，润滑困难。第13页，共135页，2023年，2月20日，星期五③多速电动机变速：双速或三速交流异步电动机实现变速。

◆能在运转中变速；

◆变速箱结构简单；

◆在高、低速时输出功率不同，按低速小功率选用电动机，高速大功率不能完全发挥能力；

◆体积大，价格高。第14页，共135页，2023年，2月20日，星期五

④离合器变速：

◆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动齿轮大而重用。

结构简单，轴向尺寸小；

不打滑，传动比准确；

能传递较大转矩；

不能在运转中变速。◆片式摩擦离合器：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；

结构较复杂，摩擦片间有相对滑动，发热较大。第15页，共135页，2023年，2月20日，星期五（二）主传动系的传动方式

1．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轴箱内。→普通精度的通用机床

☆结构紧凑，便于实现集中操作；

☆箱体数量少，安装、调整方便；

☆传动件的振动和发热直接影响主轴的工作精度，↓加工质量。第16页，共135页，2023年，2月20日，星期五铣床主变速传动系统图

第17页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．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轴的单独变速箱内，然后通过带传动传到主轴箱的传动方式。→中小型高速或精密机床

☆主轴的振动和热变形↓，机床工作精度高；

☆主轴通过带传动直接得到高速，运转平稳；

☆箱体数量多，加工、装配工作量↑，成本↑；

☆带传动低速时，传递转矩小，易打滑；

☆更换传动带麻烦。第18页，共135页，2023年，2月20日，星期五分离传动主变速传动系统图第19页，共135页，2023年，2月20日，星期五

2.3.3有级（分级）变速主传动系的设计

拟定结构式、转速图确定各传动副的传动比确定带轮直径、齿轮齿数布置、排列齿轮——绘制传动系统图第20页，共135页，2023年，2月20日，星期五（一）拟定转速图和结构式1．转速图（三线一点图）

分析和设计分级主传动系统的工具。◆作用：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；各传动轴的转速分级和转速值；各传动副的传动比。第21页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆卧式车床主传系统图第22页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆卧式车床转速图第23页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆组成“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：间距相等的一组竖直格线，表示各传动轴，从左→右分别用“电”或0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、……表示，与传动系统图中各轴对应。

第24页，共135页，2023年，2月20日，星期五★转速格线：

间距相等的水平格线，表示转速相同的对数坐标。

由，，…

…

任意两相邻转速的对数之差均为，转速坐标换成对数坐标,则各转速构成等差数列。第25页，共135页，2023年，2月20日，星期五★转速点：

传动轴格线上的圆点（圆圈），表示该轴的转速。

------传动轴格线与转速格线的交点。★传动线：

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。第26页，共135页，2023年，2月20日，星期五

①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：

水平传动线─等速传动，u=1；向下方倾斜的传动线─降速传动，u<1；向上方倾斜的传动线─升速传动，u>1。第27页，共135页，2023年，2月20日，星期五

■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）：

第28页，共135页，2023年，2月20日，星期五

②一个主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。③两条传动轴格线间相互平行的传动线表示同一传动副的传动比。第29页，共135页，2023年，2月20日，星期五

◆变速规律（级比指数规律）

☆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、使主轴得到既不重复又排列均匀的等比数列的变速系统。

☆变速组的级比：

变速组中相邻两传动比比值（大于1）；☆级比指数：

级比值的指数，即组内相邻两传动线拉开格数。第30页，共135页，2023年，2月20日，星期五

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a、b、c：

①基本组变速特性

变速组a：三个传动比是公比为的等比数列，即

第31页，共135页，2023年，2月20日，星期五

使Ⅱ轴得到三级转速（355、500、710）均相差一格，在其它变速组不改变传动比的条件下，使主轴得到三级公比为的转速。

——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。

基本组的级比，级比指数∶

□基本变速组变速特性：基型变速系统必有一个基本组，级比指数第32页，共135页，2023年，2月20日，星期五②第一扩大组的变速特性变速组b

：

级比：

级比指数：

第33页，共135页，2023年，2月20日，星期五第一扩大组：

在基本组基础上，该变速组起到第一次扩大变速作用。□第一扩大变速特性：

级比指数等于基本组传动副数，相邻两条传动线拉开的格数，等于基本组的传动副数。第34页，共135页，2023年，2月20日，星期五

③第二扩大组的变速特性

变速组c级比

级比指数

第35页，共135页，2023年，2月20日，星期五第二扩大组：使主轴得到12级转速，起到第二次扩大变速的作用。□第二扩大组变速特性：级比指数等于基本组传动副数与第一扩大组传动副数的乘积；

相邻两条传动线拉开的格数等于基本组的传动副数和第一扩大传动副数乘积。第三、第四扩…

…依次类推得到：

第36页，共135页，2023年，2月20日，星期五

※级比指数规律：→基型变速系统变速规律

基本组的级比指数（且必须为1）；

任一扩大组的级比指数，，且

第37页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．结构式

用数学表达式表示传动系统的传动关系。◆

作用:

主轴转速级数；各变速组的传动副数；各变速组级比指数；传动顺序。◆

一般表达式:

第38页，共135页，2023年，2月20日，星期五结构式与转速图的区别：①转速图表达变速特性更具体、完整，转速和传动比是绝对值；②结构式表达变速特性较简单、直观，转速和传动比是相对数值；第39页，共135页，2023年，2月20日，星期五（二）变速组变速范围和极限传动比

1．变速组的变速范围：

变速组中最大传动比与最小传动比的比值，

主轴的变速范围：各变速组变速范围的乘积，

主轴转速级数：第40页，共135页，2023年，2月20日，星期五图3-13所示：

第41页，共135页，2023年，2月20日，星期五

第42页，共135页，2023年，2月20日，星期五

2．齿轮变速组传动比和变速范围限制

对传动比限制

☆降速传动：

→避免从动齿轮过大，增加箱体径向尺寸；

☆升速传动：直齿轮→避免扩大传动误差，减少振动和噪声；

斜齿轮→避免扩大传动误差，减少振动和噪声。第43页，共135页，2023年，2月20日，星期五

对变速组变速范围限制→最后扩大组的变速范围

第44页，共135页，2023年，2月20日，星期五（三）主变速传动系设计的一般原则

→减小传动件结构尺寸

主传动系属于恒功率传动。

传递功率一定时，↑传动件转速，↓传递转矩，↓结构件尺寸。第45页，共135页，2023年，2月20日，星期五

1．变速组传动副“前多后少”原则

主变速系统从电机→主轴总趋势为降速传动，传动链前面的转速较高，当传递功率一定时，↑传动件转速，↓传递转矩，↓结构件尺寸。第46页，共135页，2023年，2月20日，星期五

2．传动顺序与扩大顺序相一致原则

→变速组传动线“前紧后松”或“前密后疏”传动顺序依次为基本组、第一扩大组、第二扩大组、……，↑中间轴转速。

例如:图（a）图（b）传递同转矩，（b）结构尺寸大。第47页，共135页，2023年，2月20日，星期五二种12级转速的转速图第48页，共135页，2023年，2月20日，星期五

3．变速组的降速要“前慢后快”的原则

保证中间轴有适当高的转速，当传递功率一定，T↓，↓传动件的尺寸；

中间轴最高转速≤电机转速，

→振动、发热、噪声。第49页，共135页，2023年，2月20日，星期五（四）结构式与转速图拟定

1．结构式拟定（1）确定变速组的个数和传动副数可采用双联、三联、或四联滑移齿轮变速组。（2）确定传动顺序方案：各变速组在传动链中先后顺序。一般根据传动副“前多后少”原则;结构或使用上特殊要求可采用其它传动顺序方案。第50页，共135页，2023年，2月20日，星期五（3）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。一般根据变速组的“扩大顺序与传动顺序相一致”

原则；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（5）写出结构式第51页，共135页，2023年，2月20日，星期五

2．转速图拟定

确定V带传动∶Ⅰ轴转速不能过低（结构尺寸）；Ⅰ轴转速不能过高（振动、噪声）。

画转速图格线∶传动轴格线、转速格线、转速点。

分配传动比∶

第三变速组→第二变速组→第一变速组→画全传动线。→多次修改第52页，共135页，2023年，2月20日，星期五（五）主传动系统的几种特殊设计1．采用多速电动机的变速传动系双速或三速交流异步电动机变速：

同步转速为750/1500r/min、1500/3000r/min、

750/1500/3000r/min：同步转速之比2；

同步转速为1000/1500r/min、

750/1000/1500r/min：同步转速之比为1.5，主轴转速不能得到标准公比的等比数列。第53页，共135页，2023年，2月20日，星期五

“电变速组”多速电动机的变速，相当于两对或三对传动副

→总是放在变速传动系前面。第54页，共135页，2023年，2月20日，星期五（1）扩大顺序(以双速电动机为例)同步转速之比为2（变速范围2）：

根据确定它的扩大顺序：

①→

→第一扩大组

第55页，共135页，2023年，2月20日，星期五

②

→

③

→

结论:“电变速组”为第一扩大组时，基本组的传动副是既定的。（2）传动顺序：

“电变速组”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“前紧后松”原则。

第56页，共135页，2023年，2月20日，星期五多刀半自动车床的传动系统和转速图第57页，共135页，2023年，2月20日，星期五①采用双速电动机和滑移齿轮组合变速②结构式：

“电变速组”为第一扩大组，

第58页，共135页，2023年，2月20日，星期五（3）Z与XE的关系多速电动机与变速箱串联使用时，

PE—多速电动机转速级数；

Z—主轴转速级数；

Z1—变速箱的转速级数。第59页，共135页，2023年，2月20日，星期五

“电变速组”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

当、Z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。第60页，共135页，2023年，2月20日，星期五

应用举例：已知主轴转速级数Z=12，，采用多速电动机（同步转速之比为2）。试拟定结构式？

①确定电变速组的级比指数XE：②确定多速电动机的转速级数PE：若K=3，PE

=2；若K=2，PE

=3

③拟定结构式：

双速电动机：三速电动机：第61页，共135页，2023年，2月20日，星期五④检验最后扩大组的变速范围R2：

双速电动机：

三速电动机：

故允许选用三速电动机，根据“前紧后松”原则，结构式应为第62页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．采用交换齿轮的变速传动系

主传动系的交换齿轮，通常安装在轴心距固定的两根传动轴的轴端。（1）传动线对称分布：

主动齿轮与被动齿轮倒换位置→得到两种不同的传动比，且互为倒数关系，在转速图上传动线是对称分布的。第63页，共135页，2023年，2月20日，星期五（2）传动顺序与扩大顺序（一般为扩大组）①单独采用交换齿轮变速∶用于每批工件加工前的变速调整；②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，通常放在传动链的前面，即传动顺序多为第一变速组。滑移齿轮用于加工中变速调整。第64页，共135页，2023年，2月20日，星期五

CA7620型液压多刀半自动车床主传动系统：

①采用了交换齿轮②结构式为

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。第65页，共135页，2023年，2月20日，星期五CA7620型液压多刀半自动车床主传动系第66页，共135页，2023年，2月20日，星期五（3）用少量齿轮，得到多级转速，不需要操纵机构，变速箱结构简单；更换齿轮费时费力，装在箱体外，润滑困难，装在箱体内，更换麻烦。

应用：

成批生产用机床，如自动或半自动机床，专用机床，齿轮加工机床。第67页，共135页，2023年，2月20日，星期五3．采用公用齿轮的变速传动系

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。

公用齿轮∶同时可与前后传动轴上的两个齿轮相啮合的齿轮。→单公用或双公用齿轮

特点：↓齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸。第68页，共135页，2023年，2月20日，星期五四级双公用齿轮第69页，共135页，2023年，2月20日，星期五

注意：

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；

升速传动：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；

选用变速组内较大的齿轮作为公用齿轮。

第70页，共135页，2023年，2月20日，星期五（六）扩大变速范围的传动系统1．转速重复的变速系统

——增加变速组，扩大变速范围◆转速重复现象基型变速系统使主轴得到均匀不重复、公比为的等比转速数列，各变速组必须遵守级比规律；如果减小扩大组的级比指数，必然会出现转速重复现象。如结构式若，则该

变速组变速范围减小，主轴转速重复一级第71页，共135页，2023年，2月20日，星期五转速重复现象第72页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆扩大主轴变速范围→通过增加变速组实现

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范围，增加主轴转速级数，如

第73页，共135页，2023年，2月20日，星期五

增加变速组扩大变速范围

第74页，共135页，2023年，2月20日，星期五结构式为或

增加变速组，能扩大主轴变速范围，增加主轴转速级数，但有部分转速重复。第75页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．采用混合公比的变速系统

→双公比或三公比在通用机床的使用中，经常使用的转速一般是在转速范围中段（密集），高速和低速（疏散）段使用较少，双公比就是针对这一情况设计的。

Z3040摇臂钻床的主传动系统：主轴转速范围中段∶63～800r/min两端转速∶25～63r/min、800～2000r/mi第76页，共135页，2023年，2月20日，星期五

Z3040摇臂钻床的转速图第77页，共135页，2023年，2月20日，星期五

对称型双公比传动系统由所组成“中间密、两端疏”的双公比数列，两端“空掉”的转速级数相等，呈现对称性。常用的双公比

双公比变速系统演变

在常规变速系统的基础上，通过改变基本组的级比指数演变来的第78页，共135页，2023年，2月20日，星期五

示例：设常规变速系统

演变为双公比变速系统：

主轴转速范围的高、低段各出现了n=2个转速空挡第79页，共135页，2023年，2月20日，星期五

Z3040摇臂钻床的转速图第80页，共135页，2023年，2月20日，星期五3．采用并联分支传动的变速系统由若干变速组串联、再增加并联分支的传动形式。CA6140车床的主传动系统：

高速分支：Ⅲ→63/50→Ⅵ，450～1400r/min(6级)，

低速分支：Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ，10～500r/min共18级低转速(六级重复)

总转速级数：

第81页，共135页，2023年，2月20日，星期五CA6140车床的主传动系统第82页，共135页，2023年，2月20日，星期五特点：扩大主轴的变速范围；缩短高速传动链，提高传动效率，降低噪声。第83页，共135页，2023年，2月20日，星期五4．采用背轮机构的变速系统主动轴Ⅰ和被动轴Ⅲ同轴线。

当滑移齿轮Z1处于最右位置：离合器M接合，

Z1与Z2脱离，运动由Ⅰ传入，u1=1。

当滑移齿轮Z1处于最左位置：离合器M脱开，

Z1与Z2啮合，运动经背轮Z1/Z2→Z3/Z4

→Ⅲ传入。如为降速传动比取极限值

背轮机构

第84页，共135页，2023年，2月20日，星期五结论:

用背轮机构作为最后扩大组→扩大主轴的变速范围。注意:高速直联传动时，应使背轮脱开→↓空载损失、噪声、发热，避免“超速”现象，图中Z3→滑移齿轮，可以满足要求。第85页，共135页，2023年，2月20日，星期五（七）齿轮齿数的确定拟定转速图后，传动副传动比→齿轮齿数、皮带轮直径等。

定比传动带轮直径或齿轮齿数，机械设计的计算方法确定；

变速组内齿轮齿数的确定■第86页，共135页，2023年，2月20日，星期五1．齿轮齿数的确定◆原则（1）齿轮齿数和不应过大，S≤100～120

：避免中心距大；（2）齿轮齿数和不应过小，但应尽量小：

①最小齿数限制：不产生根切——受传动性能限制标准直齿圆柱齿轮主轴上齿轮高速齿轮第87页，共135页，2023年，2月20日，星期五②结构限制∶应能可靠地装到轴上或进行套装.齿轮齿根圆到键槽底部的厚度：——强度要求→对于标准直齿圆柱齿轮：两轴中心矩限制∶齿数和太小，中心矩过小将导致两轴上轴承或传动元件之间距离过近或相碰。第88页，共135页，2023年，2月20日，星期五齿轮壁厚第89页，共135页，2023年，2月20日，星期五（3）传动比要求—传动误差要求机床的主运动属于外联系传动链，实际传动比与理论传动比之间允许有误差，但不能过大，允许值则主轴转速的相对误差：

式中、——主轴的实际转速、实际传动比。第90页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆齿轮齿数确定

变速组内齿轮模数相同→查表法：若转速图上的齿轮传动副传动比是标准公比（或1.06）的整数次方、变速组内齿轮模数相同时，按表3—9直接查出齿轮齿数：相应小齿轮齿数。第91页，共135页，2023年，2月20日，星期五（1）找出各齿轮副的传动比值u。

变速组a：（2）确定最小齿轮齿数及最小齿数和该变速组内的最小齿轮必在一行第92页，共135页，2023年，2月20日，星期五第93页，共135页，2023年，2月20日，星期五（3）找出可能采用的齿数和S诸数值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

可选用结构允许较小的齿数和——反复多次。初选齿数和→确定主、被动齿轮齿数→计算齿轮模数→模数过大，增加齿数和→模数过小，减少齿数和；或按传递扭矩，初选中心距→设定齿轮模数→计算齿轮和。第94页，共135页，2023年，2月20日，星期五（5）确定各齿轮副的齿数

第95页，共135页，2023年，2月20日，星期五变速组内齿轮模数不同设一个变速组内有两对齿轮副∶

齿数和对于标准齿轮，则

设

—无公因数整数，K—整数。第96页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．三联滑移齿轮的齿数关系

变速组采用三联滑移齿轮时→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。第97页，共135页，2023年，2月20日，星期五

若，标准齿轮，模数相同时，则

三联滑移齿轮的最大齿轮齿数Z3与次大齿轮齿数Z2的齿数差应大于（或等于）4。第98页，共135页，2023年，2月20日，星期五（八）主传动系统的计算转速

1．机床的功率转矩特性：

①恒功率工作范围：间所有转速都能传递全部功率。

→扭矩T则随转速的增加而减小（n↑，T↓）。

②恒扭矩工作范围：各级转速所能传递的扭矩与主轴计算转速时的扭矩相等。

→功率随转速的降低而减小（n↓，T↓）。第99页，共135页，2023年，2月20日，星期五机床主轴的功率和转矩特性

第100页，共135页，2023年，2月20日，星期五

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；

对通用机床：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。若将传动件的传递转矩定的偏小或过大（不可靠、不经济的），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。

★计算转速：主轴或各传动件传递全部功率的最低转速。第101页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．主轴计算转速确定

：主轴传递全部功率时最低转速（电动机满载）。（1）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。（2）通用机床及专门化机床：

不同机床的主轴计算转速不同→调查测定统计得出。第102页，共135页，2023年，2月20日，星期五①中型通用机床和用途较广的半自动机床等公比混合公比或无级变速

立式钻床、摇臂钻床、滚齿机等公比混合公比或无级变速

第103页，共135页，2023年，2月20日，星期五②大型机床等公比混合公比或无级变速③高精度和精密机床等公比混合公比或无级变速第104页，共135页，2023年，2月20日，星期五

落地式镗铣床（）、主轴箱可移动的落地式镗铣床（）

等公比

混合公比或无级变速第105页，共135页，2023年，2月20日，星期五3．其它传动件计算转速确定传动件的计算转速∶齿轮、传动轴及其它传动件传递全部功率的最低转速。☆依据∶主轴的计算转速、转速图。☆顺序∶（由后向前）→各传动轴计算转速→各齿轮的计算转速（变速组小齿轮的计算转速）。☆步骤∶①该传动件共有几级实际工作转速；②查找能够传递全部功率的各级转速；③能够传递全部功率的最低转速→传动件计算转速。第106页，共135页，2023年，2月20日，星期五示例车床的转速图，结构式∶第107页，共135页，2023年，2月20日，星期五☆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速，或

在转速图用黑点表示。第108页，共135页，2023年，2月20日，星期五☆传动轴的计算转速：Ⅲ轴：①6级实际工作转速（125～710r/min）；②主轴（a）经（b）经

第109页，共135页，2023年，2月20日，星期五③能传递全部功率的最低转速为，同样方法：第110页，共135页，2023年，2月20日，星期五☆齿轮的计算转速：各变速组内小齿轮的计算转速。Ⅲ→Ⅳ轴间变速组c的齿轮：变速组c的小齿轮

125～710r/min

:n5、n6、n7、n8、n9、n10

；

经传动，主轴得到31.5～180r/min:

n1、n2、n3、n4、n5、n6

对应：n8、n9、n10

；

第111页，共135页，2023年，2月20日，星期五Ⅱ→Ⅲ间变速组b的齿轮：变速组b的小齿轮

Ⅱ→355～710r/min，n8、n9、n10；

经传动，Ⅲ轴得到125～250r/min三级转速，

n5、n6、n7（能传递全部功率）对应：n8、n9、n10

；

第112页，共135页，2023年，2月20日，星期五（九）主传动系统的结构设计1．变速箱内各传动轴的空间布置

原则：满足机床总体布局对变速箱的形状和尺寸的限制；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-----总体方案设计时给出受机床主参数和主要性能所限定。①卧式车床—车床中心高（主轴到床身导轨面间距离）；②立式钻床、摇臂钻床、龙门铣床及卧式铣镗床

—主轴到导轨面距离第113页，共135页，2023年，2月20日，星期五（2）输入轴位置的确定（电动机轴）①电动机直接与主轴箱连接（用联轴器与第一轴连接）

布置电动机轴的位置时，应考虑在箱体外面有足够安装空间→电动机与其它件不碰、接线方便、操作安全。②输入轴不是电动机轴（用带传动与第一轴连接）

☆考虑运动来源的方向和部位—运动传入方便；

☆装有带轮——位置要低，装卸方便；

☆多片摩擦离合器（开、停、换向）多装于第一轴，应布置在上方，不受其它轴遮挡，以便于调整。

第114页，共135页，2023年，2月20日，星期五（3）传动主轴的轴（末前轴）位置的确定

→与主轴有齿轮啮合关系的轴末前轴的位置对主轴工作性能影响较大，主要考虑对主轴的传动力（作用力）方位。（4）其它传动轴位置的确定→缩小箱体径向尺寸①各传动轴常按三角布置；②使某些传动轴的轴线重合。

※一般传动轴高于油面→避免搅油发热；避免集中于箱体上部或下部→平稳性↓或搅油发热。第115页，共135页，2023年，2月20日，星期五2．变速箱内各传动件的轴向固定（1）零件轴向固定（齿轮、带轮）

轴向位置必须固定的零件→用轴肩、圆锥面、轴套、档圈、螺钉、螺母、销子等轴向定位。

轴向滑移零件（滑移齿轮、拨叉、滑套）→应有足够的滑移空间，滑移到位也是一定的，用定位装置控制各个停留位置。（2）传动轴的轴向固定通过轴承在箱体内的轴向固定方法有一端固定、两端固定。

→靠箱体上台阶、挡圈、压盖、螺钉等实现。

※不允许在同一方向有两处定位（超定位）。第116页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆传动轴一端固定的方式第117页，共135页，2023年，2月20日，星期五◆一端固定

单列向心球轴承，一端固定或两端固定。特点→轴受热后可以向另一端自由伸长，不会产生热应力，宜用于长轴。轴向调整→螺钉、螺母、端盖。◆两端固定:如圆锥滚子轴承→两端固定；

轴向调整→螺钉、垫圈。

第118页，共135页，2023年，2月20日，星期五第119页，共135页，2023年，2月20日，星期五3．各传动轴的估算和验算保证各传动轴工作时具有足够的弯曲刚度和扭转刚度。

按扭转刚度→估算传动轴的直径，定出轴的跨矩；

按弯曲刚度→进行验算。（1）按扭转刚度估算传动轴的直径

K—键槽系数；A—系数，按轴每米长允许的扭转角（°/m）。

第120页，共135页，2023年，2月20日，星期五（2）按弯曲刚度验算轴的直径①轴受力分析：注意滑移齿轮的位置变化对弯曲刚度的影响。②一般验算注意两个方面：中间部位的挠度→齿轮处于轴中部；支承处的倾角及齿轮处倾角→齿轮处于两端。③按材料力学公式计算轴的挠度和倾角，检查是否超过允许值（表3—12）。※简化计算，轴的中间挠度→最大挠度，误差<3﹪；轴承倾角最大。第121页，共135页，2023年，2月20日，星期五4．绘制主轴变速系统装配图（主轴箱、变速箱）→展开图、横向剖视图、外观图、局部视图。（1）展开图：按传动轴传递顺序，沿轴心线剖开，

表达内容：各传动轴上传动件布置；支承情况；轴承、齿轮、带轮与轴配合；轴与箱体的轴向尺寸；传动件参数（齿轮齿数、模数、齿宽；带轮的直径、宽度）。（2）横向剖视图∶垂直传动轴轴线方向的剖视图（横截面图）表达内