機(jī)電一體化傳動系統(tǒng)中，為既滿足總傳動比要求，又使結(jié)構(gòu)緊湊，常采用多級齒輪副或蝸輪蝸桿等其它傳動機(jī)構(gòu)組成傳動鏈。下面以齒輪傳動鏈為例，介紹級數(shù)和各級傳動比的分配原則，這些原則對其它形式的傳動鏈也有指導(dǎo)意義。
1、等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則
齒輪系傳遞的功率不同，其傳動比的分配也有所不同。
（1）小功率傳動裝置
電動機(jī)驅(qū)動的二級齒輪傳動系統(tǒng)如圖1所示。由于功率小，假定各主動輪具有相同的轉(zhuǎn)動慣量j1；軸與軸承轉(zhuǎn)動慣量不計(jì)；各齒輪均為實(shí)心圓柱齒輪，且齒寬b和材料均相同；效率不計(jì)。
圖1 電動機(jī)驅(qū)動的兩級齒輪傳動
則有（1）
式中、——齒輪系中第一、第二級
齒輪副的傳動比；
i——齒輪系總傳動比，i = 。
同理，對于n級齒輪系
（2）
（3）
由此可見，各級傳動比分配的結(jié)果應(yīng)遵循“前小后大”的原則。
例1 設(shè)i=80，傳動級數(shù)n = 4的小功率傳動，試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳動比。
解
驗(yàn)算i=≈80
以上是已知傳動級數(shù)進(jìn)行各級傳動比的確定。若以傳動級數(shù)為參變量，齒輪系中折算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量與第一級主動齒輪的轉(zhuǎn)動慣量之比為/，其變化與總傳動比i的關(guān)系如圖2所示。
圖2 小功率傳動裝置確定傳動級數(shù)曲線 圖3 大功率傳動裝置確定傳動級數(shù)曲線
（2）大功率傳動裝置
大功率傳動裝置傳遞的扭矩大，各級齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級增加，各級齒輪的轉(zhuǎn)動慣量差別很大。確定大功率傳動裝置的傳動級數(shù)及各級傳動比可依據(jù)圖3、圖4、圖5來進(jìn)行。傳動比分配的基本原則仍應(yīng)為“前小后大”。
例2 設(shè)有i=256的大功率傳動裝置，試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳動比。
解：查圖3，得n=3，/=70；n=4，/=35；n=5，/=26。為兼顧到/值的大小和傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，選n＝4。查圖4，得＝3.3。查圖5，在橫坐標(biāo)上3.3處作垂直線與a線交于第一點(diǎn)，在縱坐標(biāo)軸上查得＝3.7。通過該點(diǎn)作水平線與b曲線相交得第二點(diǎn)＝4.24。由第二點(diǎn)作垂線與a曲線相交得第三點(diǎn)＝4.95。
驗(yàn)算＝256.26。滿足設(shè)計(jì)要求。
由上述分析可知，無論傳遞的功率大小如何，按“轉(zhuǎn)動慣量最小”原則來分配，從高速級到低速級的各級傳動比總是逐級增加的，而且級數(shù)越多，總等效慣量越小。但級數(shù)增加到一定數(shù)量后，總等效慣量的減少并不明顯，而從結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精度和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，級數(shù)不能太多。
2、質(zhì)量最小原則
質(zhì)量方面的限制常常是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的重要問題，特別是用于航空、航天的傳動裝置，按“質(zhì)量最小”的原則來確定各級傳動比就顯得十分必要。
圖4 大功率傳動裝置確定第一級傳動比曲線圖5 大功率傳動裝置確定各級傳動比曲線
（1）大功率傳動裝置
對于大功率傳動裝置的傳動級數(shù)確定主要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性。在給定總傳動比的情況下，傳動級數(shù)過少會使大齒輪尺寸過大，導(dǎo)致傳動裝置體積和質(zhì)量增大；傳動級數(shù)過多會增加軸、軸承等輔助構(gòu)件，導(dǎo)致傳動裝置質(zhì)量增加。設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的功能要求和環(huán)境因素，通常情況下傳動級數(shù)要盡量地少。
大功率減速傳動裝置按“質(zhì)量最小原則”確定的各級傳動比表現(xiàn)為“前大后小”的傳動比分配方式。減速齒輪傳動的后級齒輪比前級齒輪的轉(zhuǎn)矩要大得多，同樣傳動比的情況下齒厚、質(zhì)量也大得多，因此減小后級傳動比就相應(yīng)減少了大齒輪的齒數(shù)和質(zhì)量。
大功率減速傳動裝置的各級傳動比可以按圖6和圖7選擇。
圖6 大功率傳動裝置兩級傳動比曲線 圖7 大功率傳動裝置三級傳動比曲線
（i < 10時，使用圖中的虛線）?。╥ < 100時，使用圖中的虛線）
例3：設(shè)n＝2，i＝40，求各級傳動比。
解：查圖6可得 ≈9.1；≈4.4
例2-4：設(shè)n＝3，i＝202，求各級傳動比。
解：查圖7可得 i1≈12；≈5；i3≈3.4
（2）小功率傳動裝置
對于小功率傳動裝置，按“質(zhì)量最小”原則來確定傳動比時，通常選擇相等的各級傳動比。在假設(shè)各主動小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)均相等這樣的特殊條件下，各大齒輪的分度圓直徑均相等，因而每級齒輪副的中心距也相等。這樣便可設(shè)計(jì)成如圖8所示的回曲式齒輪傳動鏈；其總傳動比可以非常大。顯然，這種結(jié)構(gòu)十分緊湊。
圖8回曲式齒輪傳動鏈圖9四級減速齒輪傳動鏈
3、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則
以圖9所示四級齒輪減速傳動鏈為例。四級傳動比分別為、、、，齒輪l~8的轉(zhuǎn)角誤差依次為。該傳動鏈輸出軸的總轉(zhuǎn)動角誤差為：
（3）
由上式可以看出，如果從輸入端到輸出端的各級傳動比按“前小后大”原則排列，則總轉(zhuǎn)角誤差較小。而且低速級的誤差在總誤差中占的比重很大。因此，要提高傳動精度，就應(yīng)減少傳動級數(shù)。并使末級齒輪的傳動比盡可能大，制造精度盡量高。
4、三種原則的選擇
在設(shè)計(jì)齒輪傳動裝置時，上述三條原則應(yīng)根據(jù)具體工作條件綜合考慮。
（1）對于傳動精度要求高的降速齒輪傳動鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則設(shè)計(jì)。若為增速傳動，則應(yīng)在開始幾級就增速。
（2）對于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動態(tài)性能好的降速傳動鏈，可按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則設(shè)計(jì)。
（3）對于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動鏈，可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。