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1、第三章,第四節(jié) 主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),,主傳動系組成 主傳動系一般由動力源（如電動機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機(jī)構(gòu)等組成。 動力源：給執(zhí)行件提供動力，并使其得到一定的運(yùn)動速度和方向； 變速裝置：傳遞動力以及變換運(yùn)動速度； 執(zhí)行件：執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動。,3.4 主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),3.4.1 必須滿足的設(shè)計(jì)基本要求 3.4.2 主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式 3.4.3 分級變速主傳動系統(tǒng) 3.4.4 無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.4.5 數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),3.4.1 須滿足的設(shè)計(jì)基本要求,1)滿足機(jī)床使用性能要求。機(jī)床的末端執(zhí)行件(如主軸)應(yīng)

2、有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和變速級數(shù)。 2)機(jī)床傳遞動力要求。機(jī)床的動力源和傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠輸出和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，并有較高的傳動效率。 3)機(jī)床工作性能要求。機(jī)床的傳動結(jié)構(gòu)，特別是末端執(zhí)行件必須有足夠的精度、剛度、抗振性能和較小的熱變形。 4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性要求。應(yīng)該合理地滿足機(jī)床的自動化程度和生產(chǎn)率的要求。 5)機(jī)床的操作和控制要靈活，安全可靠，噪聲小，維修方便。機(jī)床的制造要方便，成本要低。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,(一)主傳動系分類 ： (1)按驅(qū)動主傳動的電動機(jī)類型 可分為交流電動機(jī)驅(qū)動和直流電動機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)驅(qū)動中又可分單速交流電動機(jī)或調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動。調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動

3、又有多速交流電動機(jī)和無級調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動。 (2)按傳動裝置類型 可分為機(jī)械傳動裝置、-液壓傳動裝置、電氣傳動裝置以及它們的組合。 (3)按變速的連續(xù)性 可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,分級變速傳動在一定的變速范圍內(nèi)只能得到某些轉(zhuǎn)速，變速級數(shù)一般不超過2030級。傳動方式有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器(如摩擦式、牙嵌式、齒輪式離合器)變速。傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，廣泛應(yīng)用于通用機(jī)床。缺點(diǎn)是有速度損失，不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行變速。 無級變速傳動可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載中變速，

4、便于實(shí)現(xiàn)變速自動化。無級變速傳動可由機(jī)械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和電氣無級變速器實(shí)現(xiàn)。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,(二)主傳動系的傳動方式： 1集中傳動方式 主傳動系的全部傳動和變速機(jī)構(gòu)集中裝在同一個主軸箱內(nèi)，稱為集中傳動方式。 通用機(jī)床中多數(shù)機(jī)床的主變速傳動系都采用這種方式。適用于普通精度的大中型機(jī)床。 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操縱，安裝調(diào)整方便。 缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動、熱量，會使主軸產(chǎn)生變形，使主軸回轉(zhuǎn)中心線偏離正確位置而直接影響加工精度。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,2分離傳動方式 主傳動系中的大部分的傳動和變速機(jī)構(gòu)裝在遠(yuǎn)離主軸的單獨(dú)變速

5、箱中，然后通過帶傳動將運(yùn)動傳到主軸箱的傳動方式，稱為分離傳動方式。 特點(diǎn)是變速箱各傳動件所產(chǎn)生的振動和熱量不能直接傳給或少傳給主軸，從而減少主軸的振動和熱變形，有利于提高機(jī)床的工作精度。 運(yùn)動由皮帶經(jīng)齒輪離合器直接傳動，主軸傳動鏈短，使主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較平穩(wěn)，空載損失??；當(dāng)主軸需作低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)動則由皮帶輪經(jīng)背輪機(jī)構(gòu)的兩對降速齒輪傳動后，轉(zhuǎn)速顯著降低，達(dá)到擴(kuò)大變速范圍的目的。,3.4.3 分級變速主傳動系統(tǒng),分級變速主傳動系設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟： 根據(jù)已確定的主變速傳動系的運(yùn)動參數(shù)，擬定結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖，合理分配各變速組中的傳動副的傳動比，確定齒輪數(shù)和帶輪直徑等，繪制主變速傳動系圖。 （一）轉(zhuǎn)速圖

6、與結(jié)構(gòu)式 （二）各變速組的變速范圍及極限傳動比 （三）主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則與方法 （四）主傳動系統(tǒng)的幾種特殊設(shè)計(jì) （五）擴(kuò)大傳動系變速范圍的方法 （六）齒輪齒數(shù)的確定 （七）計(jì)算轉(zhuǎn)速 （八）變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算,1.轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì)和分析主傳動系統(tǒng)的工具,轉(zhuǎn)速圖的作用： （1）表示出傳動軸的數(shù)目； （2）傳動軸之間的傳動關(guān)系； （3）主軸的各級轉(zhuǎn)速值及其傳動路線； （4）各傳動軸的轉(zhuǎn)速分級和轉(zhuǎn)速值； （5）各傳動副的傳動比。 轉(zhuǎn)速圖由一組相互平行和垂直的格線組成。 1)距離相等的豎直線代表傳動系統(tǒng)的各軸。從左到右依次標(biāo)注。 2)距離相等的橫直線與豎直線相交點(diǎn)，代表各級轉(zhuǎn)速。 3)坐標(biāo)取

7、對數(shù)坐標(biāo)，在相交點(diǎn)直接寫出轉(zhuǎn)速的數(shù)值。 4)相鄰兩軸之間相應(yīng)轉(zhuǎn)速的連線代表相應(yīng)傳動副的傳動比，從左向上斜是升速傳動，從左向下斜是降速傳動。,（一）轉(zhuǎn)速圖與結(jié)構(gòu)式,1.轉(zhuǎn)速圖,傳動線,31.5-1400：12級 公比：,電-I軸,I軸-II軸：變速組a,II軸-III軸：變速組b,III軸-IV軸：變速組c,IV軸轉(zhuǎn)速：,轉(zhuǎn)速圖的基本規(guī)律,1) 變速系統(tǒng)的變速級數(shù)是各變速組傳動副數(shù)的乘積。 2) 機(jī)床的總變速范圍Rn是各變速組變速范圍的乘積。 3) 變速組的傳動比之間關(guān)系 變速的基本規(guī)律是:變速系統(tǒng)是以基本組為基礎(chǔ)，再通過擴(kuò)大組(可以有第一擴(kuò)大組、第二擴(kuò)大組)把轉(zhuǎn)速范圍(級數(shù))加以擴(kuò)大。若要求變

8、速系統(tǒng)是一個連續(xù)的等比數(shù)列，則基本組的級比等于，級比指數(shù)X。1；擴(kuò)大組的級比xj ，級比指數(shù)xj應(yīng)等于該擴(kuò)大組前面的基本組傳動副數(shù)和各擴(kuò)大組傳動副數(shù)的乘積。,2.結(jié)構(gòu)式比較和分析不同傳動方案,結(jié)構(gòu)式簡單、直觀，能清楚地顯示出變速傳動系中主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z、各變速組的傳動順序、傳動副數(shù)（Pi）和各變速組的級比指數(shù)Xi，一般表達(dá)式為 12級轉(zhuǎn)速，傳動方案12312326 傳動系由a/b/c三個傳動組組成； a傳動組，傳動副為3； b傳動組，傳動副為2； c傳動組，傳動副為2； 下標(biāo)表示各變速組的級比指數(shù)。 級比：主動軸上同一點(diǎn)，傳往從動軸相鄰兩條傳動線的比值，用xj 表示，其中xj，稱為級比指數(shù)，相

9、當(dāng)于相鄰兩傳動線與從動軸交點(diǎn)之間相距的格數(shù)。,2.結(jié)構(gòu)式比較和分析不同傳動方案,以12級轉(zhuǎn)速為例，傳動方案有：124 3；123 4；123 2 2；122 3 2；122 2 3 要使主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列，必須有一個變速組的級比指數(shù)為1，此變速組稱為基本組。應(yīng)盡量使變速組的擴(kuò)大順序和傳動順序一致。 基本組的級比指數(shù)用X0表示，即X0=1，（31）； 后面的變速組因起變速擴(kuò)大作用，統(tǒng)稱為擴(kuò)大組； 第一擴(kuò)大組的級比指數(shù)為X1一般等于基本組的傳動副數(shù)P0，即X1=P0； 第二擴(kuò)大組的作用是將第一擴(kuò)大組擴(kuò)大的變速范圍第二次擴(kuò)大，其級比指數(shù)X2等于基本組的傳動副數(shù)與第一擴(kuò)大組傳動副數(shù)的乘積，即X2

10、=P0P1。,（二）各變速組的變速范圍及極限傳動比,(1)變速組中最大與最小傳動比的比值，稱為該變速組的變速范圍: (2)變速組的極限傳動比 一般限制降速的最小傳動比min14，對升速的最大傳動比max22.5。這樣主傳動系統(tǒng)各變速組的變速范圍限制在r810之間。 為使最后傳動組的變速范圍不超出允許值，最后擴(kuò)大組的傳動副一般取P=2較合適。,檢查變速組的變速范圍是否超過極限值，只需要檢查最后一個擴(kuò)大組。,變速組c,確定左圖的轉(zhuǎn)速圖、結(jié)構(gòu)式及各級變速范圍,（三）主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則,1傳動副前多后少原則 主變速傳動系從電動機(jī)到主軸，通常為降速傳動，接近電動機(jī)的傳動件轉(zhuǎn)速較高，傳遞的扭矩較

11、小，尺寸小一些；反之，靠近主軸的傳動件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的扭矩較大，尺寸就較大。 在擬定主變速傳動系時(shí)，應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以便節(jié)省變速箱的造價(jià)，減小變速箱的外形尺寸。按此原則，123X2X2，122X3X2，122X2X3,第一種傳動方案中為好。,（三）主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則,1傳動副前多后少原則 在變速級數(shù)Z一定時(shí)，減少變速組個數(shù)勢必增加各變速組的傳動副數(shù)，并且降速過快而導(dǎo)致齒輪的徑向尺寸增大，為使變速箱中的齒輪個數(shù)最少，每個變速組的傳動副數(shù)最好取23個。 當(dāng)機(jī)床的傳動功率為定值時(shí)，轉(zhuǎn)速

12、n越高，轉(zhuǎn)矩就小，零件尺寸就較小。所以應(yīng)該盡量選擇傳動副數(shù)多的變速組放在傳動順序前面的高速范圍，而把變速組傳動副數(shù)少的放在傳動順序的后面。,（三）主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則,2傳動順序與擴(kuò)大順序相一致的原則（前密后疏）,后種方案因第一擴(kuò)大組在最前面，軸的轉(zhuǎn)速范圍比前種方案大。 如兩種方案軸的最高轉(zhuǎn)速一樣，后種方案軸的最低轉(zhuǎn)速較低，在傳遞相等功率的情況下，受的扭矩較大，傳動件的尺寸也就比前方案大。 將圖3-14a所示方案與其它多種擴(kuò)大順序方案相比，可以得出同樣的結(jié)論。,（三）主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則,3變速組的降速要前慢后快（前慢后快） 從電動機(jī)到主軸之間的總趨勢是降速傳動，在分配各變速組傳動比時(shí)

13、，為使中間傳動軸具有較高的轉(zhuǎn)速，以減小傳動件的尺寸，前面的變速組降速要慢些，后面變速組降速要快些，但中間軸的轉(zhuǎn)速不應(yīng)過高，以免產(chǎn)生振動、發(fā)熱和噪聲。 中間軸的最高轉(zhuǎn)速不超過電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 上述原則在設(shè)計(jì)主變速傳動系時(shí)一般應(yīng)該遵循。但有時(shí)還須根據(jù)具體情況加以靈活運(yùn)用。,I軸上裝有雙向摩擦片式離合器，軸向尺寸較長，為使結(jié)構(gòu)緊湊，第一變速組采用了雙聯(lián)齒輪，而不是按照前多后少的原則采用三個傳動副。,(四)主變速傳動系的幾種特殊設(shè)計(jì),1.具有多速電動機(jī)的主變速傳動系設(shè)計(jì),多刀半自動車床采用雙速電動機(jī)，電動機(jī)變速范圍 為2，轉(zhuǎn)速級數(shù)共8級。公比141，其結(jié)構(gòu)式為電變速組作為第一擴(kuò)大組，I一軸間的變速組為基

14、本組，傳動副數(shù)為2，一軸間變速組為第二擴(kuò)大組，傳動副數(shù)為2,可簡化機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用方便，并可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，適于半自動、自動機(jī)床及普通機(jī)床。 機(jī)床上常用雙速或三速電動機(jī)，多速電動機(jī)總是在變速傳動系的最前面，作為電變速組。當(dāng)電動機(jī)變速范圍為2時(shí)，變速傳動系的公比應(yīng)是2的整數(shù)次方根。,1.具有多速電動機(jī)的主變速傳動系設(shè)計(jì),(四)主變速傳動系的幾種特殊設(shè)計(jì),1.具有多速電動機(jī)的主變速傳動系設(shè)計(jì),缺點(diǎn)就是當(dāng)電動機(jī)在高速時(shí)，沒有完全發(fā)揮其能力。,(四)主變速傳動系的幾種特殊設(shè)計(jì),2.具有交換齒輪的變速傳動系設(shè)計(jì),2.具有交換齒輪的變速傳動系設(shè)計(jì),為了減少交換齒輪的數(shù)量，相嚙合的兩齒輪可互換位置安裝，即

15、互為主、被動齒輪。反映在轉(zhuǎn)速圖上，交換齒輪的變速組應(yīng)設(shè)計(jì)成對稱分布的。 可用少量齒輪，得到多級轉(zhuǎn)速，不需要操縱機(jī)構(gòu)，變速箱結(jié)構(gòu)大大簡化。缺點(diǎn)是更換交換齒輪較費(fèi)時(shí)費(fèi)力；如果裝在變速箱外，潤滑密封較困難，如裝在變速箱內(nèi)，則更換麻煩。,對于成批生產(chǎn)用的機(jī)床，加工中一般不需要變速或僅在較小范圍內(nèi)變速；但換一批工件加工，需要變換成別的轉(zhuǎn)速或在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行加工。為簡化結(jié)構(gòu)，常采用交換齒輪變速方式，或?qū)⒔粨Q齒輪與其它變速方式(如滑移齒輪、多速電動機(jī)等)組合應(yīng)用。交換齒輪用于每批工件加工前的變速調(diào)整，,(四)主變速傳動系的幾種特殊設(shè)計(jì),3.采用公用齒輪的傳動系設(shè)計(jì),在變速傳動系中，即是前一變速組被動齒

16、輪，又是后一變速組主動齒輪，稱為公用齒輪。 可減少齒輪的數(shù)目，簡化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸。按相鄰變速組內(nèi)公用齒輪的數(shù)目，常用的有單公用和雙公用齒輪。 采用公用齒輪時(shí)，兩個變速組的模數(shù)必須相同。因?yàn)楣谬X輪輪齒受的彎曲應(yīng)力屬于對稱循環(huán)，彎曲疲勞許用應(yīng)力比非公用齒輪要低，因此應(yīng)盡可能選擇變速組內(nèi)較大的齒輪作為公用齒輪。,(五)擴(kuò)大傳動系變速范圍的方法,主變速傳動系最后一個擴(kuò)大組的變速范圍為：,,設(shè)主變速傳動系總變速級數(shù)為Z：,通常最后擴(kuò)大組的變速級數(shù)為2，則最后擴(kuò)大組的變速范圍為：,由于極限傳動比的限制，總的變速范圍有限，不能滿足通用機(jī)床的要求。,(五)擴(kuò)大傳動系變速范圍的方法,1增加變速組 是擴(kuò)大變

17、速范圍最簡便的方法。 但由于受變速組極限傳動比的限制，增加的變速組的級比指數(shù)往往不得不小于理論值，并導(dǎo)致部分轉(zhuǎn)速的重復(fù)。,,(五)擴(kuò)大傳動系變速范圍的方法,2采用背輪機(jī)構(gòu) 又稱回曲機(jī)構(gòu). 在機(jī)床上應(yīng)用得較多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意當(dāng)高速直聯(lián)傳動時(shí)，應(yīng)使背輪脫開，以減少空載功率損失，噪聲和發(fā)熱，以及避免超速現(xiàn)象。,(五)擴(kuò)大傳動系變速范圍的方法,3采用雙公比的傳動系 機(jī)床在使用中，每級轉(zhuǎn)速使用的機(jī)會不太相同。經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速一般是在轉(zhuǎn)速范圍的中段，轉(zhuǎn)速范圍的高、低段使用較少。針對這一情況而設(shè)計(jì)的。 主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列有兩個公比，轉(zhuǎn)速范圍中經(jīng)常使用的中段采用小公比，不經(jīng)常使用的高、低段用大公比。,,(五)擴(kuò)大傳動

18、系變速范圍的方法,,雙公比變速傳動系是在常規(guī)變速傳動系基礎(chǔ)上，通過改變基本組的級比指數(shù)演變來的。 如要演變成雙公比變速傳動系，基本組的傳動副數(shù)常選為2。將基本組的級比指數(shù)X1增大到“1+2n”，n是大于1的正整數(shù)。,,(五)擴(kuò)大傳動系變速范圍的方法,4采用分支傳動 分支傳動是在串聯(lián)型式變速傳動系的基礎(chǔ)上，增加并聯(lián)分支以擴(kuò)大變速范圍。 本例主變速傳動系采用分支傳動方式，變速范圍擴(kuò)大到R。140010140。 采用分支傳動方式還具有縮短高速傳動路線，提高傳動效率，減少了噪聲的優(yōu)點(diǎn)。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,對于定比傳動的齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊推薦的計(jì)算方法確定。 對于變速組內(nèi)齒輪的

19、齒數(shù)，如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和Sz及小齒輪的齒數(shù)可從表3-9中選取。 表中所列值是傳動副的被動齒輪齒數(shù)；齒數(shù)和Sz減去被動齒輪齒數(shù)就是主動齒輪齒數(shù)。 表中所列的u值全大于1，即全是升速傳動。對于降速傳動副，可取其倒數(shù)查表，查出的齒數(shù)則是主動齒輪齒數(shù)。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,1.確定齒輪齒數(shù)的注意問題 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，選取合理的齒數(shù)和Sz是很關(guān)鍵。 齒輪的中心距取決于傳遞的扭矩。一般來說，主變速傳動系是降速傳動系，越后面的變速組傳遞的扭矩越大，因此中心距也越大。一般推薦Sz=18。 受結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)的各齒輪（尤其是最小齒輪），應(yīng)能可靠地安裝在軸上，或進(jìn)行套裝

20、，齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚a=2m（m為模數(shù)），以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形、斷裂。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,1.確定齒輪齒數(shù)的注意問題 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，選取合理的齒數(shù)和Sz是很關(guān)鍵。 兩軸間最小中心距應(yīng)取得適當(dāng)，若齒數(shù)和Sz過小，將導(dǎo)致兩軸的軸承及其它結(jié)構(gòu)之間的距離過近或相碰。 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求。實(shí)際傳動比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比）之間允許有誤差，但需限制在一定范圍內(nèi)，一般不應(yīng)超過10(-1)%，即,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,2.變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)齒輪齒數(shù)的確定 首先須確定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其最小齒輪齒

21、數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。 同一變速組內(nèi)的齒輪盡可能取相同的模數(shù)，不同模數(shù)只在一些特殊情況下使用。為了便于設(shè)計(jì)和制造，主傳動系統(tǒng)中所采用的齒輪模數(shù)的種類盡可能少些。 計(jì)算法 查表法 傳動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方、變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)使用。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,3.變速組內(nèi)模數(shù)不同時(shí)齒輪齒數(shù)的確定 4.采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4。以保證滑移時(shí)，齒輪外圓不相碰。 齒輪齒數(shù)確定后，還應(yīng)驗(yàn)算一下實(shí)際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動比)之間的轉(zhuǎn)速誤差是否在允許范圍之內(nèi)。 有時(shí)在希望的齒數(shù)和范圍內(nèi)，找不到變速

22、組各傳動副相同的齒數(shù)和，可選擇齒數(shù)和不等，但差數(shù)一般小于13的方案，然后采用齒輪變位的方法使各傳動副的中心距相等。,,(七)計(jì)算轉(zhuǎn)速,計(jì)算轉(zhuǎn)速nj:主軸或各傳動件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。 主軸從最高轉(zhuǎn)速到計(jì)算轉(zhuǎn)速之間應(yīng)傳遞全部功率，而其輸出扭矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增大，稱之為恒功率區(qū)； 從計(jì)算轉(zhuǎn)速到最低轉(zhuǎn)速之間，主軸不必傳遞全部功率，輸出的扭矩不再隨轉(zhuǎn)速的降低而增大，保持計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)的扭矩不變，傳遞的功率則隨轉(zhuǎn)速的降低而降低，稱之為恒扭矩區(qū)。 不同類型機(jī)床主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的選取是不同的。對于大型機(jī)床，由于應(yīng)用范圍很廣，調(diào)速范圍很寬，計(jì)算轉(zhuǎn)速可取得高些。對于精密機(jī)床、滾齒機(jī)，由于應(yīng)用范圍較窄，調(diào)速范圍小，計(jì)

23、算轉(zhuǎn)速可取得低一些。 各類機(jī)床主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計(jì)公式見表3-10。,,(七)計(jì)算轉(zhuǎn)速,2.變速傳動系中傳動件計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 變速傳動系中的傳動件包括軸和齒輪，它們的計(jì)算轉(zhuǎn)速可根據(jù)主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速圖確定。 確定的順序通常是先定出主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，再順次由后往前，定出各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，然而再確定齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 P97，例3-1,,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置,,臥式車床主軸箱的橫截面圖。 首先確定主軸的位置，主要根據(jù)車床的中心高確定；確定傳動主軸的軸，以及與主軸有齒輪嚙合關(guān)系的軸的位置；確定電動機(jī)軸或運(yùn)動輸入軸(軸I)的位置；最后確定其它各傳動軸的位置

24、。各傳動軸常按三角布置。,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置,,變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置首先要滿足機(jī)床總體布局對變速箱的形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸受力情況，裝配調(diào)整和操縱維修的方便。 其中變速箱的形狀和尺寸限制是影響傳動軸空間布置最重要的因素。,,為縮小徑向尺寸，還可以使箱內(nèi)某些傳動軸的軸線重合，如圖324中的、v兩軸。,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置,臥式銑床的主變速傳動機(jī)構(gòu)，利用銑床立式床身作為變速箱體。床身內(nèi)部空間較大，所以各傳動軸可以排在一個鉛直平面內(nèi)，不必過多考慮空間布置的緊湊性，以方便制造、裝配、調(diào)整、維

25、修，和便于布置變速操縱機(jī)構(gòu)。 床身較長，為減少傳動軸軸承間的跨距，可在中間加一個支承墻。,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的軸向固定,,傳動軸通過軸承在箱體內(nèi)軸向固定的方法有一端固定和兩端固定兩類。 采用單列向心球軸承時(shí)，可一端固定，也可兩端固定； 采用圓錐滾子軸承時(shí)，則必須兩端固定。 一端固定的優(yōu)點(diǎn)是軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此，宜用于長軸。,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的軸向固定,,圖a用襯套和端蓋將軸承固定，并一起裝到箱壁上，它的優(yōu)點(diǎn)是可在箱

26、壁上鏜通孔，便于加工，但構(gòu)造復(fù)雜，對襯套又要加工內(nèi)外凸肩。 圖b雖不用襯套，但在箱體上要加工一個有臺階的孔，因而在成批生產(chǎn)中較少應(yīng)用。 圖c是用彈性擋圈代替臺階，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性較好 圖d是兩面都用彈性擋圈的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單、安裝方便，適用于批量較大的機(jī)床；,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 變速箱內(nèi)各傳動軸的軸向固定,,圖e的構(gòu)造是在軸承的外圈上有溝槽，將彈性擋圈卡在箱壁與壓蓋之間，箱體孔內(nèi)不用挖槽，構(gòu)造更加簡單，裝配更方便，但需軸承廠專門供應(yīng)這種軸承。 一端固定時(shí)，軸的另一端的構(gòu)造見圖f，軸承用彈性擋圈固定在軸端，外環(huán)在箱體孔內(nèi)軸向不定位。,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算

27、變速箱內(nèi)各傳動軸的軸向固定,,圖327是兩端固定的例子。 圖a通過調(diào)整螺釘2，壓蓋1及鎖緊螺母3來調(diào)整圓錐滾子軸承的間隙，調(diào)整比較方便。 圖b、c是改變墊圈1的厚度調(diào)整軸承的間隙，結(jié)構(gòu)簡單。,(八)變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 各傳動軸的估算和驗(yàn)算,,(1)按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑,軸在彎矩作用下，若產(chǎn)生過大的彎曲變形，則裝在軸上的齒輪因傾角過大而使齒面的壓強(qiáng)分布不均，產(chǎn)生不均勻的磨損和加大噪聲；也會使?jié)L動軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對傾斜，影響軸承使用壽命。 扭轉(zhuǎn)剛度不夠，則會引起傳動軸扭振。 設(shè)計(jì)開始時(shí)，要先按扭轉(zhuǎn)剛度估算傳動軸直徑，待確定之后，定出軸的跨距，再按彎曲剛度進(jìn)行驗(yàn)算。,(八)變速箱

28、內(nèi)傳動件的空間布置與計(jì)算 各傳動軸的估算和驗(yàn)算,,(2)按彎曲剛度驗(yàn)算軸的直徑 1)進(jìn)行軸受力分析，根據(jù)軸上滑移齒輪不同位置，選出受力變形最嚴(yán)重的位置進(jìn)行驗(yàn)算。如較難準(zhǔn)確判斷滑移齒輪處于那個位置受力變形最嚴(yán)重，則需多算幾種位置。 2)如最嚴(yán)重情況時(shí)，齒輪處于軸的中部時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算在齒輪處的撓度；當(dāng)齒輪處于軸的兩端附近時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算齒輪處的傾角。此外還應(yīng)驗(yàn)算軸承處的傾角。 3)按材料力學(xué)中的公式計(jì)算軸的撓度或傾角，檢查是否超過允許值查出。 為簡化計(jì)算，也可只驗(yàn)算傾角。當(dāng)支承處的傾角小于齒輪傾角的允許值時(shí)，齒輪的傾角不必計(jì)算。,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),無級變速是指在一定范圍內(nèi)，(或速度

29、)能連續(xù)地變換，從而獲取最有利的切削速度。 不僅能在調(diào)速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且換向迅速平穩(wěn)、不停車自動變速、簡化結(jié)構(gòu)。 在數(shù)控機(jī)床、高精度機(jī)床和大型機(jī)床的主運(yùn)動中得到廣泛的應(yīng)用。 無級調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式。 機(jī)械無級變速器大多是靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。 龍門刨床等大型機(jī)床廣泛采用直流調(diào)速電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)無級變速，數(shù)控機(jī)床一般采用直流或交流調(diào)速電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)無級變速。,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),(一)無級變速裝置的分類 1變速電動機(jī) 機(jī)床上常用的變速電動機(jī)有直流復(fù)勵電動機(jī)和交流變頻電動機(jī)。 在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常調(diào)速范圍僅23；額定轉(zhuǎn)速以下為恒扭矩變速，調(diào)整范

30、圍很大，可達(dá)30甚至更大。 上述功率和扭矩特性一般不能滿足機(jī)床的使用要求。為了擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，在變速電動機(jī)和主軸之間串聯(lián)一個分級變速箱。 廣泛用于數(shù)控機(jī)床、大型機(jī)床中。,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),2機(jī)械無級變速裝置 機(jī)械無級變速裝置有柯普(Koop)型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環(huán)型、寬帶型等多種結(jié)構(gòu)。 它們都是利用摩擦力來傳遞扭矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級變速。 由于變速范圍小，多數(shù)是恒扭矩傳動，通常較少單獨(dú)使用，而與分級變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，以擴(kuò)大變速范圍。 機(jī)械無級變速器應(yīng)用于要求功率和變速范圍較小的中小型車床、銑床等機(jī)床的主傳動中，更多地是用于進(jìn)給變速傳動中

31、。,行星錐盤無級變速機(jī),V型寬帶無級變速器,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),3液壓無級變速裝置 液壓無級變速裝置通過改變單位時(shí)間內(nèi)輸入液壓缸或液動機(jī)中液體的油量來實(shí)現(xiàn)無級變速。 特點(diǎn)是變速范圍較大、變速方便、傳動平穩(wěn)、運(yùn)動換向時(shí)沖擊小、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動和自動化。 常用在主運(yùn)動為直線運(yùn)動的機(jī)床中，如刨床、拉床等。,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),(二)無級變速主傳動系設(shè)計(jì)原則 （1）盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動系要求的無級變速裝置。 執(zhí)行件作直線主運(yùn)動的主傳動系，對變速裝置的要求是恒扭矩傳動，例如龍門刨床的工作臺，就應(yīng)該選擇恒扭矩傳動為主的無級變速裝置，如直流電動機(jī)； 如主傳動

32、系要求恒功率傳動，例如車床或銑床的主軸，就應(yīng)選擇恒功率無級變速裝置，如柯普(Koop)B型和K型機(jī)械無級變速裝置、變速電動機(jī)串聯(lián)機(jī)械分級變速箱等。,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),（2）無級變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往遠(yuǎn)小于機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機(jī)械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個變速范圍。,（2）無級變速調(diào)速范圍滿足不了要求時(shí)（恒功率調(diào)速），常串聯(lián)分級變速箱，以擴(kuò)大恒功率變速范圍。,3.4.4無級變速主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),Rf=Rn/Rd=fZ-1 無級變速裝置作為傳動系中的基本組，

33、而分級變速作為擴(kuò)大組。 由于機(jī)械無級變速裝置屬于摩擦傳動，有相對滑動現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。 為了得到連續(xù)的無級變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使分級變速箱的公比略小于無級變速裝置的變速范圍，(0.90-0.97)Rd。,（2）無級變速調(diào)速范圍滿足不了要求時(shí)（恒功率調(diào)速），常串聯(lián)分級變速箱，以擴(kuò)大恒功率變速范圍。,3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),(一)主傳動采用直流或交流電動機(jī)無級調(diào)速 1直流電動機(jī)無級調(diào)速 采用調(diào)壓和調(diào)磁方式來得到主軸所需的轉(zhuǎn)速。 能滿足低速切削需要。一般直流電動機(jī)恒扭矩調(diào)速范圍較大，達(dá)30，甚至更大；而恒功率調(diào)速范圍較直流、交流調(diào)速電動機(jī)功率特性圖小，僅能達(dá)到23，滿足不了機(jī)床的

34、要求； 在高速范圍要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，須加大勵磁電流，將引起電刷產(chǎn)生火花，限制了電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和調(diào)速范圍。 直流電動機(jī)僅在早期的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多。,3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),2交流電動機(jī)無級調(diào)速 通常是通過調(diào)頻進(jìn)行變速。 交流調(diào)速電動機(jī)一般為籠式感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)，體積小，轉(zhuǎn)動慣性小，動態(tài)響應(yīng)快；無電刷，因而最高轉(zhuǎn)速不受火花限制；采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有空氣強(qiáng)冷，保證高轉(zhuǎn)速和較強(qiáng)的超載能力，具有很寬的調(diào)速范圍。 對于某些應(yīng)用場合，使用這些電動機(jī)可以取消機(jī)械變速箱，能較好地適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主傳動的要求，因此，應(yīng)用越來越廣泛。,3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),(二）主軸與電動機(jī)在功率特性上

35、的匹配 在電動機(jī)與主軸之間串聯(lián)有級變速箱。,電動機(jī)轉(zhuǎn)速要在額定轉(zhuǎn)速nd以上才是恒功率輸出。 主軸需要在計(jì)算轉(zhuǎn)速nj以上到恒功率區(qū)，一般ndnj.且電動機(jī)恒功率區(qū)小于主軸恒功率區(qū)。 存在機(jī)床主軸與電動機(jī)在功率特性方面的匹配問題。,有級變速箱設(shè)計(jì),RDP時(shí)，主軸的功率特性曲線的右邊形成兩個缺口，稱為功率降低區(qū)。在每一檔內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，尤其是尖谷處的功率很小。不符合機(jī)床的要求。,有級變速箱設(shè)計(jì),RDP時(shí)，主軸的功率特性曲線缺口完全消除了，如果按照機(jī)床要求來擴(kuò)大變速范圍時(shí)，則需增加有級變速箱的傳動副，從而增加機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。,有級變速箱設(shè)計(jì),實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，常在主軸恒功

36、率區(qū)內(nèi)保留一定寬度的“缺口”，并將電動機(jī)的額定功率選得稍大于機(jī)床實(shí)際需要的最大功率。,3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),(三)數(shù)控機(jī)床高速主傳動設(shè)計(jì) 一種是采用聯(lián)軸節(jié)將機(jī)床主軸和電動機(jī)軸串接成一體，將中間傳動環(huán)節(jié)減少到僅剩聯(lián)軸節(jié)； 另一種是將電動機(jī)與主軸合為一體，制成內(nèi)裝式電主軸，實(shí)現(xiàn)無任何中間環(huán)節(jié)的直接驅(qū)動，并通過循環(huán)水冷卻方式減少發(fā)熱.,(三)數(shù)控機(jī)床高速主傳動設(shè)計(jì) 一種是采用聯(lián)軸節(jié)將機(jī)床主軸和電動機(jī)軸串接成一體，將中間傳動環(huán)節(jié)減少到僅剩聯(lián)軸節(jié)； 另一種是將電動機(jī)與主軸合為一體，制成內(nèi)裝式電主軸，實(shí)現(xiàn)無任何中間環(huán)節(jié)的直接驅(qū)動，并通過循環(huán)水冷卻方式減少發(fā)熱.,電主軸的電動機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸為一體

37、，置于前后軸承之間，電動機(jī)定子則在套筒內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊。電主軸為一個功能部件進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)。 電主軸的無級變速方式，多數(shù)廠家只提供變頻和矢量控制兩種選擇。 電主軸以主軸套筒外徑為主要規(guī)格。,3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),(四)數(shù)控機(jī)床用部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中小型數(shù)控車床主傳動系設(shè)計(jì)中，廣泛采用模塊化的變速箱和主軸單元形式。再如，整機(jī)數(shù)控車床的模塊化設(shè)計(jì)是在幾個基礎(chǔ)模塊部件(床身、底座等)基礎(chǔ)上，按加工要求靈活配置若干功能部件(如主軸、刀架、尾座等)和附加模塊化裝置(各式機(jī)械手、檢測裝置等) 。,3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),(五)數(shù)控機(jī)床的柔性化、復(fù)合化

38、 數(shù)控機(jī)床對滿足加工對象變換有很強(qiáng)的適應(yīng)能力(即柔性)，因此發(fā)展很快。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工的工序概念，完全打破了傳統(tǒng)的機(jī)床分類，由機(jī)床單一化走向多元化、復(fù)合化(工序復(fù)合化和功能復(fù)合化)。 因此，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床和加工中心的設(shè)計(jì)，已不僅僅考慮單臺機(jī)床本身，還要綜合考慮工序集中、制造控制、過程控制以及物料的傳輸，以縮短產(chǎn)品加工時(shí)間和制造周期，最大限度地提高生產(chǎn)率。,與傳統(tǒng)機(jī)床相比，并聯(lián)機(jī)床具有如下優(yōu)點(diǎn)： 剛度重量比大：傳動構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動機(jī)構(gòu)的單位重量具有很高的承載能力； 精度高：并聯(lián)機(jī)床刀具的運(yùn)動由各獨(dú)立支鏈的進(jìn)給驅(qū)動共同提供，不存在串聯(lián)的誤差積累，理論上比串聯(lián)機(jī)床容易達(dá)到較高的精度； 響應(yīng)速度快：運(yùn)動部件慣性的大幅度降低，有效的改善了伺服控制器的動態(tài)品質(zhì)，允許動平臺獲得很高的進(jìn)給速度和加速度，因而特別適用于各種高速數(shù)控作業(yè)； 功能性強(qiáng)：并聯(lián)機(jī)床的主軸平臺可以具有3-6個自由度，能靈活地實(shí)現(xiàn)空間姿態(tài)，提供較強(qiáng)的加工、裝配、測量等能力； 結(jié)構(gòu)靈活、成本低：并聯(lián)機(jī)床構(gòu)型多樣、結(jié)構(gòu)簡單、部件少、重組性強(qiáng)，便于模塊化設(shè)計(jì)。具有“硬件”簡單，“軟件”復(fù)雜的特點(diǎn)，因此制造成本較低。,(六)虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì),3.4.5數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn),