傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1頁/共152頁一、傳動(dòng)系統(tǒng)的作用

1）把動(dòng)力機(jī)輸出的速度降低或增高，以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。

2）實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的經(jīng)常變速要求。

3）把動(dòng)力機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)矩或力。第2頁/共152頁

4）把動(dòng)力機(jī)輸出的等速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的、其速度按某種規(guī)律變化的旋轉(zhuǎn)或其他類型的運(yùn)動(dòng)。

5）實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不同速度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

6）受機(jī)體外形尺寸的限制或?yàn)榱税踩筒僮鞣奖悖瑘?zhí)行機(jī)構(gòu)不宜與動(dòng)力機(jī)直接聯(lián)接時(shí)，也需要用傳動(dòng)裝置來聯(lián)接。第3頁/共152頁二、傳動(dòng)系統(tǒng)的類型

傳動(dòng)系統(tǒng)的類型因機(jī)械種類的不同而不同。按傳動(dòng)比或輸出速度能否變化分為：定比傳動(dòng)和變速傳動(dòng)系統(tǒng)。按動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)目分：獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、集中驅(qū)動(dòng)和聯(lián)合驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。

第4頁/共152頁1．定比傳動(dòng)系統(tǒng)定比傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度或轉(zhuǎn)速是固定的，即其傳動(dòng)系統(tǒng)具有固定的傳動(dòng)比，組成傳動(dòng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)也應(yīng)有固定的傳動(dòng)比。第5頁/共152頁右圖為起重機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)3通過減速器1帶動(dòng)卷筒4轉(zhuǎn)動(dòng)，將鋼絲繩5纏繞在卷筒4上，使吊鉤6上升而提升重物。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，鋼絲繩5從卷筒4上放出使重物下降。2為制動(dòng)器。第6頁/共152頁

2．變速傳動(dòng)系統(tǒng)變速傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速可在預(yù)定范圍內(nèi)改變，即其傳動(dòng)系統(tǒng)具有可調(diào)的傳動(dòng)比。變速傳動(dòng)系統(tǒng)分為有級(jí)變速和無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)。有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)只能在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)輸出有限的幾種轉(zhuǎn)速，而無級(jí)傳動(dòng)的輸出轉(zhuǎn)速在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)任意改變。第7頁/共152頁

3．獨(dú)立驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

系統(tǒng)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別由動(dòng)力機(jī)單獨(dú)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有下列三種情況：1）只有一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)

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如圖曲柄壓力機(jī)。由電動(dòng)機(jī)9通過一對(duì)齒輪副8、7及離合器6帶動(dòng)曲軸4旋轉(zhuǎn)，再通過連桿3使滑塊2在機(jī)身10的導(dǎo)軌中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。操縱桿1使離合器接合或脫開。制動(dòng)器5與離合器6的動(dòng)作要協(xié)調(diào)配合，工作前，制動(dòng)器先放松，離合器后結(jié)合，停車時(shí)，離合器先脫開，制動(dòng)器后結(jié)合。

第9頁/共152頁2）有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

如果其運(yùn)動(dòng)之間無必然聯(lián)系，為簡化傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，多采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸和傳遞動(dòng)力較大，以及各個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用較為頻繁時(shí)，也適合采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第10頁/共152頁如圖所示龍門起重機(jī)有三個(gè)主要運(yùn)動(dòng)：大車運(yùn)行、小車運(yùn)行和重物升降，這三個(gè)運(yùn)動(dòng)互不相關(guān)，都是獨(dú)立的，因此，它們的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別由各自的電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。第11頁/共152頁3）數(shù)字控制機(jī)械

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備廣泛采用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控纏繞機(jī)、數(shù)控沖剪床及各種數(shù)控機(jī)床等。為了充分發(fā)揮數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，均采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系則由指令及數(shù)控裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)，以完成復(fù)雜型面的加工及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的組合。

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4．集中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)動(dòng)力機(jī)對(duì)多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行集中驅(qū)動(dòng)。

l）執(zhí)行機(jī)構(gòu)間有一定的傳動(dòng)比要求

下圖為高精度絲桿車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖，機(jī)床的主軸和刀架由一個(gè)無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸。主軸經(jīng)交換掛輪及絲桿螺母驅(qū)動(dòng)刀架。

第13頁/共152頁加工高精度螺紋時(shí)，要求主軸與刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)保持十分準(zhǔn)確的傳動(dòng)比關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)二轉(zhuǎn)，刀架的移動(dòng)距離為工件的螺紋導(dǎo)程S。這種關(guān)系是由進(jìn)給傳動(dòng)鏈保證當(dāng)工件的導(dǎo)程S改變時(shí)，需調(diào)整交換掛輪的齒數(shù)。第14頁/共152頁2）各執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間有動(dòng)作要求這種情況多出現(xiàn)于機(jī)械控制的自動(dòng)機(jī)上，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作之間都有嚴(yán)格的時(shí)間和空間聯(lián)系。通常用安裝在分配軸上的凸輪來操縱和控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，分配軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)完成一個(gè)作業(yè)循環(huán)，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序均由各自的凸輪曲線保證。因此，自動(dòng)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)雖然較多，但常采用一個(gè)動(dòng)力機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。

第15頁/共152頁第16頁/共152頁

3）各執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的運(yùn)動(dòng)無傳動(dòng)比聯(lián)系，采用一個(gè)動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以減少動(dòng)力機(jī)數(shù)量，節(jié)省能源，尤其對(duì)于野外作業(yè)的機(jī)械具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于中小型機(jī)械，還可簡化傳動(dòng)系統(tǒng)。第17頁/共152頁5．聯(lián)合驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于低速、重載、大功率、執(zhí)行機(jī)構(gòu)少而慣性大的機(jī)械，多用由兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)力機(jī)經(jīng)各自的傳動(dòng)鏈聯(lián)合驅(qū)動(dòng)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是可以使機(jī)械的工作負(fù)載由多臺(tái)動(dòng)力機(jī)分擔(dān)，每臺(tái)動(dòng)力機(jī)的負(fù)載減小，因而使傳動(dòng)件的尺寸減小，整機(jī)的重量減輕。

第18頁/共152頁三、傳動(dòng)系統(tǒng)的組成通常由變速裝置、起停和換向裝置、制動(dòng)裝置以及安全保護(hù)裝置幾個(gè)部分組成。（一）變速裝置變速裝置的作用是改變動(dòng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要。若執(zhí)行機(jī)構(gòu)不需要變速，可采用具有固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)或采用標(biāo)準(zhǔn)的減速器、增速器實(shí)現(xiàn)降速傳動(dòng)或增速傳動(dòng)。

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1．交換齒輪變速機(jī)構(gòu)

交換齒輪變速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，不需要變速操縱機(jī)構(gòu)，軸向尺寸小，變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊。更換齒輪費(fèi)時(shí)費(fèi)力。只適用于不需要經(jīng)常變速的機(jī)械，如各種自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)械。2．滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)

可傳遞大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，變速方便。

第20頁/共152頁第21頁/共152頁3．離合器變速機(jī)構(gòu)

離合器變速機(jī)構(gòu)有牙嵌式離合器、齒輪式離合器以及摩擦片式離合器。牙嵌式離合器和齒輪式離合器屬于剛性傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，但不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速。摩擦式離合器是靠摩擦片之間的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，結(jié)合平穩(wěn)、無沖擊，并可起過載保護(hù)作用。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳遞大轉(zhuǎn)矩時(shí)體積較大，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，此外，摩擦離合器也是一個(gè)熱源和噪聲源。

第22頁/共152頁4．嚙合器變速機(jī)構(gòu)

嚙合器分普通嚙合器和同步嚙合器兩種，廣泛用于汽車變速箱中?？刹捎贸Ш?，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能在運(yùn)動(dòng)中變速，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩。普通嚙合器的結(jié)構(gòu)簡單，但軸向尺寸大，變速過程中易出現(xiàn)頂齒現(xiàn)象，故換檔不太輕便，噪聲較大。同步嚙合器的工作原理是變速過程中先使將要進(jìn)入嚙合的一對(duì)齒輪的圓周速度相等，然后才進(jìn)入嚙合，即先同步后變速。第23頁/共152頁

圖示為錐形常壓式同步嚙合器的結(jié)構(gòu)圖。套筒6具有內(nèi)花鍵孔和外花鍵齒，它可在花鍵軸8上移動(dòng)，其外花鍵齒與嚙臺(tái)套4的內(nèi)花鍵嚙合，套筒6的左右側(cè)各鑲有減摩材料制造的襯套2和5。嚙合套4可通過定位銷3帶動(dòng)套筒6一起左右移動(dòng)。當(dāng)嚙合套4向左移動(dòng)時(shí)，套筒6隨之一起移動(dòng)，使左側(cè)襯套2的內(nèi)錐面與左齒環(huán)1上的外錐面接觸，作用在嚙合套上的操縱力使兩錐面相互壓緊，由此產(chǎn)生的摩擦力使空套的左齒環(huán)1與套筒6、嚙合套4同步旋轉(zhuǎn)。適當(dāng)加大操縱力，使嚙合套4克服彈簧力將定位銷3壓下后繼續(xù)向左移動(dòng)，使嚙合套4與空套的左齒環(huán)1相嚙合，變速過程結(jié)束。嚙合套向右移動(dòng)時(shí)，變速過程與上述相同。

第24頁/共152頁（二）起停和換向裝置起停和換向裝置用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、停車以及改變運(yùn)動(dòng)方向。對(duì)起停和換向裝置的基本要求是起停和換向方便省力，操作安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，并能傳遞足夠的動(dòng)力。

第25頁/共152頁通常有以下幾種情況：

l）不需要換向且起停不頻繁。這種工況多出現(xiàn)在自動(dòng)機(jī)械中，這類機(jī)械的工作循環(huán)是自動(dòng)完成的，可連續(xù)運(yùn)行而不需要停車。

2）需要換向但換向不頻繁。

3）換向和起停都很頻繁。在選擇起停和換向裝置時(shí)，除應(yīng)考慮機(jī)械的工況外，還應(yīng)考慮動(dòng)力機(jī)的類型與功率以及起停和換向的操縱方式。

第26頁/共152頁1．動(dòng)力機(jī)為電動(dòng)機(jī)當(dāng)換向不頻繁或換向雖頻繁但電動(dòng)機(jī)功率較小時(shí)，可直接由電動(dòng)機(jī)起停和換向。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便，因此得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)功率較大且起停和換向頻繁時(shí)，常采用離合器起停和換向。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速較高時(shí)采用摩擦離合器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速較低時(shí)可采用牙嵌離合器等剛性的嚙合式離合器。

第27頁/共152頁2．動(dòng)力機(jī)為內(nèi)燃機(jī)由于內(nèi)燃機(jī)不能在負(fù)載下起動(dòng)，故必需用摩擦離合器或液力偶合器來實(shí)現(xiàn)起停。內(nèi)燃機(jī)不能反向運(yùn)轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要反向時(shí)應(yīng)在傳動(dòng)鏈中設(shè)置反向機(jī)構(gòu)。用離合器實(shí)現(xiàn)起停時(shí)，為了減小摩擦離合器的結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)將它放置在轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上。由于靠近動(dòng)力機(jī)，故當(dāng)離合器脫開時(shí)，傳動(dòng)鏈中大部分傳動(dòng)件停止運(yùn)動(dòng)，可以減少空轉(zhuǎn)功率損失。

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換向機(jī)構(gòu)放在靠近動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上，也可使其結(jié)構(gòu)緊湊。但會(huì)使換向的傳動(dòng)件較多，能量損失較大。因此，對(duì)于傳動(dòng)件少、慣性小的傳動(dòng)鏈，宜將換向機(jī)構(gòu)放在前面即靠近動(dòng)力機(jī)處，反之，宜將換向機(jī)構(gòu)放在傳動(dòng)鏈的后面即靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)處，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和效率。第29頁/共152頁3．起停和換向裝置的典型結(jié)構(gòu)（1）齒輪－摩擦離合器換向機(jī)構(gòu)齒輪Z1和Z3空套在軸Ⅰ上，摩擦離合器向左接合時(shí)，通過Z2傳動(dòng)軸Ⅱ。摩擦離合器向右接合時(shí)，通過Z0、Z4傳動(dòng)軸Ⅱ?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)，摩擦離合器處于中間位置時(shí)，軸Ⅱ不轉(zhuǎn)。這樣就可實(shí)現(xiàn)軸I的起停和換向。

第30頁/共152頁（2）齒輪換向機(jī)構(gòu)齒輪換向的原理是采用惰輪機(jī)構(gòu)。第31頁/共152頁（三）制動(dòng)裝置

制動(dòng)裝置的作用是使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)能夠迅速停止。由于運(yùn)動(dòng)構(gòu)件具有慣性，當(dāng)起停裝置斷開后，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不能立即停止，而是逐漸減速后才能停止運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速愈高，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的慣性愈大及摩擦阻力愈小，停車的時(shí)間就愈長。為了節(jié)省輔助時(shí)間，對(duì)于起停頻繁或運(yùn)動(dòng)構(gòu)件慣性大、運(yùn)動(dòng)速度高的傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)安裝制動(dòng)裝置。第32頁/共152頁

對(duì)制動(dòng)裝置的基本要求是工作可靠，操縱方便，制動(dòng)迅速平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，磨損小，散熱好。常用的制動(dòng)方式有電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起停和換向時(shí)，常采用反接制動(dòng)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、制動(dòng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，但反接制動(dòng)電流較大，傳動(dòng)系統(tǒng)受到的慣性沖擊較大。第33頁/共152頁

當(dāng)傳動(dòng)鏈較長、起動(dòng)比較頻繁、傳動(dòng)系統(tǒng)慣性較大及傳遞功率較大時(shí)，常采用機(jī)械制動(dòng)方式，如帶式、外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶胶捅P式等摩擦式制動(dòng)器。此外，還經(jīng)常使用磁粉式、磁渦流式和水渦流式等非摩擦式制動(dòng)器。制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與安裝應(yīng)考慮如下問題：

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1）制動(dòng)器與離合器必需互鎖。

2）合理確定制動(dòng)器的安裝位置。若要求制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，則制動(dòng)器安裝在轉(zhuǎn)速較高的軸上。這樣制動(dòng)平穩(wěn)，制動(dòng)器體積也小。若要求制動(dòng)時(shí)間短、制動(dòng)靈活，則制動(dòng)器可直接安裝在主軸或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。通常，制動(dòng)器安裝在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍較小的軸上。

3）帶式制動(dòng)器的操縱力應(yīng)作用在制動(dòng)帶的松邊。如圖4—10。

第35頁/共152頁第36頁/共152頁裝載機(jī)制動(dòng)系與變速箱離合器互動(dòng)第37頁/共152頁（四）安全保護(hù)裝置

機(jī)械在工作中若載荷變化頻繁、變化幅度較大、可能過載而本身又無保護(hù)作用時(shí)，應(yīng)在傳動(dòng)鏈中設(shè)置安全保護(hù)裝置，以避免損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。如果傳動(dòng)鏈中有帶、摩擦離合器等摩擦副，則具有過載保護(hù)作用，否則應(yīng)在傳動(dòng)鏈中設(shè)置安全離合器或安全銷等過載保護(hù)裝置。當(dāng)傳動(dòng)鏈所傳遞的轉(zhuǎn)矩超過規(guī)定值時(shí)，靠安全保護(hù)裝置中連接件的折斷、分離或打滑來停止或限制轉(zhuǎn)矩的傳遞。第38頁/共152頁1．銷釘安全聯(lián)軸器在傳動(dòng)鏈中設(shè)置一個(gè)最薄弱的環(huán)節(jié)，如剪斷銷或剪斷鍵，當(dāng)傳遞的轉(zhuǎn)矩超過允許值時(shí)，銷或鍵被剪斷，使傳動(dòng)鏈斷開，執(zhí)行機(jī)構(gòu)便停止運(yùn)動(dòng)。剪斷銷或剪斷鍵應(yīng)裝在傳動(dòng)鏈中易于更換的位置上。第39頁/共152頁2．鋼珠安全離合器這種安全離合器的靈敏度較高、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單，但打滑時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，連接剛度較小，反向回轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的同步性較差。第40頁/共152頁3．摩擦安全離合器

這種安全離合器的結(jié)構(gòu)簡單，多用于傳遞轉(zhuǎn)矩不大的場合。如果傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，也可采用雙圓錐摩擦安全離合器或摩擦片安全離合器。第41頁/共152頁安全保護(hù)裝置安裝位置安全保護(hù)裝置裝在轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)構(gòu)件上，可使結(jié)構(gòu)尺寸小些。若裝在靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)構(gòu)件上，則一旦發(fā)生過載，就能迅速停止運(yùn)動(dòng)，并可使傳動(dòng)鏈中其他傳動(dòng)構(gòu)件避免超負(fù)荷運(yùn)行。所以安全保護(hù)裝置宜放在靠近執(zhí)行機(jī)構(gòu)且轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)構(gòu)件上。第42頁/共152頁

第二節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一、有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)常采用變速齒輪傳動(dòng)或變速帶傳動(dòng)，在一定的變速范圍內(nèi)，其輸出軸只能得到有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速。有級(jí)變速傳動(dòng)最基本的變速裝置是二軸變速傳動(dòng)，即在兩根軸之間用一個(gè)變速組傳動(dòng)?？蓪?shí)現(xiàn)2至4級(jí)變速，若要求的變速級(jí)數(shù)多于4級(jí)時(shí)，可以采用由二個(gè)或二個(gè)以上變速組串聯(lián)而成的多軸傳動(dòng)裝置。第43頁/共152頁第44頁/共152頁（一）轉(zhuǎn)速圖在設(shè)計(jì)有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，常用到轉(zhuǎn)速圖。使用轉(zhuǎn)速圖可以直觀地表達(dá)出傳動(dòng)系統(tǒng)中各軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律和傳動(dòng)副的速比關(guān)系。對(duì)于三聯(lián)滑移齒輪變速組，可實(shí)現(xiàn)3級(jí)變速。若要求輸出軸的轉(zhuǎn)速按等比級(jí)數(shù)排列，則一個(gè)變速組內(nèi)各對(duì)齒輪的傳動(dòng)比必須符合等比級(jí)數(shù)排列。

i3:i2:i1=1:φ:φ2

Φ為標(biāo)準(zhǔn)公比，φ有1.06，1.12，1.26，1.41，1.58，1.78，2.0共7個(gè)數(shù)值。第45頁/共152頁

圖示為某車床主軸變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖。從圖中可知，主軸共有12級(jí)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速范圍為31.5～1400r／min，公比φ=1.41，主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r／min。

第46頁/共152頁

第47頁/共152頁在轉(zhuǎn)速圖中：

l）距離相等的一組豎線代表傳動(dòng)系統(tǒng)的各軸，軸號(hào)寫在上面。豎線間的距離不代表中心距。

2）距離相等的一組水平線代表各級(jí)轉(zhuǎn)速，與各豎線的相交點(diǎn)的小圓代表各軸的轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)速的分級(jí)是按等比級(jí)數(shù)排列的，故采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示。相鄰兩水平線之間的間隔為lgφ，通常習(xí)慣在轉(zhuǎn)速圖上直接寫出轉(zhuǎn)速的數(shù)值。

3）相鄰兩軸各小圓之間的連線代表相應(yīng)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。第48頁/共152頁

傳動(dòng)比的大小以連線的傾斜方向和傾斜度表示，從左向下斜表示降速傳動(dòng)，向上斜表式升速傳動(dòng)，而水平連線則表示等速傳動(dòng)。從轉(zhuǎn)速圖可見，該傳動(dòng)系統(tǒng)有三個(gè)相互串聯(lián)的變速組，電機(jī)軸與Ⅰ軸之間為皮帶傳動(dòng)，其傳動(dòng)比：第49頁/共152頁

軸Ⅰ、Ⅱ之間為第一變速組，由三對(duì)齒輪組成，其傳動(dòng)比分別為：

第50頁/共152頁

軸Ⅱ、Ⅲ之間為第二變速組，由兩對(duì)齒輪組成，其傳動(dòng)比為：第51頁/共152頁

軸Ⅲ、Ⅳ之間為第三變速組，由兩對(duì)齒輪組成，其傳動(dòng)比為：第52頁/共152頁根據(jù)上述分析，可以得出：l）傳動(dòng)系統(tǒng)的變速級(jí)數(shù)是各變速組傳動(dòng)副數(shù)的乘積。如上述傳動(dòng)系統(tǒng)，其變速級(jí)數(shù)為

3×2×2=12

在結(jié)構(gòu)上，變速組按照從電機(jī)到主軸傳動(dòng)的先后排列順序稱為傳動(dòng)順序。系統(tǒng)總的變速級(jí)數(shù)為按照傳動(dòng)順序各變速組的傳動(dòng)副數(shù)之積。第53頁/共152頁

2）變速組傳動(dòng)比之間有如下關(guān)系：在第一變速組的三個(gè)傳動(dòng)比之間

變速組內(nèi)相鄰傳動(dòng)比之間的比值

稱為級(jí)比。

級(jí)比的指數(shù)

稱為變速組的級(jí)比指數(shù)。

級(jí)比指數(shù)在轉(zhuǎn)速圖中表現(xiàn)為相鄰傳動(dòng)比相間隔的格數(shù)。

第54頁/共152頁

第一變速組相鄰傳動(dòng)比之間存在1:φ:φ2

的關(guān)系，即

x0=1，三個(gè)傳動(dòng)比的連線間隔一格，所以通過變速后，Ⅱ軸可以得到三級(jí)連續(xù)的轉(zhuǎn)速。這種具有級(jí)比指數(shù)x0=1的變速組稱為基本變速組，簡稱基本組。在第二變速組的兩個(gè)傳動(dòng)比之間

ub1:ub2=1/φ3:1=1:φ3=1:φx1式中x1---該變速組的級(jí)比指數(shù)，x1=3。第55頁/共152頁

其相鄰傳動(dòng)比之間相差φ3倍，所以通過它變速后第Ⅲ軸得到6級(jí)連續(xù)的轉(zhuǎn)速。第二變速組的作用就是將基本組的變速范圍進(jìn)行第一次擴(kuò)大，稱第一擴(kuò)大組。同理，第三變速組由兩對(duì)齒輪組成，其傳動(dòng)比之間的關(guān)系為：第56頁/共152頁式中x2——該變速組的級(jí)比指數(shù)，x2=6。變速組內(nèi)相鄰傳動(dòng)比之間相差φ6倍，通過其變速后，第IV軸可得到3×2×2=12級(jí)轉(zhuǎn)速。它把基本組的變速范圍進(jìn)行第二次擴(kuò)大，稱為第二擴(kuò)大組。如果還有更多的變速組，則依此類推。

第57頁/共152頁

由上可知，若用xn和pn分別表示各變速組的級(jí)比指數(shù)和傳動(dòng)付數(shù)，則后一變速組的級(jí)比指數(shù)等于前一變速組的級(jí)比指數(shù)與傳動(dòng)付數(shù)之積

xn=xn-1pn-1

為了獲得連續(xù)的等比級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，必須使幾個(gè)變速組串聯(lián)而成的傳動(dòng)系統(tǒng)符合等比級(jí)數(shù)的規(guī)律，否則會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速重復(fù)或空缺的現(xiàn)象。

第58頁/共152頁

3)各變速組的變速范圍是該變速組內(nèi)傳動(dòng)副的最大傳動(dòng)比和最小傳動(dòng)比的比值，即因此，基本組的變速范圍為

第59頁/共152頁第一擴(kuò)大組的變速范圍為

第二擴(kuò)大組的變速范圍為

第60頁/共152頁

同理，第j擴(kuò)大組的變速范圍為

而傳動(dòng)系統(tǒng)總的變速范圍則等于各變速組變速范圍的乘積，即

在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，一般均應(yīng)遵循上述規(guī)律，這樣，傳動(dòng)系統(tǒng)所得到的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)是連續(xù)的等比級(jí)數(shù)，這種傳動(dòng)系統(tǒng)稱為正常傳動(dòng)系統(tǒng)。

第61頁/共152頁（二）結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式

只表示傳動(dòng)比的相對(duì)關(guān)系而不表示轉(zhuǎn)速數(shù)值的線圖稱為結(jié)構(gòu)網(wǎng)。結(jié)構(gòu)網(wǎng)也可看成是轉(zhuǎn)速圖的對(duì)稱形式，因結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動(dòng)關(guān)系，而不表示轉(zhuǎn)速數(shù)值，故可畫成對(duì)稱形式。但結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖有一致的變速特性，一個(gè)轉(zhuǎn)速圖將對(duì)應(yīng)一個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)，如圖4－16所示為12級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。

第62頁/共152頁第63頁/共152頁

結(jié)構(gòu)網(wǎng)表示出了各變速組的傳動(dòng)副數(shù)和各變速組的級(jí)比指數(shù)，還表示出其傳動(dòng)順序和擴(kuò)大順序。結(jié)構(gòu)網(wǎng)又可以簡化為結(jié)構(gòu)式，如圖4－16所示的結(jié)構(gòu)網(wǎng)可用12=31×23×26的結(jié)構(gòu)式表示，其中12代表轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，3、2、2表示變速組的傳動(dòng)副數(shù)和傳動(dòng)順序，下標(biāo)1、3、6表示各對(duì)應(yīng)變速組的級(jí)比指數(shù)。結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式表達(dá)的內(nèi)容是相同的，但結(jié)構(gòu)網(wǎng)更加直觀。第64頁/共152頁（三）轉(zhuǎn)速圖的擬定通過對(duì)轉(zhuǎn)速圖的擬定和分析可找出最佳的傳動(dòng)系統(tǒng)方案，它是傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

1．變速組及其傳動(dòng)副數(shù)的確定一定變速級(jí)數(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)可由不同數(shù)目的變速組組成。減少變速組的數(shù)目可以縮短傳動(dòng)鏈，但在總變速級(jí)數(shù)一定的情況下，勢(shì)必會(huì)增加各變速組內(nèi)傳動(dòng)副數(shù)目，并且降速過快，因而導(dǎo)致齒輪的徑向尺寸增大。第65頁/共152頁

現(xiàn)以18級(jí)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)系統(tǒng)為例，其組成方案有下列三種：①18=9×2；②18=6×3；③18=3×3×2。為使傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪總個(gè)數(shù)為最少，每個(gè)變速組的傳動(dòng)副數(shù)最好取p=2或3，并采用雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪進(jìn)行變速。而上述方案中，方案①需9+2=11對(duì)齒輪，方案②需6+3=9對(duì)齒輪，方案③只需3+3+2=8對(duì)齒輪，雖然增加了一個(gè)變速組，且相應(yīng)多了一根軸，但總的結(jié)構(gòu)尺寸卻可以減小，并且結(jié)構(gòu)也比較合理。第66頁/共152頁2．確定傳動(dòng)順序傳動(dòng)順序是指從動(dòng)力機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)各變速組傳動(dòng)副數(shù)的排列順序。在傳動(dòng)系統(tǒng)中，如果對(duì)各變速組的順序進(jìn)行不同的排列，則可以得到若干不同的傳動(dòng)方案。例如上述18級(jí)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)系統(tǒng)，按傳動(dòng)順序排列可得：

18=3×3×218=3×2×318=2×3×3第67頁/共152頁

為了能從這些方案中確定出最佳方案，一般應(yīng)遵循“前多后少”的原則，即傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在傳動(dòng)順序前面，傳動(dòng)副數(shù)較少的變速組安排在后面。這是由于傳動(dòng)系統(tǒng)一般為降速傳動(dòng)，如果把傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在前面，可使其轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，因此可減小傳動(dòng)件的尺寸，并可以節(jié)省材料，減少傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此應(yīng)選結(jié)構(gòu)式18=3×3×2的方案為好。第68頁/共152頁

3．確定變速順序

變速順序是指基本組和擴(kuò)大組的排列順序。在確定變速順序時(shí)，一般應(yīng)采用基本組在前，擴(kuò)大組在后的方案。這時(shí)各變速組的變速范圍逐漸增大，在轉(zhuǎn)速圖上表現(xiàn)為前面變速組的傳動(dòng)比連線分布較緊密，而后面變速組的傳動(dòng)比連線分布疏松，即“前密后疏”的原則。它的優(yōu)點(diǎn)是可使前面的各軸轉(zhuǎn)速范圍較小，使最低轉(zhuǎn)速較高并降低最高轉(zhuǎn)速，因此可以減小傳動(dòng)件的尺寸，并降低噪聲和振動(dòng)。第69頁/共152頁

如12級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)，在12=3×2×2中，按基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同可有以下六種方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見圖4—17所示。圖4—17a所示方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致，其中間軸的變速范圍較小，最低轉(zhuǎn)速較高，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，方案最佳。第70頁/共152頁第71頁/共152頁4．確定各變速組的傳動(dòng)比

對(duì)應(yīng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)式可以有多個(gè)轉(zhuǎn)速圖方案，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)式只能表示傳動(dòng)順序和變速順序，而并不能確定各個(gè)變速組傳動(dòng)比的具體數(shù)值。如圖4-18所示兩個(gè)轉(zhuǎn)速圖中，基本組的三個(gè)傳動(dòng)比都相鄰一格，擴(kuò)大組的兩個(gè)傳動(dòng)比都相鄰三格，這兩個(gè)轉(zhuǎn)速圖的結(jié)構(gòu)式相同，但各變速組傳動(dòng)比的數(shù)值不同。第72頁/共152頁第73頁/共152頁在確定傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1）各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比不應(yīng)超出極限傳動(dòng)比。在降速傳動(dòng)中，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過大，常限制最小傳動(dòng)比umin≥1/4；在升速傳動(dòng)中，為防止產(chǎn)生過大的振動(dòng)和噪聲，常限制最大傳動(dòng)比umax≤2；如用斜齒輪傳動(dòng)，則umax≤2.5。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)各變速組的變速范圍一般為r=umax/umin≤8～10。第74頁/共152頁

對(duì)于傳動(dòng)功率較小，傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較低、尺寸較小的傳動(dòng)系統(tǒng)，如進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)等，上述范圍可放寬到umin≥1/5，umax≤2.8，故變速范圍r≤14。

第75頁/共152頁

2）盡量提高中間軸的最低轉(zhuǎn)速。

分配降速傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)遵循“前緩后急”的原則使各變速組逐步降速，即按傳動(dòng)順序前面的變速組降速慢一些，后面的變速組降速快一些。按照這一原則，可使中間軸的最低轉(zhuǎn)速較高，有利于減小傳動(dòng)件的尺寸。第76頁/共152頁3）分配傳動(dòng)比時(shí)也應(yīng)避免較大的升速傳動(dòng)，因?yàn)樯賯鲃?dòng)使傳動(dòng)誤差擴(kuò)大，并引起較大的嚙合沖擊和噪聲。如果在傳動(dòng)鏈的始端就采用較大的升速齒輪傳動(dòng)，則將使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲增大。在滿足機(jī)械運(yùn)動(dòng)要求的前提下，盡量縮短傳動(dòng)鏈。縮短傳動(dòng)鏈可以減少傳動(dòng)零件、簡化結(jié)構(gòu)、減小傳動(dòng)鏈的積累誤差、減小傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)高速傳動(dòng)系統(tǒng)更應(yīng)盡量采用短的傳動(dòng)鏈。第77頁/共152頁例題：已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nm=1460r/min，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求三級(jí)變速，公比φ=1.58，轉(zhuǎn)速值分別為95、150、236r/min，確定轉(zhuǎn)速圖方案。（1）計(jì)算總降速比執(zhí)行構(gòu)件的最低轉(zhuǎn)速n1=95，n1比電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低很多，所以是降速傳動(dòng)。umax=nm/n1=1460/95=15.4。

第78頁/共152頁（2）確定傳動(dòng)副數(shù)目采用一個(gè)三聯(lián)齒輪變速組，由于一對(duì)齒輪許用的最大降速比為4，至少需要再用一對(duì)齒輪降速。（3）確定各對(duì)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比如果電動(dòng)機(jī)與變速箱之間用聯(lián)軸器連接時(shí)，可采用三軸二級(jí)串聯(lián)降速。Ⅰ-Ⅱ軸之間為三聯(lián)齒輪變速組，Ⅱ-Ⅲ軸之間為定比齒輪傳動(dòng)。變速組在前可減小三聯(lián)齒輪尺寸。傳動(dòng)比u1=1/φ3，u2=1/φ2，u3=1/φ，定比傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)比u4=1/φ3。第79頁/共152頁

如果電動(dòng)機(jī)與變速箱之間用帶傳動(dòng)，增加一級(jí)減速，減速比為φ，則傳動(dòng)比分別為u1=1/φ2，u2=1/φ，u3=1，定比傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)比u4=1/φ3。此方案優(yōu)于上一方案，輸入軸轉(zhuǎn)速較低，降低噪聲，三聯(lián)齒輪最小傳動(dòng)比大于1/4。可減小軸距。朱龍根書P133圖5-34.第80頁/共152頁第81頁/共152頁（四）齒輪齒數(shù)的確定轉(zhuǎn)速圖確定后，可以根據(jù)各對(duì)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比計(jì)算齒輪的齒數(shù)或帶輪的直徑。在確定齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）齒輪副的齒數(shù)和中心距不能太大，以免齒輪尺寸過大。一般推薦齒數(shù)和Sz≤100～120，選用在100以內(nèi)。朱龍根書P141有表可查。第82頁/共152頁2）同一變速中的各對(duì)齒輪，其中心距必須保證相等。

3）最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。

4）應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。為保證齒輪的強(qiáng)度，齒根到孔壁或鍵槽的壁厚應(yīng)有足夠的厚度，一般推薦該厚度值等于或大于2倍齒輪模數(shù)。由此可知，在確定最小齒輪齒數(shù)時(shí)，要先估算傳動(dòng)軸的直徑。第83頁/共152頁1．變速組內(nèi)模數(shù)相同時(shí)齒數(shù)的確定

由于同一變速組內(nèi)各對(duì)齒輪的中心距應(yīng)相等，當(dāng)模數(shù)相同時(shí)，若采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則各對(duì)齒輪的齒數(shù)和也相等。降速傳動(dòng)時(shí)，齒數(shù)和應(yīng)由最小傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪副確定；升速傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)由最大傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪副確定。根據(jù)同一變速組內(nèi)各對(duì)齒輪的中心距及齒數(shù)和相等的原理,首先根據(jù)最小傳動(dòng)比或最大傳動(dòng)比的一對(duì)齒輪副確定最小齒輪的齒數(shù)及齒數(shù)和，然后確定其他傳動(dòng)比的齒輪副的齒數(shù)。

第84頁/共152頁2．變速組內(nèi)模數(shù)不同時(shí)齒數(shù)的確定

在同一變速組內(nèi)，若不同的嚙合齒輪副采用不同的模數(shù)，確定齒數(shù)時(shí)，必須保證齒輪副的中心距相等。在確定不同模數(shù)的齒輪齒數(shù)時(shí)，常需經(jīng)過幾次試算才能最后確定。

第85頁/共152頁

二、無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的類型很多，主要有下列三類：

1）電氣無級(jí)變速。如直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)。

第86頁/共152頁2）液力及液（氣）壓變速。前者采用液力變矩器實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，后者采用節(jié)流調(diào)速或容積調(diào)速實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，如液壓缸和液壓馬達(dá)。3）機(jī)械無級(jí)變速。機(jī)械無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的類型很多，但多數(shù)都是利用摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于調(diào)速范圍大、功率和轉(zhuǎn)矩特性難于直接匹配的情況?？偸窃跓o級(jí)調(diào)速之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性的要求。第87頁/共152頁三、傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速

為保證傳動(dòng)系統(tǒng)零件的強(qiáng)度和壽命，應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)零件工作時(shí)的最大負(fù)載進(jìn)行承載能力計(jì)算。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩特性的機(jī)械，應(yīng)由工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性確定各傳動(dòng)零件的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

在設(shè)計(jì)可調(diào)傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行具體分析，確定傳動(dòng)零件的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。不少機(jī)械已有行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范和方法，設(shè)計(jì)時(shí)要采用。第88頁/共152頁

一般，應(yīng)按傳遞動(dòng)力機(jī)全部功率時(shí)各級(jí)轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速計(jì)算零件的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常把傳遞動(dòng)力機(jī)全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，稱為該傳動(dòng)零件的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj。舉例１、（圖４－２４）：中型通用機(jī)床（車床、銑床）和用途較廣的半自動(dòng)機(jī)床主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為（表４－１）：

nj=nminφ(Z/3-1)nmin－主軸最低轉(zhuǎn)速，Z－級(jí)數(shù)，φ—公比第89頁/共152頁第90頁/共152頁

下圖某通用車床的轉(zhuǎn)速圖中，φ＝1.26，主軸（Ⅴ軸）的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：利用前面的計(jì)算公式nj=30×1.26(18/3-1)=95r/min，Ⅳ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為118r/min，Ⅲ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為300r/min，Ⅱ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為750r/min，Ⅰ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為1450r/min。第91頁/共152頁

上式表示，如把主軸的全部轉(zhuǎn)速分為三等分，則從低速起的第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)中的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速作為主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。從計(jì)算轉(zhuǎn)速開始的以上各級(jí)轉(zhuǎn)速都能傳遞動(dòng)力機(jī)的全部功率，低于計(jì)算轉(zhuǎn)速的各級(jí)轉(zhuǎn)速都不能傳遞動(dòng)力機(jī)的全部功率。傳動(dòng)系統(tǒng)中其余中間傳動(dòng)零件的計(jì)算轉(zhuǎn)速為能實(shí)現(xiàn)傳遞動(dòng)力機(jī)全部功率的各級(jí)轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速。第92頁/共152頁例２：如圖某通用車床的轉(zhuǎn)速圖中，主軸（Ⅴ軸）的計(jì)算轉(zhuǎn)速為

nj=45×1.41(6/3-1)=63r/minⅣ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min，Ⅲ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為500r/min，Ⅱ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為1000r/min。P139圖5-48。第93頁/共152頁第94頁/共152頁

四、變速箱設(shè)計(jì)概述（一）變速箱的組成和要求將變速裝置、起停和換向裝置、制動(dòng)裝置及安全保護(hù)裝置裝在一個(gè)箱體中，并根據(jù)變速要求設(shè)置相應(yīng)的操縱機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)，就構(gòu)成了變速箱。變速箱的設(shè)計(jì)依據(jù)是傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，一般應(yīng)滿足如下要求：

1）運(yùn)動(dòng)方面的要求：如變速范圍、變速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速等。第95頁/共152頁2）使用性能和聯(lián)接尺寸上的要求：使用性能包括幾何精度、剛度、抗振性、噪聲、傳動(dòng)效率以及操作是否省力方便等。聯(lián)接尺寸包括技術(shù)參數(shù)尺寸、安裝尺寸和外廓尺寸等。

3）結(jié)構(gòu)工藝性能的要求：包括毛坯制造工藝性和熱處理工藝性、機(jī)械加工工藝性、裝配工藝性以及檢驗(yàn)、調(diào)整和維修的方便性。

4）遵守標(biāo)準(zhǔn)化和通用化原則。

第96頁/共152頁（二）箱內(nèi)各軸線的布置及軸的安裝1.箱內(nèi)各軸線的布置不同類型的機(jī)械其功用不同，要求不同，總體布局及結(jié)構(gòu)也不同。變速箱的設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足前述要求外，還應(yīng)考慮機(jī)械的總體布局，即變速箱的安裝位置、大小形狀以及工作要求。在布置箱內(nèi)各軸線時(shí)通常應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：1）應(yīng)考慮各軸線的傳動(dòng)順序。如圖第97頁/共152頁第98頁/共152頁第99頁/共152頁

箱體內(nèi)有兩道隔墻，形成三跨。左邊一跨內(nèi)裝有摩擦片離合器、基本組和第一擴(kuò)大組。軸Ⅲ為三支撐軸，把運(yùn)動(dòng)傳至中間一跨。在中間一跨形成兩路分支，一路直接把6級(jí)高轉(zhuǎn)速傳至主軸，另一路是通過背輪機(jī)構(gòu)經(jīng)三支撐軸Ⅳ把運(yùn)動(dòng)傳至右邊一跨，然后經(jīng)軸Ⅴ把18級(jí)低轉(zhuǎn)速傳至主軸(2*3*3)。第100頁/共152頁2）考慮各軸的空間位置，盡量縮小徑向尺寸，同時(shí)應(yīng)考慮加工工藝性。為了縮小徑向尺寸和簡化工藝，可使箱體內(nèi)某些軸線重合。3)考慮操縱方式對(duì)軸線布置的影響。當(dāng)采用機(jī)械方式對(duì)裝在軸上的離合器、滑移齒輪、制動(dòng)器等進(jìn)行操縱時(shí)，為方便操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)使這些軸盡量靠近操縱機(jī)構(gòu)，并且應(yīng)留有一定的空間以便于調(diào)整。第101頁/共152頁2．軸的安裝軸在箱體內(nèi)的安裝，一般用軸承支承。軸承的類型可根據(jù)軸的轉(zhuǎn)速和所承受的載荷來選擇。軸的轉(zhuǎn)速高時(shí)，應(yīng)選用滾動(dòng)軸承；載荷較大時(shí)，應(yīng)選用圓柱滾子軸承。當(dāng)軸有可能承受軸向載荷時(shí)還應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行軸向固定。軸向固定的方法有兩種，一種是一端固定，另一種是兩端固定。一端固定可使軸受熱后自由延伸，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此宜用于長軸。

另外，還應(yīng)注意軸向定位，每一根軸必須雙向定位。否則，有可能發(fā)生軸向串動(dòng)。第102頁/共152頁（三）齒輪在軸上的布置與排列

在變速傳動(dòng)組內(nèi)，應(yīng)盡量以較小的齒輪作為滑移齒輪，使滑移省力。齒輪滑移時(shí)必須使原處于嚙合狀態(tài)的齒輪完全脫開后，才能與另一齒輪進(jìn)入嚙合。因此，雙聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)組占用的軸向長度為B≥4b（b為齒輪厚度），如圖4-28。三聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)組占用的軸向長度為B≥7b，如圖4-29。

第103頁/共152頁第104頁/共152頁

可以采用下列一些方法來縮短軸向長度：

l）把三聯(lián)滑移齒輪一分為二，就能使軸向長度減少一個(gè)b。但將使操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜化。兩個(gè)滑移齒輪之間必須進(jìn)行互鎖，以防止兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合。如圖4—30。

第105頁/共152頁2）統(tǒng)一安排變速傳動(dòng)組。圖4-31a是二個(gè)變速組一般的排列方式，總長度B＞8b。圖4-31b將固定齒輪放在Ⅱ軸，主動(dòng)輪放在中間，被動(dòng)輪處于兩端，總長度B＞6b，采用公用齒輪也可軸向長度，如圖4-31c。第106頁/共152頁（四）相互嚙合齒輪的寬度

在一般情況下，一對(duì)相互嚙合的齒輪，寬度應(yīng)該是相同的。但是，考慮到操縱機(jī)構(gòu)的定位不可能很精確，撥叉也存在著誤差和磨損，使用時(shí)往往會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。這時(shí)只有部分齒寬參與工作，會(huì)使齒輪局部磨損，降低壽命。如果軸向尺寸并不要求很緊湊，可以使小齒輪比相互嚙合的大齒輪寬1～2mm，缺點(diǎn)是軸向尺寸有所增加。第107頁/共152頁第三節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)概述(P107)

提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的原動(dòng)機(jī)的類型有電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)和氣壓馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)，而在現(xiàn)代機(jī)械中電動(dòng)機(jī)是一種最常用的原動(dòng)機(jī)。通常將電動(dòng)機(jī)及其它的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置組成的系統(tǒng)稱為機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)。

第108頁/共152頁

現(xiàn)代機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)與一般機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要區(qū)別有以下三個(gè)方面：1、常用伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及調(diào)速；2、機(jī)械傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)精度、剛度高；3、性能要求高，常采用滾珠絲杠、無間隙齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)副及位置檢測裝置。第109頁/共152頁機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：1、擬定合理的傳動(dòng)方案；2、選擇合適的傳動(dòng)元件或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；3、確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，并滿足與機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)相互匹配的要求；對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行精度和剛度分析，保證系統(tǒng)具有良好的性能。第110頁/共152頁一、機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求1、寬的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。2、高的傳動(dòng)精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。3、定位精度高。4、響應(yīng)速度快。5、良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。6、無間隙傳動(dòng)。7、使用維護(hù)方便。

第111頁/共152頁二、影響機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的主要因素

1、負(fù)載的變化。負(fù)載包括工作負(fù)載、慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載等。2、慣性的大小。3、固有頻率的高低。4、摩擦、間隙、溫升、潤滑等。第112頁/共152頁三、常見機(jī)電傳動(dòng)部件1.伺服電動(dòng)機(jī)2.常用位置檢測裝置旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光電盤、編碼盤、光柵檢測裝置。(細(xì)節(jié)內(nèi)容不要求）第113頁/共152頁第四節(jié)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（P125）一、齒輪傳動(dòng)副

在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，常用齒輪傳動(dòng)副，其任務(wù)是傳遞伺服電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電動(dòng)機(jī)與負(fù)載相匹配。對(duì)傳動(dòng)裝置總的要求是傳動(dòng)精度高、穩(wěn)定性好和靈敏度高，在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，也應(yīng)滿足這三個(gè)指標(biāo)。第114頁/共152頁

齒輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括傳動(dòng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力計(jì)算（強(qiáng)度設(shè)計(jì)）和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多數(shù)內(nèi)容以前講過，這里只介紹無間隙齒輪結(jié)構(gòu)。在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中（主要是機(jī)床），為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，必須消除齒輪間隙。下面介紹幾種常用圓柱齒輪間隙消除的結(jié)構(gòu)形式：

1．直齒圓柱齒輪傳動(dòng)副第115頁/共152頁（1）偏心套調(diào)整法圖5－21所示為偏心套消隙結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)1通過偏心套2安裝到機(jī)床殼體上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套2，就可以調(diào)整兩齒輪的中心距，從而消除齒側(cè)的間隙。

第116頁/共152頁（2）錐度齒輪調(diào)整法圖5－22所示為帶有錐度的齒輪來消除間隙的結(jié)構(gòu)。在加工齒輪1和2時(shí)，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時(shí)，只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個(gè)齒輪的軸向相對(duì)位置，從而消除齒側(cè)間隙。

第117頁/共152頁（3）雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法圖5－23是雙片齒輪周向可調(diào)彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)。第118頁/共152頁2．斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)（1）軸向墊片調(diào)整法

墊片裝于薄片（厚度可調(diào)）齒輪、2之間。第119頁/共152頁（2）軸向壓簧調(diào)整法第120頁/共152頁3．齒輪齒條傳動(dòng)

齒輪齒條傳動(dòng)常用于行程較長的大型機(jī)床上，易于得到高速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)載荷較小時(shí)，可用雙片薄齒輪調(diào)整法；當(dāng)載荷較大時(shí)，可采用雙厚齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。第121頁/共152頁二、齒輪傳動(dòng)計(jì)算（P136）1．總傳動(dòng)比的確定（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算在開環(huán)系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)至絲杠間設(shè)有齒輪副傳動(dòng)裝置，其齒輪副的傳動(dòng)比i決定于系統(tǒng)的位移δ（即伺服系統(tǒng)接受一個(gè)指令脈沖驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)的距離）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角θ及絲杠導(dǎo)程Ph。如圖5－37。第122頁/共152頁傳動(dòng)比i、位移δ、步距角θ(°)、導(dǎo)程Ph

之間的關(guān)系為：對(duì)于b圖：（見該頁例，直線進(jìn)給）轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給，數(shù)控臺(tái)第123頁/共152頁（2）閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)，執(zhí)行件的位置決定于反饋檢測裝置，其傳動(dòng)比主要是由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和機(jī)床進(jìn)給速度決定。電動(dòng)機(jī)至工作臺(tái)的關(guān)系為：第124頁/共152頁

2.各級(jí)傳動(dòng)比的確定在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)至絲杠之間的總傳動(dòng)比已確定的情況下，通常按最小負(fù)載慣量原則來分配齒輪副的傳動(dòng)比，即按該原則設(shè)計(jì)的齒輪系統(tǒng)，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量最小。對(duì)圖5-37a，第1對(duì)齒輪速比為i1，第2對(duì)齒輪速比為i2，都大于1。假設(shè)主動(dòng)小齒輪有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JA=JC，齒輪為實(shí)心圓柱體，其余參數(shù)相同，軸與軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)，效率不計(jì)。第125頁/共152頁則兩對(duì)齒輪折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL為

JL=JA+JB/i12+JC/i12+JD/(i1i2)2=JA+JAi12+JA/i12+JAi22/i12對(duì)JL求偏導(dǎo)，令其為0，可得具有最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的條件

i16-i12-2(i1i2)2=0第126頁/共152頁

三、慣量匹配計(jì)算1．慣量匹配的基本原理慣量匹配是指機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量相匹配。慣量J由伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JM與機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載慣量JL兩部分組成：第127頁/共152頁

負(fù)載慣量JL由執(zhí)行部件以及上面裝的夾具、工件或刀具、滾珠絲杠、聯(lián)軸節(jié)等直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量或慣量折合到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量組成。JM是定值，JL則因執(zhí)行部件上的夾具、工件或刀具不同而有所變化。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，希望J的變化率((Jmax-Jmin)/Jmin)×100%小些。則應(yīng)該使JL所占比例小些。這就是進(jìn)給伺服系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM與負(fù)載慣量JL匹配原則。即JM應(yīng)大一些，但也不是越大越好，因JM越大，總慣量J也就越大，這將影響系統(tǒng)的靈敏性。第128頁/共152頁2．慣量匹配條件（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，應(yīng)滿足下式：

JM/JL≥1/4（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)1）采用慣量較小的直流伺服電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)1/3≤JM/JL＜1第129頁/共152頁2）采用大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng)

1≤JM/JL≤43．負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算為便于分析計(jì)算，通常將機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的各運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上，即等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，簡稱為負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。第130頁/共152頁

設(shè)一進(jìn)給系統(tǒng)，如圖5－38所示。它包含有M個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)零件和N個(gè)移動(dòng)零件。轉(zhuǎn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)