第2章_机床主传动系设计

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 X1 P ，相 0 邻两条传动线拉开的格数，等于基本组的传动副数。
③第二扩大组的变速特性
60 ic 2 2 2 30
变速组c 级比
18 1 1 ic1 4 72 4
n3 ， n2
nZ ，… … n Z 1
lg nZ lg nZ 1 lg
任意两相邻转速的对数之差均为 lg ，转速坐标 换成对数坐标, 则各转速构成等差数列。
★转速点：
传动轴格线上的圆点（圆圈），表示该轴的转速。 ------传动轴格线与转速格线的交点。
★传动线：
传动轴格线间的转速点连线，表示两轴间一对传动
级比指数
X2 6
第二扩大组： 使主轴得到12级转速， 起到第二次扩大变速的作用。 □第二扩大组变速特性： 级比指数X2等于基本组传动副数﹡第一扩大组传动副数
X2 P P 0 1
相邻 两条传动线拉开的格数等于基本组的传动副数和 第一扩大传动副数乘积。 第三、第四扩… …依次类推得到：
※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）；
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。
（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 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
换向装置 操纵机构
润滑和密封装置 箱体
（三）主传动系设计的基本要求 1．使用性能要求
ua2
30 1 1 42 1.41
u a3
24 1 1 2 2 48 1.41
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。
2. 转速图原理
☆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。
◆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 。
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。
如：普通车床
Z 12 31 23 26
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；——结构网图
（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，
ia1：ia 2 : ia 3 1

2
:
1

:1 1: : 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 公比为 的转速。 ——基本变速组
实现等比转速数列的基本的、必不可缺的变速组。
基本组的级比

X0

1
，级比指数∶ X 0 1
☆降速传动： →避免从动齿轮过大，增加箱体径向尺寸； ☆升速传动： 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。
◇ 对变速组变速范围限制 →最后扩大组的变速范围 rj
（三）主变速传动系设计的一般原则 →减小传动件结构尺寸
P PE T 9550 9550 ( N m) nc nc
（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。

铣床主变速传动 系统图
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
◇任一扩大组的级比指数
且 小结：
， i 1,2 ，
机床传动系统通常由n个变速组串联组成，其中以 基本组为基础，然后通过第一、二、……扩大组把各轴n
级转速和变速范围逐步扩大，若各级相邻传动比遵守本
节所述原则，则：主轴转速是连续不重复的等比数列→
这样的传动系统称为常规传动系统。
3．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；变速组数；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:
主轴的变速范围：各变速组变速范围的乘积，
主轴转速级数：
图3-13所示：
12 31 23 2 6
X0 1
36 ia1 36 r0 1.412 X 0 ( P0 1) ia 3 24 48
P0 3
X1 P0 3
P 2 1
2．齿轮变速组传动比的变速范围限制-极限传动比 ◇对传动比限制
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。
X 0 X 1 X 2 X j
例如:
图（a） 12 31 23 2 6 图（b）12 32 21 2 6
□基本变速组变速特性：
级比=公比，级比指数
X0 1
基型变速系统必有一个基本组
②第一扩大组的变速特性
变速组b ： i 22 1 1 b1 62 1.413 3
ib 2
42 1 1 0 42
级比：
ib1 : ib 2
1

3
:1 1:
3
级比指数： X 3 1
第一扩大组：
主轴的单独变速箱内，然后通过带传动传到主轴 箱的传动方式。→中小型高速或精密机床 ☆主轴的振动和热变形↓，机床工作精度高； ☆主轴通过带传动直接得到高速，运转平稳； ☆箱体数量多，加工、装配工作量↑，成本↑； ☆带传动低速时，传递转矩小，易打滑； ☆更换传动带麻烦。

分离传动主变速传动系统图
2. 3 有级（分级）变速主传动系统的设计 明确机床应满足的要求 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 主传动系统结构设计
（一）拟定转速图和结构式
1．转速图（三线一点图）

概念：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。
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。



◆作用：
分析和设计分级主传动系统的工具。
工作半径变化靠改 变摩擦锥的轴向位 置实现。
②液压无级变速器
通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中的 液体量来实现无级变速。
变速范围大，传动平稳，运动换向时冲击小， 变速方便。 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。
◆卧式车床 主传系统图
◆卧式车床转速图
◆组成 “三线一点图”
传动轴格线、转速格线、传动线、转速点
★传动轴格线： 间距相等的一组竖直格线，表示各传动轴，从 左→右分别用“电”或0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ、…… 表示，与传动系统图中各轴对应。
★转速格线：
间距相等的水平格线，表示转速相同的对数坐标。
n2 由 n1
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 能获得最合适的切削速度→无速度损失；易于 实现自动化，生产率高； ② 可在运转中变速，↓辅助时间；
③ 操纵方便；
④ 传动平稳。
实现无级变速的装置或机构 ：◆ ①机械摩擦无级变速器：靠摩擦传递转矩，通过 摩擦传动副工作半径的变化实现无级变速。
（四）结构式与转速图拟定 1．结构式拟定
（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——前 缓后急。 一般根据变速组的“扩大顺序与传动顺序相一致” 原则；
副的传动比。
①传动线的高差表明传动比的数值。