机械制造装备设计-第2_3讲
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机械制造装备设计(第二章)
降速 imin≥1/4； ≥1/4； 极限传动比 升速 斜齿轮：imax≤2.5 斜齿轮： 极限变速范围： rmax＝8～10。 10。 极限变速范围： 直齿轮：imax≤2 直齿轮：
图 2-4 结 构 网
检验： 检验：
rm = ϕ xm ( pm −1) ≤ rmax 最后扩大组的变速范围小于8 10。 最后扩大组的变速范围小于8～10。
第二扩大组c 第二扩大组 级比： 级比：ϕ 6 x2＝ 6 r2 ＝ ϕ 6
⑷ 功用
动路线； 动路线； 2）传动顺序； 传动顺序； 3）变速组数目； 变速组数目；
电动机
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
1400 1000 710 500 355 250
1）主轴各级转速的传
4）变速组传动副数、 变速组传动副数、 变速范围； 变速范围； 5）基本组和扩大组； 基本组和扩大组； 6）传动轴数目、转速 传动轴数目、 级数、转速大小； 级数、转速大小； 7）各传动副级比关系、 各传动副级比关系、 传动比的数值； 传动比的数值；
Z＝pa×pb×pc×pd×……pm ……p
主轴转速为连续等公比数列，主轴转速级数Z 例：主轴转速为连续等公比数列，主轴转速级数 =12。 。 a、b、c三个变速组的传动副数： 、 、 三个变速组的传动副数 三个变速组的传动副数： pa＝3、pb＝2、pc＝2。 、 、 。 主轴转速级数： ＝ 主轴转速级数：Z＝pa×pb×pc＝3×2×2＝12 × × ＝
⑷ 零件设计
§2 - 1
分级变速主传动系统设计
运动设计：运用转速图的基本原理， 运动设计：运用转速图的基本原理，拟定满足 给定的转速或速度要求的合理传动系统方案。 给定的转速或速度要求的合理传动系统方案。 拟定结构式或结构网； 拟定结构式或结构网； 拟定转速图； 拟定转速图； 内容 合理分配各传动副的传动比； 合理分配各传动副的传动比； 确定齿轮齿数和皮带轮直径； 确定齿轮齿数和皮带轮直径； 绘制机床的传动系统图。 绘制机床的传动系统图。
图 2-4 结 构 网
检验： 检验：
rm = ϕ xm ( pm −1) ≤ rmax 最后扩大组的变速范围小于8 10。 最后扩大组的变速范围小于8～10。
第二扩大组c 第二扩大组 级比： 级比：ϕ 6 x2＝ 6 r2 ＝ ϕ 6
⑷ 功用
动路线； 动路线； 2）传动顺序； 传动顺序； 3）变速组数目； 变速组数目；
电动机
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
1400 1000 710 500 355 250
1）主轴各级转速的传
4）变速组传动副数、 变速组传动副数、 变速范围； 变速范围； 5）基本组和扩大组； 基本组和扩大组； 6）传动轴数目、转速 传动轴数目、 级数、转速大小； 级数、转速大小； 7）各传动副级比关系、 各传动副级比关系、 传动比的数值； 传动比的数值；
Z＝pa×pb×pc×pd×……pm ……p
主轴转速为连续等公比数列，主轴转速级数Z 例：主轴转速为连续等公比数列，主轴转速级数 =12。 。 a、b、c三个变速组的传动副数： 、 、 三个变速组的传动副数 三个变速组的传动副数： pa＝3、pb＝2、pc＝2。 、 、 。 主轴转速级数： ＝ 主轴转速级数：Z＝pa×pb×pc＝3×2×2＝12 × × ＝
⑷ 零件设计
§2 - 1
分级变速主传动系统设计
运动设计：运用转速图的基本原理， 运动设计：运用转速图的基本原理，拟定满足 给定的转速或速度要求的合理传动系统方案。 给定的转速或速度要求的合理传动系统方案。 拟定结构式或结构网； 拟定结构式或结构网； 拟定转速图； 拟定转速图； 内容 合理分配各传动副的传动比； 合理分配各传动副的传动比； 确定齿轮齿数和皮带轮直径； 确定齿轮齿数和皮带轮直径； 绘制机床的传动系统图。 绘制机床的传动系统图。
机械制造及装备设计方法2讲课文档
第13页，共36页。
1.2 机械制造装备的分类
水射流加工机床 水射流加工是利用具有很高速度的细水柱或掺有磨料的细水
柱，冲击工件的被加工部位，使被加工部位上的材料被剥离的 加工方法。随着工件与水柱间的相对移动，切割出要求的形状 。常用于切割某些难切削材料，如陶瓷、硬质合金、高速钢、 模具钢、淬火钢、白口铸铁、耐热合金、某些复合材料等。
❖ 特种加工机床 特种加工机床近年来发展很快，按其加工原理可分为
：电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子 束加工、水射流中工等机床。
电加工机床 直接利用电能对工件
进行加工的机床，统称 为电加工机床。一般仅 指电火花加工机床、电 火花线切割机床和电解 加工机床。
第10页，共36页。
1.2 机械制造装备的分类
第5页，共36页。
1.1 概述 ❖ 精密和超精密技术
1）超精密切削 2）超精密磨削加工 3）精密和超精密特种加工 4）精密加工机床
❖ 少切削无切削加工技术
⑥数据管理
一方面要提高毛坯制造精度，发展精密铸造和锻造等技术，减
少材料切削加工量；另一方面要发展冲压、挤压、滚压长封闭 无切削成形技术。
第6页，共36页。
第11页，共36页。
1.2 机械制造装备的分类
电子束加工机床 电子束加工是指在真空条件下，由阴极发射出的电子流为带
高电位的阳极吸引，在飞向阳极的过程中，经过聚焦、偏转和 加速，最后以高速和细束状轰击被加工工件的一定部位，在几 分之一秒内，将其99%以上的能量转化成热能，使工件上被轰击 的局部材料在瞬间熔化、汽化和蒸发，以完成工件的加工。电 子束加工机床就是利用电子束的上述特性进行加工的装备。
❖ 量具 量具是以直接或间接的方法测出被测对象量值的工
1.2 机械制造装备的分类
水射流加工机床 水射流加工是利用具有很高速度的细水柱或掺有磨料的细水
柱，冲击工件的被加工部位，使被加工部位上的材料被剥离的 加工方法。随着工件与水柱间的相对移动，切割出要求的形状 。常用于切割某些难切削材料，如陶瓷、硬质合金、高速钢、 模具钢、淬火钢、白口铸铁、耐热合金、某些复合材料等。
❖ 特种加工机床 特种加工机床近年来发展很快，按其加工原理可分为
：电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子 束加工、水射流中工等机床。
电加工机床 直接利用电能对工件
进行加工的机床，统称 为电加工机床。一般仅 指电火花加工机床、电 火花线切割机床和电解 加工机床。
第10页，共36页。
1.2 机械制造装备的分类
第5页，共36页。
1.1 概述 ❖ 精密和超精密技术
1）超精密切削 2）超精密磨削加工 3）精密和超精密特种加工 4）精密加工机床
❖ 少切削无切削加工技术
⑥数据管理
一方面要提高毛坯制造精度，发展精密铸造和锻造等技术，减
少材料切削加工量；另一方面要发展冲压、挤压、滚压长封闭 无切削成形技术。
第6页，共36页。
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1.2 机械制造装备的分类
电子束加工机床 电子束加工是指在真空条件下，由阴极发射出的电子流为带
高电位的阳极吸引，在飞向阳极的过程中，经过聚焦、偏转和 加速，最后以高速和细束状轰击被加工工件的一定部位，在几 分之一秒内，将其99%以上的能量转化成热能，使工件上被轰击 的局部材料在瞬间熔化、汽化和蒸发，以完成工件的加工。电 子束加工机床就是利用电子束的上述特性进行加工的装备。
❖ 量具 量具是以直接或间接的方法测出被测对象量值的工
机械制造装备设计方法教学
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2.3.2 可靠性评价
第
（一） 可靠性特征量
二
章
产品可靠性指标
机
械
制
可靠性
维修性
有效性 耐久性 安全性
造 装
备
设
可 靠 度
累 积 失 效 概 率
失 效 率
平 均 寿 命
可 靠 寿 命
维 修 度
修 复 率
平 均 修 复 时 间
瞬 时 有 效 度
平 均 有 效 度
极 限 有 效 度
制
面和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。
造
装
备
2、 模块化设计是提高产品质量、降低成本、加快设计进度、进行组合设
设 计
计的重要途径。
方
法
（二） 模块化设计的优缺点
（三） 模块化设计的步骤 1、 明确任务 2、 建立功能结构 图4、图6
3、 合理确定产品的系列型谱和参数
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机
艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。
械 制
造
装
备
（一） 加工工艺性
设 计
方
（二） 装配工艺性
法
（三） 维修工艺性
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2.3.5 产品造型评价
第
机械产品的造型的总原则是经济实用、美观大方。“经济”指的是造型成本低，
二 章
并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。“实用”指的是实用操作方便、 机
回 主
页
第二章 机械制造装备设计方法
学习重点： 1.了解装备设计的类型、实质及其区别；设计的各种方法及特点； 设计评价的项目、实质及适用场合。
机械装备制造-第二章 机械制造装备设计方法 (重点)
主参数和主要性能指标应最大程度地反 映产品的工作性能和设计要求。
例：普通车床的主参数是在床身上的最大回 转直径，主要性能指标是最大的工件长度。
升降台铣床的主参数是工作台工作面的宽度、 主要性能指标是工作台工作面的长度。
摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径，主要性 能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离。
3.分为四个阶段
（1）产品规划阶段 （2）方案设计阶段 （3）技术设计阶段 （4）施工设计阶段 4.缺点：需要较长的开发周期和投入较大的
开发工作量。
二、变型设计（快速满足市场要求 的变化） （重点）
1.概念：在原有产品基础上，基本工作原理和总体 结构保持不变，按一定的规律演变出各种不同的 规格参数，布局和附件的产品，扩大原有产品的 性能和功能。
2.要求：组合产品的设计应先在一定范围内不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划 分并设计出一系列模块，通过模块的组合，构成 不同类型或相同类型不同性能的产品，以满足市 场的要求。
3.原理：按系列化设计的原理进行。
结论：在机械制造装备产品有一大半属于变型 设计和组合产品，创新设计的产品只占一小 部分。但创新设计的意义不容低估，是企业 在市场竞争中取胜的必要条件。变型设计和 组合设计是在基型和模块系统的基础上进行 的。而基型和模块系统也是采用创新设计方 法完成的。
是在设计的某一类产品中，选择功能、 结构和尺寸等方面较典型的产品为基型， 以它为基础，运用结构典型化、零部件通 用化、标准化的原则，设计出其它各种尺 寸参数的产品，构成产品的基型系列。 2.遵循的原则：零部件通用化、标准化、结 构的典型化、产品系列化。
3. 系列化设计的优缺点
优点：P23 缺点： P23 4. 系列化设计的步骤 （1）主参数和主要性能指标的确定
例：普通车床的主参数是在床身上的最大回 转直径，主要性能指标是最大的工件长度。
升降台铣床的主参数是工作台工作面的宽度、 主要性能指标是工作台工作面的长度。
摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径，主要性 能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离。
3.分为四个阶段
（1）产品规划阶段 （2）方案设计阶段 （3）技术设计阶段 （4）施工设计阶段 4.缺点：需要较长的开发周期和投入较大的
开发工作量。
二、变型设计（快速满足市场要求 的变化） （重点）
1.概念：在原有产品基础上，基本工作原理和总体 结构保持不变，按一定的规律演变出各种不同的 规格参数，布局和附件的产品，扩大原有产品的 性能和功能。
2.要求：组合产品的设计应先在一定范围内不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划 分并设计出一系列模块，通过模块的组合，构成 不同类型或相同类型不同性能的产品，以满足市 场的要求。
3.原理：按系列化设计的原理进行。
结论：在机械制造装备产品有一大半属于变型 设计和组合产品，创新设计的产品只占一小 部分。但创新设计的意义不容低估，是企业 在市场竞争中取胜的必要条件。变型设计和 组合设计是在基型和模块系统的基础上进行 的。而基型和模块系统也是采用创新设计方 法完成的。
是在设计的某一类产品中，选择功能、 结构和尺寸等方面较典型的产品为基型， 以它为基础，运用结构典型化、零部件通 用化、标准化的原则，设计出其它各种尺 寸参数的产品，构成产品的基型系列。 2.遵循的原则：零部件通用化、标准化、结 构的典型化、产品系列化。
3. 系列化设计的优缺点
优点：P23 缺点： P23 4. 系列化设计的步骤 （1）主参数和主要性能指标的确定
第二章 机械制造装备设计方法
（四）施工设计阶段
施工设计阶段主要进行零件工作图设计、完善 部件装配图和总装配图设计，进行商品化设计，编 制各类技术文档等。 1. 零件图设计
在零件图中应包含为制造零件所需的全部信息。
2. 完善装配图
在绘制零件图时，由于从强度、工艺性和标准化 等方面进行零件的具体结构设计，则不可避免地对 技术设计阶段所提供的装配图作些修改。
3）社会调研——一般包括企业目标市场 所处的社会环境、有关的经济技术政策， 如产业发展政策、投资动向、环境保护及 安全等方面的法律、规定及标准；社会的 风俗习惯；社会人员的构成情况、消费水 平、消费心理及购买能力；本企业实际情 况、现有优势和不足、发展动向及发展潜 力等。
3. 预测
1）定性预测—— 在数据和信息缺乏时，依 靠经验和综合分析对未来的发展状况作出推 测和估计。采用的方法有走访调查、抽样调 查、类比调查和专家调查等；
2）功能分解
一般的工程系统都比较复杂，难于直接求 得满足总功能的系统解。所以要对总功能进 行分解，将其分解为较简单的功能元。功能 元是能直接求解的功能单元。一般不能将总 功能直接分解为功能元，要有二级功能、三 级功能（即分功能）等。各种级别功能之间 的关系可用功能树（或功能结构图）表示， 树根、树枝和树叶分别表示总功能、分功能 和功能元（子功能）。
创新设计通常从市场调研和预测开始，明确 产品设计任务，经过产品规划、方案设计、 技术设计和施工设计四个阶段；还应通过新 产品试制和试验来验证其技术可行性；通过 小批试生产来验证新产品的制造工艺和工艺 装备的可行性。这一般需要较长的设计开发 周期，投入较大的研制开发工作量。
二、变型设计
为满足市场需求的快速变化，常常采用适 应型设计和变参数型设计方法。这两种方 法都是在原有产品的基本工作原理和总体 结构保持不变基础上，适应型设计是通过 更换或改变部分部件或结构，变参数设计 则是通过改变部分尺寸和性能参数，形成 所谓的变型产品。适应型设计和变参数型 设计统称为变型设计。
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第二章金属切削机床设计
主轴箱温升引起 的综合变形
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需 要的运动功能配置。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院
A型定位键的宽度，按 统一尺寸B（h6或h8） 制作，适用于夹具定 向精度要求不高的场 合。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
• 与B型定位键 • 相配件尺寸 • 与圆柱形定 • 位键
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
• 图5-41 b)、c）
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
2．定位键或定向键 为确定夹具与机床工作台的相对位置，在夹具体的底面上应设置定
位键或定向键。 ◇铣床夹具通过两个定位键与机床工作台上的T形槽配合，确定夹具
在机床上的正确位置。 ◇定位键有矩形和圆柱形两种，如图所示。常用的是矩形定位键，其
结构尺寸已标准化，可参阅“夹具零部件标准”（GB/T2206-91）。 矩形定位键有A型和B型两种结构型式。
机械制造装备设计 5.5.1 孔加工刀具的导向装置
1．镗孔的导向
（2）回转式镗套 这种镗套与镗杆之间的磨损很小，能避免它们之间发热咬死的现
象，但对回转部分的润滑要充分保证。 根据回转部分安装位置的不同，回转镗套可分为“内滚式”和
“外滚式”。这两种镗套又按使用的轴承不同，分为滑动回转镗套和 滚动回转镗套。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计 5.5.1 孔加工刀具的导向装置
4．对定装置
对定装置的作用： 保证夹具相对于机床主轴或刀具、机床运动轨道有准确的位置
和方向。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
3.3.4 对定装置 对定: 即夹具在机床上的定位，使夹具相对于机床主轴（或刀具） 及机床成形运动具有准确的位置和方向。
（3）钻套下端面与加工表面间空隙值 h=(0.7-1.5)d
机械制造2-3 砂型铸造
灰尘少，铸件质量好，但机器成本较高。
32
2.3.1 造型方法的选择
2. 机器造型
（1）机器造型紧砂方式 抛砂式。用抛砂方法同时完成填砂和紧实铸型。机器结构
简单，但制造成本较高，生产率较高，能量消耗少，型砂紧实 较均匀。
射砂式。用射砂方法同时完成填砂和紧实铸型。生产率高，
型砂紧实度高而均匀。机器结构简单，噪音低，不用砂箱(用 活动砂箱)，但垂直分型，下芯困难。
31
2.3.1 造型方法的选择
2. 机器造型
（1）机器造型紧砂方式 震压式。在震击后加压，紧实铸型。机器成本低，结构
简单，生产率较高，但噪声大。型砂紧实度较均匀。
微震压实式。在微震的同时加压紧实铸型。生产率较
高，但机器易损坏。与前者的区别：频率高、振幅小。
高压式。用较高的比压来压实铸型。生产率高，噪音小，
25
2.3.1 造型方法的选择
1. 手工造型
（3）手工造型常用方法 (详见P23 表2-5） 按模样特征分类 整模造型：适用于分型面为最大截面且位于一端的铸件，
采用整体模，两砂箱，分型面为平面，操作简单。
分模造型：适用于最大截面在中部的铸件，采用定位销定
位的分开模，分型面多是平面，操作较简单。
活块造型：适用于带有妨碍起模的凸台或凹槽的铸件，操
造型机展示视频（0:30）
30
2.3.1 造型方法的选择
2. 机器造型
（1）机器造型紧砂方式 压实式。用较低的比压(铸型单位面积上所受压力)压实
铸型。机器结构简单，噪声较小，生产率较高。但铸型上紧 下松，容易掉砂，很少单独使用。
震实式。靠造型机的震击来紧实铸型。机器结构简单，
制造成本低。但噪声大，生产率低，对厂房基础要求高，劳 动繁重。铸型上松下紧，也很少单独使用。
32
2.3.1 造型方法的选择
2. 机器造型
（1）机器造型紧砂方式 抛砂式。用抛砂方法同时完成填砂和紧实铸型。机器结构
简单，但制造成本较高，生产率较高，能量消耗少，型砂紧实 较均匀。
射砂式。用射砂方法同时完成填砂和紧实铸型。生产率高，
型砂紧实度高而均匀。机器结构简单，噪音低，不用砂箱(用 活动砂箱)，但垂直分型，下芯困难。
31
2.3.1 造型方法的选择
2. 机器造型
（1）机器造型紧砂方式 震压式。在震击后加压，紧实铸型。机器成本低，结构
简单，生产率较高，但噪声大。型砂紧实度较均匀。
微震压实式。在微震的同时加压紧实铸型。生产率较
高，但机器易损坏。与前者的区别：频率高、振幅小。
高压式。用较高的比压来压实铸型。生产率高，噪音小，
25
2.3.1 造型方法的选择
1. 手工造型
（3）手工造型常用方法 (详见P23 表2-5） 按模样特征分类 整模造型：适用于分型面为最大截面且位于一端的铸件，
采用整体模，两砂箱，分型面为平面，操作简单。
分模造型：适用于最大截面在中部的铸件，采用定位销定
位的分开模，分型面多是平面，操作较简单。
活块造型：适用于带有妨碍起模的凸台或凹槽的铸件，操
造型机展示视频（0:30）
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2.3.1 造型方法的选择
2. 机器造型
（1）机器造型紧砂方式 压实式。用较低的比压(铸型单位面积上所受压力)压实
铸型。机器结构简单，噪声较小，生产率较高。但铸型上紧 下松，容易掉砂，很少单独使用。
震实式。靠造型机的震击来紧实铸型。机器结构简单，
制造成本低。但噪声大，生产率低，对厂房基础要求高，劳 动繁重。铸型上松下紧，也很少单独使用。
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P0 P P2 PJ 1 1
Z 1
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2.4.3 分级变速主传动系
（一）拟定转速图和结构式 （2）结构式 变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动 X 线的比值，用 X i 表示。级比 i 中的指数值 X i 称为级比 指数，相当于上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格 数。 结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动轴（主轴 除外）转速值大小的线图称为结构网。由于不表示转速值， 结构网画成对称的形式。 结构式各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速级数Z， 将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指数写在该变速组 传动副数的右下角，就形成结构式。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
22
23
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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23
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Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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2.4.1 主传动系设计应满足的基本要求
主要设计：外联传动链、内联传动链 设计外联传动链时,主要考虑保证要求的速度（或转速)和所传递的功率。 设计内联传动链时,主要考虑保证传动精度。 主传动功用及组成: 1. 把一定功率从运动源传递给执行件； 2．保证执行件的一定转速和一定的调速范围； 3．根据需要，能够方便地进行运动的启动、停止、换向和制动，方便地进 行运动的转换。 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； 9．箱体。
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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2.4.1 主传动系设计应满足的基本要求
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 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。
转速图的绘制
根据转速图的拟定原则，确定结构式和结构网后，确定是否需要
有定比传动，若需要定比传动，首先确定定比传动比的大小，应尽 量保证轴Ⅰ为主轴转速线上的一个转速点。然后分配各传动组的传
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
动比，并确定其它中间轴的转速。这样就可画转速图了。
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
图2-2 12级等比传动系统结构网
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要点：
⑴传动线相对于主轴的转速数列是对称的。 ⑵定比传动线不画，左边第一传动轴线为Ⅰ轴，轴号写 在相应传动轴上方；
r2 x2 ( P2 1) P0 P1 ( P2 1) 32( 21) 6 8
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经第二扩大组的进一步扩大，使主轴（轴Ⅳ） 得到
Z 3 2 2 12
级连续等比的转速。
总变速范围是
重庆理工林园分校
第二章 金属切削机床设计
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第四节 主传动系设计
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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2.4
主传动系设计
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一、主传动系设计应满足的基本要求 二、主传动系分类和传动方式 三、分极变速主传动系 四、无极变速主传动系 五、数控机床主传动系 设计特点
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经第一扩大组后，机床得到 P0P1级连续而不重复 的等比数列转速。
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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级比指数等于P0 P 的变速组称为第二扩大组。 1 第二扩大组的传动副数、级比指数、变速范围分 别用 P2、x 2、 6 1 1
在设计机床主传动系时， u主min 1/ 4 一般限制降速最小传动比 直齿圆柱齿轮的 最大升速比 u主max 2 斜齿圆柱齿轮可取 u主max 2.5 •一般最小传动比1/4，最大传动比2，极限变速范围8。
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2.4.3 分级变速主传动系
⑶Ⅰ、Ⅱ轴；Ⅱ、Ⅲ轴；Ⅲ、Ⅳ轴；„„轴间为第一、
二、三、四变速组。在两轴中间下方位置写上该变速组的 组成（传动副数和级比指数），传动副数为阿拉伯数字， 级比指数作为传动副数的下角标；电变速组电动机轴为0， 变速组组成写在0轴下方。
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
⑷转速点用圆点标出。
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级比指数等于基本组传动副数的变速组称为第一
扩大组，其传动副数、级比指数、变速范围分别用
P、x1、r1 表示 。 1
P 2 1
x1 3
r1 x1 ( P1 1) P0 ( P1 1) 3( 21) 3 2.82
R r0 r1 r2
Z 1
P0 1 P0 ( P 1) P0 P ( P2 1) 1 1
12 1
45
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变速主传动系统规律
第
j 扩大组的级比指数为
x j P0 P P2 P( j 1) 1
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2.4.2 主传动系分类和传动方式
主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装臵及执行件（如主轴、 刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。 （一）主传动系分类 （1）按驱动主传动的电机类型： 交流电动机驱动、直流电动机驱动 （2）按传动装臵类型： 机械传动装臵、液压传动装臵、 电气传动装臵以及它们的组合 （3）按变速的连续性： 分极变速传动、无极变速传动 （二）主传动系的传动方式 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。 图11 分离传动方式 ：主传动系中的大部分传动和变速机构装在远离主 轴的单独变速箱中。 图12
对数值为负，传动线向下倾斜。倾斜程度表示了升降速度的大小。
一个主动转速点引出的传动线的数目，代表该变速组的传动副数； 平行的传动线是一条传动线，只是主动转速点不同。 返回主页 退出
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级比等于公比或级比指数等于1的变速组称为基
本组。基本组的传动副数，用
数用
P0 表示，级比指
x0 表示，变速范围 r0 表示。
第 j 传动组的变速范围：称为基型传动系统 或常规传动系统。既无空缺又无重复的常规 传动系统, 必须遵守级比规律！
rj
x j ( Pj 1)
P0 P P2 P( J 1) ( PJ 1) 1
第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
总变速范围为：
R r0 r1r2 rj
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2.4.1 主传动系设计概述
机床的主传动系统实现机床的主运动，其末端件直接参与切削加工，
形成所需的表面和加工精度。且变速范围宽，传递功率大，是机床中最 重要的传动链。
设计时应满足下述基本要求：
（一） 满足机床使用性能要求
（二） 满足机床传递动力要求 （三） 满足机床工作性能的要求 （四） 满足产品设计经济性的要求 （五） 维修调整方便，结构简单、合理， 便于加工和装配。
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2.4.3 分级变速主传动系
（4）转速图中传动比的分配 转速图的拟定原则
根据已确定尺寸参数、运动动参数和动力参数后，拟定出机床主
传动的转速图。设计步骤是：根据转速图的拟定原则，确定结构式
，画出结构网，然后分配各传动组的最小传动比，拟定出转速图。
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22
31
26
22
31
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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
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23
31
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2.4.3 分级变速主传动系
（二）各变速组的变速范围及极限传动比 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。即： Ri (umax )i /(umin )i （i=0，1，2，…，j)
距相等的水平线，相邻转速线间距为
P0 P P2 PJ 1 1
Z 1
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2.4.3 分级变速主传动系
（一）拟定转速图和结构式 （2）结构式 变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动 X 线的比值，用 X i 表示。级比 i 中的指数值 X i 称为级比 指数，相当于上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格 数。 结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动轴（主轴 除外）转速值大小的线图称为结构网。由于不表示转速值， 结构网画成对称的形式。 结构式各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速级数Z， 将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指数写在该变速组 传动副数的右下角，就形成结构式。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
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22
23
21
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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
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23 31
32
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0
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ
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26
23
23
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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
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主要设计：外联传动链、内联传动链 设计外联传动链时,主要考虑保证要求的速度（或转速)和所传递的功率。 设计内联传动链时,主要考虑保证传动精度。 主传动功用及组成: 1. 把一定功率从运动源传递给执行件； 2．保证执行件的一定转速和一定的调速范围； 3．根据需要，能够方便地进行运动的启动、停止、换向和制动，方便地进 行运动的转换。 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； 9．箱体。
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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 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。
转速图的绘制
根据转速图的拟定原则，确定结构式和结构网后，确定是否需要
有定比传动，若需要定比传动，首先确定定比传动比的大小，应尽 量保证轴Ⅰ为主轴转速线上的一个转速点。然后分配各传动组的传
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⑴传动线相对于主轴的转速数列是对称的。 ⑵定比传动线不画，左边第一传动轴线为Ⅰ轴，轴号写 在相应传动轴上方；
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第四节 主传动系设计
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级比指数等于P0 P 的变速组称为第二扩大组。 1 第二扩大组的传动副数、级比指数、变速范围分 别用 P2、x 2、 6 1 1
在设计机床主传动系时， u主min 1/ 4 一般限制降速最小传动比 直齿圆柱齿轮的 最大升速比 u主max 2 斜齿圆柱齿轮可取 u主max 2.5 •一般最小传动比1/4，最大传动比2，极限变速范围8。
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⑶Ⅰ、Ⅱ轴；Ⅱ、Ⅲ轴；Ⅲ、Ⅳ轴；„„轴间为第一、
二、三、四变速组。在两轴中间下方位置写上该变速组的 组成（传动副数和级比指数），传动副数为阿拉伯数字， 级比指数作为传动副数的下角标；电变速组电动机轴为0， 变速组组成写在0轴下方。
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级比指数等于基本组传动副数的变速组称为第一
扩大组，其传动副数、级比指数、变速范围分别用
P、x1、r1 表示 。 1
P 2 1
x1 3
r1 x1 ( P1 1) P0 ( P1 1) 3( 21) 3 2.82
R r0 r1 r2
Z 1
P0 1 P0 ( P 1) P0 P ( P2 1) 1 1
12 1
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变速主传动系统规律
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x j P0 P P2 P( j 1) 1
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主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装臵及执行件（如主轴、 刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。 （一）主传动系分类 （1）按驱动主传动的电机类型： 交流电动机驱动、直流电动机驱动 （2）按传动装臵类型： 机械传动装臵、液压传动装臵、 电气传动装臵以及它们的组合 （3）按变速的连续性： 分极变速传动、无极变速传动 （二）主传动系的传动方式 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。 图11 分离传动方式 ：主传动系中的大部分传动和变速机构装在远离主 轴的单独变速箱中。 图12
对数值为负，传动线向下倾斜。倾斜程度表示了升降速度的大小。
一个主动转速点引出的传动线的数目，代表该变速组的传动副数； 平行的传动线是一条传动线，只是主动转速点不同。 返回主页 退出
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级比等于公比或级比指数等于1的变速组称为基
本组。基本组的传动副数，用
数用
P0 表示，级比指
x0 表示，变速范围 r0 表示。
第 j 传动组的变速范围：称为基型传动系统 或常规传动系统。既无空缺又无重复的常规 传动系统, 必须遵守级比规律！
rj
x j ( Pj 1)
P0 P P2 P( J 1) ( PJ 1) 1
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R r0 r1r2 rj
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机床的主传动系统实现机床的主运动，其末端件直接参与切削加工，
形成所需的表面和加工精度。且变速范围宽，传递功率大，是机床中最 重要的传动链。
设计时应满足下述基本要求：
（一） 满足机床使用性能要求
（二） 满足机床传递动力要求 （三） 满足机床工作性能的要求 （四） 满足产品设计经济性的要求 （五） 维修调整方便，结构简单、合理， 便于加工和装配。
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（4）转速图中传动比的分配 转速图的拟定原则
根据已确定尺寸参数、运动动参数和动力参数后，拟定出机床主
传动的转速图。设计步骤是：根据转速图的拟定原则，确定结构式
，画出结构网，然后分配各传动组的最小传动比，拟定出转速图。
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（二）各变速组的变速范围及极限传动比 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。即： Ri (umax )i /(umin )i （i=0，1，2，…，j)
距相等的水平线，相邻转速线间距为