机床设计主传动系设计

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1、机械制造装备设计,2.3.1 主传动系统功用、组成及设计要求 2.3.2 主传动系分类和传动方式 2.3.3 有级变速主传动系的设计 2.3.4 无级变速主传动系的设计,2.3 机床主传动系设计,2.3.1 主传动系统功用、组成及设计要求 （一）功用 实现机床主运动，属于外联系传动链。 1动力源执行件（主轴、工作台）； 2保证执行件具有一定的转速或速度和足够的转速范围； 3实现主运动的开停、变速、换向和制动。,（二）组成,定比传动机构,变速装置,主轴部件,开停装置,制动装置,换向装置,操纵机构,润滑和密封装置,箱体,多速电动机变 速 、离合器变速,齿轮变速机构,液压无极变速,机械无极变速,滑移

2、齿轮,交换齿轮,多速电动机变 速 、离合器变速,齿轮变速机构,动力源,（三）主传动系设计的基本要求 1使用性能要求 2传递动力要求 3工作性能要求 4经济性的要求 5调整维修方便；结构简单紧凑；便于加工和装配。,2.3.2 主传动系分类和传动方式 （一）主传动系分类：可按不同特征分类 1按驱动主运动的电动机类型： 交流电动机、直流电动机； 2按传动装置类型：机械传动装置、液压传动 装置、电气传动装置及其组合； 3按变速的连续性： 无级变速传动、有级（分级）变速传动,（1）无级变速传动： 在一定速度(或转速)范围内能连续、任意改变 速度 (或转速)。 能获得最合适的切削速度无速度损失；易于 实现

3、自动化，生产率高； 可在运转中变速，辅助时间； 操纵方便； 传动平稳。,实现无级变速的装置或机构 ： 机械摩擦无级变速器：靠摩擦传递转矩，通过 摩擦传动副工作半径的变化实现无级变速。,工作半径变化靠改 变摩擦锥的轴向位 置实现。,液压无级变速器 通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中的液体量来实现无级变速。 变速范围大，传动平稳，运动换向时冲击小，变速方便。 电气无级变速器 采用直流或交流调速电动机来实现变速。主要用于数控机床、精密和大型机床。可以与机械分级变速装置串联使用。,直流调速电动机采用调压和调磁方式来得到主轴所需要的转速： 恒功率调速段额定转速到最高转速之间是用调节磁场的方式实现调速

4、； 恒转矩调速段最低转速到额定转速之间是用调节电枢电压的方式实现调速。 交流调速电动机通常采用变频调速方式进行调速。调速性能好、效率高，调速范围宽，结构上无电刷和换向器。,（2）有级变速传动-通用机床 在若干固定速度(或转速)级内不连续变速。 传递功率大； 变速范围大； 传动比准确，工作可靠； 有速度损失，传动平稳性。,实现有级变速的装置或机构 滑移齿轮变速：多采用双联和三联滑移齿轮 。,特点： 变速范围大，变速级数多； 变速方便又节省时间； 在较大的变速范围内可传递较大功率和转矩； 不工作的齿轮不啮合，空载功率损失较小； 变速结构较复杂； 采用直齿圆柱齿轮，承载能力、传动平稳性差； 不能在运

5、转中变速。,交换齿轮变速 结构简单，不用操纵机构； 轴向尺寸小，变速箱结构紧凑； 主动、被动齿轮对调使用，齿轮数量少； 更换齿轮费时费力； 装于悬臂轴端、箱体外，刚性差，润滑困难。,多速电动机变速： 双速或三速交流异步电动机实现变速。 能在运转中变速； 变速箱结构简单； 在高、低速时输出功率不同，按低速小功率选用电动机，高速大功率不能完全发挥能力； 体积大，价格高。,离合器变速： 牙嵌式离合器或齿轮式离合器 变速机构为斜齿、人字型圆柱齿轮或重型机床的传动齿轮大而重用。 结构简单，轴向尺寸小； 不打滑，传动比准确； 能传递较大转矩； 不能在运转中变速。,片式摩擦离合器：用于自动或半自动机床。 可

6、实现运转中变速，接合平稳，冲击小； 结构较复杂，摩擦片间有相对滑动，发热较大。,（二）主传动系的传动方式 1集中传动方式 主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。普通精度的通用机床 结构紧凑，便于实现集中操作； 箱体数量少，安装、调整方便； 传动件的振动和发热直接影响主轴的工作精 度，加工质量。,铣床主变速传动系统图,2分离传动方式 主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离 主轴的单独变速箱内，然后通过带传动传到主轴 箱的传动方式。中小型高速或精密机床 主轴的振动和热变形，机床工作精度高； 主轴通过带传动直接得到高速，运转平稳； 箱体数量多，加工、装配工作量，成本； 带传动低速时

7、，传递转矩小，易打滑； 更换传动带麻烦。,分离传动主变速传动系统图,2.3.3 有级（分级）变速主传动系的设计,（一）拟定转速图和结构式 1转速图（三线一点图） 分析和设计分级主传动系统的工具。 作用： 传动轴数目及传动轴之间的传递关系； 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速值； 各传动副的传动比。,卧式车床 主传系统图,卧式车床转速图,组成 “三线一点图” 传动轴格线、转速格线、传动线、转速点 传动轴格线： 间距相等的一组竖直格线，表示各传动轴，从 左右分别用“电”或0、 、 表示，与传动系统图中各轴对应。,转速格线： 间距相等的水平格线，表示转速相同的对数坐标。 由 ，

8、 ， 任意两相邻转速的对数之差均为 ，转速坐标 换成对数坐标, 则各转速构成等差数列。,转速点： 传动轴格线上的圆点（圆圈），表示该轴的转速。 -传动轴格线与转速格线的交点。 传动线： 传动轴格线间的转速点连线，表示两轴间一对传动 副的传动比。,传动线的高差表明传动比的数值。 传动线的倾斜程度反映传动比的大小： 水平传动线等速传动，u=1； 向下方倾斜的传动线降速传动，u1。, 传动比数值用传动线的高差来表示（从动转速点与 主动转速点相差格数）：, 一个主动转速点引出的传动线数目表示该变速 组不同传动比的传动副数。 两条传动轴格线间相互平行的传动线表示同一 传动副的传动比。,变速规律（级比指数

9、规律） 基型变速系统（常规变速传动系统）： 以单速电动机驱动，由若干个变速组串联起来的、 使主轴得到既不重复又排列均匀的等比数列的变速 系统。 变速组的级比： 变速组中相邻两传动比比值（大于1）； 级比指数： 级比值的指数，即组内相邻两传动线拉开格数。,如图所示：将传动系统中的三个变速组，按 运动顺序分别称为变速组a、b、c： 基本组变速特性 变速组a：三个传动比是公比为 的等比数列，即,使轴得到三级转速（355、500、710）均相差一格， 在其它变速组不改变传动比的条件下，使主轴得到三级 公比为 的转速。 基本变速组 实现等比转速数列的基本的、必不可缺的变速组。 基本组的级比 ，级比指数

10、基本变速组变速特性： 基型变速系统必有一个基本组，级比指数,第一扩大组的变速特性 变速组b ： 级比： 级比指数：,第一扩大组： 在基本组基础上，该变速组起到第一次扩大变速作用。 第一扩大变速特性： 级比指数等于基本组传动副 数 ，相邻两条传动线拉开的格数，等于基本组的传动副数。,第二扩大组的变速特性 变速组c 级比 级比指数,第二扩大组： 使主轴得到12级转速， 起到第二次扩大变速的作用。 第二扩大组变速特性： 级比指数等于基本组传动副数与第一扩大组传动副数 的乘积 ； 相邻 两条传动线拉开的格数等于基本组的传动副数和 第一扩大传动副数乘积。 第三、第四扩 依次类推得到：,级比指数规律：基型

11、变速系统变速规律 基本组的级比指数 （且必须为1）； 任一扩大组的级比指数 ， ， 且,2结构式 用数学表达式表示传动系统的传动关系。 作用: 主轴转速级数；各变速组的传动副数； 各变速组级比指数；传动顺序。 一般表达式:,结构式与转速图的区别： 转速图表达变速特性更具体、完整，转 速和传动比是绝对值； 结构式表达变速特性较简单、直观，转 速和传动比是相对数值；,（二）变速组变速范围和极限传动比 1变速组的变速范围： 变速组中最大传动比与最小传动比的比值， 主轴的变速范围：各变速组变速范围的乘积， 主轴转速级数：,图3-13所示：,2齿轮变速组传动比和变速范围限制 对传动比限制 降速传动： 避

12、免从动齿轮过大，增加箱体径向尺寸； 升速传动： 直齿轮避免扩大传动误差，减少振动和噪声； 斜齿轮避免扩大传动误差，减少振动和噪声。, 对变速组变速范围限制 最后扩大组的变速范围,（三）主变速传动系设计的一般原则 减小传动件结构尺寸 主传动系属于恒功率传动。 传递功率一定时，传动件转速 ，传递转矩，结构件尺寸。,1变速组传动副“前多后少” 原则 主变速系统从电机主轴总趋势为降速传动，传动链前面的转速较高，当传递功率一定时，传动件转速 ，传递转矩，结构件尺寸。,2传动顺序与扩大顺序相一致原则 变速组传动线“前紧后松”或“前密后疏” 传动顺序依次为基本组、第一扩大组、第二 扩大组、，中间轴转速。 例

13、如: 图（a） 图（b） 传递同转矩，（b）结构尺寸大。,二种12级转速的转速图,3变速组的降速要“前慢后快”的原则 保证中间轴有适当高的转速，当传递功率一 定， T，传动件的尺寸； 中间轴最高转速电机转速， 振动、发热、噪声。,（四）结构式与转速图拟定 1结构式拟定 （1）确定变速组的个数和传动副数 可采用双联、三联、或四联滑移齿轮变速组。 （2）确定传动顺序方案：各变速组在传动链中先后顺序。 一般根据传动副“前多后少”原则; 结构或使用上特殊要求可采用其它传动顺序方案。,（3）确定扩大顺序方案： 各变速组的级比指数由小到大的排列顺序。 一般根据变速组的“扩大顺序与传动顺序相一致” 原则；

14、采用其它扩大顺序方案，应进行分析比较。 （4）检验最后扩大组的变速范围 （5）写出结构式,2转速图拟定 确定V带传动轴转速不能过低（结构尺寸）； 轴转速不能过高（振动、噪声）。 画转速图格线传动轴格线、转速格线、转速点。 分配传动比 第三变速组第二变速组第一变速组画全传动线。 多次修改,（五）主传动系统的几种特殊设计 1采用多速电动机的变速传动系 双速或三速交流异步电动机变速： 同步转速为750/1500r/min、1500/3000r/min、 750/1500/3000r/min：同步转速之比2； 同步转速为1000/1500r/min、 750/1000/1500r/min：同步转速之比

15、为1.5，主 轴转速不能得到标准公比的等比数列。,“电变速组” 多速电动机的变速，相当于两对或三对传动副 总是放在变速传动系前面。,（1）扩大顺序 (以双速电动机为例) 同步转速之比为2（变速范围2）： 根据 确定它的扩大顺序： 第一扩大组, 结论: “电变速组”为第一扩大组时，基本组的传动副是既定的。,（2）传动顺序： “电变速组”为第一变速组，通常扩大顺 序与传动顺序不一致，不符合传动线“前紧后松”原则。,多刀半自动车床的传动系统和转速图, 采用双速电动机和滑移齿轮组合变速 结构式： “电变速组”为第一扩大组，,（3）Z与XE的关系 多速电动机与变速箱串联使用时， PE多速电动机转速级数； Z主轴转速级数； Z1变速箱的转速级数。,“电变速组”为扩大组，级比指数等于一个变速组的传动副数或若干个传动副数的乘积 当 、 Z 设定，为使主轴转速得到标准公比的等比 数列，则多速电动机的转速级