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　　正確理解機床的功率扭矩特性，變速傳動系統中主軸及傳動件計算轉速的確定，變速箱內傳動件的空間布置與計算，以及數控機床主傳動系統的設計特點等。
　　一、主傳動系統設計應滿足的基本要求
　　1）滿足機床使用性能要求；2）滿足機床傳遞動力要求；3）滿足機床工作性能要求；4）滿足產品設計經濟性要求；5）調整維修方便，結構合理簡單，便于加工裝配等。
　　二、主傳動系統分類和傳動方式
　　主傳動系統一般由動力源、變速裝置、執行件以及開停、換向和制動機構等組成。
　　主傳動系統按變速的連續性可分為有級（分級）變速傳動和無級變速傳動兩大類。
　　主傳動系統的傳動方式主要有兩種：即集中傳動方式和分離傳動方式。
　　三、分級（有級）變速主傳動系統主要設計內容及步驟
　　根據已確定的主變速傳動系統的運動參數，擬定結構式和轉速圖；合理分配各變速組中各傳動副的傳動比；確定齒輪齒數和帶輪直徑等；繪制主變速傳動系統圖。
　　（一）擬定轉速圖和結構式
　　轉速圖是設計、分析機床分級變速主傳動系統時使用的一種特殊線圖。在轉速圖中可以表示出傳動軸的數目，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，各傳動副的傳動比等。^x_i表示。級比指數x_i相當于由上述相鄰兩傳動線與從動軸交點之間的相距格數。
　　設計主軸轉速為連續的等比數列時，必須有一個級比指數x₀等于1的基本變速組；第一擴大組的級比指數x₁應等于基本組的傳動副數P₀；第二擴大組的級比指數x₂等于基本組與第一擴大組的傳動副數P₀與P₁的乘積P₀×P₁，依此類推。符合上述級比規律的變速傳動系統即稱為常規變速傳動系統。
　　一般情況下，每個變速組的傳動副數最好取p = 2或3。
　　（二）各變速組的變速范圍及極限傳動比
　　變速組的變速范圍是指變速組中最大傳動比與最小傳動比的比值。即
　　　　 。
　　由上式可看出，變速組變速范圍R_i 值中的指數x_i (P_i-1)，就是在轉速圖上變速組中最大傳動比的傳動線與最小傳動比的傳動線所間隔的格數。
　　在設計機床主傳動系統時，一般限制降速最小傳動比u_主min≥1/4；直齒圓柱齒輪升速最大傳動比u_主max≤2；斜齒圓柱齒輪傳動可取u_主max≤2.5。

　　主傳動各變速組的最大變速范圍為：R_主max= 8 ~10。
　　主軸的變速范圍應等于主變速傳動系統中各變速組變速范圍的乘積，即
　　 ，確定R_n、Z和各級轉速值；
　　2）選擇結構式并驗算變速組的變速范圍；
　　3）確定是否需要增加降速的定比傳動副；
　　4）分配各變速組的最小傳動比，擬定轉速圖。
　　（四）主變速傳動系統的幾種特殊設計
　　1. 具有多速電動機的主變速傳動系統設計
　　采用多速異步電動機與其它傳動方式聯合使用，可簡化機床的機械結構，使用方便，且可在運轉中實現變速，故適用于半自動、自動機床及普通機床。在變速傳動系統中，多速電動機相當于變速組。當多速電動機的變速范圍為2或4時，應用該電動機的變速傳動系統的公比應取值為1.06、1.12、1.26、1.41和2。

　　應用多速電動機時，若使變速系統仍然保持連續的等比數列的轉速，則要求電變速組在擴大順序中的特性仍然要遵守級比規律。
　　2. 具有交換齒輪的變速傳動系統設計
　　對于成批生產中使用的機床，如自動、半自動車床，專用機床，齒輪加工機床等，在加工中一般不需要變速，或僅在較小范圍內變速。但更換一批工件后，有可能需要變換速度。為簡化結構，常采用交換齒輪變速方式，或將交換齒輪與其它變速方式組合使用。交換齒輪用于每批工件加工前的變速調整。使用齒數不同的一組交換齒輪即可得到兩種傳動比。反映在轉速圖上，交換齒輪的變速組應設計成對稱分布的。
　　交換齒輪變速組的變速范圍R_交≤4 ~ 6。交換齒輪變速的優點是可以用少量齒輪得到多級轉速，不需要操縱機構，變速箱結構大大簡化。缺點是更換交換齒輪時較費時費力，如裝在變速箱外，則潤滑和密封較為困難。交換齒輪變速組一般安放在傳動系統的前面，使其處于較高轉速，結構可以緊湊些。
　　3. 具有公用齒輪的變速傳動系統設計
　　采用公用齒輪的變速傳動系統設計，常用的有單公用、雙公用和三公用齒輪。采用公用齒輪可以減少齒輪的數目和縮短變速箱的軸向尺寸，但由于齒輪公用而導致兩變速組的傳動比相互牽制，給選擇傳動比帶來一定困難，同時徑向尺寸也較大。同時還應注意，相鄰兩個變速組中的齒輪模數必須相同。
　　（五）擴大傳動系統變速范圍的方法
　　1）增加變速組
　　在原有變速傳動系統中再增加一個變速組，是擴大變速范圍的最簡便方法。由于受到變速組極限傳動比的限制，所增加的變速組的級比指數往往不得不小于理論值，并導致部分轉速出現重復。，用背輪機構作為最后擴大組，可以擴大傳動系統的變速范圍（見右圖）。
　　3）采用雙公比的傳動系統
　　雙公比傳動系統是將主軸常用的中段轉速采用小公比，不常用的高、低段轉速采用大公比。雙公比變速傳動系統是在常規變速傳動系統基礎上，通過改變基本組的級比指數演變而來的。
　　4）采用分支傳動
　　分支傳動是指在串聯形式變速傳動系統的基礎上，增加并聯分支以擴大變速范圍。
　　（六）齒輪齒數的確定
　　確定變速組內齒輪齒數應注意的問題：
　　齒輪的S_Z不應過大，一般推薦S_Z≤100 ~ 120；齒輪的S_Z不應過小，應考慮Z_min≥18 ~ 20；應符合轉速圖上傳動比的要求。
　　變速組內齒輪模數相同時齒輪齒數的確定可用查表法。
　　三聯滑移齒輪能順利滑移變速的條件：其最大齒輪和次大齒輪之間的齒數差應大于4。
　　（七）計算轉速的選取有下列三種情況：1）取f >R_dN 特點：變速箱結構得到簡化，但在主軸的功率特性圖上出現了較大的缺口。3）取
　　轉速圖是由“三線一點”即傳動軸格線、轉速格線、傳動線以及轉速點所組成（見右圖）。
　　設計分級變速主傳動系統時，為便于分析比較不同的傳動設計方案，常使用結構式。對應右面轉速圖的結構式可寫成：
　　12 = 3₁×2₃×2₆
　　結構式簡單、直觀，能清楚地顯示出變速傳動系統中主軸轉速級數Z，各變速組的傳動順序、傳動副數P_i與級比指數x_i。
　　變速組的級比是指在轉速圖中同一變速組內相鄰兩傳動比的比值，用
　　變速組變速范圍的一般式可寫成
　　在檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查該傳動系統中的最后一個擴大組即可。
　　（三）主變速傳動系統設計的一般原則
　　1. 傳動副“前多后少”原則
　　主變速傳動系統從電動機到主軸，通常為降速傳動，接近電動機的傳動件轉速較高，傳遞的轉矩較小，尺寸小一些；反之，靠近主軸的傳動件轉速較低，傳遞的轉矩較大，尺寸就較大。因此在設計時，應盡可能將傳動副數較多的變速組安排在前面，傳動副數較少的變速組放在后面。其好處是使系統中有更多的傳動件在高速范圍內工作，以有利于減少變速箱的結構尺寸和成本。
　　2. 傳動線“前密后疏”原則（即傳動順序與擴大順序相一致的原則）
　　當變速組的傳動順序與擴大順序相一致時，多數傳動軸的最低轉速較低，在傳遞相同功率的情況下，承受轉矩較大，傳動件的尺寸也應較大。

　　3. 變速組的降速要“前慢后快”原則，且中間軸的轉速不宜超過電動機的轉速。
　　從電動機到機床主軸，總的趨勢是降速傳動，為使中間傳動軸轉速較高（但不宜過高），可使前面變速組的降速幅度慢一些，后面降速幅度快一些。
　　擬定一臺中型通用機床的主變速傳動系統轉速圖的一般設計步驟如下：
　　1）選定公比應是2的正整數次方根，即公比
　　2）采用背輪機構（單回曲機構）
　　背輪機構的極限變速范圍為
　　主運動為旋轉運動的通用機床主軸或各傳動件在傳遞全部功率時的最低轉速，能夠傳遞最大轉矩。因此，將傳遞全部功率時的最低轉速，稱為該主軸或傳動件的計算轉速。機床主軸所傳遞的功率或轉矩與轉速之間的關系，稱為機床的功率轉矩特性。右圖為主運動為旋轉運動的通用機床主軸的功率轉矩特性圖。
　　主運動是直線運動的機床主傳動屬恒轉矩傳動；而主運動是旋轉運動的機床基本上屬恒功率傳動。
　　從機床的主軸的功率轉矩特性圖中可見，主軸從 n_j起至n_max間的所有轉速下都能傳遞全部功率（即電動機為滿載），而n_j是主軸傳遞全部功率時的最低轉速，而其輸出的轉矩則隨轉速的增加而減少，此為恒功率區。低于主軸n_j的各級轉速所能輸出的轉矩與主軸在n_j時輸出的轉矩相等，即為該機床的最大輸出轉矩，而傳遞的功率則隨轉速的減低而減少，此為恒轉矩區。
　　不同類型機床主軸的計算轉速選取是不同的，各類機床主軸的計算轉速統計公式見表2-9。當主軸的計算轉速確定后，就可以從轉速圖上確定其他各傳動件（傳動軸與齒輪）的計算轉速。確定順序通常是按傳動順序由后到前，先確定傳動軸的計算轉速，再確定各齒輪的計算轉速。在確定傳動件的計算轉速時：首先找出該傳動件共有幾級實際工作轉速；再找出其中能傳遞全部功率時的那幾級轉速；最后確定出能傳遞全部功率的最低轉速，即為該傳動件的計算轉速。
　　（八）變速箱內傳動件的空間布置與計算
　　變速箱內各傳動軸的空間布置首先要滿足機床總體布局對變速箱形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸的受力情況，裝配調整和操縱維修的方便。
　　首先確定主軸的位置；然后確定傳動主軸的軸，以及與主軸有齒輪嚙合關系的軸的位置；接著確定電動機軸或運動輸入軸（軸Ⅰ）的位置；最后確定其它各傳動軸的位置。
　　對于變速箱、進給箱及其他傳動機構的軸，以承受彎矩和扭矩為主。這類軸的計算重點應以彎曲剛度為主，重載軸還應該核算疲勞強度，高速軸應核算臨界轉速。機床各傳動軸在工作時必須保證具有足夠的彎曲剛度和扭轉剛度。
　　當軸的長度與跨距未定，支承反力與彎矩無法求得時，可先按抗扭剛度對軸的直徑進行估算。待結構確定之后，定出軸的跨距，再按彎曲剛度進行驗算。
　　四、無級變速主傳動系統
　　無級變速是指在一定范圍內，轉速（或速度）能連續地變換，從而獲取最有利的切削速度。機床主傳動系統中常采用的無級變速裝置主要有三大類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。
　　無級變速主傳動系統設計原則：
　　1）盡量選擇功率和轉矩特性符合傳動系統要求的無級變速裝置
　　2）為滿足機床實際需要的恒功率變速范圍，應將無級變速傳動裝置與機械分級變速箱串聯在一起使用。
　　五、數控機床主傳動系統設計特點
　　在設計數控機床主傳動系統時，因主軸要求的恒功率變速范圍R_nN要遠遠大于調速電動機的恒功率R_dN變速范圍，所以在調速電動機與主軸間要串聯一個機械式分級變速箱，以擴大其恒功率調速范圍，滿足機床在低速大功率切削時對電動機輸出功率的要求。
　　在設計分級變速箱時，考慮機床結構復雜程度、運轉平穩性要求等因素，分級變速箱公比φf = R_dN 特點：功率特性圖是連續的，無缺口、無重合。2）取φf<R_dN 特點：在主傳動系統的功率特性圖上將有小段重合，分級變速箱的變速級數將增多。