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1、第八章 传动设计,机床的成形运动：简单运动和复合运动。传动链：外联系传动链和内联系传动链。,2,8-1 分级变速传动链设计,一、转速图和结构网,图是某中型车床的主传动系统图，主轴转速范围为31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400r/min，转速级数Z=12，公比=1.41。电机转速n=1440r/min。,3,它是变速组内相邻传动比线之间相距的格数。,4,图中：竖直线代表传动系统的各轴，从左到右依次标注、，轴与轴之间为传动组，距离相等并不意味着中心距相等水平线代表各级转速；与竖直线的相交点（用圆圈表示），用来代表各级转速。相邻两轴之间的相应
2、转速的连线：传动副的传动比。传动比的大小以连线的倾斜方向和倾斜度表示 从左向下斜：降速传动 向上斜：升速传动 水平连线：等速传动,5,转速图表示：（1）主轴各级转速的传动路线；（2）在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的传动组数和每个传动组中的传动副数；（3）传动组的级比指数：级比变速组内相邻传动比之比。级比指数级比值的指数，用x表示。它是变速组内相邻传动比线之间相距的格数。,6,从转速图可以看出：基本组：传动组的级比指数为1；扩大组：级比指数x不等于1的其他传动组。,7,变速组的变速范围R,基本组的变速范围R0：,第一扩大组的变速范围R1,8,同理，第j 扩大组变速范围Rj,第二扩大组的变速
3、范围R2：,9,2、结构网和结构式,10,结构式：即Z=p0 x0 p1x1 p2x2.例如：12312326结构网：只表示传动比的相对关系，不表示其绝对值。一个结构式对应一个结构网；一个结构式（网）可画出不同的转速图，但是一 张转速图只能表示成一个结构网（式）。,11,1.拟定转速图的一般原则 目的：以最经济的方案，满足机床的使用要求。（1）确定变速组及其传动副数的原则，即“前多后少”原则。1）123227对齿轮2）122237对齿轮3）122327对齿轮4）12437对齿轮5）12347对齿轮,二、转速图的拟定设计依据：nmax、nmin、n电机、Z、公比、功率N电机。,12,应使传动副数
4、最少、制造使用方便（双、三联）。传动组数较多（逐步降速）。传动副数的排列“前多后少”。取第一种 12322（2）确定基本组与扩大组排列次序的原则即“前密后疏”原则。1231232612322126123226211231262312342122 以及 12342221,13,图84“前密后疏”的原则，即要求x0 x1x2xj 前面变速组的传动比线的分布紧密，后面的分布疏松。所以 取 12312326（3）“传动比限制”原则imin1/4（防止系统的径向尺寸过大）。imax2 直齿 或 imax2.5 斜齿（为了减少振动和避免扩大传动误差）。故各传动组变速范围Rmax810）传动系统的结构式（结
5、构网）定出以后，必须检 查rj，一般只需检查最后扩大组的变速范围。,14,（4）分配降速传动比“前慢后快”原则。确定了结构式（或结构网）后，需进一步拟定转 速图，必须合理分配各传动副的传动比。应注意 1）uminuumax 2）为减小传动件的尺寸，必须提高中间 传动轴的最低转速，降速时前慢后快即 uaminubmaxucmin,15,3）u=E（E正整数）中间轴转速可直接读出，可查表定此数。以上原则需灵活掌握，不应生搬硬套。2.拟定转速图的步骤（1）确定变速组的数目 例如18233（2）确定变速组的排列方案，按“前多后少”原则。12322（3）确定基本组和扩大组，按“前密后疏”原则。12312
6、326（4）确定是否增加定比降速传动例 XA6132A30/14501/48,16,三个变速组（1/4）31/64，可以不增加定比传动 组，但为使前两个变速组缓慢降速，同时有利于“变 型设计”，决定增加一级定比降速。（5）分配降速比画转速图格线，标出轴号和标准转速。决定各变速组的最小传动比。（6）画出各变速组其他传动线。（7）画出全部转速线。,17,三、扩大变速范围的传动系统主轴变速范围 Rn=nmax/nmin 选定合适的后 ZRn 增加转速级数Z，有三种方法：1.增加变速组 12312326 24312326212 设 1.41 12648 所以式不可行。而(12-6)1.4168 因此
7、183123262（12-6）可行。传动中主轴出现六档重复转速，故只有18档转速。结构网见右图,18,2.采用背轮机构 基本结构如图 两轴间的降速比可达1/16(1/41/4)若1.41，203123262(12-4）可行。3.采用分支传动 回顾CA6140传动系统（1）运用了增加变速组的方法182132262(12-6)主轴重复了六级转速；（2）采用分支传动在串联传动中并联分支。从III轴经定比传动直接到主轴，得到六档高速。采用以上两种特殊变速方式，CA6140的Rn=140,19,四、齿轮齿数的确定,转速图变速组的传动比传动副的齿轮齿数皮带轮的直径等确定齿数时注意：齿轮的齿数和Sz常选用在
8、100之内一般推荐Sz 100120。同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保证相等。不产生根切的最小齿轮齿数。对于标准齿轮，Z min 18 20 应保证最小齿轮装到轴上或套筒上具有足够的强度。为保证轮齿受力后和热处理之后，齿根部分不致于断裂，一般推荐a2m。,20,（一）同一变速组内模数相同时,为了便于设计和制造，齿轮模数的种类尽可能少。同一个变速组采用相同的模数。找出不产生根切的最少齿Z min 确定最合适的齿数和Sz根据传动比，确定其它齿轮的齿数,21,查表法 表8-1,横行Sz 表示齿数和纵列i 表示一对齿轮的传动比表中间的数值 表示一对小齿轮齿数。当i1时，升速传动，小齿轮为从动轮。
9、当i1时，降速传动，小齿轮为主动轮，用传动比i的倒数来查表。小齿轮齿数Sz-小齿轮齿数=大齿轮齿数。表中空白格，表示没有合适的齿数。,22,例如：i1=1/2，i2=1/1.41，i3=1。,查表的步骤如下：1）在i1、i2、i3中找到出现zmin的传动比i1。2）避免根切和结构设计需要，取Zmin=22。3）找出i1=1/2的倒数2一行中找到Zmin=22时，查到Smin66。4）找出可能采用的齿数和Sz各种数值。必须同时满足各传动比要求 Sz=72，84，90，92，100，。5）确定合理的齿数和 Sz，并根据它决定各齿轮的齿数。Sz=72由i1=2.00的一行中找出z124，则z1=Sz
10、-z1=72-24=48；由i2=1.41的一行中找出z2=30，则z2=Sz-z2=72-30=42；由i3=1的一行中找出z3=36，则z3=Szz3=72-36=36。,23,Z1-Z 24,三联滑动齿轮块要保证左右滑移时能顺利通过。当三联齿轮块由中间向左移动时，必须保证齿轮z2的齿顶不碰撞z1的齿顶当z1 z2 z3 时，要求z1-z24三联齿轮的最大齿轮与相邻的次大齿轮之间的齿数差应大于4,Z1-Z 2=4 可使次大齿轮的齿顶圆减小一点Z1-Z 2 4 在不加大齿数和时，可从齿轮的排列上解决。双联齿轮不存在此问题,24,25,（二）同一变速组中齿轮的模数不同，齿轮齿数的确定,当变速组
11、的齿轮传动比相差很大时，各传动副上受力差别也很大，如最后扩大组或背轮传动中，齿轮副的速度变化大，受力差别也大，这时为了得到合理的结构尺寸，可以采用不同模数的齿轮副，最多只采用二种模数,26,在确定不同模数的齿轮传动副的齿数时常常需要几次试算才能决定，其步骤大致如下：1）估算传动副的模数m1、m2；2）选择k值，计算Sz1、Sz2，在选择k值时应注意使Sz100，以免轴间尺寸过大；3）按传动比分配齿数。,27,X62w铣床主传动中IV-V轴间的两对齿轮,传动比u1=1/4、u2=2分别取m1=4、m2=3。Sz1/Sz2=m2/m1=e2/e13/4 取k 30 Sz1=ke2=30390 Sz
12、2=ke1=304120 按传动比将齿数分配如下：u1=1/4=18/7219/71 u2=2=80/4082/38,28,主轴和传动件的尺寸大小 所传递的转矩大小 所传递的功率及转速 专用机床，按特定工艺设计，所传递的功率和转速固定不变，所传递的扭矩一定。,8-2 计算转速,29,功率根据某些典型加工的切削用量确定低转速范围加工时不需要使用机床的全部功率主轴在最低一段的几级转速：一般用来加工螺纹、铰孔、精镗等轻负荷工作 或者粗加工 切削速度较低，这些工序都不需要使用电动机的全部功率。,30,如果按最低转速计算，势必造成各传动件较粗大，具备过大的强度储备通用机床主传动系统只是从某一转速开始才有
13、可能使用电动机的全部功率。这一传递全部功率的最低转速称为该传动件的计算转速，写作nj。P,T P T nmin nj nmax n,31,主轴所传递的功率或扭矩与转速之间的关系，称为主轴的功率或扭矩特性。主轴从nmax到计算转速nj之间，主轴应能传递电动机全部功率，这个工作范围称为恒功率传动，扭矩随转速增加而减少。从nj至nmin的各级转速所传递的扭矩等于在nj工作时的扭矩，是该机床的最大传递扭矩，这个工作范围称为恒扭矩传动，所传递的功率则随转速的减低而减少。,32,表8-2：各类机床主轴的计算转速（经验公式）中间传动件（包括轴上的传动件）的计算转速，取主轴传递全功率时，各中间传动件相应转速中
14、最低的一级转速作为中间传动件的计算转速。1）专用机床：是专用设备，按特定工艺条件即可确定N、n与Mn。2）通用机床：转速的级数多，但是在低速段所需的功率较小，经统计分析发现，存在某一分界转速，即nc。,33,8-2,34,若Z=16，nj=n1 Z/3-1nj=n1 18/3-1nj=n1 15/3-1结论：往高靠，即取 n6,35,中型机床及大型机床的 nj 为何较高,刀具：硬质合金机床：高速发展主电机功率：较大提高切削转矩：受刀具、夹具、零件刚度限制，提高幅度不大结论：较高转速才能达到机床的全部功率,36,钻床的 nj 为何较低,钻床一般在低速下钻、攻大直径孔、螺纹刀具：多刃转矩较大所需功
15、率较大钻头：大多为高速钢,37,精密机床的 nj 为何较低,所需切削功率较小主电机功率：较小常用较低的切削速度进行重载荷切削，以减少切削热所引起的机床和工件的热变形，保证加工精度。,38,39,举例：X62W计算转速,40,作 业,已知某机床的主轴转速为n=1001120r/min，转速级数Z=8，电动机转速nm=1440r/min。试根据机床主传动系统的设计原则，完成：1.拟定传动系统的结构式；2.设计转速图；3.画出转速图。,41,8-3 无级变速传动链设计 数控机床、重型机床和精密机床已广泛的采用直流或交流无级变速电动机，如果用它们驱动作旋转运动的主轴，则由于主轴要求的恒功率调速范围远大
16、于电动机所能提供的恒功率范围，常用串联分级变速箱的办法来扩大其功率调速范围。变速箱的公比F原则上应等于电动机的恒功率调速范围Rp。如果为了简化变速机构，取F Rp，则电动机的功率应取得比要求的功率大些。,42,习 题,欲设计一台车床的主传动系统。已知电动机的转速转速n电=1450 r/min；主轴的最低转速nmin=45r/min；主轴的最高转速nmax=1400r/min；公比=1.41。完成:1.计算主轴的变速范围Rn和转速级数Z；2.写出主轴各级标准转速；3.写出合理的结构式并说明其合理性；4.画出对应的结构网；5.画出合理的转速图(图中标注传动比大小，不计算齿数，传动比用u=x表示)；
17、6.计算主轴的计算转速。,43,无级变速特点,可以获得最有利的切削速度能实现不停车变速，便于实现机床自动变速换向迅速和平稳，可以大大简化齿轮箱，缩短传动链，提高传动的平稳成本较高。应用：数控机床、高精度机床和大型机床等。,44,实现无级变速的方法：机械 电气 液压通用机床Rn较宽大，可达到100200，单靠无级变速装置难以达到无级变速装置的特性与机床的功率扭矩特性不匹配，因此要求串联机械有级变速机构的变速范围，并满足机床的功率扭矩特性的要求。,45,一般的机械无级变速器的变速范围R无=10左右，通常需要串联齿轮变速组作为扩大组以扩大其变速范围要求在整个变速范围内转速具有不间断特性。设机床传动系统的总变速范围为Rn，齿轮变速组变速范围为R有，则 Rn=R无R有 R有=Rn/R无,46,一般把无级变速组作为基本组 R无 考虑到机械摩擦传动会产生滑动，为了得到连续的无级变速范围凡，应使齿轮变速组的公比略小于无级变速器的变速范围R无，即=（0.940.96）R无，这样可使转速之间在中段有一小段是重复的,
