第8章传动系统设计.ppt

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1、机械制造装备设计 1,第八章 传动设计,机械制造装备设计 2,本章重点有级变速传动系统的设计原则转速图拟订步骤常见有级变速传动系统分析难点有级变速传动系统的设计原则,机械制造装备设计 3,机床的传动系统组成 表面形成运动传动系统 辅助运动传动系统,机械制造装备设计 4,1.表面成形运动传动系统,表面成形运动：传动工件或刀具作母线和母线运动轨迹。组成部分：主运动切下切屑的运动进给运动维持切削运动连续进行的运动切入运动使工件表面逐步达到规定尺寸的运动,机械制造装备设计 5,2.辅助运动传动系统,作用：使加工过程正常进行如快速趋近、快速退出，刀具和工件的自动装卸和夹紧分度运动、控制运动、校正运动等,

2、机械制造装备设计 6,第一节 有级变速主传动系统的组成和要求第二节 有级变速主传动系统设计第三节 计算转速第四节 无级变速系统第五节 进给传动系统概述第六节 内联传动链设计原则第七节 其他设计注意事项,机械制造装备设计 7,第一节 有级变速主传动系统的组成和要求,机械制造装备设计 8,主运动的有级变速,主传动系统：实现机床的主运动主运动变速目的：适应各种工艺要求实现运动变速：液压传动、电气传动常用机械变速：无级变速、有级变速常用：有级变速的齿轮传动,机械制造装备设计 9,齿轮变速箱特点,优点：变速范围大，传递功率大，传动比准确，工作可靠等。缺点：不能实现无级变速，齿轮传动不够平稳，结构复杂，不

3、宜用于高速精加工机床上。,机械制造装备设计 10,主传动系统的功用,机械制造装备设计 11,主传动系统的组成部分。,固定传动比结构变速机构 主轴、主轴支承、传动件开停装置 制动装置 换向装置操纵机构润滑装置,机械制造装备设计 12,主传动系统设计要求,转速范围和变速级数功率、扭矩、传动效率精度、刚度、抗振性、热变形自动化程度、生产率操作灵活，安全可靠，维修方便。制造方便，成本便宜。,机械制造装备设计 13,第二节 有级变速主传动系统设计,机械制造装备设计 14,有级变速主传动系统设计 一、转 速 图 二、变速的基本规律 三、结构网和结构式 四、转速图的拟定 五、齿轮齿数的确定 六、齿轮的布置

4、七、扩大变速范围的几种方法,机械制造装备设计 15,运动参数如转速范围、公比基本确定，如何设计传动系统？通常采用转速图使用转速图：直观表达各轴转速的变化、传动副的速比关系,机械制造装备设计 16,已知：Rn、Z、解决：几根传动轴 几对齿轮 每对齿轮的传动比 齿轮齿数方法：转速图、结构式、结构网,机械制造装备设计 17,机械制造装备设计 18,机械制造装备设计 19,机械制造装备设计 20,一、转 速 图,竖直线代表传动系统的各轴，从左到右依次标注、，距离相等并不意味着中心距相等横直线与竖直线的相交点(用圆圈表示)，用来代表各级转速。,机械制造装备设计 21,相邻两轴之间的相应转速的连线：传动副

5、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,机械制造装备设计 22,X2010龙门铣床,第一变速组(II-III轴)，三对齿轮,机械制造装备设计 23,第二变速组(III一IV轴)，二对齿轮,机械制造装备设计 24,第三变速组(IV-V轴)，二对齿轮,机械制造装备设计 25,等比数列相乘=等比数列？,等比数列110，12.5，16等比数列210，20，40两个等比数列相乘：100，125，160，200，250，320，400，500，640,机械制造装备设计 26,二、变速的基本规律,机械制造装备设计 27,2.总变速范围=

6、各变速组变速范围的乘积,变速组的变速范围=最大传动比和最小传动比之比总变速范围=各变速组变速范围的乘积,机械制造装备设计 28,3.变速组的传动比之间的关系,变速组内相邻传动比之间的比值级比x0级比的指数x0变速组的级比指数转速图中相邻传动比相间隔的格数,机械制造装备设计 29,基 本 组,第一变速组，相邻传动比=1：2，即x0=1三个传动比的连线相隔一格变速后，III轴可以得到三级连续等比数列的转速，即500、630、800。x0=1的变速组“基本组”或“基本变速组”。,机械制造装备设计 30,第二变速组,x1 该变速组的级比指数，x1=3相邻传动比之间相差3倍第IV轴得到6级连续的等比数列

7、第二变速组的作用：将基本组的变速范围进行第一次扩大第一扩大组,机械制造装备设计 31,第三变速组,x2该变速组的级比指数，x2=6相邻传动比之间相差6倍第V轴可以得到322=12级转速第二次把基本组的转速范围扩大第二扩大组,机械制造装备设计 32,扩大顺序,按扩大转速范围过程而排列的基本组、第一扩大组、第二扩大组的排列顺序,机械制造装备设计 33,等比数列1：10，14等比数列2：20，40两个等比数列相乘：200，280，400，560,机械制造装备设计 34,等比数列1：10，12.5，16等比数列2：10，20，40两个等比数列相乘：100，125，160，200，250，320，400

8、，500，640,机械制造装备设计 35,等比数列1：10，14，20，28等比数列2：20，80两个等比数列相乘：200，280，400，560，800，,机械制造装备设计 36,变速规律,机械制造装备设计 37,级比规律,基本组级比 x0 x0=1第一扩大组级比 x1 x1=p0第二扩大组级比 x2 x2=p0 p1第三扩大组级比 x3 x3=p0 p1 p2第j扩大组级比xj xj=p0 p1 p2pj-1,机械制造装备设计 38,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r 1,机械制造装备设计 39,第二扩大组的变速范围r 2：,同理，第j 扩大组变速范围rj,

9、机械制造装备设计 40,正常传动系统,结论：以基本组为基础，通过第一、第二、扩大组把各轴的转速级数和变速范围逐步扩大，且各变速组相邻传动比之间又遵循级比规律，则机床传动系统的转速数列是连续的等比数列,机械制造装备设计 41,P0、P1、P2、P3、P4Z=P0P1P2P3P4R=r0r1r2r3r4,机械制造装备设计 42,三、结构网和结构式,机械制造装备设计 43,结构网,结构网：转速图的对称形式二轴间连线:仅表示传动关系轴上各圆点:不表示该轴的具体转速转速图有一致的变速特性，一个转速图对应一个结构网一个结构网可以画出很多不同的转速图,机械制造装备设计 44,结构式,结构网又可以简化为结构式

10、结构式：专门用来表示变速系统特性的式子,机械制造装备设计 45,结构式：12=312326,12-转速级数3、2、2-变速组的传动副数和传动顺序1、3、6各变速组级比指数x0，x1，x231-基本组x0=1，p0323-第一扩大组,x13、p1226-第二扩大组，x 2=6，p2=2,机械制造装备设计 46,各组变速范围分别为2、3、6等，它和结构网一样只表示变速特性的相对关系。,机械制造装备设计 47,四、转速图的拟定,任务：为了寻找最佳的变速系统方案步骤：Rn、z、变速组数及其传动副数结构式或结构网。结构式(结构网)转速图分配传动比传动比齿轮的齿数传动系统图,机械制造装备设计 48,1.变

11、速组及其传动副数的选择,一定变速级数的变速系统可由不同数目的变速组组成减少变速组数目：缩短传动链总变速级数Z一定增加各变速组内传动副数目p并且降速过快齿轮径向尺寸增大,机械制造装备设计 49,12级,1)1262 需26=8对齿轮 2)1243 7 对 3)12=322 3十22=7对,机械制造装备设计 50,主轴最低转速，一般比电动机转速低得多如果采用p=2或3时，达到同样的变速级数变速组相应增加，这样可以利用变速的传动比兼起降速作用减少专门用于降速的定比传动副。,机械制造装备设计 51,2.结构式或结构网的选择,改变排列顺序，可得到不同方案如12级转速，按传动顺序排列有：12 322 12

12、=232 12 223,机械制造装备设计 52,1)传动副的“前多后少”原则,传动副数较多的变速组安排在前面，传动副数较少的在后面当Z=papbpcpm 时,令 papbpcpm 电动机转速高于主轴的大多数转速，变速系统以降速传动居多根据转矩公式(单位Nm)T=9550P/n,机械制造装备设计 53,T=9550P/n,传递功率P一定转速较高扭矩小传动件(如轴、齿轮)的尺寸小传动副数较多的变速组在前面的高速轴上，可节省材料，减少传动系统的转动惯量。以12级变速系统为例，应选择结构式 12322,机械制造装备设计 54,2)传动副的“前紧后松”原则,变速组的扩大顺序与传动顺序一致。当Zpapbp

13、cpj时,x0 x1x2xj 传动顺序中：基本组第一扩大组第二扩大组第j扩大组“前紧后松”原则,机械制造装备设计 55,在转速图上表现为前面变速组传动比连线分布较密，后面变速组传动比连线分布疏松目的：使前面的各轴转速范围较小,机械制造装备设计 56,12=322的六种方案,12=312326 12=312623 12=322126 12=342122 12=322621 12=342221,机械制造装备设计 57,机械制造装备设计 58,机械制造装备设计 59,机械制造装备设计 60,12=312326扩大顺序与传动顺序一致,机械制造装备设计 61,3)变速组的变速范围810,降速传动中，主动

14、齿轮的最少齿数受到限制，u min=1/4；避免被动齿轮的直径过大升速传动比最大值umax2(斜齿传动umax=2.5)，尽量减少振动和噪声各变速组的变速范围r=810之间,机械制造装备设计 62,最后扩大组的变速范围最大只需要检查最后扩大组的变速范围不超过限制范围第j 扩大组变速范围rj,机械制造装备设计 63,如Z=18，1.2618313329最后扩大组变速范围 r2=(pj-1)xj=(2-1)9=8合格,机械制造装备设计 64,方案18313623最后扩大组变速范围 r2=(pj-1)xj=(3-1)x6=12=168不合格,机械制造装备设计 65,3.分配传动比，合理安排降速,较好

15、的结构式方案绘制转速图合理分配各传动副的传动比当变速系统是降速传动时，要求各中间轴转速适当安排高一些，以减少传动件的尺寸,机械制造装备设计 66,绘制转速图时的注意点：,各传动副的最大、最小传动比应尽可能不超出极限传动比umax和 uminuaminubmin ucmin，而且最后扩大组的umin一般取极限值，这是在降速传动时采取“前缓后急”(前慢后快)的原则选用标准的传动比，传动比尽量取公比的整数次方，即 u=E(E为整数),机械制造装备设计 67,机械制造装备设计 68,机械制造装备设计 69,机械制造装备设计 70,4.举例,拟定万能卧式中型铣床的主传动系统的转速图主轴的转速范围为301

16、500r/min异步电动机的转速1440r/min,机械制造装备设计 71,1)选定公比,选定公比，定转速级数Z和各级转速中型通用机床，常用为1.26或1.41，本例选定=1.26。Rn=nmax/nmin=1500/30=50Z=1+lgRn/lg1+lg50/lg1.26=17.9，取Z=18,机械制造装备设计 72,转速数列：30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500,机械制造装备设计 73,2)选择结构式,确定变速组和传动副数目 18=332确定各变速组的排列次序 根据“前多后少”的原则

17、 选择18=332的方案,机械制造装备设计 74,确定变速组的扩大顺序。根据“前密后疏”的原则，选择结构式 18=313329验算最后扩大组的变速范围，在允许的变速范围之内 r2=(pj-1)xj=91=8,机械制造装备设计 75,机械制造装备设计 76,3)是否需要增加降速的定比传动副,总降速比为30/1450=1/48，最小降速比为1/4，则总降速比为1/64，不需增加降速的定比传动副为使中间的二个变速组降速缓慢，减少结构的径向尺寸，在轴I到轴II间增加一对26/54的降速传动有利于变型机床的设计,机械制造装备设计 77,机械制造装备设计 78,4)分配各变速组的最小传动比,拟定转速图,轴

18、 IV-V 的最小传动比：主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，最后一个变速组的umin取极限值1/4，公比=1.26，1.266=4，其余变速组的umin根据“前缓后急”的原则。画出各变速组的传动比连线按基本组的级比指数x0=1，第一扩大组的级比指数x1=3，第二扩大组级比指数x2=9，画出各变速组的传动比连线，画出全部传动比连线。,机械制造装备设计 79,机械制造装备设计 80,机械制造装备设计 81,机械制造装备设计 82,5.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100之内一般推荐Sz 100120。同一变速组中的

19、各对齿轮，其中心距必须保证相等。,机械制造装备设计 83,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,机械制造装备设计 84,保证主轴的转速误差在规定范围之内。,机械制造装备设计 85,1)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,机械制造装备设计 86,(1)计算法,各对齿轮模数相同，不采用变位齿轮，则各对齿轮的齿数和也必然相等 zj+zj=sz=常数 zj/zj=uj,机械制造装备设计 87,找出不产生根切

20、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,机械制造装备设计 88,举 例,zmin在降速比最大的传动副u1中，即z1=zmin若取z1=24，则z1=242=48 Sz=24+48=72,机械制造装备设计 89,机械制造装备设计 90,(2)查表法 表8-1,横行Sz 表示齿数和纵列u 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u1时，升速传动，小齿轮为从动轮。当u1时，降速传动，小齿轮为主动轮，用传动比u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。,机械制造装备设计 91,u1=1/2，u2=1/1.41

21、，u3=1。,查表的步骤如下：在u1、u2、u3中找到出现zmin的传动比u1。避免根切和结构设计需要，取Zmin=22。找出u1=1/2的倒数2一行中找到Zmin=22时，查到Smin66。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，。,机械制造装备设计 92,确定合理的齿数和 Sz，并根据它决定各齿轮的齿数。Sz=72由u1=2.00的一行中找出z124，则z1=Sz-z1=72-24=48；由u2=1.41的一行中找出z2=30，则z2=Sz-z2=72-30=42；由u3=1的一行中找出z3=36，则z3=Sz z3=72-36=36

22、。,机械制造装备设计 93,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,机械制造装备设计 94,机械制造装备设计 95,Z1-Z2=4 可使次大齿轮的齿顶圆减小一点Z1-Z24 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,机械制造装备设计 96,2)同一变速组中齿轮的模数不同，齿轮齿数的确定,当变速组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

23、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,机械制造装备设计 97,Sz1、Sz2 分别为m1、m2两传动副的齿数和。Sz1/Sz2=m2/m1=e2/e1 或 Sz1=ke2；Sz2=ke1e1、e2无公因数的整数；k 整数。,机械制造装备设计 98,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。,机械制造装备设计 99,X62w铣床主传动中IV-V轴间的两对齿轮,传动比u1=1/4

24、、u2=2分别取m1=4、m2=3。Sz1/Sz2=m2/m1=e2/e13/4 取k 30 Sz1=ke2=30390 Sz2=ke1=304120 按传动比将齿数分配如下：u1=1/4=18/7219/71 u2=2=80/4082/38,机械制造装备设计 100,6.齿轮的布置,当转速图和齿轮齿数确定之后，变速箱的结构基本确定(如齿轮个数，轴数，支承数)。为使变速箱结构紧凑，齿轮是否合理布置直接影响到变速箱的尺寸，变速操纵的方便性和结构实现的可能性等问题。在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，一般应尽可能减少变速箱尺寸变速箱的轴向尺寸和径向尺寸经常不可能同时缩小,机械制造装备设计 101,

25、L=2B+24mm滑移齿轮最好布置在主动轴上转速高(降速传动时)，尺寸小，操纵省力便于设计操纵机构，也可把两个相邻的滑移齿轮放在同一根轴上。,机械制造装备设计 102,1)缩小轴向尺寸,常用下列几种方法缩短轴向尺寸：(1)采用合理的齿轮块结构 滑移齿轮在轴上的排列：窄式和宽式(2)采用公用齿轮 节省齿轮个数 缩短轴向尺寸,机械制造装备设计 103,(3)相邻变速组的主动和被动齿轮交错排列,如果在同轴上相邻变速组的主动齿轮和被动齿轮都固定在轴上，则可交错排列这些齿轮以缩短轴向尺寸。,机械制造装备设计 104,(4)增加定比传动,可以减少轴向尺寸但轴的数目和支承的数目相应增多且径向尺寸增大。,机械

26、制造装备设计 105,2)缩小径向尺寸,有些机床如卧式镗床，龙门铣床等的变速箱连同主轴一起沿立柱(或横梁)导轨移动，为了不使变速箱悬出过多，减少变速箱对导轨的颠覆力矩，提高机床的刚度和运动的平稳性，应使变速箱的重心和主轴尽可能靠近导轨面，这就要求缩小变速箱的径向尺寸。,机械制造装备设计 106,1)缩小轴间尺寸,尽可能选用较小的齿数和，尽可能少用u1/4的传动比，可用u=1/21/2方案,机械制造装备设计 107,当小齿轮的直径相同时，升速比越小或降速比越大，轴间距越小，当两轴变速组中的最大传动比(umax)与最小传动比(umin)互为倒数，即umax umin=1时，在转速图中umax和um

27、in呈对称分布。,机械制造装备设计 108,2)使传动轴中某些轴线相互重合,同轴使相邻变速组的轴间距相等可以大大缩小径向尺寸减少箱体上孔的排数，改进了镗孔工艺性。,机械制造装备设计 109,3)尽量使各轴在空间布置紧凑,为了压缩变速箱径向的面积，在各个齿轮和轴之间不发生碰撞的情况下，应在设计剖面图时，使各轴在空间的布置尽量紧凑。,机械制造装备设计 110,7.扩大变速范围的几种方法,问题的提出：某机床=1.41,n1=7.1,nz=1250Rn=176Z=lgRn/lg+1=1616=21222428rmax=r3=1.41222(2-1)=16,机械制造装备设计 111,最后扩大组的变速范围

28、：,机械制造装备设计 112,机械制造装备设计 113,当=1.26时，zmax18，Rnmax=50；当=1.41时，zmax12，Rnmax=45。Pj=3 当=1.26时，zmax13，Rnmax=18；当=1.41时，zmax 9，Rnmax=16。现代通用机床的变速范围常常超过上述范围，如CM6132型精密卧式车床的Rn=105，最新型镗床Rn 200。,机械制造装备设计 114,1)增加一个变速组,变速系统的总变速范围Rn等于各变速组变速范围的乘积 Z=P0P1P2P3P4，R=r0r1r2r3r4 增加一个变速组可以增加Rn，但rmax810增加变速组：可以扩大变速范围Rn 会出

29、现部分转速重复 没有充分利用传动副,机械制造装备设计 115,=1.41，Rnmax=45，z=12的变速系统结构式为：12=312326增加一个两个传动副的变速组：24=312326212最后扩大组的变速范围 r3=12=1.4112=648 r3=(12-6)=1.41(12-6)=8,机械制造装备设计 116,这时转速图上出现了6级转速重复，结构式应改为：18=3123262(12-6)总变速范围增加到Rn=17=1.4117=344。,机械制造装备设计 117,机械制造装备设计 118,2)采用背轮机构,传动原理结构上，占两排轴孔位置，可缩小变速箱径向尺寸，减少镗孔数目。在高速传动时，

30、直接合上离合器，不经齿轮传动，缩短了高速传动链，这时应使背轮脱开，以免主轴经z2/z2反过来传动II轴，增加噪声和机床的空载功率。,机械制造装备设计 119,3)采用分支传动,为了扩大主轴的变速范围，C620-1、CA6140车床采用分支传动的方法实现。原理图,机械制造装备设计 120,机械制造装备设计 121,机械制造装备设计 122,机械制造装备设计 123,CA6140转速图特点是：1)传动链上第一变速组两个传动副而第二变速组三个传动副。2)电动机经I轴到II轴是先降速后升速。,机械制造装备设计 124,I轴要安装摩擦离合器，必须占据一定长度，摩擦片必须有相当的直径来传递扭矩，从而导致I

31、和II轴之间主动轮尺寸大于被动轮尺寸而形成升速传动，因而电动机到I轴之间只好降速。从结构上考虑，I轴转速偏高会引起摩擦离合器振动，所以从电机到I轴采用降速传动。,机械制造装备设计 125,4)采用混合公比,主轴转速数列不是按一个公比的等比数列分布，而是按多个公比变比数列分布常用转速公比取小些，不常用的转速公比取大一些，设计成混合公比的变速系统可以简化变速机构，提高使用性能。,机械制造装备设计 126,1621222428把基本组的级比指数改为5，即x=5，则结构式为：1625222428 改变扩大顺序，结构式为：1622252428,机械制造装备设计 127,变速系统的变速范围Rn=2548=

32、19=1.2619=80正常的结构式1621222428Rn=1248=15=1.261532,机械制造装备设计 128,增大基本组的级比指数，可以得到混合公比的变速系统增大的差值=空缺格数双公比变速系统基本组的级比指数不能为基本组传动副数的整数倍，否则得不到中间密两端疏的转速数列，而出现中间转速重复的现象如基本组的传动副为2，则基本组级比指数应增大为3，5，7，而空缺级数为2，4，6。,机械制造装备设计 129,第三节 计算转速,机械制造装备设计 130,机械制造装备设计 131,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

33、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。,机械制造装备设计 132,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。,机械制造装备设计 133,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，

34、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。,机械制造装备设计 134,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最低的一级转速作为中间传动件的计算转速。,机械制造装备设计 135,机械制造装备设计 136,若Z=16，nj=n1 Z/3-1nj=n1 18/3-1nj=n1 15/3-1结论：往高靠，即取 n6,机械制造装备设计 137,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

35、达到机床的全部功率,机械制造装备设计 138,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率较大钻头：大多为高速钢,机械制造装备设计 139,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。,机械制造装备设计 140,机械制造装备设计 141,举例：X62W计算转速,机械制造装备设计 142,第四节 无级变速系统,机械制造装备设计 143,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

36、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。,机械制造装备设计 144,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。,机械制造装备设计 145,一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,机械制造装备设计 1

37、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，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。,机械制造装备设计 147,第五节 进给传动系统概述,机械制造装备设计 148,一、进给传动系统的特点,(1)进给运动的速度进给运动的速度比较低，进给力也较小，所需的功率也小(2)进给运动数目进给运动数目较多，如卧式镗床(3)进给运动的传动进给运动为恒扭矩传动，进给传动系统的负荷与主传动不一样。,机械制造装备设计 149,二、进给传动系统的计算转速,进给传动系统是在恒扭矩条件下

38、工作的，确定计算转速，主要是为确定所需的传动功率。计算转速可按下列三种情况来确定：(1)具有快速运动的进给系统 传动件的计算转速是取最大快速运动时的转速。(2)大型机床 对于移动部件重量大，摩擦力比切削力大的大型机床和高精度精密机床的进给传动系统，传动件的计算转速是取最大进给速度时的转速(速度)。,机械制造装备设计 150,(3)中型机床 对于切削力远大于移动部件摩擦力的中型机床，进给传动系统传动件的计算转速取在最大切削抗力下工作时所用的最大进给速度，一般为机床最大进给速度的1/21/3。,机械制造装备设计 151,三、进给传动系统的组成,进给传动系统包括：运动源、变速系统、换向机构、运动分配

39、机构、安全机构、直线运动机构和手动操纵机构等。进给运动与主运动共用运动源时，进给运动一般以主轴为始端，进给量表示为mm/r，如车床、钻床、镗床。进给运动有单独的运动源时，进给运动则以电动机为始端，进给量表示为mm/min，如铣床。,机械制造装备设计 152,进给运动中的变速系统用以改变进给量的大小，当有几条进给传动链带动几个执行件时，为使变速系统为各传动链所共用，变速系统应设置在运动分配机构之前，以简化机构。通用机床的工艺范围广，要求进给量范围大，有级变速的级数要多，一般采用等比数列，也有采用等差数列的。变速系统传递功率小，采用机械无级变速机构的可能性大。,机械制造装备设计 153,进给传动可

40、以采用机械、液压与电气等方式，目前在机床应用较多的机械传动方式，采用滑移齿轮，变速方便，可传递较大的扭矩和采取较大的进给量范围，但结构复杂；交换齿轮传动结构简单，适用于成批、大量生产；,机械制造装备设计 154,棘轮机构用于刨床、磨床等需要间歇进给运动和切入运动；此外，还采用拉键机构、曲回机构，在专用机床和自动化机床上还采用凸轮机构来实现进给和快速运动。液压传动能容易实现无级变速，实现自动化,机械制造装备设计 155,第六节 内联传动链的设计原则,机械制造装备设计 156,一、传动误差的来源和传递规律,1.误差来源 1)传动件制造和装配误差 2)传动件自身受力变形 3)温升的影响,机械制造装备

41、设计 157,2.误差传递规律 误差的分布规律变化多端，有的误差可用计算获知，如温升和受力变形；有的误差无法计算，或者无法实时计算，如齿轮转角误差。对无法计算的误差，使用限制最不利情况下的误差值来控制。,机械制造装备设计 158,二、内联传动链的设计原则,1.缩短传动链2.采用降速传动3.合理分配各传动副的传动比4.合理确定各传动副的精度5.合理选择传动机件6.采用校正装置,机械制造装备设计 159,第七节 其他设计注意事项,机械制造装备设计 160,一、传动件的疲劳强度,传动件往往工作在频繁的交变载荷下，应考虑其疲劳强度计算。零件材料的许用应力一般根据材料的疲劳极限给定。但实际使用中，传动零

42、部件的寿命往往取得与机床的大修期或寿命一致，此时，不同的传动件的工作循环次数与材料的疲劳极限并不可能一致，为合理确定材料的“真实”的许用应力，必须对上述偏离实际载荷条件的许用应力作修正，使其能反映零件的真实工作状况。,机械制造装备设计 161,1.额定载荷和当量载荷 额定载荷：传动件长期工作的最大载荷，多用额定功率、额定转矩、额定力表示。1)当零件承受的交变载荷循环次数偏离疲劳极限循环基数时，应将零件的额定载荷用工作期限系数Kt修正；,机械制造装备设计 162,2)当传动件的转速不断变化时，应根据不同转速下工作时间的分配规律，对额定载荷用转速变化系数Kn修正；3)当传动件工作于变动载荷条件下时

43、，应根据不同载荷下工作时间的分配规律，对额定载荷用功率利用系数Kp修正,机械制造装备设计 163,2.固定工作量下的载荷修正,零件的工作期限常取为机床的大修周期。中型机床切削时间一般占大修周期的40%50%，重型、精密机床可取占比再高一些，轴承的工作期限取得稍低一些，而易拆装或不常使用的部件可取的再低一些。滑移齿轮还需根据齿轮对数再做修正。,机械制造装备设计 164,3.变动工作量下的载荷修正,上述式子反映了载荷变化和循环次数变化情况下对计算载荷的共同影响，是Kp和Kn的积。,机械制造装备设计 165,4.变动工作用量系数的极限值,当零件的工作循环次数大于极限循环次数时，零件工作循环次数再增加

44、，当量载荷不再下降，零件处于无限寿命阶段。当零件工作循环次数很小时，无法判断其疲劳状况，零件应按照静载荷计算。,机械制造装备设计 166,故有如下结论：1)承受变动工作量交变载荷的零件，其载荷应根据工作期限、转速变化分布规律和功率利用情况，对载荷进行修正，得系数Kpnt；2)对于高速传动件，有可能Kpnt Kpntmax，则取Kpnt=Kpntmax，零件为无限寿命状态；3)对于低速转动件，有可能Kpnt Kpntmin，则取Kpnt=Kpntmin，零件须进行静强度校核；4)对Kpntmin Kpnt Kpntmax，按实际计算系数计算，零件为有限寿命状态。,机械制造装备设计 167,二、主

45、轴箱温升,主轴箱的温升无法完全避免，只能做到合理控制，其影响主要包括：改变各执行器官的相对位置 改变主轴的相对位置 改变轴承间隙 改变润滑条件,机械制造装备设计 168,1.热平衡和温度场 同一时间内，如果机床发热量等于散热量，则达到了热平衡状态。达到热平衡时间很长，常见的通用机床往往用每小时温升降低到某个限值，就认为机床达到了热平衡，这个时间一般需要机床连续运行23小时才能达到。达到热平衡的机床，其主轴箱内温度分布不均匀，轴承、齿轮、油池等处的温度较高，其他不发热的部位温度较低，形成一个温度场。,机械制造装备设计 169,2.主轴箱温升计算 1)传统估算：根据热传导的原理，效率损失产生的发热量加热各处零部件，构成它们的温升。据此，可根据热传导规律，核算或估算热传导系数、散热面积、时间常数、散热系数等计算温升。2)现代计算：根据热传导的原理，使用有限元方法计算实时温度场，进而获得各处的温升值和其变化规律以便针对不同的规律提出有针对性的解决措施。,机械制造装备设计 170,3.减少热变形的措施 1)尽量不发热：这是根本措施；2)加强散热和隔热：这是可行措施；3)使温升分布均匀，各处热变形一致。,