主传动系统设计说明

3.4.2主传动系统分类与传动方式
(一)主传动系分类 ： ▪ (1)按驱动主传动的电动机类型
可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机 驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调 速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无级调速交流电 动机驱动。 ▪ (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)按变速的连续性
（三）主传动系统设计的基本原则
2．传动顺序与扩大顺序相一致的原则（前密后疏）
•后种方案因第一扩大 组在最前面，Ⅱ轴的 转速范围比前种方案 大。 •如两种方案Ⅱ轴的最 高转速一样，后种方 案Ⅱ轴的最低转速较 低，在传递相等功率 的情况下，受的扭矩 较大，传动件的尺寸 也就比前方案大。 •将图3-14a所示方案 与其它多种扩大顺序 方案相比，可以得出 同样的结论。
（三）主传动系统设计的基本原则
3．变速组的降速要前慢后快（前慢后快） ❖ 从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变速
组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减小传 动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面变速组降速 要快些，但中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热 和噪声。
❖ 中间轴的最高转速不超过电动机的转速。 ❖ 上述原则在设计主变速传动系时一般应该遵循。但有时还
(四)主变速传动系的几种特殊设计
3.采用公用齿轮的传动系设计
❖在变速传动系中，即是前一变 速组被动齿轮，又是后一变速 组主动齿轮，称为公用齿轮。 ❖可减少齿轮的数目，简化结构， 缩短轴向尺寸。按相邻变速组 内公用齿轮的数目，常用的有 单公用和双公用齿轮。 ❖采用公用齿轮时，两个变速组 的模数必须相同。因为公用齿 轮轮齿受的弯曲应力属于对称 循环，弯曲疲劳许用应力比非 公用齿轮要低，因此应尽可能 选择变速组内较大的齿轮作为 公用齿轮。
3.4.3 分级变速主传动系统
分级变速主传动系设计的内容和步骤： 根据已确定的主变速传动系的运动参数，拟定结构式、转速图，合理分 配各变速组中的传动副的传动比，确定齿轮数和带轮直径等，绘制主变 速传动系图。
▪ （一）转速图与结构式 ▪ （二）各变速组的变速范围及极限传动比 ▪ （三）主传动系统设计的基本原则与方法 ▪ （四）主传动系统的几种特殊设计 ▪ （五）扩大传动系变速范围的方法 ▪ （六）齿轮齿数的确定 ▪ （七）计算转速 ▪ （八）变速箱内传动件的空间布置与计算
电动机的传动件转速较高，传递的扭矩较小，尺寸小一 些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的扭矩较 大，尺寸就较大。 ▪ 在拟定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速 组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变 速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一 些，以便节省变速箱的造价，减小变速箱的外形尺寸。 按此原则，12＝3X2X2，12＝2X3X2，12＝2X2X3
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中，然 后通过带传动将运动传到主轴箱的传 动方式，称为分离传动方式。
▪ 特点是变速箱各传动件所产生的振动 和热量不能直接传给或少传给主轴， 从而减少主轴的振动和热变形，有利 于提高机床的工作精度。
▪ 运动由皮带经齿轮离合器直接传动， 主轴传动链短，使主轴在高速运转时 比较平稳，空载损失小；当主轴需作 低速运转时，运动则由皮带轮经背轮 机构的两对降速齿轮传动后，转速显 著降低，达到扩大变速范围的目的。
▪ 1) 变速系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积。 ▪ 2) 机床的总变速范围Rn是各变速组变速范围的乘积。 ▪ 3) 变速组的传动比之间关系
变速的基本规律是:变速系统是以基本组为基础，再通过扩大 组(可以有第一扩大组、第二扩大组……)把转速范围(级数)加 以扩大。若要求变速系统是一个连续的等比数列，则基本组的 级比等于，级比指数X。＝1；扩大组的级比xj ，级比指数 xj应等于该扩大组前面的基本组传动副数和各扩大组传动副数 的乘积。
传动副为2； 下标表示各变速组的级比指数。 级比：主动轴上同一点，传往从动轴相邻两条传动线的比
值，用xj 表示，其中xj，称为级比指数，相当于相邻两传 动线与从动轴交点之间相距的格数。
2.结构式—比较和分析不同传动方案
▪ 以12级转速为例，传动方案有：12＝4 3；12＝3 4；12＝3 2 2；12＝2 3 2；12＝2 2 3
检查变速组的变速范围是否 超过极限值，只需要检查最 后一个扩大组。
12 31 23 26
变速组c
R2 1.416(21) 8
12 21 22 34
R2 1.414(31) 16
确定左图的转速图、结构式及 各级变速范围
（三）主传动系统设计的基本原则
1．传动副前多后少原则 ▪ 主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近
须根据具体情况加以灵活运用。
I轴上装有双向摩擦片式离合器，轴向尺寸较长，为使结 构紧凑，第一变速组采用了双联齿轮，而不是按照前多 后少的原则采用三个传动副。
(四)主变速传动系的几种特殊设计
1.具有多速电动机的主变速传动系设计
多刀半自动车床 采用双速电动机， 电动机变速范围 为2，转速级数共 8级。公比1．41， 其结构式为电变 速组作为第一扩 大组，I一Ⅱ轴间 的变速组为基本 组，传动副数为2， Ⅱ一Ⅲ轴间变速 组为第二扩大组， 传动副数为2
（一）转速图与结构式
1.转速图—设计和分析主传动系统的工具
转速图的作用： （1）表示出传动轴的数目； （2）传动轴之间的传动关系； （3）主轴的各级转速值及其传动路线； （4）各传动轴的转速分级和转速值； （5）各传动副的传动比。
转速图由一组相互平行和垂直的格线组成。 ▪ 1)距离相等的竖直线代表传动系统的各轴。从左到右依次标注。 ▪ 2)距离相等的横直线与竖直线相交点，代表各级转速。 ▪ 3)坐标取对数坐标，在相交点直接写出转速的数值。 ▪ 4)相邻两轴之间相应转速的连线代表相应传动副的传动比，从左向
可以分为分级变速传动和无级变速传动。
3.4.2主传动系统分类与传动方式
▪ 分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速，变速 级数一般不超过20～30级。传动方式有滑移齿轮变速、交换 齿轮变速和离合器(如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离合器)变速。 传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，广泛 应用于通用机床。缺点是有速度损失，不能在运转中进行变 速。
上斜是升速传动，从左向下斜是降速传动。
1.转速图
传动线
31.5-1400：12级 公比：
45 1.41 31.5
电-I轴
u 126 1/ 2 1/1.412 1/ 2 256
I轴-II轴：变速组a
ua1
36 36
1 1.410
0
ua2
30 42
1/1.41 1/1.411
1/1
▪ 2)机床传递动力要求。机床的动力源和传动机构应能够输 出和传递足够的功率和转矩，并有较高的传动效率。
▪ 3)机床工作性能要求。机床的传动结构，特别是末端执行 件必须有足够的精度、刚度、抗振性能和较小的热变形。
▪ 4)产品设计经济性要求。应该合理地满足机床的自动化程 度和生产率的要求。
▪ 5)机床的操作和控制要灵活，安全可靠，噪声小，维修方 便。机床的制造要方便，成本要低。
2.结构式—比较和分析不同传动方案
▪ 结构式简单、直观，能清楚地显示出变速传动系中主轴转速级 数Z、各变速组的传动顺序、传动副数（Pi）和各变速组的级 比指数Xi，一般表达式为
12级转速，传动方案12＝312326
传动系由a/b/c三个传动组组成； a传动组，传动副为3； b传动组，传动副为2； c传动组，
ua3
24 48
1/
2
1/1.412
1/2
II轴-III轴：变速组b
ub1
42 42
1 1.410
0
ub2
22 62
1/
2.82
1/1.413
1/3
III轴-IV轴：变速组c
uc1
60 30
2
1.412
2
uc2
18 72
1/
4
1/1.414
1/4
IV轴转速： 322 12
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转速图的基本规律
▪ 通用机床中多数机床的主变速 传动系都采用这种方式。适用 于普通精度的大中型机床。
▪ 特点是结构紧凑，便于实现集 中操纵，安装调整方便。
▪ 缺点是运转的传动件在运转过 程中所产生的振动、热量，会 使主轴产生变形，使主轴回转 中心线偏离正确位置而直接影 响加工精度。
3.4.2主传动系统分类与传动方式
2.具有交换齿轮的变速传动系设计
❖为了减少交换齿轮的 数量，相啮合的两齿轮 可互换位置安装，即互 为主、被动齿轮。反映 在转速图上，交换齿轮 的变速组应设计成对称 分布的。 ❖可用少量齿轮，得到 多级转速，不需要操纵 机构，变速箱结构大大 简化。缺点是更换交换 齿轮较费时费力；如果 装在变速箱外，润滑密 封较困难，如装在变速 箱内，则更换麻烦。
▪ 要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级比指 数为1，此变速组称为基本组。应尽量使变速组的扩大顺序和 传动顺序一致。
▪ 基本组的级比指数用X0表示，即X0=1，（31）； ▪ 后面的变速组因起变速扩大作用，统称为扩大组； ▪ 第一扩大组的级比指数为X1一般等于基本组的传动副数P0，即
X1=P0； ▪ 第二扩大组的作用是将第一扩大组扩大的变速范围第二次扩大，
其级比指数X2等于基本组的传动副数与第一扩大组传动副数的 乘积，即X2=P0P1。
（二）各变速组的变速范围及极限传动比
▪ (1)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:
▪ (2)变速组的极限传动比 一般限制降速的最小传动比min≥1／4，对升速的最大传
动比max≤2～2.5。这样主传动系统各变速组的变速范围限 制在r＝8～10之间。 ▪ 为使最后传动组的变速范围不超出允许值，最后扩大组的传 动副一般取P=2较合适。
第三章
第四节 主传动系统设计
▪ 主传动系组成
主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行 件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动 机构等组成。
▪ 动力源：给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向； ▪ 变速装置：传递动力以及变换运动速度； ▪ 执行件：执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。
▪ 无级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；能在运转负载中变速，便于实现变 速自动化。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无 级变速器和电气无级变速器实现。
3.4.2主传动系统分类与传动方式
(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， 称为集中传动方式。
▪第一种传动方案中为好。
（三）主传动系统设计的基本原则
1．传动副前多后少原则
▪ 在变速级数Z一定时，减少变速组个数势必增加各变速 组的传动副数，并且降速过快而导致齿轮的径向尺寸增 大，为使变速箱中的齿轮个数最少，每个变速组的传动 副数最好取2～3个。
▪ 当机床的传动功率为定值时，转速n越高，转矩就小， 零件尺寸就较小。所以应该尽量选择传动副数多的变速 组放在传动顺序前面的高速范围，而把变速组传动副数 少的放在传动顺序的后面。
1.具有多速电动机的主变速传动系设计
缺点就是当电动 机在高速时，没 有完全发挥其能 力。
(四)主变速传动系的几种特殊设计
2.具有交换齿轮的变速传动系设计
对于成批生产用的机床，加工中一般不需要变速或仅在较小范 围内变速；但换一批工件加工，需要变换成别的转速或在一定 的转速范围内进行加工。为简化结构，常采用交换齿轮变速方 式，或将交换齿轮与其它变速方式(如滑移齿轮、多速电动机等) 组合应用。交换齿轮用于每批工件加工前的变速调整，
3.4 主传动系统设计
3.4.1 必须满足的设计基本要求 3.4.2 主传动系统分类与传动方式 3.4.3 分级变速主传动系统 3.4.4 无级变速主运动传动系统设计 3.4.5 数控机床主传动系统设计
3.4.1 须满足的设计基本要求
▪ 1)满足机床使用性能要求。机床的末端执行件(如主轴)应 有足够的转速范围和变速级数。
❖可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适 于半自动、自动机床及普通机床。 ❖机床上常用双速或三速电动机，多速电动机总是在变速传动 系的最前面，作为电变速组。当电动机变速范围为2时，变速 传动系的公比应是2的整数次方根。
1.具有多速电动机的主变速传动系设计
(四)主变速传动系的几种特殊设计