第二章 机床的传动设计(1)38144.ppt

机械制造装备设计,第三章 金属切削机床设计,有关概念 变速范围、转速图、变速组的级比、级比指数、基本组、第一扩大组、第二扩大组、转速图的拟定原则等第五节 主传动系统设计,,主要内容 分级变速主传动系转速图的设计； 齿轮齿数和带轮直径的确定5）满足机床结构性能要求,,第五节 主传动系统设计,一、主传动系设计的基本要求,,1）满足机床使用性能要求,2）满足机床传递动力要求,3）满足机床工作性能的要求,4）满足机床设计经济性的要求,,组成 主传动系由动力源（电动机）、变速装置及执行件（主轴、刀架、工作台）、以及开停、换向和制动机构组成第五节 主传动系统设计,二、主传动系分类和传动方式,,（一）主传动系分类,1. 按驱动电机类型分类,,第五节 主传动系统设计,,2. 按传动装置类型分类 机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合3. 按变速的连续性分类 分级变速传动、无级变速传动,（1）分级变速传动 利用滑移齿轮、交换齿轮和离合器实现变速，在一定的变速范围内得到级数Z<20~30级的转数 传递功率大，变速范围广，传动比准确，工作可靠。

但有速度损失，不能在运转中变速 广泛应用于中小型通用机床第五节 主传动系统设计,,1）机械摩擦无级变速器 结构简单、使用可靠常用于中小型车床、铣床的主传动2）液压无级变速器 传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动常用于直线主运动的机床，如拉床、刨床的主运动3）电气无级变速器 有交流变频调速电动机，可简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速广泛用于数控机床的主传动2）无级变速传动 可在一定的变速范围内连续改变转速，在运转及负载下自动变速便于保持恒定的切削速度，满足生产效率和加工质量要求第一节 主传动系统设计,,1. 集中传动方式,（二）主传动的传动方式,主传动和变速传动机构集中在同一个主轴箱内的传动方式如图，铣床主变速传动系利用立式床身作为变速箱体，所有的传动和变速机构都装在床身中 优点：结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便第五节 主传动系统设计,,缺点：传动系中，高速运转的传动件在运转过程中所产生的振动和热变，会直接影响主轴的运转平稳性，使主轴产生热变形和回转轴线偏离，而直接影响加工精度应用：集中传动方式主要适用于普通精度的大、中型机床第五节 主传动系统设计,,2. 分离传动方式,主传动系大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中，通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式。

如图，卧式车床主传动系主轴箱中只装有主轴和背轮机构 特点：变速箱各传动件所产生的振动和热量不直接传给或少传给主轴有利于提高主轴的工作精度根据已确定的主变速传动系的运动参数和动力参数： 1）拟定传动结构式； 2）拟定传动系转速图； 3）分配各变速组各传动副的传动比； 4）确定齿轮齿数和带轮直径； 5）绘制主变速传动系统图分级变速主传动系设计内容和步骤,,第五节 主传动系统设计,,1.转速图的概念:分析和设计机床传动系统时应用的一种特殊线图，由“三点一线”组成，即传动轴格线、转速格线、传动线和转速点组成 表示传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传动路线，各传动轴的转速分级和转数值，各传动副的传动比等三、转速图,,第五节 主传动系统设计,转数图 是设计和分析分级变速主传动系的一个工具2.转速图的组成,转速点 表示主轴和各传动轴的转速值(对数值)的小圆点转速线 间距相等的水平线相邻转速线间距为lgφ 传动轴线 距离相等的铅垂线从左到右按传动顺序排列传动线 传动轴间转速点的连线，表示两轴间一对传动副的传动比一个主转速点引出的传动线数目，代表两轴间的传动副数。

第五节 主传动系统设计,转速图,,例：一中型车床，主轴转速级数 Z=12，公比φ =1.41，主轴转速 n = 31.5 ~ 1400 r/min，如图示第五节 主传动系统设计,,第五节 主传动系统设计,按照动力从电动机到执行元件的传递顺序，变速组依次为第一变速组、第二变速组、第三变速组……，分别用a、b、c…表示传动副数用P 表示，变速范围用r 表示1）级比 变速组中两相邻的转速或两相邻的传动比之比 级比为公比幂的形式如：φ 3 2）级比指数 为级比的幂指数，用x 表示 如：φ 3中的幂指数为 x=32.转速图原理,,第五节 主传动系统设计,第一变速组 a（轴Ⅰ-Ⅱ之间） Pa=3；传动比分别是,在转速图变速组a中 三条传动线分别是：下降2格，下降1格，水平即 级比为φ ， 级比指数为 xa = 1第五节 主传动系统设计,3）基本组 级比等于公比或级比指数等于1的变速组其传动副数用P0 表示，级比指数用x0 表示如图： 第一变速组a为基本组，P0=3， x0=1变速范围为：,传动系经过基本组的变速，使轴Ⅱ得到P0 （即3）级等比数列转速。

第五节 主传动系统设计,第二变速组b（轴Ⅱ-Ⅲ之间） Pb=2，其传动比分别是：,传动线Lb1下降三格，Lb2 水平级比为φ 3，级比指数 xb= 3传动线 Lb2 的最低转速点必须与Lb1 相距P0 格，才能使轴Ⅲ得到连续不重复的等比数列转速 即级比指数为 xb=P0=3,传动线 Lb1 可作P0 条平行线第五节 主传动系统设计,图中，第二变速组b为第一扩大组，P1=2，x1=3=P0，其变速范围为：,传动系经第一扩大组后，轴Ⅲ得到P0 ×P1 级连续而不重复的等比数列转速4）第一扩大组 级比指数等于基本组传动副数的变速组其传动副数用P1 表示，级比指数用x1 表示第五节 主传动系统设计,第三变速组 c（轴Ⅲ-Ⅳ之间）Pc= 2，传动比分别是:,传动线 Lc1下降4格、Lc2 上升 2 格级比为φ 6，级比指数为 xc= 6,传动线Lc1 可作P0×P1 条平行线传动线Lc2 的最低转速点与Lc1 相距P0×P1格，使轴Ⅳ得到连续而不重复的等比数列转速，级比指数为：,,第五节 主传动系统设计,5）第二扩大组 级比指数等于P0×P1的变速组，其传动副数、级比指数、变速范围分别用P2、x2、r2表示。

变速组c为第二扩大组，P2=2， x2=x1P1=P0P1= 6，变速范围为,传动系经第二扩大组的扩大，轴Ⅳ得到Z=3×2×2=12 级连续等比数列的转速，总变速范围为：,,第五节 主传动系统设计,小结 ：①变速组级比指数 x由小到大的排列顺序称为扩大顺序 ②一个等比数列变速系统中，必须有基本组、第一扩大组、第二扩大组、第三扩大组…………第 j 扩大组的变速范围为,第 j 扩大组的级比指数为,变速系统总变速范围为,,第五节 主传动系统设计,结构网 只表示传动比的相对关系，不表示具体转速值，并以对称形式表示的线图结构式 将转速级数按传动顺序写成各变速组传动副数的乘积，级比指数写在各传动副数右下脚的表达式3.结构网和结构式,,问：为何结构式中第一变速组为基本组？第二变速组为第一扩大组？ 第三变速组为第二扩大组？,如： 结构式 12 = 31 ×23 ×26,第五节 主传动系统设计,转速图的设计步骤 ① 根据转速图的拟定原则，确定结构式，画出结构网； ② 分配各传动组的最小传动比，画出转速图四、主传动系转速图的拟定原则,拟定原则,,第五节 主传动系统设计,为了防止齿轮传动比过小而造成从动轮结构过大，增加变速箱的尺寸，需要限制最小传动比，即 imin≥1/4。

为了减小传动系统的振动，提高传动精度，需要限制最大传动比，即直齿轮的 imax≤2，螺旋圆柱齿轮的 imax≤2.51.极限传动比、极限变速范围原则,,传动系统图,第五节 主传动系统设计,结论 ： 直齿轮变速组的极限变速范围是 ： r = 2×4 = 8 螺旋圆柱齿轮变速组的极限变速范围是 ： r = 2.5×4 = 10,由于变速组的变速范围 ，即r 随着 j 增大而增大，因此设计时只需检查最后扩大组是否超过极限值如 12=31×23×26，φ =1.41，第二扩大组26为最后扩大组则,（未超极限值）,如 18=31×36×23，φ =1.26，第二变速组的级比指数为xb=6，是第二扩大组（即最后扩大组），则,（超过极限值）,,第五节 主传动系统设计,2.传动副数确定原则,例 一中型机床，主轴转速级数 Z=12，φ =1.41，nmin=31.5 r/min， nmax=1400r/min，电动机功率为7.5 kW,额定转速 nm=1440 r/min拟定主传动顺序及传动副数。

第五节 主传动系统设计,方案 ④ 12=4×3、 ⑤ 12=3×4 都有3根轴，7对齿轮； 方案 ⑥ 12=6×2 、⑦ 12=2×6 都有3根轴，8对齿轮，而8对齿轮的轴向尺寸大于7对齿轮的轴向尺寸 故方案④、⑤ 优于 ⑥、⑦方案 ①12=3×2×2 、②12=2×3×2 、③12=2×2×3 都有7对齿轮，与方案④、⑤相同，但是轴的数量比方案④、⑤多一个，且轴向尺寸短因此不能直接判断各方案的优劣1）比较优劣,,第五节 主传动系统设计,（超出极限值）,在方案 ④ 12=4×3 、⑤ 12=3×4 中，若传动副数为4的变速组是扩大组，则,粗选方案 ①12=3×2×2，②12=2×3×2， ③12=2×2×3,（2）极限变速范围判定,,第五节 主传动系统设计,选择方案为 ① 12=3×2×2,在方案 ①12=3×2×2、②12=2×3×2、③12=2×2×3中，因机床的 nmax =1400r/min< nm=1440r/min，故主传动系统为降速传动传动件越靠近电动机其转速越高，所需传递的转矩越小，几何尺寸越小结论 尽量使传动系前面的传动件多一些，即“前多后少”原则。

采用三联滑移齿轮在前，二联滑移齿轮在后的变速组，即 数学表达式为 3≥Pa≥Pb≥Pc≥……3）传动副前多后少,,第五节 主传动系统设计,在已确定方案 12=3×2×2 中，有如下扩大方案： ① 12=31×23×26 ② 12=31×26×23 ③ 12=32×21×26 ④ 12=34×21×22 ⑤ 12=32×26×21 ⑥ 12=34×22×21,在扩大方案 ①、②、③、⑤ 中,在扩大方案 ④、⑥ 中,3.扩大顺序确定原则,考虑最后变速组（第二扩大组）的变速范围,,第五节 主传动系统设计,结论 传动副数前多后少，扩大顺序应前小后大，即“前密后疏”原则级比指数小，传动线密；级比指数大，传动线疏选择扩大方案为 ① 12=31×23×26,数学表达式为,,第五节 主传动系统设计,4.最小传动比确定原则,为使传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，提高传动链末端执行件的旋转精度，在传动顺序、扩大顺序的原则上，最小传动比采取“前缓后急”的原则，即递降原则数学表达式为 ia min ≥ ib min ≥ ic min ≥……≥ 1/4,对传动比的要求 ① 传动比不能超过极限值； ② 为设计方便，变速组的最小传动比尽量为公比的整数次幂。

第五节 主传动系统设计,④ 最小传动比确定原则：“前缓后急”③ 扩大顺序确定原则：“前密后疏”；,。