机床设计主传动系设计解析
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精密机床主传动变速系统的设计
浅谈精密机床主传动变速系统的设计[摘要]精密机床主传动变速系统是机械制造和加工的关键工程。
本文主要探讨了精密机床主传动变速系统的设计问题。
主要从主传动系和精密机床进给系进行设计，以期对机械工程提供有益参考。
[关键词]精密机床，主传动系，机床进给系，设计中图分类号：tg502 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）11-0241-01引言主传动系统是用来实现精密机床主运动的传动系统，它应该具有一定的转速和一定的变数范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工件，并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。
1 精密机床主传动系统设计理念在本精密机床的主传动系统设计中，采用交流电机，液压变速16级，采用停车手工变档方案，可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速。
其传动系统简图（如图1）：2 精密机床进给系统的设计2.1 调速方式的选择无极变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的切削速度，能再运转中变速，以便实现变速自动化，能再负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。
精密机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。
交流电机体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，磨损和故障少，在中，小功率领域应用广泛。
直流调速在控制力度和精度上比交流变频调速要好，在大功率和低速工作场合，调速性能更稳定，考虑到此次改造为大功率，大扭矩加工精密机床，常在低速下运行，故此次选择直流无级调速。
2.2 伺服进给系统设计数控精密机床的伺服进给系统由伺服驱动电路，伺服驱动装置，机械传动机构及执行部件组成。
它的作用是接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路做转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电机，功率步进电机，电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动精密机床的工作台等执行部件实现工作进给和快速运动。
机床设计-传动系统
1400r/min 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 31.5
转速图的绘制
主传动系统的传动路线表达式：
36
1
主电机 440r / min
φ126 φ256
I
3306 4224
II
42
4222 62
III
60
1380 72
IV(主
轴)
48
主轴的转速计算：
126
n主轴
=
n电机
× 256
×uI-II
×uII-III
×uIII-IV
a
126
n主轴max
=
n电机
× 256
×uI
-II
max
×uII -III max
×uIII-IVmax
126
n主轴min
=
n电机
× 256
×uI
-II
min
×uII -III min
×uIII-IVmin
直接标出转速值 。 注意： 转速格线间距大小并不代表公比ф的
数值大小。
转速图一点三线 转速点——传动轴上的圆点，表示该轴具有的转速。
如轴Ⅳ（主轴）上有12个圆点，表示具有12级转速。
传动线——相邻两轴的相关两个 转速点之间的连线。
传传动比大于1其对数值为正，传 动线向右上倾斜；
应用： 普通机床应用最为广泛的一种变速方式。
变速方式的选择
主传动系统的变速方式分为无级变速和有级变速两种。
（1）有级变速 变速机构——是指在输入轴转速不变的条件下，使输出轴获得不 同转速的传动装置。 有级（或分级）变速机构
➢滑移齿轮变速机构 ➢交换齿轮变速机构 ➢多速电动机 ➢离合器变速机构 ➢摆移变速机构
转速图的绘制
主传动系统的传动路线表达式：
36
1
主电机 440r / min
φ126 φ256
I
3306 4224
II
42
4222 62
III
60
1380 72
IV(主
轴)
48
主轴的转速计算：
126
n主轴
=
n电机
× 256
×uI-II
×uII-III
×uIII-IV
a
126
n主轴max
=
n电机
× 256
×uI
-II
max
×uII -III max
×uIII-IVmax
126
n主轴min
=
n电机
× 256
×uI
-II
min
×uII -III min
×uIII-IVmin
直接标出转速值 。 注意： 转速格线间距大小并不代表公比ф的
数值大小。
转速图一点三线 转速点——传动轴上的圆点，表示该轴具有的转速。
如轴Ⅳ（主轴）上有12个圆点，表示具有12级转速。
传动线——相邻两轴的相关两个 转速点之间的连线。
传传动比大于1其对数值为正，传 动线向右上倾斜；
应用： 普通机床应用最为广泛的一种变速方式。
变速方式的选择
主传动系统的变速方式分为无级变速和有级变速两种。
（1）有级变速 变速机构——是指在输入轴转速不变的条件下，使输出轴获得不 同转速的传动装置。 有级（或分级）变速机构
➢滑移齿轮变速机构 ➢交换齿轮变速机构 ➢多速电动机 ➢离合器变速机构 ➢摆移变速机构
数控车床的主传动系统设计PPT
详细描述
在进行动态特性分析时，需要考虑主轴的转速、转矩和刚度等参数，以及传动系统的固有频率和阻尼比等特性。 通过分析这些参数，可以评估主传动系统在加工过程中的稳定性，预测可能出现的振动和噪声问题，并采取相应 的措施进行优化设计。
强度与刚度分析
总结词
强度与刚度分析是评估主传动系统在承受外力和变形时的性能表现，以确保系统的可靠性和稳定性。
总结词：传统设计
详细描述：该实例介绍了一种传统的数控车床主传动系统设计，主要采用齿轮传 动和链传动组合的方式，具有结构简单、可靠性高的优点，但效率较低，适用于 一般加工需求。
实例二：主传动系统的改进设计
总结词：优化设计
详细描述：该实例针对传统主传动系统的不足，进行了优化改进。采用新型轴承和材料，提高了传动效率和稳定性，减少了 维护成本，适用于高精度、高效率的加工需求。
设计目的和意义
设计目的
设计出高效、稳定、可靠的数控车床主传动系统，满足加工精度和效率的要求， 提高生产效率和产品质量。
意义
主传动系统设计的优劣直接影响到数控车床的性能和加工精度，进而影响到整个 机械制造行业的生产水平和产品质量。因此，对数控车床主传动系统进行合理设 计，对于提高机械制造行业的整体水平具有重要意义。
要点二
详细描述
在进行热特性分析时，需要考虑主轴的转速、切削力和材 料导热系数等参数。通过建立热传导模型，可以预测主传 动系统在不同工况下的温度变化和热变形情况。根据分析 结果，可以采取相应的散热措施和热补偿技术，提高系统 的热稳定性和加工精度。
06 主传动系统实例分析
实例一：某型号数控车床主传动系统设计
高耐磨材料
选用高耐磨材料，如陶瓷和硬质 合金，以提高主传动系统的使用 寿命和可靠性，减少维护成本。
在进行动态特性分析时，需要考虑主轴的转速、转矩和刚度等参数，以及传动系统的固有频率和阻尼比等特性。 通过分析这些参数，可以评估主传动系统在加工过程中的稳定性，预测可能出现的振动和噪声问题，并采取相应 的措施进行优化设计。
强度与刚度分析
总结词
强度与刚度分析是评估主传动系统在承受外力和变形时的性能表现，以确保系统的可靠性和稳定性。
总结词：传统设计
详细描述：该实例介绍了一种传统的数控车床主传动系统设计，主要采用齿轮传 动和链传动组合的方式，具有结构简单、可靠性高的优点，但效率较低，适用于 一般加工需求。
实例二：主传动系统的改进设计
总结词：优化设计
详细描述：该实例针对传统主传动系统的不足，进行了优化改进。采用新型轴承和材料，提高了传动效率和稳定性，减少了 维护成本，适用于高精度、高效率的加工需求。
设计目的和意义
设计目的
设计出高效、稳定、可靠的数控车床主传动系统，满足加工精度和效率的要求， 提高生产效率和产品质量。
意义
主传动系统设计的优劣直接影响到数控车床的性能和加工精度，进而影响到整个 机械制造行业的生产水平和产品质量。因此，对数控车床主传动系统进行合理设 计，对于提高机械制造行业的整体水平具有重要意义。
要点二
详细描述
在进行热特性分析时，需要考虑主轴的转速、切削力和材 料导热系数等参数。通过建立热传导模型，可以预测主传 动系统在不同工况下的温度变化和热变形情况。根据分析 结果，可以采取相应的散热措施和热补偿技术，提高系统 的热稳定性和加工精度。
06 主传动系统实例分析
实例一：某型号数控车床主传动系统设计
高耐磨材料
选用高耐磨材料，如陶瓷和硬质 合金，以提高主传动系统的使用 寿命和可靠性，减少维护成本。
机床主传动系统设计
机床主传动系统设计机床主传动系统是机床的核心组成部分，它直接影响着机床的性能和加工质量。
主传动系统主要由电机、速度变换机构、主轴、传动装置等部分组成。
本文将从设计电机、速度变换机构、主轴和传动装置四个方面，对机床主传动系统的设计进行详细阐述。
首先是电机的设计。
电机作为机床主传动系统的动力源，其选型需考虑到机床加工的要求以及传动系统的性能要求。
一般情况下，机床加工精度要求高，所以应选择具有较高功率和较小扭矩波动的交流伺服电机。
考虑到机床的节能要求，可选择带有高效能力推力轴承和电子换向器的永磁同步电机。
其次是速度变换机构的设计。
速度变换机构主要用于实现不同速度的转换，使得机床能够适应不同加工工艺的要求。
常见的速度变换机构有齿轮传动、带式传动和链条传动等。
在实际设计中，应根据机床的加工要求和工艺特点选择合适的速度变换机构，并根据机械原理进行优化设计。
第三是主轴的设计。
主轴作为机床主传动系统的核心部件，其设计要考虑到机床的加工精度、刚性和动平衡等要求。
一般情况下，主轴采用高精度两端支撑方式，以保证主轴的刚性和稳定性。
在主轴的设计中，还应注意对主轴进行合理的冷却和润滑方式设计，以提高主轴的使用寿命和可靠性。
最后是传动装置的设计。
传动装置作为主传动系统的连接组件，其设计应满足机床的传动效率、刚性和减振要求。
常见的传动装置有皮带传动、齿轮传动和液压传动等。
对于机床主传动系统设计，可以根据机床的加工特点和需求，选用合适的传动装置进行设计，并通过结构优化和改进，提高传动效率和减少传动误差。
综上所述，机床主传动系统的设计需要综合考虑电机、速度变换机构、主轴和传动装置等多个方面因素。
在设计过程中，应根据机床的加工要求和工艺特点，选择合适的组件和参数，并进行优化设计，以提高机床的性能和加工质量。
只有设计出合理、可靠的主传动系统，机床才能够发挥其最大的潜力，达到高精度、高效率的加工效果。
机床主传动设计
对于主运动是直线运动的机床，如插床或刨床，主运动 参数是每分钟的往复次数。
通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需 要变速。因此需确定它的变速范围，即最低与最高转速。
1）.主轴最低（nmin）和最高转速（nmax）的确定
根据公式有：
nm in
1000 vm in
d m ax
nm ax
1000 vmax
2 、主电动机和传动机构须能供给和传递足够的功率和扭 矩，并具有较高的传动效率。
3、执行件（如主轴组件）须有足够的精度、刚度、抗振 性和小于许可限度的热变形和温升。
4 、噪声应在允许的范围内。 5、 操纵要轻便灵活、迅速、安全可靠，并须便于调整和 维修。 6 、结构简单、润滑与密封良好，便于加工和装配，成本 低。
此表不仅可用于转速、双行程数和进给量数列，而且也可用于机床 尺寸和功率参数等数列。表中的数列应优先选用。
图 7 1
3、公比的选用 a.对于通用机床，为使转速损失不过大，机床结构又不过于
复杂，一般取Ф=1.26或1.41。
b.对于大批量生产用的专用机床，自动化机床公比应取小些， 这些机床的生产率高，转速损失的影响显著，一般取 Ф=1.12或1.26
dm in
nmax和nmin的比值是变速范围Rn:
Rn nm ax nm in
注意：dmax和dmin不是机床上可能加工的最大和最小直径， 而是经济加工的最大和最小直径 （即不是理论上的最大和 最小直径），通常可取dmax= KD ； dmin=Rd dmax
最大加工直径dmax =( 0.5-0.6)D 最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax
例：
以Ø 400mm普通车床为例，计算其主轴的极限转速。 (1)计算主轴最高转速nmax：
通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需 要变速。因此需确定它的变速范围，即最低与最高转速。
1）.主轴最低（nmin）和最高转速（nmax）的确定
根据公式有：
nm in
1000 vm in
d m ax
nm ax
1000 vmax
2 、主电动机和传动机构须能供给和传递足够的功率和扭 矩，并具有较高的传动效率。
3、执行件（如主轴组件）须有足够的精度、刚度、抗振 性和小于许可限度的热变形和温升。
4 、噪声应在允许的范围内。 5、 操纵要轻便灵活、迅速、安全可靠，并须便于调整和 维修。 6 、结构简单、润滑与密封良好，便于加工和装配，成本 低。
此表不仅可用于转速、双行程数和进给量数列，而且也可用于机床 尺寸和功率参数等数列。表中的数列应优先选用。
图 7 1
3、公比的选用 a.对于通用机床，为使转速损失不过大，机床结构又不过于
复杂，一般取Ф=1.26或1.41。
b.对于大批量生产用的专用机床，自动化机床公比应取小些， 这些机床的生产率高，转速损失的影响显著，一般取 Ф=1.12或1.26
dm in
nmax和nmin的比值是变速范围Rn:
Rn nm ax nm in
注意：dmax和dmin不是机床上可能加工的最大和最小直径， 而是经济加工的最大和最小直径 （即不是理论上的最大和 最小直径），通常可取dmax= KD ； dmin=Rd dmax
最大加工直径dmax =( 0.5-0.6)D 最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax
例：
以Ø 400mm普通车床为例，计算其主轴的极限转速。 (1)计算主轴最高转速nmax：
机床主传动设计第八讲
2. 滑移齿轮变速机构
优点：变速范围大，变速级数也较多；在较大的变速范 围内可传递较大的功率和扭矩；因而空载功率损失较小等。 缺点：变速箱的构造复杂，不能在运转中变速，为使滑 移齿轮容易进入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，传动平稳性 不如斜齿轮传动等。
Metal Cutting & Machine Tools
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切削机床主传动方案选择
二、变速方式选择 3. 离合器变速机构
安排离合器的位臵应注意以下几个方面： 1）尽量减小离合器的尺寸；
2）避免出现超速现象；
3）要考虑到结构上的因素； 4）各种变速机构的组合；
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切削机床主传动方案选择
四、制动方式选择
2. 机械制动
1）闸带式制动器 结构简单，轴向尺寸小，操纵杠杆应作用于闸带的松边 ，使操纵力小且制动平稳。但制动时闸轮受到较大的单侧压力 ，对所在传动轴有不良影响，故用于中小型机床。
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nmin
1000 vmin d max
nmax
1000 vmax d min
nmax和nmin的比值是变速范围Rn:
nmax Rn nmin
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切削机床主传动参数拟定
2) 主轴转速数列 目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速 确定后，还需确定中间转速。 如某机床的分级变速机构共有Z 级，其中n1=nmin，nz=nmax ，Z 级转速分别为：n1,n2,n3,……, nj, nj+1,……,nz. 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为v ,则相 应的转速位n。通常，分级变速机构不能恰好得到这个转速， 而是处于某两极转速 nj与nj+1之间：
第3章数控机床主传动系统设计
3.3无级变速传动链的设计
数控机床的主运动广泛采用无级变速 。 无级变速优势： 在一定范围内，转速(或速度)能连续地变 换，从而获取最有利的切削速度。 数控机床一般都采用由直流或调速电动 机作为驱动源的电气无级调速。
(2)主要设计内容:
拟定结构式或结构网; 拟定转速图， 拟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。
3. 2 分级变速主传动系统设计
3. 2. 1转速图的概念
转速图由“三线一点”组成，即传动轴线、转速 线、传动线和转速点。
3. 2 分级变速主传动系统设计
由Z, φ, n1可知主轴的各级转速应为: 31.5, 45, 63, 90, 125, 180, 250，500、710、 1000、1400。
2)变速组和传动副数的确定 :
变速组和传动副数可能的方案有: 12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3
3. 2 分级变速主传动系统设计
②绘制转速图: A、 本例所选定的结构式共有三个变速 组，变速机构共需4根轴，加上电动机轴 共5根轴，(电动机到I轴为定比带传动)故 转速图需5条竖线。主轴共12级转速，电 动机轴转速与主轴最高转速相近，故需 12条横线。然后，标注主轴的各级转速 及电动机轴的转速。
3. 1 主传动系统设计概述
（2)按传动装置类型 可分为机械传动装置 液压传动装置 电气传动装置 以及它们的组合
3. 1 主传动系统设计概述
(3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。 分级变速传动是在一定的变速范围内均 匀、离散地分布着有限级数的转速，变 速级数一般不超过20~30级。 分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交 换齿轮变速和离合器(如摩擦片式、牙嵌 式、齿轮式离合器)变速。
机械制造装备设计课程设计-机床主传动系统设计
N
nm in
nj
n nmax
机械制造装备设计课程设计--机床主传动系统设计
计算转速的确定 （1）等比传动，中型通用机床（C6132、C6140）
z 1
nj nmin 3
（2）等比传动，大型通用机床
z
nj nmin 3
总级数
机床类
9
中型
n3
大型
n4
12
16
18 20
n4
n5
n6
n7
n5
机床 C6140 C6132
功率(KW)
7.5 3.0
机床 Z3040 Z3063
功率(KW) 机床
3.0
X62、63
5.5
X63W
功率(KW) 7.5 10.0
机械制造装备设计课程设计--机床主传动系统设计
2. 主轴的估算
在设计之初，由于确定的仅仅是一个设计方案，具体构造尚 未确定，因此，只能根据统计资料，初步确定出主轴的直径。
4、编写设计计算说明书 主要包括： 1）运动设计和动力计算的计算过程和分析； 2）结构设计说明（包括主要结构的分析以及其他需要说明 或论证的问题）; 3）参考文献
机械制造装备设计课程设计--机床主传动系统设计
四、课程设计的步骤和注意事项
1、准备工作 2、运动设计
① 传动方案设计（集中传动或分离式传动）； ② 结构式； ③ 绘制转速图； ④ 确定齿轮齿数； ⑤ 绘制传动系统图； ⑥ 带和带轮的设计计算；
lg
Rn ：变速范围
Rn
n max n min
例：已知 n45~20r0p0m 1.41
z lR g n 1 lg 2( 0 4 0 ) 5 1 0 1.9 0 8 1 1.9 1 8 12
nm in
nj
n nmax
机械制造装备设计课程设计--机床主传动系统设计
计算转速的确定 （1）等比传动，中型通用机床（C6132、C6140）
z 1
nj nmin 3
（2）等比传动，大型通用机床
z
nj nmin 3
总级数
机床类
9
中型
n3
大型
n4
12
16
18 20
n4
n5
n6
n7
n5
机床 C6140 C6132
功率(KW)
7.5 3.0
机床 Z3040 Z3063
功率(KW) 机床
3.0
X62、63
5.5
X63W
功率(KW) 7.5 10.0
机械制造装备设计课程设计--机床主传动系统设计
2. 主轴的估算
在设计之初，由于确定的仅仅是一个设计方案，具体构造尚 未确定，因此，只能根据统计资料，初步确定出主轴的直径。
4、编写设计计算说明书 主要包括： 1）运动设计和动力计算的计算过程和分析； 2）结构设计说明（包括主要结构的分析以及其他需要说明 或论证的问题）; 3）参考文献
机械制造装备设计课程设计--机床主传动系统设计
四、课程设计的步骤和注意事项
1、准备工作 2、运动设计
① 传动方案设计（集中传动或分离式传动）； ② 结构式； ③ 绘制转速图； ④ 确定齿轮齿数； ⑤ 绘制传动系统图； ⑥ 带和带轮的设计计算；
lg
Rn ：变速范围
Rn
n max n min
例：已知 n45~20r0p0m 1.41
z lR g n 1 lg 2( 0 4 0 ) 5 1 0 1.9 0 8 1 1.9 1 8 12
CM6132车床主传动系统设计
η：电机到该轴传动件传动效率总值。 d：当量直径，单位 cm。 Nj：计算转速，单位 rpm。 对于花键轴，轴内径一般要比 d 小 7%。 3.3.1 允许扭转角[Ф]的确定 一般，机床各轴的允许扭转角参考值见表 4.
表 4 机床各轴允许扭转角[Ф] 本次设计，中间传动轴允许扭转角[Ф]均取 1.2°。 3.3.2 计算转速 Nj 的确定 计算转速 Nj 是指主轴或其他传动轴传递全部功率的最低转速，对于等比传动的中型通用机 床，主轴计算转速一般为： Nj=Nmin*φ^(Z/3 -1) 故本次设计，Nj=125rpm。根据转速图图 4，即可确定各轴的计算转速见下表。
图 3 CM6132 普通车床主传动系统图 如图 3 所示，CM6132 型普通车床采用分离式传动，即变速箱和主轴箱分离。III，IV 轴为皮 带传动。在主轴箱的传动中采用了背限传动比限制）的问题。 CM6132 型普通车床（12 级转速，公比 φ=1.41）采用了背轮机构后的转速图，如图 4 所示。 图中轴号的顺序对应传动系统图图 3.
对于 II 轴，III 轴，（Z1+Z2）min=46，AI II>=52.0mm，则 m>=2.26mm。 对于 III 轴，IV 轴，（Z1+Z2）min=76，AI II>=71.4mm，则 m>=1.87mm。 因而，对于变速箱内圆柱齿轮传动，统一取 m=2.5mm。由于主轴传递扭矩大，故对于主轴 箱内齿轮模数取 3mm。 3.5 各轴直径及各齿轮齿数的确定。 在生产实际中，轴上齿轮的传动主要靠周向键连接来实现的，花键连接以其对中性好，导向 性能好，应力集中小等优点获得广泛应用。因而本次设计中，所有的传动轴均采用花键轴， 通过各轴的当量直径来选取适当标准的花键轴径，再通过花键轴径来选取轴上各齿轮传动副 的齿数。具体各花键轴尺寸，齿轮齿数和的选取见下表。
表 4 机床各轴允许扭转角[Ф] 本次设计，中间传动轴允许扭转角[Ф]均取 1.2°。 3.3.2 计算转速 Nj 的确定 计算转速 Nj 是指主轴或其他传动轴传递全部功率的最低转速，对于等比传动的中型通用机 床，主轴计算转速一般为： Nj=Nmin*φ^(Z/3 -1) 故本次设计，Nj=125rpm。根据转速图图 4，即可确定各轴的计算转速见下表。
图 3 CM6132 普通车床主传动系统图 如图 3 所示，CM6132 型普通车床采用分离式传动，即变速箱和主轴箱分离。III，IV 轴为皮 带传动。在主轴箱的传动中采用了背限传动比限制）的问题。 CM6132 型普通车床（12 级转速，公比 φ=1.41）采用了背轮机构后的转速图，如图 4 所示。 图中轴号的顺序对应传动系统图图 3.
对于 II 轴，III 轴，（Z1+Z2）min=46，AI II>=52.0mm，则 m>=2.26mm。 对于 III 轴，IV 轴，（Z1+Z2）min=76，AI II>=71.4mm，则 m>=1.87mm。 因而，对于变速箱内圆柱齿轮传动，统一取 m=2.5mm。由于主轴传递扭矩大，故对于主轴 箱内齿轮模数取 3mm。 3.5 各轴直径及各齿轮齿数的确定。 在生产实际中，轴上齿轮的传动主要靠周向键连接来实现的，花键连接以其对中性好，导向 性能好，应力集中小等优点获得广泛应用。因而本次设计中，所有的传动轴均采用花键轴， 通过各轴的当量直径来选取适当标准的花键轴径，再通过花键轴径来选取轴上各齿轮传动副 的齿数。具体各花键轴尺寸，齿轮齿数和的选取见下表。
3.1 机床的传动设计_分级变速主传动
12
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图
1.转速图 是表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴 的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。包括： 转速点 用小圆点表示主轴 和各传动轴的转速值(对数值)。 转速线 是间距相等的水平线。 相邻转速线间距为 lg 。 传动轴线 距离相等的铅垂线。 从左到右按传动顺序排列。 传动线 两转速点之间的连线。 一个主转速点引出的传动线数目， 代表该变速组的传动副数。
b、c…表示。传动副数用 P 表示，变速范围用 r 表示。
1）级比 指变速组中两相邻的 转速或两相邻的传动比之比。 级
比为公比幂的形式。如：φ3 。
2）级比指数 是指级比的幂 指数，用x 表示。 如： φ3 中的幂指数3，即x=3。
16
第一节 分级变速主传动系统设计
第一变速组 a（轴Ⅰ-Ⅱ之间） Pa=3；传动比分别是
4
知 识 温 故
主传动系统设计基本要求； 1. 满足机床的使用要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主 轴有足够的变速范围和转速级数；传动系统设计合理，人机关 系良好，安全可靠； 2. 满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构应能提供和传 递足够的功率和扭矩，具有较高的传动效率； 3. 满足机床的工作性能要求。零部件应有足够的刚度、精度、抗 振性能，热变形特性稳定； 4. 满足经济性要求。传动链尽可能简短，零部件数目要少，成本 低；
13
第一节 分级变速主传动系统设计
例：一中型车床，主轴转速级数 Z=12，公比φ=1.41，
主轴转速 n = 31.5 ~ 1400 r/min，如图示。
12 级转速的传动系统图
12 级转速图
14
第一节 分级变速主传动系统设计
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图
1.转速图 是表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴 的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。包括： 转速点 用小圆点表示主轴 和各传动轴的转速值(对数值)。 转速线 是间距相等的水平线。 相邻转速线间距为 lg 。 传动轴线 距离相等的铅垂线。 从左到右按传动顺序排列。 传动线 两转速点之间的连线。 一个主转速点引出的传动线数目， 代表该变速组的传动副数。
b、c…表示。传动副数用 P 表示，变速范围用 r 表示。
1）级比 指变速组中两相邻的 转速或两相邻的传动比之比。 级
比为公比幂的形式。如：φ3 。
2）级比指数 是指级比的幂 指数，用x 表示。 如： φ3 中的幂指数3，即x=3。
16
第一节 分级变速主传动系统设计
第一变速组 a（轴Ⅰ-Ⅱ之间） Pa=3；传动比分别是
4
知 识 温 故
主传动系统设计基本要求； 1. 满足机床的使用要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主 轴有足够的变速范围和转速级数；传动系统设计合理，人机关 系良好，安全可靠； 2. 满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构应能提供和传 递足够的功率和扭矩，具有较高的传动效率； 3. 满足机床的工作性能要求。零部件应有足够的刚度、精度、抗 振性能，热变形特性稳定； 4. 满足经济性要求。传动链尽可能简短，零部件数目要少，成本 低；
13
第一节 分级变速主传动系统设计
例：一中型车床，主轴转速级数 Z=12，公比φ=1.41，
主轴转速 n = 31.5 ~ 1400 r/min，如图示。
12 级转速的传动系统图
12 级转速图
14
第一节 分级变速主传动系统设计
车床主传动系统的设计
第九章参考文献---------------------------------------------------------29
第一章引言
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器，又称为“工作母机”。
在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机械零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%至60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。
该机床属于中型普通车床，适合于中小企业、工厂选用。
目录
第一章引言--------------------------------------------------------------4
第二章机床的总体设计-----------------------------------------------5
(2)避免最小齿轮产生根切现象，机床变速箱中，对于标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数Zmin≥18~20
(3)齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a≥2m（m为模数）,保证足够的强度，以避免出现断裂现象。
（4）采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4，以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。
其转速图如下：
本次设计曾考虑使用混合公比的传动方式，但由于转速级数Z值小，而且从混合公比的结构网中可以看出主轴的分散速度过大，且中间的常用速度少，两边的跳跃跨度大，鉴于通用机床的特点及传动要求，故本次设计根据参数的要求，否定了使用混合公比的传动方式。
通过阅读有关数据（普通机床系列型谱）
确定一下参数：
4、其他传动件计算转速的确定---------------------------------13
第一章引言
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器，又称为“工作母机”。
在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机械零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%至60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。
该机床属于中型普通车床，适合于中小企业、工厂选用。
目录
第一章引言--------------------------------------------------------------4
第二章机床的总体设计-----------------------------------------------5
(2)避免最小齿轮产生根切现象，机床变速箱中，对于标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数Zmin≥18~20
(3)齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a≥2m（m为模数）,保证足够的强度，以避免出现断裂现象。
（4）采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4，以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。
其转速图如下：
本次设计曾考虑使用混合公比的传动方式，但由于转速级数Z值小，而且从混合公比的结构网中可以看出主轴的分散速度过大，且中间的常用速度少，两边的跳跃跨度大，鉴于通用机床的特点及传动要求，故本次设计根据参数的要求，否定了使用混合公比的传动方式。
通过阅读有关数据（普通机床系列型谱）
确定一下参数：
4、其他传动件计算转速的确定---------------------------------13
普通机床主传动系统设计计算说明书
u6 = 7、
绘制传动系统图
6
图 2 传动示意图
七、 动力设计
1、 各传动零件的设计
z −1 3
n = nmin φ 1）
= 160 r min， 取主轴的计算转速为180 r min
各轴的计算转速
表 2 各轴的计算转速
轴序号 计算转 速
电动机 1440
Ⅰ 1000
Ⅱ 710
Ⅲ 355
Ⅳ 180
2)最小齿轮计算转速
1
n max n min
= 11.1
2、转动轴直径。 3、齿轮模数。 4、主轴设计（轴颈、内孔、前端悬伸量、合力支撑跨距） （三） 、结构设计 1、参考同类机床绘制草图。这一阶段的工作较为复杂，绘图 和计算工作交叉进行，反复修改，力求使零部件的结构合理、 配置适当。 2、草图完后，要验算传动件。 1）齿轮：同模数中承受载荷最大的，齿数最小的齿轮 2）传动轴：验算其中一根传动轴的强度 3）主轴：刚度（弯曲刚度、扭转刚度） 3、完成装配图 （四）零件工作图（主轴） （五）编写设计计算说明书 设计计算说明书是对整个设计计算工作的整理和总结，是一 份重要的技术文件。 1、 需要寿命的内容要有条理的加以阐述， 有必要的插图或 表格； 2、 3、 采用的公式及数据要注明资料的来源； 文字力求通顺简练，字迹工整。
m
24
（89） （90） （91） （92） （93） （94） （95） （96） （97）
TS P
3
=
18000 2
= 9000，B = 8 × 3, = 3.78
60n 1 T C0
=
60×1000×9000 10 7
K n = 0.82，K N = 0.58，K q = 0.63，K s = K T K n K N K q = 1.13， σj =
3 机床总体设计和传动系统设计
第三章 机床总体设计 和传动系统设计
1
教学目的和要求 了解机床设计应满足的基本要求； 了解机床设计的步骤； 熟悉机床总体布局要求； 掌握机床主要技术性能参数的内容； 掌握转速图、结构网、结构式的各自含义； 掌握主运动链转速图的拟定与结构网的绘制； 掌握等比结构串联系统的级比规律； 了解扩大变速范围的方法； 熟悉齿轮齿数的确定； 熟悉主轴箱的温升与热变形对机床运转带来的影响。
2828主参数大多数情况下用折算值表示其折算值等于主参数乘以折算系数机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数单轴自动车床最大棒料直径转塔车床最大车削直径110立式车床最大车削直径1100最大工件高度卧式车床床身上最大工件回转直径110最大车削长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距立式钻床最大钻孔直径卧式铣镗床镗轴直径110坐标镗床工作台面宽度110工作台面长度外圆磨床最大磨削直径110最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径110平面磨床工作台面宽度11028292929端面磨床最大砂轮直径110齿轮加工机床大多数是最大工件直径110大多数是最大模数龙门铣床工作台面宽度1100工作台面长度卧式升降台铣床工作台面宽度110工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度110最大刨削长度牛头刨床最大刨削长度110最大插削长度110机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数30301运动参数运动参数是指机床的主运动进给运动和辅助运动的执行件的运动速度如主轴工作台刀架等的运动速度
8
二 、 机床设计方法和步骤 机床设计方法
理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计 的传统方法，随着科学技术的进步，机床设计的理论和方法也 不断进步。计算机技术和分析技术的迅速发展，使得计算机辅 助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术，已经应用于机床 设计的各个阶段，改变了传统的设计方法，由定性设计向定量 设计、有静态和线性分析向动态和非线性分析、由可靠性设计 向最佳设计过渡，提高了机床设计的质量和效率。
1
教学目的和要求 了解机床设计应满足的基本要求； 了解机床设计的步骤； 熟悉机床总体布局要求； 掌握机床主要技术性能参数的内容； 掌握转速图、结构网、结构式的各自含义； 掌握主运动链转速图的拟定与结构网的绘制； 掌握等比结构串联系统的级比规律； 了解扩大变速范围的方法； 熟悉齿轮齿数的确定； 熟悉主轴箱的温升与热变形对机床运转带来的影响。
2828主参数大多数情况下用折算值表示其折算值等于主参数乘以折算系数机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数单轴自动车床最大棒料直径转塔车床最大车削直径110立式车床最大车削直径1100最大工件高度卧式车床床身上最大工件回转直径110最大车削长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距立式钻床最大钻孔直径卧式铣镗床镗轴直径110坐标镗床工作台面宽度110工作台面长度外圆磨床最大磨削直径110最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径110平面磨床工作台面宽度11028292929端面磨床最大砂轮直径110齿轮加工机床大多数是最大工件直径110大多数是最大模数龙门铣床工作台面宽度1100工作台面长度卧式升降台铣床工作台面宽度110工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度110最大刨削长度牛头刨床最大刨削长度110最大插削长度110机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数30301运动参数运动参数是指机床的主运动进给运动和辅助运动的执行件的运动速度如主轴工作台刀架等的运动速度
8
二 、 机床设计方法和步骤 机床设计方法
理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计 的传统方法，随着科学技术的进步，机床设计的理论和方法也 不断进步。计算机技术和分析技术的迅速发展，使得计算机辅 助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术，已经应用于机床 设计的各个阶段，改变了传统的设计方法，由定性设计向定量 设计、有静态和线性分析向动态和非线性分析、由可靠性设计 向最佳设计过渡，提高了机床设计的质量和效率。
机械制造装备设计第二章 机床的传动设计
综上所述，转速图 可以很清楚地表示：
１、主轴各级转速的传 动路线；
２、得到这些转速所需
电机 Ⅰ a Ⅱ b Ⅲ c Ⅳ
60:30 36:36 42:42 30:42 24:48
1440 r/min 1000 710 500 355
要的变速组数目及每个
250
变速组中的传动副数目； ３、各个传动比的数值；
注意：转速图上竖直线间距均 匀并不表示各轴中心距相等， 只是为了使图面美观清晰。
ⅡⅢⅣ
1440 r/min 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 3 2.1.1 .1转速图概念
(2) 各级转速的指代（主轴转速线、转速点）
2.1分级变速主传动系统设计－－2.1.1.2转速图原理
电机 Ⅰ a Ⅱ b Ⅲ
轴Ⅱ－Ⅲ间 的变速组ｂ
Ⅳ
1440 r/min
有 两 个 传 动 副 （ Pb ＝ 2 ） ， 其传动比依此为：
ib1=22/62=1/2.82=1/ 3，
36:36 42:42 30:42
24:48
1000
710
500
22:62 355
250
降速，向右下方倾斜三格
180
125
ib2=42/42=1=1/ ０，
90
等速，连线水平。
63
45
31.5
返回
2.1分级变速主传动系统设计－－2.1.1.2转速图原理
电机 Ⅰ a Ⅱ b Ⅲ c Ⅳ
轴Ⅲ-Ⅳ间 的变速组c有两 个传动副（Pc＝2），其 传动比依此为：
ic1=18/72=1/4= 1/ 4，
转速图包括一点三线：转速点，转速线，传动轴 线，传动线。
CA6140普通车床传动系统分析(非常实用)
制动器
使主轴迅速停止转动。
主轴箱
支撑主轴并传递动力，内部包含齿轮、轴 承等传动件。
进给传动系统
进给电动机
提供进给运动的动力源。
齿轮箱
将进给电动机的动力传递给丝杠或光杠， 实现工件的自动进给。
丝杠和光杠
丝杠用于车削螺纹，光杠用于一般车削， 将动力传递给溜板箱。
溜板箱
支撑刀架并带动其作直线进给运动，内部 包含齿轮、轴承等传动件。
ca6140普通车床传动系统采用模
块化设计，结构紧凑，占地面积
小。
01
传动效率高
02
采用高精度齿轮和轴承，传动效
率高，噪音低。
变速范围宽
通过变速手柄可实现较宽的变速
范围，适应不同工件的加工需求
03
。
操作简便
04
传动系统操作简单，易于维护和
保养。
04
传动系统主要部件结构与功能
主轴箱
主轴
主轴是车床的核心部件， 用于安装工件或刀具，并
谢谢您的聆听
THANKS
ca6140普通车床传动系统分析 (非常实用)
汇报人：文小库
2024-01-18
CONTENTS
• 引言 • ca6140普通车床传动系统组成 • 传动系统工作原理与特点 • 传动系统主要部件结构与功能 • 传动系统性能分析 • 传动系统故障诊断与维护保养 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
掌握ca6140普通车床传动系统的工作原理和构造
传动系统性能评估
通过实验数据和理论分析，对ca6140普通车床传动系统的性能进行了全面评估，包括传 动效率、稳定性、噪音等方面的指标。
优缺点总结
归纳了ca6140普通车床传动系统的优点和缺点，如结构紧凑、传动平稳、噪音低等优点 ，以及维护困难、传动效率不高等缺点。
使主轴迅速停止转动。
主轴箱
支撑主轴并传递动力，内部包含齿轮、轴 承等传动件。
进给传动系统
进给电动机
提供进给运动的动力源。
齿轮箱
将进给电动机的动力传递给丝杠或光杠， 实现工件的自动进给。
丝杠和光杠
丝杠用于车削螺纹，光杠用于一般车削， 将动力传递给溜板箱。
溜板箱
支撑刀架并带动其作直线进给运动，内部 包含齿轮、轴承等传动件。
ca6140普通车床传动系统采用模
块化设计，结构紧凑，占地面积
小。
01
传动效率高
02
采用高精度齿轮和轴承，传动效
率高，噪音低。
变速范围宽
通过变速手柄可实现较宽的变速
范围，适应不同工件的加工需求
03
。
操作简便
04
传动系统操作简单，易于维护和
保养。
04
传动系统主要部件结构与功能
主轴箱
主轴
主轴是车床的核心部件， 用于安装工件或刀具，并
谢谢您的聆听
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ca6140普通车床传动系统分析 (非常实用)
汇报人：文小库
2024-01-18
CONTENTS
• 引言 • ca6140普通车床传动系统组成 • 传动系统工作原理与特点 • 传动系统主要部件结构与功能 • 传动系统性能分析 • 传动系统故障诊断与维护保养 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
掌握ca6140普通车床传动系统的工作原理和构造
传动系统性能评估
通过实验数据和理论分析，对ca6140普通车床传动系统的性能进行了全面评估，包括传 动效率、稳定性、噪音等方面的指标。
优缺点总结
归纳了ca6140普通车床传动系统的优点和缺点，如结构紧凑、传动平稳、噪音低等优点 ，以及维护困难、传动效率不高等缺点。
数控机床主传动系统设计
第一章前言1.1 数控机床的发展概况数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。
我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。
初步形成了数控产业基地。
在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。
兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。
这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。
建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。
虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。
虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。
1.2 数控机床的未来发展趋势1) 高速化。
随着汽车、航空航天工业的发展，铝合金及其他新材料的应用日益广泛，对高速加工的需求越来越强劲。
2) 高精度。
机床的加工精度，以及其可重复性和可信赖度高，性能长期稳定，能够在不同运行条件下“保证”零件的加工质量。
3) 工序集约化。
在一台机床上尽可能加工完毕一个零件的所有工序，同时又保持机床的通用性，能够迅速适应加工对象的改变。
4) 机床的智能化。
加工设备不仅提供“体力”，也有“头脑”，能够在线监测工况、独立自主地管理自己，并与企业的生产管理系统通信。
5) 机床的微型化。
随着各种产品的小型化以及微机电系统的迅速发展，对机床微型化提出了强烈的需求。
1.3 数控机床的主传动系统主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是数控机床的关键部件之一。
普通车床主传动系统设计
普通车床主传动系统设计普通车床是机械加工中最基本的一种机床，其主要作用是将工件加工成所需的形状和尺寸。
主传动系统是车床的核心部分，其功能是将电机的旋转运动转换成车床主轴的旋转运动，是车床实现加工操作的关键。
一、主传动系统的组成部分主传动系统主要由电机、联轴器、变速器和主轴组成。
电机是主传动的核心，一般选用变频电机，具有启动快、转速调节范围广、运行平稳等优点。
联轴器是连接电机和变速器的部件，其主要作用是进行动力传递，并能够消除轴线不一致时的振动和噪声。
变速器则可以通过调整传动比来改变主轴转速，以适应不同的加工需求。
主轴是车床最重要的部件之一，它直接影响到车床的精度和效率。
1. 可靠性原则主传动系统是车床的核心部分，其可靠性直接影响到车床的使用效果和寿命。
因此，在设计主传动系统时，必须考虑到各个组成部分的可靠性，选用优质的电机、联轴器等部件，确保其经久耐用。
2. 精度原则车床主轴的精度直接影响到加工件的精度和质量，因此，主传动系统的设计必须以提高精度为目标。
在选用传动部件时，应尽可能选择精度高、转矩大的产品，以提高主轴的运转精度和稳定性。
3. 实用性原则主传动系统的设计应以加工件的要求为依据，类型不同的加工件对主轴转速要求也不同，因此，设计师必须根据实际需求选择变速器和电机等组成部件，并调整传动比例来满足不同的加工要求。
4. 经济性原则在主传动系统的设计过程中，必须综合考虑成本和效益，在可达到要求的前提下，尽可能选用价格合理的传动部件。
1. 确定加工件要求根据加工件的形状和尺寸，确定主轴转速和转矩等工作参数。
2. 选择电机和联轴器根据主轴的工作参数，选用合适的电机，并配以适当的联轴器，以确保转速和转矩的稳定和可靠传递。
3. 选择变速器根据加工件要求和主轴转速的范围，选择合适的变速器，以调节主轴的转速和提高加工效率。
4. 设计主轴根据实际需要，设计主轴的长度、直径、材料等参数，以保证其稳定、精度高和使用寿命长。
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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
（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）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。
（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。
22
62
X1 P0 3
P1 2
60
R2
uc1 uc2
301.416 X2(P21)
18
72
X2P0P16
P2 2
R n R 0 R 1 R 2 R j 1 .42 1 1 .43 1 1 .46 1 n n m m a i1 n 3 x.5 4 1 4 05 0
2．齿轮变速组传动比和变速范围限制
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。
◆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。
（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↓。
◆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 。
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。
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。
Z ( P a ) X a ( P b ) X b ( P c ) X c ( P i) X i
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；
（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，
※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
， X 0， 1
且
Xi 1
i 1,2
Xi P0P 1P2..P i.1
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:
分离传动主变速传动系统图
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
（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。
◇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；
u 14 ☆升速传动：
min
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。
umax 2 umax2.5
◇ 对变速组变速范围限制 →最后扩大组的变速范围
Rj
R jX j(p j 1 )p 0 p 1 p 2 p j 1 (p j 1 ) 2 0 ~ .2 2 .5 5 8 ~ 10
◆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。
（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。
（三）主变速传动系设计的一般原则 →减小传动件结构尺寸
主传传 递动功系率属一T 于定恒时 功，9 率↑传传动动5 件。转n P 5 速c， 0↓传9递转5矩， 5 ↓结P n 构E 0 c件尺(寸N 。m )
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
12312326
12322126
二种12级转速的转速图
3．变速组的降速要“前慢后快”的原则
u u u ◇保证中间轴有适当高的转速，当传递功率一 a min b min c min 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。
（四）结构式与转速图拟定 1．结构式拟定
ua3
24 1 1
48 1.412 2
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。
◆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。
（4）检验最后扩大组的变速范围
（5）写出结构式
R 8~ 10 X j(p j 1 )
p 0p 1p 2 (p j 1 )
j
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∶
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，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。
■ 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）：
36 1
ua1 3610
30 1 1
ua2
42 1.41
定时，↑传动件转速 ，↓传递转矩，↓结构件尺寸。
p a p b p c p j
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X ，0（ b）X 结1 构 尺寸X 大2 。 X j
X1 3
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 动副数。
，相邻两条传动线拉开的格数，等于基本组的传
X1 P0
③第二扩大组的变速特性
变速组c 级比
级比指数
uc1
6022
30
uc2
18 72
（二）组成
动力源 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
齿轮变速机构
多速电动机变 速 、离合器变速
机械无极变速 液压无极变速
滑移齿轮 交换齿轮
（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。
机床设计主传动系设计解析
1
2.3 机床主传动系设计
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
2.3.1 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。
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
ua1
361 36
1
0
30 1 1
ua2
42 1.41
ua3
24 1 1
48 1.412 2
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
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。
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。