机床的传动设计

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1、1,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,第2章 机床的传动设计,机床的主传动系统用于实现机床的主运动，它对机床的使用性能、结构都有明显的影响。机床的主运动往往必须变换速度，以适应各种不同的工艺要求。 采用什么方法实现主传动系统变速？ 在设计机床的主传动系统时，必须满足哪些基本要求？,？问题探究：,2,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,第2章 机床的传动设计,设计时应满足下列基本要求： 1)满足机床的使用要求，有足够的转速范围和变速级数；合理地满足机床的自动化和生产率的要求；有良好的人机关系。 2)满足机床传递动力的要求，能够传递足够的功率和转矩，并有较高的传动效率。 3)

2、满足机床的工作性能要求，应有足够的精度、刚度、抗振性能和较小的热变形。 4)满足经济性要求。,机床的主传动系统实现机床的主运动，其末端件直接参与切削加工，形成所需的表面和加工精度，且变速范围宽，传递功率大，是机床中最重要的传动链。,3,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1 分级变速主传动系统设计,机床的运动参数如转速范围、公比基本确定之后，应如何设计传动系统，才能合理地实现所提出的基本要求? 通常采用图解的方法，即用转速图来表示，使用转速图可以直观地表达传动系统中各轴转速的变化规律和传动副的速比关系。 转速图不仅可以用来拟定新的传动系统，也可以用来对现有的机床传动系统进行分析和

3、比较。,？问题探究：,4,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,是表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图,2.1.1 转速图,1、转速图的概念,转速图包括一点三线：转速点、转速线，传动轴线，传动线。,5,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.1 转速图,3）传动轴线：距离相等的竖直线代表传动系统的各轴，从左到右依次标注I、 、。,1）转速点：距离相等的横直线与竖直线的相交点(用圆圈表示)，用来代表各级转速。,4）传动线：相邻两轴之间相应转速的连线代表相应传动副的传动比。,2）转速线：间距相等的水平线。相邻转速线间距是lg。

4、,6,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,第一变速组a (-轴),变速组按照从电动机(动力源)到主轴传动的先后排列顺序称为“传动顺序”。 分别代表各变速组的传动副数和相应的传动顺序，变速范围以 r 表示。,2.1.1 转速图,2、转速图原理,级比 级比指数 x0=1 变速范围,Pa=3,7,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,级 比 级比指数 x2=6=P0P1 变速范围,2.1.1 转速图,第二变速组b( -轴),第三变速组c( 轴),级 比 级比指数 x1=3=P0 变速范围,Pc=2,Pb=2,8,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,(1)变速系统的变速级数

5、是各变速组传动副数的乘积,2.1.1 转速图,(2)机床的总变速范围应是变速组变速范围的乘积,变速规律小结：,(3)变速组的传动比之间的关系,第二扩大组级比,基本组级比,第一扩大组级比,第j扩大组级比,9,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.1 转速图,由此得出结论：由于等比数列可以由等比数列乘以等比数列得到，机床的传动系统中，转速数列是由定比传动副和变速组组成的，几个变速组互相串联，其中以基本组为基础，然后通过第一、第二、扩大组把各轴的转速级数和变速范围逐步扩大，并且各变速组相邻传动比之间又遵循上述的级比规律，则机床传动系统的转速数列是连续的等比数列，称为“正常传动系统”。

6、,由图可见，为了获得连续的等比数列的转速，必须使几个变速组串联而成的传动系统符合级比规律，否则会出现转速重复或空缺的现象。,图a中x1=43，转速空缺； 图b中x123，转速重复； 图c中x1=1.53，非正常的转速数列。,10,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.1 转速图,3、结构网和结构式,将转速图画成对称形式就成为结构网，结构网中两轴间连线仅表示传动关系，而不表示传动比值，轴上各圆圈也不表示该轴的具体转速。 结构网和转速图有一致的变速特性，一个转速图对应一个结构网，但一个结构网可以对应画出很多不同的转速图。,图21的转速图可画成图23的结构网。,11,2014.08.

7、20,第2章 主传动系统设计,2.1.1 转速图,图23所示结构网表示主轴可得到Z32212种转速，转速数列是公比的连续的等比数列，基本组的传动副为p0=3，第一、第二扩大组的传动副数分别为p1=2、 p2=2，各变速组相邻传动比的比值即级比分别为 ，各变速组的变速范围为等。 这种结构网在拟定传动系统时，便于进行分析比较。 结构网又可以简化为结构式，本例可用下面的结构式表示,其中，12代表转速级数，3、2、2和先后顺序表示变速组的传动副数和传动顺序，下标1、3、 6分别表示各对应的变速组的级比指数等。,12,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.1 转速图,所以31表示基本组x

8、01，p03； 23表示第一扩大组x13，p12； 26表示第二扩大组x2=6，p2=2，各组变速范围分别为 等，它和结构网一样只表示变速特性的相对关系。,13,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,拟定变速系统的目的是为了寻找最佳的变速系统方案，它对整台机床的设计质量有较大的影响，设计者必须同时注意到结构上实现的可能和合理性。 拟定变速系统一般可按照下列步骤进行： 1)根据已确定的转速系列(R、Z、)，选择合适的变速组个数及其传动副个数，选定合理的结构式或结构网。 2)根据所选定的结构式(结构网)绘制转速图，合理地分配各传动比。 3)计算各变速组各对齿轮的齿

9、数，画出变速系统的传动系统图。,14,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,现结合实例将传动系统设计的各项原则叙述如下。 例1 拟定中型车床的主传动系统的转速图。 已知, 主轴的转速为31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400rmin。电动机的转速为1440rmin。,1、变速组及其传动副的选择 一定变速级数的变速系统可由不同个数的变速组组成，减少变速组的个数可以缩短传动链，但在总变速级数z一定的情况下，势必会增加各变速组内传动副数p，并且因降速过快而导致齿轮的径向尺寸增大。 现以12级转速的变速系统为例，其

10、组成方案可为 12=43 1234 12322 12232 12223,15,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,为使变速箱中的齿轮总个数为最小值，每个变速组的传动副数最好取p=2或3，并且考虑到机床实际结构情况，所以变速系统通常采用双联或三联齿轮进行变速。又因为一般机床的主轴的最低转速部分，比电动机转速低得多，必须进行降速，如果采用p2或3时，达到同样的变速级数，变速组个数相应增加，这样可以利用变速的传动比兼起降速作用，以减少专门用于降速的定比传动副。 因此，本例应选择、。 如何再从、方案中选择一个较好的方案，或者说选择一个比较好的结构式，一般要遵照传动副

11、的“前多后少”原则。传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，传动副数较少的变速组安排在后面。 。,16,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,当 时，令 这叫做“前多后少”的原则。 这是因为机床的电动机转速往往比主轴变速范围的大多数转速高，因此，变速系统以降速传动居多。传动系统中，若按传动顺序排列，在前面的各轴转速较高，以此类推。 根据转矩公式 当传动功率P一定时，转速n较高的轴所传递的转矩就较小，在其他条件相同时，传动件(如轴、齿轮)的尺寸就较小，因此，常把传动副数较多的变速组安排在前面高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。 因此本例应选择方案

12、12322。,17,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,2、结构式或结构网的选择 在12322中，因基本组和扩大组的排列顺序而有不同的方案。可能的六种方案，其结构式为 a)12312326；b)12312623；c)12322126 d)12342122；e)12322621；f)12342221 其结构网分别如图24所示。,18,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,（1）传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 在主传动系统的降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制，为了避免被动齿轮的直径过大，建议降速传动比最小值为imi

13、nl/4；对于升速传动比最大值，考虑到尽量减少振动和噪声，建议imax=2(斜齿传动imax=2 .5)。,19,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,本例 方案d)12342122；f)12342221的最后扩大组的变速范围 ，不合格。 方案a)12312326；b)12312623；c)12322126 ；e)12322621的最后扩大组的变速范围 ，合格。 对于进给传动系统，由于传动件的转速较低，尺寸较小，变速范围可放宽到iminl/5，imax=2.8，这样进给传动中各变速组的变速范围限制在r14之内。,这样主传动各变速组的变速范围限制在 之间。,20

14、,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,上述限制是建议限制范围，若条件许可，也允许超过上述范围，但可能会给结构设计带来困难。 机床的传动系统中，最后扩大组的变速范围必定最大，因此一般只要检查最后扩大组的变速范围不超过限制范围，则其余的变速组也不会超过。,21,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,（2）基本组和扩大组的排列顺序 变速组的扩大顺序应尽可能与传动顺序一致。 当 时，要求 即在传动顺序中按基本组在前，然后依次排第一扩大组、第二扩大组第j扩大组，这称为“前紧后松”原则。 这时各变速组的变速范围是逐步增大，在转速图上表现

15、为传动顺序前面的变速组传动比连线分布紧密，而后面的变速组传动比连线分布疏松，这样可以使前面的各轴转速范围较小，相当于提高该轴的最低转速和降低它的最高转速，前者可以减少传动件尺寸，后者可以降低噪声和减少振动。,22,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,图24a所示方案，12312326是扩大顺序与传动顺序相互一致，它的中间轴的变速范围是比较小的，当中间轴最高转速一定时，其最低转速能处于较高位置，传递的转矩就较小。,23,2014.08.20,第2章 主传动系统设计,2.1.2 转速图的拟定,3、拟定转速图 电动机和主轴的转速是一定的，选择较好的结构式方案之后，可根据结构式来绘制转速图，这时必须合理地分配各传动副的传动比，当变速系统是降速传动时，要求各中间轴转速适当安排高一些，以减少传动件的尺寸。但中间轴和齿轮转速过高，将产生较大的振动和噪声。因此，在拟定转速图时，选择中间轴的转速要适当，必须全面考虑缩小结构尺寸和减少空载功率的要求。 在绘制转速图时，应注意以下几点。 1)各传动副的最大、最小传动比应尽可能不超出极限传动比imax和imin。 2)为减小传动件尺寸，在传动顺序上，各变速组的最小传动比应采取逐步降速的方法， 即 iaminibminicmin 而且最后扩大组的umin一般取极限值，这是在降速传动时采取“前缓后急”(前慢后快)的原则。,