新编传动系统设计2精品课件

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1、1-4机床主传动系统设计概述机床主传动系统设计概述本节教学目的：本节教学目的：1、会分析机床的传动系统、能绘制传动系统转速图2、会计算主轴的转速级数3、会对分级变速主传动系统进行设计4、了解几种常见的特殊形式的分级主变速系统重点：重点：传动系统转速图的绘制会主轴的转速级数的计算难点：难点：分级变速主传动系统的设计第四节第四节 机床主传动系统设计概述机床主传动系统设计概述 1.1、传动系统的作用是将动力机的、传动系统的作用是将动力机的动力传递给执行机构，以满足执行机动力传递给执行机构，以满足执行机构对转矩和转速的要求。构对转矩和转速的要求。 机床主传动系统的作用是实现机床的主机床主传动系统的作用

2、是实现机床的主运动，将动力机的动力传递给机床主轴部运动，将动力机的动力传递给机床主轴部件，使其获得所需的转速和功率件，使其获得所需的转速和功率。 一一、机机床床主主传传动动系系统统的的功功用用和和组组成成及及要要求求1.2组成：有级变速的主传动系统通常包含：电动机、主轴部件、各种传动机构传动机构有哪些？ 定比传动机构、 分级传动机构、 换向机构 开停装置1.3、要求有足够的转速级数、变速范围和运动精度；并能够传递足够的功率和扭矩且有高的传动效率，噪声小；结构简单紧凑，便于操作和维修二、分级变速主传动系统的转速图二、分级变速主传动系统的转速图 在设计有级变速传动系统时，除可用传动系统图外，在设计

3、有级变速传动系统时，除可用传动系统图外，常用到转速图。使用转速图可以直观地表达出传动系常用到转速图。使用转速图可以直观地表达出传动系统中各轴转速的变化规律和传动副的速比关系。统中各轴转速的变化规律和传动副的速比关系。 对于对于三联滑移齿轮变速组，可实现三联滑移齿轮变速组，可实现3 3级变速。级变速。若要若要求输出轴的转速按等比级数排列，则一个变速组内各求输出轴的转速按等比级数排列，则一个变速组内各对齿轮的传动比必须符合等比级数排列。对齿轮的传动比必须符合等比级数排列。 i i3 3:i:i2 2:i:i1 1=1:=1:2 2 为标准公比，为标准公比，有有1.06，1.12，1.26，1.41

4、，1.58，1.78，2.0共共7个数值。个数值。 图示为某车床主轴变速箱的传动系统图和转速图。从图中可知，主轴共有12级转速，转 速 范 围 为 31.5 1400rmin，公比=1.41，主电动机转速为 1440rmin。 在转速图中：在转速图中： l）距离相等的一组坚线代表传动系统的）距离相等的一组坚线代表传动系统的各轴，轴号写在上面。竖线间的距离不代表各轴，轴号写在上面。竖线间的距离不代表中心中心 距。距。 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，自下而上依次表示从低到高排列的各级转速；自下而上依次表示从低到高排列的各级转速；与各竖线的相交点的小圆代表

5、各轴的转速。与各竖线的相交点的小圆代表各轴的转速。由于转速的分级是按等比级数排列的，相邻由于转速的分级是按等比级数排列的，相邻两水平线之间的比值为转速公比，通常习惯两水平线之间的比值为转速公比，通常习惯在转速图上直接写出转速的数值。在转速图上直接写出转速的数值。 3）相邻两轴各小圆之间的连线代表相应）相邻两轴各小圆之间的连线代表相应传动副的传动比。传动副的传动比。 传动比的大小以连线的倾斜方向和倾传动比的大小以连线的倾斜方向和倾斜度表示，从左向下斜表示降速传动，斜度表示，从左向下斜表示降速传动，向上斜表式升速传动，而水平连线则表向上斜表式升速传动，而水平连线则表示等速传动。示等速传动。 从转速

6、图可见，该传动系统有三个相从转速图可见，该传动系统有三个相互串联的变速组，电机轴与互串联的变速组，电机轴与轴之间为皮轴之间为皮带传动，其传动比带传动，其传动比： 轴、之间为第一变速组，由三对齿轮组成，其传动比分别为： 轴、之间为第二变速组，由两对齿轮组成，其传动比为： 轴轴、之间为第三变速组，由之间为第三变速组，由两对齿轮组成，其传动比为两对齿轮组成，其传动比为：根据上述分析，可以得出：根据上述分析，可以得出：l）传动系统的变速级数是各变速组传）传动系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积。动副数的乘积。 如上述传动系统，其变速级数为如上述传动系统，其变速级数为 322=12 在结构上，变速组按

7、照从电机到主在结构上，变速组按照从电机到主轴传动的先后排列顺序称为传动顺序。轴传动的先后排列顺序称为传动顺序。 系统总的变速级数为按照传动顺序系统总的变速级数为按照传动顺序各变速组的传动副数之积。各变速组的传动副数之积。 2）变速组传动比之间有如下关系：变速组传动比之间有如下关系： 在第一变速组的三个传动比之间在第一变速组的三个传动比之间 变速组内相邻传动比之间的比值变速组内相邻传动比之间的比值 称为级比。称为级比。 级比的指数级比的指数 称为变速组的级比指数。称为变速组的级比指数。 级级比比指指数数在在转转速速图图中中表表现现为为相相邻邻传传动动比比相相间间隔隔的格数的格数。 第一变速组相邻

8、传动比之间存在第一变速组相邻传动比之间存在 1:2 的的关系，即关系，即 x0=1，三个传动比的连线间隔一格，三个传动比的连线间隔一格，所以通过变速后，所以通过变速后，轴可以得到三级连续的转速。轴可以得到三级连续的转速。 这种具有级比指数这种具有级比指数x0=1的变速组称为基本变的变速组称为基本变速组，简称基本组。速组，简称基本组。 在第二变速组的两个传动比之间在第二变速组的两个传动比之间 ub1:ub2=1/3:1=1:3=1:x1式中式中 x1-该变速组的级比指数，该变速组的级比指数，x1=3。 其相邻传动比之间相差其相邻传动比之间相差3倍，所以通倍，所以通过它变速后第过它变速后第轴得到轴

9、得到6级连续的转速。级连续的转速。第二变速组的作用就是将基本组的变速第二变速组的作用就是将基本组的变速范围进行第一次扩大，称第一扩大组。范围进行第一次扩大，称第一扩大组。 同理，第三变速组由两对齿轮组成，同理，第三变速组由两对齿轮组成，其传动比之间的关系为其传动比之间的关系为 ：式中式中x2该变速组的级比指数，该变速组的级比指数，x2=6。 变速组内相邻传动比之间相差变速组内相邻传动比之间相差6倍，倍，通过其变速后，第通过其变速后，第 IV轴可得到轴可得到322=12级转速。它把基本组的变速范围进行第二级转速。它把基本组的变速范围进行第二次扩大，称为第二扩大组。次扩大，称为第二扩大组。 如果还

10、有更多的变速组，则依此类推如果还有更多的变速组，则依此类推。 由上可知，若用由上可知，若用xn和和pn分别表示各变速分别表示各变速组的级比指数和传动付数，则后一变速组组的级比指数和传动付数，则后一变速组的级比指数等于前一变速组的级比指数与的级比指数等于前一变速组的级比指数与传动付数之积传动付数之积 x xn n=x=xn-1n-1p pn-1n-1 为为了了获获得得连连续续的的等等比比级级数数的的转转速速，必必须须使使几几个个变变速速组组串串联联而而成成的的传传动动系系统统符符合合等等比比级级数数的的规规律律，否否则则会会出出现现转转速速重重复复或或空空缺的现象。缺的现象。 3) 各变速组的变

11、速范围是该变速组内传各变速组的变速范围是该变速组内传动副的最大传动比和最小传动比的比值，动副的最大传动比和最小传动比的比值，即即 因此，基本组的变速范围为因此，基本组的变速范围为 第一扩大组的变速范围为第一扩大组的变速范围为 第二扩大组的变速范围为第二扩大组的变速范围为 同理，第同理，第j扩大组的变速范围为扩大组的变速范围为 而传动系统总的变速范围则等于各变而传动系统总的变速范围则等于各变速组变速范围的乘积，即速组变速范围的乘积，即 在在设设计计传传动动系系统统时时，一一般般均均应应遵遵循循上上述述规规律律，这这样样，传传动动系系统统所所得得到到的的转转速速级级数数是是连连续续的的等等比比级级

12、数数，这这种种传传动动系系统统称为正常传动系统。称为正常传动系统。 （二）结构网和结构式（二）结构网和结构式 只只表表示示传传动动比比的的相相对对关关系系而而不不表表示示转转速速数数值值的的线线图图称称为为结结构构网网。结结构构网网也也可可看看成成是是转转速速图图的的对对称称形形式式，因因结结构构网网只只表表示示传传动动关关系系，而而不不表表示示转转速速数数值值，故故可可画画成成对对称称形形式式。但但结结构构网网和和转转速速图图有有一一致致的的变变速速特特性性，一一个个转转速速图图将将对对应应一一个个结结构构网网，如如图图416所示为所示为12级传动系统的结构网。级传动系统的结构网。 结构网表

13、示出了各变速组的传动副数结构网表示出了各变速组的传动副数和各变速组的级比指数，还表示出其传和各变速组的级比指数，还表示出其传动顺序和扩大顺序。动顺序和扩大顺序。 结构网又可以简化为结构式，如图结构网又可以简化为结构式，如图416所示的结构网可用所示的结构网可用12=312326的结构的结构式表示，其中式表示，其中12代表转速级数，代表转速级数，3、2、2表示变速组的传动副数和传动顺序，下表示变速组的传动副数和传动顺序，下标标1、3、6表示各对应变速组的级比指数。表示各对应变速组的级比指数。结构网和结构式表达的内容是相同的，结构网和结构式表达的内容是相同的，但结构网更加直观。但结构网更加直观。

14、（三）转速图的拟定（三）转速图的拟定 通过对转速图的拟定和分析可找出最佳通过对转速图的拟定和分析可找出最佳的传动系统方案，它是传动系统设计中不的传动系统方案，它是传动系统设计中不可缺少的重要环节。可缺少的重要环节。 1变速组及其传动副数的确定变速组及其传动副数的确定 一定变速级数的传动系统可由不同数目一定变速级数的传动系统可由不同数目的变速组组成。减少变速组的数目可以缩的变速组组成。减少变速组的数目可以缩短传动链，但在总变速级数一定的情况下，短传动链，但在总变速级数一定的情况下，势必会增加各变速组内传动副数目，并且势必会增加各变速组内传动副数目，并且降速过快，因而导致齿轮的径向尺寸增大。降速过

15、快，因而导致齿轮的径向尺寸增大。 现以现以 18级转速的传动系统为例，其组成级转速的传动系统为例，其组成方案有下列三种：方案有下列三种： 18=92；18=63；18=332。 为使传动系统中齿轮总个数为最少，每为使传动系统中齿轮总个数为最少，每个变速组的传动副数最好取个变速组的传动副数最好取p=2或或3，并采，并采用双联或三联齿轮进行变速。而上述方案用双联或三联齿轮进行变速。而上述方案中，方案中，方案需需 9+2=11对齿轮，方案对齿轮，方案需需6+3=9对齿轮，方案对齿轮，方案只需只需3+3+2=8对齿轮，对齿轮，虽然增加了一个变速组，且相应多了一根虽然增加了一个变速组，且相应多了一根轴，

16、但总的结构尺寸却可以减小，并且结轴，但总的结构尺寸却可以减小，并且结构也比较合理。构也比较合理。2确定传动顺序确定传动顺序 传动顺序是指从动力机到执行机构各传动顺序是指从动力机到执行机构各变速组传动副数的排列顺序。在传动系统变速组传动副数的排列顺序。在传动系统中，如果对各变速组的顺序进行不同的排中，如果对各变速组的顺序进行不同的排列，则可以得到若干不同的传动方案。例列，则可以得到若干不同的传动方案。例如上述如上述18级转速的传动系统，按传动顺序级转速的传动系统，按传动顺序排列可得：排列可得： 18=332 18=323 18=233 为了能从这些方案中确定出最佳方案，为了能从这些方案中确定出最

17、佳方案，一般应遵循一般应遵循“前多后少前多后少”的原则，即传动的原则，即传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，副数较多的变速组安排在传动顺序前面，传动副数较少的变速组安排在后面。这是传动副数较少的变速组安排在后面。这是由于传动系统一般为降速传动，如果把传由于传动系统一般为降速传动，如果把传动副数较多的变速组安排在前面，可使其动副数较多的变速组安排在前面，可使其转速较高，从而转矩较小，因此可减小传转速较高，从而转矩较小，因此可减小传动件的尺寸，并可以节省材料，减少传动动件的尺寸，并可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此应选结构式系统的转动惯量。因此应选结构式18=332的方案为好。的方案为

18、好。 3确定变速顺序确定变速顺序 变速顺序是指基本组和扩大组的排列顺序。变速顺序是指基本组和扩大组的排列顺序。 在确定变速顺序时，一般应采用基本组在前，在确定变速顺序时，一般应采用基本组在前，扩大组在后的方案。这时各变速组的变速范围扩大组在后的方案。这时各变速组的变速范围逐渐增大，在转速图上表现为前面变速组的传逐渐增大，在转速图上表现为前面变速组的传动比连线分布较紧密，而后面变速组的传动比动比连线分布较紧密，而后面变速组的传动比连线分布疏松，即连线分布疏松，即“前密后疏前密后疏” 的原则。它的的原则。它的优点是可使前面的各轴转速范围较小，使最低优点是可使前面的各轴转速范围较小，使最低转速较高并

19、降低最高转速，因此可以减小传动转速较高并降低最高转速，因此可以减小传动件的尺寸，并降低噪声和振动。件的尺寸，并降低噪声和振动。 如如 12级传动系统，在级传动系统，在 12=322中，中，按基本组和扩大组排列顺序的不同可按基本组和扩大组排列顺序的不同可有以下六种方案，其结构网和结构式有以下六种方案，其结构网和结构式见图见图417所示。所示。 图图417a所示方案的扩大顺序与所示方案的扩大顺序与传动顺序一致，其中间轴的变速范围传动顺序一致，其中间轴的变速范围较小，最低转速较高，传递的转矩较较小，最低转速较高，传递的转矩较小，方案最佳。小，方案最佳。4确定各变速组的传动比确定各变速组的传动比 对应

20、于一个结构式可以有多个转速图方对应于一个结构式可以有多个转速图方案，因为结构式只能表示传动顺序和变速案，因为结构式只能表示传动顺序和变速顺序，而并不能确定各个变速组传动比的顺序，而并不能确定各个变速组传动比的具体数值。如图具体数值。如图4-18所示两个转速图中，所示两个转速图中，基本组的三个传动比都相邻一格，扩大组基本组的三个传动比都相邻一格，扩大组的两个传动比都相邻三格，这两个转速图的两个传动比都相邻三格，这两个转速图的结构式相同，但各变速组传动比的数值的结构式相同，但各变速组传动比的数值不同。不同。在确定传动比时应考虑以下几点：在确定传动比时应考虑以下几点：1）各传动副的传动比不应超出极限

21、传动）各传动副的传动比不应超出极限传动比。比。 在降速传动中，为防止被动齿轮的直在降速传动中，为防止被动齿轮的直径过大，常限制最小传动比径过大，常限制最小传动比 umin1/4 ；在升速传动中，为防止产生过大的振动在升速传动中，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比和噪声，常限制最大传动比 umax2；如；如用斜齿轮传动，则用斜齿轮传动，则umax2.5。因此，传。因此，传动系统各变速组的变速范围一般为动系统各变速组的变速范围一般为 r=umax/umin810。 对对于于传传动动功功率率较较小小，传传动动件件转转速速较较低低、尺尺寸寸较较小小的的传传动动系系统统，如如进进给给传传动动系

22、系统统等等，上上述述范范围围可可放放宽宽到到 umin1/5，umax 2.8，故故变变速速范范围围 r 14。 2）尽量提高中间轴的最低转速。）尽量提高中间轴的最低转速。 分分配配降降速速传传动动比比时时，应应遵遵循循“前前缓缓后后急急” 的的原原则则使使各各变变速速组组逐逐步步降降速速，即即按按传传动动顺顺序序前前面面的的变变速速组组降降速速慢慢一一些些，后后面面的的变变速速组组降降速速快快一一些些。按按照照这这一一原原则则，可可使使中中间间轴轴的的最最低低转转速速较较高，有利于减小传动件的尺寸。高，有利于减小传动件的尺寸。3）分配传动比时也应避免较大的升速传）分配传动比时也应避免较大的升

23、速传动，因为升速传动使传动误差扩大，并引动，因为升速传动使传动误差扩大，并引起较大的啮合冲击和噪声。如果在传动链起较大的啮合冲击和噪声。如果在传动链的始端就采用较大的升速齿轮传动，则将的始端就采用较大的升速齿轮传动，则将使整个传动系统的噪声增大。使整个传动系统的噪声增大。 在满足机械运动要求的前提下，尽量在满足机械运动要求的前提下，尽量缩短传动链。缩短传动链可以减少传动零缩短传动链。缩短传动链可以减少传动零件、简化结构、减小传动链的积累误差、件、简化结构、减小传动链的积累误差、减小传动链的转动惯量。对高速传动系统减小传动链的转动惯量。对高速传动系统更应尽量采用短的传动链。更应尽量采用短的传动链

24、。例例题题：已已知知电电动动机机转转速速nm=1460r/min，执执行行机机构构要要求求三三级级变变速速，公公比比=1.58，转转速速值值分分别别为为95、150、236r/min，确确定定转转速速图图方案。方案。（1）计算总降速比）计算总降速比 执执行行构构件件的的最最低低转转速速n1=95，n1比比电电动动机机 转转 速速 低低 很很 多多 ， 所所 以以 是是 降降 速速 传传 动动 。umax=nm/n1=1460/95=15.4。 （2）确定传动副数目）确定传动副数目 采用一个三联齿轮变速组，由于一对齿轮许采用一个三联齿轮变速组，由于一对齿轮许用的最大降速比为用的最大降速比为4，至

25、少需要再用一对齿轮，至少需要再用一对齿轮降速。降速。（3）确定各对传动副的传动比）确定各对传动副的传动比 如果电动机与变速箱之间用联轴器连接时，如果电动机与变速箱之间用联轴器连接时，可采用三轴二级串联降速。可采用三轴二级串联降速。-轴之间为三联轴之间为三联齿轮变速组，齿轮变速组，-轴之间为定比齿轮传动。轴之间为定比齿轮传动。变速组在前可减小三联齿轮尺寸。传动比变速组在前可减小三联齿轮尺寸。传动比u1=1/3，u2= 1/2， u3= 1/，定比传动齿轮，定比传动齿轮传动比传动比u4= 1/3。 如如果果电电动动机机与与变变速速箱箱之之间间用用带带传传动动，增增加加一一级级减减速速，减减速速比比

26、为为，则则传传动动比比分分别别为为u1=1/2，u2=1/，u3=1，定定比比传传动动齿齿轮轮传传动动比比u4= 1/3。此此方方案案优优于于上上一一方方案案，输输入入轴轴转转速速较较低低，降降低低噪噪声声，三三联联齿齿轮轮最最小小传传动动比比大大于于1/4。可可减小轴距。减小轴距。（四）齿轮齿数的确定（四）齿轮齿数的确定 转速图确定后，可以根据各对传动副转速图确定后，可以根据各对传动副的传动比计算齿轮的齿数或带轮的直径。的传动比计算齿轮的齿数或带轮的直径。在确定齿数时应注意以下几点：在确定齿数时应注意以下几点： 1）齿轮副的齿数和中心距不能太大，）齿轮副的齿数和中心距不能太大，以免齿轮尺寸过

27、大。一般推荐齿数和以免齿轮尺寸过大。一般推荐齿数和Sz100120，选用在，选用在100以内。以内。 2）同一变速中的各对齿轮，其中心距）同一变速中的各对齿轮，其中心距必须保证相等。必须保证相等。 3）最小齿轮的齿数应保证不产生根切。）最小齿轮的齿数应保证不产生根切。 4）应保证最小齿轮装到轴上应具有足）应保证最小齿轮装到轴上应具有足够的强度。为保证齿轮的强度，齿根到够的强度。为保证齿轮的强度，齿根到孔壁或键槽的壁厚应有足够的厚度，一孔壁或键槽的壁厚应有足够的厚度，一般推荐该厚度值等于或大于般推荐该厚度值等于或大于2倍齿轮模数。倍齿轮模数。由此可知，在确定最小齿轮齿数时，要由此可知，在确定最小

28、齿轮齿数时，要先估算传动轴的直径。先估算传动轴的直径。1变速组内模数相同时齿数的确定变速组内模数相同时齿数的确定 由由于于同同一一变变速速组组内内各各对对齿齿轮轮的的中中心心距距应应相相等等，当当模模数数相相同同时时，若若采采用用标标准准齿齿轮轮，则则各各对对齿齿轮轮的的齿齿数数和和也也相相等等。降降速速传传动动时时，齿齿数数和和应应由由最最小小传传动动比比的的一一对对齿齿轮轮副副确确定定；升升速速传传动动时时，应应由由最最大大传传动动比比的的一一对对齿齿轮轮副副确确定定。根根据据同同一一变变速速组组内内各各对对齿齿轮轮的的中中心心距距及及齿齿数数和和相相等等的的原原理理。首首先先根根据据最最

29、小小传传动动比比或或最最大大传传动动比比的的一一对对齿齿轮轮副副确确定定最最小小齿齿轮轮的的齿齿数数及及齿齿数数和和，然然后后确确定其他传动比的齿轮副的齿数。定其他传动比的齿轮副的齿数。 2变速组内模数不同时齿数的确定变速组内模数不同时齿数的确定 在同一变速组内，若不同的啮合在同一变速组内，若不同的啮合齿轮副采用不同的模数，确定齿数时，齿轮副采用不同的模数，确定齿数时，必须保证齿轮副的中心距相等。在确必须保证齿轮副的中心距相等。在确定不同模数的齿轮齿数时，常需经过定不同模数的齿轮齿数时，常需经过几次试算才能最后确定。几次试算才能最后确定。 二、无级变速传动系统的运动设计二、无级变速传动系统的运

30、动设计 无无级级变变速速传传动动系系统统的的类类型型很很多多，主主要有下列三类：要有下列三类： 1）电电气气无无级级变变速速。如如直直流流调调速速电电动动机机、交交流流调调速速电电动动机机、步步进进电电动动机机及伺服电动机及伺服电动机。 2）液力及液（气）压变速。前者采用液力）液力及液（气）压变速。前者采用液力变矩器实现无级变速，后者采用节流调速或变矩器实现无级变速，后者采用节流调速或容积调速实现无级变速，如液压缸和液压马容积调速实现无级变速，如液压缸和液压马达。达。3）机械无级变速。机械无级变速机构的类）机械无级变速。机械无级变速机构的类型很多，但多数都是利用摩擦传动机构实现型很多，但多数都

31、是利用摩擦传动机构实现的。的。 对于调速范围大，功率和转矩特性难于对于调速范围大，功率和转矩特性难于直接匹配的情况。总是在无级调速之后串联直接匹配的情况。总是在无级调速之后串联机械有级变速传动，以满足调速范围和转矩机械有级变速传动，以满足调速范围和转矩特性的要求。特性的要求。三、三、 传动件的计算转速传动件的计算转速 为保证传动系统零件的强度和寿命，为保证传动系统零件的强度和寿命，应根据传动零件工作时的最大负载进行承应根据传动零件工作时的最大负载进行承载能力计算。载能力计算。 对恒转矩特性的机械，应由工作机械对恒转矩特性的机械，应由工作机械的转矩负载特性确定各传动零件的最大负的转矩负载特性确定

32、各传动零件的最大负载转矩。载转矩。 在设计可调传动比的传动系统时，应在设计可调传动比的传动系统时，应根据机械的作业特点进行具体分析，确定根据机械的作业特点进行具体分析，确定传动零件的最大负载转矩。不少机械已有传动零件的最大负载转矩。不少机械已有行业设计规范和方法，设计时要采用。行业设计规范和方法，设计时要采用。 一般，应按传递动力机全部功率时各一般，应按传递动力机全部功率时各级转速中的最低转速计算零件的最大负级转速中的最低转速计算零件的最大负载转矩。通常把传递动力机全部功率时载转矩。通常把传递动力机全部功率时的最低转速，称为该传动零件的计算转的最低转速，称为该传动零件的计算转速速nj。 举例：

33、中型通用机床（车床、铣床）举例：中型通用机床（车床、铣床）和用途较广的半自动机床主轴计算转速和用途较广的半自动机床主轴计算转速为：为： nj=nmin(Z/3-1)nmin主轴最低转速，主轴最低转速，Z级数级数 上式表示，如把主轴的全部转速上式表示，如把主轴的全部转速Z分分为三等分，则从低速起的第一个三分之为三等分，则从低速起的第一个三分之一转速级数中的最高一级转速作为主轴一转速级数中的最高一级转速作为主轴的计算转速。从计算转速开始的以上各的计算转速。从计算转速开始的以上各级转速都能传递动力机的全部功率，低级转速都能传递动力机的全部功率，低于计算转速的各级转速都不能传递动力于计算转速的各级转速

34、都不能传递动力机的全部功率。机的全部功率。 传动系统中其余中间传动零件的计传动系统中其余中间传动零件的计算转速为能实现传递动力机全部功率的算转速为能实现传递动力机全部功率的各级转速中的最低转速。各级转速中的最低转速。 下图某通用车床的转速图中，下图某通用车床的转速图中，1.26，主轴（，主轴（轴）的计算轴）的计算转速为转速为nj=95r/min， 轴的计轴的计算转速为算转速为118r/min， 轴的计轴的计算转速为算转速为300r/min， 轴的计轴的计算转速为算转速为750r/min，轴计算转轴计算转速为速为1450r/min。如图某通用车床的转速图中，如图某通用车床的转速图中，主轴（主轴（

35、轴）的计算转速为轴）的计算转速为 nj=451.41(6/3-1)=63r/min轴的计算转速为轴的计算转速为250r/min， 轴的计算转速为轴的计算转速为500r/min， 轴的计算转速为轴的计算转速为1000r/min。 四四、 变速箱设计概述变速箱设计概述（一）变速箱的组成和要求（一）变速箱的组成和要求 将变速装置、起停和换向装置、制动将变速装置、起停和换向装置、制动装置及安全保护装置装在一个箱体中，并装置及安全保护装置装在一个箱体中，并根据变速要求设置相应的操纵机构和润滑根据变速要求设置相应的操纵机构和润滑系统，就构成了变速箱。系统，就构成了变速箱。 变速箱的设计依据是传动系统的运动

36、变速箱的设计依据是传动系统的运动设计，一般应满足如下要求：设计，一般应满足如下要求： 1）运动方面的要求：如变速范围、变）运动方面的要求：如变速范围、变速级数、转速等。速级数、转速等。 2）使使用用性性能能和和联联接接尺尺寸寸上上的的要要求求：使使用用性性能能包包括括几几何何精精度度、刚刚度度、抗抗振振性性、噪噪声声、传传动动效效率率以以及及操操作作是是否否省省力力方方便便等等。联联接接尺尺寸寸包包括括技技术术参参数数尺尺寸寸、安安装装尺寸和外廓尺寸等。尺寸和外廓尺寸等。 3）结构工艺性能的要求：包括毛坯）结构工艺性能的要求：包括毛坯制造工艺性和热处理工艺性、机械加工制造工艺性和热处理工艺性、

37、机械加工工艺性、装配工艺性以及检验、调整和工艺性、装配工艺性以及检验、调整和维修的方便性。维修的方便性。 4）遵守标准化和通用化原则。）遵守标准化和通用化原则。 （二）箱内各轴线的布置及轴的安装（二）箱内各轴线的布置及轴的安装 1.箱内各轴线的布置箱内各轴线的布置 不同类型的机械其功用不同，要求不不同类型的机械其功用不同，要求不同，总体布局及结构也不同。变速箱的同，总体布局及结构也不同。变速箱的设计除应满足前述要求外，还应考虑机设计除应满足前述要求外，还应考虑机械的总体布局，即变速箱的安装位置、械的总体布局，即变速箱的安装位置、大小形状以及工作要求。在布置箱内各大小形状以及工作要求。在布置箱内

38、各轴线时通常应考虑如下几点：轴线时通常应考虑如下几点：1）应考虑各轴线的传动顺序。）应考虑各轴线的传动顺序。2）考考虑虑各各轴轴的的空空间间位位置置，尽尽量量缩缩小小径径向向尺尺寸寸，同同时时应应考考虑虑加加工工工工艺艺性性。为为了了缩缩小小径径向向尺尺寸寸和和简简化化工工艺艺，可可使使箱箱体体内内某某些轴线重合。些轴线重合。3)考考虑虑操操纵纵方方式式对对轴轴线线布布置置的的影影响响。当当采采用用机机械械方方式式对对装装在在轴轴上上的的离离合合器器、滑滑移移齿齿轮轮、制制动动器器等等进进行行操操纵纵时时，为为方方便便操操纵纵机机构构的的设设计计，应应使使这这些些轴轴尽尽量量靠靠近近操操纵纵机

39、机构构，并并且且应应留留有有一一定定的的空空间间以以便便于调整。于调整。 2轴的安装轴的安装 轴轴在在箱箱体体内内的的安安装装，一一般般用用轴轴承承支支承承。轴轴承承的的类类型型可可根根据据轴轴的的转转速速和和所所承承受受的的载载荷荷来来选选择择。轴轴的的转转速速高高时时，应应选选用用滚滚动动轴轴承承；载载荷荷较较大大时时，应应选选用用圆圆柱柱滚滚子子轴轴承承。当当轴轴有有可可能能承承受受轴轴向向载载荷荷时时还还应应对对轴轴进进行行轴轴向向固固定定。轴轴向向固固定定的的方方法法有有两两种种，一一种种是是一一端端固固定定，另另一一种种是是两两端端固固定定。一一端端固固定定可可使使轴轴受受热热后后

40、自自由由延延伸伸，不不会产生热应力，因此宜用于长轴。会产生热应力，因此宜用于长轴。 另另外外，还还应应注注意意轴轴向向定定位位，每每一一根根轴轴必必须须双双向定位。否则，有可能发生轴向串动。向定位。否则，有可能发生轴向串动。（三）齿轮在轴上的布置与排列（三）齿轮在轴上的布置与排列 在变速传动组内，应尽量以较小的齿在变速传动组内，应尽量以较小的齿轮作为滑移齿轮，使滑移省力。轮作为滑移齿轮，使滑移省力。 齿轮滑移时必须使原处于啮合状态的齿轮滑移时必须使原处于啮合状态的齿轮完全脱开后，才能与另一齿轮进入齿轮完全脱开后，才能与另一齿轮进入啮合。因此，双联滑移齿轮传动组占用啮合。因此，双联滑移齿轮传动组

41、占用的轴向长度为的轴向长度为B4b（b为齿轮厚度），如为齿轮厚度），如图。三联滑移齿轮传动组占用的轴向长图。三联滑移齿轮传动组占用的轴向长度为度为B7b。 可可以以采采用用下下列列一一些些方方法来缩短轴向长度：法来缩短轴向长度： l）采采用用合合理理的的滑滑移移齿齿轮轮结结构构：把把三三联联滑滑移移齿齿轮轮一一分分为为二二，就就能能使使轴轴向向长长度度减减少少一一个个b。但但将将使使操操纵纵机机构构复复杂杂化化。两两个个滑滑移移齿齿轮轮之之间间必必须须进进行行互互锁锁，以以防防止止两两对对齿齿轮轮同同时时啮啮合合 。如如图图430。 多联滑移齿轮的轴向排列有宽式和窄式，窄式比宽式所占的轴向尺寸

42、小2）合理安排相邻变）合理安排相邻变速组各齿轮的轴向速组各齿轮的轴向位置，统一安排变位置，统一安排变速传动组。图速传动组。图4-31a是二个变速组一般是二个变速组一般的排列方式，总长的排列方式，总长度度B8b。图。图4-31b将固定齿轮放在将固定齿轮放在轴，轴，主动轮放在中间，主动轮放在中间，被动轮处于两端，被动轮处于两端，总长度总长度B6b，3）采用公用齿轮。也采用公用齿轮。也可使轴向长度减小，可使轴向长度减小，如图如图4-31c。公用齿轮既是前一变速组的从动齿轮，又是后一变速组的主动轮，采用公用齿轮，可减少传动件数目和缩短轴向尺寸，如上图4）增加定比传动副在两变速组中间增加一定比传动副，也

43、可大大缩短轴向尺寸，如右图（5）相互啮合齿轮的宽度）相互啮合齿轮的宽度 在一般情况下，一对相互啮合的齿在一般情况下，一对相互啮合的齿轮，宽度应该是相同的。但是，考虑到轮，宽度应该是相同的。但是，考虑到操纵机构的定位不可能很精确，拨叉也操纵机构的定位不可能很精确，拨叉也存在着误差和磨损，使用时往往会发生存在着误差和磨损，使用时往往会发生错位。这时只有部分齿宽参与工作，会错位。这时只有部分齿宽参与工作，会使齿轮局部磨损，降低寿命。如果轴向使齿轮局部磨损，降低寿命。如果轴向尺寸并不要求很紧凑，可以使小齿轮比尺寸并不要求很紧凑，可以使小齿轮比相互啮合的大齿轮宽相互啮合的大齿轮宽 12mm，缺点是，缺点

44、是轴向尺寸有所增加。轴向尺寸有所增加。可以采用下列一些方法来缩小径可以采用下列一些方法来缩小径向尺寸：向尺寸：1）减小齿轮直径、缩小轴间距；如下图2）合理布置传动轴的空间位置充分利用变速箱的空间，如下图3）使某些传动轴轴线重合布置如下图特殊形式的分级变速传动系统1多速电动机传动系统：如图2）采用交换齿轮变速的传动系统）采用交换齿轮变速的传动系统交换齿轮变速机构简单，可以有很小的传动件获得较多的传动比数量，而且不需要变速操纵机构，大大简化传动装置，如下图总结一、分级变速主传动系统设计的基本原则A.确定变速组及其传动副的原则：前多后少B.确定各变速组的扩大顺序的原则：前密后疏C.确定变速组的极限传动比和变速范围的原则：传动比：降速不小于1/4，升速不大于2，最大转速于最小转速之比不超过8-10d.分配传动比的原则：尽量提高中间传动轴的最低转速，做的降速时，先慢后快总结二、转速图的拟订：步骤为A.确定变速组及其传动副B.确定各变速组的扩大顺序C.分配各变速组的传动比，拟订转速图课程作业 机床主轴转速范围为31.51400转，变速级数为12，公比=1.41，电动机转速为1420转，请拟订转速图。