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目 錄
1. 緒 論 1
1.1 銑床的發(fā)展及分類 1
1.2 銑床的主要結(jié)構(gòu) 3
1.3 銑床的電力拖動形式和控制要求 3
2. 臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)及要求 5
2.1 一般臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動形式 5
2.2 臥式銑床的主傳動系統(tǒng)組成及要求 6
3. 主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計(jì) 8
3.1 轉(zhuǎn)速圖 9
3.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式 12
3.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 13
3.4 帶輪及V帶設(shè)計(jì) 17
3.5 齒輪齒數(shù)的確定 19
3.6 齒輪各項(xiàng)參數(shù)的確定 23
4. 主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.1 主傳動系統(tǒng)的布局及變速機(jī)構(gòu)的類型 25
4.2 齒輪的布置 26
4.3 軸的空間布置 28
4.4 計(jì)算轉(zhuǎn)速 29
4.5 主軸軸徑設(shè)計(jì) 31
4.6 主傳動系統(tǒng)的開停裝置 34
4.7 主傳動系統(tǒng)的制動裝置 35
5. 傳動系統(tǒng)的潤滑 36
5.1 潤滑系統(tǒng)的要求 36
5.2 潤滑劑的選擇 36
5.3 潤滑方式 37
6. 參考文獻(xiàn) 39
III
1. 緒 論
1.1 銑床的發(fā)展及分類
銑床主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為主運(yùn)動，工件和銑刀的移動為進(jìn)給運(yùn)動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。銑床是一種用途廣泛的機(jī)床，在銑床上可以加工平面（水平面、垂直面）、溝槽（鍵槽、T形槽、燕尾槽等）、分齒零件（齒輪、花鍵軸、鏈輪、螺旋形表面（螺紋、螺旋槽）及各種曲面[1]。此外，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進(jìn)行切斷工作等。銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，輔以工作臺或銑頭的進(jìn)給運(yùn)動，工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刀斷續(xù)切削，因而銑床的生產(chǎn)率較高。
簡單來說，銑床是用銑刀對工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床最早由美國人E.惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床。為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國人J.R.布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床，是為升降臺銑床的雛形。1884年前后出現(xiàn)了龍門銑床20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進(jìn)給-快速”或“快速-進(jìn)給”的自動轉(zhuǎn)換。1950年后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動化程度。尤其是70年代后微處理機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應(yīng)用，擴(kuò)大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率[2]。隨著機(jī)械化進(jìn)程不斷加劇，數(shù)控編程開始廣泛應(yīng)用與于機(jī)床類操作，極大的釋放了勞動力。數(shù)控編程銑床將逐步取代現(xiàn)在的人工操作。對員工要求也會越來越高，當(dāng)然帶來的效率也會越來越高。
一、按布局形式和適用范圍加以區(qū)分；升降臺銑床：有萬能式、臥式和立式等，主要用于加工中小型零件，應(yīng)用最廣。龍門銑床：包括龍門銑鏜床、龍門銑刨床和雙柱銑床，均用于加工大型零件。單柱銑床和單臂銑床：前者的水平銑頭可沿立柱導(dǎo)軌移動，工作臺作縱向進(jìn)給；后者的立銑頭可沿懸臂導(dǎo)軌水平移動，懸臂也可沿立柱導(dǎo)軌調(diào)整高度。兩者均用于加工大型零件。工作臺不升降銑床：有矩形工作臺式和圓工作臺式兩種，是介于升降臺銑床和龍門銑床之間的一種中等規(guī)格的銑床。其垂直方向的運(yùn)動由銑頭在立柱上升降來完成。儀表銑床：一種小型的升降臺銑床，用于加工儀器儀表和其他小型零件。工具銑床：用于模具和工具制造，配有立銑頭、萬能角度工作臺和插頭等多種附件，還可進(jìn)行鉆削、鏜削和插削等加工。其他銑床：如鍵槽銑床、凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸銑床和方鋼錠銑床等，是為加工相應(yīng)的工件而制造的專用銑床。按控制方式，銑床又分為仿形銑床（見仿形機(jī)床）、程序控制銑床和數(shù)字控制銑床（見數(shù)字控制機(jī)床) [3]。
二、按結(jié)構(gòu)分；銑床又分為；臺式銑床：小型的用于銑削儀器、儀表等小型零件的銑床。懸臂式銑床：銑頭裝在懸臂上的銑床，床身水平布置，懸臂通?？裳卮采硪粋?cè)立柱導(dǎo)軌作垂直移動，銑頭沿懸臂導(dǎo)軌移動。滑枕式銑床：主軸裝在滑枕上的銑床，床身水平布置，滑枕可沿滑鞍導(dǎo)軌作橫向移動，滑鞍可沿立柱導(dǎo)軌作垂直移動。龍門式銑床：床身水平布置，其兩側(cè)的立柱和連接梁構(gòu)成門架的銑床。銑頭裝在橫梁和立柱上，可沿其導(dǎo)軌移動。通常橫梁可沿立柱導(dǎo)軌垂向移動，工作臺可沿床身導(dǎo)軌縱向移動，用于大件加工。平面銑床：用于銑削平面和成型面的銑床，床身水平布置，通常工作臺沿床身導(dǎo)軌縱向移動，主軸可軸向移動。它結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高。仿形銑床：對工件進(jìn)行仿形加工的銑床[4]。一般用于加工復(fù)雜形狀工件。升降臺銑床：具有可沿床身導(dǎo)軌垂直移動的升降臺的銑床，通常安裝在升降臺上的工作臺和滑鞍可分別作縱向、橫向移動。搖臂銑床：搖臂裝在床身頂部，銑頭裝在搖臂一端，搖臂可在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)和移動，銑頭能在搖臂的端面上回轉(zhuǎn)一定角度的銑床。床身式銑床：工作臺不能升降，可沿床身導(dǎo)軌作縱向移動，銑頭或立柱可作垂直移動的銑床。專用銑床：例如工具銑床：用于銑削工具模具的銑床，加工精度高，加工形狀復(fù)雜。
三、按控制方式分 ；銑床又可分為仿形銑床、程序控制銑床和數(shù)控銑床等。銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計(jì)方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美。在我國70～80年代大多數(shù)銑床中，大多數(shù)的開關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制，也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此，繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨。
1.2 銑床的主要結(jié)構(gòu)
由于銑床的加工范圍較廣，運(yùn)動形式較多，其結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。床身固定于底座上，用于安裝和支承銑床的各部件，在床身內(nèi)還裝有主軸部件、主傳動裝置及其變速操縱機(jī)構(gòu)等。床身頂部的導(dǎo)軌上裝有懸梁，懸梁上裝有刀桿支架。銑刀則裝在刀桿上，刀桿的一端裝在主軸上，另一端裝在刀桿支架上。刀桿支架可以在懸梁上水平移動，懸梁又可以在床身頂部的水平導(dǎo)軌上水平移動，因此可以適應(yīng)各種不同長度的刀桿。床身的前部有垂直導(dǎo)軌，升降臺可以沿導(dǎo)軌上下移動，升降臺內(nèi)裝有進(jìn)給運(yùn)動和快速移動的傳動裝置及其操縱機(jī)構(gòu)等。在升降臺的水平導(dǎo)軌上裝有滑座，可以沿導(dǎo)軌作平行于主軸軸線方向的橫向移動；工作臺又經(jīng)過回轉(zhuǎn)盤裝在滑座的水平導(dǎo)軌上，可以沿導(dǎo)軌作垂直于主軸軸線方向的縱向移動。這樣，緊固在工作臺上的工件，通過工作臺、回轉(zhuǎn)盤、滑座和升降臺，可以在相互垂直的三個方向上實(shí)現(xiàn)進(jìn)給或調(diào)整運(yùn)動。在工作臺與滑座之間的回轉(zhuǎn)盤還可以使工作臺左右轉(zhuǎn)動45o角，因此工作臺在水平面上除了可以作橫向和縱向進(jìn)給外，還可以實(shí)現(xiàn)在不同角度的各個方向上的進(jìn)給，用以銑削螺旋槽。
1.3 銑床的電力拖動形式和控制要求
銑床的主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動各由一臺電動機(jī)拖動，這樣銑床的電力拖動系統(tǒng)一般由三臺電動機(jī)所組成：主軸電動機(jī)、進(jìn)給電動機(jī)和冷卻泵電動機(jī)。主軸電動機(jī)通過主軸變速箱驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，并由齒輪變速箱變速，以適應(yīng)銑削工藝對轉(zhuǎn)速的要求，電動機(jī)則不需要調(diào)速。由于銑削分為順銑和逆銑兩種加工方式，分別使用順銑刀和逆銑刀，所以要求主軸電動機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)，但只要求預(yù)先選定主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，在加工過程中則不需要主軸反轉(zhuǎn)[6]。又由于銑削是多刃不連續(xù)的切削，負(fù)載不穩(wěn)定，所以主軸上裝有飛輪，以提高主軸旋轉(zhuǎn)的均勻性，消除銑削加工時產(chǎn)生的振動，這樣主軸傳動系統(tǒng)的慣性較大，因此還要求主軸電動機(jī)在停機(jī)時有電氣制動。進(jìn)給電動機(jī)作為工作臺進(jìn)給運(yùn)動及快速移動的動力，也要求能夠正反轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)三個方向的正反向進(jìn)給運(yùn)動；通過進(jìn)給變速箱，可獲得不同的進(jìn)給速度。為了使主軸和進(jìn)給傳動系統(tǒng)在變速時齒輪能夠順利地嚙合，要求主軸電動機(jī)和進(jìn)給電動機(jī)在變速時能夠稍微轉(zhuǎn)動一下（稱為變速沖動）。三臺電動機(jī)之間還要求有聯(lián)鎖控制，即在主軸電動機(jī)起動之后另兩臺電動機(jī)才能起動運(yùn)行。由此，銑床對電力拖動及其控制有以下要求：
銑床的主運(yùn)動由一臺籠型異步電動機(jī)拖動，直接起動，能夠正反轉(zhuǎn)，并設(shè)有電氣制動環(huán)節(jié)，能進(jìn)行變速沖動。
工作臺的進(jìn)給運(yùn)動和快速移動均由同一臺籠型異步電動機(jī)拖動，直接起動，能夠正反轉(zhuǎn)，也要求有變速沖動環(huán)節(jié)。
冷卻泵電動機(jī)只要求單向旋轉(zhuǎn)。
三臺電動機(jī)之間有聯(lián)鎖控制，即主軸電動機(jī)起動之后，才能對其余兩臺電動機(jī)進(jìn)行控制。
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2．臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)與要求
2.1 一般臥式銑床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動形式
X62W型臥式銑床的外形結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它主要由床身、主軸、刀桿、懸梁、工作臺、回轉(zhuǎn)盤、橫溜板、升降臺、底座等幾部分組成。在床身的前面有垂直導(dǎo)軌，升降臺可沿著它上下移動。在升降臺上面的水平導(dǎo)軌上，裝有可在平行主軸軸線方向移動（前后移動）的溜板。溜板上部有可轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)盤，工作臺就在溜板上部回轉(zhuǎn)盤上的導(dǎo)軌上作垂直于主軸軸線方向移動（左右移動）。工作臺上有T形槽用來固定工件。這樣，安裝在工作臺上的工件可以在三個坐標(biāo)上的六個方向調(diào)整位置或進(jìn)給。
銑床主軸帶動銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是主運(yùn)動；銑床工作臺的前后（橫向）、左右（縱向）和上下（垂直）6個方向的運(yùn)動是進(jìn)給運(yùn)動；銑床其他的運(yùn)動，如工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、在各個方向的快速移動則屬于輔助運(yùn)動。
1—床身（立柱） 2—主軸 3—刀桿 4—懸梁 5—支架 6—工作臺
7—回轉(zhuǎn)盤 8—橫溜板 9—升降臺 10—底座
圖2-1 銑床外部結(jié)構(gòu)圖
2.2 臥式銑床的主傳動系統(tǒng)組成及要求
機(jī)床的主傳動系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動的，它與機(jī)床的傳動方案和總體布局有關(guān)，對于機(jī)床的使用性能、結(jié)構(gòu)和制造成本都有明顯的影響。因此在設(shè)計(jì)機(jī)床的過程中必須給予充分的重視，以便制定出既滿足使用要求有經(jīng)濟(jì)合理的方案。
銑床的主傳動裝置和零件全部裝在床身中，是整體式的結(jié)構(gòu)，為了滿足工作性能的要求，從電動機(jī)起，至機(jī)床工作的執(zhí)行部件（主軸），主傳動系統(tǒng)通常包括下列幾個組成部分：
1.定比傳動機(jī)構(gòu) 即具有固定傳動比的傳動機(jī)構(gòu)，常采用齒輪、皮帶及鏈傳動等
2.變速裝置
機(jī)床的變速裝置有齒輪變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械無級變速機(jī)構(gòu)以及液壓無極變速裝置等，其中最常見的是齒輪變速機(jī)構(gòu)。
3.主軸組件
機(jī)床的主軸組件有主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動件等。
4.開停裝置
用來控制機(jī)床主運(yùn)動執(zhí)行部件（主軸）的啟動和停止，通常采用離合器或直接開停電動機(jī)。
5.制動裝置
用來使機(jī)床主運(yùn)動執(zhí)行部件（主軸）盡快地停止運(yùn)動，通?？梢圆捎脵C(jī)械的、液壓的或電動機(jī)的制動方式。
6.換向裝置
用來改變機(jī)床主運(yùn)動的方向，對于需要換向的機(jī)床，在設(shè)計(jì)主傳動系統(tǒng)時，都應(yīng)設(shè)有換向裝置。他們可以是機(jī)械的、液壓的，用來直接改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
7.操縱機(jī)構(gòu)
機(jī)床的開停、變速、制動及換向等，都需要通過操縱機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)機(jī)床時，一般是將主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與操縱機(jī)構(gòu)同時加以考慮。
8.潤滑與密封裝置
為了保證主傳動系統(tǒng)的正常工作，必須要良好的潤滑與密封裝置，防止出現(xiàn)漏油、漏水和漏氣現(xiàn)象。
9.箱體
各機(jī)構(gòu)和傳動件的支承均裝入箱體中，并保證他們相互位置的準(zhǔn)確性。機(jī)床主傳動系統(tǒng)與整臺機(jī)床技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有密切的聯(lián)系。例如機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)及電動機(jī)功率將直接影響這臺機(jī)床的使用范圍，主軸組件的精度、剛度、抗震性及溫升對加工質(zhì)量有重要的影響?？傊O(shè)計(jì)主傳動系統(tǒng)時，一般應(yīng)滿足下面的幾項(xiàng)要求：
（1）機(jī)床的主軸須有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)（對于主傳動系統(tǒng)為直線運(yùn)動的機(jī)床則為直線速度的變速范圍和變速級數(shù)），以滿足實(shí)際使用要求。
（2）主電動機(jī)和全部機(jī)構(gòu)要能傳遞足夠的功率和扭矩，并具有較高的傳動效率。
（3）執(zhí)行部件（如主軸組件）需有足夠的精度、剛度、抗震性以及小于許可限度的熱變形。
（4）操縱要輕便靈活、迅速、安全可靠，并便于調(diào)整和維修。
（5）結(jié)構(gòu)簡單、潤滑與密封良好，便于加工和裝配，成本低。
3 主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計(jì)
主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計(jì)是運(yùn)用轉(zhuǎn)速圖的基本原理，以擬定滿足給定的轉(zhuǎn)速數(shù)列的經(jīng)濟(jì)合理的傳動系統(tǒng)方案，其主要內(nèi)容包括選擇變速組數(shù)及傳動副數(shù)，確定各變速組中的傳動比，以及計(jì)算齒輪齒數(shù)和皮帶輪直徑等。如運(yùn)動參數(shù)的確定，運(yùn)動參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺、刀架）的運(yùn)動速度。
1．主軸轉(zhuǎn)速的確定
主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n 由切削速度v 和工件或刀具的直徑 d 來確定：
（2.3）
2. 主軸最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定
對于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確定：
（2.4）
(2.5)
式中 ——主軸的最高、最低轉(zhuǎn)；
——最高、最低的切削速度（）；
——相應(yīng)最大、最小計(jì)算轉(zhuǎn)徑(mm)；
3．主軸的變速范圍
主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱為主軸的變速范圍，用表示,即：
即
4.電機(jī)的選擇
電動機(jī)
型號
額定功率
/kW
滿載轉(zhuǎn)速
/(r/min)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量
/kg
額定轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
Y132M-4
7.5
1440
2.2
2.3
81
3.1 轉(zhuǎn)速圖
分析研究傳動系統(tǒng)，僅有機(jī)床的傳動系統(tǒng)圖是不夠的，因?yàn)樗荒苤庇^的表明主軸每一種轉(zhuǎn)速是通過哪些齒輪傳動的，以及各對齒輪的傳動比之間的內(nèi)在聯(lián)系，只有算出機(jī)床的每一種轉(zhuǎn)速，按轉(zhuǎn)速大小排成次序，畫出傳動路線的轉(zhuǎn)速圖，才能將其表示清楚。
1.轉(zhuǎn)速圖的概念
圖3-1是主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖。主軸轉(zhuǎn)速范圍為50—500轉(zhuǎn)/分，公比
圖3-1 主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖
轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=6，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n0的1440轉(zhuǎn)/分，從轉(zhuǎn)速圖上可以看出：
（1）距離相等的一組豎直線代表主傳動系統(tǒng)（或變速箱）中各傳動軸，從左向右依次標(biāo)注I、II、III、IV與傳動系統(tǒng)圖上各傳動軸相對應(yīng)，其中IV軸即主軸。通常，電動機(jī)軸是以最左面一條豎直線表示，應(yīng)該指出在轉(zhuǎn)速圖上的豎直線間的距離相等并不表示各軸的中心距相等，其目的是在于圖畫清晰。
（2）距離相等的一組水平線與豎直線（即傳動軸）相交，得相應(yīng)的黑點(diǎn)，代表各軸所具有的轉(zhuǎn)速。在主軸上具有6種轉(zhuǎn)速：50、80、…、500轉(zhuǎn)/分。由于該銑床轉(zhuǎn)速是以公比的等比系列，因此，兩相鄰轉(zhuǎn)速之間具有下列關(guān)系：
，，…，
兩邊取對數(shù)，得：
…………………
因此，若將轉(zhuǎn)速圖上的豎直線坐標(biāo)取為對數(shù)坐標(biāo)時，則任意相鄰兩轉(zhuǎn)速相距為一格，即一個。因此代表各級轉(zhuǎn)速的水平線的間距相等。為了方便使用，習(xí)慣上在轉(zhuǎn)速圖上不寫對數(shù)符號，而直接寫出所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，還應(yīng)指出，相鄰兩轉(zhuǎn)速如n2和n1相差一格，即，表示他們之間相差倍。
（3）轉(zhuǎn)速圖上相鄰兩軸間對應(yīng)轉(zhuǎn)速的連線，表示一對傳動副（如皮帶、齒輪等）的傳動比。傳動比的大小以代表該傳動副的連線傾斜方向和傾斜程度來表示。連線向右下方傾斜為降速傳動；向右上方傾斜為升速傳動；水平線則為等速傳動。此方案中，電動機(jī)軸（I軸）與II軸間采用V帶傳動，是用Ⅰ軸上的1440轉(zhuǎn)/分與II軸上的800轉(zhuǎn)/分兩點(diǎn)連線來表示，由圖可見，連線是向下斜2格，即為降速傳動，其傳動比；II-III軸間有三對齒輪傳動，在轉(zhuǎn)速圖上是用三條向下斜的連線來表示，即，故連線向下斜1格；，故連線向下斜2格；，故連線向下斜3格；III-IV軸間有一對齒輪傳動，即,向下斜三格；,水平。應(yīng)該指出由于通過齒輪傳動，故在轉(zhuǎn)速圖上是用三條向下斜三格、且互相平行的連線來表示這對齒輪傳動，即這對齒輪在變速中使用了三次，由此可知，在轉(zhuǎn)速圖上兩軸之間相互平行的連線是代表同一傳動副。
綜上所述，轉(zhuǎn)速圖可以清楚的表示主軸的各級轉(zhuǎn)速的傳動路線、主軸得到這些轉(zhuǎn)速所需要的變速組數(shù)及每個變速組中的傳動副數(shù)目、各個傳動比的數(shù)值和傳動軸的數(shù)目，傳動順序及各軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)與大小。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)床時，通常把轉(zhuǎn)速圖作為分析和設(shè)計(jì)機(jī)床分級變速系統(tǒng)的重要工具。
2.轉(zhuǎn)速圖的基本原理
由圖3-1可以看出，銑床主軸的6級轉(zhuǎn)速是通過兩個變速組傳動得到的。各變速組的傳動副數(shù)分別為3、2，即主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)為Z=3×2=6。其中II-III軸間的一對齒輪傳動起降速作用，使III軸得到一種固定的轉(zhuǎn)速，稱為定比傳動；III軸到IV軸（主軸）之間由有一個變速組并聯(lián)所組成的變速機(jī)構(gòu)，通過不同嚙合位置的齒輪傳動以改變各傳動軸間的轉(zhuǎn)速，使主軸得到6種連續(xù)的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速。下面分析一下各變速組的傳動比與使主軸得到等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速之間的內(nèi)在聯(lián)系，為了便于分析，將傳動系統(tǒng)中的兩個變速組按傳遞的順序分別為變速組a、b。
（1）第一變速組（a）有三對齒輪傳動副，其傳動比為
則：
由此可見，在變速組a中的三個傳動比連線之間相差均為一格，即相鄰轉(zhuǎn)速相差倍的關(guān)系，就是說通過三個傳動比使III軸得到三種轉(zhuǎn)速，也是以為公比的等比數(shù)列，這說明變速組a是基本組。
通常將變速組的相鄰傳動比之比稱為級比，而組內(nèi)相鄰兩傳動比相距的格數(shù)稱為級比指數(shù)，用x來表示，則變速組a的相鄰傳動比關(guān)系為： ；式中的，稱為變速組的級比指數(shù)為1。
（2）第二變速組（變速組b）有兩對齒輪傳動副，其傳動比為
這說明該變速組兩個傳動比之間相距為3格，即相差為倍，因此通過它變速后，在IV軸(主軸)上可以得到3×2=6種連續(xù)的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速，即從III軸上的3種轉(zhuǎn)速，再擴(kuò)大為IV軸上的6種轉(zhuǎn)速。這個在基本組和第一擴(kuò)大組基礎(chǔ)上，進(jìn)—步擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍的變速組稱為第二擴(kuò)大組，同樣，從轉(zhuǎn)速圖上可以看出：在第一擴(kuò)大組(變速組b)中最上與最下兩個傳動比連線相距為3格，若進(jìn)一步擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍，使IV軸得到6種連續(xù)的等比級數(shù)的轉(zhuǎn)速，則第二擴(kuò)大組(變速組c)的兩個傳動比必須拉開3格，即相差倍，
綜上所述，可以得出下面結(jié)論：機(jī)床的傳動系統(tǒng)，通常是由幾個變速組串聯(lián)所組成的，其中以基本組為基礎(chǔ)，然后通過第一、第二、……擴(kuò)大組把各軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)和變速范圍逐步擴(kuò)大，若各變速組中相鄰傳動比之間遵守該基本原理，則機(jī)床主軸得到的轉(zhuǎn)速數(shù)列是連續(xù)而不重復(fù)的等比數(shù)列，這樣的傳動系統(tǒng)一般稱為常規(guī)傳動系統(tǒng)。
3.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式
結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式可以用來分析和比較機(jī)床傳動系統(tǒng)的方案。結(jié)構(gòu)網(wǎng)與轉(zhuǎn)速圖的主要差別是，結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動比的相對關(guān)系，而不表示傳動比和轉(zhuǎn)速的絕對值，而且結(jié)構(gòu)網(wǎng)上代表傳動比的射線呈對稱分布。結(jié)構(gòu)網(wǎng)也可寫成結(jié)構(gòu)式來表示： ，式中，6表示變速級數(shù)；3、2分別表示各變速組的傳動副數(shù)；腳標(biāo)中1、3則分別表示各變速組中相鄰傳動比的比值關(guān)系，即變速組級比指數(shù)。
顯然，變速組內(nèi)的相鄰傳動比關(guān)系可以表述于結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)上。一個結(jié)構(gòu)式對應(yīng)一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)，一個結(jié)構(gòu)式可以畫出不同的轉(zhuǎn)速圖(如改變中間軸的轉(zhuǎn)速)，但一個轉(zhuǎn)速圖只能表示出一個結(jié)構(gòu)式。從上述的結(jié)構(gòu)式可以表示出：傳動系統(tǒng)的組成情況，即主軸得到Z=3×2=6種公比為的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速，各變速組的傳動副數(shù)，即p0=3，p1=2，可見結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式與轉(zhuǎn)速圖具有一致的變速特性。
3.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定
1．?dāng)M定轉(zhuǎn)速圖的一般原則 通過對銑床主傳動系統(tǒng)的分析可知，擬定轉(zhuǎn)速圖是設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它對整個機(jī)床設(shè)計(jì)質(zhì)量有較大影響。
(1)變速組及其傳動副數(shù)的確定 實(shí)現(xiàn)一定的主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)的傳動系統(tǒng)，可由不同的變速組來組成。例如，主軸為6級轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)有下列兩種可能實(shí)現(xiàn)的方案；
1)6=3×2 2)6=2×3
首先應(yīng)該確定，若使主軸得到6級轉(zhuǎn)速需要選擇幾個變速組，以及各變速組中的傳動副數(shù)，由于機(jī)床的傳動系統(tǒng)通常是采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪進(jìn)行變速，所以每個變速組的傳動副數(shù)最好取為或3，這樣可使總的傳動副數(shù)量最少，根據(jù)機(jī)床性能的要求，一般主軸的最低轉(zhuǎn)速，要比電動機(jī)的轉(zhuǎn)速低得多，須進(jìn)行降速，才能滿足主軸最低轉(zhuǎn)速的要求。如果采用或3時，達(dá)到同樣的變速級數(shù)，變速組的數(shù)量相應(yīng)增加，這樣，可利用變速組的傳動副起降速作用，以減少專門用于降速的定比傳動副。綜上所述，主軸為6級轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)，應(yīng)采用由兩個變速組所組成的方案，即選擇上述第l)～2)種方案。
電動機(jī)的轉(zhuǎn)速一般比主軸大部分的轉(zhuǎn)速高，從電動機(jī)到主軸之間，總的趨勢是降速傳動。也就是說，從電動機(jī)軸起愈靠近主軸的軸的最低轉(zhuǎn)速就愈低(見圖3-1)。根據(jù)扭矩公式：
式中：M——傳動件傳遞的功率(千瓦)；
N——傳動件的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)／分)。
當(dāng)傳遞功率為一定時，轉(zhuǎn)速n較高的軸所傳遞的扭矩M較小，在其他條件相同的情況下，傳動件(齒輪、軸……)的尺寸就可以小一些，這對于節(jié)省材料、減小機(jī)床重量及尺寸都是有利的。因此，在設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)時，應(yīng)使較多的傳動件在高轉(zhuǎn)速下進(jìn)行工作，應(yīng)盡可能地使靠近電動機(jī)的變速組中的傳動副數(shù)多一些，而靠近主軸的變速組中傳動副數(shù)少一些．即所謂“前多后少”的原則，故要求 。按此原則，上述實(shí)例中兩種方案應(yīng)選用第1)種，即選用6=3×2的方案。
(2)基本組和擴(kuò)大組的確定 根據(jù)上述原則，傳動系統(tǒng)的變速組及傳動副數(shù)雖已確定，但基本組和擴(kuò)大組的排列次序不同，還可有許多方案，例如6=3×2，就可以得下列多種不同擴(kuò)大順序方案，其結(jié)構(gòu)式分別為：
一般情況下，各變速組的排列應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成基本組在前，第一擴(kuò)大組次之，……最后擴(kuò)大組的順序，也就是說，各變速組的擴(kuò)大順序應(yīng)盡可能與運(yùn)動的傳遞順序相一致。只要擴(kuò)大順序與傳動順序一致，就能使中間傳動軸的變速范圍縮小。這時，中間傳動軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速的差值也就較小，這樣，便可縮小該軸上的傳動件的尺寸。因此，各變速組的變速范圍應(yīng)逐漸增大，在轉(zhuǎn)速圖或結(jié)構(gòu)網(wǎng)中表現(xiàn)出前面變速組傳動比的連線的分布較緊密，而后面變速組傳動比連線的分布則較琉松，即所謂“前密后疏“原則。
(3)變速組中的極限傳動比及變速范圍 設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動系統(tǒng)時要考慮兩種情況：降速傳動應(yīng)避免從動齒輪尺寸過大而增加變速箱的徑向尺寸，一般限制降速傳動比的最小值；升速傳動應(yīng)避免擴(kuò)大傳動誤差和減少振動，一般限制直齒輪升速傳動比的最大值；斜齒輪傳動比較平穩(wěn)，可取。所以，主傳動各變速組的最大變速范圍為：。
一般在設(shè)計(jì)機(jī)床傳動系統(tǒng)時，任何一個變速組的變速范圍都應(yīng)盡量滿足上述要求，當(dāng)然在條件許可或處理得當(dāng)時，也可以超出這個范圍。初步方案定出后，應(yīng)檢查變速范圍是否超出允許值。由于最后擴(kuò)大組的變速范圍最大，一般只要檢查最后擴(kuò)大組的變速范圍合乎要求，其他變速組也就不會超出上述允許值。
現(xiàn)以Z=6, =1.58為例，進(jìn)行驗(yàn)算：
1)，其最后擴(kuò)大組的變速范圍：
上述分析說明，為了使最后擴(kuò)大組的變速范圍不致超出允許值，大多數(shù)機(jī)床最后擴(kuò)大組的傳動副數(shù)取為2，采用混合公比時可以打破常規(guī)。
(2)合理分配傳動比的數(shù)值 確定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式方案后，擬定轉(zhuǎn)速圖，合理地分配各傳動副的傳動比，一般應(yīng)盡量注意以下幾點(diǎn)：
1)各傳動副的傳動比應(yīng)盡可能不超出極限傳動比和。
2)各中間傳動軸應(yīng)有適當(dāng)高的轉(zhuǎn)速，因?yàn)橹虚g傳動軸的轉(zhuǎn)速愈高，在一定的功率條件下，傳遞的扭矩也愈小，相應(yīng)也減少了傳動件的尺寸，在傳動順序上各變速組的最小傳動比，應(yīng)采取逐漸降速的原則，即要求
這樣可使中間傳動軸的最低轉(zhuǎn)速提高，即所謂“先慢后快”的原則。
3)為了便于設(shè)計(jì)及使用，傳動比值最好取標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)冪次，即，其中E為整數(shù)。這樣，中間軸的轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖中直接讀出來，不必分別進(jìn)行計(jì)算，并可直接查表，確定齒輪齒數(shù)。
設(shè)計(jì)機(jī)床傳動系統(tǒng)時，一般應(yīng)盡可能遵循上述原則。本次設(shè)計(jì)的銑床基本上是符合以上各項(xiàng)原則的，例如CA6140車床主傳動系統(tǒng)中采用了摩擦離合器，要求結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸不致過長，就不便于安置傳動副較多的變速組，一般是安排兩對滑移齒輪較好，這樣就違反了所謂“前多后少”的原則；又如主傳動采用多速電動機(jī)或雙公用齒輪傳動，也不符合前緊后松的要求。因此，從局部來看雖然不夠合理，但是，從整體來看卻是合理的，所以，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用。
2.擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟
下面具體說明轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計(jì)步驟。大多數(shù)機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便的要求，通常都采用雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪，因此，6級轉(zhuǎn)速需要兩個變速組。
(1)臥式銑床的主軸轉(zhuǎn)速范圍為50～500轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=6，公比，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1440轉(zhuǎn)/分。大致的步驟如下：
根據(jù)往往是，確定，
取，，則：
寫出基型的結(jié)構(gòu)式
(2)定公比
轉(zhuǎn)速數(shù)列為：50、80、125、200、315、500。
(3)確定基本組和擴(kuò)大組。該銑床主傳動系統(tǒng)應(yīng)有兩個變速組，第一變速組為基本組，其級比指數(shù) (即基本組的傳動比在轉(zhuǎn)速圖上相距一格)；第二變速組為第一擴(kuò)大組，其級比指數(shù)（即第一擴(kuò)大組傳動比在轉(zhuǎn)速圖上相距三格)。
(4)確定是否增加降速傳動 該銑床的總降速比，若每一個變速組的最小降速比取，，故需增加降速傳動。但是，為使中間兩個變速組做到降速緩慢，以利于減少變速箱的徑向尺寸，故在I-II軸間增加一對降速傳動齒輪，因?yàn)橹灰淖冞@對降速齒輪傳動比，在其他兩個變速組不變的情況下，就可以將主軸的6種轉(zhuǎn)速同時提高或降低，以滿足用戶的不同需要。
(5)分配降速比 前面已確定，6=3×2共需兩個變速組，并在I-II軸間增加一對降速傳動齒輪，因此，轉(zhuǎn)速圖上有四根傳動軸，如圖3-2所示。畫四根距離相等的豎直線(I、II、III、IV)代表四根軸；畫6根距離相等的水平線代表6級轉(zhuǎn)速，這樣便形成了轉(zhuǎn)速圖格線。
1)在主軸Ⅴ上標(biāo)出6級轉(zhuǎn)速：50～500轉(zhuǎn)/分，在第I軸上用A點(diǎn)代表電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分；最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A、E兩點(diǎn)聯(lián)線相距約6格，即代表總降速傳功比。
2)決定III、IV軸之間的最小降速傳動比：一般銑床的工作特點(diǎn)是間斷切削，為了提高主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，主軸上齒輪應(yīng)大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個變速組的降速傳動比取，按公比，查表可知，，即從E點(diǎn)向上數(shù)三格()，在III軸上找出D點(diǎn)，DE線邱為III-IV軸間變速組(第二擴(kuò)大組)的降速傳動比。
(6)畫出各變速組其他傳動線(圖3-1) I-II軸間只有一對齒輪傳動。轉(zhuǎn)速圖上為一條AB連線。II-III軸間為基本組有三對齒輪傳動，級比，故三條傳動線在轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，從C點(diǎn)向上每隔一格取C1、C2點(diǎn)，連線BCl和BC2得基本組三條傳動線，它們的傳動比分別為，，。III-IV軸間為第一擴(kuò)大組也有三對齒輪傳動，級比，三條傳動線在轉(zhuǎn)速圖上各相距三格，即CD,CD1和CD2，它們的傳動比分別為，，。
(7)畫出全部轉(zhuǎn)速線 即該銑床的主傳動轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖兩軸間的平行線代表同一對齒輪傳動，所以畫II-III軸間的傳動線時，應(yīng)從C1、C2兩點(diǎn)分別畫CD、CD1、CD2的平行線，使III軸得到3種轉(zhuǎn)速。同理，畫III-IV軸間的傳動線時，應(yīng)畫2條與DE1的平行線，2條與DE1的平行線，使主軸得到6種轉(zhuǎn)速。
3.4 帶輪及V帶設(shè)計(jì)
帶傳動是機(jī)械傳動學(xué)科的一個重要分支，主要用于傳遞動力和運(yùn)動，它是機(jī)械傳動中重要的傳動形式，也是機(jī)電設(shè)備的核心聯(lián)接部件，種類異常繁多，用途極為廣泛。其最大特點(diǎn)是可以自由變速、遠(yuǎn)近傳動、結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。傳動原理為：摩擦型主要是平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動等；嚙合型的為同步帶傳動。帶傳動廣泛用于汽車、機(jī)械、紡織、家電、輕工、農(nóng)機(jī)等領(lǐng)域。由于機(jī)械設(shè)備不斷向高精度、大功率、長壽命、低噪音、低成本和緊湊化發(fā)展，使近年來的帶傳動產(chǎn)品在保證一定強(qiáng)度的條件下向輕薄方向發(fā)展，普通V帶出現(xiàn)下降趨勢，同步帶傳動、多楔帶傳動、窄V帶傳動和復(fù)合平帶傳動的應(yīng)用持續(xù)增長。
同步帶的工作面主要有梯形齒和弧形齒，本次設(shè)計(jì)選擇梯形齒。梯形齒同步帶的承載層為玻璃纖維繩芯、鋼絲繩等的環(huán)形帶，基體有氯丁膠和聚氨酯（只有小帶型）兩種； 由于用途不同又有一般工業(yè)用和汽車用之分?？繃Ш蟼鲃?，承載層保證帶齒齒距不變，
傳動比準(zhǔn)確，軸壓力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油、耐磨性較好，但安裝制造要求高。在V＜50m/s、P＜300kw、I＜10時，要求同步的傳動， 也可用于低速傳動；載荷大應(yīng)選用橡膠同步帶，載荷小或有耐油要求時， 選用聚氨酯同步帶。
已知電機(jī)額定功率P=7.5kw，轉(zhuǎn)速n=1440轉(zhuǎn)/分，傳動比，機(jī)床按每天工作12小時計(jì)。
1．確定計(jì)算功率選取V帶類型
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，得工作情況系數(shù)KA=1.2
則有：
根據(jù)，n=1440r/min，選擇B型普通V帶。
2．確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊及上述已知條件，查得主動輪最小直徑，根據(jù)帶輪基準(zhǔn)直徑系列，取。則從動輪基準(zhǔn)直徑，根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列取。
3．驗(yàn)算帶的速度
速度在之間，所以速度合適。
4．確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距
由，
初步確定中心距：，
計(jì)算帶的初選長度：
由基準(zhǔn)長度選：
則實(shí)際中心距：
則：
即中心距的可調(diào)整范圍為：
5．驗(yàn)算主動輪上的包角
所以，主動輪上包角大于120o，合適。
6．計(jì)算V帶根數(shù)z
由B型普通V帶，n=1440 r/min，，通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得；由查出；由，查出。
則：
取： 根
7．計(jì)算拉力F0
由已知數(shù)據(jù)查得：
所以有：
8．計(jì)算作用在軸上的壓力FQ
3.5 齒輪齒數(shù)的確定
擬定轉(zhuǎn)速圖后，可根據(jù)各傳動副的傳動比確定齒輪齒數(shù)。
1．確定齒輪齒數(shù)時應(yīng)注意
(1)齒輪的齒數(shù)和SZ不應(yīng)過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大。一般推薦齒數(shù)和SZ≤100～120。
(2)齒數(shù)和盡可能要小，但應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
1)最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象。機(jī)床變速箱中，對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)和
2)受結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)的各齒輪(尤其是最小齒輪)，應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚a≥2m(m為模數(shù))，以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。由圖3-9可知，，對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，其最小齒根圓直徑，代入上式可得：
式中：——齒輪的最小齒數(shù)；
m——齒輪的模數(shù)；
T——鍵槽至齒輪軸線的高度
圖3-4 齒輪的壁厚
3)兩軸上最小中心距應(yīng)取得適當(dāng)。若齒數(shù)和SZ太小，則中心距過小，將導(dǎo)致兩軸上軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過近或相碰，另外，確定齒輪齒數(shù)時，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求。實(shí)際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比)之間允許有誤差，但不能過大。分配齒數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過。
2．變速組內(nèi)模數(shù)相同時齒輪齒數(shù)的確定
確定齒輪齒數(shù)時，初步須定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模救。后者只有在一些特殊情況下，如最后擴(kuò)大組或背輪傳動中，因各齒輪副的速度變化大，受力情況相差也較大，在同一變速組內(nèi)才采用不同模數(shù)。為了便于設(shè)計(jì)和制造。主傳動系統(tǒng)中所采用齒輪模數(shù)的種類盡可能少一些，在同—變速組內(nèi)一般都取相同的模數(shù)，因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不大，受力情況相差也不大，故允許采用同一個模數(shù)。下面以計(jì)算法為例介紹齒輪齒數(shù)的確定。
在同一變速組內(nèi)，各對齒輪的齒數(shù)之比，必須滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確定的傳動比；當(dāng)各對齒輪的模數(shù)相同，且不采用變位齒輪時，則各對齒輪的齒數(shù)和也必然相等。可列出： （3-1）
（3-2）
式中：、——分別為任一齒輪副的主動與被動齒輪的齒數(shù)；
——任意齒輪副的傳動比；
——各齒輪副的齒數(shù)和。
由式3-1和3-2可得：
(3-3)
因此，選定了齒數(shù)和，便可按式3-3計(jì)算各齒輪的齒數(shù)；或者由上式確定出齒輪副的任一齒輪的齒數(shù)后，用式3-2算出另一齒輪的齒數(shù)。
由前述已知，確定變速組的齒數(shù)和時，應(yīng)使其盡可能地小，一般地說主要是受最小齒輪的限制。顯然最小齒輪是在變速組內(nèi)降速比或升速比最大一對齒輪中，因此可先假定該小齒輪的齒數(shù)，根據(jù)傳動比求出齒數(shù)和，然后按各齒輪副的傳動比，再分配其他齒輪副的齒數(shù)；若傳動比誤差較大，應(yīng)重新調(diào)整齒數(shù)和，再按傳動比分配齒數(shù)。
（1）第一變速組內(nèi)的三對齒輪其傳動比為：
；； ；
最小齒輪一定在最大降速比的這對齒輪副中，即，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)情況取，則，齒數(shù)和。然后，由式3-2確定其他兩對齒輪副的齒數(shù)。
傳動比為的齒輪副：
；
傳動比為的齒輪副：
；
（2）第二變速組內(nèi)的一對齒輪其傳動比為：
；；
最小齒輪一定在最大降速比的這對齒輪副中，即，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)情況取，則，齒數(shù)和。然后，由式3-2確定另一對齒輪副的齒數(shù)。
傳動比為的齒輪副：
；
齒輪齒數(shù)的確定，往往須反復(fù)多次計(jì)算才能確定，合理與否還要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)一步檢驗(yàn)，必要時還會改變。比如因中心距過小，兩軸上的零件相碰或因齒輪(尤其應(yīng)注意滑移齒輪)與其他件相碰時，就須改變齒數(shù)和，個別情況下只有改變有關(guān)齒輪副的傳動比才能解決問題。如果根據(jù)傳動比要求，按上述計(jì)算所得到的齒教和過大以及傳動比誤差過大時，還可采用變位齒輪的方法來取中心距，以獲得要求的傳動比值，這時齒數(shù)的計(jì)算比較靈活。
3．變速組內(nèi)模數(shù)不同時齒輪齒數(shù)的確定
設(shè)一個變速組內(nèi)有兩對齒輪副和，分別采用兩種不同模數(shù)m1和m2，其齒數(shù)和為和，如果不采用變位齒輪，因各齒輪副的中心距A必須相等，可寫出：
所以： (3-4)
由式3-4可得： (3-5)
設(shè)
可得： (3-6)
式中： 、——無公因數(shù)的整致；
——整數(shù)。
按式3-6計(jì)算不同模數(shù)的齒輪齒數(shù)，往往需要幾次試算才能確定。首先定出變速組不同的模數(shù)值和；根據(jù)式3-5計(jì)算出、；選擇值，由式3-6計(jì)算各齒輪副的齒數(shù)和和(應(yīng)考慮齒數(shù)和不致過大或過小)；按各齒輪副的傳動比分配齒數(shù)。如果不能滿足轉(zhuǎn)速圖上的傳動比要求，須調(diào)整齒數(shù)和重新分配齒數(shù)，因此經(jīng)常采用變位齒輪的方法，改變兩對齒輪副的齒數(shù)和，以獲得所要求的傳動比。
4．三聯(lián)滑移齒輪之間的齒數(shù)
若變速組采用三聯(lián)滑移齒輪變速時，在確定其齒數(shù)之后，還應(yīng)檢查相鄰齒輪的齒數(shù)關(guān)系，以確保其左右移動時能順利通過。如圖3-5所示，當(dāng)三聯(lián)滑移齒輪從中間位置向左移動時，齒輪要從固定齒輪上面越過，為避免與齒項(xiàng)相碰，須使與兩齒輪的齒項(xiàng)圓半徑之和小于中心距A。當(dāng)向右移動時也有同樣的要求，若齒輪的齒數(shù)，只要使和不相碰，則必能順利通過。
若齒輪齒數(shù)，且采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪必須保證：
因?yàn)?
代入上式可得：
即三聯(lián)滑移齒輪中，最大和次大齒輪之間齒數(shù)差應(yīng)大于4，如果齒數(shù)差正好等于4時，可將或的齒頂圓直徑略減小一些仍可使用。
3.6 齒輪各項(xiàng)參數(shù)的確定
由上述條件可知個齒輪齒數(shù)如下：，，，，，，，，，
1．齒輪參數(shù)計(jì)算
Z1：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z2：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z3：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z4：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z5：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z6：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z7：分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
Z8和Z7各參數(shù)相同
Z9：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
Z10：分度圓直徑：；
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：
2．兩齒輪相互嚙合是中心距（軸間距）的計(jì)算
由同一變速組內(nèi)兩相互嚙合的齒輪的中心距相等，可知在同一個變速組內(nèi)任意兩個相互嚙合齒輪的中心距即為該變速組兩軸的軸間距。所以有以下計(jì)算：
II-III軸之間：
III-IV軸之間：
4 主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 主傳動系統(tǒng)的布局及變速機(jī)構(gòu)的類型
1．主傳動系統(tǒng)的布局
主傳動系統(tǒng)的布局形式取決于機(jī)床的用途、類型和尺寸等因素。通常，傳動系統(tǒng)的全部變速機(jī)構(gòu)和主軸組件裝在同一個箱體內(nèi)，稱為集中傳動式布局；傳動系統(tǒng)的主要變速機(jī)構(gòu)和主軸組件分別裝在變速箱和主軸箱兩個箱體內(nèi)，中間用皮帶，鏈條等方式傳動，稱為分離傳動式布局。
(1)集中傳動式 大多數(shù)機(jī)床(CA6140普通車床、Z3040搖臂鉆床，X62W銑床等)都是采用集中傳動的變速箱。這種布局形式的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操縱，也便于調(diào)整與維修，另外箱體數(shù)目少，便于加工與裝配，又降低了制造成本。缺點(diǎn)是：傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動和發(fā)熱會直接影響主軸的工作精度。集中傳動方式，一般適用于主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的普通精度的中、大型機(jī)床。
(2)分離傳動式 有些高速、精加工機(jī)床，為了避免變速箱的振動和熱變形對機(jī)床主軸的影響，常把變速箱與主軸分開，如C616普通車床和CM6132精密普通車床。分離傳功的優(yōu)點(diǎn)是：變速箱中所產(chǎn)生的振動和熱量不致于傳給主軸，從而減少了主軸的振動和熱交形；高速時由皮帶直接傳動主軸，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加工光潔度較高，適應(yīng)精密加工的要求；當(dāng)采用背輪機(jī)構(gòu)時，高速傳動鏈短，傳動效率較高，轉(zhuǎn)動慣置小，便于啟動和制動；低速時經(jīng)背輪機(jī)構(gòu)傳動，扭矩大適應(yīng)粗加工的要求。其缺點(diǎn)是：有兩個箱體，箱體加工成本較高；低速時皮帶負(fù)荷大，皮帶根數(shù)多，容易打滑；當(dāng)皮帶安裝在主軸中段時，調(diào)整、檢修都不方便。這種布局方式適用于中、小型高速精密機(jī)床。有些單軸自動車床，為了便于在主軸組件上安置自動進(jìn)夾料機(jī)構(gòu)，其主傳動也有采用分離傳動方式的。
2．變速機(jī)構(gòu)的類型
大多數(shù)機(jī)床的主傳動系統(tǒng)都需要進(jìn)行變速，變速方式可以是有級的，也可以是無級的。目前應(yīng)用較廣的還是有級變速機(jī)構(gòu)，按工件的工藝和生產(chǎn)批量的要求，常用的有級變速機(jī)構(gòu)，有下劉幾種類型：
(1)交換齒輪變速機(jī)構(gòu) 這種變速機(jī)構(gòu)的構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，主要用于大批量生產(chǎn)中的自動或半自動機(jī)床、專用機(jī)床及組合機(jī)床等。
(2)滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) 目前廣泛用于一般通用機(jī)床中，其優(yōu)點(diǎn)是：變速范圍大，變速級數(shù)也較多；變速方便又節(jié)省時間；在較大的變速范圍內(nèi)可傳遞較大的功率和扭矩；不工作的齒輪不嚙合，因而空載功率損失較小等。其缺點(diǎn)是：變速箱的構(gòu)造較復(fù)雜；不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速；為使滑移齒輪容易進(jìn)入嚙合，多用直齒圓柱齒輪傳動，傳動平穩(wěn)性不如斜齒輪傳動等。
(3)離合器變速機(jī)構(gòu) 在離合器變速機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用較多的有牙嵌式離合器、齒輪式離合器以及摩擦片式離合器。當(dāng)變速機(jī)構(gòu)為斜齒或人字齒圓柱齒輪時，不能或不便用滑移齒輪變速，則需用牙嵌式或齒輪式離臺器變速。這種變速機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：軸向尺寸小，可傳遞較大的扭矩，傳動比準(zhǔn)確，變速時齒輪不須移動，可采用斜齒或人字齒輪傳功，使傳動平穩(wěn)，對于重型機(jī)床變速時比移動滑移齒輪輕便，操縱省力。其缺點(diǎn)是：不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，各對齒輪經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，磨損較大，傳動效率低。
(4)各種變速機(jī)構(gòu)的組合 根據(jù)機(jī)床的不同工作特點(diǎn)，通常，機(jī)床的變速機(jī)構(gòu)往往是上述幾種變速機(jī)構(gòu)的組合。
4.2 齒輪的布置
初步確定了轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)之后，合理地布置齒輪排列方式，是一個比較重要的問題。它將直接影響到變速箱的尺寸、變速操縱的方便性以及結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性等。
1．滑移齒輪的軸向布置
變速組中的滑移齒輪最好布置在主動軸上，因其轉(zhuǎn)速一般比被動軸的轉(zhuǎn)速高，因此，可使滑移齒輪的尺寸小，重量輕，操縱省力；但由于具體結(jié)構(gòu)要求，有時則須將滑移齒輪放在被動軸上。為了變速操縱方便，還可以將兩個相鄰變速組的滑移齒輪放在同一根軸上。
在一個變速組內(nèi)，須注意當(dāng)一對齒輪完全脫開嚙合之后，另一對齒輪才能開始進(jìn)入嚙合，就是說兩個固定齒輪的間距，應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，如圖4-1所示，其間隙Δ為1～4毫米(通常為1～2毫米)。
圖4-1 滑移齒輪軸向布置 圖4-2 雙聯(lián)滑移齒輪軸向排列
圖4-3 三聯(lián)滑移齒輪軸向排列
2．一個變速組內(nèi)齒輪軸向位置的排列
齒輪在軸向位置的排列，如沒有特殊情況，應(yīng)盡量縮短軸向長度。
滑移齒輪的結(jié)構(gòu)通常有窄式和寬式兩種，一般窄式排列(即滑移齒輪軸向尺寸窄小)所占用的軸向長度較小。圖4-2左圖所示的兩級變速組占用的軸向長度L>4b。其中L為齒輪變速組在軸上所占有的空間長度；b為一個齒輪的齒部寬度。圖4-3左上圖所示的三級變速組占用的軸向長度L>7b。如按圖4-2右圖和圖4-3右上圖所示的寬式排列，則占用的軸向長度較大，以致在相同的負(fù)荷條件下，軸徑須加粗，從而使軸上小齒輪的齒數(shù)增加，相應(yīng)使齒數(shù)和及徑向尺寸加大，因此，一般不希望采用寬式排列。
三聯(lián)滑移齒輪的兩種排列方式，必須保證同軸上相鄰兩齒輪的齒數(shù)差大于4，才能使滑移齒輪在越過某個固定齒輪時避免齒頂相碰。若相鄰齒數(shù)差小于4，除了采用增加齒數(shù)和的方法(使相鄰兩齒輪的齒數(shù)差增加，此時徑向尺寸也加大)、或者采用變位齒輪的方法予以解決外，還可采用如圖4-3中圖所示的排列方案，讓滑移齒輪中的最小齒輪越過同定的小齒輪，即最大齒輪與最小齒輪的齒數(shù)差大于4，而其他兩個齒輪的齒數(shù)差允許小些，但這種排列方法的軸向尺寸較大。
3．縮小徑向足寸
為了減小變速箱的尺寸，既要縮短軸向尺寸，又要縮小徑向尺寸，它們之問往往是相互聯(lián)系的。
(1)縮小軸間距離 在強(qiáng)度允許的條件下，盡量選用較小的齒數(shù)和，并使齒輪的降速傳動比大于1/4，以避免采用過大的齒輪。這樣，既縮小了本變速組的軸間距離，又不致妨礙其他變速組軸間距離的減小。
(2)采用軸線相互重合 在相鄰變速組的軸間距離相等的情況下，可將其中兩根軸布置在同一軸線上，則徑向尺寸可縮小很多，而且減少了箱體上孔的排數(shù)，箱體孔的加工工藝性也得到攻善。
(3)合理安排變速箱內(nèi)各軸的位置 在不發(fā)生干涉的條件下，盡可能要緊湊一些。
5．滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式
機(jī)床主傳動系統(tǒng)中常見的滑移齒輪結(jié)構(gòu)形式有：整體式及裝配式，設(shè)計(jì)滑移齒輪結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)考慮齒輪的工藝方法。為了保證齒輪的導(dǎo)向性良好，滑移齒輪的輪轂長度不應(yīng)小于(1.2～1.5)d，d為軸的直徑。如圖4-4所示。
圖4-4 滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式
4.3 軸的空間布置
軸系布置的一般是先確定主軸在變速箱中的位置，再確定傳動主軸的軸以及與主軸上的齒輪有嚙合關(guān)系的軸，再確定電動機(jī)軸或輸入軸的位置，最后確定其他各傳動軸的位置。
1.主軸
1）垂直方向（高度）
圖4-5 主軸的空間位置
2)水平方向
----主軸中心在尾架導(dǎo)軌中間，也有稍偏向前導(dǎo)軌的，也有偏向后導(dǎo)軌的，為了降低床身導(dǎo)軌的變形，切削力的方向盡可能在前，后導(dǎo)軌之間，主軸中心越往后越好，但從便于裝卸工件，減輕勞動強(qiáng)度角度來講，主軸中心越往前越好。一般中型車床取在尾架導(dǎo)軌中央或稍偏后，這樣，即便于操作，又可使切削力均勻地作用于刀架的兩導(dǎo)軌面上，如圖4-5所示。
2.I軸的位置
I軸的軸端裝有皮帶輪，而主軸尾架端外伸，布置I軸位置時，必須保證兩者不會相互碰撞。
綜合上述，臥式銑床I軸一般多安排在變速箱后壁靠近箱蓋處。
3中間各傳動軸的位置
1) 裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)，維修和潤滑。
2）裝有制動裝置的軸：布置在靠近箱蓋或 箱壁處。
3）與相關(guān)部件有聯(lián)系的軸：銑床主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動間的聯(lián)系是通過變速箱內(nèi)的進(jìn)給運(yùn)動輸出軸聯(lián)系，它應(yīng)布置在主軸前下方靠近進(jìn)給箱處。
4.4 計(jì)算轉(zhuǎn)速
為了使傳動件工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，對傳動件進(jìn)行動力計(jì)算。主傳動系統(tǒng)中主軸及傳動件的尺寸，主要是根據(jù)它所傳遞的扭矩大小來決定，扭矩大，結(jié)構(gòu)尺寸就大；扭矩小，則結(jié)構(gòu)尺寸就可縮小。傳動件傳遞扭矩大小與它所傳遞的功率N和轉(zhuǎn)速n兩個因素有關(guān)。按傳遞全部功率時的轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，即可得出該傳動件需要傳遞的最大扭矩。傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，則稱為該傳動間的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
1．主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定
主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速是主軸傳遞全功率(此時電動機(jī)為滿載)時的最低轉(zhuǎn)速，從這一轉(zhuǎn)速起至主軸最高轉(zhuǎn)速間所有轉(zhuǎn)速都能夠傳遞全部功率，而扭矩則隨轉(zhuǎn)速的增加而減少，此為恒功率工作范圍；低于主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的各級轉(zhuǎn)速所能傳遞的扭矩與計(jì)算轉(zhuǎn)速下的扭矩相等，它是該機(jī)床的最大傳遞扭矩(功率則隨轉(zhuǎn)速的降低而減少)，此為恒扭矩工作范圍(圖4-5)。
圖4-5 主傳動功率和扭矩變化圖
本銑床的主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=6，其轉(zhuǎn)速圖見圖3-1，則主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)/分。在轉(zhuǎn)速圖上以黑點(diǎn)表示。
2．傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定
主軸從計(jì)算轉(zhuǎn)速起至最高轉(zhuǎn)速間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全部功率，因此，實(shí)現(xiàn)上述主軸轉(zhuǎn)速的傳動件的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速也傳遞全功率，傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速就是其傳遞全功率時的最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上確定傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。確定的順序通常是由后往前，即先定出位于傳動鏈后面(靠近主軸)的傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，再順次由后往前定出傳動鏈前面的傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。一般可先找出該傳動軸共有幾級實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，再找出其中能夠傳遞全功率時的那幾級轉(zhuǎn)速，最后確定能夠傳遞全功率時的最低轉(zhuǎn)速，即為該傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
1) III軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：從轉(zhuǎn)速圖上可以看出，III軸共有三級轉(zhuǎn)速為200，315，500、轉(zhuǎn)/分。主軸在200轉(zhuǎn)/分(計(jì)算轉(zhuǎn)速)至500轉(zhuǎn)/分(最高轉(zhuǎn)速)之間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全功率，此時，IV軸若經(jīng)齒輪副傳動主軸，它只有在50—500轉(zhuǎn)/分3級轉(zhuǎn)速時才能傳遞全功率；若經(jīng)齒輪副傳動主軸，160～1250轉(zhuǎn)/分的2級轉(zhuǎn)速都傳遞全功率，因此，其最低轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分即為IV軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
2) II軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：同理，II軸上共有3級轉(zhuǎn)速為315，400，500。此時，經(jīng)齒輪副(、、)傳動IV軸，所得到3級轉(zhuǎn)速都能夠傳遞全功率。因此，III軸上S的這3級轉(zhuǎn)速也都能傳遞全功率，其最低轉(zhuǎn)速315轉(zhuǎn)/分即為III軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
3．傳動軸軸徑設(shè)計(jì)
通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，可知帶的平均傳動效率為，齒輪的平均傳動效率為，由各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，，，根據(jù)軸的抗扭強(qiáng)度公式： ；設(shè)軸的材質(zhì)為45鋼，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：取A=110。
可得：
4.5 主軸軸徑設(shè)計(jì)
1．主要參數(shù)的確定
（1）主軸前軸頸直徑的選取 一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，由參數(shù)表選取。銑床當(dāng)功率為7.5KW時，主軸前軸頸直徑約為90—105mm，選為90mm。主軸后軸頸直徑=0.9=81mm，取=81mm。
（2）主軸內(nèi)孔直徑d的確定 很多機(jī)床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其用途有關(guān)。銑床主軸內(nèi)孔可通過拉桿來拉緊刀桿。為不過多的削弱主軸的剛度，銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5—10mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知：d=(50%～60%)=(35～42)mm,此處取d=35mm, =0.4. 當(dāng)小于0.3時，空心主軸的剛度幾乎等于實(shí)心主軸的剛度，等于0.4時，空心主軸的剛度為實(shí)心主軸的90%，小于0.7時，空心主軸的剛度急劇下降，所以d=35mm是合適的。
（3）主軸前端懸伸量a的確定 主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向反力作用中點(diǎn)（或前徑向支承中點(diǎn)）的距