第2章 传动系统设计

专机的运动通过传动链来实现。实现专机主运动的传动 系统称为主传动系统。机床的主传动系统是用来实现机床主 运动，为了适应各种不同的工艺要求，主传动系统往往设置 有变速机构，以便于采用不同材料的刀具，加工不同材料， 不同尺寸，不同要求的工作，并能方便地进行开、停、变速、 换向和制动等。
变速可以是分级的，也可以是无级的。目前广泛使用以 齿轮传动作为分级变速的变速系统。
3）相邻两轴之间对应的 连线为射线(传动线)，代 表一对传动副的传动比。
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
转速图可表达的内容
1）主轴各级转速的传动路线；
2）得到各转速所需要的变速 组数目； 3）每个变速组中的传动副数 目； 4）传动轴的数目；
5）传动顺序及各轴的转速级 数和大小。
注：主轴转速数列按等比数排列时，各级转速值必须从机床专业 标准中规定的标准数列得到，决不能用前一级的转速值乘以公 比而机械的得到后一级的转速值。 7
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
5 转速图的拟定 变速传动装置的总变速级数等于各变速组变速级数的连乘：
Z=p q r … 转速图拟定原则：
1）每一变速组内的传动副数目一 般应取2或3。（传动副原则）
例:主轴转速级数Z=12的传动方案有: 12=6×2 12=4×3 12=3×2×2
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第2章 传动系统设计
2）根据转速图拟定第5项原则，选择a、b、c、d4种方案中使 中间传动轴有较高转速的方案，以减小传动扭矩，减小传动件尺 寸。故方案a最佳。
3）根据转速图拟定第3项原则，即扩大顺序尽可能与传动顺 序一致，以便减小传动扭矩，减小传动件尺寸和噪声。故方案a 最佳。
6 拟定变速主传动系统的步骤
特点:变速组数目越少,则传动轴数越 少,传动链越短,同一变速组中的传动 副数目越多,变速箱轴向尺寸越大,变 速操作越复杂。
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
5 转速图的拟定
2）各变速组的传动顺序应按“前多后少”的原则排列。（前多 后少原则）
例:主轴转速级数Z=12的排列方案有 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3
变速组的变速范围u
0
a1 a3
2
1
b1 b2
3
2
c1 c2
6
主轴的转速范围：
Rn=r0r1r2…rz
Rn 11
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
4 结构网与结构式
只表示传动比的相对关系， 不表示具体转速值的线图称为 结构网。
结构网可以简化为结构式: Z=p0×q1×r2
Z为转速级数； p、q、r…代表变速组的传动副 数； 0、1、2…代表基本组、第一扩 大组、第二扩大组…
第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
3 基本组和扩大组
1）基本组：为获得主轴上 相差一个φ倍转速的最基本 的变速组。
基本组的特征：
相邻的传动比之比等于主轴 转速的公比。转速图中表现 相邻两斜线之间开口为一格。
a组的三个传动比之比为：
a1 : a2
: a3
1: 1
:1
2
2
: :1
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
3 基本组和扩大组
2）扩大组：在基本组变速 的基础上，通过变换变速组 的传动比，进一步扩大主轴 的转速级数和变速范围的变 速组。 正常传动系统：主轴的传动 方向按基本组——第一扩大 组——第二扩大组…的传动 顺序依次排列。
当扩大顺序与传动一致时，为正常传动系统。所得到的主轴转 速数列是连续的等比数数列。
0
12
根据1原则，传动副取2～3 根据2原则，传动顺序应“前多后少” 根据3原则，变速范围应“前密后疏”
（2）确定是否需要增加降速的定比传动副。 （3）根据第4、5项原则分配各变速组的最小传动比 (4) 绘制转速图。
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第2章 传动系统设计
电机 Ⅰ A
B
Ⅱ
C2 C1 C
Ⅲ
D3 D2 D1
D
Ⅳ 1400 1000 710 500 355 250
2
第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
分级变速主传动系统设计的内容 前提条件：在已确定传动形式、主变速传动系统的运动参数。 设计内容： （1）拟定结构式、转速图；（2）分配各传动副的传动比； （3）确定齿轮齿数和带轮直径；（4）绘制主传动系统图。
1 传动比与公比 从动轴转速与主动轴转速的比值为传动比，用u来表示。降速 时u<1;升速时u>1。 主传动系统一般由一条传动链组成，其总传动比为e，即
Z3-Z2 ≥4 即最大和次大齿轮之间的齿数差应 该大于4。
注意：
1、当不满足上述条件时，在结构
允许的条件下，可适当加大齿数和，
以增加齿数差。 2、若齿数差恰好为4，为不增大机 构尺寸，可适当减小Z2、Z3′两相关 齿轮的齿顶圆直径。 3、若齿数差小于4，又不能加大齿数和时，可从齿轮
的排列上来解决其齿顶相碰的问题。
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第2章 传动系统设计
例 判断Z=12=3×2×2级变速传动系统中，6种方案的结构式及 结构网在传动副、传动顺序、扩大顺序等的优劣。
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第2章 传动系统设计
解： 1）首先根据转速图拟定第4项原则判断，a、b、c、d中4种 方案第二扩大组的rmax=ψ6=1.416=8可行;而e、f的第二扩大组的 rmax=ψ8=1.418=16，是不可行的。
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
3 基本组和扩大组
非正常传动系统： 传动顺序与扩大顺 序不一致的传动系 统。
变速组a为第一扩大组，变速组b为基本组，变速组c为第二 扩大组。
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
3 基本组和扩大组
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。
180 125 90 63
45
31.5
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
Rn=ϕz-1 Φ4= 1.414=4
20╳21 ╳22
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
一般推荐小齿轮齿数为Z=22～40，且Z＞Zmin。
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第2章 传动系统设计
2、齿轮齿数的确定 （1）变速组内齿轮模数相同时齿轮齿数的确定
Zj=Sz ×uj/(uj+1)
Z′j=Sz /(uj+1)
已知uj，选定Sz ，就可求出任一齿轮的齿数。 Sz选择的条件：
1） Zj 、Z’j必须是整数； 2） 为使结构紧凑，Sz应尽可能选小。一般取60～90， 最好不大于100。在极限情况下，齿数和也不应该超过 120。
3、检查
（1）检查主轴各级转速：主轴转速的改变量一定要
满足工艺要求。一般情况下，取在转速相对误差±5% 之内。
（2）检查三联滑移齿轮的齿数：为保证三联滑移
齿轮左右滑移时能顺利通过，不至于齿顶相碰，必须 使相关两齿轮的齿顶圆半径之和小于中心距。
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第2章 传动系统设计
若Z3>Z2>Z1,且采用标准齿轮时，则 三联滑移齿轮顺利啮合的条件为：
转速图的作用：是设 计和分析分级变速主 传动系统的工具。可 用来直观了解传动轴 数、传动关系、转速 值及传动路线、各传 动副的传动比等。
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
2 转速图
1) 距离相等的一组竖直 线代表各传动轴,竖线间 距不代表各轴间的中心 距。
2）水平线与竖直线的交点 代表各轴所具有的转速。 当转速采用对数坐标时， 相邻两水平线间的间隔为 lgφ。
e=u1 u2 … uz 一组串联传动副的总传动比等于各传动副传动比的乘积。 相邻转速的比值为公比，用φ表示。
3
第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
1 传动比与公比
输出轴的转速数列有三种排列形式： （1）按等比级数排列：具有一个或几个公比值，常用于通用 机床主传动中。
（2）按等差级数排列：用于进给运动中。
1）确定极限转速、转速级数、转速数列、公比。 2）根据专机的特点，确定传动方案，拟定结构式。 3）拟定转速图。 4）合理分配各传动副传动比，确定齿轮齿数和带轮直径。 5）绘制主传动的传动系统图。
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第2章 传动系统设计
例：12级转速专用车床主传动系统转速图设计
（1）选择结构式
12= 3 × 2 × 2
第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计 二 齿轮齿数的确定 三 几种常用的变速机构 四 计算转速 五 进给运动传动系统的设计原则 六 无级变速系统设计 七 机床传动链的传动精度
1
第2章 传动系统设计
专机由原动机、传动装置和工作机构三大部分组成。传 动装置是传递运动和动力的装置，通过它将原动机的运动 和动力传给工作机构。
一 分级变速主传动系统设计
5 转Βιβλιοθήκη Baidu图的拟定
5）合理分配传动比，使中间轴有 较高的转速。即，按传动顺序的各 变速组的最小传动比按逐步降速的 原则进行。（最小传动比原则） 备注：uamin≥ ubmin ≥ ucmin ≥…
1、在降速传动时，通常采用 “前缓后急”；升速时采用“前急 后缓”。
2、在五项原则中，1、4项原 则必须严格遵守，其余3项视 具体情况而定。
1）根据ua1=1、 ua2=1/1.41 ua3=1/2，分别查表2.1中的 1、1.41、2的一行。
2）根据最小齿轮齿数Z=22 查取最少齿数和为66。
3）根据最少齿数和为66向右 查，找到同时满足3个传动比 要求的齿轮齿数和有72、84等。
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第2章 传动系统设计
4）确定合理的齿数和Sz， 在具体结构允许的情况下， 选用较少的齿数和为宜， 确定： Sz =72， Z3=24,
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第2章 传动系统设计
三、几种常用的变速机构
1、滑移齿轮变速机构：
动画
优点：变速范围大，级数较多；变速方便省时；在
较大的变速范围内可传递较大的功率和扭矩；不 工作的齿轮不啮合，空载功率损失小。
缺点：变速箱构造较复杂，不能在运转中变速；为使
滑移齿轮进入啮合，必须使用直齿圆柱齿轮传动。
3）最小齿轮的齿数一定要大于最少齿数(Zmin =17)
注：当传动比u采用标准公比的整数次方时，齿数和
及小齿轮的齿数可从表2.1中查取。
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第2章 传动系统设计
例：图2.2中变速组a各齿轮齿数的确定
解：根据
a1 : a2 : a3
1: 1
:1
2
2
: :1
可知，其传动比u是标准公
比的整数次方。则有：
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第2章 传动系统设计
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第2章 传动系统设计
二、齿轮齿数的确定
1、齿轮齿数的确定原则
齿轮齿数的选择必须在满足转速要求的原则下进行。设计 中，小齿轮齿数 Z＞Zmin(Zmin为不发生根切时的最少齿数）， 且Z与Z′（与小齿轮相配的大齿轮齿数）值互为质数。
小齿轮的齿数在设计时，是按轮齿的齿面接触疲劳强度与 齿根弯曲疲劳强度接近相等来进行选择的。常用减少模数、 增加齿数的设计方法，使齿轮结构尺寸减小的同时，提高重 合度，使传动平稳，并减少切齿的加工量。
排列方案Ⅰ中，靠近电机的变速组a有 3对传动副，靠近主轴的变速组c为2对 传动副，即高转速时的传动副多于低 转速的传动副。当传动件传递功率一 定时，转速高所传递的扭矩小，则传 动件尺寸也小，该方案最佳。
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第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
5 转速图的拟定
3）转速扩大顺序应尽可能与传动 顺序一致。（前密后疏原则）
6 = 30×21 6 = 31×20 当处于同一高转速情况下时，开 口大将造成低转速更低和高转速更 高，从而使传动件尺寸（低转速处） 和噪声（高转速处）增大。
4）各变速组的传动比或变速范围不应 超过下列极限 （极限变速范围原则）
umin≥1/4 umax≤2～2.5，或rmax=8～10
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第2章 传动系统设计
5）确定各齿轮副的齿数： Z1=36, Z`1=36; Z2=30, Z`2=42; Z3=24, Z`1=48;
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第2章 传动系统设计
（2）变速组内齿轮模数不同时齿轮齿数的确定 当变速组的齿轮传动比相差很大时，为减小各传动
副的受力差别，得到合理的结构尺寸，可以采用不同模 数的齿轮副。但最多只能采用两种模数。
（3）无规则排列：常用于专机或一些数控机床中。
公比的标准化：我国机床专业规定了七个标准公比， 即：1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78,2。其中，常用于的 为1.26和1.41。
4
第2章 传动系统设计
一 分级变速主传动系统设计
2 转速图
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。