2.3.2 主传动系分类和传动方式 （一）主传动系分类：可按不同特征分类
1．按驱动主运动的电动机类型： 交流电动机、直流电动机；
2．按传动装置类型：机械传动装置、液压传动 装置、电气传动装置及其组合；
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）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。 一般根据变速组的“扩大顺序与传动顺序相一致” 原则； 采用其它扩大顺序方案，应进行分析比较。
22
62
X1 P0 3
P1 2
60
R2
uc1 uc2
301.416 X2(P21)
18
72
X2P0P16
P2 2
R n R 0 R 1 R 2 R j 1 .42 1 1 .43 1 1 .46 1 n n m m a i1 n 3 x.5 4 1 4 05 0
2．齿轮变速组传动比和变速范围限制
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。
◆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 。
③多速电动机变速： 双速或三速交流异步电动机实现变速。
◆能在运转中变速； ◆变速箱结构简单； ◆在高、低速时输出功率不同，按低速小功率选用电动机，高速大功率不能完全发挥能力； ◆体积大，价格高。
④离合器变速： ◆牙嵌式离合器或齿轮式离合器
变速机构为斜齿、人字型圆柱齿轮或重型机床的传动齿轮大而重用。 ◇结构简单，轴向尺寸小； ◇不打滑，传动比准确； ◇能传递较大转矩； ◇不能在运转中变速。
Z ( P a ) X a ( P b ) X b ( P c ) X c ( P i) X i
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；
（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，
※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）；
◇任一扩大组的级比指数
， X 0， 1
且
Xi 1
i 1,2
Xi P0P 1P2..P i.1
2．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；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:
分离传动主变速传动系统图
2.3.3 有级（分级）变速主传动系的设计 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
（一）拟定转速图和结构式 1．转速图（三线一点图）
分析和设计分级主传动系统的工具。 ◆作用： 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。
◇对传动比限制
☆降速传动：
→避免从动齿轮过大，增加箱体径向尺寸；
u 14 ☆升速传动：
min
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。
umax 2 umax2.5
◇ 对变速组变速范围限制 →最后扩大组的变速范围
Rj
R jX j(p j 1 )p 0 p 1 p 2 p j 1 (p j 1 ) 2 0 ~ .2 2 .5 5 8 ~ 10
◆片式摩擦离合器：用于自动或半自动机床。 ◇可实现运转中变速，接合平稳，冲击小； ◇结构较复杂，摩擦片间有相对滑动，发热较大。
（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。
（三）主变速传动系设计的一般原则 →减小传动件结构尺寸
主传传 递动功系率属一T 于定恒时 功，9 率↑传传动动5 件。转n P 5 速c， 0↓传9递转5矩， 5 ↓结P n 构E 0 c件尺(寸N 。m )
1．变速组传动副“前多后少” 原则 主变速系统从电机→主轴总趋势为降速传动，传动链前面的转速较高，当传递功率一
12312326
12322126
二种12级转速的转速图
3．变速组的降速要“前慢后快”的原则
u u u ◇保证中间轴有适当高的转速，当传递功率一 a min b min c min 定， T↓，↓传动件的尺寸；
◇中间轴最高转速≤电机转速， →振动、发热、噪声。
（四）结构式与转速图拟定 1．结构式拟定
ua3
24 1 1
48 1.412 2
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。
◆变速规律（级比指数规律） ☆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。
（4）检验最后扩大组的变速范围
（5）写出结构式
R 8~ 10 X j(p j 1 )
p 0p 1p 2 (p j 1 )
j
2．转速图拟定 ◇确定V带传动∶Ⅰ轴转速不能过低（结构尺寸）；
Ⅰ轴转速不能过高（振动、噪声）。 ◇画转速图格线∶传动轴格线、转速格线、转速点。 ◇分配传动比∶
①传动线的高差表明传动比的数值。 ■传动线的倾斜程度反映传动比的大小：
水平传动线─等速传动，1； 向下方倾斜的传动线─降速传动，u<1； 向上方倾斜的传动线─升速传动，u>1。
■ 传动比数值用传动线的高差来表示（从动转速点与 主动转速点相差格数）：
36 1
ua1 3610
30 1 1
ua2
42 1.41
定时，↑传动件转速 ，↓传递转矩，↓结构件尺寸。
p a p b p c p 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。
例如:
图（a）
图（b）
传递同转矩X ，0（ b）X 结1 构 尺寸X 大2 。 X j
X1 3
第一扩大组：
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 动副数。
，相邻两条传动线拉开的格数，等于基本组的传
X1 P0
③第二扩大组的变速特性
变速组c 级比
级比指数
uc1
6022
30
uc2
18 72
（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 换向装置 操纵机构 润滑和密封装置
箱体
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
（三）主传动系设计的基本要求 1．使用性能要求 2．传递动力要求 3．工作性能要求 4．经济性的要求 5．调整维修方便；结构简单紧凑；便于加工和装配。
机床设计主传动系设计解析
1
2.3 机床主传动系设计
2.3.1 主传动系统功用、组成及设计要求 2.3.2 主传动系分类和传动方式 2.3.3 有级变速主传动系的设计 2.3.4 无级变速主传动系的设计
2.3.1 主传动系统功用、组成及设计要求 （一）功用 实现机床主运动，属于外联系传动链。
1．动力源→执行件（主轴、工作台）； 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。
如图所示：将传动系统中的三个变速组，按 运动顺序分别称为变速组a、b、c： ①基本组变速特性 变速组a：三个传动比是公比为 的等比数列，即
ua1
361 36
1
0
30 1 1
ua2
42 1.41
ua3
24 1 1
48 1.412 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
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。