第2章金屬切削機床設計第一頁，共276頁?！?.1概述§2.2金屬切削機床設計的基本理論§2.3金屬切削機床總體設計§2.4主傳動系設計§2.5進給傳動系設計§2.6機床控制系統(tǒng)設計第二頁，共276頁。2.1概述2.1.1機床設計的基本要求2.1.2機床的設計方法*2.1.3機床的設計步驟2.1.4機床的總體布局第三頁，共276頁。2.1.1機床設計的基本要求1.工藝范圍2.柔性3.與物流系統(tǒng)的可親性4.精度和剛度5.生產(chǎn)率和自動化程度6.機床的成本和生產(chǎn)周期7.可靠性8.造型與顏色9.機床設計方法10.環(huán)境保護第四頁，共276頁。1.工藝范圍

指機床適應不同生產(chǎn)要求的能力（加工功能）。包括：機床可完成的工序種類，所加工零件的類型、材料和尺寸范圍、毛坯種類、加工精度和表面粗糙度。

不同工藝范圍對機床結構的影響：

如果機床的工藝范圍過寬，將使機床的結構復雜，不能充分發(fā)揮機床各部件的性能；如果機床的工藝范圍較窄，可使機床結構簡單，易于實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)率。

第五頁，共276頁。1.工藝范圍不同的生產(chǎn)模式對工藝范圍要求不同：

單件大量生產(chǎn)——要求加工效率高、工藝范圍窄，機床結構簡單。如：組合機床。

單件小批量生產(chǎn)——要求擴大機床功能，工藝范圍廣，機床結構復雜。如：通用車床。

多品種小批量生產(chǎn)——要求機床運動和刀具多，加工精度高，工藝范圍廣。如：數(shù)控機床、加工中心。

通用機床都具有較寬的工藝范圍；數(shù)控機床的工藝范圍比傳統(tǒng)通用機床更寬，使其具有良好的柔性；專用機床和專門化機床則應合理地縮小工藝范圍。第六頁，共276頁。2.柔性

機床的柔性，是指其適應加工對象變化的能力，包括空間上的柔性和時間上的柔性。所謂空間柔性也就是功能柔性。包括機床的通用性和同一時期的機床重構能力；例如：對加工控制軟件進行調(diào)整或修改，適應多種零件的加工要求。所謂時間上的柔性也就是結構柔性，指的是在不同時期，機床各部件重新組合，即通過機床重構，改變其功能，以適應產(chǎn)品更新變化快的要求。第七頁，共276頁。3.與物流系統(tǒng)的可親性可親性是指機床與物流系統(tǒng)之間進行物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度。對于單機工作形式的普通機床，是由人進行物料交接的，要求機床的使用、操作、清理、維護方便。對于自動化柔性制造系統(tǒng)，機床與物流系統(tǒng)(如輸送線)是自動進行物料交接的，要求機床結構形式開放性好，物料交接方便。第八頁，共276頁。4.精度和剛度機床的精度分為幾何精度和加工精度。幾何精度指機床不運動或空載條件下機床本身的精度。反映機床主要零部件的幾何形狀精度、相對位置、相對運動軌跡精度。是評價機床質量的基本指標，取決于零部件的設計和制造裝備精度。加工精度指加工后零件對理想尺寸、形狀、位置的符合程度。影響加工精度的因素很多，與機床本身的幾何精度、傳動精度、運動精度、定位精度和低速平穩(wěn)性、動態(tài)剛度、熱變形等有關。第九頁，共276頁。5.生產(chǎn)率和自動化程度生產(chǎn)率是指在單位時間內(nèi)機床加工合格產(chǎn)品的數(shù)量。要提高生產(chǎn)率，必須縮短單個零件的加工時間、裝卸時間和分攤的準備終了時間。自動化是指利用裝備取代或放大人的體力、取代或延伸人的部分智力而自動完成工作的性能。自動化程度越高，越能保證加工精度的穩(wěn)定性，減少操作者的勞動強度。

自動化大批量生產(chǎn)采用組合機床、數(shù)控機床組成生產(chǎn)線；

自動化單件小批量生產(chǎn)采用有數(shù)控機床、加工中心構成的柔性制造系統(tǒng)，或者由柔性系統(tǒng)構成的自動化工廠。第十頁，共276頁。6.機床的成本和生產(chǎn)周期成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，包括設計、制造、包裝、運輸、使用維護和報廢處理等的費用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標，應在盡可能保證機床性能要求的前提下，提高其性能價格比。生產(chǎn)周期(包括設計和制造)是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標，應盡可能縮短機床的生產(chǎn)周期。這就要求機床設計應盡可能采用現(xiàn)代設計方法，如CAD、模塊化設計等。機床的壽命是指機床保持其應有加工精度的使用期限，也稱精度保持性。第十一頁，共276頁。7.可靠性機床的可靠性是指機床在使用壽命期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，分為：

固有可靠性：通過設計、制造賦予機床。

使用可靠性：受使用、維護方式和使用條件的影響。可靠性是一項重要技術經(jīng)濟指標，分為：

機床在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生失效的難易程度；可修復機床在失效后在規(guī)定時間內(nèi)修復的難易程度；第十二頁，共276頁。2.1.3機床的設計步驟1.總體設計2.詳細設計3.機床整機綜合評價4.定型設計第十三頁，共276頁。2.1.3機床的設計步驟1.總體設計（1）機床主要技術指標設計（2）總體方案設計（3）總體方案綜合評價與選擇（4）總體方案的設計修改與優(yōu)化工藝范圍運行模式生產(chǎn)率性能指標主要參數(shù)驅動方式成本及周期第十四頁，共276頁。2.1.3機床的設計步驟1.總體設計（1）機床主要技術指標設計（2）總體方案設計（3）總體方案綜合評價與選擇（4）總體方案的設計修改與優(yōu)化運動功能設計基本參數(shù)設計傳動系統(tǒng)設計總體機構布局控制系統(tǒng)設計第十五頁，共276頁。2.2金屬切削機床設計的基本理論2.2.1精度2.2.2剛度2.2.3抗振性2.2.4熱變形2.2.5噪聲2.2.6低速運動平穩(wěn)性第十六頁，共276頁。2.2.1精度1、幾何精度2、運動精度3、傳動精度4、定位精度5、工作精度6、精度保持性第十七頁，共276頁。機床剛度指機床系統(tǒng)抵抗變形的能力，用K=F/Y表示，機床剛度可分為靜剛度和動剛度，習慣上說的剛度指靜剛度。整機剛度反映整臺機床在靜載荷作用下，各構件和結合面抵抗變形的綜合能力。2.2.2剛度第十八頁，共276頁。

指抵抗受迫振動的能力（即抗振性）和抵抗自激振動的能力（即切削穩(wěn)定性）。1、受迫振動2、自激振動

3、影響機床振動的因素：

（１）機床的靜剛度 （２）機床的阻尼特征 （３）機床系統(tǒng)的固有頻率2.2.3抗振性第十九頁，共276頁。

針對影響機床性能較大，且固有頻率較低的振型制定措施。隔離外振源主運動電動機與主機分離，用橡膠摩擦傳動驅動主運動。對于傳動鏈振源采用變頻無級調(diào)速或雙速電動機，縮短傳動鏈；提高傳動鏈傳動組件、主軸組件的剛度；大傳動件設計動平衡或阻尼機構；提高各部件結合面精度，增強局部剛度。預防受迫振動的措施：預防自激振動的措施：增大工作部件的阻尼比調(diào)整切削寬度及時修磨刀具，穩(wěn)定切削第二十頁，共276頁。2.2.4熱變形內(nèi)部熱源：電動機、液壓系統(tǒng)、機械摩擦副、切削熱外部熱源：環(huán)境溫度、周圍熱源輻射自身因素：熱源分布不均，金屬材料不同的熱膨脹系數(shù)；減少熱變形的措施：隔離熱源電動機、液壓泵、油箱與主機分離控制環(huán)境溫度精密、數(shù)控機床需要在恒溫條件下工作強制冷卻熱源

采用切削液冷卻加工部位，壓力潤滑油循環(huán)冷卻主軸軸承、利于排屑。第二十一頁，共276頁。2.2.5噪聲噪聲評價有客觀度量和主觀度量兩種。機床噪聲來源于：機械噪聲、液壓噪聲、電磁噪聲、空氣動力噪聲

機械噪聲中，齒輪振動影響傳動平穩(wěn)性，是主要噪聲源。產(chǎn)生的因素是齒輪的基節(jié)偏差和齒形誤差，是由滾刀的制造和安裝誤差以及齒輪的制造誤差造成的。措施：縮短傳動鏈，采用小模數(shù)、硬面齒輪，降低傳動件的線速度和提高阻尼比，增加齒輪嚙合重合度和提高支撐件的剛度。第二十二頁，共276頁。（1）爬行現(xiàn)象和機理2.2.6低速運動平穩(wěn)性第二十三頁，共276頁。（2）爬行的臨界速度Vk（mm/s）（爬行量、速度波動量）

2.2.6低速運動平穩(wěn)性

ΔF：靜、動摩擦力之差；K0：傳動系統(tǒng)的當量剛度；m：運動部件的質量；Ψ

：由導軌和傳動系統(tǒng)的阻尼比ζ決定的系數(shù)。對于一個運動系統(tǒng)，當高于臨界速度Vk，則不會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。第二十四頁，共276頁。（3）消除爬行的措施

1、減少靜、動摩擦參數(shù)之差 2、提高傳動機構的剛度

3、降低移動件的質量

4、提高阻尼比2.2.6低速運動平穩(wěn)性采用導軌油采用滾動摩擦代替滑動摩擦采用卸荷導軌和靜壓導軌采用減摩導軌材料第二十五頁，共276頁。（3）消除爬行的措施

1、減少靜、動摩擦參數(shù)之差 2、提高傳動機構的剛度

3、降低移動件的質量

4、提高阻尼比2.2.6低速運動平穩(wěn)性機械傳動液壓傳動第二十六頁，共276頁。2.3金屬切削機床總體設計2.3.1機床系列型譜的制定2.3.2機床的運動功能設計2.3.3機床總體結構方案設計2.3.4機床主要參數(shù)的設計第二十七頁，共276頁。

機床分為十一大類，每類通用機床都有它的主參數(shù)系列，而每一規(guī)格又有基型和變型，合稱為這類機床的系列和型譜。2.3.1機床系列型譜的制定第二十八頁，共276頁。第二十九頁，共276頁。

認識和分析機床，首先應根據(jù)在該機床上所要求加工的表面形狀、使用的刀具類型和加工方法去分析機床的運動，即分析機床必須具備那些運動？以及弄明白這些運動的性質。然后，在這個基礎上，再進一步了解機床傳動部分的組成，以及為實現(xiàn)機床所需運動的機構及結構，并掌握機床運動的調(diào)整。這個認識機床的方法，我們稱之為“表面—運動—傳動—機構（結構）—調(diào)整”的認識機床的方法。2.3.2機床的運動功能設計第三十頁，共276頁。

（一）機床的工作原理

通過刀具與工件之間的相對運動，由刀具切除工件表面多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何形狀、尺寸，并達到其精度要求。

第三十一頁，共276頁。（二）工件表面的形成原理

1.幾何表面的形成原理

任何表面都可以看作是一條線（母線）沿著另一條線（導線）運動的軌跡。平面、柱體等。第三十二頁，共276頁。

2.加工表面的形成方法加工表面的形成方法是母線形成方法和導線形成方法的組合。故加工表面形成所需的刀具與工件之間的相對運動也是形成母線和導線所需相對運動的組合。母線和導線在一定條件下可以互換第三十三頁，共276頁。（一）切削刃的形狀和發(fā)生線的關系點（車）、線（成型加工）、線（包絡線）

3.發(fā)生線的形成第三十四頁，共276頁。

3.發(fā)生線的形成(1)軌跡法(點切削刃做直線運動形成發(fā)生線)(2)成形法（線切削刃與發(fā)生線重合）(3)相切法（面切削刃與工件接觸線與發(fā)生線重合）(4)范成法（線切削刃在刀具與工件做展成運動時形成發(fā)生線的包絡線）

第三十五頁，共276頁。（三）機床運動分類

1.按運動的功能分類

(1)成形運動：主運動、進給運動（消耗能量）

主運動、形狀創(chuàng)成運動（完成功能）表面成形運動：是保證得到工件的表面形狀的運動表面成形所需的成形運動---形成其母線及導線所需要的成形運動的總和。第三十六頁，共276頁。（三）機床運動分類

1.按運動的功能分類

(2)非成形運動：（一）各種空行程運動：快速運動和調(diào)位運動（二）切入運動：獲得所需的尺寸（三）

分度運動：獲得所需的角度（四）操縱及控制運動：控制執(zhí)行件運動

2.按運動之間的關系分類

(1)獨立運動

(2)復合運動(車螺紋)第三十七頁，共276頁。發(fā)生線的形成(形狀創(chuàng)成運動)

第三十八頁，共276頁。（四）機床運動功能設計方案

1.選取坐標系

沿Ｘ、Ｙ、Ｚ軸的直線運動符號和運動量仍用Ｘ、Ｙ、Ｚ表示；繞Ｘ、Ｙ、Ｚ軸的回轉運動用Ａ、Ｂ、Ｃ表示，其運動量用表示。

平行于Ｘ、Ｙ、Ｚ軸的輔助軸用U、V、W或者P、Q、R表示。

繞X、Y輔助回轉軸用D、E表示。

沿斜置坐標軸的用加“-”表示

第三十九頁，共276頁。數(shù)控臥式車床坐標系1.選取坐標系第四十頁，共276頁。數(shù)控立式銑床坐標系1.選取坐標系第四十一頁，共276頁。數(shù)控立式銑床坐標系1.選取坐標系主運動旋轉：Z軸為旋轉軸主運動往復直線運動：Z軸為豎直軸第四十二頁，共276頁。2.寫出機床運動功能式

運動功能式表示機床的運動個數(shù)、形式（直線或回轉運動）、功能（主運動、進給運動、非成形運動，分別用下標ｐ、ｆ、ａ表示）及排列順序。

左邊寫工件，用Ｗ表示。右邊寫刀具，用Ｔ表示。中間寫運動，按運動順序排列，并用“／”分開。第四十三頁，共276頁。3.畫出機床運動原理圖

機床運動原理圖是將機床運動功能式用簡潔的符號和圖形表達出來，是機床傳動系統(tǒng)設計的依據(jù)。第四十四頁，共276頁。4.運動功能分配設計

運動功能分配設計是確定運動功能分配式中

“接地”的位置，用“●”表示，

“●”左側的運動由工件完成，

“●”右側的運動由刀具完成。第四十五頁，共276頁。機床運動的分配四個分配原則運動分配依據(jù)“避重就輕”原則運動分配應有利于提高工件的加工精度運動分配應有利于提高運動部件的剛度運動分配考慮工件的形狀第四十六頁，共276頁。機床運動的分配2、運動分配應有利于提高工件的加工精度運動部件不同，加工精度不同。如：鉆床上的鉆頭運動。1、運動分配給質量小的零部件（避重就輕）運動件質量小，慣性力小，需要的驅動力小，傳動機構體積小，制造成本低。如：銑床上的銑刀運動；對一般鉆孔加工，主運動和進給運動均由刀具完成比較方便；但在鉆深孔時，為了提高被加工孔中心線的直線度，將回轉主運動分配給工件。第四十七頁，共276頁。機床運動的分配3、運動分配應有利于提高運動部件的剛度運動應分配給剛度高的部件。如：磨床工作臺和砂輪架的運動(小中型、大型)。4、運動分配考慮工件的形狀不同形狀的工件，所需的運動部件不一樣。如：圓柱形工件內(nèi)孔在車床上加工，工件旋轉，箱體件內(nèi)孔在鏜床或鉆床上加工，工具旋轉，工件移動。對于中小型外圓磨床，由于工件長度不大，多采用工件進給；對于大型外圓磨床，采用刀具進給，可顯著地縮小占地面積。第四十八頁，共276頁。機床所必備的3個基本部分：●執(zhí)行件：帶動工件或刀具完成一定形式的運動●動力源：提供動力。三相異步電機、交、直流調(diào)速電機●傳動裝置：傳遞扭矩和動力二、機床的傳動鏈動力源→執(zhí)行件或執(zhí)行件→執(zhí)行件電機→主軸主軸→刀具構成一個傳動聯(lián)系的一系列傳動件，稱為傳動鏈5.機床傳動原理圖第四十九頁，共276頁。

根據(jù)傳動的性質，傳動鏈可分為：

外聯(lián)系傳動鏈：聯(lián)系動力源和機床執(zhí)行件之間的傳動鏈，使執(zhí)行件得到運動，而且可以改變運動的速度和方向，但不要求動力源和執(zhí)行件之間有嚴格的傳動比關系。

eg:車削外圓柱面時主軸旋轉與刀架的移動

內(nèi)聯(lián)系傳動鏈：聯(lián)系復合運動之內(nèi)的各個分解部分，因而傳動鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件相互之間的相對速度有嚴格的要求。eg:車削螺紋，滾齒法加工齒輪第五十頁，共276頁。從CA6140中可知，傳動鏈中的東西包羅萬象，有定比的帶傳動、齒輪傳動、齒輪齒條、絲杠螺母、蝸輪蝸桿。有起變速的掛輪及變速齒輪等等●定比機構（固定傳動比的機構）●換置機構（變換傳動比的機構）5.機床傳動原理圖第五十一頁，共276頁。5.機床傳動原理圖

將動力源與執(zhí)行件、一執(zhí)行件和另一執(zhí)行件之間的運動和傳動關系用簡明符號同時表示出來，即傳動原理圖。第五十二頁，共276頁。5.機床傳動原理圖車削時的復合運動：（A、B兩個部分）運動鏈：車螺紋：B11-A12車端面：B11、A12車柱面：B11、A12第五十三頁，共276頁。5.機床傳動原理圖數(shù)控車削時的復合運動：（A12、A13、B11三個部分）運動鏈：車螺紋：B11-A12端螺紋：B11-A13成形面：B11、A12-A13端面、圓柱面：A12、A13、B11第五十四頁，共276頁。

一、運動參數(shù)及其換置機構5個運動參數(shù)來決定一個獨立運動:

●

運動起點●運動方向●運動軌跡●運動路程●運動的速度以車削螺紋為例6.機床運動的調(diào)整第五十五頁，共276頁。二、機床運動的調(diào)整計算1）根據(jù)對機床的運動分析，確定各運動鏈兩端的末端件。2）根據(jù)傳動鏈兩末端件的運動關系，確定計算位移量。以車螺紋為例：主軸1r→刀具位移S3）根據(jù)計算位移量以及相應傳動鏈中各個傳動環(huán)節(jié)的傳動比，列出運動平衡式。

4）根據(jù)平衡式，導出該傳動鏈的換置公式：第五十六頁，共276頁。以加工螺紋為例：●確定末端件：主軸→刀架●定計算位移：1r→S

●運動平衡方程：1(r)i4-5·if·i6-7·tt=

S式中：tt

為絲桿導程第五十七頁，共276頁?！袂髶Q置公式根據(jù)平衡式，導出該傳動鏈的換置公式：

if=S/(i4-5·i6-7·tt)式中：tt

為絲桿導程由此確定進給箱中變速齒輪的傳動比第五十八頁，共276頁。三、換置機構在傳動鏈中的位置換置機構在傳動鏈中的位置對運動的調(diào)整計算影響很大。在傳動設計中，可以用傳動原理圖來選擇換置機構的數(shù)量和安排換置機構的位置。第五十九頁，共276頁。2.3.3機床總體結構方案設計（一）結構布局設計主要進行機床結構布局及支承形式設計。（二）機床總體結構的概略形狀和尺寸設計

主要進行功能（運動或支撐）部件的概略形狀和尺寸設計。第六十頁，共276頁。2.3.3機床總體結構方案設計（一）結構布局設計1、機床形式：指主運動執(zhí)行件的狀態(tài)；2、支承形式：機床支承件的狀態(tài)；

臥式支撐：支承件高度方向尺寸<長度方向尺寸；

立式支撐：支承件高度方向尺寸>長度方向尺寸；第六十一頁，共276頁。2.3.3機床總體結構方案設計（一）結構布局設計2、支承形式立柱支承單臂支承龍門支承第六十二頁，共276頁。2.3.4.1尺寸參數(shù)2.3.4.2運動參數(shù)（1）主運動參數(shù)（2）主軸轉速和變速范圍（3）標準公比和標準轉速數(shù)列（4）進給運動參數(shù)2.3.4.3動力參數(shù)（1）確定主傳動功率（2）確定進給傳動功率2.3.4機床主要參數(shù)的確定第六十三頁，共276頁?；緟?shù)——尺寸參數(shù)機床尺寸參數(shù)是代表機床規(guī)格大小及反映機床最大工作能力的一種參數(shù)。通用機床的主參數(shù)通常都以機床的最大加工尺寸來表示；專用機床的主參數(shù)一般以與通用機床相對應的主參數(shù)表示。第六十四頁，共276頁。

機床的主參數(shù)是代表機床規(guī)格大小的一種參數(shù)，各類機床的主參數(shù)有統(tǒng)一規(guī)定。臥式車床是床身上工件的最大回轉直徑；齒輪加工機床是最大工件直徑；外圓磨床和無心磨床是最大磨削直徑；龍門刨、銑床，升降臺銑床和矩形工作臺平面磨床

是工作臺工作面寬度；臥式銑鏜床是主軸直徑；立式鉆床和搖臂鉆床是最大鉆孔直徑；牛頭刨床和插床是最大刨削和插削長度也有的機床不用尺寸作為主參數(shù)，如拉床的主參數(shù)是額定拉力。第六十五頁，共276頁。

有的機床，一個主參數(shù)還不足以確定機床的規(guī)格，還需第二主參數(shù)加以補充：

車床的第二主參數(shù)是最大工件長度；

銑床和龍門刨床是工作臺工作面長度；

搖臂鉆床是最大跨距等。

第六十六頁，共276頁。此外，還要確定其他一些尺寸參數(shù)：

車床常常還要確定在刀架上工件的最大回轉直徑和主軸孔允許通過的最大棒料直徑等；龍門銑床還應確定橫梁的最高和最低位置等；搖臂鉆床還要確定主軸下端面到底座間的最大和最小距離，其中包括了搖臂的升降距離和主軸的最大伸出量等。

當主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)確定后，就基本上確定了該機床所能加工或安裝的最大工件的尺寸。機床的尺寸參數(shù)是根據(jù)零件尺寸確定的。第六十七頁，共276頁。尺寸參數(shù)——各類主要機床的主參數(shù)和折算系數(shù)機床主參數(shù)名稱主參數(shù)折算系數(shù)第二主參數(shù)臥式車床床身上最大回轉直徑1/10最大工件長度立式車床最大車削直徑1/100最大工件高度搖臂鉆床最大鉆孔直徑1/1最大跨距臥式鏜銑床鏜軸直徑1/10－坐標鏜床工作臺面寬度1/10工作臺面長度外圓磨床最大磨削直徑1/10最大磨削長度內(nèi)圓磨床最大磨削孔徑1/10最大磨削深度矩臺平面磨床工作臺面寬度1/10工作臺面長度齒輪加工機床最大工件直徑1/10最大模數(shù)龍門銑床工作臺面寬度1/100工作臺面長度升降臺銑床工作臺面寬度1/10工作臺面長度龍門刨床最大刨削寬度1/100最大刨削長度插床及牛頭刨床最大插削及刨削長度1/10－拉床額定拉力（t）1/1最大行程第六十八頁，共276頁?；緟?shù)——尺寸參數(shù)機床尺寸參數(shù)是指機床主要結構的尺寸參數(shù)。包括：

1、與工件有關的尺寸參數(shù)；

2、與工、夾、量具有關的尺寸參數(shù)；

3、主要的結構尺寸。

4、特例（拉床的拉力）第六十九頁，共276頁?；緟?shù)——運動參數(shù)機床運動參數(shù)是指機床執(zhí)行件，如主軸、工作臺、刀架等的運動速度。運動運動參數(shù)主運動回轉的主軸轉速（轉/分）直線的工作臺（滑枕）雙行程數(shù)（雙行程/分）進給運動直線的工作臺（刀架）進給量（毫米/轉）工作臺（刀架）進給量（毫米/分）回轉的轉臺（頭架）進給量（轉/分）輔助運動直線的工作臺（刀架）快速運動速度（米/分）第七十頁，共276頁。基本參數(shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)主運動為回轉運動的機床，主運動參數(shù)為主軸轉速n(單位：r／min)：主運動為直線運動的機床，主運動參數(shù)是刀具每分鐘往復次數(shù)（單位：次/min），或稱為雙行程數(shù)；也可以是裝夾工件的工作臺的移動速度。第七十一頁，共276頁?；緟?shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)主運動為旋轉運動時，機床主軸轉速n(單位為r／min)：

專用機床可根據(jù)特定工序實際使用的切削速度和工件(或刀具)的直徑確定主軸轉速，且大多數(shù)情況只需一種速度。

通用機床，為適應各種不同的加工要求，主軸應有一定的變速范圍和變速方式(有級或無級變速)。n：主軸轉速(r/min)v:切削速度(m/min)d:工件或刀具直徑(mm)

確定切削速度時應考慮到多種工藝的需要。切削速度主要與刀具和工件的材料有關。不同的刀具材料對應不同的工件材料時，切削速度可通過切削試驗、查切削用量手冊查到第七十二頁，共276頁。（1）nmin和nmax的確定

dmax、dmin為最大最小經(jīng)濟加工直徑

dmax=K1D

dmin=K2dmax臥式車床K1=0.5

搖臂鉆床K1=1.0K2=0.2-0.25基本參數(shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)思考：為什么要設置經(jīng)濟加工直徑？變速范圍第七十三頁，共276頁。例題:確定臥式車床主軸的轉速范圍。硬質合金車刀半精車小直徑鋼材外圓時達最高轉速，取Vmax=200m/min，K1=0.5,K2=0.25,機床能加工的最大直徑為400mm。求dmax，dmin和nmax:

第七十四頁，共276頁。高速鋼車刀粗車鑄鐵件表面時可能達最低轉速，取Vmin=15m/min，機床能加工的最大直徑為400mm。則dmax與nmin值為多少？

第七十五頁，共276頁。高速鋼刀具精車合金鋼材料的梯形螺紋時達最低轉速，取Vmin=1.5m/min，機床能加工絲杠最大直徑在40～50mm左右,求nmin。綜上所述，再考慮留有技術儲備，最后確定

nmax

=1600r/minnmin

=10r/min第七十六頁，共276頁。（2）主軸轉速的合理排列已知變速范圍，若采用有級變速，應進行主軸轉速分級；

目前，多數(shù)機床主軸轉速是按等比級數(shù)排列，其公比為，轉速級數(shù)用Z表示。

基本參數(shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)各級轉速：變速范圍：第七十七頁，共276頁?？紤]刀具壽命，實際加工時用nj，（提高耐用度，降低切削速度）則其相對轉速損失為n-nj

相對轉速損失率為：

采用等比數(shù)列排布轉速的原因：加工某工件的最佳切削速度為v，相應的轉速為n，若變速機構不一定能恰好得到這個轉速，而且：第七十八頁，共276頁。采用等比數(shù)列排布轉速的原因：最大相對轉速損失率為n趨近與nj+1時：

結論：采用等比數(shù)列排布轉速可使最大相對轉速損失率相等在其他條件（直徑、進給、切深）不變的情況下，轉速的損失就反映了生產(chǎn)率的損失。對于普通機床，若認定每個轉速的使用機會都相等，那么應使Amax為一定值，即：即：任意兩級轉速之間的關系應為nj十1=njφ第七十九頁，共276頁。

最大相對轉速損失率為：

變速范圍為：

機床的轉速應該按等比數(shù)列（幾何級數(shù)）分級。其公比為φ，各級轉速應為第八十頁，共276頁。

例：有一臺車床，主軸轉速（r/min）共12級，分別為：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，公比為φ=1.41，則最大相對轉速損失率：

變速范圍：等比數(shù)列同樣適用直線往復主運動（刨床、插床）的往復次數(shù)數(shù)列、進給數(shù)列以及尺寸和功率參數(shù)系列。第八十一頁，共276頁。（2）主軸轉速的合理排列轉速范圍內(nèi)轉速相對損失均勻；使變速傳動系統(tǒng)簡化；混合公比——轉速使用的機會相差較大常用轉速：采用較小的公比；不常用轉速：采用較大的公比；第八十二頁，共276頁。（3）標準公比值和標準轉速系列標準公比選取原則：

>1，因為機床要滿足不同的工藝需求，需要一系列等比數(shù)列轉速，nmin~nmax逐漸變大；

1<<2，因為大，則Amax大，對機床生產(chǎn)率影響率大，所以規(guī)定Amax≤50%。選取10倍比關系（方便記憶），2倍比關系（電機轉速）第八十三頁，共276頁。（3）標準公比值和標準轉速系列

標準公比值有：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。

標準轉速系列可由標準數(shù)列查取?；緟?shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)用于旋轉主運動、直線主運動、等比進給運動。對于無級變速系統(tǒng)可參考標準公比。第八十四頁，共276頁。當選定標準公比之后，轉速數(shù)列可從表2-5中查出。表中給出了公比為1.06的從1～15000的數(shù)列，其它公比的數(shù)列可由此派生得到。表3-1和表2-5均適用于轉速、雙行程和進給系列，也可以用于機床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。第八十五頁，共276頁。第八十六頁，共276頁。

A結構中型機床不能太大不能很復雜取1.26,1.41大型機床不能大(要小)可以復雜點取1.12,1.26小型機床可以大一些結構簡單取1.58,1.78半自動車床要小工藝范圍小結構不復雜取1.12,1.26專門化機床要小工藝范圍小結構不復雜取1.06,1.12,1.26(4)公比的選用基本參數(shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)第八十七頁，共276頁。公比φ和級數(shù)Z需要圓整；宜采用雙聯(lián)、三聯(lián)滑移齒輪變速

Z

取68912161824

基本參數(shù)—運動參數(shù)—主運動參數(shù)(5)變速范圍Rn，公比φ和級數(shù)Z的關系第八十八頁，共276頁。大部分機床的進給量用工件或刀具每轉的位移表示，即單位為mm/r，如車床、鉆床、鏜床及滾齒機等。直線往復運動的機床，如刨、插床，以每一往復的位移表示。銑床和磨床；由于使用的是多刃刀具，進給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為mm/min?；緟?shù)—運動參數(shù)—進給運動參數(shù)第八十九頁，共276頁。機床進給量的變換可用無級變速（數(shù)控機床）和有級變速方法（普通機床）。采用有級變速方式時，進給量一般為等比數(shù)列（使速度相對損失為一定值）。進給量也有等差數(shù)列的(車螺紋時，螺紋標準為等差數(shù)列)。如利用棘輪機構實現(xiàn)進給的機床(刨床、插床)。供大量生產(chǎn)用的自動和半自動車床（用交換齒輪調(diào)整進給量）。這時可用交換齒輪選擇最有利的進給量?；緟?shù)—運動參數(shù)—進給運動參數(shù)fmax、fmin

：最大、最小進給量；Za：進給量級數(shù)；C：差值，由被加工螺紋的導程或棘輪機構的結構決定；第九十頁，共276頁。動力參數(shù)指主運動、進給運動和輔助運動的動力消耗，它主要由機床的切削載荷和驅動的工件質量決定。動力參數(shù)主要包括：

電動機的功率，液壓缸的牽引力，液壓馬達、伺服電動機或步進電動機的額定轉矩等。各傳動件的參數(shù)（軸或絲杠的直徑、齒輪與蝸輪的模數(shù)等）基本參數(shù)—動力參數(shù)第九十一頁，共276頁。對于專用機床，機床的功率可根據(jù)特定工序的切削用量計算或測定；對于通用機床，目前單純用計算的方法來確定功率是困難的，故通常用類比、測試和近似計算幾種方法互相校核來確定。注：如果動力參數(shù)定得過大，將使機床過于笨重，浪費材料和電力；如果定得過小，又將影響機床的性能。下面介紹用近似計算的方法確定機床動力參數(shù)。基本參數(shù)—動力參數(shù)第九十二頁，共276頁。

機床主傳動功率，包括：1.切削功率

2.空轉功率損失

3.附加機械摩擦損失

基本參數(shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第九十三頁，共276頁。1.切削功率：進行切削時，要消耗切削功率----P切。(與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量的大小有關)專用機床工作條件比較固定，刀具與工件的材料和切削用量的變化范圍較小。計算值接近實際值。普通機床刀具與工件的材料和切削用量的變化相當大。通?？筛鶕?jù)機床檢驗時所要求的切削條件來確定?；緟?shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第九十四頁，共276頁。2.空轉功率損失：機床主運動空轉時所消耗電動機的功率----P空。（只隨主軸和其他各軸轉速的變化而改變）引起空轉損失的主要因素是：各傳動件在空轉時的摩擦，由于加工和裝配誤差而加大的摩擦以及攪油，空氣阻力和其他動載荷等。中型機床空轉功率損失估算公式如下：基本參數(shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第九十五頁，共276頁。

da―主運動鏈中除主軸外所有傳動軸軸頸的平均直徑。如果主運動鏈的結構尺寸尚未確定，初步按電動機功率P選?。篸主

―主軸前后軸頸的平均值（mm);Σni―當主軸轉速為n主時，傳動鏈內(nèi)除主軸外各傳動軸的轉速之和。如傳動鏈內(nèi)空運轉軸的轉速也應計入n主—主軸轉速（r/min);kl―潤滑油粘度影響的修正系數(shù)。（與潤滑油類型相關）k2―系數(shù)。（與主軸用的支承類型相關）第九十六頁，共276頁。3.附加機械摩擦損失功率：機床切削時，齒輪、軸承等零件上的正壓力變大，功率的損耗也變大。比P空多出來的那部分功率損耗，稱為附加機械摩擦損失功率-------P機。

切削功率越大，這部分損失也越大。

基本參數(shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第九十七頁，共276頁。綜上所述，主電動機功率（kw）為：

式中ηl、η2、η3…―主運動鏈中各傳動副的機械效率，可查手冊得到

?；緟?shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第九十八頁，共276頁。

右圖表示主運動鏈在某一轉速下所消耗的各項功率之間的關系。當開動機床尚未切削時，就需要消耗部分功率P空（圖中的OB）。隨著P切的增加，P機也在增加。P主沿AB上升，直到A點。這時機床滿載基本參數(shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第九十九頁，共276頁。圖中OA連線與水平軸夾角α的余切為：

η總＝ctgα。

當P切從0上升到P切max時，P主是沿OBA折線上升的。因此，η總僅對滿載時有效。

當P切＜P切max時，根據(jù)η總總算出的電動機功率將小于實際值?；緟?shù)—動力參數(shù)主傳動功率的確定第一百頁，共276頁。

1.在進給運動與主運動共用一個電動機的普通機床上，如臥式車床和鉆床，由于進給運動所消耗的功率與主運動相比是很小的，因此可以忽略進給所需的功率。

2.在進給運動與空行程運動共用一個電動機的機床上，如升降臺銑床，也不必單獨考慮進給所需的功率，因為使升降臺快速上升所需的空行程運動功率比進給運動的功率大得多?；緟?shù)—動力參數(shù)進給傳動功率的確定第一百零一頁，共276頁。

3.在進給運動采用單獨的普通電動機的機床上，如升降臺銑床和龍門銑床，以及用液壓缸驅動進給的機床，如仿形車床、多刀半自動車床和組合機床等，都需要確定進給運動所需的功率。通常用參考同類型機床和計算相結合的辦法確定。

注意比較傳動鏈的長短和低效率傳動副（絲杠螺母、蝸桿蝸輪）的數(shù)量。進給傳動鏈的機械效率，ηs會低至0.15-0.2。基本參數(shù)—動力參數(shù)進給傳動功率的確定第一百零二頁，共276頁。

進給功率（kw）可根據(jù)進給牽引力FQ（N)，進給速度vs(m/min）和機械效率ηs，滑動導軌進給牽引力FQ的估算公式如下：三角形或三角形與矩形綜合導軌：矩形導軌：燕尾形導軌：鉆床主軸：第一百零三頁，共276頁。式中：G―移動部件的重力（N），G=mg;Fx、FY、Fz―切削力的三向分力。其中Fz沿導軌的縱向（N)，見下圖。T―主軸上的轉矩（N·mm）f一鉆床主軸套筒上的摩擦系數(shù)；k―考慮顛覆力矩影響的系數(shù)；d―主軸直徑（mm);

f’―當量摩擦系數(shù)；第一百零四頁，共276頁?；緟?shù)—動力參數(shù)空行程功率的確定空行程功率的確定應參考同類型機床，輔之以計算，再經(jīng)試驗驗證。快速（空）行程電動機往往是滿載起動，移動件較重，加速度也較大，計算時必須考慮慣性力。各運動件在電機軸上的當量轉動慣量（kg·m2），可根據(jù)動能守恒定理得到：式中：Jk―旋轉件的轉動慣量（kg·m2）

ωk―各旋轉件的角速度（rad/s);mi―直線運動件的質量（kg）;vi―直線運動件的速度（m/s);ω―電動機的角速度（rad/s）。第一百零五頁，共276頁。實心圓柱形件的轉動慣量：空心圓柱形件的轉動慣量：式中m―質量（kg）;ρ―密度（kg/m3，鋼的ρ=7.8x103kg/m3）

D、d和l―分別為外徑、孔徑和厚度（m）克服慣性的轉矩為：式中ta―電動機起動加速過程的時間（s），數(shù)控機床可取ta為伺服電動機機械時間常數(shù)的3~4倍；中、小型普通機床可取ta=0.5s；大型普通機床可取ta＝1s第一百零六頁，共276頁?？朔T性需要的功率（kw）為：式中n―電動機轉速（r/min);η―傳動機構的機械效率?？焖僖苿硬考喟胫亓枯^大如果是升降運動，則克服質量和摩擦力所需的功率（kw）為：如果是水平移動，則第一百零七頁，共276頁。由此可得空行程電動機的功率（kw）應為：

P空＝P1+P2應該指出的是，P1僅存在于起動過程，當運動部件達到正常速度時消失。交流異步電動機的起動轉矩約為滿載時額定轉矩的1.6-1.8倍，工作時又允許短時間超載，最大轉矩可為額定轉矩的1.8-2.2倍，快速行程的時間又很短?？筛鶕?jù)上式計算出來的P和電動機轉速n計算起動轉矩，并據(jù)此來選擇電動機，使電動機的起動轉矩大于計算的起動轉矩。這樣選出來的電動機，其額定功率可小于上式的計算結果。第一百零八頁，共276頁。第一百零九頁，共276頁。2.4主傳動系統(tǒng)設計2.4.1必須滿足的設計基本要求2.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式2.4.3分級變速主傳動系統(tǒng)2.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)設計2.4.5數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計第一百一十頁，共276頁。2.4.1須滿足的設計基本要求1、滿足機床使用性能要求；2、滿足機床傳遞動力需求；3、滿足機床工作性能的要求；4、滿足產(chǎn)品設計經(jīng)濟性的要求；5、調(diào)整維修方便、結構簡單合理、操作方便、使用壽命長。第一百一十一頁，共276頁。2.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式１、按驅動主傳動的電動機類型直流電機交流電機：單速交流電機調(diào)速交流電機：多速交流電機無級調(diào)速交流電機

２、按傳動裝置類型機械傳動裝置液壓傳動裝置電氣傳動裝置組合式

第一百一十二頁，共276頁。2.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式有級變速：滑移齒輪變速交換齒輪變速離合器變速：摩擦式、牙嵌式、齒輪式

無級變速：機械摩擦無級變速液壓無級變速電氣無級變速

第一百一十三頁，共276頁。2.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式(二)主傳動系的傳動方式：

1．集中傳動方式2．分離傳動方式第一百一十四頁，共276頁。2.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式第一百一十五頁，共276頁。2.4.3分級變速主傳動系統(tǒng)（一）轉速圖與結構式（二）各變速組的變速范圍（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則與方法（四）主傳動系統(tǒng)的幾種特殊設計（五）擴大傳動系變速范圍的方法（六）齒輪齒數(shù)的確定（七）計算轉速（八）變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計算第一百一十六頁，共276頁。（一）擬定轉速圖和結構式1、轉速圖：轉速圖是設計和分析變速主傳動系統(tǒng)的工具。轉速圖變速傳動系統(tǒng)圖例：一中型車床，主軸轉速級數(shù)Z=12，公比=1.41，主軸轉速n=31.5~1400r/min，如圖示。第一百一十七頁，共276頁。（一）擬定轉速圖和結構式1、轉速圖在轉速圖中可以表示出：傳動軸的數(shù)目；各傳動軸之間的傳動關系；主軸的各級轉速值及其傳動路線；各傳動軸的轉速分級和轉速值；各傳動副的傳動比；根據(jù)轉速圖可以計算齒輪齒數(shù)及帶輪直徑，為以后的結構設計提供依據(jù)。第一百一十八頁，共276頁。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.5500(1)軸的指代間距均勻的一組豎直線代表主傳動系中各傳動軸。轉速圖上從左到右依次標注電、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，代表從電動機軸至主軸之間的各軸，應與傳動系統(tǒng)圖上各軸軸號相一致。

注意：轉速圖上豎直線間距均勻并不表示各軸中心距相等，只是為了使圖面美觀清晰。第一百一十九頁，共276頁。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.5500(2)各級轉速的指代距離相等的一組水平線與豎直線相交得到的黑點或圓圈，表示各軸具有的轉速。以Ⅳ軸為例，該主軸具有從31.5rpm到1400rpm共12級轉速，其轉速公比為1.41。

注意：因為nj+1/nj=

，故有

lgnj+1-lgnj=lg

=常數(shù)

所以轉速圖上采用了對數(shù)坐標，習慣上不標為對數(shù)形式而直接標轉速，兩線差一格實際上表示相鄰兩轉速差倍。第一百二十頁，共276頁。（3）傳動副的指代電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.5500轉速圖上相鄰兩軸之間對應轉速連線表示一對傳動副的傳動比。若傳動比u=1，則為等速傳動，連線水平；若傳動比u>1，則為升速傳動，連線向右上方傾斜；若傳動比u<1，則為降速傳動，連線向右下方傾斜。第一百二十一頁，共276頁。

以臥式車床主傳動系轉速圖為例此主傳動采用了一個定比傳動組與三個變傳動比組串聯(lián)的傳動方式。從電動機到Ⅰ軸之間用皮帶傳動，其傳動比為：u=126/256=1/1.412=1/2，因此為降速傳動，傳動線由電動機到Ⅰ軸為向右下方傾斜兩格。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.5500第一百二十二頁，共276頁。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.5500軸Ⅰ～Ⅱ間的變速組ａ有三個傳動副，其傳動比依此為：ua1=24/48=1/2=1/2，降速，向右下方傾斜兩格；ua2=30/42=1/1.41=1/，降速，向右下方傾斜一格；ua3=36/36=1=1/０，等速，連線水平。24:4836:3630:42a第一百二十三頁，共276頁。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.550036:36軸Ⅱ～Ⅲ間的變速組ｂ有兩個傳動副，其傳動比依此為：

ub1=22/62=1/2.82=1/3，

降速，向右下方傾斜三格；

ub2=42/42=1=1/０，等速，連線水平。

24:4830:4242:4222:62ab第一百二十四頁，共276頁。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.5500軸Ⅲ～Ⅳ間的變速組c有兩個傳動副，其傳動比依此為：

uc1=18/72=1/4=1/

4，降速，向右下方傾斜四格；uc2=60/30=2/1=

2/1，

升速，向右上方傾斜兩格。

36:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72abc第一百二十五頁，共276頁。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72

綜上所述，轉速圖可以很清楚地表示：１、主軸各級轉速的傳動路線；２、得到這些轉速所需要的變速組數(shù)目及每個變速組中的傳動副數(shù)目；３、各個傳動比的數(shù)值；４、傳動軸的數(shù)目；５、傳動順序以及各軸的轉速級數(shù)與大小。abc第一百二十六頁，共276頁。2、結構式結構式是轉速圖的通式。等式左邊為該傳動系統(tǒng)具有的轉速級數(shù)Z；等式右邊的乘式中各乘數(shù)表示按傳動順序排列的各變速組的傳動副數(shù)Pi，各乘數(shù)下標表示各變速組的級比指數(shù)xi。如前例的結構式為12=31×23×26，12表示該車床主傳動系有12級轉速；3×2×2表示a、b、c變速組傳動副數(shù)依次為3、2、2；下標1、3、6表示a、b、c變速組級比指數(shù)依次為1、3、6。電機ⅠⅡⅢⅣ1440r/min100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72abc第一百二十七頁，共276頁。級比指數(shù)的概念變速組的級比是指主動軸上同一點傳往被動軸相鄰兩傳動線的比值，用xi表示，其中xi稱為級比指數(shù)，在圖中由相鄰兩傳動線的間隔格數(shù)表示。

12=31×23×26電機ⅠⅡⅢⅣ1440100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72事實上，在有級變速系統(tǒng)設計中，為了使主軸得到的轉速為連續(xù)的等比數(shù)列必須有一個變速組的級比指數(shù)為1，此變速組稱為基本組。除基本組之外的各個變速組均稱為擴大組。

abc第一百二十八頁，共276頁。級比指數(shù)的概念分析前例：變速組a級比指數(shù)為1，稱為基本組，用x0=1表示；變速組b級比指數(shù)為3，其作用為把基本組的轉速第一次擴大，稱為第一擴大組，用x1=3表示，x1=p0；變速組C級比指數(shù)為6，其作用為把第一擴大組的轉速再一次擴大，稱為第二擴大組，用x2=6表示，X2=p0×p16=3×2。電機ⅠⅡⅢⅣ1440100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72abc第一百二十九頁，共276頁?；窘M級比：第一擴大組級比：第二擴大組級比：第三擴大組級比：第j擴大組級比：x0，x1，x2...xj----基本組及各擴大組的級比指數(shù)。p0，p1，p2...pj----基本組及各擴大組的傳動副數(shù)第一百三十頁，共276頁。變速組級比指數(shù)：x0=1,變速組傳動副數(shù)：p0=3x1=p0=3（轉速連續(xù)）x1=4>3（轉速間斷）x1=2<3（轉速重復）x1=1.5<3（不同公比）轉速圖中轉速連續(xù)、間斷、重復以及不同公比的原因第一百三十一頁，共276頁。

綜上所述，結構式若按傳動順序排列可用下列通式表示：其中：Pj表示第j個變速組有Pj個傳動副；Xj表示第j個變速組的級比指數(shù)為xj。而從擴大順序可以得出xm=P0×P一擴

×P二擴×…×Pm-1

其中：m表示第m個擴大組。第一百三十二頁，共276頁。注意，一個結構式可以對映一些不同的轉速圖，而一個轉速圖只能對映一個結構式。

分析不同的結構式時也可用對應的結構網(wǎng)來畫圖分析。

第一百三十三頁，共276頁。2.4.3分級變速主傳動系統(tǒng)（一）轉速圖與結構式（二）各變速組的變速范圍（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則與方法（四）主傳動系統(tǒng)的幾種特殊設計（五）擴大傳動系變速范圍的方法（六）齒輪齒數(shù)的確定（七）計算轉速（八）變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計算第一百三十四頁，共276頁。（二）各變速組的變速范圍Rj1、機床變速范圍

其中Rj為第j個變速組的變速范圍。即機床的變速范圍Rn等于各變速組的變速范圍的乘積。第一百三十五頁，共276頁。2、變速組的變速范圍Rj為該變速組中最大最小的轉速的比值：第一百三十六頁，共276頁。變速組a是基本組，由于

分析前例：1、分析基本組電機ⅠⅡⅢⅣ1440100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72abc第一百三十七頁，共276頁。變速組b是第一擴大組，由于

分析前例：2、分析第一擴大組電機ⅠⅡⅢⅣ1440100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72abc第一百三十八頁，共276頁。變速組c是第二擴大組，由于

分析前例：3、分析第二擴大組電機ⅠⅡⅢⅣ1440100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72abc第一百三十九頁，共276頁。2.4.3分級變速主傳動系統(tǒng)（一）轉速圖與結構式（二）各變速組的變速范圍（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則與方法（四）主傳動系統(tǒng)的幾種特殊設計（五）擴大傳動系變速范圍的方法（六）齒輪齒數(shù)的確定（七）計算轉速（八）變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計算第一百四十頁，共276頁。（三）主變速傳動系設計的一般規(guī)則1、確定變速組傳動副數(shù)的原則

前多后少，變速組傳動副數(shù)P一般取2或3原因： a:結構上常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪容易實現(xiàn)

b:前多后少的原則是將較多的齒輪布置在傳動

系統(tǒng)前部的高速軸（靠近電機軸）（轉速高→扭矩

小→齒輪尺寸小，重量輕）

第一百四十一頁，共276頁。例如：12級轉速的結構式確定傳動組和傳動副數(shù)可能的方案有：

12=4×312=3×4

12=3×2×212=2×3×212=2×2×3

根據(jù)“傳動副數(shù)前多后少”的原則，確定12=3×2×2最佳第一百四十二頁，共276頁。結構式可能的六種方案

第一百四十三頁，共276頁。第一百四十四頁，共276頁。第一百四十五頁，共276頁。又例18=3×3×2=2×3×3=3×2×3

18=6×3=3×6

18=9×2=2×9

18=18×1=1×18

結構式可能的方案也有多種（課后思考）第一百四十六頁，共276頁。2、確定基本組和擴大組排列順序的原則

盡量保持傳動順序與擴大順序相一致，前密后疏。擴大順序：變速組按其級比指數(shù)xi的值，由小到大的排列順序，稱為擴大順序。即，基本組<一擴<二擴···傳動順序：在結構上，由電動機到主軸傳動的先后排列順序，即變速組按照基本組、一擴、二擴···排列原因：使各傳動件結構緊湊,便于制造。第一百四十七頁，共276頁。分析前例

12=31×23×26

12=31×26×2312=32×21×26

12=34×21×22

12=32×26×21

12=34×22×21又例

18=31×33×29

18=31×36×2318=33×31×29

18=36×31×23

18=32×36×21

18=36×32×21第一百四十八頁，共276頁。傳動順序與擴大順序的比較a圖中傳動順序為基本組、第一擴大組、第二擴大組。擴大順序（xi）從基本組向后依次增大。b圖中傳動順序為第一擴大組、基本組、第二擴大組。擴大順序先減后增。由于電機軸、1軸、3軸、4軸的轉速完全相同，比較2軸上的最低轉速，b圖中最低轉速更低，P相同時受更大轉矩，尺寸需要更大第一百四十九頁，共276頁。降速時，Umin≥1/4原因:降速時,應避免被動輪尺寸過大從而導致變速箱徑向尺寸過大;升速時，Umax≤2(斜齒輪Umax≤2.5(傳動平穩(wěn)))原因:升速時,應避免擴大傳動誤差,應降低振動和噪音。各變速組變速范圍Rimax≤8（斜齒輪Rimax≤10）3、確定變速組中極限傳動比和變速范圍的原則第一百五十頁，共276頁。4、分配傳動比的原則

降速時應前緩后急，升速時應前急后緩。因此，按照傳動順序的各變速組的最小傳動比應采取遞減原則：Uamin≥Ubmin≥

Ucmin≥…原因：應保證多數(shù)傳動件在高速狀態(tài)下工作。

結構緊湊，各中間傳遞軸的最低轉速應適當高些。第一百五十一頁，共276頁。分析前例12=31×23×26

此例取

=1.41，由于:1.412=2，1.414=4

故:最多升2格、最多降4格，Rimax在第二擴大組出現(xiàn)，此例中

R2=

2/

-4=8，合格。

電機ⅠⅡⅢⅣ1440100071035525018090631254531.550036:3624:4830:4242:4222:6260:3018:72

由于通常情況下最后一個擴大組的變速范圍將是最大,故一般只需驗算該擴大組的變速范圍是否合格。abc第一百五十二頁，共276頁。又例

φ=2時，Rimax=8=23

φ=1.78時，Rimax=8=1.783.6

φ=1.58時，Rimax=8=1.584.5

φ=1.41時，Rimax=8=1.416

φ=1.26時，Rimax=8=1.269

φ=1.12時，Rimax=8=1.1218

φ=1.06時，Rimax=8=1.0636

第一百五十三頁，共276頁。主變速傳動系設計四項原則：一、傳動副前多后少二、擴大、傳動順序前密后疏三、升速最大傳動比≤2降速最小傳動比≥1/4四、降速前緩后急、升速前急后緩實質：高速運轉齒輪布置在傳動系統(tǒng)前部，減小尺寸減小噪聲、傳動誤差第一百五十四頁，共276頁。注意：為了改善機床性能，降低空載功率，噪聲、振動和發(fā)熱是現(xiàn)代機床設計追求的目標，必須予以充分考慮：傳動鏈要短。轉速和要小。齒輪線速度要小。空轉件要少。第一百五十五頁，共276頁。

綜上所述，以上四項原則為進行主傳動系統(tǒng)設計時應遵循的一般原則，在一些特殊情況下允許偏離其中的某些原則。第一百五十六頁，共276頁。I軸上裝有雙向摩擦片式離合器，軸向尺寸較長，為使結構緊湊，第一變速組采用了雙聯(lián)齒輪，而不是按照前多后少的原則采用三個傳動副。第一百五十七頁，共276頁。主變速傳動系設計解題步驟1、Vmax、Vmin、變速范圍Rn

的確定2、確定傳動公比(標準數(shù)列)、級數(shù)Z（圓整至2或3的倍數(shù)）3、選擇傳動副傳動方案、級比指數(shù)擴大順序，確定傳動結構式4、驗算變速范圍是否合理（最后一級變速范圍<8）5、確定各變速組Ujmin（U0min>

U1min>

U2min…….）第一百五十八頁，共276頁。例題1：

某車床的主軸轉速要求為n=118~1320r/min，轉速級數(shù)為8級，電機轉速為n=1440r/min。試設計該機床的主傳動系統(tǒng)，即擬定傳動結構式，計算各級轉速，畫出轉速圖。解：1.計算公比已知：R=1320/118,Z=8。根據(jù)R=Z-1，得：主變速傳動系設計實例第一百五十九頁，共276頁。根據(jù)前密后疏原則

粗選擴大順序及結構式為8=21×22×242.確定傳動組、轉動副和擴大順序根據(jù)傳動組和傳動副擬定原則，可選方案有：①8=4×2，②8=2×4，

③8=2×2×2方案①，②中，有三根傳動軸，比方案③少一根軸，但是有一個傳動組內(nèi)有四個傳動副，增加傳動軸的軸向長度，故選擇方案③。

第一百六十頁，共276頁。3.驗算變速范圍是否合理驗算最后一級的變速范圍是否小于8由于粗選的結構式為

8=21×22×24得到第二擴大組的變速范圍為變速范圍合理最終確定結構式為

8=21×22×24