第8章 传动设计2011425

18= 6×3
18= 2×9
18= 32×36×21
18= 34×22×21
补充：改善传动性能注意事项： 1. 为降低噪音应考虑的原则 随着工业技术发展和现代化，对机床噪声 的要求日益提高，噪声已成为评价机床设计与 制造技术水平的重要指标之一。为此，在设计 传动系统中应重视和降低机床的噪声。
（1）简化机床传动系统，减少传动齿轮对数，
（2）查表法 8.1.4 分级变速的几种特殊情况 1. 交换齿轮的传动链交换齿轮（又称配换齿轮挂轮）
变速的特点是结构简单，不需要操纵机构；轴向
尺寸小，变速箱结构紧凑。变换齿轮适用于不需要经
常变速或变速时间的长短对生产率影响不大，却要求
结构简单、紧凑的机床，如用于成批或大量生产的某 些自动或半自动机床、专用机床及组合机床。 交换齿轮一般放在传动链前面，交换齿轮及传动 轴尺寸小、结构紧凑。
构网和表达式、拟定转速图。
12= 4×3 12= 3×4 优点：省一个轴
12= 3×2×2
12= 2×2×3
12= 2×3×2
T= 9550
P n
பைடு நூலகம்
当传动件传递的功率一定时，转速较高时传 递的扭矩较小，轴、齿轮等传动件的尺寸相应可 以小一些。在较多情况下，变速传动系统从电机 到主轴之间的总趋势是降速传动，靠近电动机的 最低转速较高，靠近主轴的传动件转速较低。按 “前多后少”原则排列各变速组，可以使小尺寸
x 距的格数，代表相邻两传动比值的指数
x称传动组的级比指数。
● Z=P
P P …… 0 x0 1x1 2 x2
X1 = P0 X0 = P0
X2 = P1 X1 = P0 P1 X3 = P0 P1 P2
● 各传动组变速范围
R=

X n ( Pn 1)
叫基型传动系统或常规传动
系统。既无空缺又无重复的常规传动系统 , 必须遵
Z2 ' Z2
=
1

1 = 1.41
Zmin= Z 1
1 ' Z1= u 1
Z1= 24(视具体情况)
Z
= 24×2 = 48
1 1 1 Sz= 1.41 1.41
Sz= 24 + 48= 72
×72 = 30
u2 Z2= 1 u2
'
Z2 = 72 - 30= 42 ' = 36 Z3 = Z3
ic1=
60 = 30
1 1 1 22 ib 2 = = 2 = 2.82 = 3 62
18 ic 2= 72
=
1 1 = 4 4
转速图表示： ● 主轴各级转速的传动路线； ● 在主轴得到连续等比数列条件下，所 需的传动组数和每个传动组中的传动副 数 3 ×2 ×2 ； ● 传动组的级比指数：主动轴上同一点传 往被动轴相邻两连线代表传动组内相邻 两个传动比，它们与被动轴交点之间相
组成： 1．定比传动结构：常采用齿轮、胶带、链传动； 2．变速装置（适应一定工艺范围要求）；
3．主轴组件：它是执行件。它由主轴、主轴支承
和主轴上的传动件组成；
4．开停装置：控制主运动执行件的启动和停止，
通常采用离合器或电机直接开停； 5．制动装置：机械、液压、电气； 6．换向； 7．操纵；
8．润滑与密封；
传动比尽可能取

E
整数次方。
上述原则是从力求节约原则定的： 节省材料、节省工时 运用则要从实际出发,例： CA6140 ：级数 24= 2×(1+3)= 24
在车床的轴装有摩擦离合器，从局部 看不符合“前多后少”，但从整体上看则 缩短了轴向尺寸 ; 采用多速电机、双公用 齿轮不符“前密后疏”原则，从局部不符， 整体经济合理。
i
=
因为最后一个扩大组变速范围大，所以只检验 最后一个扩大组。
R 2扩= 6
= (1.41)6=
8
可见，大多数机床最后一个传动副取2是 有道理的！
4. 各中间轴转速（注意空载功率损失）
电动机和主轴的转速确定之后，在分配 传动比的同时，就确定了中间轴的转速，中 间轴的转速能高一些，传动件尺寸就可以小 一些，但是中间轴如果转速过高，将会引起 振动、发热和噪声,最高不要超过n电。
设计步骤： ● ● 根据机床特点，定

、计算Z、 n；
根据“前多后少”、“前密后疏”的原
则，
拟定结构式； ● ● 根据“升早降晚”的原则，拟定转速图； 根据转速图拟定传动系统图。
例： 18级 18= 3×3×2 18= 3×2×3 18= 2×3×3 18= 3×6 18= 31×33×29 18= 31×36×23 18= 36×31×23 18= 33×31×29
3．采用公用齿轮的传动系统 在传动系统中，既是前变速组的从动齿轮， 又是后一变速组的主动齿轮，这种同时可与前、 后传动轴上两个齿轮啮合的齿轮叫公用齿轮。
优点：可减少齿轮个数，简化传动结构，缩短了
轴向尺寸。
缺点：可能引起径向尺寸增大，并且由于公用
齿轮使用机会较多，齿轮磨损较快。
4．具有双公比的传动链
m
两轴间最小中心距应取得适当，若齿数和Sz太小， 则中心距过小，将导致两轴轴承及其它结构的距离过 近或相碰。 另外，确定齿数时，应符合转速图上传动比的要
求，实际传动比与理论传动比之间允许误差，但不过
大。
△n=∣
n理 n实 n理
∣≤10 (

-1)﹪
2．变速组内齿轮模数相同时，齿轮齿数的确定
在同一变速组内的齿轮可取相同的模数，也可取
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。
8.1 分级变速外联传动链设计
8.1.1 分级变速机构的转速图和结构图 1．转速图
传动系统图，它对于分析结构比较直观，但是它不
能确切地表达主轴每一种转速是通过哪些齿轮传动的，以
及各对齿轮的传动比之间的内在联系。实际上，在设计过
程中是先有转速图，后有传动系统图的。
S
一般说，Sz主要受最小齿轮的限制。显然，最小齿轮是在变速 组内降速比或升速比最大的一对齿轮中，因此先确定该小齿轮的齿 数 Zmin ，根据传动比求 S，然后按各齿轮副，再分配其它齿轮副的 齿数。 Z 1 1 1 1 U1= Z ' = 2 = (1.41) 2 = 2
1
U2=
Z3 U3= Z ' = 1 3
不同的模数。后者只有在一些特殊情况下，如最
后扩大组或背轮传动中，因各齿轮副的速度变化
大，受力情况相差也较大，在同一变速组内中采
用不同模数。 为了便于设计与制造，主传动系统中所采用 的齿轮模数的种类尽可能少一些。
（1）计算法
ZA ZB = u
ZA+ZB= S
Z A=
1 1 u
S
Z B=
u 1 u
2．多速电机变速
电变速组：在传动系统中，多速电机就相当于具
两个三个传动副的变速组。 当 n 电 = 2 时 ， 传 动 系 统 的 公 比 只 能 是 1.06、 1.12、 1.26、1.41和 2，因为这些公 比的整数次方等于2。 n电= 2= 1.412 =1.263 常为第一扩大组。 ， 所以，电变速组通
齿轮多。
2. 基本组和扩大组的排列顺序（P132）
12= 3×2×2 12= 31×23×26 12= 31×26×23 12=34×21×22 12= 34×22×2 1 12= 32×21×26 12= 32×26×23 R2=
8
X 2 ( P2 1)
=
4( 31)
= ﹥16
一般性情况下，采用基本组在前，第一扩大 组、第二扩大组的顺序 ： X0﹤X1 ﹤X2﹤ X3
先升后降!
变速系统设计：
一个规律：级比规律 两个限制：齿轮极限传动比限制imax≤ 2～2.5，
imin≥ Ri= 8～10； 密后 疏”，降速 “前慢后快”；
1 ，齿轮变速组的变速范围 4
三项原则：传动副 “前多后少”，传动线 “前
四项注意：传动链短，转速和小，齿轮线速小，
空转件少；
5. 选用标准传动比
9．箱体。
主传动设计原则:
1．机床的主轴须有足够的变速范围和转速级数；
2．主电动机和传动机构须能供给和传递足够的功率 和转矩，并且有较高的传动效率； 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．噪声应在许可范围内；
5．操纵要轻便灵活、迅速、安全、可靠，并便于调
● 距离相等的一组水平线代表各级转速，与各竖线交点各轴的 转速，由于分级变速机构的转速是按等比数列排列的，故转速采 用了对数坐标。为方便起见，习惯上转速图不写lg符号，而直
接写出转速值。还应指出，相邻两转速如果相差一格，表示
它们之间相差 倍。
n2 = n 1
●
lgn2= lgn1 + lg
在计算传动件刚度或强度时，要根据低转
速来进行，因为这时 零件所受定扭矩大。
扩大顺序与传动顺序一致。
看结构网时表现在“前密后疏”：
12 = 31×23×26
3. 传动副的极限传动比和变速组的变速范围 设计机床主传动系统时要考虑两种情况： 降速传动应避免被动齿轮过大而增加变速箱的径向尺
寸，一般限制降速传动比的最小值 imin≥ 1 ；升速传动应
同时，增加齿数和还会提高齿轮线速度，而增大噪音。
●最小齿轮要尽可能小，但应该考虑到:
最小齿
轮不产生根切现象，机床变速箱中，对标准直齿
圆柱齿轮，一般取最小齿数Z≥18～20。
● 受结构限制的最小齿数的各齿轮，应尽可能可
靠地装到轴上进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键 槽的壁厚a≥2m(m为模数)，以保证有足够的强度 避免出现变形和断裂现象，Zmin≥6. 5 + 2T T:齿轮键槽顶面到轴心线的距离。
表明，一对齿轮的圆周运动速度提高一倍
时，噪声将增大6分贝左右。 2. 为减少空载功率损失应考虑的原则 机床的空载功率也是评价机床设计和 制造技术水平的重要指标之一。
如前所述，从节约材料，减少零件尺寸出
发，最好适当提高中间传动轴的转速，但n空
∝n轴。因此，在拟定转速图时，选择中间轴的
转速要适当，应兼顾结构尺寸和减少空载功率
守级比规律！
2. 结构网和结构式 表示传动比的相对关系而不表示转速数值的线 图称为结构网和结构式。 结构式： 12= 31×23×26
说明下列问题: ● 传动链的组成及传动顺序 ● 各传动组的级比指数 ● 扩大顺序
8.1.2 主运动链转速图的拟定
1. 已知：类型 Z 、 n 、 n电、

设计：确定有几个传动组、各传动组的传动副、拟定结
的要求。
8.1.3
齿轮齿数的确定 拟定转速图后，可根据各传动副的传动比确定齿
轮齿数。关于定比传动带轮直径或齿轮齿数的确定， 已在机械设计课讲过，不重复。 1．确定齿轮齿数时应注意以下问题： ● 齿轮的齿数和S不应过大，以免加大两轴之间的中心
距，使机床结构庞大。一般推荐齿数和S≤ 100 ～ 120 。
12级：31.5、 40、 63、 90、 125、 180、250、 355
500、 710、 1000、 1400 r/min
= 1.41
n= 1440 r/min
包括电机轴,一共五根轴，Ⅳ为主轴。
有a、b、c三个传动组：
● 距离相等的一组竖线代表各轴，轴号写在上面，竖线间的距 离不代表中心距；
尤其是高速运转时，传动链尽可能短，空转齿
轮尽可能脱开。
（2）避免较大的升速传动。较大的升速传动会 引起较大的啮合冲击，从而产生噪声，特别是 传动链开始时齿轮副，如果采用较大的升速传 动，则产生啮合冲击和齿面摩擦将引起以后的 各级传动引起的噪音。
（3）适当降低齿轮圆周运动速度。机床噪
声与齿轮圆周运动速度有较大关系，实验
优点：变速范围大，级数少。关键：基本组的 级比指数不再是 1 而是增加主轴空掉的转速级 数。 23×22×24 25×22×24
8.1.5 扩大变速范围的方法
如果最后一个扩大组由两个传动副组成，则
R=
R≤ 8
Z 2
最后一个传动链是两个传动副组成，则
=1.41时 =1.26时
各轴之间连线的倾斜线代表传动副的传动比。 = 710 r/min
n1 = 1440×126/256
a传动组 i a1=
36 =1 36
b传动组 i b1=
42 =1 42
30 1 1 ia 2 = = = 42 1.41 24 ia 3 = 48 =
1 1 = 2 2
2 = 1
2 1
c传动组
4
避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿升速传动的
1 最大值 i max ≤ 2 ，斜齿轮传动比较平稳可适当放宽 i min ≥ 5
imax ≤2.8，主传动组的最大变速范围：
R 组 = 2 ～ 2.5/(1/4)=8 ～ 10 ， R 斜组 = 2.8/(1/5)=14 ，
R
X
n (P n 1)