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3 拟定传动系统方案
3.1传动系统的选择与设计
传动系统的作用通常是实现减速、增速和变速，有时也用作实现运动形式的转换，并且在传递运动的同时，将原动机的输出功率和转矩传递给执行机构。
通常要把原动机的输出运动传给执行机构，仅选用一种传动装置或机构的情况较少见，大多数情况是选择若干种传动装置或机构合理地加以组合布置，构成一个传动系统，才能实现预期的工作要求。在进行传动装置和机构的选择与设计时应注意以下问题：
(1) 设原动机的转速为nd，执行机构原动件的设计转速为nr，则传动装置系统的总传动比
i?nd nr 如果传动装置系统由n个传动装置或机构串联组成，其每个传动装置或机构的传动比分别为i1，i2，……in，则
i =i1.i2.i3.……in
每种传动装置或机构的传动比的取值可参阅表3.1。若i大于推荐值时，通常应该用两级或两级以上的传动装置或机构串联组合来进行传动。
表3.1 常用传动机构的合理取值范围
传动机构种类 圆周速度 m/s 减速比 最大功率 kw (2) 当系统为减速传动时，宜使i1< i2< i3…… in，并使相邻两级传动比相差不要太大。这样可使中间各级轴有相对较高的转速和较小的扭矩，转轴及轴上的零件可以设计得尺寸较小，从而获得较为紧凑的结构。
(3) 因为传动轴及轴上的传动零件的尺寸，主要取决于所传递的扭矩。当系统传递的功率一定时，轴的转速愈高，其扭矩愈小，传动轴与传动零件的尺寸可以设计得愈小，故宜将传动能力小的机构安排在高速级。如带传动和摩擦传动宜布置在高速级；需要密封的齿轮传动宜布置在高速级，这样因齿轮尺寸小，可减小密封箱体的外廓尺寸；生产成本高、加工困难的零件宜布置在高速级，如锥齿轮传动宜布置在高速级。
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平带 5~25 ≤5 2000 V带 5~30 ≤8~15 750―1200 摩擦轮 15~25 ≤7~10 150―250 齿轮 15~120 ≤4~8 50000 蜗杆 15~35 ≤80 550 链 15~40 ≤6~10 3750 (4) 为了使机器运转平稳，减少震动冲击和噪音，宜将带传动布置在高速级，从而可利用传动带的弹性吸振、打滑，防止过载时损坏基它零件。链传动冲击、振动大，宜布置于中、低速膜的形成，从而提高蜗杆传动的效率。
(5) 蜗杆传动宜布置在高速级，以便提高齿面的相对滑动速度，有利于液体动力润滑油膜的形成，从而提高蜗杆传动的效率。
(6) 为了减少能耗、减轻振动，宜将转换运动形式的机构，如凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等布置在与执行机构相连的低速级一端。
(7) 选择尽可能短的传动链结构。因为这样作可减少机械的构件、零件数目，降低制造成本，提高机械效率和系统的传动精度和可靠性，同时也关系到设备的使用、保养和维修的简便程度。
上面介绍了传动链系统中有关传动装置或机构的选择与布置问题，在实际生产中，当传动链系统是减速时，减速器是一种常用的独立的闭式传动装置。目前国内生产的大多数减速器已经标准化，设计时可查阅有关技术资料进行选取。
此外，当需要在原动机与执行机构间实现调速时，可选择相应的机械调速装置。调速机械装置有两种：有级变速传动装置和无级变速传动装置。当执行机构要求有多档固定转速，而动力源又不能调速时，可采用有级变速传动装置。有级变速传动装置常用直齿圆柱齿轮作为传动构件，因为直齿圆柱齿轮换挡比较方便。机械式无级变速传动装置，能在机器不停止运动的条件下实现调速。这种传动装置一般均靠摩擦来实现传动，故寿命较短，一般常用于小功率的传动系统。以上两类变速传动装置也有标准产品可供选择，选用时可查阅有关技术资料。
3.2 有级变速传动系统的转速图
对于有级变速传动系统，为清楚地表示机器或机械系统中主轴的每一种转速是通过哪些齿轮传动的，以及各对齿轮的传动比之间的内在联系，只有算出各种转速，并按转速大小排序、画出传动路线的转速图。以下来研究转速图的原理和画法。
3.2.1 转速图的概念
图3.1表示某机床主传动系统运动简图和转速图。图中竖线表示主传动系统各轴，距离相等的一组水平线与竖线相交，得相应交点（图中用园点表示）代表各轴所具有的转速。相邻两档转速之比称为公比φ（图中
φ≈710/450≈450/280≈280/180≈3710/180≈1.58）。图中等距竖线并不代表实际轴间距相等，但相邻的两根等距横线，便代表了成公比φ的两档转速。图中倾斜的连线和上方的数字比代表传动比，向右下方倾斜时，表示减速，向右上方倾斜时，表示增速。
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3.2.2 转速图的拟定方法和步骤
以下以牛头刨床为例，具体说明转速图的拟定方法和步骤，由题意：刨刀每分钟的往复次数为15~80次，6档，即转速级数Z=6，公比φ= 580/15≈1.4，则刨刀各档速度分别为：80，57，41，29，21，15。
设电动机的转速为960转/分。 1）确定变速组数目和变速组排列方案
由于转速级数Z=6，故取两个变速组，根据各变速组中传动副数应遵循前多后少的原则，选择
Z?6?3×2
即前面用一个三联齿轮，后面用一个双联齿轮。
图3.1 某种机床主传动系统的运动简图和转速图
左图为主传动系统的运动简图，图中29/46为交换齿轮，38-28为双联齿轮。 右图为该主传动系统对应的转速图 2）确定基本组和扩大组
根据前紧后松的原则，选择6=31·23方案，即第一变速组为基本组，其三档传动比在转速图上相差一格；第二变速组为扩大组，两档传动比在转速图上相差三格。
3）确定是否增加定传动比降速级
由于本传动系统的最大传动比i=960/15=64，如仅用二级变速组来实现降速，则每级传动比要取到8才能达到要求，显然太大了。为减小二级变速组的传动比，必须增加定传动比的降速级。考虑到主执行机构中的主动件必须与大齿轮固联，且驱动它的小齿轮不能做成滑动齿轮，故这一对齿轮的传动比固定。通过类比，选定为4；另外，为减小变速部分的各齿轮的径向尺寸，通常在电动机之后再增加一级V带传动或其它传动（如蜗杆传动）。设增加一级V带传动，传动比选定为4.2，则二级变速组的最大传动比为
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64/（4×4.2）=3.81≈1.44
4） 分配速比
由上边计算知，变速组的最大传动比为3.81≈1.44，设取第一变速组、第二变速组的最大传动比均为1.4×1.4=1.96，则第一变速组的三个传动比分别为：1.96、1.4和1；第二变速组的二个传动比为1.96和0.714。
5）V带传动带轮基准园直径之比和各对齿轮齿数比的确定 （1）V带传动带轮基准园直径之比 经类比初选电机功率P=3.5 kw，其余略。 （2）第一变速组的三对齿轮副
首先确定最大传动比时的齿数比。设小齿轮齿数Z1=20，则大齿轮齿数
Z2=1.94×20=39 Z?=Z1+Z2=20+39=59
第二对齿轮副中小齿轮齿数按下式计算
Z1= Z?/（1+i）=59/(1+1.4)=24.58，取Z1为25，则大齿轮齿数Z2=59-25=34； 第三对齿轮副的传动比为1，故Z1= Z2=59/2=29.5，实取为Z1= Z2=29。 （3）第二变速组的二对齿轮副
同（2），先确定最大传动比时的齿数比。设小齿轮齿数Z3=23，则大齿轮齿数Z4=1.94×23=45，则Z?=Z3+Z4=23+45=68；
第二对齿轮副中小齿轮齿数按下式计算
Z1= Z?/（1+i）=68/(1+0.714)=39.67，取Z3为40，则大齿轮齿数Z4=68-40=28。 （4）最后一级定传动比齿轮副
参考同类刨床，小齿轮齿数Z5=25，则大齿轮齿数Z6=i×Z5=4×25=100。 1）计算刨刀实际的每分钟往复次数（略） 画出牛头刨床主运动链的转速图（略）。
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