第二章-機(jī)床的傳動(dòng)設(shè)計(jì)2

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第二章機(jī)床的傳動(dòng)設(shè)計(jì)第二章機(jī)床的傳動(dòng)設(shè)計(jì)第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如果r最后=8，φ

=1.41，則x最后=6，結(jié)構(gòu)式12=31×23×26

,變速范圍R=φz-1=1.4112-1=1.4111=45；如果r最后

=8，φ=1.26，則x最后

=9，結(jié)構(gòu)式18=31×33×29，變速范圍R=

φz-1=1.2618-1=1.2617=50；一般常用機(jī)床的變速范圍都在R=80以上。如，CA6140，R=140（10-1400r/min）；XK5040-1，R=125（12-1500r/min）

；Z3040，R=80；為了滿足各種機(jī)床的工藝需求，必須擴(kuò)大主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速范圍。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)前多后少的傳動(dòng)順序原則，最后擴(kuò)大組必定是雙速變速組，即傳動(dòng)副數(shù)P=2。一、擴(kuò)大變速范圍的意義

變速范圍Rn擴(kuò)大的理由主傳動(dòng)系最后擴(kuò)大組變速范圍：主傳動(dòng)系主軸總變速級(jí)數(shù)：最后擴(kuò)大組變速范圍與總變速級(jí)數(shù)之間關(guān)系：由于極限傳動(dòng)比的限制：所以總變速級(jí)數(shù)Z：主軸變速范圍Rn：第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、擴(kuò)大變速范圍的意義擴(kuò)大變速范圍的機(jī)理：通過增加擴(kuò)大組來增加主軸變速范圍。

結(jié)論增加一個(gè)變速組能使R擴(kuò)大8倍，主軸轉(zhuǎn)速增加6級(jí)。第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、擴(kuò)大變速范圍的方法因總變速范圍，增加φ、P和傳動(dòng)組，都可增大R，但φ增大,導(dǎo)致A增大，影響機(jī)床的生產(chǎn)率；當(dāng)機(jī)床類型一定時(shí)，φ是定值；因此，為便于操作和控制，常取傳動(dòng)副數(shù)P≤3。1.增加變速組的傳動(dòng)系統(tǒng)

例

已知φ

=1.41，結(jié)構(gòu)式12=31×23×26，x2=6，r2=8增加第三擴(kuò)大組，理論Z=31×23×26×212，最后擴(kuò)大組的轉(zhuǎn)速范圍r3=φ12×(2-1)=64>8，不符合要求，此時(shí)必須減小x3，使。則實(shí)際轉(zhuǎn)速為24-6=18級(jí)，重復(fù)6級(jí)?？傋兯俜秶?/p>

方法：在原有變速傳動(dòng)系內(nèi)再增加一個(gè)變速組。特點(diǎn)：由于受變速組極限變速范圍的限制，增加變速組的級(jí)比指數(shù)不得不小于理論值，并導(dǎo)致部分轉(zhuǎn)速重復(fù)。×√×變速范圍限制剔除重復(fù)轉(zhuǎn)速第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.單回曲機(jī)構(gòu)當(dāng)M與z1結(jié)合時(shí)，輸入軸的運(yùn)動(dòng)直接由軸Ⅰ輸出，傳動(dòng)比為i2=1，極限變速范圍為

r’=i2/i1=16。

結(jié)論采用單回曲機(jī)構(gòu)，R可擴(kuò)大4倍；若增加的變速組為單回曲機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)式為則R可擴(kuò)大16倍。擴(kuò)大變速范圍的機(jī)理通過擴(kuò)大極限變速范圍來擴(kuò)大總變速范圍。

當(dāng)M與z4結(jié)合時(shí)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)z1、z2、z3、z4傳遞，傳動(dòng)比為若

例如

φ

=1.41，結(jié)構(gòu)式為16=21×22×24×28原結(jié)構(gòu)式為：12=31x23x26變速范圍：第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.對(duì)稱混合公比傳動(dòng)系統(tǒng)

如圖，主軸轉(zhuǎn)速列中段公比φ不變，增大不常用的轉(zhuǎn)速公比。采用大公比為φ’=1.58=1.262，高速端大公比轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)與低速端相等，形成兩端對(duì)稱的大公比傳動(dòng)系統(tǒng)。

如結(jié)構(gòu)式

12=31×23×26轉(zhuǎn)變成混合公比后得到：12=32×26×27

擴(kuò)大變速范圍的機(jī)理在不增加主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)的前提下，增大不常用的φ

來擴(kuò)大R。

結(jié)論

對(duì)稱混合公比傳動(dòng)系統(tǒng)，是改變傳動(dòng)副數(shù)為2的基本組形成的，能使R擴(kuò)大4倍。第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)◆

因大公比格數(shù)必須是偶數(shù)，而變形基本組的r0≤1.269

=8，故取x’≤8。若變形基本組是單回曲機(jī)構(gòu)（背輪機(jī)構(gòu)），則r0≤1.2612

=16，故取x’≤10?；旌瞎葌鲃?dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則◆

因系統(tǒng)大公比是小公比的平方，考慮相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率，故取小公比φ

=1.26?！?/p>

因基本組的傳動(dòng)副數(shù)P0=2；故級(jí)比指數(shù)x0=x’+1。第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)例

某搖臂鉆床的主軸轉(zhuǎn)數(shù)范圍為n=25~2000r/min，公比

φ

=1.26，主軸轉(zhuǎn)數(shù)級(jí)數(shù)Z=16，確定該鉆床的傳動(dòng)系統(tǒng)。

解（1）鉆床需要的總變速范圍是

（2）鉆床的理論轉(zhuǎn)數(shù)級(jí)數(shù)應(yīng)為

（4）鉆床的結(jié)構(gòu)式為鉆床采用混合公比傳動(dòng)，其大公比格數(shù)為按前密后疏原則整理得第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合公比傳動(dòng)與單回曲機(jī)構(gòu)相結(jié)合，能產(chǎn)生極大的變速范圍。結(jié)構(gòu)式中，第三變速組c為基本組，大公比格數(shù)為8，第四變速組d為單回曲機(jī)構(gòu)?？傋兯俜秶鸀榛旌瞎葌鲃?dòng)結(jié)構(gòu)式結(jié)合后的結(jié)構(gòu)式結(jié)論應(yīng)用雙速電動(dòng)機(jī)，縮短了傳動(dòng)鏈，變相擴(kuò)大了變速范圍。第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、雙速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)床采用雙速電動(dòng)機(jī)時(shí)，傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序不一致。由于第一擴(kuò)大組的x1=P0，所以雙速電動(dòng)機(jī)對(duì)基本組的傳動(dòng)副數(shù)P0有嚴(yán)格的要求。因2≈1.263≈1.412，則

φ=1.26

時(shí)，P0=3；φ

=1.41時(shí)，P0=2。雙速電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力源，為第一變速組（電源變速組），但級(jí)比是2，只能作為變形基本組或第一擴(kuò)大組。雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)式第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是所能承受的載荷大小。載荷取決于所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速。當(dāng)外載一定，轉(zhuǎn)速越高，傳遞的轉(zhuǎn)矩越小。對(duì)于轉(zhuǎn)速恒定的傳動(dòng)件，可算出傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。對(duì)于有幾種轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)件，必須確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的轉(zhuǎn)速nj，進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。一、研究計(jì)算轉(zhuǎn)速的意義

計(jì)算轉(zhuǎn)速的意義：根據(jù)傳動(dòng)件需要傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，來確定傳動(dòng)件能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，作為強(qiáng)度計(jì)算和校核依據(jù)。第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動(dòng)件傳遞的轉(zhuǎn)矩與切削力、工件和刀具的半徑有關(guān)。①

粗加工時(shí)采用大吃刀深度、大走刀量，即較大的切削力矩，較低轉(zhuǎn)速；精加工時(shí)則相反。②

當(dāng)工件或刀具尺寸較小時(shí)，切削力矩小，主軸轉(zhuǎn)速高；當(dāng)工件或刀具尺寸較大時(shí)則相反。2.主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床

因功率是轉(zhuǎn)矩與角速度的乘積，故主傳動(dòng)屬于恒功率傳動(dòng)。機(jī)床的最大切削力存在于所有可能的切削速度中，因此，驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件，忽略摩擦力因素時(shí)，在所有轉(zhuǎn)速下承受的最大轉(zhuǎn)矩相等。即主傳動(dòng)屬于恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。1.主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床二、機(jī)床的功率轉(zhuǎn)矩特性

nj~nmin（恒轉(zhuǎn)矩變速范圍）主軸每級(jí)轉(zhuǎn)速都能傳遞計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，輸出功率隨轉(zhuǎn)速線性下降。第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速3.計(jì)算轉(zhuǎn)速（nj）概念

計(jì)算轉(zhuǎn)速

指主軸或傳動(dòng)件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。

nj~

nmax（恒功率變速范圍）主軸每級(jí)轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率，輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速增高而降低。通用機(jī)床工藝范圍廣，變速范圍大，有些典型工藝只需采用小進(jìn)給量，消耗的功率小，主傳動(dòng)不需要傳遞電動(dòng)機(jī)的全部功率。

傳動(dòng)件設(shè)計(jì)必須找出需要傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，依此確定所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。各類機(jī)床主軸的nj可查表計(jì)算確定。第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速

步驟：①先確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速；②再按傳動(dòng)順序由后往前依次確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；③最后確定各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。

例

已知某通用車床轉(zhuǎn)速圖，試確定變速系中傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。

1.主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速

三、主變速系統(tǒng)傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速2.各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速變速組c

有兩個(gè)傳動(dòng)副，nj主=90

是軸Ⅲ通過18/72獲得，軸Ⅲ相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為355。軸Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速為125，通過60/30使主軸獲得轉(zhuǎn)速為250

>nj主，且能傳遞全部功率。故njⅢ=125

r/min

njⅢ是經(jīng)軸Ⅱ的最低轉(zhuǎn)速355獲得，故

njⅡ=355

r/min同理njⅠ=710

r/min第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速3.各傳動(dòng)副的計(jì)算轉(zhuǎn)速

①變速組c

傳動(dòng)副z18/z72產(chǎn)生nj主，則軸Ⅲ的相應(yīng)轉(zhuǎn)速355就是主動(dòng)齒輪z18的計(jì)算轉(zhuǎn)速，即njcz18=355r/min。z60/z30產(chǎn)生的最低主軸轉(zhuǎn)速250>nj主，所對(duì)應(yīng)的軸Ⅲ最低轉(zhuǎn)速125，為主動(dòng)齒輪z60的計(jì)算轉(zhuǎn)速，即njcz60=125r/min。

②變速組b

主動(dòng)齒輪z22，z42的計(jì)算轉(zhuǎn)速為njbz22,24

=355r/min

③變速組a

主動(dòng)齒輪z24，z30，z36的計(jì)算轉(zhuǎn)速為njaz24

=710r/min第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速

（1）主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：采用通用機(jī)床中車床類的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速公式：（2）各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：第Ⅲ軸：若由18:72傳動(dòng)主軸，其轉(zhuǎn)速中355、500和710需傳遞全部功率；若由60:30傳動(dòng)主軸，則所有轉(zhuǎn)速需傳遞全部功率。因此計(jì)算轉(zhuǎn)速為125rpm。采用相同方法可求Ⅱ軸nj.60:30(3)各齒輪副計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪Z18：若經(jīng)齒輪副18:72使主軸得到三級(jí)轉(zhuǎn)速90、125、180，需傳遞全部功率，此時(shí)Z18齒輪轉(zhuǎn)速為355、500、710，因此最低轉(zhuǎn)速355為其計(jì)算轉(zhuǎn)速。采用同法可求其余齒輪nj。第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)的分類

何謂無級(jí)變速？無級(jí)變速是指在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)地變速，從而獲取最有利的切削速度。無相對(duì)轉(zhuǎn)速損失；且能夠在加工過程中變速，保持恒速切削；縮短了傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)床主傳動(dòng)中常采用的無級(jí)變速裝置有：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無級(jí)變速裝置和液壓無級(jí)變速裝置。1.變速電動(dòng)機(jī)變速電動(dòng)機(jī)有：直流復(fù)激電動(dòng)機(jī)和交流變頻電動(dòng)機(jī)，恒功率變速范圍僅2~4。恒轉(zhuǎn)矩變速范圍大于100.為了擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，在變速電動(dòng)機(jī)和主軸之間需串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱。變速電動(dòng)機(jī)廣泛用于數(shù)控機(jī)床、大型機(jī)床中。通過改變單位時(shí)間內(nèi)輸入液壓缸或液動(dòng)機(jī)中液體的流量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。特點(diǎn)是變速范圍較大、變速方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向時(shí)沖擊小、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)化。常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床中，如刨床、拉床等。第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.機(jī)械無級(jí)變速裝置機(jī)械無級(jí)變速裝置有柯普型、行星錐輪型等多種結(jié)構(gòu)。利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。變速范圍小，通常與分級(jí)變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用。

應(yīng)用于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(dòng)中，更多用于進(jìn)給變速傳動(dòng)中。3.液壓無級(jí)變速裝置第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、無級(jí)變速主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)原則

（1）選擇功率和轉(zhuǎn)矩特性符合傳動(dòng)系要求的無級(jí)變速裝置

（2）將無級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)，擴(kuò)大變速范圍若機(jī)床主軸要求的變速范圍為Rn，選取的無級(jí)變速裝置范圍為Rd，串聯(lián)的機(jī)械分級(jí)變速箱的變速范圍Rf應(yīng)為機(jī)械分級(jí)變速箱的變速級(jí)數(shù)機(jī)械分級(jí)變速箱的公比

①如龍門刨床的工作臺(tái)，應(yīng)選擇恒轉(zhuǎn)矩為主的無級(jí)變速裝置—直流電動(dòng)機(jī)。②再如車床、銑床的主軸，應(yīng)選擇恒功率無級(jí)變速裝置—機(jī)械無級(jí)變速裝置、變速電動(dòng)機(jī)串聯(lián)機(jī)械分級(jí)變速箱。第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

例

設(shè)機(jī)床主軸的變速范圍Rn=60，無級(jí)變速箱的變速范圍Rd=8，設(shè)計(jì)機(jī)械分級(jí)變速箱，求出其級(jí)數(shù)，并畫出轉(zhuǎn)速圖。

解：機(jī)械分級(jí)變速箱的變速范圍為機(jī)械分級(jí)變速箱的公比為通常無級(jí)變速裝置為傳動(dòng)系的基本組，分級(jí)變速為擴(kuò)大組，理論上，因機(jī)械變速裝置是摩擦傳動(dòng)，為獲得連續(xù)的無級(jí)變速，取。由得機(jī)械分級(jí)變速箱的級(jí)數(shù)為252.7lg/5.7lg1=+=Z三、主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，必須串聯(lián)分級(jí)變速系統(tǒng)來擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，以滿足機(jī)床需求。

電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的最高轉(zhuǎn)速。主軸的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍則決定了電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩變速范圍的大小，。第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍為，在保證輸出轉(zhuǎn)速連續(xù)前提下，串聯(lián)一個(gè)雙速變速組，獲得的最大變速范圍為此時(shí):

串聯(lián)兩個(gè)雙速變速組后，能得到的連續(xù)無級(jí)轉(zhuǎn)速的最大變速范圍是，這時(shí):

第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速電動(dòng)機(jī)串聯(lián)k級(jí)雙速變速組后，能獲得的最大變速范圍是：

串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的公比等于電動(dòng)機(jī)恒功率變速范圍時(shí)，輸出的無級(jí)轉(zhuǎn)速的變速范圍最大。換言之，變速范圍一定，當(dāng)分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的公比時(shí)，需串聯(lián)的變速組數(shù)最少。第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為自然數(shù)，且采用收尾法圓整，即：

?。喝。悍旨?jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的公比一般比電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍小，分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際公比為:第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)分級(jí)傳動(dòng)的最小傳動(dòng)比應(yīng)采用前緩后急的原則；擴(kuò)大順序應(yīng)采用前密后疏的原則；串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)遵循極限傳動(dòng)比、極限變速范圍的原則。

例2-6某數(shù)控機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)由變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)連續(xù)功率7.5kW，額定轉(zhuǎn)速，最高、最低轉(zhuǎn)速，機(jī)床主軸最高、最低轉(zhuǎn)速：，，計(jì)算轉(zhuǎn)速：。設(shè)計(jì)所串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)。第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)解：①主軸要求的恒功率變速范圍②電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍是3，即③該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、變速組數(shù)

第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

取：④分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際公比為⑤結(jié)構(gòu)式為

第四節(jié)無級(jí)變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)⑥分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比

根據(jù)前緩