第二章机床传动设计1.ppt

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。设计时应满足下述基本要求：,第二章 机床的传动设计,第二章 机床的传动设计,1）满足机床的使用要求，有足够的变速范围和转速级数；直线运动机床，应有足够的双行程数范围和变速级数；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，传动系统应能传递足够的功率和扭矩。3）满足机床的工作性能要求，传动系统应有足够的刚度、精度、抗振性能和较小的热变形。4）满足经济性要求。,第一节 分级变速主传动系统设计一、转速图1、转速图概念 转速图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。转速图包括一点三线：转速点，转速线，传动轴线，传动线。,2.1转速图原理,2.1分级变速主传动系统设计,主轴转速线 由于主轴的转速数列是等比数列，所以主轴转速线是间距相等的水平线，相邻转速线间距为。,转速点 主轴和各传动轴的转速值，用小圆圈或黑点表示，转速图中的转速值是对数值。,传动轴线 距离相等的铅垂线。从左到右按传动的先后顺序排列，轴号写在上面。铅垂线之间距离相等是为了图示清楚，不表示传动轴间距离。,2.1分级变速主传动系统设计,传动线 两转速点之间的连线。传动线的倾斜方式代表传动比的大小，传动比大于1，其对数值为正，传动线向上倾斜；传动比小于1，其对数值为负，传动线向下倾斜。倾斜程度表示了升降速度的大小。一个主动转速点引出的传动线的数目，代表该变速组的传动副数；平行的传动线是一条传动线，只是主动转速点不同。,2.1转速图原理,2.1转速图原理,2、转速图原理 通常，我们按照动力传递的顺序（从电动机到执行件的先后顺序）即传动顺序分析机床的转速图。按传动顺序，变速组依次为第一变速组、第二变速组、第三变速组，分别用a、b、c表示。,2.1转速图原理,2.1转速图原理,第一变速组（轴之间的变速），；传动比分 别是:,2.1转速图原理,变速范围：,级比指数：,级比：相邻的转速或两相邻的传动比之比。级比指数：级比写成公比幂的形式中的幂指数。,2.1转速图原理,级比等于公比或级比指数等于1的变速组称为基本组。基本组的传动副数，用 表示，级比指数用 表示，变速范围 表示。,2.1转速图原理,第二变速组 b（轴间的变速组），Pb=2,传动比分别是:,2.1转速图原理,经第一扩大组后，机床得到 P0P1级连续而不重复的等比数列转速。,级比指数等于基本组传动副数的变速组称为第一扩大组，其传动副数、级比指数、变速范围分别用 表示。,2.1转速图原理,第三变速组（轴之间的变速组），传动比分别：,2.1转速图原理,级比指数等于 的变速组称为第二扩大组。第二扩大组的传动副数、级比指数、变速范围分别用 表示：,2.1转速图原理,经第二扩大组的进一步扩大，使主轴（轴）得到 级连续等比的转速。总变速范围是：,2.1分级变速主传动系统规律,总变速范围为：,第 扩大组的级比指数为：,第 传动组的变速范围为：,2.1结构式和结构网,3.结构式和结构网结构式：各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速级数Z，将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指数写在该变速组传动副数的右下角。,2.1结构式和结构网,结构网：只表示传动比的相对关系，而不表示传动轴（主轴除外）转速值大小的线图。由于不表示转速值，结构网画成对称形式。,2.1结构式和结构网,要点：传动线相对于主轴的转速数列是对称的。定比传动线不画，左边第一传动轴线为轴，轴号写在相应传动轴上方；、轴；、轴；、轴；轴间为第一、二、三、四变速组。在两轴中间下方位置写上该变速组的组成（传动副数和级比指数），传动副数为阿拉伯数字，级比指数作为传动副数的下角标；电变速组电动机轴为0，变速组组成写在0轴下方。转速点用圆点标出。,2.1结构式和结构网,结构网要点：传动线相对于主轴的转速数列是对称的；,2.1结构式和结构网,左边第一传动轴线为轴，轴号写在相应传动轴上方；在两轴中间下方位置写上该变速组的组成（传动副数和级比指数，级比指数作为传动副数的下角标）；,2.1结构式和结构网,电变速组电动机轴为0，变速组组成写在0轴下方；转速点用圆点标出。,2.1结构式和结构网,2.1结构式和结构网,2.1主传动链转速图的拟定原则,二、主传动链转速图的拟定原则 根据已确定尺寸参数、运动动参数和动力参数后，拟定出机床主传动的转速图。设计步骤：根据转速图的拟定原则，确定结构式，画出结构网，然后分配各传动组的最小传动比，拟定出转速图。,2.1主传动链转速图的拟定原则,1.极限传动比、极限变速范围原则 最小传动比1/4，最大传动比2或2.5，极限变速范围8或10。,2.传动顺序及传动副数确定原则前多后少,2.1主传动链转速图的拟定原则,4.最小传动比原则：前缓后急,3.扩大顺序原则：前密后疏,2.1主传动链转速图的拟定原则,三、转速图的绘制 根据转速图的拟定原则，确定结构式和结构网后，确定是否需要有定比传动，若需要定比传动，首先确定定比传动比的大小，应尽量保证轴为主轴转速线上的一个转速点。然后分配各传动组的传动比，并确定其它中间轴的转速。这样就可画转速图了。,2.1转速图绘制步骤,在传动轴线上用圆圈标出转速点，计算电动机额定转速点在传动轴线0上的位置；,转速图绘制步骤：画出转速线、传动轴线，标出转速点、标注转速值，在传动轴上方注明传动轴号，电动机轴用0标注；,作扩大组传动线的平行线。,2.1转速图绘制步骤,画出各变速组最小传动线；,按照级别指数画出其它传动线；,在各传动线上标出传动比或齿数比（直径之比）的大小；,2.1转速图绘制实例,例：中型车床。,2.1转速图绘制实例,方案一：采用三级变速组,2.1转速图绘制实例,方案二：在轴上安装双向摩擦离合器,2.1转速图绘制实例,方案三：采用四级变速组,2.1转速图绘制实例,方案四：轴、改为定比传动,2.1齿轮齿数的确定,实际转速 与标准转速的相对转速 误差n为：,四、齿轮齿数的确定 1.齿轮齿数的确定原则 齿轮齿数在保证输出转速准确的前提下，尽量减少齿数，使齿轮结构尺寸紧凑。,2.1齿轮齿数的确定,齿轮副的齿数和 120；由于受啮合重合度的限制，直齿圆柱齿轮最小齿数 17；采用正变位，保证不根切的情况下，直齿圆柱齿轮最小齿数 14；,2.1齿轮齿数的确定,满足结构安装要求，相邻轴承孔的壁厚 不小于3mm；当变速组内各齿轮副的齿数和不相等时，齿数和的差不能大于3。,若齿轮和轴为键联接，则应保证齿根圆至键槽顶面的距离大于两个模数，则：,2.1齿轮齿数的确定,2.确定齿轮的齿数 在一个变速组中，主动齿轮的齿数用 表示，被动齿轮的齿数用 表示，,则传动比,2.1齿轮齿数的确定,为互质数,必然为整数，必定能被 所整除,2.1齿轮齿数的确定,如果各传动副的齿数和皆为，则 能被 整除，是 的最小公倍数,2.1齿轮齿数的确定,例2-1：,试确定基本组个齿轮的齿数,解:,S01、S02、S03最小公倍数,设：,2.1齿轮齿数的确定,则：,2.1齿轮齿数的确定,第一对|第二对|第三对24/48|30/42|36/36,2.1齿轮齿数的确定,例2-2：根据课本2-6图示，确定齿轮数。,取：,解：,2.1齿轮齿数的确定,则,取,2.1齿轮齿数的确定,采用正变位齿轮，总变位系数为1。,对于第一对齿轮组：,2.1最后变速组齿轮齿数的确定,3.最后变速组齿轮齿数的确定,是 的最小公倍数。,2.1最后变速组齿轮齿数的确定,模数为4、3,例：,S01、S02、e2最小公倍数：,2.1最后变速组齿轮齿数的确定,第二节 扩大变速范围的传动系统设计,一般来说，常规传动的变速范围是不能满足机床的要求，因此，必须扩大传动系统的变速范围，满足机床的工艺需求。,2.2 扩大变速范围的传动系统设计,例如：，第二扩大组的级比指数为6，变速范围已达到极限值8；增加第三扩大组后，比理论值小6，产生6级转速重复。,一、增加变速组的传动系统,2.2 扩大变速范围的传动系统设计,总变速范围：,总变速范围扩大八倍；主轴转速级数增加6级。若再增加第四扩大组，则变速范围将再扩大八倍，主轴变速级数再增加六级。,2.2 扩大变速范围的传动系统设计,二、单回曲机构,又称为背轮机构，图中轴是输出轴，z1、z4空套于轴上，M是双向离合器，与轴花键配合。M向右滑移与z4结合，运动和转矩经z1、z2、z3、z4传动,2.2 扩大变速范围的传动系统设计,传动比：,M向左滑移与z1结合，直接由轴输，。,变速范围：,2.2 扩大变速范围的传动系统设计,变速范围为：,常规传动的4倍,变速范围为：,常规传动的16倍,例：,2.2对称双公比传动系统,三、对称双公比传动系统,在机床主轴的转速数列中，使用最频繁、使用时间最长的是转速数列的中段，转速数列中较高或较低的几级转速是为特殊工艺设计的，使用几率较少。如果保持常用的主轴转速数列中段的公比不变，增大不常用转速的公比，就可在不增加主轴转速级数的前提下扩大变速范围。,2.2对称双公比传动系统,由等比传动的原理可知：基本组 时，主轴转速 数列（为自然数）是由基本组的 产生的、是由基本组的 产生的，两转速数列、的级比为,1.基本组传动副P0=2的对称双公比传动系统,2.2对称双公比传动系统,2.2对称双公比传动系统,如果将转速 乘以，即 乘以，产生的主轴转速数列通式变为；,为奇偶数，没有重复转速；,高速端出现一级大公比转速,低速端也出现一级大公比转速,如果将转速 除以，即 除以，产生的主轴转速数列通式变为；,2.2对称双公比传动系统,2.2对称双公比传动系统,2.2对称双公比传动系统设计原则,P0=2的对称双公比传动链设计原则是：1）基本组的传动副数为2；级比指数为 x+1，x为高低速端大公比转速级别的总和；2）大公比格数必须是偶数，由于变型基本组的变速范围，所以，；若变型基本组是背轮机构，则：，。,2.2对称双公比传动系统,2.基本组传动副 P0=3,2.2对称双公比传动系统,2.2双速电动机传动系统,四、双速电动机传动系统 YD系列异步电动机，通过改变定子绕组接线方法和改变绕组磁极数，低速时定子绕组接成三角形，高速时定子绕组接成双星形，并改变绕组的通电相序，实现变速，从而达到扩大变速范围的目的。,2.2双速电动机传动系统,速度a,速度b,2.2双速电动机传动系统,时，由于，电变速组的传动副数必须为2，级比指数必须为3，故可为高低速端各有一级大公比的对称双公比系统的变型基本组，也可为第一扩大组，此时要求基本组传动副数为3；,例:,在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动，可将变型基本组作为第一变速组：,2.2双速电动机传动系统,例:,若想缩短传动链，在输出转速级数不变的前提下，可将结构式改变为：,基本组改为3对传动副，为第二变速组；第一扩大组级比指数改为3，为第一变速组；第二扩大组级比指数为4，重合两级转速；第三扩大组重合4级转速。,2.2双速电动机传动系统,例:,若想缩短传动链，在保持传动特性不变的前提下，可将第一扩大组作为第一变速组：,2.2双速电动机传动系统,该传动系统不能通过变速电动机缩短传动链，这是因为最后扩大组传动副数为三，其变速范围超过极限范围；第一变速组改为第一扩大组，级比指数为2，传动副数为3；第一变速组用三速电动机代替，型号YD160L8/4/2，2.8/7/9kW，720/1440/2910r/min，相邻转速功率差别很大。结构式只能为：,例:,减少一对齿轮；传动轴的长度减少。,第三节 计算转速,计算转速：主轴或传动件传递全部功率的最低转速。在机床设计过程中涉及到功率、转速、转矩和外载荷之间的相互关系问题专用机床按照特定工艺设计P、n一定转矩确定普通机床主传动的功率P典型加工切屑用量确定,2.3 计算转速,一、机床功率转矩特性,恒转矩传动,恒功率传动,直线运动,旋转运动,切削力恒定，与切削速度无关,切削力与切削速度反比关系,机床传动形式,2.3 计算转速,主轴从计算转速到最高转速之间的每级转速都能传递全部功率，而输出的转矩则随转速的增高而降低，故称之为恒功率变速范围；,2.3 计算转速,从计算转速到最低转速之间的每级转速都能传递计算转速时的转矩（由结构强度决定的转矩），输出的功率则随转速线性下降，故称之为恒转矩变速范围。,各类机床主轴计算转速可查表计算确定,中型车床，升降台铣床，转塔车床，液压仿型半自动车床，多刀半自动车床，单轴、多轴自动车床，立式多轴半自动车床卧式镗铣床（6390）,等比数列传动 系统,双公比、无级传动系统,2.3 计算转速,2.3 计算转速,中型立式钻床，摇臂钻床，滚齿机,等比数列 传动系统,双公比、无级传动系统,2.3 计算转速,二、机床变速系统中传动件的计算转速各个传动轴计算转速的确定，先确定主轴计算转速，再按传动顺序由后往前依次确定；最后确定各传动件的计算转速。,2.3 计算转速,主轴的计算转速,轴计算转速,其它传动轴的计算转速 178；353；865；1440r/min。,2.3 计算转速,各传动副主动件的计算转速,2.3 计算转速,二、机床变速系统中传动件的计算转速,轴计算转速,其它传动轴的计算转速 178；353；865；1440r/min。,2.3 计算转速,2.3 计算转速,2.3 计算转速,2.3 计算转速,2.3 计算转速,第四节 无级变速系统的设计,一、无级变速 概念：在一定速度范围内，能连续、任意的变换速度。按传动方式可采用液体传动、电力传动和机械传动三种方式,2.4 无级变速系统的设计,无级变速的特点：无级变速能使机床获得最佳切削速度，无相对转速损失；能够在加工过程中变速，保持恒速切削；无级变速系统容易实现自动化操作。因而是数控机床的主要变速形式。,2.4 无级变速系统的设计,变速电机无极变速,直流复励电机变速,交流变频电机变速,2.4 无级变速系统的设计,交流电动机定子电动势与磁通量和定子电流频率的乘积成正比，忽略定子绕组电阻和漏感抗时，定子电动势数值等于定子绕组相电压；三相假想转子电动势为定子电动势与转差率的乘积；在额定相电压、额定载荷下工作时转差率不变（19%），转子电流亦为恒定值；当频率高于额定频率时，定子电动势不变，磁通量随定子电流频率的增高而降低，转速随定子电流频率的增大而线性增大，假想转子的电磁转矩与磁通量成正比而线性下降，输出功率维持额定条件下的大小不变，故定子电流频率高于额定频率的调速为恒功率调速。,普通感应电动机的恒功率变速范围为1.5,电动机在额定条件下工作时，磁场已达到近似饱和的程度，故频率低于额定频率时，磁通量近似不变，转子的电磁转矩为恒定值，定子电动势随电流频率的降低而线性降低，假想转子的输出功率随定子电流频率的降低而线性降低，故称定子频率低于额定频率的调速为恒转矩调速。恒转矩变速范围超过二百，最低转速可达6r/min。,交流变频电动机额定转速为1500r/min或2000r/min，恒功率变速范围为3、4；,2.4 无级变速系统的设计,二、直线运动无级变速 伺服电动机和步进电动机是恒转矩变速，功率不大。只能用于直线进给运动和辅助运动。如果调速电动机驱动载荷特性是恒转矩负载，如龙门刨的工作台等，可直接利用电动机的恒转矩转速拖动直线运动部件，使电动机的恒转矩变速范围等于直线运动部件的恒转矩变速范围，电动机额定转速产生直线运动部件的最高速度。,2.4 直线运动无级变速,二、无极变速主传动系统设计原则 选择功率和转矩特性符合传动系统要求的变速装置 龙门刨床的工作台选择恒转矩为主的直流电动机 车、铣床主轴选择恒功率的机械无极变速装置、变速电动机串联机械分级变速箱,2.4 直线运动无级变速,无级变速装置与机械分级变速箱串联扩大变速范围 如果机床主轴要求的变速范围为Rn，选取无极变速装置的变速范围为Rd，则串联的机械分级变速箱的变速范围Rr为,2.4 直线运动无级变速,机械分级变速箱的变速级数,机械分级变速箱的公比,2.4 旋转主运动的无级变速,三、主运动为旋转运动的无级变速,主轴要求的恒功率变速范围 远大于调速电动机的恒功率变速范围，必须串联分级变速系统来扩大电动机的恒功率变速范围，以满足机床需求。,电动机的额定转速产生主轴的计算转速；电动机的最高转速产生主轴的最高转速。,2.4 旋转主运动的无级变速,假设调速电动机的恒功率变速范围为，串联变速组公比为，则：,2.4 旋转主运动的无级变速,2.4 旋转主运动的无级变速,2.4 旋转主运动的无级变速,串联的分级传动系统的公比等于电动机恒功率变速范围时，输出的无级转速的变速范围最大。换言之，变速范围一定，当分级传动系统的公比与电动机恒功率相等时，需串联的变速组数最少。,2.4 旋转主运动的无级变速,调速电动机的恒功率变速范围为，在保证输出转速连续前提下，串联一个双速变速，获得的最大变速范围为，此时:,2.4 旋转主运动的无级变速,串联两个双速变速组后，能得到的连续无级转速的最大变速范围是，这时:,2.4 旋转主运动的无级变速,调速电动机串联级双速变速组后，能获得的最大变速范围是：,2.4 旋转主运动的无级变速,为自然数，且采用收尾法圆整。,取：,取：,例：,若变速范围一定时，至少要串联的变速组数：,2.4 旋转主运动的无级变速,分级传动系统的公比一般比电动机的恒功率变速范围小，分级传动系统的实际公比为:,2.4 旋转主运动的无级变速,串联的分级传动系统注意点：最小传动比应采用前缓后急的原则；扩大顺序与传动顺序应采用前密后疏的原则；应遵循极限传动比、极限变速范围的原则。,2.4 旋转主运动的无级变速实例,例2-6 某数控机床，主运动由变频电动机驱动，电动机连续功率7.5kW，额定转速，最高、最低转速，机床主轴最高、最低转速：，计算转速：。设计所串联的分级传动系统。,2.4旋转主运动的无级变速实例,解：主轴要求的恒功率变速范围,电动机的恒功率变速范围是3，即,该系统至少需要的转速级数、变速组数,2.4旋转主运动的无级变速实例,分级传动系统的实际公比为,结构式为,收尾圆整得：,2.4旋转主运动的无级变速实例,分级传动系统的最小传动比,根据前缓后急的原则分配最小传动比：,其它传动副的传动比,2.4 旋转主运动的无级变速实例,调速电动机的最低工作转速,电动机最低工作转速时所传递的功率,2.4 旋转主运动的无级变速实例,2.4 增大恒功率无级变速范围,五、增大恒功率无级变速范围的方法,如果要求每段转速的无级变速范围，应增大电动机的功率，增大的比率为，即将电动机的功率扩大 倍，传递功率 的最低转速为，从而使电动机传递功率为 的转速范围变为。,2.4 增大恒功率无级变速范围,从另一角度考虑，电动机传递功率 的最低转速（额定转速）仍为，主轴传递电动机额定功率的最低转速（计算转速）则为，对于增加功率后的电动机来讲，提高了主轴的计算转速，这样在某种程度上，简化了无级变速中串联的分级传动系统的设计。,2.4 增大恒功率无级变速范围,例：上述机床，若要求主轴每段的恒功率无级转速范围，确定其分级变速系统。,解：主轴要求的恒功率变速范围24；电动机功率变为,电动机传递7.5kW时的最低转速为,2.4 增大恒功率无级变速范围,至少需串联的双速变速组数和传动副数为,分级传动的实际公比为,结构式为,2.4 增大恒功率无级变速范围,分级传动系统的最小传动比,根据前缓后急的原则，取,其它传动副的传动比,2.4 增大恒功率无级变速范围,调速电动机的最低工作转速,电动机最低工作转速时所传递的功率,主轴传递电动机额定功率（10kW）的最低转速为,2.4 增大恒功率无级变速范围,2.4 增大恒功率无级变速范围,第五节 进给传动系统设计,一、进给传动的载荷特点 进给传动：实现机床的进给运动和辅助运动。机床的进给运动大多数为直线运动。直线进给运动的载荷是切削力，与切削面积成正 比。直线运动是恒扭矩载荷，传动件的计算转速 是该传动件的最大转速。,2.5 进给传动系统设计,二、进给传动的分类及组成 进给运动按运动性质分为外联系进给链和内联系进给链；进给链按控制方式及变速形式分为普通机床分级变速进给链和数控机床无级变速进给链。,1、外联系进给传动链，一般包括变速机构、换向机构（如换向惰轮）、运动分配机构、过载保护机构、运动转换（将回转运动变换成直线运动）机构（齿轮齿条副、丝杠螺母副等）。2、内联系进给传动链只包括传动比准确的变速机构。,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,三、进给传动的基本要求1.有较高的静刚度。2.具有良好的快速响应性，抗振性能好，噪声低，有良好的防爬行性能，切削稳定性好。3.进给系统有较高的传动精度和定位精度。4.能满足工艺需求，有足够的变速范围。5.结构简单，制造工艺性好，调整维修方便，操纵轻便灵活；制造成本低，有较好的经济性。,四、分级进给传动设计的原则 对于等差数列进给传动，设计时以满足工艺需求为目的。随机数列进给传动系统，如齿轮加工机床的分齿运动链、车床的非标准螺纹进给传动链等，采用交换挂轮机构。,2.5 进给传动系统设计,四、分级进给传动设计的原则进给传动系统的极限传动比、极限变速范围进给传动扩大顺序的原则、最小传动比原则 扩大顺序应采用前疏后密的原则 最小传动比应尽量采用前缓后急的原则,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,五、无级变速进给系统 进给传动系统的无级变速系统，普通机床多采用液压无级调速；数控机床一般采用伺服电动机无级调速。伺服电动机分为直流伺服和交流伺服两类。小惯量直流电动机：大惯量直流电动机：,电励磁：成本低，便于调整 永磁型：低速稳定，输出扭矩大，但转动惯量大，响应慢,转子直径小，转动惯量小，响应时间快，额定扭矩较小，高速轻载机床,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,1、开环系统 伺服系统没有反馈装置，数控装置发出的脉冲，经环形分配器，功率放大器，驱动步进电动机旋转，运动经齿轮、滚珠丝杠螺母副，带动工作台移动。开环系统适用于精度要求不高的数控机床中。,2.5 进给传动系统设计,2、闭环系统 它是将检测装置安装在工作台等执行件上的伺服系统。检测装置将工作台等执行件的实际位移量反馈给数控装置，与控制量相比较，比较结果对伺服电动机进行控制、或对伺服电动机的指令进行修正补偿，能完全消除工作台等执行件的移动误差。,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,半闭环系统半闭环系统是检测装置不安装在工作台等执行件上的伺服系统。检测装置安装在进给传动中的旋转部件上，补偿环是伺服系统的一部分，不能检测工作台等执行件的运动误差，所以半闭环系统的精度比开环伺服系统高，低于闭环伺服系统。,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,2.5 进给传动系统设计,六、直线伺服电动机进给传动系统 直线电动机是直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置，是适应高速加工或微量进给精加工技术发展的需要而出现的新型电动机；可直接驱动工作台或刀架直线运动。直线伺服电动机的工作原理与旋转伺服电动机相似，可看为旋转伺服电动机沿径向剖开，向两边拉伸展平后形成的。,2.5 进给传动系统设计,优点：获得较大的驱动力，传动刚度高，响应快；且可以省去齿轮、齿形带和滚珠丝杆副等机械传动，简化机床机构，避免了由传动机构的制造精度、弹性变形、磨损、热变形等因素引起的传动误差。缺点：存在磁力外泄现象，必须有效地隔磁、防磁；散热困难，需采取防护吸引切屑；结构没有缓冲，控制系统复杂,2.5 进给传动系统设计,第六节 结构设计,一、变速箱结构及传动轴组件的布置 变速箱的主要功能是保证机床的运动，有较高的几何精度，传动精度和运动精度。有足够的强度、刚度。振动小，噪声低。操作应方便灵活。,变速箱内传动轴的布置应充分考虑安装、调整、维修、散热等因素，按空间三角形分布，并根据运动的性能、标准零部件尺寸及机床的型式合理确定各传动轴位置。,2.6 结构设计,2.6 结构设计,2.6 结构设计,例：,2.6 结构设计,2.6 结构设计,二、齿轮的轴向布置1三联滑移齿轮顺利啮合的条件 由图可看出，当三联滑移齿轮右移使齿轮z1与z4啮合时，次大齿轮z2越过了固定的小齿轮z6，为防止次大齿轮z2与固定的小齿轮z6齿顶相碰，应使次大,2.6 结构设计,二、齿轮的轴向布置1三联滑移齿轮顺利啮合的条件 齿轮z2与齿轮z6齿顶圆半径之和不大于中心距，即,2.6 结构设计,二、齿轮的轴向布置1三联滑移齿轮顺利啮合的条件由此可得三联滑移齿轮顺利啮合的条件为：,2.6 结构设计,2齿轮轴向布置原则 滑移齿轮机构中,必须当一对齿轮副完全脱离啮合，另一对齿轮才能进入啮合。固定齿轮间的最小距离应为齿轮宽度的两倍，并留有=12mm间隙，齿轮的齿宽为,2.6 结构设计,避免滑移齿轮与固定的小齿轮齿顶相碰a.三联滑移齿轮的最大、次大齿轮齿数差应不小于4b.采用变位齿轮，使两者顶圆直径之差不小于4个模数c.改变啮合变速条件，让滑移的小齿轮越过固定的小齿轮，使最大和最小齿轮齿数差不小于4d.采用牙嵌式离合器变速，使齿轮不动,为减少轴向长度，应尽量采用窄式排列。滑移齿轮应尽量装在主动轴上，以减少滑移齿轮的重量，易于操纵。,2.6 结构设计,2.6 结构设计,3.一个变速组中齿轮的轴向布置 窄式排列和宽式排列 窄式排列：滑移的齿轮紧靠在一起，大齿轮居中，固定的齿轮分离安装，相隔距离为2b+，相邻变速位置的滑移行程也是2b+。,宽式排列：固定的齿轮紧靠在一起，大齿轮居中；滑移的齿轮分离安装，两齿轮的内侧距离为2b+，相邻变速位置的滑移行程仍是2b+。,2.6 结构设计,2.6 结构设计,亚宽式排列 三联滑移齿轮中的两齿轮紧靠在一起，另一齿轮与之分离，分隔距离为2b+，这种排列的轴向总长度为B9b+3，介于宽式、窄式排列之间。最大优点能实现转速从高到低的顺序变速。,2.6 结构设计,滑移齿轮的分组排列 四个传动副的变速组，滑移齿轮可分为两组，并联合控制，保证只有一组齿轮处于啮合状态，,2.6 结构设计,4.相邻两个变速组齿轮的轴向排列 并行排列 相邻两个变速组的公共传动轴上，被动齿轮和主动齿轮分别安装，主动齿轮安装一端，被动齿轮安装一端；三条传动轴上的齿轮排列呈阶梯形，其轴向总长度为两变速组轴向长度之和。,2.6 结构设计,2.6 结构设计,交错排列 相邻两个变速组的公共传动轴上的主、被动齿轮交替安装，使两变速组的滑移行程部分重叠，从而减短了轴向长度。,2.6 结构设计,公用齿轮传动结构 相邻两个变速组的公共传动轴上，将某一被动齿轮和主动齿轮合而为一，形成既是第一变速组的被动齿轮，又是第二变速组的主动齿轮。两变速组可减少一个齿轮，轴向长度可减短一个齿轮宽度。,注意：公用齿轮的应力循环次数是非公用齿轮的2倍，根据等寿命理论，公用齿轮应为变速组中齿数较多的齿轮。因此，公用齿轮常出现于前一级变速组的最小传动比和后一级变速组最大传动比中。,2.6 结构设计,X6132A变速组a、变速组b齿轮的轴向排列，z38齿齿轮为公用齿轮；变速组a亚宽式排列，中间插入z27、z17；变速组b窄式排列,中间插入z33。轴向总长度为11b+3。,2.6 结构设计,2.6 结构设计,双公用齿轮的交错排列，一般基本组在后，扩大组在前。,轴向总长度7b+2,2.6 结构设计,三、提高传动精度的措施1.误差传递规律理论齿距（弧长）和最大、最小齿距分别为理论齿距、最大齿距、最小齿距在以O2为圆心的分度圆上对应的圆心角为：,2.6 结构设计,齿轮绕O2转动时，转动一齿的最大转角误差为,设：与之啮合的齿轮分度圆半径为，即传动比为1/2。当主动齿轮转过 时，理论上从动齿轮应转过。,2.6 结构设计,当主动齿轮转过，理论上从动齿轮应转过，由于齿轮是啮合传动，彼此转过的齿数相等，从动轮实际转过的角度为，从动轮由主动轮引起的最大转角误差为,从动轮最大转角误差为主动轮转角误差与传动比之积,2.6 结构设计,在传动链中，前一级传动件的转角误差，经缩小放大后，和被动齿轮的转角误差一起，传给后一级传动副，再按后一级传动副传动比的大小进行扩大或缩小。即：传动链中，传动件在传递运动和转矩的同时，也将传动件的转角误差按传动比的大小进行放大缩小，依次向后传递，最终反映到执行件。,由上可得如下结论.：传动链中，某传动件至执行件的总传动比小于1，则该传动件的转角误差在传动中被缩小；反之，将被扩大。,2.6 结构设计,2.6 结构设计,提高传动精度的措施 1）尽量缩短传动链。传动副越少，误差源越少。2)使尽量多的传动路线采用先缓后急的降速传动，且末端传动组件（包括轴承）要有较高的制造精度、支承刚度，必要时采用校正机构，这样可缩小前面传动件的传动误差，且末端组件不产生或少产生传动误差。,3)升速传动、尤其是传动比大的升速传动，传动件的制造精度应高一些，传动轴组件应有较高的支承刚度。减小误差源的误差值，避免误差在传动中扩大。4)传动链应有较高的刚度，减少受载后的弯曲变形。主轴及较大传动件应作动平衡，或采用阻尼减震结构，提高抗振能力。,2.6 结构设计,第二章 习题与思考题,2-1 何谓转速图中的一点三线？机床的转速图表示什么？2-2 结构式与结构网表示机床的什么内容？2-3等比传动系统中，总变速范围与各变速组的变速范围有什么关系？与主轴的转速级数有什么关系？2-4 等比传动系统中，各变速组的级比指数有何规律？2-5 拟定转速图的原则有哪些？2-6机床转速图中，为什么要有传动比限制，各变速组的变速范围是否一定在限定的范围内，为什么？,第二章 习题与思考题,2-7 机床传动系统为什么要前多后少，前密后疏，前缓后急？2-8，计算各变速组的级比，变速范围及总变速范围；并指出该结构式表示什么类型的传动链；在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动链，应采用什么措施？,第二章 习题与思考题,2-9 某机床公比，主轴转速级数Z=16，n1=40r/min，nmax=2000 r/min，试拟定出结构式，画出结构网；若电动机功率P=4kW，额定转速nm=1440 r/min，确定齿轮齿数，画出转速图。2-11 某机床的主轴转速为n=1001120 r/min，转速级速Z=8，电动机转速nm=1440 r/min，试拟定结构式、画出转速图，画出传动系统图。2-12 某机床公比，转速级速Z=18，拟定结构式、画出结构网。说出拟定结构式的依据。,第二章 习题与思考题,2-14 举例说明避免背轮机构高速空转的措施！2-15 求图231中各齿轮、主轴、传动轴的计算转速。,第二章 习题与思考题,2-16 某数控机床，主轴n=31.53000 r/min，计算转速nj=125 r/min；主传动采用变频电动机驱动，电动机转速为nm=64500 r/min，额定转速nd=1500 r/min，功率为P=7.5kW；试设计电动机串联的分级传动系统。,第二章 习题与思考题,2-19 无级变速有哪些优点？2-20 数控机床主传动设计有哪些特点？2-21 进给传动与主传动相比，有哪些不同？2-22 三联滑移齿轮的最大与次大齿轮的齿数差小于四时，为顺利滑移啮合变速，应采用什么措施？2-23 有公用齿轮的交错排列有什么优点？,第二章 习题与思考题,2-24 提高传动链的传动精度应采用什么措施？2-25 结构式是转速图的数学表达式，那么它是否具有乘法的交换率和分配率？为什么？2-26 直线运动的主传动链和进给链其载荷特性是否相同？其计算转速怎样确定？2-27 误差传递的规律是什么？如何提高传动联的传动精度？传动件的转角误差与那些因素有关？,