機械加工設備課件第三章

第三章機床主傳動系統(tǒng)設計Designofthemaintransmissionsystem第一節(jié)主傳動系統(tǒng)的組成及設計要求Complexityandrequirementofmaintransmittingsystem一、主傳動系統(tǒng)的組成

Complexityofmaintransmittingsystem

1．定比傳動機構(gòu)：常用形式

齒輪、離合器、皮帶功用升降速、

結(jié)構(gòu)傳動需要在傳動過程中傳動比固定不變的機構(gòu)。

2．變速裝置改變傳動軸間的傳動比，以實現(xiàn)各種不同的運動速度。常用形式

齒輪變速裝置——滑移齒輪；機械無級變速——摩擦無級變速器；

液壓無級變速；

交直流調(diào)速電機、伺服電機等

變速組：傳動軸間傳動比可變機構(gòu)所構(gòu)成的變速裝置。

3．主軸組件主軸組件=主軸+傳動件+支承件+緊固件+密封件

4．開停裝置功用控制主運動的啟動、停止。常用形式

離合器——CA6140摩擦片式離合器；直接控制電機——X62W。

5．制動裝置使主運動的執(zhí)行件盡快停止運動，以縮短輔助時間、保證安全。常用形式

機械剎車機構(gòu)——CA6140剎車輪、剎車帶。電氣——電機反接制動、電磁制動器等。

6．換向裝置改變主運動執(zhí)行件的運動方向。常用形式

機械——利用介輪；液壓——換向閥，BF1010液壓單臂仿形刨床；電氣——直接控制電機反轉(zhuǎn)，X62W。

7．操縱機構(gòu)控制變速、換向、開停、制動等動作的機構(gòu)。

8．潤滑與密封裝置用于各傳動件、軸承間的潤滑與密封。密封要求

三不漏——油、水、氣

9．箱體支承主傳動系統(tǒng)各零部件，以保證其間的確切位置。二、主傳動系統(tǒng)的設計要求Generalrequirements保證機床的Rn、Z、nmax、nmin、φ

2．滿足機床傳遞動力要求主電動機和傳動機構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率。

1．滿足機床的運動要求

3．滿足機床的精度要求

傳動系統(tǒng)的設計應使執(zhí)行件具有較高的精度、剛度、抗振性、耐磨性及較小的熱變形。這些要求不僅在傳動方案設計時加以考慮，在傳動件設計時也應給予考慮。

4．噪聲小

主傳動系統(tǒng)的噪聲在機床總噪聲中占有較高比例，且噪聲與運動有直接關(guān)系。目前國內(nèi)外對噪聲越來越重視，不僅要求分貝值，而且還要求其“品質(zhì)”。

5．滿足使用要求

傳動系設計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠等。

6．滿足工藝性要求

7．成本低三、主傳動系統(tǒng)分類和傳動方式（一）主傳動系統(tǒng)分類（1）按驅(qū)動主傳動的電動機類型方式交流電動機驅(qū)動直流電動機驅(qū)動單速調(diào)速多速無級（2）按傳動裝置類型可分為機械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置及其組合。（3）按變速的連續(xù)性可以分為有級變速傳動和無級變速傳動。有級變速傳動在一定的變速范圍內(nèi)只能得到某些轉(zhuǎn)速，變速級數(shù)一般不超過20~30級。傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動比準確，工作可靠；但有速度損失，不能在運轉(zhuǎn)中進行變速。無級變速傳動可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自動化；能在負載下變速，便于保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。但成本比較高、Rn小。機械無級變速器有時會產(chǎn)生比較大的摩擦熱和噪聲、振動。有級變速特點

無級變速特點

（二）主傳動系統(tǒng)的傳動方式

1．集中傳動方式主傳動系的全部傳動和變速機構(gòu)集中裝在同一個主軸箱內(nèi)，稱為集中傳動方式。結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)集中操縱，安裝調(diào)整方便。缺點是高速運轉(zhuǎn)的傳動件在運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動，將直接影響主軸的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性；傳動件所產(chǎn)生的熱量，會使主軸產(chǎn)生熱變形，使主軸回轉(zhuǎn)軸線偏離正確位置而直接影響加工精度。適用于普通精度的大中型機床。特點

應用

2．分離傳動方式主傳動系中的大部分的傳動和變速機構(gòu)裝在遠離主軸的單獨變速箱中，然后通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式，稱為分離傳動方式。特點

應用

變速箱各傳動件所產(chǎn)生的振動和熱量不能直接傳給或少傳給主軸，從而減少主軸的振動和熱變形，有利于提高機床的工作精度。缺點是箱體數(shù)量多、占地面積大。適用于精密或高精度機床。四、主傳動系統(tǒng)設計步驟1．調(diào)研（1）收集、調(diào)研設計所需要的原始數(shù)據(jù)及明確設計的基本要求（如運動、動力、精度等）。（2）收集國內(nèi)外同類型機床相關(guān)資料。

2．運動設計（1）擬定轉(zhuǎn)速圖。（2）傳動件設計，如估算齒輪模數(shù)、確定齒輪齒數(shù)及皮帶輪直徑等。（3）繪制機床主傳動部分的傳動系統(tǒng)圖。

3．結(jié)構(gòu)設計

設計主軸箱的裝配圖及拆畫零件圖，并進行必要的校核計算（如齒輪、傳動軸強度校核、軸承壽命校核、主軸剛度驗算等）。第二節(jié)主傳動系統(tǒng)的運動設計Motiondesignofmaintransmittingsystem（一）轉(zhuǎn)速圖的基本概念1．轉(zhuǎn)速圖的組成按等比數(shù)列排列的機床主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列可由下關(guān)系獲得。一、轉(zhuǎn)速圖Speedchart依此，可以得到轉(zhuǎn)速圖。（1）豎線：代表傳動軸，按傳動順序用羅馬數(shù)字依次表示軸號。（2）橫線（細實線）：代表每一級轉(zhuǎn)速。橫線的間隔是等距的，表征兩格之差為lgφ，即轉(zhuǎn)速之間呈φ倍關(guān)系，說明縱坐標是對數(shù)坐標。∵ni+1=niφ∴l(xiāng)gni+1=lg（niφ）=lgni+lgφlgni+1-lgni=lgφ

（5）數(shù)字：代表齒輪齒數(shù)和轉(zhuǎn)速值。（4）圓點：圓點為斜線與豎線的相交點，代表每一個傳動副所具有的轉(zhuǎn)速。（3）斜線（粗實線）：代表傳動副（如齒輪、皮帶輪等），其傾斜程度（斜率）代表該傳動副的傳動比值。兩軸間斜率相同的斜線表示同一傳動副。2．轉(zhuǎn)速圖的基本含義（1）傳動系統(tǒng)的組成及傳動順序；（2）變速組數(shù)及每個變速組內(nèi)的傳動副數(shù)；（3）每個傳動元件的轉(zhuǎn)速級數(shù)及轉(zhuǎn)速值；（4）主軸獲得每一級轉(zhuǎn)速所經(jīng)過的傳動路線；（5）每對傳動副的傳動比。（二）轉(zhuǎn)速圖的基本原理傳動順序：變速組的自然排列順序。即傳動的先后順序。Z=papbpc=3×3×2=181．a(chǎn)變速組（第一變速組）pa=3第一變速組3個傳動副的傳動比分別為：ua1=16/39=1/φ4=1/1.264ua2=19/36=1/φ3=1/1.263ua3=22/33=1/φ2=1/1.262

三個傳動比所構(gòu)成的傳動比數(shù)列為：ua1

：ua2

：ua3=1/φ4：1/φ3：1/φ2=1：φ：φ2

a變速組傳動副的傳動比數(shù)列是一個等比數(shù)列，公比為φ。它是使主軸獲得等比轉(zhuǎn)速數(shù)列必需的一個變速組，稱為基本組。級比Φ：變速組中相鄰兩個傳動比之比（大/?。＆礱=ua3/ua2=ua2/ua1=φ級比指數(shù)x：將級比寫成公比φ的整數(shù)次冪的形式，指數(shù)x稱為級比指數(shù)。即：Φ=φx

級比指數(shù)等于同一變速組內(nèi)兩相鄰傳動副間相距的格數(shù)。基本組：級比指數(shù)x=1的變速組稱為基本組，記為x0=12．b變速組（第二變速組）pb=3ub1=18/47=1/φ4=1/1.264ub2=28/37=1/φ=1/1.26ub3=39/26=φ2構(gòu)成的傳動比數(shù)列為：ub1：ub2：ub3=1/φ4：1/φ：φ2=1：φ3：φ6

級比

Φb=ub3/ub2=ub2/ub1=φ3

級比指數(shù)

xb=3

b變速組將經(jīng)基本組獲得的3級等比轉(zhuǎn)速值第一次擴大到九級，稱為第一擴大組。xb=pa=33．c變速組（第三變速組）pc=2uc1=19/71=1/φ6=1/1.266uc2=82/38=φ3=1.263構(gòu)成的傳動比數(shù)列為：uc1：uc2=1/φ6：φ3=1：φ9

級比

級比指數(shù)

Φc=uc2/uc1=φ9

xc=9

c變速組在第一擴大組的基礎上，第二次將Ⅳ軸上的九級轉(zhuǎn)速擴大到主軸上，使主軸獲得18級轉(zhuǎn)速，稱c組為第二擴大組。xc=papb擴大順序：考察變速組按級比指數(shù)大小排列的順序。變速組的變速范圍：變速組中最大與最小傳動比之比。傳動軸的變速范圍：傳動軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。常規(guī)傳動系統(tǒng)：傳動順序與擴大順序一致的傳動系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速圖的內(nèi)在規(guī)律

（1）變速系統(tǒng)是由一系列的變速組串聯(lián)得到的。（2）級比指數(shù)等于1的變速組為基本組，記為x0=1級比指數(shù)x=p0變速組為第一擴大組，記為x1=p0

級比指數(shù)xj=p0p1p2…pj-1的變速組為第j擴大組。（3）變速組的變速范圍（4）傳動軸的變速范圍（5）擴大順序與傳動順序可能一致，也可能不一致二、結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式structuraldiagramandformula結(jié)構(gòu)網(wǎng)（結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖、組織圖）：表征傳動鏈傳動比的相對關(guān)系，用來分析比較機床運動方案的圖。結(jié)構(gòu)式：將結(jié)構(gòu)網(wǎng)寫成等式的式子。寫法按照傳動順序，將傳動副右下角標上該變速組的級比指數(shù)的連乘等式。18=31×23×26×26（5）各軸的變速范圍。

2．與轉(zhuǎn)速圖的區(qū)別

（1）結(jié)構(gòu)網(wǎng)不表示實際值；（2）結(jié)構(gòu)網(wǎng)呈對稱形式。一個結(jié)構(gòu)式對應一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)，但可以有多個轉(zhuǎn)速圖；而一個轉(zhuǎn)速圖只能對應有一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)（結(jié)構(gòu)式）。

（1）傳動系統(tǒng)的組成；18=3×3×2（2）傳動順序與擴大順序；（3）各變速組的級比、級比指數(shù)及變速范圍；（4）各變速組的傳動副數(shù)；

1．說明問題三、轉(zhuǎn)速圖的擬定descriptionofspeedchart

（一）轉(zhuǎn)速圖的擬定原則1．變速組數(shù)及傳動副數(shù)的確定以Z=18的傳動系統(tǒng)為例。在等比排列的傳動系統(tǒng)中，是由各個變速組的傳動副數(shù)連乘獲得的，所以，應將Z=18分解為正整數(shù)連乘的形式，即：18=3×3×218=3×2×318=2×3×318=6×318=3×618=9×218=2×9傳動副數(shù)確定

一般采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪

原因（1）可以使Σpi最少；（2）操縱機構(gòu)簡單、便于操縱；（3）減小箱體的軸向尺寸；（4）有利于降速。結(jié)論

18=3×3×218=3×2×318=2×3×32．變速組排列順序確定由扭矩公式可知，當N一定時，n越小，M越大，則傳動元件的結(jié)構(gòu)尺寸也越大。

即“前多后少”原則結(jié)論

18=3×3×2

3．基本組、擴大組的確定

對于18=3×3×2的傳動方案，若要得到連續(xù)的等比轉(zhuǎn)速數(shù)列，3個變速組之間必須符合級比規(guī)律，按不同的擴大順序，有以下6種方案。18=31×33×2618=31×36×2318=33×31×2618=36×31×2318=32×36×2118=36×32×21即“前密后疏”或“前緊后松”結(jié)論

18=31×33×26

4．變速組的極限傳動比及變速范圍（1）降速比結(jié)論

一般規(guī)定u降min≥1/4

u降過小，會使被動齒輪尺寸大，箱體徑向尺寸大；主動齒輪小，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題。（2）升速比

u升過大，會使傳動誤差、振動、噪聲加大。結(jié)論

u升max≤2直齒圓柱齒輪（2.5斜齒輪）（3）變速組的最大變速范圍rmax該原則可以歸納為“升2降4”

5．傳動比分配

分配傳動比的幾個原則（1）各傳動副的傳動比盡量不超出極限傳動比的規(guī)定；（2）為了使比較多的傳動元件處于較高的轉(zhuǎn)速下，結(jié)構(gòu)尺寸小，應從電機開始，使降速比逐漸減小。即“先慢后快”原則

（3）變速組內(nèi)各傳動副的傳動比最好取公比φ的整數(shù)次冪。優(yōu)點可使中間傳動元件的轉(zhuǎn)速值與主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列一致；便于利用查表法確定齒輪齒數(shù)。轉(zhuǎn)速圖要點一個規(guī)律——傳動比規(guī)律

三個原則

傳動副“前多后少”

變速范圍“前緊后松”傳動比“先慢后快”兩個限制

“升2降4”（二）擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟已知條件：Z=18，nmin=30r.p.m，nmax=1500r.p.m，

φ=1.26n電=1450r.p.m

1．變速組數(shù)及傳動副數(shù)確定一般采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪，確定3個結(jié)構(gòu)式雛形。

2．確定變速組的排列順序依“前多后少”原則，取18=3×3×2此時應考慮結(jié)構(gòu)因素，如CA6140第一變速組pa=2的原因。

3．確定基本組、擴大組

依“前緊后松”原則，取18=31×33×29，并驗算r2。

4．確定是否增加定比傳動由電機至主軸的總降速比為：三個變速組可能達到的最小降速比為：將u總與u降比較，有下列兩種情形：（1）u總<u降，必須加；（2）u總>u降，原則上可以不加；但為了不使變速組內(nèi)的最小傳動比都接近極限值和增加系統(tǒng)的可調(diào)性，一般均加一定比傳動。結(jié)論

加一定比傳動

5．分配降速比

兩種分配方法從主軸開始分配；從電機開始向主軸進行分配。（1）傳動軸數(shù)計算傳動軸數(shù)=變速組數(shù)+定比傳動數(shù)+1又因為有18級轉(zhuǎn)速，應有18條水平線。（2）在轉(zhuǎn)速圖Ⅰ上找到n電點，設為A，在主軸上找到nmin點，設為E，從A到E大致需要降17格，即u降=1/φ17。（3）由于最后擴大組的變速范圍達到了極限值，則意味第二擴大組的最小傳動比為1/4。若沒有達到此情形，為了能使在主軸上出現(xiàn)一個大齒輪（起到飛輪作用），且減小傳動誤差，一般也將最后擴大組的最小傳動比取到極限值。（4）依“先慢后快”原則分配其他降速比。

6．根據(jù)轉(zhuǎn)速圖傳動比的內(nèi)在規(guī)律，畫出各變速組的其他傳動副。

7．完成其他連線。四、齒輪齒數(shù)的確定determiningnumberofteeth

（一）確定齒數(shù)的原則

Theprincipleofdeterminingnumberofteeth

1．齒數(shù)和SZ（1）在m一定時，SZ大，中心距a=mSZ/2也增大，箱體徑向尺寸大；∴根據(jù)經(jīng)驗，規(guī)定SZ≤100~120（2）在m一定時，SZ不宜過小?！郤Z>7070<SZ≤100~120

2．最小齒數(shù)Zmin（1）以不產(chǎn)生根切為原則：Zmin≥18~20（2）考慮安裝方式：軸齒輪Zmin≥14直接安裝在軸上Zmin≥16采用滾針軸承Zmin≥20（3）齒輪結(jié)構(gòu)因素：為防止在齒輪內(nèi)孔鍵槽應力集中處受力斷裂。即，對于直齒圓柱齒輪，于是有：，解之得：

3．齒數(shù)分配應符合傳動比要求（二）變速組內(nèi)各傳動副模數(shù)相同時齒數(shù)的確定應考慮兩個因素結(jié)構(gòu)：m，D內(nèi)

傳動比：u方法計算法表查法

圖解法

1．計算法

條件：齒輪不變位，各傳動副傳動比已知。

步驟（1）首先確定變速組的齒數(shù)和SZ

1）可根據(jù)前述規(guī)定選取SZ，但不一定滿足Zmin要求；

2）計算，先根據(jù)變速組的位置等因素設定Zmin，再依傳動比計算出與之嚙合的大齒輪齒數(shù)，兩者相加即為SZ。（2）依公式求出組內(nèi)其他各齒輪齒數(shù)。2．查表法條件：除了計算法的條件外，傳動比u應是公比φ的整數(shù)次冪。步驟（1）確定Zmin及SZmin

Zmin必在傳動比最大或最小的傳動副中，在對應的最大或最小傳動比行中，確定一個Zmin；查Zmin所在列所對應的SZmin

（2）向SZ增大方向找出可能采用的SZ值。可能采用的條件是SZ能同時滿足變速組內(nèi)各個傳動比的需要（3）確定采用的SZ在結(jié)構(gòu)允許時，SZ盡可能小，且應考慮前述關(guān)于SZ的限制及變速組所在的位置。（4）在采用的SZ列，對應變速組傳動比的位置，找出各對傳動副中的小齒輪齒數(shù)。（5）由公式計算出其他各齒輪齒數(shù)。（三）三聯(lián)滑移齒輪齒數(shù)間的關(guān)系三聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)確定后，應對齒數(shù)加以驗算，以保證滑移齒輪能夠順利移動進行嚙合。Z1或Z2與Z’3的齒頂圓半徑之和小于兩軸的中心距A設：Z3>Z2>Z1，則只要驗算Z2即可。依前述原則有：又結(jié)論滑移齒輪最大與次大齒數(shù)之差應大于4。原則（四）變速組內(nèi)模數(shù)不同時齒數(shù)的確定

已知條件：傳動比、對應的齒輪模數(shù)，齒輪不變位。設齒數(shù)和為SZ1、SZ2，u1=Z1/Z’1,u2=Z2/Z’2因為齒輪不變位,兩齒輪副的中心距應相等，即有A1=A2

（e1、e2無公因數(shù)整數(shù)質(zhì)數(shù)，K正整數(shù)）試取K值，使齒數(shù)和滿足要求。再依公式求出其它齒數(shù)

第三節(jié)主傳動系統(tǒng)的幾種特殊變速方式Certainspecialspeed-changemodeofmaintransmissionsystem一、交換齒輪變速change-gears交換齒輪（掛輪、配換掛輪）：將齒輪傳動副的主從動倒置使用，以改變傳動比、實現(xiàn)變速的傳動裝置。設u1=Z/Z’，則u2=Z’/Z=1/u11．轉(zhuǎn)速圖特點

2．使用特點

結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，不需要操縱機構(gòu)；軸向尺寸小，齒輪數(shù)量少；變速、潤滑不便；變速范圍小。

3．采用方式（1）單獨使用：由一組或幾組交換齒輪組成變速系統(tǒng)。該種方式應用少。（2）與其它變速方式共同使用：可以作為基本組、一擴、二擴…，但一般不作為基本組使用。作為變速組時的最大變速范圍r背max=4

4．位置在結(jié)構(gòu)允許條件下，置前。5．應用場合（1）不經(jīng)常變速；（2）T輔對η影響不大的機床；（3）結(jié)構(gòu)要求緊湊。二、多速電機multiple-speedmotor

多速電機是指電機的同步轉(zhuǎn)速有兩級或三級。如1500/3000、750/1500。由于電機本身可以變速，所以它也相當于一個變速組，通常稱之為電變組。對于雙速電機，r電=2，p電=2

1．轉(zhuǎn)速圖特點從電機軸開始，整個轉(zhuǎn)速圖上下平移，平移的格數(shù)為φx=2的指數(shù)。

2．與其它變速組的關(guān)系及采用方式

∵將多速電機視為變速組∴對于雙速電機，p電=2；三速電機，p電=3若要使采用多速電機的傳動系統(tǒng)得到連續(xù)的等比轉(zhuǎn)速數(shù)列，則該變速組就必須符合級比規(guī)律。即：對于雙速電機，r電=φE=2，（E為正整數(shù)）滿足此條件的公比只能有：1.06、1.12、1.26、1.41、2

又因為多速電機的位置在傳動系統(tǒng)的最前面，為使轉(zhuǎn)速圖符合“前緊后松”原則，采用多速電機的傳動系統(tǒng)公比只能取1.26和1.41。且Φ電=r電=1.263=1.412=φx=2即電變組的級比指數(shù)為x電=2或3在傳動系統(tǒng)的公比φ≠2的情況下，電變組不能作為基本組，而只能作為第一擴大組。

當φ=1.26時,基本組的傳動副數(shù)p0=3；

當φ=1.41時，基本組的傳動副數(shù)p0=2。3．特點可以簡化傳動鏈，實現(xiàn)部分轉(zhuǎn)速在運轉(zhuǎn)時變速。但由于多速電機在不同轉(zhuǎn)速下輸出功率不同，如710/1440，7.5/10KW，此特性與機床實際狀態(tài)相悖，高速時大功率輸出可以得到應用。結(jié)論

4．位置

在變速系統(tǒng)的最前面。一般情況下，基本組緊隨其后。采用多速電機的變速系統(tǒng)傳動順序與擴大順序不一致，為非常規(guī)傳動系統(tǒng)。5．應用場合多速電機變速系統(tǒng)多應用于：自動、半自動機床；搖臂鉆床；鏜床及數(shù)控車床等。三、擴大變速范圍Rn的傳動系統(tǒng)

Transmissionsystemofexpandingspeed-changerang

1．增加變速組的傳動系統(tǒng)

對于一個常規(guī)傳動系統(tǒng)，當結(jié)構(gòu)式確定后，該系統(tǒng)的組成和變速范圍也隨之確定。例如：Z=12，φ=1.41的變速系統(tǒng)可以確定的一個常規(guī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式為：12=31×23×26

變速范圍為：Rn=φ11≈45為了使Rn增加，現(xiàn)增設一個變速組。該變速組為第三擴大組，設p3=2，結(jié)構(gòu)式為：24=31×23×26×212

第三擴大組的變速范圍已遠遠超過8的規(guī)定，為了滿足變速組變速范圍的要求，只能取r3=8，此時。Rn=φ17≈344。結(jié)構(gòu)式為：18=31×23×26×212-6結(jié)論增加變速組可以擴大傳動系統(tǒng)的變速范圍，但與此同時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速重復現(xiàn)象。啟發(fā)可以利用轉(zhuǎn)速重復的方式來“湊”轉(zhuǎn)速級數(shù)。例：19=31×23×26×2（12-5）

2．背輪機構(gòu)backgearingmechanism

Ⅰ——輸入軸，Ⅲ——輸出軸，

Ⅰ、Ⅲ軸同軸線不同軸；

Z2、Z3可以固定連接在Ⅱ軸上，也可以聯(lián)體空套在Ⅱ軸上。當離合器M合上時，傳動比為：u1=umax=1當M斷開如圖示時，其傳動比為：u2=umin=Z1/Z2?Z3/Z4=1/4×1/4=1/16背輪機構(gòu)可以獲得2個傳動比，相當于p=2的變速組。顯然，背輪機構(gòu)的變速范圍大于8，可以擴大變速系統(tǒng)的變速范圍Rn。通常背輪機構(gòu)在傳動系統(tǒng)中作為最后擴大組使用，且應用比較多。轉(zhuǎn)速圖表示法

3．分支傳動系統(tǒng)branchtransmission

通常傳動系統(tǒng)是由多個變速組串聯(lián)獲得，如轉(zhuǎn)速級數(shù)為：Z=papbpc

為了將變速范圍Rn擴大，可采用分支傳動，如結(jié)論采用分支傳動可以使變速系統(tǒng)的變速級數(shù)Z增加，從而使變速系統(tǒng)的變速范圍增大。采用分支傳動時應注意的兩個問題：（1）注意不同傳動路線應使主軸的轉(zhuǎn)向一致；（2）應保證結(jié)構(gòu)及操縱機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)。如CA6140臥式車床：24=21×32×26×2（12-6）+21×32

四、采用混合公比的傳動系統(tǒng)compositeratio混合公比：在一個傳動系統(tǒng)中，采用多于一個公比，稱之為混合公比或多公比。

1.問題的提出（1）在機床的轉(zhuǎn)速數(shù)列中，各級轉(zhuǎn)速的使用機會并不相同。Amax=1-1/φ

（2）有的傳動系統(tǒng)，要求具有一定的變速范圍Rn，且又要求轉(zhuǎn)速級數(shù)Z一定。（3）有些機床，為了一些特殊需要，設置一些較低或較高轉(zhuǎn)速（如立車找正、攻絲、鉆小孔等）。

2.采用混合公比傳動系統(tǒng)的特點以Z3040轉(zhuǎn)速圖為例。結(jié)論改變基本組級比指數(shù)，可以得到混合公比傳動系統(tǒng)變形的基本組級比指數(shù)滿足條件：

3.混合公比的取法φ小1.061.121.191.261.331.41φ大=φ2小1.121.261.411.581.782滿足上述條件就可以得到“對稱型雙公比”混合公比傳動系統(tǒng)。

4.變速組的排列順序由于采用混合公比的傳動系統(tǒng)基本組的級比指數(shù)x’0≠1，為使變速系統(tǒng)的級比指數(shù)符合“前緊后松”原則，需要把變型的基本組排在適當位置。五、采用公用齒輪的傳動系統(tǒng)compositegear公用齒輪：在相鄰兩個變速組中，如果某一個齒輪既是前一個變速組的從動齒輪，又是后一個變速組的主動齒輪，即該齒輪同時屬于前后兩個變速組，則這樣的齒輪稱為公用齒輪。單公用齒輪：在相鄰兩個變速組中，只有一個公用齒輪的傳動。雙公用齒輪：在相鄰兩個變速組中，有兩個公用齒輪的傳動。

1.單公用齒輪傳動

如果采用單公用齒輪傳動，則在擬定轉(zhuǎn)速圖確定傳動副傳動比時，只需要注意這個齒輪屬于前后兩個變速組即可，具體要求與齒輪齒數(shù)確定等諸多原則一致。由于徑向尺寸、齒輪磨損等因素的影響。一般可用K＝Sb/Sa值來判斷方案的可行性。采用單公用齒輪傳動，兩個變速組的模數(shù)必須相同。K＝Sb/Sa=Ab/Aa

Sb、Sa——前、后兩個變速組的齒數(shù)和；Ab、Aa——前、后兩個變速組的中心距。式中：ua=Za/Zg，ub=Zg/Zb

令則Sa=Za+Zg=（1+ua）Zg，Sb=Zg+Zb=（1+ub）Zg/ub

于是為防止采用單公用齒輪后徑向尺寸過大或過小，應取1≤K<1.25

由于Zg受力形式為對稱循環(huán)，故在選取Zg時應注意：（1）選齒數(shù)和較大者；（2）在降速傳動副中選??；（3）前后兩個變速組的齒數(shù)和數(shù)值相近；（4）兼顧其它因素（二）雙公用齒輪傳動1．降速傳動降速傳動：如果采用雙公用齒輪傳動所得到的轉(zhuǎn)速全部或者大部為降速，這種傳動稱為降速傳動。升速傳動：如果采用雙公用齒輪傳動所得到的轉(zhuǎn)速全部或者大部為升速，這種傳動稱為升速傳動。

2．采用雙公用齒輪傳動應注意的問題

如果采用雙公用齒輪降速傳動，在擴大順序上應擴大組在前，基本組在后；若為升速傳動，則基本組在前，擴大組在后。證明：“降速傳動擴大組在前，基本組在后”設u1=Z1/Z2，u2=Z4/Z5，u3=Z2/Z3，u4=Z5/Z6∵Z1>Z4∴Z5>Z2，Z3>Z6

若齒輪不變位，且m相同時有：Z1+Z2=Z4+Z5，Z2+Z3=Z5+Z6于是Z5-Z2=Z1-Z4=Z3-Z6=ΔZ∴Z1=Z4+ΔZ；Z3=Z6+ΔZ；Z5=Z2+ΔZ各變速組的級比為：因為是降速傳動，有Z6>Z4

Φ1-2>Φ2-3

又∵Φ1-2=φa

，Φ2-3=φb∴a>b，即a變速組為擴大組，b變速組為基本組。3．特點采用雙公用齒輪傳動可以減少齒輪數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)，縮小軸向尺寸，降低成本。公用齒輪的受力為對稱循環(huán)彎曲應力，所以壽命低。為保證等壽命，需要公用齒輪的結(jié)構(gòu)和材料較非公用齒輪要高。六、無級變速steplessspeedvariation種類機械：摩擦無級變速器電氣：交直流調(diào)速電機、伺服電機液壓：液壓變速機構(gòu)，如液壓缸、閥特點可在一定范圍內(nèi)得到所需要的任何轉(zhuǎn)速，可選擇合適切削用量；一般可在運轉(zhuǎn)中變速，有利于實現(xiàn)自動化。機械無級變速器變速范圍一般比較?。≧n≤10），如果單獨作為變速系統(tǒng)，往往滿足不了需要（一般通用機床的Rn=50~100，甚至更高）。為了滿足變速系統(tǒng)的變速范圍，通常將無級變速器與有級變速機構(gòu)串聯(lián)使用。設有級變速變速范圍為R有，無級變速范圍為R無，則系統(tǒng)的變速范圍Rn為：Rn=R有R無

無級變速器在傳動系統(tǒng)中一般作為基本組使用。若希望在Rn范圍內(nèi)，使整個轉(zhuǎn)速均為無級可調(diào)，則需要有級變速的公比φ等于無級變速的變速范圍，即：φ=R無

實際上，取φ=（0.94~0.96）R無，使轉(zhuǎn)速重復一些。第四節(jié)主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計Structuraldesignofmaintransmissionsystem

（一）布局

1．決定因素及要求機床的用途、類型、尺寸規(guī)格。因素要求傳動鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、操縱方便及制造、裝配工藝性好。一、主傳動系統(tǒng)的布局及變速機構(gòu)的類型

Typeofarrangementandspeedchangegear

2．形式形式集中傳動式分離傳動式（二）變速機構(gòu)類型

1．交換齒輪變速

2．滑移齒輪變速

3．離合器變速類型牙嵌離合器齒輪離合器摩擦離合器注意點（1）為減小離合器的尺寸，在條件允許時，應盡可能放在轉(zhuǎn)速較高的軸上。（2）在布置時，應避免出現(xiàn)超速現(xiàn)象。超速現(xiàn)象：當通過一條傳動路線工作時，另一條傳動路線上出現(xiàn)高速空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象（3）主軸上不能放置摩擦離合器，特別是電磁摩擦離合器，以避免摩擦片發(fā)熱和剩磁對主軸回轉(zhuǎn)精度的影響