1、 目 录 1 主传动系统运动设计 .- 2 - 1.1 确定公比 .- 2 - 1.2 确定转数数列 .- 2 - 1.3 定比传动组数和副数 .- 2 - 1.4 绘制结构网 .- 3 - 2 确定中间轴转速画转速图 .- 4 - 2.1 确定中间轴转速 . - 4 - 2.2 确定转速图 . 7 2.3 齿数的方法及原则 . 9 2.4 确定齿轮齿数 . 10 2.5 主轴转速误差 . - 9 - 2.6 其他轴转速误差 . - 9 - 2.7 传动件计算转速的确定 . - 10 - 2.8 确定主轴的计算转速 . - 10 - 2.9 确定传动轴的计算转速 . - 11 - 2.10 齿
2、轮副的计算转速 . - 11 - 3 传动系统设计 . - 18 - 3.1 定比传动机构 . - 18 - 3.2 变速装置 . - 18 - 3.3 开停装置 . - 18 - 3.4 操纵机构 . - 18 - 3.5 润滑与密封装置 . - 18 - 参考文献 . - 21 - 沈阳大学课程设计说明书 - 2 - 1 主传动系统运动设计 1.1 确定公比 转速范围与最大最小转速有如下公式所示的关系： Rn=nmax/nmin=z-1 式中： Rn 主轴转速级数； nmax 主轴最高转速 1980r/min； nmin 主轴最低转速 45r/min； 公比； z 转速级数； lg=lgR
3、n/z-1 计算 =1.410602953， 选 取公比 =1.41。 1.2 确定转数数列 由于公比 =1.41,查表 7.1 在标准 数列表中找到 45r/min,然后每隔 5 个数（因为1.41=1.066）取一个值，得出主轴的转数数列值如表 1 所示： 表 1 转速数列表 级 数 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 转速 r/min 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1400 2000 1.3 定比传动组数和副数 将主轴转数级数 z 分解因子，对于 z=12 可能有的方案是 ： （ 1） 12=43 ；
4、 （ 2） 12=34 ； （ 3） 12=322 ； （ 4） 12=232 ； （ 5） 12=223 对于方案（ 1）和方案（ 2），表示传动系统由两个变数组（有七对传动副）串联而成，可节省一根轴，但是有一个四联滑移齿轮，显然不合理，而且增加轴向尺寸，如果将四联滑移 齿轮变成两个滑移齿轮，则操作机构必须互锁，以防止两个滑移齿轮同时 啮合，因此方案 (1)和方案 (2)一般不宜采用。 传动件传动的扭矩 T取决于所传递的功率 P(KW)和它的计算转速 nc（ r/min） (T=9550p/nc)。沈阳大学课程设计说明书 - 3 - 由于从电动机到主轴大多数为降速传动，靠近电动机的轴的传动件
5、转速高，计算转速 nc 也高，传递的转矩小，传动件的尺寸也小。如果将传动副数多的变速组放在靠近电动机处，可使小尺寸的零件多，不仅节省材料，还可使变速箱的结构的紧凑。这就是所谓的传动副“前多后少”原则。因此后三种方案中，以取方案（ 3）为好。它表示传动系统由 3 个变速组共七对传动副（不含定比传动副）组成。 1.4 绘制结构网 安排扩大顺序，分配三个变速组，确定 基本组，第一扩大组，第二扩大组，对于 12=322的传动方案，可能有的传动结构式和结构网有 6 个 如图 1-1。 对于这六种方案都应验算每个变速组的变速范围。如前述只验算最后一个扩大组即可。如图 1-1 所示，在（ a）， (b)，
6、(c)， (e)方案中，最后一个扩大组是 26 ，在（ d），（ f）方案中，最后一个扩大组是 34 。对于 26 ， r2= 866)12()1( 22 xp ,故满足要求。对于 34 组， r2=1641.1 64)13()1( 22 xp 远远大于 8。因此，只有在（ a）（ b）（ c）（ e）四个方案中选择一个最好的方案。其原则是，选择中间轴（）（）变速范围最小的方案。因为如果同轴号的最高转速相同，则变速范围小的方案最低转速高，可是传动件（轴和齿轮）的尺寸减小，变速箱的结构紧凑，反之，如果同轴号的最低转速相同，则变速范围小者最高转速低，可减小震动和噪声，提高变速箱的使用质量，或降低使
7、用成本。通过比较，四个方案中以（ a）方案的轴的变速范围最小。故以（ a）方案最佳。该方案的特点是扩大顺序与传动顺序一致。因此，在没有特殊要求的情况下，在安排扩大顺 序（写结构式或结构网）时应尽量与传动顺序一致。 沈阳大学课程设计说明书 - 4 - 图 1-1 12 级的 6 种结构式和 结构网 2 确定中间轴转速画转速图 2.1 确定中间轴转速 在升速 imin2,降速 imax1/4(直齿 轮传动 )的条件下，分配各传动组的传动比，以确定中间轴的转速。由于从电动机轴到主轴的总趋势是降速传动，如果中间轴的转速定得高一些，会使传动件的尺寸小一些。因此，在分配传动比时，按传动顺序，前面变速组的降
8、速要慢些，后面变速组的降速要快一些，即所谓的降速要“前慢后快”。故要求 iaminibminicmin ,但是，如果中间轴的转速过高，将会引起大的振动 发热和噪声。通常，希望齿轮的线速度不超过 12 15m/s。 对于中型车 、 钻 、 铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会太大，这时振动 发热和噪声是要考虑的主要问题。因此，更要注意限制中间轴的转速不要过高。有时，从电动机到主轴是升速传动，在分配变速组的传动比时，也应该采用“前慢后快”的原则。即按传动顺序，在前面的变速组的传动比升的慢些（传动比小），后面的变速组升的快些（传动比大）。这样
9、可压低中间轴的最高转速，以 降低中间轴传动件的精度等级。对于中间轴转速不是太高时，基于减小传动件尺寸的 要求，则升速宜采用“前快后慢”的原则来分配传动组的传动比。 本设计 所定的传动结构式共有 3个传动组 .变速系统共需 4根轴 ,加上电动机轴 ,故需画 5条沈阳大学课程设计说明书 - 5 - 间距相等的竖线来表示轴 .主轴有 12级转速 ,共需画 12条间距相等的水平线表示转速的对数坐标 ,在主轴与水平线交点上画 12个圆点表示主轴的 12级转速 ,并注明转速值 ,在电动机轴（ O轴）相应位置画一个圆点并注明 1440r/min。 定中间各级转速时，可以从电动机轴开始往后推。通常一往前推比较
10、方便，即可首先定轴的转速（首先分配第二扩大组 c 的传动比）。由于传动组 c 的变速范围： rc= (Pc-1)Xc =6=8 式中 : rc c 变数组的变数范围； Pc c 变数组的传动副数； Xc c 变数组的级比指数。 故这两对传动副的传动比必然是 : 1/ n11/4 ; n22 于是 : n1=4， n2=2 于是确定了轴的 6 级转速只能是： 180r/min ; 250r/min; 355r/min; 500r/min; 710r/min; 1000r/min ， 可见轴的最低转速是 180r/min。 两对传动副的连线如图 2-1 中 hj和 hk。 图 2-1 转速图的拟定
11、 然后确定轴的转速，传动组 b 为第一扩大组，级比指数为 3，可知，轴的最低转速可以是 250r/min（ imax=2,imin=1/）， 355r/min(imax=,imin=1/2)， 500r/min (imax=1,imin=1/3),710 r/min（ imax=1/,imin=1/4） 为避免升速，同时不使最小传动比太小，并满足降速符合递减原则，因此取 沈阳大学课程设计说明书 - 6 - ib min=ib1=1/3 ; ib max =ib2=1 即最低转速定为 500r/min，两对传动副的连线如图中 fh 和 fg 所示，所以此轴的三级转速分别为： 500r/min ；
12、 710r/min ； 1000r/min。 在 -轴间的变速组为基本组，级比指数为 1，根据升 2 降 4 原则，轴的转速可以是：500r/min（ imax=2,imin=1）， 710r/min（ imax=,imin=1/）， 1000r/min（ imax=1,imin=1/2）， 1400r/min（ imax=1/,imin=1/3）， 2000r/min（ imax=1/2,imin=1/4）， 基于 同样理由，确定此轴转速为1000r/min。三对传动的连线如图 2 中的 mf， me， md 所示。 2.2 确定转速图 电动机 O 轴与轴之间可采用带传动，传动比为 1.41
13、： 1 最后，分别在 轴间，过轴转速点 e， d 分别画 fh 和 fg 的平行线。同样在 之间，过轴转速点画 hj 和 hk 的平行线，并在转速图上写出电机轴和主轴的转速，传动比连线上写出传动比。这样转速图最终完成，其结果如图 2-2 所示。 图 2-2 12=312326的转速图 对应于 12=312326的结构式还可以有别的转速图，如图 2-3。 沈阳大学课程设计说明书 - 7 - 图 2-3 12=312326转速图 图 2-3 是将和轴的转速都降低一个公比 ，这样比上面的转速图最高转速降低了大约20%，有利于降低噪声和减少发热。缺点是由于轴之间的转速降低了一个公比，所以轴的直径和两组
14、齿轮模数都要增大，同时被动轮的直径也要增大。 2.3 齿数的方法及原则 在传动系统中 ,传动比 u 采用的是标准公比 的整数次幂 ,故齿数和 Sz 以及小齿轮齿数均可从表中直接查到相应的标准齿数。 选齿轮时应当注意： （ 1）齿数和 Sz 不宜过大，以便限制齿轮的线速度而减少噪声，同时避免中心距增加而使机床机构庞大，一般满 70Sz100 120。 （ 2）齿数和 Sz 不宜过小选择齿数和时，不应使小齿轮发生根切，为使运动平稳，对于支持圆柱齿轮一般要求最小齿 Zmin18 20。 a 组中有两个传动副 ,对应应该有 6 个齿 ,Z1、 Z1、 Z2、 Z2、 Z3、 Z3。 其中， ub1=1
15、.41，对 b 变速组，在传动系统中靠前，故转速高，传递的扭矩相对较小，轴径相对也比较小，故此轴上齿轮应当满足： Zmin18 20 ； 70Sz100 120 的条件下，为了减小成本，可适当取稍小一点，通过查各种常用传动比的适当齿数可得 Z1=30,Sz=72 故 Z1=42。 为保证最小齿轮能够可靠地装在轴上或进行套装以及两轴上的轴承能与其他结构不至相碰，要保证齿轮的齿根到孔壁或键槽的壁厚 a2m，以保证该处（薄沈阳大学课程设计说明书 - 8 - 弱环节）的强度。 齿轮的壁厚，如 图 2-4 可知： a=1/2Di-T2m (1) 标准圆柱齿轮的齿根圆直径 Di=m(Zmin-2.5)代入
16、 (1)式得： Zmin6.5+2T/m 式中 : Zmin 齿轮的最小齿数； m 齿轮的模数； T 齿轮键槽顶面到轴心线的距离（可由齿轮孔径在手册中查询）。 图 2-4 齿轮 的 壁厚 2.4 确定齿轮齿数 对于 外联传动链，如果传动比 i 采用标准公比 的整数次方时，可用查表法（表 8.1）来确定齿数和 Sz 及小齿轮齿数 传动组 a 如 2-2 图所示的传动组 a： ia1=1 , ia2=1/1.41 , ia3=1/2。查参考文献 1表 8-1，取 i为 1,1.4,和 2 的三行。结果如下： ia1=1 S z =， 60， 62， 64， 66， 68， 70， 72， 74，
17、ia2=1/1.41 S z =， 60， 63， 65， 67， 68， 70， 72， 73， 75 ia3=1/2 S z =， 60， 63， 66， 69， 72， 75， 从以上各行中可挑出， S z =60 和 72 是共同适用的。可取 S z =72，从表中查出小齿轮齿数分别为 36、 30、 24。即 ia1=36/36， ia2=30/42， ia3=24/48； 48-42=6 4； 72100120； 24 17 可得轴上的三联齿轮齿数分别为： 36、 42、 48。 传动组 b 同上可得轴上两联齿轮的齿数分别为： 22、 42。 于是 : ib1=22/62 ； ib
18、2=42/42 ； 可得轴上两齿轮的齿数分别为： 62、 42。 沈阳大学课程设计说明书 - 9 - 传动组 c ic2=1/4 为降速传动，取轴齿轮齿数为 21； ic2=2 为升速传动，取轴齿轮齿数为 35。 可取 Sz =105. 于是 , ic1=21/84 ； ic2=70/35 得轴两联动齿轮的齿数分别为 21， 70；得轴两齿轮齿数分别为 84， 35。 采用相同的方法，可依次在表中查出各传动轴上齿轮的齿数，但要注意的是由于主轴传递扭矩（ M）大，轴径较大，故在主轴上的小齿轮应该考虑安装结构，齿数应选的大一些，整理得各轴上齿轮齿数如表 所示 齿轮号 Z1 Z1 Z2 Z2 Z3
19、Z3 Z4 Z4 Z5 Z5 Z6 Z6 Z7 Z7 齿数 36 36 24 48 30 42 42 42 22 62 70 35 21 84 2.5 主轴转速误差 主轴等实际转速运用如下公式计算： N 主 =n 电 （ 1-） U 总 式中 : n 电 电动机的转速； 皮带打滑系数 .该传动使用三角带 =0.02； U 总 从电动机到主轴的总传动比。 主轴转速误差用下式 |n|=|(n-n)/n|100 （ -1） 式中 ： n 为主轴转速的相对误差； n 实际转速值； n 理论转速值 。 n 主 =100024/4822/6221/84=44.35 |n|=|(n-n)/n|100 =|(
20、44.35-45)/45|100%=1.4% 2.6 其他轴转速误差 其他各级主轴的实际转速及转速误差的计算方法与其相同 ,整理如表 2-5 示 表 2-5 转数误差 沈阳大学课程设计说明书 - 10 - 主轴理论转速 (r/min) 主轴实际转速 (r/min) 主轴转速误差 是否合格 45 44.35 1.4 合格 63 63.39 0.6 合格 90 88.75 1.3 合格 125 124.25 0.6 合格 180 177.5 1.3 合格 250 248.5 0.6 合格 355 355 0 合格 500 507.1 1.42 合格 710 710 0 合格 1000 994 0.
21、6 合格 1400 1420 1.43 合格 2000 1988 0.6 合格 2.7 传动件计算转速的确定 主轴从计算转速 nj到最高转速之间的全部转速都传递全部功率。因此，使主轴获得上述转速传动件的转速也应该传递全部功率。传动件的这些转速中的最低转速，就是传动件的计算转速。当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定各传动件的计算转速。确定的方法，一般是确定主轴前一轴或前一轴上的传动件的计算转速。再按顺序往前推，逐步确定其余传动轴和传动件的计算转速。再确定传动件的计算转速的操作中，可以先找出该传动件有几级转速，再找出哪几级转速传递了全功率，最后找出传递全功率的最低转速就是该传动件的计算转速。 2.8 确定主轴的计算转速 输出全 部功率的最小转速公式如下所示： nj=nminZ/3-1 式中： nj 传动件的计算转数； nmin 最低转速； 公比； Z 转数级数。 nj=nminZ/3-1 = 451.4112/3-1125r/min
