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1、机械制造装备设计,第三章 金属切削机床设计,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,当 r最后 = 8， = 1.41，则 x最后 = 6，结构式 12=312326 , 变速范围 R = z-1 =1.4112-1 =1.4111= 45； 当 r最后 = 8， = 1.26，则 x最后 = 9，结构式 18=313329，变速范围 R = z-1 = 1.26 18-1 = 1.2617 = 50；,一般常用机床的总变速范围都在 R=80 以上。为了满足通用机床的工艺需求，需要扩大主传动系统的变速范围。,根据传动系前多后少的传动顺序原则，最后扩大组的传动副数是P = 2。,一、扩大变速范围的意
2、义,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,二、扩大变速范围的方法, 当增加公比、传动副数P 及传动组时，都可以增大R ，但 增大，会导致Amax 增大，影响机床的生产率。 当机床类型一定时， 为一定值。为便于传动系的操作和控制，常取传动副数 P3。,1. 增加变速组,已知传动系总变速范围为,扩大变速范围的机理：通过增加扩大组来增加主轴变速范围。 结论：每增加一个变速组能使R扩大8倍，主轴转速增加6级。,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,例 已知 =1.41，结构式 12 = 312326， x2= 6， r2 = 8, 当增加第三扩大组时，理论级数为 24=312326212 ， 最后扩大组的
3、变速范围为 r3= 12(2-1)=64 8，不符合要求。, 必须减小x3，使 ，即 x3 = 6。此时实际转速为24-6=18 级，重复 6 级。总变速范围为：,结构式为：12=312326,结构式：18=31232626,12级等比传动系统结构网,结构式：24=312326212,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,2. 单回曲机构(背轮机构),当离合器M与 z1 结合时，输入轴的运动直接由轴输出，传动比为 i2 = 1。,当离合器M与z4 结合时，运动经z1、z2、z3、z4传递。,即,传动比为,则极限变速范围为 r = i2/i1= 16。,扩大变速
4、范围的机理 扩大极限变速范围来扩大总变速范围。,结论 采用单回曲机构，R 可扩大4倍；若增加的变速组为单回曲机构，结构式可为 R可扩大16倍。,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,例如 =1.41，结构式 16 = 21222428,原结构式: 12=312326,变速范围 R = z-1 =1.4112-1 =1.4111= 45；,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,3. 对称混合公比传动系统,保持主轴转速列中段公比 保持不变，增大不常用的转速公比。即大公比为= 1.58 =1.262，且高速端大公比的转速级数与低速端相等，形成两端对称的大公比与小公比混合的传动系统。,如 结构式 12 =
5、 312326 转变成混合公比后得到： 12 = 322627,扩大变速范围的机理 在不增加主轴转速级数的前提下，增大不常用的 来扩大R。,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,混合公比变速组的结构,第二节 扩大变速范围的传动系统设计, 因大公比格数必须是偶数，而变形基本组的 r01.269 = 8，取 x8。 若变形基本组是单回曲机构（背轮机构），则r01.2612 = 16，故取 x10。,混合公比传动系统的设计原则：, 传动系大公比是小公比的平方，考虑相对转速损失率，取小公比 =1.26。, 基本组的传动副数 P0 = 2，级比指数为 x0 = x+1。,结论 对称混合公比传动系统，是改变
6、传动副数为2的基本组形成的，能使R扩大4 倍。,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,例 某摇臂钻床的主轴转数范围为 n =25 2000 r/min，公比 =1.26，主轴转数级数 Z=16，确定钻床的结构式及结构网。,解（1）钻床要求的总变速范围,（2）钻床的理论转数级数应为,（3）钻床的结构式为,钻床采用混合公比传动，大公比格数为,按前密后疏原则整理得,结论 应用双速电动机，缩短了传动链，而扩大了变速范围。,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,4、双速电动机传动系统,机床采用双速电动机时，传动顺序与扩大顺序不一致。由于第一扩大组的x1 = P0，所以双速电动机对基本组的传动副数P0 的要求
7、是：,因 21.2631.412，若取 = 1.26 ，则P0 = 3；若取 = 1.41，则P0 = 2。,双速电动机是动力源，应为第一变速组（电源变速组），但级比是2，只能作为变形基本组或第一扩大组。,采用双速电动机的结构式,第三节 计算转速,传动件设计的主要依据是所能承受的载荷大小。载荷取决于所传递的功率和转速。当外载一定，转速越高，传递的转矩越小。,对于转速恒定的传动件，可算出传递的转矩大小，进行强度设计。对于有几种转速的传动件，必须确定一个经济合理的转速nj，进行强度设计。,一、研究计算转速的意义,计算转速的意义：根据传动件需要传递全部功率的最低转速，来确定传动件能传递的最大转矩，作
8、为强度计算和校核依据。,第三节 计算转速,传动件传递的转矩与切削力、工件和刀具的半径有关。粗加工采用大吃刀深度、大走刀量，即切削力矩大，转速低；精加工时则相反。工件或刀具尺寸较小时，切削力矩小，轴转速高；工件或刀具尺寸较大时则相反。T=9550 P/n,2.主运动为旋转运动的机床,由于功率是转矩与角速度的乘积，所以属于恒功率传动。,直线运动机床的最大切削力存在于所有的切削速度中，驱动直线运动的传动件，在所有转速下承受的最大转矩相等。即属于恒转矩传动。T=F*R,1.主运动为直线运动的机床,二、机床的功率转矩特性,第三节 计算转速,3.计算转速（nj ）概念,计算转速 是指主轴或传动件传递全部功
9、率的最低转速。,通用机床工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺只需采用小进给量、低转速，消耗的功率小，主传动不需要传递电动机的全部功率。,传动件设计必须找出需要传递全部功率的最低转速，来确定所能传递的最大转矩。,nj nmin（恒转矩变速范围）主轴每级转速都能传递计算转速时的转矩，输出功率随转速线性下降。,第三节 计算转速,nj nmax（恒功率变速范围）主轴每级转速都能传递全部功率，且输出转矩随转速增高而降低。,各类机床主轴的nj可查表计算确定。,第三节 计算转速,4.各类机床的计算转速（nj ） 可查表确定,第三节 计算转速,步骤：先确定主轴计算转速；再按传动顺序由后往前依次确定各传动轴的计
10、算转速；最后确定各传动件的计算转速。,例 已知某通用车床转速图，试确定变速系中传动件的计算转速。,1.主轴的计算转速,三、主变速系统传动件计算转速的确定,第三节 计算转速,2.各传动轴的计算转速,变速组 c 有两个传动副，nj主= 90 是轴通过18/72 获得，轴相应的转速为355。轴的最低转速为125，通过60/30使主轴获得转速为250 nj主，且能传递全部功率。,故 nj=125 r/min,nj 是经轴的最低转速355获得，故 nj=355 r/min,同理 nj=710 r/min,第三节 计算转速,3.各传动副的计算转速, 变速组c 传动副 z18/z72 产生nj主，则轴的相应
11、转速355就是主动齿轮z18 的计算转速，即 njcz18=355r/min。,z60/z30 产生的最低主轴转速 250 nj主，对应的轴最低转速125为主动齿轮z60 的计算转速。 即 njcz60=125r/min。, 变速组b 主动齿轮 z22，z42的计算转速为 njbz22,24 = 355r/min, 变速组a 主动齿轮 z24，z30，z36 的计算转速为 njaz24 = 710r/min,例 X62W铣床，主轴转速范围为301500r/min ，转速级数为18级，公比为1.26，电机转速1450r/min。确定铣床主轴、各传动轴和齿轮的计算转速。,第三节 计算转速,(1)主
12、轴的计算转速,第三节 计算转速,(2)各传动轴的计算转速,III轴共有9级转速，主轴的计算转速是轴III经过1：6传动副获得，此时轴III的转速为375。 轴III的最低转速为118，通过双联滑移齿轮使得主轴IV获得两级转速（30和235）。235比主轴的计算转速95高，能传递全部功率，故III轴的最低转速能实现传递功率的需要，为III的计算转速，即118r/min。 同理，轴II共有3级转速，其最低转速300通过三联滑移齿轮是轴III获得9级转速，其轴II的计算转速为300；轴I的计算转速为695。电机轴的计算转速为1450。,第三节 计算转速,(3)各齿轮副的计算转速,各变速组内一般只计算
13、组内最小，也是强度最薄弱的齿轮，故只需确定最小齿轮的计算转速。 III轴和IV轴（第二扩大组）间最小齿轮为19，主轴IV获得30-190共9级转速，主轴IV的计算转速为95，故齿轮19的计算转速为375。 II轴和III轴（第一扩大组）最小齿轮为18，III轴获得118-190共3级转速，III轴的计算转速为118，故齿轮18的计算转速为300。 同理，可知I轴和II轴（基本组）最小齿轮16的计算转速695；定比传动组的齿轮为26的最小齿轮计算转速为1450。,P53页图2-34,28,第四节 无级变速系统设计,一、无级变速主传动系统的分类,何谓无级变速？,无级变速是指在一定范围内，转速（或速
14、度）能连续地变速，从而获取最有利的切削速度。,无级变速的特点： 1. 可以获得最有利的切削速度，无相对转速损失； 2. 能在加工过程中实现变速，保持恒速切削； 3. 无极变速器通常是电变速组，恒功率变速范围2-4，恒转矩变速范围大于100，缩短传动链简化结构设计； 4. 无极变速容易实现自动化操作。 主要应用场合：数控机床、高精度机床和大型机床等。,29,第四节 无级变速系统设计,一、无级变速主传动系统的分类,机床主传动中常采用的无级变速装置有：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。 目前，广泛用直流或交流调速电动机作为机床的动力源，以实现执行件的无级调速。直流调速电动机占主导地位。
15、,1.调速电动机,通过改变单位时间内输入液压缸液体的流量来实现无级变速。变速范围较大、变速方便、运动换向冲击小、易于实现直线运动和自动化。常用于主运动为直线运动的刨床、拉床等机床中。,第四节 无级变速系统设计,2.机械无级变速装置,机械无级变速装置利用摩擦力来传递转矩，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。变速范围小，通常与分级变速机构串联使用。,应用于功率和变速范围较小的中小型车床、铣床的主传动中，也用于进给变速传动中。,3.液压无级变速装置,第四节 无级变速系统设计,二、无级变速主传动系设计原则,（1）选择功率和转矩特性符合传动系要求的无级变速装置,（2）无级变速装置与机械分级变速箱串联扩大变速范围,如果机床主轴要求的变速范围为Rn，选取无级变速装置的变速范围为Rd，则串联的机械分级变速箱的变速范围Rf 为,龙门刨床的工作台选择恒转矩为主的直流电动机。 车、铣床主轴选择恒功率的机械无级变速装置、变速电动机串联机械分级变速箱。,
