第二章機床傳動設計1

機床的主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)機床的主運動，其末端件直接參與切削加工，形成所需的表面和加工精度，且變速范圍寬，傳遞功率大，是機床中最重要的傳動鏈。設計時應滿足下述基本要求：第二章機床的傳動設計第二章機床的傳動設計1）滿足機床的使用要求，有足夠的變速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)；直線運動機床，應有足夠的雙行程數(shù)范圍和變速級數(shù)；合理地滿足機床的自動化和生產(chǎn)率的要求；有良好的人機關系。2）滿足機床傳遞動力的要求，傳動系統(tǒng)應能傳遞足夠的功率和扭矩。3）滿足機床的工作性能要求，傳動系統(tǒng)應有足夠的剛度、精度、抗振性能和較小的熱變形。4）滿足經(jīng)濟性要求。

第一節(jié)分級變速主傳動系統(tǒng)設計一、轉(zhuǎn)速圖1、轉(zhuǎn)速圖概念

轉(zhuǎn)速圖是表示主軸各轉(zhuǎn)速的傳遞路線和轉(zhuǎn)速值，各傳動軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列及轉(zhuǎn)速大小，各傳動副的傳動比的線圖。轉(zhuǎn)速圖包括一點三線：轉(zhuǎn)速點，轉(zhuǎn)速線，傳動軸線，傳動線。

2.1轉(zhuǎn)速圖原理

2.1分級變速主傳動系統(tǒng)設計⑵主軸轉(zhuǎn)速線由于主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列是等比數(shù)列，所以主軸轉(zhuǎn)速線是間距相等的水平線，相鄰轉(zhuǎn)速線間距為。⑴轉(zhuǎn)速點主軸和各傳動軸的轉(zhuǎn)速值，用小圓圈或黑點表示，轉(zhuǎn)速圖中的轉(zhuǎn)速值是對數(shù)值。⑶傳動軸線距離相等的鉛垂線。從左到右按傳動的先后順序排列，軸號寫在上面。鉛垂線之間距離相等是為了圖示清楚，不表示傳動軸間距離。

2.1分級變速主傳動系統(tǒng)設計⑷傳動線兩轉(zhuǎn)速點之間的連線。傳動線的傾斜方式代表傳動比的大小，傳動比大于1，其對數(shù)值為正，傳動線向上傾斜；傳動比小于1，其對數(shù)值為負，傳動線向下傾斜。傾斜程度表示了升降速度的大小。一個主動轉(zhuǎn)速點引出的傳動線的數(shù)目，代表該變速組的傳動副數(shù)；平行的傳動線是一條傳動線，只是主動轉(zhuǎn)速點不同。

2.1轉(zhuǎn)速圖原理

2.1轉(zhuǎn)速圖原理2、轉(zhuǎn)速圖原理通常，我們按照動力傳遞的順序（從電動機到執(zhí)行件的先后順序）即傳動順序分析機床的轉(zhuǎn)速圖。按傳動順序，變速組依次為第一變速組、第二變速組、第三變速組…，分別用a、b、c…表示。

2.1轉(zhuǎn)速圖原理

2.1轉(zhuǎn)速圖原理第一變速組（軸Ⅰ—Ⅱ之間的變速），；傳動比分別是:

2.1轉(zhuǎn)速圖原理變速范圍：

級比指數(shù)：級比：相鄰的轉(zhuǎn)速或兩相鄰的傳動比之比。級比指數(shù)：級比寫成公比冪的形式中的冪指數(shù)。

2.1轉(zhuǎn)速圖原理級比等于公比或級比指數(shù)等于1的變速組稱為基本組。基本組的傳動副數(shù)，用表示，級比指數(shù)用表示，變速范圍表示。

2.1轉(zhuǎn)速圖原理第二變速組b（軸Ⅱ—Ⅲ間的變速組），Pb=2,傳動比分別是:

2.1轉(zhuǎn)速圖原理經(jīng)第一擴大組后，機床得到P0P1級連續(xù)而不重復的等比數(shù)列轉(zhuǎn)速。

級比指數(shù)等于基本組傳動副數(shù)的變速組稱為第一擴大組，其傳動副數(shù)、級比指數(shù)、變速范圍分別用表示。

2.1轉(zhuǎn)速圖原理第三變速組（軸Ⅲ—Ⅳ之間的變速組），傳動比分別：

2.1轉(zhuǎn)速圖原理級比指數(shù)等于的變速組稱為第二擴大組。第二擴大組的傳動副數(shù)、級比指數(shù)、變速范圍分別用表示：

2.1轉(zhuǎn)速圖原理經(jīng)第二擴大組的進一步擴大，使主軸（軸Ⅳ）得到級連續(xù)等比的轉(zhuǎn)速。總變速范圍是：

2.1分級變速主傳動系統(tǒng)規(guī)律總變速范圍為：第擴大組的級比指數(shù)為：第傳動組的變速范圍為：

2.1結構式和結構網(wǎng)3.結構式和結構網(wǎng)結構式：各變速組的傳動副數(shù)的乘積等于主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z，將這一關系按傳動順序?qū)懗鰯?shù)學式，級比指數(shù)寫在該變速組傳動副數(shù)的右下角。

2.1結構式和結構網(wǎng)結構網(wǎng)：只表示傳動比的相對關系，而不表示傳動軸（主軸除外）轉(zhuǎn)速值大小的線圖。由于不表示轉(zhuǎn)速值，結構網(wǎng)畫成對稱形式。

2.1結構式和結構網(wǎng)要點：⑴傳動線相對于主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列是對稱的。

⑵定比傳動線不畫，左邊第一傳動軸線為Ⅰ軸，軸號寫在相應傳動軸上方；

⑶Ⅰ、Ⅱ軸；Ⅱ、Ⅲ軸；Ⅲ、Ⅳ軸；……軸間為第一、二、三、四變速組。在兩軸中間下方位置寫上該變速組的組成（傳動副數(shù)和級比指數(shù)），傳動副數(shù)為阿拉伯數(shù)字，級比指數(shù)作為傳動副數(shù)的下角標；電變速組電動機軸為0，變速組組成寫在0軸下方。

⑷轉(zhuǎn)速點用圓點標出。

2.1結構式和結構網(wǎng)結構網(wǎng)要點：⑴傳動線相對于主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列是對稱的；

2.1結構式和結構網(wǎng)

⑵左邊第一傳動軸線為Ⅰ軸，軸號寫在相應傳動軸上方；在兩軸中間下方位置寫上該變速組的組成（傳動副數(shù)和級比指數(shù)，級比指數(shù)作為傳動副數(shù)的下角標）；

2.1結構式和結構網(wǎng)⑶電變速組電動機軸為0，變速組組成寫在0軸下方；⑷轉(zhuǎn)速點用圓點標出。

2.1結構式和結構網(wǎng)

2.1結構式和結構網(wǎng)

2.1主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定原則二、主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定原則

根據(jù)已確定尺寸參數(shù)、運動動參數(shù)和動力參數(shù)后，擬定出機床主傳動的轉(zhuǎn)速圖。設計步驟：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖的擬定原則，確定結構式，畫出結構網(wǎng)，然后分配各傳動組的最小傳動比，擬定出轉(zhuǎn)速圖。

2.1主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定原則1.極限傳動比、極限變速范圍原則

最小傳動比1/4，最大傳動比2或2.5，極限變速范圍8或10。

2.傳動順序及傳動副數(shù)確定原則前多后少

2.1主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定原則4.最小傳動比原則：前緩后急3.擴大順序原則：前密后疏

2.1主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定原則三、轉(zhuǎn)速圖的繪制

根據(jù)轉(zhuǎn)速圖的擬定原則，確定結構式和結構網(wǎng)后，確定是否需要有定比傳動，若需要定比傳動，首先確定定比傳動比的大小，應盡量保證軸Ⅰ為主軸轉(zhuǎn)速線上的一個轉(zhuǎn)速點。然后分配各傳動組的傳動比，并確定其它中間軸的轉(zhuǎn)速。這樣就可畫轉(zhuǎn)速圖了。

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制步驟②在傳動軸線Ⅰ上用圓圈標出轉(zhuǎn)速點，計算電動機額定轉(zhuǎn)速點在傳動軸線0上的位置；

轉(zhuǎn)速圖繪制步驟：

①畫出轉(zhuǎn)速線、傳動軸線，標出轉(zhuǎn)速點、標注轉(zhuǎn)速值，在傳動軸上方注明傳動軸號，電動機軸用0標注；⑥作擴大組傳動線的平行線。

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制步驟③畫出各變速組最小傳動線；

④按照級別指數(shù)畫出其它傳動線；

⑤在各傳動線上標出傳動比或齒數(shù)比（直徑之比）的大??；

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制實例表

中型車床主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列31.545639012518025035550071010001400例：中型車床。

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制實例方案一：采用三級變速組

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制實例方案二：在軸Ⅰ上安裝雙向摩擦離合器

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制實例方案三：采用四級變速組

2.1轉(zhuǎn)速圖繪制實例方案四：軸Ⅰ、Ⅱ改為定比傳動

2.1齒輪齒數(shù)的確定①實際轉(zhuǎn)速與標準轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速誤差δn為：

＜±

四、齒輪齒數(shù)的確定

1.齒輪齒數(shù)的確定原則齒輪齒數(shù)在保證輸出轉(zhuǎn)速準確的前提下，盡量減少齒數(shù)，使齒輪結構尺寸緊湊。

2.1齒輪齒數(shù)的確定②齒輪副的齒數(shù)和≤120；由于受嚙合重合度的限制，直齒圓柱齒輪最小齒數(shù)≥17；

采用正變位，保證不根切的情況下，直齒圓柱齒輪最小齒數(shù)≥14；

2.1齒輪齒數(shù)的確定③滿足結構安裝要求，相鄰軸承孔的壁厚

不小于3mm；④當變速組內(nèi)各齒輪副的齒數(shù)和不相等時，

齒數(shù)和的差不能大于3。≥

≥

或若齒輪和軸為鍵聯(lián)接，則應保證齒根圓至鍵槽頂面的距離大于兩個模數(shù)，則：

2.1齒輪齒數(shù)的確定2.確定齒輪的齒數(shù)在一個變速組中，主動齒輪的齒數(shù)用表示，被動齒輪的齒數(shù)用表示，則傳動比

2.1齒輪齒數(shù)的確定為互質(zhì)數(shù)必然為整數(shù)，必定能被所整除

2.1齒輪齒數(shù)的確定如果各傳動副的齒數(shù)和皆為，則能被整除，是的最小公倍數(shù)

確定齒輪齒數(shù)時，在允許的誤差范圍內(nèi)，確定合理的，進而求得；盡量使最小公倍數(shù)為最小，最小公倍數(shù)用表示，則必然為的整倍數(shù)。

2.1齒輪齒數(shù)的確定例2-1：試確定基本組個齒輪的齒數(shù)解:S01、S02、S03最小公倍數(shù)設：

2.1齒輪齒數(shù)的確定則：

2.1齒輪齒數(shù)的確定第一對|第二對|第三對24/48|30/42|36/36

2.1齒輪齒數(shù)的確定例2-2：根據(jù)課本2-6圖示，確定齒輪數(shù)。要使:的最小公倍數(shù)為最小，為3的倍數(shù)。必須使?。篠023=解：

2.1齒輪齒數(shù)的確定則取

2.1齒輪齒數(shù)的確定

采用正變位齒輪，總變位系數(shù)為1。對于第一對齒輪組：

2.1最后變速組齒輪齒數(shù)的確定3.最后變速組齒輪齒數(shù)的確定是的最小公倍數(shù)。

2.1最后變速組齒輪齒數(shù)的確定模數(shù)為4、3i22=例：S01、S02、e2最小公倍數(shù)：

2.1最后變速組齒輪齒數(shù)的確定第二節(jié)擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計一般來說，常規(guī)傳動的變速范圍是不能滿足機床的要求，因此，必須擴大傳動系統(tǒng)的變速范圍，滿足機床的工藝需求。2.2擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計例如：，，第二擴大組的級比指數(shù)為6，變速范圍已達到極限值8；增加第三擴大組后，

比理論值小6，產(chǎn)生6級轉(zhuǎn)速重復。一、增加變速組的傳動系統(tǒng)2.2擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計總變速范圍：總變速范圍擴大八倍；主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)增加6級。若再增加第四擴大組，則變速范圍將再擴大八倍，主軸變速級數(shù)再增加六級。

2.2擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計二、單回曲機構又稱為背輪機構，圖中軸Ⅰ是輸出軸，z1、z4空套于軸Ⅰ上，M是雙向離合器，與軸Ⅰ花鍵配合。M向右滑移與z4結合，運動和轉(zhuǎn)矩經(jīng)z1、z2、z3、z4傳動2.2擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計傳動比：

M向左滑移與z1結合，直接由軸Ⅰ輸，。

變速范圍：2.2擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計變速范圍為：

常規(guī)傳動的4倍變速范圍為：

常規(guī)傳動的16倍例：2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)三、對稱雙公比傳動系統(tǒng)在機床主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列中，使用最頻繁、使用時間最長的是轉(zhuǎn)速數(shù)列的中段，轉(zhuǎn)速數(shù)列中較高或較低的幾級轉(zhuǎn)速是為特殊工藝設計的，使用幾率較少。如果保持常用的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列中段的公比不變，增大不常用轉(zhuǎn)速的公比，就可在不增加主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)的前提下擴大變速范圍。

2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)由等比傳動的原理可知：基本組時，主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列（為自然數(shù)）是由基本組的產(chǎn)生的、是由基本組的產(chǎn)生的，兩轉(zhuǎn)速數(shù)列、的級比為1.基本組傳動副P0=2的對稱雙公比傳動系統(tǒng)2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)如果將轉(zhuǎn)速乘以，即乘以，產(chǎn)生的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列通式變?yōu)?；為奇偶?shù)，沒有重復轉(zhuǎn)速；高速端出現(xiàn)一級大公比轉(zhuǎn)速低速端也出現(xiàn)一級大公比轉(zhuǎn)速如果將轉(zhuǎn)速除以，即除以，產(chǎn)生的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列通式變?yōu)椋?.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)設計原則P0=2的對稱雙公比傳動鏈設計原則是：1）基本組的傳動副數(shù)為2；級比指數(shù)為x′+1

，

x′為高低速端大公比轉(zhuǎn)速級別的總和；2）大公比格數(shù)必須是偶數(shù)，由于變型基本組的變速范圍，所以，；若變型基本組是背輪機構，則：，。2.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)

2.基本組傳動副P0=32.2對稱雙公比傳動系統(tǒng)2.2雙速電動機傳動系統(tǒng)四、雙速電動機傳動系統(tǒng)

YD系列異步電動機，通過改變定子繞組接線方法和改變繞組磁極數(shù)，低速時定子繞組接成三角形，高速時定子繞組接成雙星形，并改變繞組的通電相序，實現(xiàn)變速，從而達到擴大變速范圍的目的。2.2雙速電動機傳動系統(tǒng)速度a速度b2.2雙速電動機傳動系統(tǒng)

時，由于，電變速組的傳動副數(shù)必須為2，級比指數(shù)必須為3，故可為高低速端各有一級大公比的對稱雙公比系統(tǒng)的變型基本組，也可為第一擴大組，此時要求基本組傳動副數(shù)為3；例:在保證結構式性質(zhì)不變的情況下，若想縮短傳動，可將變型基本組作為第一變速組：

2.2雙速電動機傳動系統(tǒng)例:若想縮短傳動鏈，在輸出轉(zhuǎn)速級數(shù)不變的前提下，可將結構式改變?yōu)椋?/p>

基本組改為3對傳動副，為第二變速組；第一擴大組級比指數(shù)改為3，為第一變速組；第二擴大組級比指數(shù)為4，重合兩級轉(zhuǎn)速；第三擴大組重合4級轉(zhuǎn)速。

2.2雙速電動機傳動系統(tǒng)例:若想縮短傳動鏈，在保持傳動特性不變的前提下，可將第一擴大組作為第一變速組：

2.2雙速電動機傳動系統(tǒng)該傳動系統(tǒng)不能通過變速電動機縮短傳動鏈，這是因為最后擴大組傳動副數(shù)為三，其變速范圍超過極限范圍；第一變速組改為第一擴大組，級比指數(shù)為2，傳動副數(shù)為3；第一變速組用三速電動機代替，型號YD160L—8/4/2，2.8/7/9kW，720/1440/2910r/min，相鄰轉(zhuǎn)速功率差別很大。結構式只能為：

例:減少一對齒輪；傳動軸的長度減少。第三節(jié)計算轉(zhuǎn)速計算轉(zhuǎn)速：主軸或傳動件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。在機床設計過程中涉及到功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和外載荷之間的相互關系問題專用機床—按照特定工藝設計—P、n一定—轉(zhuǎn)矩確定普通機床—主傳動的功率P—典型加工切屑用量確定2.3計算轉(zhuǎn)速一、機床功率轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩傳動恒功率傳動直線運動旋轉(zhuǎn)運動切削力恒定，與切削速度無關切削力與切削速度反比關系機床傳動形式2.3計算轉(zhuǎn)速主軸從計算轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速之間的每級轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率，而輸出的轉(zhuǎn)矩則隨轉(zhuǎn)速的增高而降低，故稱之為恒功率變速范圍；2.3計算轉(zhuǎn)速從計算轉(zhuǎn)速到最低轉(zhuǎn)速之間的每級轉(zhuǎn)速都能傳遞計算轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)矩（由結構強度決定的轉(zhuǎn)矩），輸出的功率則隨轉(zhuǎn)速線性下降，故稱之為恒轉(zhuǎn)矩變速范圍。各類機床主軸計算轉(zhuǎn)速可查表計算確定中型車床，升降臺銑床，轉(zhuǎn)塔車床，液壓仿型半自動車床，多刀半自動車床，單軸、多軸自動車床，立式多軸半自動車床臥式鏜銑床（φ63—φ90）等比數(shù)列傳動

系統(tǒng)雙公比、無級傳動系統(tǒng)

2.3計算轉(zhuǎn)速2.3計算轉(zhuǎn)速中型立式鉆床，搖臂鉆床，滾齒機

等比數(shù)列傳動系統(tǒng)雙公比、無級傳動系統(tǒng)

2.3計算轉(zhuǎn)速二、機床變速系統(tǒng)中傳動件的計算轉(zhuǎn)速各個傳動軸計算轉(zhuǎn)速的確定，先確定主軸計算轉(zhuǎn)速，再按傳動順序由后往前依次確定；最后確定各傳動件的計算轉(zhuǎn)速。2.3計算轉(zhuǎn)速主軸的計算轉(zhuǎn)速Ⅳ軸計算轉(zhuǎn)速其它傳動軸的計算轉(zhuǎn)速178；353；865；1440r/min。2.3計算轉(zhuǎn)速各傳動副主動件的計算轉(zhuǎn)速2.3計算轉(zhuǎn)速二、機床變速系統(tǒng)中傳動件的計算轉(zhuǎn)速Ⅳ軸計算轉(zhuǎn)速其它傳動軸的計算轉(zhuǎn)速178；353；865；1440r/min。2.3計算轉(zhuǎn)速2.3計算轉(zhuǎn)速2.3計算轉(zhuǎn)速2.3計算轉(zhuǎn)速2.3計算轉(zhuǎn)速第四節(jié)無級變速系統(tǒng)的設計一、無級變速概念：在一定速度范圍內(nèi)，能連續(xù)、任意的變換速度。按傳動方式可采用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式2.4無級變速系統(tǒng)的設計無級變速的特點：①無級變速能使機床獲得最佳切削速度，無相對轉(zhuǎn)速損失；②能夠在加工過程中變速，保持恒速切削；③無級變速系統(tǒng)容易實現(xiàn)自動化操作。因而是數(shù)控機床的主要變速形式。

2.4無級變速系統(tǒng)的設計變速電機無極變速

直流復勵電機變速

交流變頻電機變速2.4無級變速系統(tǒng)的設計交流電動機定子電動勢與磁通量和定子電流頻率的乘積成正比，忽略定子繞組電阻和漏感抗時，定子電動勢數(shù)值等于定子繞組相電壓；三相假想轉(zhuǎn)子電動勢為定子電動勢與轉(zhuǎn)差率的乘積；在額定相電壓、額定載荷下工作時轉(zhuǎn)差率不變（1~9%），轉(zhuǎn)子電流亦為恒定值；當頻率高于額定頻率時，定子電動勢不變，磁通量隨定子電流頻率的增高而降低，轉(zhuǎn)速隨定子電流頻率的增大而線性增大，假想轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩與磁通量成正比而線性下降，輸出功率維持額定條件下的大小不變，故定子電流頻率高于額定頻率的調(diào)速為恒功率調(diào)速。

普通感應電動機的恒功率變速范圍為1.5

電動機在額定條件下工作時，磁場已達到近似飽和的程度，故頻率低于額定頻率時，磁通量近似不變，轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，定子電動勢隨電流頻率的降低而線性降低，假想轉(zhuǎn)子的輸出功率隨定子電流頻率的降低而線性降低，故稱定子頻率低于額定頻率的調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。恒轉(zhuǎn)矩變速范圍超過二百，最低轉(zhuǎn)速可達6r/min。

交流變頻電動機額定轉(zhuǎn)速為1500r/min或2000r/min，恒功率變速范圍為3、4；2.4無級變速系統(tǒng)的設計二、直線運動無級變速伺服電動機和步進電動機是恒轉(zhuǎn)矩變速，功率不大。只能用于直線進給運動和輔助運動。如果調(diào)速電動機驅(qū)動載荷特性是恒轉(zhuǎn)矩負載，如龍門刨的工作臺等，可直接利用電動機的恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速拖動直線運動部件，使電動機的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍等于直線運動部件的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍，電動機額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生直線運動部件的最高速度。2.4直線運動無級變速二、無極變速主傳動系統(tǒng)設計原則⑴選擇功率和轉(zhuǎn)矩特性符合傳動系統(tǒng)要求的變速裝置①龍門刨床的工作臺—選擇恒轉(zhuǎn)矩為主的直流電動機②車、銑床主軸—選擇恒功率的機械無極變速裝置、變速電動機串聯(lián)機械分級變速箱2.4直線運動無級變速⑵無級變速裝置與機械分級變速箱串聯(lián)擴大變速范圍如果機床主軸要求的變速范圍為Rn，選取無極變速裝置的變速范圍為Rd，則串聯(lián)的機械分級變速箱的變速范圍Rr為2.4直線運動無級變速機械分級變速箱的變速級數(shù)機械分級變速箱的公比2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速三、主運動為旋轉(zhuǎn)運動的無級變速主軸要求的恒功率變速范圍遠大于調(diào)速電動機的恒功率變速范圍，必須串聯(lián)分級變速系統(tǒng)來擴大電動機的恒功率變速范圍，以滿足機床需求。

電動機的額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的計算轉(zhuǎn)速；電動機的最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的最高轉(zhuǎn)速。2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速假設調(diào)速電動機的恒功率變速范圍為，串聯(lián)變速組公比為，則：2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)的公比等于電動機恒功率變速范圍時，輸出的無級轉(zhuǎn)速的變速范圍最大。換言之，變速范圍一定，當分級傳動系統(tǒng)的公比與電動機恒功率相等時，需串聯(lián)的變速組數(shù)最少。2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速調(diào)速電動機的恒功率變速范圍為，在保證輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)前提下，串聯(lián)一個雙速變速，獲得的最大變速范圍為，此時:

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速串聯(lián)兩個雙速變速組后，能得到的連續(xù)無級轉(zhuǎn)速的最大變速范圍是，這時:

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速調(diào)速電動機串聯(lián)級雙速變速組后，能獲得的最大變速范圍是：2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速為自然數(shù)，且采用收尾法圓整。

取：?。豪喝糇兯俜秶欢〞r，至少要串聯(lián)的變速組數(shù)：2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速分級傳動系統(tǒng)的公比一般比電動機的恒功率變速范圍小，分級傳動系統(tǒng)的實際公比為:2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)注意點：①最小傳動比應采用前緩后急的原則；②擴大順序與傳動順序應采用前密后疏的原則；③應遵循極限傳動比、極限變速范圍的原則。

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速實例例2-6某數(shù)控機床，主運動由變頻電動機驅(qū)動，電動機連續(xù)功率7.5kW，額定轉(zhuǎn)速，最高、最低轉(zhuǎn)速，機床主軸最高、最低轉(zhuǎn)速：，，計算轉(zhuǎn)速：。設計所串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速實例解：①主軸要求的恒功率變速范圍②電動機的恒功率變速范圍是3，即③該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級數(shù)、變速組數(shù)

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速實例④分級傳動系統(tǒng)的實際公比為⑤結構式為

收尾圓整得：

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速實例⑥分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比

根據(jù)前緩后急的原則分配最小傳動比：

⑦其它傳動副的傳動比

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速實例⑧調(diào)速電動機的最低工作轉(zhuǎn)速⑨電動機最低工作轉(zhuǎn)速時所傳遞的功率

2.4旋轉(zhuǎn)主運動的無級變速實例2.4增大恒功率無級變速范圍五、增大恒功率無級變速范圍的方法如果要求每段轉(zhuǎn)速的無級變速范圍，應增大電動機的功率，增大的比率為，即將電動機的功率擴大

倍，傳遞功率的最低轉(zhuǎn)速為

，從而使電動機傳遞功率為的轉(zhuǎn)速范圍變?yōu)椤?/p>

2.4增大恒功率無級變速范圍從另一角度考慮，電動機傳遞功率的最低轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）仍為，主軸傳遞電動機額定功率的最低轉(zhuǎn)速（計算轉(zhuǎn)速）則為，對于增加功率后的電動機來講，提高了主軸的計算轉(zhuǎn)速，這樣在某種程度上，簡化了無級變速中串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)的設計。2.4增大恒功率無級變速范圍例：上述機床，若要求主軸每段的恒功率無級轉(zhuǎn)速范圍，確定其分級變速系統(tǒng)。解：①主軸要求的恒功率變速范圍24；②電動機功率變?yōu)?/p>

電動機傳遞7.5kW時的最低轉(zhuǎn)速為

2.4增大恒功率無級變速范圍③至少需串聯(lián)的雙速變速組數(shù)和傳動副數(shù)為

④分級傳動的實際公比為

⑤結構式為

2.4增大恒功率無級變速范圍⑥分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比

根據(jù)前緩后急的原則，取

⑦其它傳動副的傳動比

2.4增大恒功率無級變速范圍⑧調(diào)速電動機的最低工作轉(zhuǎn)速⑨電動機最低工作轉(zhuǎn)速時所傳遞的功率⑩主軸傳遞電動機額定功率（10kW）的最低轉(zhuǎn)速為2.4增大恒功率無級變速范圍2.4增大恒功率無級變速范圍第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設計一、進給傳動的載荷特點進給傳動：實現(xiàn)機床的進給運動和輔助運動。機床的進給運動大多數(shù)為直線運動。直線進給運動的載荷是切削力，與切削面積成正

比。直線運動是恒扭矩載荷，傳動件的計算轉(zhuǎn)速

是該傳動件的最大轉(zhuǎn)速。2.5進給傳動系統(tǒng)設計二、進給傳動的分類及組成

進給運動按運動性質(zhì)分為外聯(lián)系進給鏈和內(nèi)聯(lián)系進給鏈；進給鏈按控制方式及變速形式分為普通機床分級變速進給鏈和數(shù)控機床無級變速進給鏈。

1、外聯(lián)系進給傳動鏈，一般包括變速機構、換向機構（如換向惰輪）、運動分配機構、過載保護機構、運動轉(zhuǎn)換（將回轉(zhuǎn)運動變換成直線運動）機構（齒輪齒條副、絲杠螺母副等）。

2、內(nèi)聯(lián)系進給傳動鏈只包括傳動比準確的變速機構。2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計三、進給傳動的基本要求1.有較高的靜剛度。2.具有良好的快速響應性，抗振性能好，噪聲低，有良好的防爬行性能，切削穩(wěn)定性好。3.進給系統(tǒng)有較高的傳動精度和定位精度。4.能滿足工藝需求，有足夠的變速范圍。5.結構簡單，制造工藝性好，調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活；制造成本低，有較好的經(jīng)濟性。四、分級進給傳動設計的原則對于等差數(shù)列進給傳動，設計時以滿足工藝需求為目的。隨機數(shù)列進給傳動系統(tǒng)，如齒輪加工機床的分齒運動鏈、車床的非標準螺紋進給傳動鏈等，采用交換掛輪機構。2.5進給傳動系統(tǒng)設計四、分級進給傳動設計的原則⒈進給傳動系統(tǒng)的極限傳動比、極限變速范圍⒉進給傳動擴大順序的原則、最小傳動比原則擴大順序應采用前疏后密的原則最小傳動比應盡量采用前緩后急的原則2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計五、無級變速進給系統(tǒng)進給傳動系統(tǒng)的無級變速系統(tǒng)，普通機床多采用液壓無級調(diào)速；數(shù)控機床一般采用伺服電動機無級調(diào)速。伺服電動機分為直流伺服和交流伺服兩類。小慣量直流電動機：

大慣量直流電動機：電勵磁：成本低，便于調(diào)整永磁型：低速穩(wěn)定，輸出扭矩大，但轉(zhuǎn)動慣量大，響應慢轉(zhuǎn)子直徑小，轉(zhuǎn)動慣量小，響應時間快，額定扭矩較小，高速輕載機床2.5進給傳動系統(tǒng)設計按有無檢測和反饋裝置開環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)伺服系統(tǒng)按照檢測和反饋裝置的位置不同全閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)伺服電動機組成的無級調(diào)速系統(tǒng)2.5進給傳動系統(tǒng)設計1、開環(huán)系統(tǒng)伺服系統(tǒng)沒有反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖，經(jīng)環(huán)形分配器，功率放大器，驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn)，運動經(jīng)齒輪、滾珠絲杠螺母副，帶動工作臺移動。開環(huán)系統(tǒng)適用于精度要求不高的數(shù)控機床中。2.5進給傳動系統(tǒng)設計2、閉環(huán)系統(tǒng)

它是將檢測裝置安裝在工作臺等執(zhí)行件上的伺服系統(tǒng)。檢測裝置將工作臺等執(zhí)行件的實際位移量反饋給數(shù)控裝置，與控制量相比較，比較結果對伺服電動機進行控制、或?qū)λ欧妱訖C的指令進行修正補償，能完全消除工作臺等執(zhí)行件的移動誤差。

2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)是檢測裝置不安裝在工作臺等執(zhí)行件上的伺服系統(tǒng)。檢測裝置安裝在進給傳動中的旋轉(zhuǎn)部件上，補償環(huán)是伺服系統(tǒng)的一部分，不能檢測工作臺等執(zhí)行件的運動誤差，所以半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比開環(huán)伺服系統(tǒng)高，低于閉環(huán)伺服系統(tǒng)。2.5進給傳動系統(tǒng)設計2.5進給傳動系統(tǒng)設計

2.5進給傳動系統(tǒng)設計六、直線伺服電動機進給傳動系統(tǒng)

直線電動機是直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運動機械能的電力驅(qū)動裝置，是適應高速加工或微量進給精加工技術發(fā)展的需要而出現(xiàn)的新型電動機；可直接驅(qū)動工作臺或刀架直線運動。直線伺服電動機的工作原理與旋轉(zhuǎn)伺服電動機相似，可看為旋轉(zhuǎn)伺服電動機沿徑向剖開，向兩邊拉伸展平后形成的。2.5進給傳動系統(tǒng)設計優(yōu)點：獲得較大的驅(qū)動力，傳動剛度高，響應快；且可以省去齒輪、齒形帶和滾珠絲桿副等機械傳動，簡化機床機構，避免了由傳動機構的制造精度、彈性變形、磨損、熱變形等因素引起的傳動誤差。缺點：存在磁力外泄現(xiàn)象，必須有效地隔磁、防磁；散熱困難，需采取防護吸引切屑；結構沒有緩沖，控制系統(tǒng)復雜

2.5進給傳動系統(tǒng)設計第六節(jié)結構設計一、變速箱結構及傳動軸組件的布置變速箱的主要功能是保證機床的運動，有較高的幾何精度，傳動精度和運動精度。有足夠的強度、剛度。振動小，噪聲低。操作應方便靈活。

變速箱內(nèi)傳動軸的布置應充分考慮安裝、調(diào)整、維修、散熱等因素，按空間三角形分布，并根據(jù)運動的性能、標準零部件尺寸及機床的型式合理確定各傳動軸位置。2.6結構設計2.6結構設計2.6結構設計例：2.6結構設計2.6結構設計二、齒輪的軸向布置1．三聯(lián)滑移齒輪順利嚙合的條件由圖可看出，當三聯(lián)滑移齒輪右移使齒輪z1與z4嚙合時，次大齒輪z2越過了固定的小齒輪z6，為防止次大齒輪z2與固定的小齒輪z6齒頂相碰，應使次大2.6結構設計二、齒輪的軸向布置1．三聯(lián)滑移齒輪順利嚙合的條件齒輪z2與齒輪z6齒頂圓半徑之和不大于中心距，即2.6結構設計二、齒輪的軸向布置1．三聯(lián)滑移齒輪順利嚙合的條件由此可得三聯(lián)滑移齒輪順利嚙合的條件為：2.6結構設計2．齒輪軸向布置原則

①滑移齒輪機構中,必須當一對齒輪副完全脫離嚙合，另一對齒輪才能進入嚙合。固定齒輪間的最小距離應為齒輪寬度的兩倍，并留有△=1~2mm間隙，齒輪的齒寬為2.6結構設計②避免滑移齒輪與固定的小齒輪齒頂相碰a.三聯(lián)滑移齒輪的最大、次大齒輪齒數(shù)差應不小于4b.采用變位齒輪，使兩者頂圓直徑之差不小于4個模數(shù)c.改變嚙合變速條件，讓滑移的小齒輪越過固定的小齒輪，使最大和最小齒輪齒數(shù)差不小于4d.采用牙嵌式離合器變速，使齒輪不動③為減少軸向長度，應盡量采用窄式排列。④滑移齒輪應盡量裝在主動軸上，以減少滑移齒輪的重量，易于操縱。2.6結構設計2.6結構設計3.一個變速組中齒輪的軸向布置⑴窄式排列和寬式排列

窄式排列：滑移的齒輪緊靠在一起，大齒輪居中，固定的齒輪分離安裝，相隔距離為2b+△，相鄰變速位置的滑移行程也是2b+△。

寬式排列：固定的齒輪緊靠在一起，大齒輪居中；滑移的齒輪分離安裝，兩齒輪的內(nèi)側距離為2b+△，相鄰變速位置的滑移行程仍是2b+△。

2.6結構設計2.6結構設計⑵亞寬式排列三聯(lián)滑移齒輪中的兩齒輪緊靠在一起，另一齒輪與之分離，分隔距離為2b+△，這種排列的軸向總長度為B＞9b+3△，介于寬式、窄式排列之間。最大優(yōu)點能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速從高到低的順序變速。

2.6結構設計⑶滑移齒輪的分組排列四個傳動副的變速組，滑移齒輪可分為兩組，并聯(lián)合控制，保證只有一組齒輪處于嚙合狀態(tài)，2.6結構設計4.相鄰兩個變速組齒輪的軸向排列

⑴并行排列

相鄰兩個變速組的公共傳動軸上，被動齒輪和主動齒輪分別安裝，主動齒輪安裝一端，被動齒輪安裝一端；三條傳動軸上的齒輪排列呈階梯形，其軸向總長度為兩變速組軸向長度之和。2.6結構設計2.6結構設計⑵交錯排列相鄰兩個變速組的公共傳動軸上的主、被動齒輪交替安裝，使兩變速組的滑移行程部分重疊，從而減短了軸向長度。2.6結構設計⑶公用齒輪傳動結構

相鄰兩個變速組的公共傳動軸上，將某一被動齒輪和主動齒輪合而為一，形成既是第一變速組的被動齒輪，又是第二變速組的主動齒輪。兩變速組可減少一個齒輪，軸向長度可減短一個齒輪寬度。注意：公用齒輪的應力循環(huán)次數(shù)是非公用齒輪的2倍，根據(jù)等壽命理論，公用齒輪應為變速組中齒數(shù)較多的齒輪。因此，公用齒輪常出現(xiàn)于前一級變速組的最小傳動比和后一級變速組最大傳動比中。2.6結構設計X6132A變速組a、變速組b齒輪的軸向排列，z38齒齒輪為公用齒輪；變速組a亞寬式排列，中間插入z27、z17；變速組b窄式排列,中間插入z33。軸向總長度為11b+3△。2.6結構設計2.6結構設計雙公用齒輪的交錯排列，一般基本組在后，擴大組在前。

軸向總長度7b+2△2.6結構設計三、提高傳動精度的措施1.誤差傳遞規(guī)律理論齒距（弧長）和最大、最小齒距分別為理論齒距、最大齒距、最小齒距在以O2為圓心的分度圓上對應的圓心角為：2.6結構設計齒輪繞O2轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動一齒的最大轉(zhuǎn)角誤差為設：與之嚙合的齒輪分度圓半徑為，即傳動比為1/2。當主動齒輪轉(zhuǎn)過時，理論上從動齒輪應轉(zhuǎn)過。

2.6結構設計當主動齒輪轉(zhuǎn)過，理論上從動齒輪應轉(zhuǎn)過，由于齒輪是嚙合傳動，彼此轉(zhuǎn)過的齒數(shù)相等，從動輪實際轉(zhuǎn)過的角度為，從動輪由主動輪引起的最大轉(zhuǎn)角誤差為

從動輪最大轉(zhuǎn)角誤差為主動輪轉(zhuǎn)角誤差與傳動比之積2.6結構設計在傳動鏈中，前一級傳動件的轉(zhuǎn)角誤差，經(jīng)縮小放大后，和被動齒輪的轉(zhuǎn)角誤差一起