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1、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 林利紅 副教授 重 慶 大 學(xué) 第四節(jié) 主傳動(dòng)系設(shè)計(jì) 一 .主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 電動(dòng)機(jī) C P Z f 1 3 2 U v U f 1.滿足機(jī)床使用性能要求 。 也就是要滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特 性：機(jī)床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 。 2.滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力要求 。 主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供 和傳遞足夠的功率和扭矩 。 3.滿足機(jī)床工作性能的要求 。 主傳動(dòng)中所有零部件要有 足夠的剛度 、 精度和抗振性 ， 熱變形特性穩(wěn)定 。 4.滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的要求 。 傳動(dòng)鏈要盡可能的少 ， 節(jié)省材料 ， 降低成本 。 5.調(diào)整維修方便 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 合理 ， 便于加工和維護(hù) 。
2、二 .主傳動(dòng)系統(tǒng)分類和傳動(dòng)方式 （一）主傳動(dòng)系分類 主傳動(dòng)系可按不同的特征來分類 : 1.按驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)類型：交流電動(dòng)機(jī)和直流 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 。 2.按傳動(dòng)裝置類型：機(jī)械傳動(dòng)裝置 、 液壓傳動(dòng)裝置 、 電氣傳動(dòng)裝置以及它們的組合 。 3.按變速的連續(xù)性：分級(jí)變速傳動(dòng)和無級(jí)變速傳動(dòng) 。 分級(jí)變速傳動(dòng)：只能在一定的變速范圍 內(nèi)得到某些轉(zhuǎn)速 ， 變速級(jí)數(shù)一般不超過 20 30級(jí) 。 特點(diǎn)是傳動(dòng)比準(zhǔn)確 ， 缺點(diǎn)是有 速度損失 ， 不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行變速 。 無級(jí)變速傳動(dòng)：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)中變速 ， 便于實(shí)現(xiàn)變速自 動(dòng)化；能在負(fù)載下變速 。
3、 (二 ) 主傳動(dòng)系的傳動(dòng)方式 1.集中傳動(dòng)方式：全部傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)都集中在主 軸箱內(nèi)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，但傳動(dòng)過程中所產(chǎn)生的振 動(dòng)，將直接影響主軸的平穩(wěn)性；傳動(dòng)件所產(chǎn)生的 熱量，使主軸產(chǎn)生熱變形，使主軸回轉(zhuǎn)中心線偏 離正確位置而直接影響加工精度。這種傳動(dòng)方式 適用于普通精度的大中型機(jī)床。 M 主軸箱 2.分離式傳動(dòng)：主傳動(dòng)系中的大部分的傳動(dòng) 和變速機(jī)構(gòu)裝在單獨(dú)的變速箱中，然后通 過帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳到主軸箱的傳動(dòng)方式 。 特點(diǎn)：變速箱的傳動(dòng)件所產(chǎn)生的振動(dòng)和 熱量不能直接或少傳給主軸，減少主軸的 振動(dòng)和熱變形，有利于提高機(jī)床的工作精 度。 M 變速箱 主軸箱 帶傳動(dòng) (三 )分級(jí)變速主傳動(dòng)系 變速
4、方式 無級(jí)變速 有級(jí)變速 有級(jí)無級(jí) (一 )擬定轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)式 1.轉(zhuǎn)速圖 轉(zhuǎn)速圖構(gòu)成 等距平行豎線 （ 表示傳動(dòng)軸 ） 從左到右表示傳動(dòng)順序 。 平行橫線（代表各級(jí)轉(zhuǎn)速） 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。 因?yàn)?故是等距的平行橫線 。 cnn n n jj j j lglglg 1 1 3 5 8 n n 指數(shù) 3 表示格數(shù)。 軸上圓點(diǎn)：表示軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速 。 兩軸間圓點(diǎn)（轉(zhuǎn)速）連線（代表傳動(dòng)付）。 I 傳 動(dòng)付的傳動(dòng)比 k Z Z u 從 主 其中 k ：傳動(dòng)付升降格數(shù) ： 降速 ， 取 “”； 升速 ， 取 “” 。 II 傳動(dòng)組的傳動(dòng)付數(shù) 同一圓點(diǎn)引出的連線。 III 平行連線 表示同一傳動(dòng)比。 即 u
5、1 。 轉(zhuǎn)速圖的作用 表示傳動(dòng)系組成 傳動(dòng)軸數(shù) ， 傳動(dòng)順序 ， 傳動(dòng)組數(shù) ， 各傳動(dòng)組 的傳動(dòng)付數(shù) 。 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)及構(gòu)成 12 3 2 2 5002139 cba uuuunn 定電 各傳動(dòng)付的傳動(dòng)比 傳動(dòng)軸、傳動(dòng)組的變速范圍 ku I 傳動(dòng)軸的變速范圍（指?jìng)鲃?dòng)軸的最高最低轉(zhuǎn)速比） 例 ： R III 5 5 10 n n II 傳動(dòng)組的變速范圍 例： 2 1 3 a a a u u R III 兩者之間的關(guān)系 R IV cba cba cba n RRR uuun uuun n n R 111 223 m i n m a x 電 電 2.變速系的變速擴(kuò)大規(guī)律及結(jié)構(gòu)式 傳動(dòng)組的級(jí)比和級(jí)比指
6、數(shù) 級(jí)比：同一傳動(dòng)組內(nèi)相鄰兩傳動(dòng)比的比值， 級(jí)比用 表示。 x 例 a 組：級(jí)比 1 a X 1 級(jí)比指數(shù)：級(jí)比 x 的指數(shù) x 各變速組的級(jí)比規(guī)律 規(guī)律：依擴(kuò)大順序 ， 后一變速組的級(jí)比 指數(shù)等于它前面各傳動(dòng)組的傳動(dòng)付的乘積 。 基本組：級(jí)比指數(shù) X0=1 第一擴(kuò)大組：級(jí)比指數(shù) X1=P0（ 等于基 本組的傳動(dòng)付數(shù) ） 第二擴(kuò)大組：級(jí)比指數(shù) X2=P0 P1 結(jié)構(gòu)式 12 31 23 26 傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序一致： 12 31 23 26 傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序不一致： 12 23 31 26 或 12 32 21 26 結(jié)論： 通用公式 Z (Pa)xa (Pb)xb (Pc)xc (Pi)x
7、i (二 )主變速系轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì) 1.結(jié)構(gòu)式的擬定原則 變速組的常用傳動(dòng)付數(shù) 取 2或 3（ 雙聯(lián) 、 三聯(lián)齒輪 ） 。 如是 4聯(lián)齒輪 ， 會(huì)發(fā)生 干涉 。 傳動(dòng)順序安排：傳動(dòng)付 “ 前多后少 ” 主變速傳動(dòng)系從電動(dòng)機(jī)到主軸 ， 通常為降速 傳動(dòng) ， 接近電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較高 ， 傳遞的扭 矩 T較小 ， 因?yàn)?T 9550P/n， 則傳動(dòng)件尺寸可小一 些 ， 可減少變速箱的外形尺寸 。 當(dāng) P一定 ， ni增大 ， 則 Ti減小 ， 傳動(dòng)件尺寸減 小 。 因此 ， 靠近主軸轉(zhuǎn)速較低 ， 傳遞的扭矩較大 ， 尺寸就較大 。 結(jié)論： 將傳動(dòng)付較多的變速組安排在前面 ， 尺寸小一些 ， 以節(jié)省變
8、速箱的造價(jià) ， 減少變速箱 的外形尺寸 。 因此： 12 3 2 2， 12 2 2 3， 12 2 3 2中 12 3 2 2方案最好 。 擴(kuò)大順序安排： “ 前密后疏 ” （ 基前擴(kuò)后 ） 傳動(dòng)順序 ， 擴(kuò)大順序一致：基本組在最 前面 ， 依次為第一擴(kuò)大組 ， 第二擴(kuò)大 組 。 各變速組變速范圍逐漸擴(kuò)大 。 教材 P83將 12 31 23 26， 12 32 21 26兩方案進(jìn)行比較，第二種方案中 間軸 II軸的最低轉(zhuǎn)速較低，在傳遞相同功率 的情況下，受的扭矩較大，傳動(dòng)件的尺寸 也就比前種方案大。 從轉(zhuǎn)速圖上可知：當(dāng)變速組的擴(kuò)大順序 與傳動(dòng)順序一致時(shí)，前面變速組的傳動(dòng)線 分布緊密，而后面
9、變速組傳動(dòng)線分布較疏 松，所以 “ 變速組的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序 一致 ” 原則可簡(jiǎn)稱為 “ 前密后疏 ” 原則。 變速組的降速要 “ 前慢后快 ” ， 中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速 從電動(dòng)機(jī)到主軸之間的總趨勢(shì)是降速傳 動(dòng)，為使中間轉(zhuǎn)速較高，減少傳動(dòng)件的尺 寸，前面的變速組降慢些，后面變速組降 速要快些。 傳動(dòng)組的極限傳動(dòng)比和極限變速范圍（升 2降 4的原則） I 極限傳動(dòng)比 u m a x 2 ，原因： 升速 時(shí)，為了降低振動(dòng)， 降低噪聲和傳動(dòng)誤差，使傳動(dòng)平穩(wěn)。 u m i n 1/4 ，原因： 降速 時(shí)，結(jié)構(gòu)限制。 避免從動(dòng)齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺 寸。 斜齒 u m a x 2
10、. 5（主傳動(dòng)系統(tǒng)斜齒用得少）。 考試時(shí)要求直齒 。 II 傳動(dòng)組的極限變速范圍 8 4 1 2 m i n m a x m a x u u R 又 )1( ii PX iR （在結(jié)構(gòu)式中已確 定，應(yīng)作校核）。只需校核最末擴(kuò)大組。 如果變速范圍 R i 8 ，不合適，重新設(shè) 計(jì)。 考試時(shí)必須校核最末擴(kuò)大組 。 2.轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì) 傳動(dòng)比的確定 “ 前慢后快 ” 。 方法：通常是確定主軸 傳動(dòng)路線中 各速比 。 轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì)步驟 m i n1 nn 例 1 ：設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系， =1.41 ， n 電 =1440r / m i n ， n m i n =31.5r / m i n ，結(jié)構(gòu)式 12 3 1
11、2 3 2 6 。畫出轉(zhuǎn)速圖，傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 解： 1 ）確定主軸轉(zhuǎn)速 1.41 1.06 6 。查 P 73 表 3 - 3 得主軸轉(zhuǎn)速 為： 31.5 ， 45 ， 63 ， 90 ， 125 ， 180 ， 250 ， 355 ， 500 ， 710 ， 1000 ， 1400 。 2）分配傳動(dòng)比 111m i n cba uuuunn 定電 111125.11125.11 m i n m i n 1 41.1 1 1 4 4 0 5.31 cba uuuu n n u 定 電 總 ）（ 4321 2 5.2 1111 則有 ： 1 2 5.2 定 u （ n I 70 0r / m i
12、n ） u a1 = - 2 ， u a2 = - 1 ， u a3 = 0 （ 水平 ） u b1 = - 3 ， u b2 = 0 u c1 = - 4 ， u c2 = 2 3） 畫出轉(zhuǎn)速圖 ， 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 （ 如 P80） 例 2：設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系 ， =1.58， n 電 =1440r/min， n主 （ 95 950） r/min， 畫 出轉(zhuǎn)速圖 ， 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 。 解： 1 ）求 R n ， Z 10 95 9 5 0 m i n m a x n n R n 6 lg lg 1 n R Z 2 ）確定主軸轉(zhuǎn)速 1.58 1.06 8 。查 P 73 表 3 - 3 得主軸轉(zhuǎn)速為： 9
13、5 ， 150 ， 236 ， 375 ， 600 ， 950 。 結(jié)構(gòu)式 ： 6 3 1 2 3 3 ）分配傳動(dòng)比 94.5 1 m i n 1 1440 95 ( ） 電 總 n n u 11 ba uuu 定 3294.0 111 則有 ： 94.0 定 u （ n I 7 0 0 r / m i n ） u a1 = - 2 ， u a2 = - 1 ， u a3 = 0 （ 水平 ） u b1 = - 3 ， u b2 = 0 4)畫出轉(zhuǎn)速圖，傳動(dòng)系統(tǒng)圖 轉(zhuǎn)速圖： 電 1440 I II III 375 600 950 236 150 95 U a1 U a2 U a3 傳動(dòng)系統(tǒng)圖：
14、 M （三）主傳動(dòng)系的幾種特殊設(shè)計(jì) 1.多速電動(dòng)機(jī)變速系設(shè)計(jì) （只要求雙速電機(jī)，三速 的不要求 ) (1)電傳動(dòng)組的變速級(jí)數(shù)和級(jí)比 電傳動(dòng)組：雙速電動(dòng)機(jī)在變速傳動(dòng)系的最前面 。 多速電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速比： 同步轉(zhuǎn)速比為 2（ 常用 ） ： 750/1500， 1500/3000 同步轉(zhuǎn)速比為 1.5（ 機(jī)床不用 ，主軸轉(zhuǎn)速?zèng)]有 1.5倍的 轉(zhuǎn)速）： 750/1000， 1000/1500 電傳動(dòng)組 傳動(dòng)付數(shù) 雙速： P 電 2 ，三速： P 電 3 級(jí)比 2 m i n m a x n n X 電 級(jí)比指數(shù) X 電 （與主軸 有關(guān) ） 1.06 1.06 12 2 X 電 12 （不用） 1.12
15、 1.12 6 2 X 電 6 （不用） 1.26 1.26 3 2 X 電 3 （第一擴(kuò)大組，必須 P 0 =3 ）（常用） 1.41 1.41 2 2 X 電 2 （第一擴(kuò)大組，必須 P 0 =2 ）（常用） 2 2 1 2 X 電 1 （基本組） (2) 多速電動(dòng)機(jī)變速系設(shè)計(jì) 重點(diǎn)在確定結(jié)構(gòu)式上 。 1 5 0 0 /3 0 0 0 變速系 主軸 例 1 ：雙速電機(jī) Z 8 ， 1 .4 1 （ P 8 5 圖 3 - 16 ） 解： 1 .4 1 ， 1 .4 1 2 2 ，則 X 電 2 ， P 0 =2 結(jié)構(gòu)式為： 8 2 2 2 1 2 4 例 2 ：雙速電機(jī) Z 12 ， 1.
16、26 解： 1.26 ， 1.26 3 2 ，則 X 電 3 ， P 0 =3 結(jié)構(gòu)式為： 12 2 3 3 1 2 6 電 1440 I II III 485 700 1000 345 255 125 185 90 180 ： 180 710 36 ： 81 45 ： 72 25 ： 88 59 ： 54 315 640 2.具有交換齒輪的變速系 交換齒輪：相嚙合的兩齒輪可互換位置安裝 ， 即互 為主 、 被動(dòng)齒輪 。 在工件加工中 ， 如需要更換別的轉(zhuǎn)速 ， 為了簡(jiǎn)化結(jié) 構(gòu) ， 常常采用交換齒輪變速方式 。 缺點(diǎn)：更換交換齒輪較費(fèi)力費(fèi)時(shí)。裝在變速箱外， 潤(rùn)滑密封較困難；裝在變速箱內(nèi)，則更換
17、麻煩。 轉(zhuǎn)速圖特點(diǎn)：交換齒輪傳動(dòng)組的傳動(dòng)比是對(duì)稱的 （成反比）。 3.采用公用齒輪的變速系 公用齒輪：在變速傳動(dòng)系中 ， 既是前一變速 組的被動(dòng)齒輪 ， 又是后一變速組的主動(dòng)齒 輪 。 采用公用齒輪 ， 2個(gè)變速組的模數(shù)必須相同 。 公用齒輪輪齒受的彎曲應(yīng)力屬于對(duì)稱循環(huán) ， 選擇較大的齒輪作為公用齒輪 。 優(yōu)點(diǎn)：采用公用齒輪可以減少齒輪的數(shù)目， 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸。 （四）擴(kuò)大變速范圍的方法 例： Z =1 2 ， 1.41 ，則結(jié)構(gòu)式 12 3 1 2 3 2 6 校核最末擴(kuò)大組的變速范圍： 8 6)12(6 2 R 8 合適 變速范圍 1 Z n R ，故有： Z 12 ， 1.41
18、，則 4541.1 1121 Z n R Z 18 ， 1.26 ，則 5041.1 1181 Z n R 通用性較高的車床和鏜床的變速范圍一般在 140 200 之 間，甚至超過 200 ，因此要擴(kuò)大變速范圍。 1.增加變速組（轉(zhuǎn)速重合） 12 3 1 2 3 2 6 （ 841.1 161 2 Z R ） 增大變速組 24 3 1 2 3 2 6 2 12 （ 86441.1 1121 3 Z R ） Z 3 1 2 3 2 6 2 6 （ 841.1 161 3 Z R ） 重合級(jí)數(shù) Z X j - X j ( P j 2) 2 （ X j - X j） ( P j 3) 注： X j
19、是正常值， X j壓縮后的值 此時(shí)變速范圍 zz n R )1( 例： 15 3 1 3 3 2 6 Z 9 6 3 17 3 1 2 3 2 5 2 6 Z 12 5 7 2.采用背輪機(jī)構(gòu)（常用） 特點(diǎn)：兩排 ， 三根軸的變速組 。 高速：直傳 ， u高 1； Z1處于最右位置與 Z2脫離嚙合 ， 離合器 M結(jié)合 ， 運(yùn)動(dòng)由主動(dòng)軸 I傳入到被動(dòng)軸 III。 低速：兩次降速，（ u低 ） min 1/4 1/4 1/16。 Z1處 于最左位置與 Z2嚙合，經(jīng)過 Z1Z2 Z3Z4降速傳到被 動(dòng)軸 III。 16)( m a x 低 高 背 u u R 3.雙公比傳動(dòng) 機(jī)床的每級(jí)轉(zhuǎn)速使用的機(jī)會(huì)不
20、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 。 主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列有 2個(gè)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 。 雙公比變速傳動(dòng)系是在常規(guī)變速傳動(dòng)系基礎(chǔ)上， 通過改變變速組的 級(jí)比指數(shù) 演變而來的。 方法：把基本組（ P 0 2 ）級(jí)比指數(shù) X 0 增大到 X 0 1 2n ，則高 低端各出現(xiàn) n 個(gè)空格（ n 個(gè) 大 轉(zhuǎn)速值）。 特點(diǎn)： 2 小大 ， nz n R 21 ）（ 雙 ）（ 例： 8 2 2 2 4 2 5 2 1 2218 ）（ n R 12 3 2 2 3 2 6 2 1 12112
21、）（ n R 擴(kuò)大了轉(zhuǎn)速范圍 （五）齒輪齒數(shù)的確定 1. 齒輪齒數(shù)的確定 當(dāng)傳動(dòng)比 u 確定后，可確定齒輪齒數(shù) Z ，帶輪直徑。表 3 - 6 P 8 8 橫坐標(biāo) 是齒數(shù)和 S z ，縱坐標(biāo)是傳動(dòng)付的傳動(dòng)比 被 主 Z Z u ，表中所列數(shù)值是傳動(dòng)付 的被動(dòng)齒輪齒數(shù) Z 被 （條件： u 1 ）。故主動(dòng)齒輪齒數(shù) Z 主 S z Z 被 。 由于表中 u 值全大于 1 ，即對(duì)于升速傳動(dòng)，表示小齒輪（被動(dòng)齒輪） 的齒數(shù)；對(duì)于降速傳動(dòng)，取 u 的倒數(shù)，查出的齒數(shù)是小齒輪（主動(dòng)齒輪） 的齒數(shù)。 同一傳動(dòng)組，如所有齒輪的模數(shù) m 相同，并且是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則中心 距： 43214321 )( 2 )( 2
22、ZZZZZZ m ZZ m A ( 即齒數(shù)和相等 ) 例：圖 3 13bP 80 的變速組 a 有 3 個(gè)傳動(dòng)付，傳動(dòng)比分別為： u a3 =1 ， u a2 =1 / 1.41 ， u a1 =1 / 2 。 查表 3 6 有： u a3 =1 S z 。 60 ， 62 ， 64 ， 66 ， 68 ， 70 ， 72 ， 74 。 u a2 =1 .41 S z 。 60 ， 63 ， 65 ， 67 ， 68 ， 70 ， 72 ， 73 ， 75 。 u a1 =2 S z 。 60 ， 63 ， 66 ， 69 ， 72 ， 75 。 符合條件的 有 S z 60 ， 72 ，如取
23、 72 。 查出齒數(shù)為 36 、 30 、 24 。 對(duì)應(yīng)的 齒數(shù)為 36 、 42 、 48 。 2.中心距的確定 中心距取決于傳遞的扭矩。對(duì)降速傳動(dòng)系，越到后 面變速組傳動(dòng)的扭矩越大，因此中心距就越大。 3.模數(shù) m的選取 不能太小：齒輪經(jīng)不起沖擊 ， 易磨損 。 不能太大：齒數(shù)較少 （ d=mz） ， 如最小齒輪齒數(shù) Z 17， 產(chǎn)生根切現(xiàn)象 ， 最小齒輪也可能無法安 裝在軸上 。 齒輪裝在軸上的條件如圖 3-21P90所示，壁厚 a 2mm， 以保證齒輪具有足夠的強(qiáng)度。 當(dāng)三聯(lián)滑移齒輪左移時(shí)，齒輪 42將從 24滑移過去，要使 42和 24齒輪外圓不相 碰，齒頂圓半徑之和 中心距 a。
24、 采用三聯(lián)滑移齒輪 ， 應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒 數(shù)關(guān)系 ， 必須滿足條件： Zmax-Z次大 4（保證滑移時(shí)，齒輪外圓不相碰） 36 24 48 30 36 42 (六 )計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 （重點(diǎn)） 切削螺紋、鉸孔、精車等使用主軸轉(zhuǎn)速較低的低速 段，消耗的功率較小，計(jì)算時(shí)如按傳遞全部功率 計(jì)算，將會(huì)使傳動(dòng)件的尺寸增大，造成浪費(fèi)。 1.機(jī)床的功率扭矩特性 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：恒扭矩傳動(dòng) 即在各種進(jìn)給速度下 ， 都允許傳遞額定扭矩 (最大扭矩 )。 主運(yùn)動(dòng)：恒功率傳動(dòng) 即主軸在各種速度（大部 分速度）下，都允許傳遞額定功率（全功率）。 2. 計(jì)算轉(zhuǎn)速的 j n 概念 計(jì)算轉(zhuǎn)速的 j n ：主軸傳遞全功率的最低
25、轉(zhuǎn)速。 j n 作用：用于確定允許傳遞的最大扭矩。 （ j n P T 9550 ） 確定 j n ：查表 3 7P 92 3. 主軸的功率扭矩特性 j n P T 9550 m a x ， T m a x 一定， P 線性變化。 n r / m i n T P I II n m i n n j n m ax T P 恒功率區(qū)： n j n m a x ，主軸從計(jì)算轉(zhuǎn)速到最高轉(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。 工作能力受功率限制，傳動(dòng)件尺寸有余 地。 恒扭矩區(qū)： n m i n n j，工作能力受限于 T m a x ，電機(jī)功率有余地。 不同類型機(jī)床主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的選取是
26、不同的： i 大型機(jī)床：應(yīng)用范圍廣，調(diào)速范圍寬， j n 可取高一些。 ii 精密機(jī)床：應(yīng)用范圍窄，調(diào)速范圍小， j n 可取低一些。 各類機(jī)床主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計(jì)公式見表 3 7 。 4.傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)件 j n 是根據(jù)主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速圖確定。 確定的順序是先定出主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，再順次由后向 前，定出各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，再確定齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn) 速。 順序：主軸 j n 各傳動(dòng)軸 j n 齒輪付 j n 定義：傳動(dòng)件傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速。 例 1：圖 3 13車床，求各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 。 電 1440 I II III 710 1000 1440 500 355 250 24 ： 48
27、 30 ： 42 36 ： 36 180 125 31 . 5 45 63 90 IV 42 ： 42 22 ： 62 60 ： 30 18 ： 72 (1) 主 j n 軸 查表 3 7 ，車床 j n 是三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，則 j n 4 n 90r/min (2) 中間軸 j n n III 125 r/min n II 355 r/min n I 71 0 r/min (3) 齒輪付 j n 齒輪付 C B A 18/72 60/30 22/62 42/42 24/48 30/42 36/36 j n 355/90 125/250 355/125 355/355 710/
28、355 710/500 710/710 例 2：圖 3 16P85， 確定主軸，各傳動(dòng)軸和齒 輪付的計(jì)算轉(zhuǎn)速（多刀半自動(dòng)車床）。 電 1440 I II III 485 700 1000 345 255 125 185 90 180 ： 180 710 36 ： 81 45 ： 72 25 ： 88 59 ： 54 315 640 (1) 主軸 j n 查表 3 7 ，車床 j n 是三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，則 j n 185r/min (2) 中間軸 j n n II 315 r/min n I 710 r/min (3) 齒輪付 j n 齒輪付 B A 25/88 59/54 3
29、6/81 45/72 j n 640/185 315/345 710/315 710/ 。 作業(yè) 2.某機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為 n 100 1120r/min， 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z 8， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n電 1440r/min， 試設(shè)計(jì)該機(jī)床 主傳動(dòng)系，包括擬定結(jié)構(gòu)式和轉(zhuǎn)速圖，畫出傳動(dòng) 系統(tǒng)圖，求各軸和各齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 3.已知 n1=25r/min， =1.41， Z=13， n電 720/1440 r/min， 寫結(jié)構(gòu)式，畫出轉(zhuǎn)速圖，傳動(dòng)系統(tǒng)圖，求 各軸和各齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 變速箱各傳動(dòng)軸的軸向固定 傳動(dòng)軸兩端固定 1壓蓋 2 調(diào)整螺釘 3鎖緊螺母 四 .無級(jí)變速主傳動(dòng)設(shè)計(jì) （一）無級(jí)變速裝置的分類
30、 1.無級(jí)變速：指在一定范圍內(nèi) ， 轉(zhuǎn)速 （ 或 ） 速度能連續(xù)地變 換 ， 從而獲取最有利的切削速度 。 2.變速電動(dòng)機(jī) 變速電動(dòng)機(jī)：直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) （ 少用 ） 和交流變頻電動(dòng)機(jī) 。 在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，調(diào)速范圍 2 3。 在額定 轉(zhuǎn)速以下為恒扭矩變速，調(diào)速范圍很大，可達(dá) 30甚至更大。 這樣不能滿足機(jī)床的使用要求，為了擴(kuò)大 恒功率調(diào)速范圍 （研究方向），在 變速電動(dòng)機(jī)和主軸之間串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變 速箱。 1.無級(jí)變速：指在一定范圍內(nèi) ， 轉(zhuǎn)速 （ 或 ） 速度能連續(xù)地變換 ， 從而獲取最有利的切削速度 。 2.變速電動(dòng)機(jī) 變速電動(dòng)機(jī)：直流復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) （ 少用 ） 和交流變頻電動(dòng)機(jī) 。
31、 在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，調(diào)速范圍 2 3。 3.機(jī)械無級(jí)變速裝置 包括柯普型 、 行星錐輪型 、 分離錐輪鋼環(huán)型 、 寬帶型 等 。 都是利用 摩擦力傳遞扭矩 ， 連續(xù)的改變 摩擦傳動(dòng)付工 作半徑 來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 ， 多數(shù)是恒扭矩傳動(dòng) ， 與分級(jí)變速 機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用 ， 以擴(kuò)大變速范圍 。 用途：它主要用于 功率和變速范圍較小 的中小型車床、 銑床的主運(yùn)動(dòng)。更多的是用于 進(jìn)給 變速傳動(dòng)中。 4.液壓無級(jí)變速裝置 通過改變單位時(shí)間內(nèi)輸入液壓缸或液動(dòng)機(jī)中液體的油量來 實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。 （二）無級(jí)變速主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)原則 1.變速器的功率扭矩特性與傳動(dòng)鏈匹配 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) （ 直線運(yùn)動(dòng) ） ：選擇恒扭矩變
32、速器 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)：選擇恒功率變速器 2.滿足變速范圍 擴(kuò)大變速范圍方法：后串有級(jí)變速組。 無級(jí)變速器 有級(jí)變速 主軸 無級(jí)變速作為傳動(dòng)系中的基本組，而分級(jí)變速作為擴(kuò)大組，理論上其公比 df R ，由于 機(jī)械無級(jí)變速裝置屬于摩擦傳 動(dòng)，有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象 ，得不到理論上的轉(zhuǎn) 速，取 df R)97.090.0( 。有級(jí)變速組 f ， z 的確定： m i n m a x n n R n ， 1 z ff R ， fdn RRR 1 z ff d n R R R 1 2 a a f u u f f R z lg lg 1 df R 無 主軸 u a2 u a1 df R d R d R df R （有
33、缺口） df R （有轉(zhuǎn)速重合） 無 主軸 d R d R u a2 u a1 d R n 1 n 2 得不到 這段轉(zhuǎn) 速 d R 無 主軸 u a2 u a1 d R f 轉(zhuǎn)速重 合 例 3 - 2 ， P 98 ，已知 R n =60 ， R d =8, 求 R f ， f ， z 機(jī)械分級(jí)變速箱的變速范圍為： 5.78/60 d n f R R R 機(jī)械分級(jí)變速箱的公比為： df R)97.090.0( 0.94*8 7.52 機(jī)械分級(jí)變速箱的級(jí)數(shù)為： 2 52.7lg 5.7lg 1 lg lg 1 f f R z 五 .數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì) (一 )主軸無級(jí)調(diào)速電機(jī) 1.直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)
34、調(diào)速 從最低轉(zhuǎn)速 nmin到額定轉(zhuǎn)速：調(diào)節(jié)電樞電壓 ， 屬恒扭 矩調(diào)整 。 滿足低速切削要求 。 從額定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速：改變電流進(jìn)行調(diào)速 ， 屬于 恒功率調(diào)整 。 一般直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍很小 ， 現(xiàn)在很少使用 。 2.交流電動(dòng)機(jī) 使用較好，調(diào)速范圍大。 (二 )擴(kuò)大主軸恒功率變速范圍方法 1.串接有級(jí)變速機(jī)構(gòu) 不打滑，取 dpf R （恒功率調(diào)速范圍） f npz fnp z f dp np R zR R R lg lg 1 如果 Z 2 .4 ，取 2 （取 3 結(jié)構(gòu)復(fù)雜），此時(shí)將增大 f 增大 f ，減少 Z 情況（ df R ） 問題：功率特性圖上有“缺口”。 措施：適當(dāng)增加電機(jī)功率，使 R dp 增大到 dp R ，且 fdp R 。 缺口實(shí)際功率：在 n 1 n 2 區(qū)電機(jī)恒扭矩區(qū)，功率與轉(zhuǎn)速成正比。 f dp dp f R PP Rn n P P 電缺 缺 電 1 2 例書上 P 101 某加工中心。 dpf R （增大 Z 。有轉(zhuǎn)速重合） 1 z ff dp np R R R 例 3 - 3 書上 P 101
【重慶大學(xué)機(jī)械裝備制造】第三章第四節(jié)
