机械系统设计pPPT课件

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1、哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第4章传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计本章主要内容：本章主要内容： 1 1 传动系统的类型及应用传动系统的类型及应用 2 2 传动系统的组成传动系统的组成 3 3 传动系统运动设计传动系统运动设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计传动的概念传动的概念 机械系统的机械系统的传动传动是将动力源或某个执行系统（执行件）的是将动力源或某个执行系统（执行件）的速度、力矩传递速度、力矩传递给执行

2、件（或另一执行件），使该执行件具有给执行件（或另一执行件），使该执行件具有某种运动和出力的功能。某种运动和出力的功能。传动环节又称传动链或传动系统，有两类：传动环节又称传动链或传动系统，有两类： 内联传动：内联传动：主要考虑两执行件间的传动精度；主要考虑两执行件间的传动精度； 外联传动：外联传动：主要考虑执行件的速度（或转速）和传递动力的主要考虑执行件的速度（或转速）和传递动力的要求。要求。运动和动力的运动和动力的传递传递运动和动力的运动和动力的变换变换传动系统的作用传动系统的作用哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计4.1 4.

3、1 传动系统分类传动系统分类哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）有级变速和无级变速传动系统（一）有级变速和无级变速传动系统11无级变速传动系统无级变速传动系统 无级变速是指无级变速是指执行件的转速（或速度）在一定的范围内连执行件的转速（或速度）在一定的范围内连续地变化续地变化，这样可以使执行件获得最有利的速度，这样可以使执行件获得最有利的速度，能在系统运能在系统运转中变速转中变速，也便于实现自动化等。，也便于实现自动化等。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计（1 1）机械无级调速器）机械无级调速器 （2 2）液压无级变速装置）液压无级变速装置（3 3）电气

4、无级变速装置）电气无级变速装置机械系统中常用的无级变速装置机械系统中常用的无级变速装置哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（1 1）机械无级调速）机械无级调速 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计机械无级调速 依靠依靠摩擦传动摩擦传动，改变改变主动件和从动件的输出主动件和从动件的输出半径半径，实现传动，实现传动比的无变化。比的无变化。调速原理调速原理1 1）滚轮）滚轮-平板式变速器平板式变速器 2 2）钢球无级变速器）钢球无级变速器 3 3）菱锥无级变速器）菱锥无级变速器 4 4）宽）宽V V带无级变速器带无级变速器 分类分类摩擦传动带来的问题：摩擦传动带来的问题

5、：效率问题，磨损问题，可靠性问题效率问题，磨损问题，可靠性问题哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室1) 滚轮滚轮-平板式变速器平板式变速器 工作原理：工作原理： 调整主动轮的位调整主动轮的位置，就改变了置，就改变了r2 的的大小，从而实现无大小，从而实现无级变速级变速接触点的速度：接触点的速度：v =2 r2 = r1 1传动比：传动比： i12 =1 / 2 =r2 / r1 特点：特点： 1）结构简单、制造方便；）结构简单、制造方便； 2）因为存在较大相对滑动，故磨损严重，传递功率不大）因为存在较大相对滑动，故磨损严重，传递功率不大组成：组成： 主动轮主动轮 从

6、动盘从动盘 弹簧弹簧 主动轴主动轴 I 从动轴从动轴 II潘存云教授研制主动轮主动轮III从动平盘从动平盘弹簧弹簧 III主动轮主动轮从动平盘从动平盘弹簧弹簧 r1r2机械式无级调速机械式无级调速弹簧作用？弹簧作用？哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室2) 钢球无级变速器钢球无级变速器 传动比：传动比： i12 = R2 r1 / R1 r2 = r1 / r2 因为R1=R2 组成：组成： 锥轮锥轮 钢球钢球(通常为通常为6个个) 支承轴支承轴 主动轴主动轴 I 从动轴从动轴 II工作原理工作原理 调整支承轴的倾调整支承轴的倾角，可改变钢球角，可改变钢球的传动半径

7、的传动半径r1和和r2 ，从而实现无，从而实现无级变速。级变速。 特点：特点：1）结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑；）结构简单、传动平稳，相对滑动小，结构紧凑； 2）要求钢球加工精度高。）要求钢球加工精度高。 钢球钢球支承轴支承轴从动锥轮从动锥轮主动锥轮主动锥轮机械式无级调速机械式无级调速潘存云教授研制IIIIIIr1 R1 r2 R哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室支承架支承架从动轮从动轮菱锥菱锥3) 菱锥无级变速器菱锥无级变速器 组成：组成： 主动轮主动轮 从动轮从动轮 锥菱锥菱 支承架支承架 主动轴主动轴 I 从动轴从动轴 II 从动轮从动轮主动轮主

8、动轮III菱锥菱锥支承架支承架r1r2R1R2机械式无级调速机械式无级调速工作原理：工作原理： 调整支架的水平位置，可改变菱锥的传动半径调整支架的水平位置，可改变菱锥的传动半径r1和和r2 ，从而实，从而实现无级变速。现无级变速。 传动比：传动比： i12 = r1 R2 / R1 r2 利用接触点线利用接触点线速度相等计算速度相等计算哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室4) 宽宽V带无级变速器带无级变速器 传动比：传动比： i12 = r2 / r1 组成：组成： 固定锥轮固定锥轮 活动锥轮活动锥轮 宽宽V带带 工作原理：工作原理： 同步调整活动锥轮的轴向位置，可

9、改变锥轮的传动半径同步调整活动锥轮的轴向位置，可改变锥轮的传动半径r1和和r2 ，从而实现无级变速。，从而实现无级变速。 潘存云教授研制宽宽V带带固定锥轮固定锥轮III活动锥轮活动锥轮IIIr2r1机械式无级调速机械式无级调速锥轮怎么动？锥轮怎么动？哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室机械无级变速器的优点：机械无级变速器的优点：结构简单；结构简单；过载时可利用摩擦传动元件间的打滑而避免损坏机器；过载时可利用摩擦传动元件间的打滑而避免损坏机器；运转平稳、无噪声，可用于较高转速的传动；运转平稳、无噪声，可用于较高转速的传动；易于平缓连续的变速。易于平缓连续的变速。机械式

10、无级变速机械式无级变速缺点：缺点： 不能保证精确的传动比；不能保证精确的传动比；承受过载和冲击能力差，传递大功率时结构尺寸过大；承受过载和冲击能力差，传递大功率时结构尺寸过大；轴和轴承上的载荷较大。轴和轴承上的载荷较大。 造成机械式无级变速缺点的根本原因就是其依靠摩擦传递造成机械式无级变速缺点的根本原因就是其依靠摩擦传递动力的工作原理动力的工作原理哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室(2)(2)液压无级变速装置液压无级变速装置 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计液压无级变速装置液压无级变速装置动力传输：动力传输：利用油液为介质来传递动力利用油液为介质来传递动力无

11、级变速原理：无级变速原理：通过连续地改变输入液动通过连续地改变输入液动机机(或油缸或油缸)的油液流量来实现无级变速的油液流量来实现无级变速特点：特点：传动平稳传动平稳运动换向冲击小运动换向冲击小易于实现直线运动易于实现直线运动常用装置：常用装置：常用于执行件要求直线运动的机械系统中。常用于执行件要求直线运动的机械系统中。如刨床、拉床的主传动以及组合机床的动如刨床、拉床的主传动以及组合机床的动力滑台等力滑台等哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室(3)(3)电气无级变速装置电气无级变速装置 电气无级变速装置是以直流并激电动机、交流变频电动机或电气无级变速装置是以直流并激

12、电动机、交流变频电动机或交、直流伺服电动机、步进电动机等为动力源，交、直流伺服电动机、步进电动机等为动力源，通过连续地变通过连续地变换这些电动机的转速来实现无级调速换这些电动机的转速来实现无级调速。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室22有级变速传动系统有级变速传动系统 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计有级变速较广泛地应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中有级变速较广泛地应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中有级变速特点有级变速特点传递的功率大传递的功率大变速范围宽变速范围宽传动比准确传动比准确工作可靠工作可靠有转速损失

13、有转速损失 由由滑移齿轮滑移齿轮、交换齿轮交换齿轮、交换皮带轮交换皮带轮等变速传动副组成的传等变速传动副组成的传动系统可使执行件得到若干个所需要的转速，这种变速在变速范动系统可使执行件得到若干个所需要的转速，这种变速在变速范围内不能连续地变换，属于有级变速。围内不能连续地变换，属于有级变速。转速不连续，转速不连续，得不到最理想的转速得不到最理想的转速哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计 如果加工某一工件所需要的合理切削速度为如果加工某一工件所需要的合理切削速度为v，则相应的转，则相应的转速为速为n。通常，有级变速机构不能恰好得到

14、这个转速，而是。通常，有级变速机构不能恰好得到这个转速，而是n处于处于某两级转速某两级转速nj与与nj+1之间：之间：njnnj+1 如果采用较高的转速如果采用较高的转速nj+1，则必将提高切削速度，刀具的耐，则必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速用度将要降低。为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速nj为为宜。这时转速的损失为宜。这时转速的损失为n-nj，相对转速损失率为：，相对转速损失率为： A=（n-nj）/n 最大相对转速损失率是当所需的转速最大相对转速损失率是当所需的转速n趋近于趋近于nj+1而实际却选而实际却选用了用了nj时。时。 转速损失反

15、映了生产率的损失。转速损失反映了生产率的损失。转速损失转速损失 的概念的概念哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室CA7620CA7620型液压多刀半自动车床主传动系统及转速图型液压多刀半自动车床主传动系统及转速图 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计交换齿轮变速（交换齿轮变速（29/46 29/46 46/2946/29）滑移齿轮变速（滑移齿轮变速（38/53 38/53 28/6328/63）交换齿轮位置交换齿轮位置？滑移齿轮位置滑移齿轮位置？Why？哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室3 3 固定传动比的传动系统固定传动比的传动系统

16、 如果机械系统的执行件如果机械系统的执行件要求以某一固定的转速要求以某一固定的转速( (速速度度) )工作，则连接动力源与工作，则连接动力源与执行件的传动系统属于固定执行件的传动系统属于固定传动比的传动系统，即该系传动比的传动系统，即该系统是由若干个固定传动比串统是由若干个固定传动比串联组成。联组成。 起重机传动系统简图起重机传动系统简图 注意制动器注意制动器2 2的安装位的安装位置，位于高速轴上，制动置，位于高速轴上，制动器的制动力矩小，体积小器的制动力矩小，体积小第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）独立和联合传动系统（

17、二）独立和联合传动系统11独立驱动传动系统独立驱动传动系统 独立驱动系统指各执行件分别由各自的动力源单独进行驱动。独立驱动系统指各执行件分别由各自的动力源单独进行驱动。独立驱动传动系统一般有以下三种情况：独立驱动传动系统一般有以下三种情况： （1 1）机械系统只有一个执行件）机械系统只有一个执行件 （2 2）机械系统有多个运动不相关的执行件）机械系统有多个运动不相关的执行件 （3 3）数控机械系统数控机械系统 数控机械系统：数控机械系统：一般都有多个执行件，各执行件的运动彼此一般都有多个执行件，各执行件的运动彼此有严格的速比和位置要求，以实现复杂的运动组合或加工复杂的有严格的速比和位置要求，以

18、实现复杂的运动组合或加工复杂的表面。由于采用数字指令进行控制，故每个执行件都有各自的动表面。由于采用数字指令进行控制，故每个执行件都有各自的动力源单独驱动。力源单独驱动。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室独立驱动传动系统独立驱动传动系统（1 1）机械系统只有一个执行件）机械系统只有一个执行件 举例举例第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室独立驱动传动系统独立驱动传动系统（1 1）机械系统只有一个执行件）机械系统只有一个执行件 举例举例曲柄压力机只有一个执行件，即

19、曲柄压力机只有一个执行件，即曲柄滑曲柄滑块机构块机构 1-1-操纵杆操纵杆; 2-; 2-滑块滑块; 3-; 3-连杆连杆;4-;4-曲柄曲柄5-5-制动器制动器; 6-; 6-离合器离合器; 7,8-; 7,8-齿轮副齿轮副9-9-电动机电动机; 10-; 10-立柱立柱注意：注意： 1）制）制动、离合、离合动作的作的协调 2）离合器的作用）离合器的作用 3）离合器和制）离合器和制动器的安装位置器的安装位置 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计问题：如果让你设计，你选择问题：如果让你设计，你选择7 7、8 8齿轮传动？带传动？齿轮传动？带传动？实习时，注意一下！实习时，注意一下！哈尔滨工业

20、大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室独立驱动传动系统独立驱动传动系统（2 2）机械系统有多个运动不相关的执行件）机械系统有多个运动不相关的执行件龙门起重机运动简图龙门起重机运动简图第四章第四章 传动系统设计传动系统设计举例举例哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室独立驱动传动系统独立驱动传动系统（3 3）数控机械系统）数控机械系统 举例举例A4010A4010装配机器人传动原理图装配机器人传动原理图第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）独立和联合传动系统（二）独立和联合传动系统22

21、集中驱动传动系统集中驱动传动系统 集中驱动系统指机械系统的多个执行件均由一个动力源驱动集中驱动系统指机械系统的多个执行件均由一个动力源驱动集中驱动传动系统特点：集中驱动传动系统特点： (1)(1)执行件间有严格的执行件间有严格的传动比要求传动比要求 (2)(2)各执行件间运动各执行件间运动有顺序或协调的要求有顺序或协调的要求 (3)(3)各执行件的运动相互独立各执行件的运动相互独立第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室集中驱动系统集中驱动系统执行件间有严格的传动比要求执行件间有严格的传动比要求 SG8630SG8630型高精度丝杠

22、车床传动系统图型高精度丝杠车床传动系统图 主轴每转一转，刀具的移动距离主轴每转一转，刀具的移动距离S S为工件的螺纹导程为工件的螺纹导程 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计转动和平动有严格的要求，转动和平动有严格的要求，主轴转动一周，刀具横向移动一个导程的距离主轴转动一周，刀具横向移动一个导程的距离刀具横向移动刀具横向移动丝杠的导程丝杠的导程哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）独立和联合传动系统（二）独立和联合传动系统 联合驱动系统联合驱动系统：由两个或多个动力源经各自的传动链联合驱：由两个或多个动力源经各自的传动链联合驱动一个执行件的传动系统，主要用于低

23、速、重载、大功率、执动一个执行件的传动系统，主要用于低速、重载、大功率、执行件少而惯性大的机械。行件少而惯性大的机械。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室4.2 4.2 传动系统组成传动系统组成第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 作用：作用： 变速装置的作用是改变动力源的输出转速和转矩以适应执行件变速装置的作用是改变动力源的输出转速和转矩以适应执行件的需要。若执行件不需要变速，可采用固定传动比的传动系统或的需要。若执行件不需要变速，可

24、采用固定传动比的传动系统或采用标准的减速器、增速器实现降速传动或升速传动。采用标准的减速器、增速器实现降速传动或升速传动。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 1 1 交换齿轮变速交换齿轮变速 A A、B B和和CC、D D为两对交换齿轮，改变齿轮为两对交换齿轮，改变齿轮A A、B B和和CC、D D的齿数的齿数, ,就可得到不同的传动比。就可得到不同的传动比。 （俗称挂轮）（俗称挂轮）第四章第四章 传动系统设计传动系统设计改变的改变的是丝杠是丝杠的转速的转速挂轮位置挂轮位置哈尔滨工业大学机械电子工

25、程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 2 2 滑移齿轮变速滑移齿轮变速 特点：特点：能传递较大的转矩和较高的转速；能传递较大的转矩和较高的转速；变速方便，通过串联变速组的办法便可实现增多变速级数的目的；变速方便，通过串联变速组的办法便可实现增多变速级数的目的；没有常啮合的空转齿轮，因而空载功率损失较小。没有常啮合的空转齿轮，因而空载功率损失较小。滑移齿轮不能在运转中变速，为便于滑移啮合，多用直齿圆柱齿轮传滑移齿轮不能在运转中变速，为便于滑移啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，因而传动的平稳性不如斜齿圆柱轮传动。动，因而传动的平稳性不如斜齿圆柱轮传动。 第四章第四章 传动

26、系统设计传动系统设计交换齿轮交换齿轮滑移齿轮滑移齿轮哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 2 2 滑移齿轮变速滑移齿轮变速 设计滑移齿轮时应该考虑的两个问题设计滑移齿轮时应该考虑的两个问题 1 1）滑移的灵活性（不能自锁）滑移的灵活性（不能自锁） 2 2）三联滑移齿轮中大小齿轮的外径差（齿数差）三联滑移齿轮中大小齿轮的外径差（齿数差）小齿轮的齿小齿轮的齿顶圆直径小于大齿轮的齿根圆直径顶圆直径小于大齿轮的齿根圆直径第四章第四章 传动系统设计传动系统设计交换齿轮交换齿轮滑移齿轮滑移齿轮哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程

27、教研室（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计 注意：注意：离合器本身不能变离合器本身不能变速，它是靠齿轮来变速，类似速，它是靠齿轮来变速，类似滑移齿轮变速原理，靠离合器滑移齿轮变速原理，靠离合器来改变啮合的齿轮来改变啮合的齿轮齿轮A、C空套在轴上;且固定在离合器的定子上离合器的转子固定在轴上离合器的转子固定在轴上哪个离合器吸合，就把与哪个离合器吸合，就把与之相连的齿轮固定在轴上之相连的齿轮固定在轴上哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 第四章第四章

28、传动系统设计传动系统设计 在离合器变速方式中，应用较多的有在离合器变速方式中，应用较多的有牙嵌式离合器牙嵌式离合器、齿轮式齿轮式离合器离合器和和摩擦片式离合器摩擦片式离合器等。等。 应用场合：应用场合：当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮传动时，不便用当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮传动时，不便用滑移齿轮变速，则需用牙嵌式或齿轮式离合器变速。滑移齿轮变速，则需用牙嵌式或齿轮式离合器变速。 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 牙嵌式或齿轮式离合器变速机构的优点牙嵌式或齿轮式离合器变速机构的优点是：轴向尺寸小，可传

29、递是：轴向尺寸小，可传递较大的转矩，传动比准确，变速时操纵省力等。较大的转矩，传动比准确，变速时操纵省力等。 缺点缺点是：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。较大，传动效率低。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 摩擦片式离合器变速摩擦片式离合器变速特点是：特点是：可在运转过程中变速可在运转过程中变速接合平稳，冲击小接合平稳，冲击小便于实现自动化便于实现自动化轴向尺寸较长，结构复杂轴向尺寸

30、较长，结构复杂第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 3 3 离合器变速离合器变速 采用摩擦片式离合器变速时，离合器位置的安排应注意以下采用摩擦片式离合器变速时，离合器位置的安排应注意以下几个方面的问题。几个方面的问题。 减小离合器尺寸减小离合器尺寸。在没有特殊要求的情况下，应尽可能将。在没有特殊要求的情况下，应尽可能将离合器安排在转速较高的轴上，以减小传递的转矩，缩小离合器离合器安排在转速较高的轴上，以减小传递的转矩，缩小离合器的尺寸。的尺寸。 避免出现超速现象避免出现超速现象。超速现象是指当一条传动

31、路线工作时，。超速现象是指当一条传动路线工作时，在另一条不工作的传动路线上出现传动件高速空转的现象，这种在另一条不工作的传动路线上出现传动件高速空转的现象，这种现象在两对齿轮传动比悬殊时更为严重。现象在两对齿轮传动比悬殊时更为严重。 要考虑结构因素要考虑结构因素第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 3 离合器变速离合器变速 ZA=80 ZB=40 ZC=24 ZD=96图图1图图2图图3图图4图图1 M1吸合，吸合，ZC超速超速（I轴主动，轴主动，II轴被动）轴被动）图图4 ZC超速超速（I轴主动，轴

32、主动，II轴被动）轴被动）（离合器外片与小齿轮一起转）（离合器外片与小齿轮一起转）第四章第四章 传动系统设计传动系统设计超速问题超速问题M2M1 M2M1M1M哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（一）变速装置（一）变速装置 4 啮合器变速啮合器变速 同步啮合器的工作原理：在同步啮合器的工作原理：在变速过程中先使将要进入啮合的变速过程中先使将要进入啮合的一对齿轮的圆周速度相等，然后一对齿轮的圆周速度相等，然后才使它们进入啮合，即先同步后才使它们进入啮合，即先同步后变速。这可避免齿轮在变速过程变速。这可避免齿轮在变速过程中产生冲击，使变速过程平稳。中产生冲击，使变速过

33、程平稳。 目的是：目的是：4与与1啮合啮合方法：首先使方法：首先使4和和1的转速相同，的转速相同，即先同步，后啮合即先同步，后啮合第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 作用：作用：用来控制执行件的用来控制执行件的起动起动、停止停止以及以及改变运动方向改变运动方向第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 选择起停、换向装置时应该考虑的因素选择起停、换向装置时应该考虑的因素第四章第四章 传动系

34、统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 起停和换向装置的结构起停和换向装置的结构齿轮齿轮摩擦离合器换向机构摩擦离合器换向机构 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计齿轮齿轮Z1Z1、Z3Z3均空套在轴均空套在轴上上摩擦离合器向左接合时，通过摩擦离合器向左接合时，通过Z2Z2传动轴传动轴，轴，轴II II与轴与轴I I反向旋转；反向旋转；摩擦离合器向右接合时，通过摩擦离合器向右接合时，通过Z0Z0、Z4Z4传动轴传动轴与主动轴同向转动；与主动轴同向转动；摩擦离合器处于中间位置时，轴摩擦离合器处于中间位置时，轴不转

35、。不转。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（二）起停和换向装置（二）起停和换向装置 起停和换向装置的结构起停和换向装置的结构齿轮换向机构（原理齿轮换向机构（原理惰轮机构）惰轮机构） 运动从轴运动从轴传入，轴传入，轴传出。当轴传出。当轴上的滑移齿轮向右移动时，运动上的滑移齿轮向右移动时，运动由轴由轴经齿轮经齿轮1(Z30)1(Z30)的右半部和齿轮的右半部和齿轮2(Z56)2(Z56)传出带动轴传出带动轴转动。当滑移齿轮转动。当滑移齿轮在图示位置时，运动由轴在图示位置时，运动由轴经齿轮经齿轮1(Z30)1(Z30)的左半部及其常啮合的惰轮的左半部及其常啮合的惰轮3(

36、Z30)3(Z30)传动轴传动轴上的齿轮上的齿轮2(Z56)2(Z56)从而带动轴从而带动轴转动，经过一惰轮转动，经过一惰轮3 3，使轴，使轴反向运反向运转。由于齿轮转。由于齿轮1 1与惰轮与惰轮3 3的齿数相等，故输出的转速正反向相等。的齿数相等，故输出的转速正反向相等。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计惰轮轴位置布置影响惰轮轴的受力（b）方案较好哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（三）制动装置（三）制动装置常用的制动方式常用的制动方式 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（三）制动装置（三

37、）制动装置常用的制动方式常用的制动方式 对制动装置的基本要求：对制动装置的基本要求： 工作可靠，操纵方便，制动迅速平稳，结构简单，尺寸小，工作可靠，操纵方便，制动迅速平稳，结构简单，尺寸小，磨损小，散热好。磨损小，散热好。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室制动器的设计与安装应考虑如下问题：制动器的设计与安装应考虑如下问题： 制动器与离合器必需互锁。（例：曲柄压力机）制动器与离合器必需互锁。（例：曲柄压力机） 合理确定制动器的安装位置。合理确定制动器的安装位置。 若要求制动扭矩较小，则制动器应安装在转速较高的轴上。若要求制动扭

38、矩较小，则制动器应安装在转速较高的轴上。这样制动平稳，制动器体积也小。若要求制动时间短、制动灵这样制动平稳，制动器体积也小。若要求制动时间短、制动灵活，则制动器可直接安装在执行件上。通常，制动器安装在转活，则制动器可直接安装在执行件上。通常，制动器安装在转速较高、变速范围较小的轴上。速较高、变速范围较小的轴上。 闸带式制动器的操纵力应作用在制动带的松边。闸带式制动器的操纵力应作用在制动带的松边。 （三）制动装置（三）制动装置常用的制动方式常用的制动方式 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（三）制动装置（三）制动装置闸带式制动器

39、闸带式制动器 1 1操纵杆操纵杆2 2杠杆杠杆3 3制动带制动带4 4制动轮制动轮5 5调节螺钉调节螺钉 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（四）安全保护装置（四）安全保护装置 机械系统在工作中若载荷变化频繁、变化幅度较大、可能机械系统在工作中若载荷变化频繁、变化幅度较大、可能过载而本身又无保护作用时，应在传动链中设置安全保护装置，过载而本身又无保护作用时，应在传动链中设置安全保护装置，以避免损坏传动机构。以避免损坏传动机构。 如果传动链中有带传动、摩擦离合器等摩擦副传动件，则如果传动链中有带传动、摩擦离合器等摩擦副传动件，则

40、具有过载保护作用，否则应在传动链中设置安全离合器或安全具有过载保护作用，否则应在传动链中设置安全离合器或安全销等过载保护装置。销等过载保护装置。 当传动链所传递的转矩超过规定值时，靠安全保护装置中当传动链所传递的转矩超过规定值时，靠安全保护装置中连接件的折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。连接件的折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室（四）安全保护装置（四）安全保护装置常用的安全保护装置：常用的安全保护装置： 11销钉安全联轴器销钉安全联轴器 22钢珠安全离合器钢珠安全离合器 33摩擦

41、安全离合器摩擦安全离合器 剪断销结构图剪断销结构图 钢珠安全离合器钢珠安全离合器 单圆锥摩擦安全离合器单圆锥摩擦安全离合器 第四章第四章 传动系统设计传动系统设计注意角度哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室传动系统设计补充内容传动系统设计补充内容行星齿轮传动行星齿轮传动 基本组成基本组成:1 :1 太阳轮太阳轮;2 ;2 行星轮行星轮;3 ;3 内齿轮内齿轮;4 ;4 行星架行星架 行星传动行星传动: :一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回转的齿轮传动转的齿轮传动 。 行星轮行星轮: :既绕自身的轴线回转既绕自

42、身的轴线回转又随行星架绕固定轴线回转。又随行星架绕固定轴线回转。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室 太阳轮太阳轮行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转并可与并可与其他构件联结承受外加力矩其他构件联结承受外加力矩它们是这种轮系的三个基本件。它们是这种轮系的三个基本件。行星传动的两种形式：行星传动的两种形式：差动轮系差动轮系，行星轮系行星轮系 差动轮系：差动轮系：太阳轮太阳轮行星架和内齿轮三者如果都不固定行星架和内齿轮三者如果都不固定确定确定机构运动时需要给出两个构件的角速度机构运动时需要给出两个构件的角速度这种传动称差动轮系这种

43、传动称差动轮系 差动轮系差动轮系可以把两个给定运动合成起来可以把两个给定运动合成起来也可把一个给定运动也可把一个给定运动按照要求分解成两个基本件的运动。汽车差速器就是分解运动的按照要求分解成两个基本件的运动。汽车差速器就是分解运动的例子。例子。 行星轮系：行星轮系：如果固定内齿轮或太阳轮如果固定内齿轮或太阳轮则称行星轮系。则称行星轮系。传动系统设计补充内容传动系统设计补充内容行星齿轮传动行星齿轮传动 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室(1) (1) 齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动 动画演示动画演示 从演示中可以看出，此种组合为降速

44、传动，通常传动比为从演示中可以看出，此种组合为降速传动，通常传动比为2.52.55 5，且转向相同。，且转向相同。 行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室(2) (2) 齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动 动画演示动画演示 可以看出，此种组合为升速传动，传动比为可以看出，此种组合为升速传动，传动比为0.20.20.40.4，且转向，且转向相同。相同。 行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(3) (3) 太

45、阳轮固定，齿圈主动，行星架被动太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动 动画演示动画演示 可以看出，此种组合为降速传动，传动比为可以看出，此种组合为降速传动，传动比为1.251.251.671.67，且转向相同。，且转向相同。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(4) (4) 太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动 动画演示动画演示可以看出，此种组合为升速传动，传动比为可以看出，此种组合为升速传动，传动比为0.60.60.80.8，且转向相同，且转向相同哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教

46、研室行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(5) (5) 行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动 动画演示动画演示可以看，出此种组合为降速传动，传动比为可以看，出此种组合为降速传动，传动比为1.51.54 4，且转向相反，且转向相反 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(6) (6) 行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动 动画演示动画演示可以看，出此种组合为升速传动，传动比为可以看，出此种组合为升速传动，传动比为0.250.250.670.67，且转向相反，且转向相反哈尔滨工业大

47、学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室行星轮系的几种形式行星轮系的几种形式(7) (7) 把三元件中任意两元件接合为一体的情况把三元件中任意两元件接合为一体的情况 从演示中可以看出，行星齿轮间没有相对运动，作为一个整体运从演示中可以看出，行星齿轮间没有相对运动，作为一个整体运转，传动比为转，传动比为1 1，且转向相同。，且转向相同。 动画演示动画演示哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室谐波齿轮传动谐波齿轮传动哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室 谐波齿轮传动具有以下谐波齿轮传动具有以下优点优点： 1 1）传动比大、范围宽（一

48、级传动比范围为）传动比大、范围宽（一级传动比范围为50 - 50050 - 500，二级传动，二级传动可达可达2500-2500002500-250000），且在传动比很大的情况下，仍具有较高的），且在传动比很大的情况下，仍具有较高的效率；效率； 2 2）结构简单、体积小、重量轻（与一般齿轮减速器相比，零）结构简单、体积小、重量轻（与一般齿轮减速器相比，零件可减少约件可减少约50 %50 %，体积可减少，体积可减少20%-50%20%-50%）；）； 3 3）由于同时啮合的轮齿对数多，齿面相对滑动速度低，加上）由于同时啮合的轮齿对数多，齿面相对滑动速度低，加上多齿啮合的平均效应，承载能力强、传

49、动平稳、运动精度高。多齿啮合的平均效应，承载能力强、传动平稳、运动精度高。 4 4）还能实现密封空间的运动传递。）还能实现密封空间的运动传递。 谐波齿轮传动的谐波齿轮传动的缺点缺点是柔轮易发生疲劳损坏，起动力矩大。是柔轮易发生疲劳损坏，起动力矩大。 动画仿真谐波齿轮传动谐波齿轮传动哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室 当机械系统的执行件的转速或速度需要在一定范围内变化，当机械系统的执行件的转速或速度需要在一定范围内变化，而又允许有一定的转速损失时，基于经济性考虑，可采用有级而又允许有一定的转速损失时，基于经济性考虑，可采用有级变速系统，而机床有级变速系统的设计方法、

50、原则比较系统而变速系统，而机床有级变速系统的设计方法、原则比较系统而成熟。因此，以下介绍机床有级变速系统设计时应遵循的原则成熟。因此，以下介绍机床有级变速系统设计时应遵循的原则和规律，其他机械系统的传动设计，可参照进行。和规律，其他机械系统的传动设计，可参照进行。 4.2 4.2 传动系统的运动设计传动系统的运动设计第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计有级变速传动系统有级变

51、速传动系统 对于通用机床主运动的执行件对于通用机床主运动的执行件( (如普通车床如普通车床) )，一般都有，一般都有若干若干个按等比数列排列的转速个按等比数列排列的转速( (为什么按等比数列排列？为什么按等比数列排列？) )，当采用普，当采用普通交流异步电动机时，它只能提供一个通交流异步电动机时，它只能提供一个( (或二、三个或二、三个) )转速。在该转速。在该传动设计中，要解决的主要问题是应遵循一些什么原则和规律，传动设计中，要解决的主要问题是应遵循一些什么原则和规律，才能使执行件才能使执行件( (主轴组件主轴组件) )获得按等比数列排列的若干级转速。获得按等比数列排列的若干级转速。 例如：

52、如何得到例如：如何得到12级转速？级转速？31.5rpm、45rpm、63rpm、90rpm、125rpm、180rpm、250rpm、355rpm、500rpm、710rpm、1000rpm、1400rpm分布特点：低转速分布较高转速密集分布特点：低转速分布较高转速密集第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计 如果加工某一工件所需要的合理切削速度如果加工某一工件所需要的合理切削速度为为v，则则相相应应的的转转速速为为n。通。通常，有常，有级变级变速机构不能恰好得到速机构不能恰好得到这这个个转转速，而是速，而是n处处于某两于某两级转级转

53、速速nj与与nj+1之之间间（比如理（比如理论转论转速速为为1200rpm，车车床床转转速有速有1000和和1400rpm） ：njnnj+1 如果采用如果采用较较高的高的转转速速nj+1，则则必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。低。为为了不降低刀具耐用度，以采用了不降低刀具耐用度，以采用较较低的低的转转速速nj为为宜。宜。这时转这时转速的速的损损失失为为n-nj，相，相对转对转速速损损失率失率为为： A=（n-nj）/n 最大相最大相对转对转速速损损失率是当所需的失率是当所需的转转速速n趋趋近于近于nj+1而而实际实际却却选选用了用了nj时时:等比数列

54、的比值等比数列的比值传动公比：传动公比：第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计31.5rpm、45rpm、63rpm、90rpm、125rpm、180rpm、250rpm、355rpm、500rpm、710rpm、1000rpm、1400rpm第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计指最高转速是最低转速的多少倍指最高转速是最低转速的多少倍第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有

55、级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、有级变速传动系统的运动设计一、有级变速传动系统的运动设计通过以上的介绍，我们了解了一下信息：通过以上的介绍，我们了解了一下信息：机床的转速是按等比数列排列的机床的转速是按等比数列排列的等比数列的比值就是传动公比等比数列的比值就是传动公比为了使最大转速损失率不大于为了使最大转速损失率不大于50%，传动公比应该大于，传动公比应该大于1，且小于等于，且小于等于2为了便于设计和使用机床，规定了为了便于设计和使用机床，规定了7个传动公比个传动公比传动公比的选用原则和经验数据传动公比的选用原则和经验数据哈尔滨工

56、业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图为什么要引入转速图？为什么要引入转速图？12级主传动系统图级主传动系统图给出了明确给出了明确的传动关系的传动关系从图中可知：从图中可知：它有五根轴：电机轴和它有五根轴：电机轴和-轴，轴，轴为主轴轴为主轴-轴之间有一传动组轴之间有一传动组a，它有三对传动副，它有三对传动副-轴之间有传动组轴之间有传动组b(二对传动副二对传动副)-轴之间分传动组轴之间分传动组c(二对传动副二对传动副)电动机的转速为电动机的转速为1440r/min、轴分别有轴分别有1、3、6、12个转速个转速 传动系统图

57、虽然直观地表达了该传动系统的组成，传动系统图虽然直观地表达了该传动系统的组成，但却有许多关键的东西并没有描述清楚，而且画起来比但却有许多关键的东西并没有描述清楚，而且画起来比较麻烦。在设计传动系统时，用它来进行方案对比并不较麻烦。在设计传动系统时，用它来进行方案对比并不是最好的工具。于是出现了将上述内容完全表示清楚的是最好的工具。于是出现了将上述内容完全表示清楚的线图，称为转速图。线图，称为转速图。 但是，每根轴的转速值、传动组内传动但是，每根轴的转速值、传动组内传动比之间的关系以及公比比之间的关系以及公比值等均不知道。值等均不知道。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教

58、研室12级主传动系统转速图级主传动系统转速图给出了各轴给出了各轴的传动关系、的传动关系、转速及速比转速及速比第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图 普通车床主传动系统有五根轴：电动机轴和普通车床主传动系统有五根轴：电动机轴和轴，其中轴，其中为为主轴，电机轴为输入轴。主轴，电机轴为输入轴。12级主传动系统图级主传动系统图给出了明确给出了明确的传动关系的传动关系哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统图级主传动系统图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图 转速图是由转速图是由“三

59、线一点三线一点”组成：组成：轴线轴线、转速线转速线、传动线传动线和和转速点转速点。 转速图表示了轴的数目、主轴及传动轴的转速级数、转速值及其传动路转速图表示了轴的数目、主轴及传动轴的转速级数、转速值及其传动路线、变速组组数及传动顺序、各变速组的传动副数及传动比值。还表示了传线、变速组组数及传动顺序、各变速组的传动副数及传动比值。还表示了传动组内各传动比之间的关系以及传动组之间的传动比的关系等。动组内各传动比之间的关系以及传动组之间的传动比的关系等。 转速图作用：转速图作用：1）对现有机床传动链进行分析比较；）对现有机床传动链进行分析比较；2）设计新的传动链）设计新的传动链 哈尔滨工业大学机械电

60、子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图（1）转速图的概念轴线轴线 轴线是用来表示轴的一组间轴线是用来表示轴的一组间距相等的竖线。从左向右依次画距相等的竖线。从左向右依次画出五条间距相等的竖线，并标上出五条间距相等的竖线，并标上与传动系统图对应的轴号与传动系统图对应的轴号(电动机电动机轴号为轴号为0)。竖线间的间距相等是。竖线间的间距相等是为了使线图清晰，并不表示轴的为了使线图清晰，并不表示轴的中心距相等中心距相等 。 轴线哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章

61、第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图转速线转速线 转速线是一组转速线是一组间距相等间距相等的水的水平线，用它来表示各级转速，与平线，用它来表示各级转速，与各竖线的交点代表各轴转速。各竖线的交点代表各轴转速。12级主传动系统转速图级主传动系统转速图转速线转速线注意：注意： 按等比数列排列的转速按等比数列排列的转速,如果对转速取对数，绘制其如果对转速取对数，绘制其对数坐标，则相邻两条水平对数坐标，则相邻两条水平线间距离相等。线间距离相等。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室12级主传动系统级主传动系统转速图转速图转速点转速点第四章第四章 传动系统设计传动

62、系统设计1 1 转速图转速图转速点转速点 转速点是指在轴线上画的圆点转速点是指在轴线上画的圆点(或圆圈或圆圈)，用它来表示该轴所具有的转速值。，用它来表示该轴所具有的转速值。 在在轴轴(主轴主轴)上画上画12个圆点个圆点(或圆圈或圆圈)，它们都落在水平线与竖线的交点上，表示它们都落在水平线与竖线的交点上，表示主轴的主轴的12级转速值，并将数值写在圆点级转速值，并将数值写在圆点(或或圆圈圆圈)右边。右边。 主轴转速从主轴转速从31.5至至1400r/min，相邻转，相邻转速的比值是速的比值是（传动公比公比 =1.41） 有时，转速点不落在水平线上，有时，转速点不落在水平线上，则应标出转速值。如电

63、动机轴则应标出转速值。如电动机轴(0轴轴)的转速为的转速为1440r/min 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室12级主传动系统转速图级主传动系统转速图升速升速降速降速等速等速12级主传动系统转速图级主传动系统转速图第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图传动线传动线 传动线是指轴线间转速点的连线，传动线是指轴线间转速点的连线，它表示相应传动副及其传动比值它表示相应传动副及其传动比值 传动线传动线(传动比线传动比线)的倾斜方向和倾的倾斜方向和倾斜程度分别表示传动比的升降和大小斜程度分别表示传动比的升降和大小传动比传动比 i 按机床中的惯例来排比，

64、即按机床中的惯例来排比，即i=主动轮主动轮/被动轮被动轮 （齿数）（齿数）传动比线是水平的，表示等速传动，传动比线是水平的，表示等速传动，i=1传动比线向右上方倾斜，表示升速传动，传动比线向右上方倾斜，表示升速传动，i1传动比线向右下方倾斜，表示降速传动，传动比线向右下方倾斜，表示降速传动，i1 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图 电机轴与电机轴与I轴之间的带传动为固定轴之间的带传动为固定传动比传动传动比传动:i=125/2541/2 1/1.412=1/2 为降速传

65、动，在转速图上为降速传动，在转速图上传动线向右下方倾斜两格传动线向右下方倾斜两格I轴转速轴转速710r/min传动线传动线 传动线是指轴线间转速点的连线，传动线是指轴线间转速点的连线，它表示相应传动副及其传动比值它表示相应传动副及其传动比值哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图I轴与轴与II轴之间有三个传动副轴之间有三个传动副 ia1=24/481/2 1/1.412 =1/2 ia2=30/421/1.41 1/1.41 =1/ ia3=36/361/1 1/1.410

66、 =1/0在转速图上在转速图上III轴之间有三条传动线，轴之间有三条传动线，分别为：分别为： 水平、水平、 向右下方倾斜一格（降速）向右下方倾斜一格（降速） 向右下方倾斜两格（降速）向右下方倾斜两格（降速）哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统转速图级主传动系统转速图II轴与轴与III轴之间有两个传动副轴之间有两个传动副 ib1=22/621/2.82 1/1.413=1/3 ib2=42/421/1 1/1.410=1/0在转速图上在转速图上IIIII轴之间有两条传动轴之间有两条传动线，分别为

67、：线，分别为： 水平、水平、 向右下方倾斜三格（降速）向右下方倾斜三格（降速）哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章 传动系统设计1 1 转速图转速图12级主传动系统转速图III轴与轴与IV轴之间有两个传动副轴之间有两个传动副 ic1=21/841/4 1/1.414=1/4 ic2=70/35 =2/1 1.412/1=2/1在转速图上在转速图上IIIIV轴之间有两条传动轴之间有两条传动线，分别为：线，分别为： 向右上方倾斜两格（升速）向右上方倾斜两格（升速） 向右下方倾斜四格（降速）向右下方倾斜四格（降速）哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系

68、统设计传动系统设计2 2 变速组的级比和级比指数变速组的级比和级比指数12级主传动系统转速图级主传动系统转速图变速组a的级比指数(传动特性)用x0表示，级比x0=1，故级比指数x0=1 变速组的级比变速组的级比指指主动轴上同一点主动轴上同一点传往从动轴传往从动轴相邻相邻两条传动线两条传动线速比的比速比的比值值，用，用xi表示。表示。 xi中的指数中的指数xi称为称为级比指数级比指数，它，它相当于转速图上上述相邻两条传动线相当于转速图上上述相邻两条传动线与从动轴交点之间相距的格数。与从动轴交点之间相距的格数。变速组a的级比及级比指数哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室

69、第四章第四章 传动系统设计传动系统设计2 2变速组的级比和级比指数变速组的级比和级比指数12级主传动系统转速图级主传动系统转速图变速组b的级比指数(传动特性)用x1表示，级比x1=3，故级比指数x1=3变速组b的级比及级比指数哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计2 2变速组的级比和级比指数变速组的级比和级比指数12级主传动系统转速图级主传动系统转速图变速组c的级比指数(传动特性)用x2表示，级比x2=6，故级比指数x1=6变速组c的级比及级比指数哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系

70、统设计传动系统设计3 3 基本组和扩大组基本组和扩大组基本组基本组 变速组变速组a有有3个传动副，传动比比值为：个传动副，传动比比值为：由此可见，在变速组a中，相邻传动比连线之间相差一个公比，各传动比值是以为公比的等比数列，通过这三个传动比的作用，使轴获得的三个转速355r/min、500r/min、710r/min，仍是以为公比的等比数列。主轴能够获得按等比数列排列的转速是因为这个变速组首先起作用的结果，实质上，它使主轴获得了以为公比的三个转速。因此，这个变速组是必不可少的最基本的变速组，称它为基本组。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计

71、传动系统设计3 3 基本组和扩大组基本组和扩大组12级主传动系统转速图级主传动系统转速图基本组基本组 将下式写成通式的形式，得到传动比分配方程：基本组的级比指数x0 =1 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计3 3 基本组和扩大组基本组和扩大组 只要满足传动比分配方程式，就能使主轴获得连续(不重复、不间断)的等比数列扩大组扩大组 基本组后面的变速组因起变速扩大作基本组后面的变速组因起变速扩大作用，统称扩大组。用，统称扩大组。 第一扩大组的级比指数一般等于基本第一扩大组的级比指数一般等于基本组的传动副数组的传动副数(p0)，如第一

72、扩大组，如第一扩大组b的级比的级比指数为指数为3 第二扩大组的作用是将第一扩大组的第二扩大组的作用是将第一扩大组的变速范围第二次扩大，变速范围第二次扩大，第二扩大组第二扩大组c的级的级比指数一般等于基本组的传动副数比指数一般等于基本组的传动副数(p0)和和第一扩大组传动副数第一扩大组传动副数(p1)的乘积，的乘积，如第二如第二扩大组扩大组c的级比指数为的级比指数为32=6 好处：好处：III轴和轴和IV轴转速按等比数列排轴转速按等比数列排列，中间无间断，转速变化范围小列，中间无间断，转速变化范围小类推：类推：哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统

73、设计传动系统设计4 4 各变速组的变速范围与极限传动比各变速组的变速范围与极限传动比12级主传动系统转速图级主传动系统转速图变速组变速范围变速组变速范围 变速组内最大传动比变速组内最大传动比imax与最小传与最小传动比动比imin之比，称为变速组的变速范围之比，称为变速组的变速范围r。r= imax/ imin 任意一组的变速范围任意一组的变速范围ri为为: pi该传动组的传动副数该传动组的传动副数 xi级比指数级比指数哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计4 4 各变速组的变速范围与极限传动比各变速组的变速范围与极限传动比12级

74、主传动系统转速图级主传动系统转速图变速组变速范围变速组变速范围 基本组的变速范围基本组的变速范围r0为为: 第一扩大组的变速范围第一扩大组的变速范围r1为为: 第二扩大组的变速范围第二扩大组的变速范围r2为为:哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计4 4 各变速组的变速范围与极限传动比各变速组的变速范围与极限传动比12级主传动系统转速图级主传动系统转速图主轴变速范围主轴变速范围 主轴的变速范围主轴的变速范围Rn为为:对于右图的传动系统写成通式主轴的变速范围等于各级变速范围的乘积主轴的变速范围等于各级变速范围的乘积哈尔滨工业大学机械

75、电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计4 4 各变速组的变速范围与极限传动比各变速组的变速范围与极限传动比 极限传动比极限传动比 在设计机床的变速系统时：在设计机床的变速系统时： 在降速传动中，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸增大，常限在降速传动中，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸增大，常限制最小传动比，使制最小传动比，使imin1/4。 在升速传动中，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比使在升速传动中，为防止产生过大的振动和噪声，常限制最大传动比使imax2。斜齿圆柱齿轮传动比较平稳，故。斜齿圆柱齿轮传动比较平稳，故imax2.5

76、。 因此，因此，主传动链任一变速组的变速范围一般应满足主传动链任一变速组的变速范围一般应满足rmax=imax/imin810 对于进给传动系统，由于传动件的转速低，进给传动功率小，传动件对于进给传动系统，由于传动件的转速低，进给传动功率小，传动件的尺寸小，极限传动比的条件可取为的尺寸小，极限传动比的条件可取为1/5i极极2.8，故，故rmax14。 在拟定转速图时，一般都应使每个变速组的变速范围不超过上述允许值。在拟定转速图时，一般都应使每个变速组的变速范围不超过上述允许值。在通常情况下，由于最后一个扩大组的变速范围最大，因此，一般只要检在通常情况下，由于最后一个扩大组的变速范围最大，因此，

77、一般只要检查最后一个扩大组的变速范围即可。查最后一个扩大组的变速范围即可。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计二、二、 结构式和结构网结构式和结构网12级主传动系统转速图级主传动系统转速图 设计有级变速系统时，为了便于分析和比较不同的设计方案，常采用结构式，如12=312326 式中：12主轴转速级数； 3、2、2表示按传动顺序排列各变速组的传动副数，即该变速组由a、b、c三个变速组组成，其中a变速组有3个传动副，b变速组有2个传动副，c变速组有2个传动副; 结构式中的下脚标1、3、6分别表示各变速组的级比指数。哈尔滨工业大学机

78、械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计二、二、 结构式和结构网结构式和结构网12级主传动系统转速图级主传动系统转速图 变速组的传动副数pi和级比指数xi是它的两个基本参数。当这两个参数一旦确定，则该变速组就随之而定。如果将这两个参数紧密地写成这样的形式：则表示变速组的方式就简单得多。因此，如果按运动的传递顺序将表示每个变速组的两个基本参数写成乘积的形式，就是所谓的“传动结构式”，简称“结构式”，即结构式：12=312326或 12=31 23 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计二

79、、二、 结构式和结构网结构式和结构网基本组31(传动副p0=3，级比指数x0=1)第一扩大组23(传动副p1=2，级比指数x1=3)第二扩大组26(传动副p2=2，级比指数x2=6)结构式：12=312326主轴的12级转速扩大顺序与传动扩大顺序与传动顺序一致的情况顺序一致的情况 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计二、二、 结构式和结构网结构式和结构网 若将基本组、扩大组采取不同的排列次序，对于12=322的传动方案，可得如下结构式12=31232612=31262312=32212612=32262112=34212212=

80、342221 结构式简单，但不直观，与转速图的差别太大。为此，若将结构式表示的内容用类似转速图那样的线图来表示，就形成了所谓的结构网。 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计二、二、 结构式和结构网结构式和结构网12=312326变速组变速组1（基本组）：（基本组）： 传动副数传动副数3，级比，级比1变速组变速组2（第一扩大组）：（第一扩大组）： 传动副数传动副数2，级比，级比3变速组变速组3（第二扩大组）：（第二扩大组）： 传动副数传动副数2，级比，级比6 从总体上讲，结构式或结构网表达了与转速图完全一致的传动特性。一个结构式对

81、应唯一结构网，反之，亦然。而一个结构网或结构式可有多个转速图，但一个转速图只能对应一个结构式或一个结构网。 由结构网的画法可知，结构网只表示传动组内传动比的相对关系，由结构网的画法可知，结构网只表示传动组内传动比的相对关系，故传动线不表示传动比的实际值；轴上转速点只表示每根轴的转速数目，故传动线不表示传动比的实际值；轴上转速点只表示每根轴的转速数目，而不表示转速值而不表示转速值(主轴除外主轴除外)。结构网还表示了每个变速组的变速范围。结构网还表示了每个变速组的变速范围第四章第四章 传动系统设计传动系统设计二、二、 结构式和结构网结构式和结构网12=哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学

82、机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定确定转速数列定传动组数和传动副数写传动结构式或画结构网选电机转速n0定中间轴转速哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定题目：设计一台中型车床的主传动系统。题目：设计一台中型车床的主传动系统。 已知：主轴的最高转速已知：主轴的最高转速nmax=1 400r/min，主轴的最低转速，主轴的最低转速nmin=31.5r/min，主轴级数，主轴级数z=12，主轴转速公比，主轴转速公比=1.41(这些已知数据都这些已知数据

83、都是总体设计时自定的是总体设计时自定的)，拟定转速图。，拟定转速图。 解：解：1 确定转速数列确定转速数列 主轴转速数列：主轴转速数列：31.5r/min、45r/min、63r/min、90r/min、 125r/min、180r/min、250r/min、355r/min、500r/min、710r/min、1 000r/min、1 400r/min，共，共12级。级。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定2 定传动组数和传动副数定传动组数和传动副数 这一步实质上是将主轴转速级数这一步实质上是将

84、主轴转速级数z分解因子。分解因子。 对于对于z=12可能有的方案是：可能有的方案是： 12=43 12=34 12=322 12=232 12=223其他方案：其他方案：12=12,12=62,12=26传动方案选择传动方案选择 对对、方案，表示传动系统由两个变速组方案，表示传动系统由两个变速组(有七对传动副有七对传动副)串联而串联而成，可节省一根轴，但是有一个四联滑移齿轮，会增加轴向尺寸。如果成，可节省一根轴，但是有一个四联滑移齿轮，会增加轴向尺寸。如果将四联齿轮变成两个滑移齿轮，则操纵机构必须互锁，以防止两个滑移将四联齿轮变成两个滑移齿轮，则操纵机构必须互锁，以防止两个滑移齿轮同时啮合。因

85、此，齿轮同时啮合。因此，、方案一般不宜采用。方案一般不宜采用。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定2 定传动组数和传动副数定传动组数和传动副数 这一步实质上是将主轴转速级数这一步实质上是将主轴转速级数z分解因子。分解因子。 对于对于z=12可能有的方案是：可能有的方案是： 12=43 12=34 12=322 12=232 12=223 传动方案选择传动方案选择 传动件传递的转矩传动件传递的转矩T取决于所传递的功率取决于所传递的功率P (kW)和它的和它的计算转速计算转速nc(r/min)（T=9

86、550P/nc)。由于从电动机到主轴，一般均为降速传动，。由于从电动机到主轴，一般均为降速传动，靠近电动机轴的传动件转速高，计算转速靠近电动机轴的传动件转速高，计算转速nc也高，传递的转矩小，传动也高，传递的转矩小，传动件的尺寸也小。如果将传动副数多的变速组放在靠近电动机处，可使小件的尺寸也小。如果将传动副数多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸的零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构紧凑。这就是所谓尺寸的零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构紧凑。这就是所谓的传动副的传动副“前多后少前多后少”原则。因此，后三种方案中，以取方案原则。因此，后三种方案中，以取方案为好。为好。它表示传动系统由

87、它表示传动系统由3个变速组共个变速组共7对传动副对传动副(不含定比传动副不含定比传动副)组成。组成。 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定3 写传动结构式或画结构网写传动结构式或画结构网 这一步实质是安排扩大这一步实质是安排扩大顺序，即安排这三个变速组顺序，即安排这三个变速组的哪一个作基本组，哪个作的哪一个作基本组，哪个作第一扩大组等。第一扩大组等。 对于对于12=322的传动方的传动方案，可能有的传动结构式和案，可能有的传动结构式和结构网有结构网有6个。个。 12级的6种结构式和结构网 哈尔滨工

88、业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定3 写传动结构式或画结构网写传动结构式或画结构网变速范围验算 对上述6种方案都应验算每个变速组的变速范围。如前述，只验算每种方案的最后一个扩大组即可。在 (a)、(b)、(c)、(d)方案中，最后一个扩大组是26，在(e)、(f)方案中，最后一个扩大组是34 对于26变速组对于34变速组主传动链任一变速组的变速范围一般应满足主传动链任一变速组的变速范围一般应满足rmax=imax/哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计

89、传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定3 写传动结构式或画结构网写传动结构式或画结构网传动方案选择 在 (a)、(b)、(c)、(d)四方案中选择一个最好的方案。 其原则是：选择中间轴(、)变速范围最小的方案。 原因：如果同轴号的最高转速相同，则变速范围小的方案最低转速高，可使传动件(轴和齿轮)的尺寸减小，变速箱的结构紧凑；反之，如果同轴号的最低转速相同，则变速范围小者最高转速低，可减小振动和噪声，提高了变速箱的使用质量，或降低了制造成本。 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定3 写传动结构

90、式或画结构网写传动结构式或画结构网 通过比较，四方案中以(a)方案的、轴的变速范围最小。故以(a)方案最佳。 该方案的特点是扩大顺序与传动顺序一致。因此，在没有特殊要求的情况下，在安排扩大顺序(写结构式或画结构网)时应尽量与传动顺序一致 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定4 选电动机转速选电动机转速n0 普通交流异步电动机在额定功率相同时，其同步转速一般有3000r/min(2级)、1500r/min(4级)、1000r/min(6级)和750r/min(8级)等几种。 在无特殊要求的情况下，应

91、选成本低，容易购买的2极或4极电动机。尤为重要的是应使所选电动机的同步转速与主轴最高转速相接近。如果n0远低于nmax，则升速多，会使变速箱的振动和噪声增加；如果n0远高于nmax，则传动链太长，会使变速箱结构复杂、尺寸庞大，同时，增加了空载功率。对于本例，选电动机的转速为1500r/min(满载时为1 440r/min)。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速 这一步的实质是在升速的传动比这一步的实质是在升速的传动比imax2、降速的传动比、降速的传动比imin1/4

92、(直直齿圆柱齿轮传动齿圆柱齿轮传动)的条件下，分配各传动组的传动比，以确定中间轴的的条件下，分配各传动组的传动比，以确定中间轴的转速。转速。 定中间轴转速的一般原则：定中间轴转速的一般原则： 对于对于降速传动降速传动要遵循要遵循“前慢后快前慢后快”的原则：在分配传动比时，按的原则：在分配传动比时，按传动顺序，前面变速组的降速要慢些，后面变速组的降速要快一些，传动顺序，前面变速组的降速要慢些，后面变速组的降速要快一些，即所谓的降速要即所谓的降速要“前慢后快前慢后快”。故要求。故要求哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟

93、定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速 对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会太大，转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会太大，这时振动、发热和噪声是要考虑的主要问题。因此，要注意限制中间这时振动、发热和噪声是要考虑的主要问题。因此，要注意限制中间轴的转速不要过高。轴的转速不要过高。 由于从电动机轴到主轴的总趋势是降速传动，如果中间轴的转速由于从电动机轴到主轴的总趋势是降速传动，如果中间轴的转速定得高一些，会使传动件的尺寸小一些。定得高一些，会

94、使传动件的尺寸小一些。 但是，如果中间轴的转速过高，将会引起过大的振动、发热和噪但是，如果中间轴的转速过高，将会引起过大的振动、发热和噪声。通常，希望齿轮的线速度不超过声。通常，希望齿轮的线速度不超过1215m/s。 哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速电动机到主轴是升速传动分配变速组的传动比“前慢后快”“前快后慢” 即按传动顺序，在前面的变速组的传动比升得慢一些(传动比小)，后面的变速组升得快一些(传动比较大)。这样可压低中间轴的最高转速，以降低中间轴传动件的精度等级

95、。 对于中间轴转速不是太高时，基于减小传动件尺寸的要求，则升速宜采用“前快后慢”的原则来分配传动组的传动比。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速 在电动机轴到轴间可有一级定比传动这样，不仅为本设计提供方便，也为变型机床的设计提供了灵活性。因为只要改变该定比传动的传动比，在其他三个传动组的传动比不变的情况下，就可将主轴的12级转速同时提高或降低，以满足不同用户的需要传动结构式12=312326三个传动组共需4根轴电动机轴共5根轴+哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业

96、大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速定中间轴转速的方法从电机轴(0轴)往后推从IV轴(主轴)往前推(较方便) 从从IV轴轴(主轴主轴)往前推往前推: 即首先定即首先定轴的转速轴的转速(首先分配首先分配第二扩大组第二扩大组c的传动比的传动比)第二扩大组c传动结构式12=哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速第二扩大组c传动组c的变速范围:则传动组c的两对传动副的传动比是：于是确定III轴的6

97、级转速是：125r/min、180r/min、250r/min、355r/min、500r/min、710r/min可见III轴的最低转速是：125r/min两条传动副的连线如图中hj和hk所示。1)确定III轴的最低转速升速的传动比升速的传动比imax2、降速的传动比、降速的传动比imin1/4 三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速2)确定II轴的转速传动组b是第一扩大组，级比指数x1=3。可知，轴的最低转速可以是: 为避免升速，同时不使最小传动比太小，并满足降速符合递减原则，因此取即轴的最低转速定为355r/min。两对传动副的连线如图中fh和fg所示。轴的三级转速

98、分别为：355r/min、500r/min、710r/min。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速3)确定I轴的转速第四章第四章 传动系统设计传动系统设计在-轴间的变速组a是基本组，级比指数x0=1，根据升2降4的原则，则轴的转速可以是：基于同样理由，确定轴的转速为710r/min。三对传动副的连线如图中的mf、me、md所示三、转速图的拟定三、转速图的拟定5 定中间轴转速定中间轴转速4)确定电机轴的转速第四章第四章 传动系统设计传动系统设计电动机轴(0轴)与轴之间可采用带传动，传动比：最后，分别在-轴间，过轴转速点e、d分别画fh

99、和fg的平行线。同样，在-轴间，过轴转速点画hj和hk的平行线。这样，转速图最终完成，其结果如图所 示图4.25三、转速图的拟定三、转速图的拟定6 其他方案其他方案 I第四章第四章 传动系统设计传动系统设计和轴的转速都降低一个公比。这样，该转速图、轴的最高转速和为：500+500+710=1710r/min，比上图所示方案的7103=2130r/min降低了约20%，有利于降低噪声和减少发热。缺点是由于、轴的转速降低了一个公比，故、轴的直径和a、b两组齿轮的模数都要增大，同时被动带轮的直径也要增大。 如果将电动机的转速1 500r/min(4级电动机)改为1 000r/min(6级电动机)，满

100、载为960r/min，则带轮传动比仍为i定=1/2，如图中的虚线所示。缺点电机体积大。图4.26图4.25三、转速图的拟定三、转速图的拟定6 其他方案其他方案II第四章第四章 传动系统设计传动系统设计皮带传动副的传动比i定=1/2，只重新分配了变速组a的传动比，虽避免了被动带轮直径的加大，并使轴的最高转速（500r/min）比图4.25(710r/min)所示的低，但轴的转速仍比图4.26(500r/min)所示的高，使变速组a的被动齿轮增大。图4.27 最后一个变速组的变速范围:ri=(pi-1)xi，如果传动幅数pi=2， 则变速范围ri=xi= p0.p1.p2 . .pi-1， 而主轴

101、的转速级数 z=p0.p1.p2 . .pi-1.pi, 所以 ri=z/2 受极限传动比的限制，任一变速组的变速范围为810， 当=1.26，1.41时 1.269=8， 得：z=18 1.416=8 ；得：z=12 主轴的变速范围Rn= z-1=50（1.2617），45（1.4111） 而普通车床的变速范围： Rn=140200，镗床： Rn=200 必须采取措施来扩大主轴的变速范围第四章第四章 传动系统设计传动系统设计四、扩大变速系统调速范围的办法四、扩大变速系统调速范围的办法第四章第四章 传动系统设计传动系统设计四、扩大变速系统调速范围的办法四、扩大变速系统调速范围的办法1.转速重合

102、转速重合2.背轮机构背轮机构第四章第四章 传动系统设计传动系统设计四、扩大变速系统调速范围的办法四、扩大变速系统调速范围的办法=1.26，zmax=18， Rn= z-1=50，若，若Rn50，在其后串，在其后串联联一个一个扩扩大大组组，其其传动传动幅数幅数pi=2，则则有有31 33 29 218 ， Rn= z-1=5172，最后一个，最后一个变变速速组组的的变变速范速范围围：r = 1.2618=648，而，而1.269=8所以串所以串联联的的变变速速组组的的级级比指数比指数 9才能才能满满足足变变速范速范围围的要求。的要求。31 33 29 29 9级转级转速重合速重合主主轴轴的的变变

103、速范速范围围： Rn= 36-9-1=407第四章第四章 传动系统设计传动系统设计四、扩大变速系统调速范围的办法四、扩大变速系统调速范围的办法I 轴M III 轴，i=1，I 轴II 轴 III 轴， i=1/4 1/4=1/16I 轴M III 轴，Z3出现超速第四章第四章 传动系统设计传动系统设计五、齿轮齿数的确定五、齿轮齿数的确定1.确定齿轮齿数应注意的问题确定齿轮齿数应注意的问题2.齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定满满足足转转速速图图 上上传动传动比的要求（比的要求（转转速速误误差不大于差不大于10%）齿齿数和数和Sz不宜不宜过过大，大，满满足：足：Sz 100120(P152,表表4.1

104、)齿齿数和数和Sz不宜不宜过过小，最小小，最小齿齿数数1820，满满足足结结构上的需要构上的需要三三联联滑移滑移齿轮顺齿轮顺利通利通过过，最大与次大，最大与次大齿轮齿轮的的齿齿数差数差应应大于大于4第四章第四章 传动系统设计传动系统设计五、齿轮齿数的确定五、齿轮齿数的确定(1)变速组内模数相同 采用标准公比的外联传动，可查表来确定齿数和Sz及小齿轮齿数。 找出同一传动组中各级传动都满足的齿数和Sz， 利用Zmin17, Sz4 进行校核。(2)变速组内模数不相同 设变速组内有两对齿轮副Z1/Z1和Z2/Z2， 齿数和为Sz1、Sz2，模数m1、m2 m1(Z1+Z1) =m2(Z2+Z2) 选

105、择合适的E值第四章第四章 传动系统设计传动系统设计六、齿轮的布置与排列六、齿轮的布置与排列1.滑移齿轮的轴向布置2.同一变速组内齿轮轴向位置的排列3.两个变速组内齿轮轴向位置的排列第四章第四章 传动系统设计传动系统设计第四章第四章 传动系统设计传动系统设计六、齿轮的布置与排列六、齿轮的布置与排列通常布置在主动轴上，尺寸小，重量轻，操纵省力。也可将相邻变速组的滑移齿轮布置在同一根轴上。为避免滑移齿轮与两固定齿轮同时啮合，固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的宽度=12mm1. 滑移齿轮的轴向布置滑移齿轮的轴向布置第四章第四章 传动系统设计传动系统设计六、齿轮的布置与排列六、齿轮的布置与排列宽式排列与窄式

106、排列三联齿轮的相邻齿轮齿数差应大于42. 同一变速组内齿轮轴向位置的排列同一变速组内齿轮轴向位置的排列窄式宽式窄式宽式第四章第四章 传动系统设计传动系统设计六、齿轮的布置与排列六、齿轮的布置与排列u并行排列并行排列u交错排列交错排列u公用齿轮公用齿轮3. 两个变速组内齿轮轴向位置的排列两个变速组内齿轮轴向位置的排列轴向尺寸长轴向尺寸短，但对齿数差有要求轴向尺寸短，齿轮数量少第四章第四章 传动系统设计传动系统设计七、计算转速的确定七、计算转速的确定1.机床的功率及转矩特性机床的功率及转矩特性2.机床主轴的计算转速机床主轴的计算转速3.传动件的计算转速传动件的计算转速 传动系统中各传动件(如轴、齿

107、轮)的尺寸主要根据它们所传递的最大转矩来计算，而转距又与它所传递的功率和转速有关。传动件的转速有的是固定不变的，有的是变化的。对于机床传动系统中转速变化的传动件应根据哪个转速来进行动力计算的问题，必须讨论清楚。这就引入了计算转速计算转速的概念。125直线运动的执行件，任何速度下，都可能承受最大转矩，属恒转矩驱动；直线运动的执行件，任何速度下，都可能承受最大转矩，属恒转矩驱动；回转运动的执行件，输出转矩与转速成反比，属恒功率驱动回转运动的执行件，输出转矩与转速成反比，属恒功率驱动机床的功率与转矩特性：机床主轴所传递的功率或转矩与转速之间的关系机床的功率与转矩特性：机床主轴所传递的功率或转矩与转速

108、之间的关系恒转矩恒功率机床的计算转速：机床的计算转速：传递全功率的最低转速，传递全功率的最低转速，nj此时功率最大，转矩也最大此时功率最大，转矩也最大机床的功率及转矩特性第四章第四章 传动系统设计传动系统设计第四章第四章 传动系统设计传动系统设计v3. 3. 传动件的计算转速传动件的计算转速传动件的计算转速传动件的计算转速大型机床，大型机床，计计算算转转速可取大些速可取大些精密机床、精密机床、钻钻床、床、滚齿滚齿机，机，计计算算转转速可取小些速可取小些参参见见教材教材P156，表，表4.2 几几类类通用机床主通用机床主轴轴的的计计算算转转速速传动件的计算转速：传递全部功率的传动件的最低转速传动

109、件的计算转速：传递全部功率的传动件的最低转速确定方法：由主轴开始，逐一向前递推，找到各传动件的所确定方法：由主轴开始，逐一向前递推，找到各传动件的所有转速，然后确定传递全功率的最低转速。有转速，然后确定传递全功率的最低转速。2. 机床主轴的计算转速机床主轴的计算转速第四章第四章 传动传动系系统设计统设计主轴的计算转速（教材P158表4.2）传动轴的计算转速齿轮幅的计算转速nIII j=125 r/min （Z6：Z6355,500,710r/min） （Z7：Z7125710/min）nII j=355 r/minnIj=710 r/min3.传动传动件的件的计计算算转转速速中型车床转速图Z7

110、 III轴Z7/ 主轴Z6 III轴Z6/ 主轴第四章第四章 传动系统设计传动系统设计用途：数控机床和重型机床以及其他数控设备(如数控缠绕机，数控布带缠绕机等)动力源：直流或交流调速电动机。直流电机调速方式：nr（额定转速）至最高转速nmax，调节磁场电流，属恒功率调速; nr（额定转速）至最低转速nmin， 调节电枢电压，属恒转矩调速。交流电机调速方式：调节供电频率调速。恒功率调速范围Rp： 直流：24 交流：35恒转矩调速范围：几十一百以上串联有级变速机构 扩大恒功率调速范围u= Rp （有级变速机构的公比原则上等于电机恒功率调速范围）4.2.2 无级变速传动系统的运动设计例题129主轴恒

111、功率的调速范围：电机恒功率的调速范围：串联有级变速机构的公比：主轴恒功率调速范围：有级变速机构的级数z：欲设计一台数控机床，主轴最高转速n主max=4000 r/min，最低转速n主min=30r/min，计算转速为nj=145r/min，最大切削功率为5.5kW。拟采用交流调频主轴电机，额定转速nr=1500r/min，最高转速nmax=4500r/min，试拟定有级变速传动系统。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计设计结果扩大调速范围小结通常机械无级变速器作基本组，有级变速作扩大组，公比u=Rp，为避免出现速度间断，取u (0.940.96)Rp一般情况：设机床主轴恒功率调整范围Rnp，

112、机械无级调速范围Rp，串联有级变速的变速范围为ru例题ru=Rnp/Rp=64/8=8u=(0.940.96)Rp=0.95 8=7.6Z=lgru/lg u +1=lg8/lg7.6+1=2欲设计机床的主轴恒功率调速范围Rnp=64，选用的机械无级变速器的变速范围Rp=8，试求有级变速箱的变速级数Z。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计4.3 内联传动系统的设计原则v一、误差的来源 传动精度是指机械系统内联传动系统各末端执行件之间的协调性和均匀性。传动精度是指机械系统内联传动系统各末端执行件之间的协调性和均匀性。 研究传动精度的目的研究传动精度的目的:分析传动链中误差产生的原因及其传递规律

113、，找出提高传分析传动链中误差产生的原因及其传递规律，找出提高传动精度的途径，以便采取措施减少误差对机械系统工作质量的影响，从而确动精度的途径，以便采取措施减少误差对机械系统工作质量的影响，从而确保机械系统的工作质量如机床的加工质量。保机械系统的工作质量如机床的加工质量。保证传动精度是设计机械系统内联传动系统的基本出发点。保证传动精度是设计机械系统内联传动系统的基本出发点。u制造和装配误差制造和装配误差u工作变形引起的误差工作变形引起的误差传动件的径向跳动和轴向串动是传动误差的主要来源传动件的径向跳动和轴向串动是传动误差的主要来源第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、误差的来源齿距累积误差：

114、齿距累积误差：Fp 斜齿圆柱齿轮轴向串动 径向跳动主动轮转角误差：主动轮转角误差： 1= Fp /r1从动轮转角误差：从动轮转角误差： 2= Fp /r2齿轮副第四章第四章 传动系统设计传动系统设计一、误差的来源丝杠螺母副l 螺距误差l 螺距累积误差l 轴间串动梯形螺纹的径向跳动使螺母的轴向移动产生误差ll= .tan二、误差的传递规律二、误差的传递规律 误差与运动和扭矩一样，在传动链中传递，并且相互叠加，其值为各组成分量的向量和。在方向未知的情况下，可取均方根值。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、内联传动链的设计原则三、内联传动链的设计原则1.缩短传动链缩短传动链2.采用降速传动采用

115、降速传动3.合理分配各传动幅的传动比合理分配各传动幅的传动比4.合理选择传动件合理选择传动件5.合理确定传动副的精度合理确定传动副的精度6.采用校正装置采用校正装置第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、内联传动链的设计原则三、内联传动链的设计原则1.缩短传动链缩短传动链 内联传动系统两末端件之间的传动件越少，则总的传动误差越小。因此，缩短传动链对提高传动精度的效果是十分显著的。2.采用降速传动采用降速传动 由误差传递规律可知，如果采用降速传动，即每对传动副的传动比都小于1。前面传动副的误差传到被动轴时，由于降速传动而减小；反之，如果采用升速传动，则将前面传动副的误差放大。因此，在设计内联传

116、动系统时，如使运动从某一中间轴输入，在向两末端件传递的过程中，均应采用降速传动第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、内联传动链的设计原则三、内联传动链的设计原则3.合理分配各传动幅的传动比合理分配各传动幅的传动比 在分配内联传动系统各对传动副的传动比时，应使末端传动副的传动比最小。这不仅是由于它对前面所有传动副的误差均起减小作用，而且由于它本身直接参与总误差的合成第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、内联传动链的设计原则三、内联传动链的设计原则4.合理选择传动件合理选择传动件 在内联传动系统中，不允许采用传动比不准确的传动副，如摩擦传动副等。斜齿圆柱齿轮的轴向串动会使从动齿轮产生角度误

117、差，梯形螺纹的径向跳动会引起螺母的位移，蜗杆的径向跳动会引起蜗轮的附加转动。因此，内联传动系统中的蜗轮副的齿形角常取20，普通精度级机床常取=15，高精度机床常取=10或1230。梯形螺纹的齿形角也常取30，如取15或10。而圆锥齿轮、多头蜗杆、多头螺纹、斜齿圆柱齿轮的制造精度较低，故在传动精度要求较高的内联传动系统中尽量少用或不用。还要尽量使分度蜗轮的直径大于工件直径，这样，可使同样的角度误差在工件分度圆上的线性误差(如齿距累积误差)缩小。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计三、内联传动链的设计原则三、内联传动链的设计原则5.合理确定传动副的精度合理确定传动副的精度 由误差传递规律知，中间传动副的误差经减速传动后的误差是缩小的，而末端件的误差则直接复印给执行件，对工作质量的影响最大。因此，末端传动副的精度应高于中间传动副的精度。6.采用校正装置采用校正装置 在内联传动系统中，采用校正装置可进一步提高机械系统的工作质量。校正装置有机械的、光电的或数控的。如光学校正装置、感应同步器装置、激光-光栅反馈校正装置以及数控校正装置等。第四章第四章 传动系统设计传动系统设计