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文檔簡介
主傳動設(shè)計第一節(jié)機床主要參數(shù)的設(shè)計一、尺寸參數(shù)的確定機床尺寸參數(shù)的確定,主要是確定影響機床加工性能的一些尺寸。其中包括機床的主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)。機床的尺寸參數(shù),是根據(jù)零件的尺寸確定的。
機床的主參數(shù)是代表機床規(guī)格大小的一種參數(shù),各類機床以什么尺已有統(tǒng)一的規(guī)定。如臥式車床是床身上工件的最大回轉(zhuǎn)直徑,有的機床,一個主參數(shù)還不足以確定機床的規(guī)格,還需第二主參數(shù)加以補充。如車床的第二主參數(shù)是最大工件長度。當主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)確定后,就基本上確定了該機床所能加工或安裝的最大工件的尺寸。二、運動參數(shù)的確定機床的執(zhí)行件,如主軸,工作臺,刀架等的運動速度。1、主運動參數(shù)
對于回轉(zhuǎn)主運動的機床,主運動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速(r/min)與切削速度的關(guān)系是:
式中n---轉(zhuǎn)速(r/min)
v---切削速度(m/min)
d---工件(或刀具)直徑(mm)
對于主運動是直線運動的機床,如插床或刨床,主運動參數(shù)是每分鐘的往復(fù)次數(shù)。
通用機床是為適應(yīng)多種零件加工而設(shè)計制造的,主軸需要變速。因此需確定它的變速范圍,即最低與最高轉(zhuǎn)速。1).主軸最低(nmin)和最高轉(zhuǎn)速(nmax)的確定
根據(jù)公式有:
nmax和nmin的比值是變速范圍Rn:
注意:dmax和dmin不是機床上可能加工的最大和最小直徑,而是經(jīng)濟加工的最大和最小直徑(即不是理論上的最大和最小直徑),通??扇max=KD;
dmin=Rddmax
最大加工直徑dmax=(0.5-0.6)D
最小加工直徑dmin=(0.2-0.25)dmax
例:
以?400mm普通車床為例,計算其主軸的極限轉(zhuǎn)速。(1)計算主軸最高轉(zhuǎn)速nmax:根據(jù)分析,用硬質(zhì)合金車刀對小直徑鋼材精車外圓時,轉(zhuǎn)速為最高。根據(jù)經(jīng)驗和切削用量資料:
vmax=200m/mink=0.5Rd=0.25
則:dmax=KD=0.5X400=200mmdmin=Rddmax=0.25X200=50mmnmax=1000vmax/dmin=1000X200/3.14X50=1273r/min(2)計算主軸最低轉(zhuǎn)速nmin:
根據(jù)分析,下列兩道工序所要求的主軸轉(zhuǎn)速中,較低的一個為主軸的最低轉(zhuǎn)速。
a).用高速鋼車刀,對鑄鐵零件的盤形零件粗車端面,按經(jīng)驗vmin=15m/minnmin=1000vmin/dmax=1000X15/3.14X200=24r/minb).用高速鋼刀具,精車合金鋼材料的梯形螺紋,據(jù)調(diào)查?400mm普通車床加工絲杠的最大直徑為40mm取
Vmin=1.5m/min
則nmin=1000vmin/dmax
=1000X1.5/3.14X40=11.9r/min
比較上述兩道工序,取后一道工序,nmin=11.9r/min
。因此,該機床的極限轉(zhuǎn)速為nmax=1273r/minnmin=11.9r/min。
例如:訪問若干個?400mm普通車床的用戶,了解并統(tǒng)計這些機床上常用的主軸轉(zhuǎn)速如下:
加工軸類零件:n=400-900r/min
機修工作:n=80-150r/min
加工盤類零件:n=150-300r/min
車大導程螺紋:n=10-40r/min
個別機床的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,最低轉(zhuǎn)速為7r/min,最后綜合的分析比較計算和調(diào)查結(jié)果,并留有余地取極限轉(zhuǎn)速為:
nmax=1500r/min,nmin=10r/min2).分級變速時的主軸轉(zhuǎn)速序數(shù)列
目前對于回轉(zhuǎn)運動在機床上的應(yīng)用最多的,還是有級變速方式。如某機床的分級變速機構(gòu)共有Z級,其中n1=nmin;
nz=nmax;共Z級轉(zhuǎn)速分別為:n1;
n2;
n3……nj;
n(j+1)…nz;如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度為V,則相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n。通常,分級變速機構(gòu)不能恰好得到這個轉(zhuǎn)速,而是n處于某兩級轉(zhuǎn)速nj與n(j+1)之間:即:nj<n<n(j+1)如果采用較高的轉(zhuǎn)速n(j+1)必將提高切削速度,刀具的耐用度將要降低。為了不降低刀具耐用度,以采用較低的轉(zhuǎn)速nj為宜。這時轉(zhuǎn)速的損失為n-nj相對轉(zhuǎn)速損失率為:A=(n-nj)/n
最大的相對轉(zhuǎn)速損失率是當所需的轉(zhuǎn)速n趨近于n(j+1)時,也就是:
在其他條件(直徑、進給、切深)不變的情況下,轉(zhuǎn)速的損失就反映了生產(chǎn)率的損失。對于普通機床,如果認為每個轉(zhuǎn)速的使用機會都相等,那么,應(yīng)使Amax為一定值,即:
Amax=1-nj/n(j+1)=constnj/n(j+1)=const=1/φ
從這里可看出,任意兩級轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為:
n(j+1)=njφ
即機床的轉(zhuǎn)速應(yīng)該按等比數(shù)列(幾何級數(shù))分級。其公比為φ,各級轉(zhuǎn)速應(yīng)為:n1=nminn2=n1φn3=n2φ2…….nZ=n(Z-1)φ=n1φ(Z-1)=nmax
根據(jù)以上公式,最大相對轉(zhuǎn)速損失率為:
Amax=(1-1/φ)X100%=(φ-1)/φX100%
變速范圍為:Rn=nmax/nmin=n1φ(Z-1)/n1=φ(Z-1)
例如,有一臺車床,主軸轉(zhuǎn)速(r/min)共12級,分別為31.5、
45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400,公比為φ=1.41,則最大相對轉(zhuǎn)速損失率:
變速范圍:Rn=1.4112-1=1.4111=45
2、標準公比和標準數(shù)列
1).機床轉(zhuǎn)速是從小到大遞增的,因此Ф>l。
2).為使最大相對轉(zhuǎn)速損失率不超過50%,則Ф≤2.
由此得出:1<Ф≤2
為方便起見,規(guī)定了公比的標準值有:1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,2。當采用標準公比后,轉(zhuǎn)速數(shù)列可從表7-1中直接查出。表中給出了以
1.06為公比的從1—10000的數(shù)值。其中1.12=1.062,1.26=1.064
1.41=1.066,1.58=1.068,2=1.0612例如,設(shè)計一臺臥式車床,nmin=12.5r/min,nmax=2000r/minФ=1.26。查表7-1首先找到12..5,然后,每隔3個數(shù)
(1.26=1.064)取一個值,可得如下數(shù)列:12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000等23級。此表不僅可用于轉(zhuǎn)速、雙行程數(shù)和進給量數(shù)列,而且也可用于機床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。表中的數(shù)列應(yīng)優(yōu)先選用。圖7-1標準數(shù)列表3、公比的選用a.對于通用機床,為使轉(zhuǎn)速損失不過大,機床結(jié)構(gòu)又不過于復(fù)雜,一般取Ф=1.26或1.41。b.對于大批量生產(chǎn)用的專用機床,自動化機床公比應(yīng)取小些,這些機床的生產(chǎn)率高,轉(zhuǎn)速損失的影響顯著,一般取Ф=1.12或1.26c.對于大型機床,公比應(yīng)取小一些,一般取1.26或1.06,因大型機床上切削加工時間較長,轉(zhuǎn)速損失的影響較大。d.對于非自動化小型機床,公比應(yīng)選大一些,一般取1.58或1.78或24、進給運動參數(shù)
大部分機床的進給量用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移表示,即單位為mm/r,如車床、鉆床、鏜床及滾齒機等。直線往復(fù)運動的機床,如刨、插床,以每一往復(fù)的位移表示mm/雙行程。銑床和磨床;由于使用的是多刃刀具,進給量常以每分鐘的位移量表示,即單位為mm/min。
a).對于進給量的變化影響生產(chǎn)率的機床,為是使相對損失為一定值,進給量的數(shù)列也應(yīng)取等比數(shù)列。
b).車床和加工螺紋的機床,要根據(jù)螺紋標準確定進給量,是一個分段等差數(shù)列。
c).刨,插床進給機構(gòu)簡單,采用間歇進給的棘輪機構(gòu),進給量由每次往復(fù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)而定。
d).自動和半自動機床,常用交換齒輪來調(diào)整進給量,可以選擇最有利的進給量,不按一定的規(guī)律。
三、動力參數(shù)的確定動力參數(shù)包括電動機的功率,液壓缸的牽引力,液壓馬達、伺服電動機或步進電動機的額定轉(zhuǎn)矩等。各傳動件的參數(shù)(軸或絲杠的直徑、齒輪與蝸輪的模數(shù)等)都是根據(jù)動力參數(shù)設(shè)計計算的。如果動力參數(shù)定得過大,將使機床過于笨重,浪費材料和電力;如果定得過小,又將影響機床的性能。動力參數(shù)可以通過計算法、實測法和調(diào)查研究的方法進行確定。對于專用機床可根據(jù)特定的工序進行計算和實測,調(diào)查研究受到同種類型機床少的限制。對于通用機床,工序多變,計算和實測條件也變化不定,因此有時機床的電機功率以調(diào)查研究為主要方法。1、主運動功率的確定(一)實測法:選擇一臺在傳動與結(jié)構(gòu)上與所設(shè)計的機床相似的機床,進行特定工序和典型工序測出電動機的輸入功率,通常為用電度表測得電動機在一定時間內(nèi)輸入的電功,則可算出電動機的平均輸入功率為:
N入
---電動機的平均輸入功率
N入=W/tW---電度表得的t時間內(nèi)輸入總功率(千瓦/小時)t---測量時間(小時)
電動機的輸出功率為:N=N入*η電(千瓦)η電
---電動機效率
(二)計算法機床主電動機的功率,在沒有確定主傳動結(jié)構(gòu)方案前由:P主=N切/η總估算.η總—總效率回轉(zhuǎn)主軸取:0.70—0.85
直線往復(fù)取:0.60—0.70
注:結(jié)構(gòu)簡單取大值,速度低取大值
當主傳動的結(jié)構(gòu)方案確定后,可用式
N主=N切/η機
+N空進行估算
N空—消耗于空轉(zhuǎn)的功率損失
η機---主傳動鏈的總機械效率
N空=K(3.5daΣni+cd主n主)/106da----主傳動鏈中除主軸之外的所有傳動鏈的軸頸平均直徑.
若主傳動鏈的結(jié)構(gòu)尺寸,尚未確定初步可按電機功率來取當1.5<N≤2.8(千瓦)da=30mm2.5<N≤7.5(千瓦)da=35mm7.5<N≤14(千瓦)da=40mm
2、進給電機功率的確定
在進給運動與主運動共用一個電動機的普通機床上,如臥式車床和鉆床,由于進給運動所消耗的功率與主運動相比是很小的,因此可以忽略進給所需的功率。在進給運動與空行程運動共用一個電動機的機床上,如升降臺銑床,也不必單獨考慮進給所需的功率,因為使升降臺快速上升所需的空行程運動功率比進給運動的功率大得多。進給運動采用單獨的普通電動機的機床,如升降臺銑床和龍門銑床,以及用液壓缸驅(qū)動進給的機床,如仿形車床、多刀半自動車床和組合機床等,都需要確定進給運動所需的功率。通常用參考同類型機床和計算相結(jié)合的辦法確定。注意比較傳動鏈的長短和低效率傳動副(絲杠螺母、蝸桿蝸輪)的數(shù)量。進給傳動鏈的機械效率?s會低至0.15~0.20。進給功率(kW)可根據(jù)進給牽引力FQ(N),進給速度VS(m/min)和機械效率,?s由下式?jīng)Q定:
第二節(jié)主傳動方案的選擇選擇主傳動方案應(yīng)滿足的要求:
1、機床的主軸須有足夠的變速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)(對于主傳動為直線往復(fù)運動的機床,則為直線運動的每分鐘雙行程數(shù)范圍及其變速級數(shù)),以便滿足實際使用的要求。
2、主電動機和傳動機構(gòu)須能供給和傳遞足夠的功率和扭矩,并具有較高的傳動效率。
3、執(zhí)行件(如主軸組件)須有足夠的精度、剛度、抗振性和小于許可限度的熱變形和溫升。
4、噪聲應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。
5、操縱要輕便靈活、迅速、安全可靠,并須便于調(diào)整和維修。
6、結(jié)構(gòu)簡單、潤滑與密封良好,便于加工和裝配,成本低。一、主傳動布局的選擇
1.集中傳動式:主傳動的全部變速機構(gòu)和主軸組件裝在同一箱體內(nèi),稱為集中傳動式。優(yōu)點:結(jié)構(gòu)緊湊,便于實現(xiàn)操縱,箱體數(shù)少,便于調(diào)整,維修,裝配,成本低。缺點:傳動機構(gòu)的震動和生熱直接影響主軸的工作精度。應(yīng)用:用于主運動為旋轉(zhuǎn)運動的普通精度的中、大型機床。
2.分離傳動式:傳動系統(tǒng)的變速機構(gòu)和主軸組件分別裝在主軸箱和變速箱內(nèi),用皮帶或鏈條傳動,稱為分離傳動式。優(yōu)點:減少主軸溫升和振動,保證主軸的工作精度,主軸組件振動慣量小,便于啟動,制動。缺點:用兩個箱體,成本高,低速時皮帶負荷大,易打滑。應(yīng)用:中、小型高速精密機床。二、變速方式的選擇
1.交換齒輪變速機構(gòu)構(gòu)造簡單、結(jié)構(gòu)緊湊。用于大批量生產(chǎn)的自動、半自動機床專用機床和組合機床。
2.滑移齒輪變速機構(gòu)優(yōu)點:變速范圍大,變速級數(shù)也多,變速方便省力,在較大的變速范圍內(nèi)可以傳遞較大的功率和扭矩,不工作的齒輪不嚙合,空載功率損失小,應(yīng)用廣泛。缺點:必須用直齒,傳動平穩(wěn)性差,必須停車變速,變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
3.離合器變速機構(gòu)
a、牙簽離合器、內(nèi)齒離合器。優(yōu)點:軸向尺寸小,可以傳遞較大扭矩,傳動比準確,變速時齒輪不用滑移,可以應(yīng)用于人字齒和斜齒輪的傳動中和重型機床中齒輪重量大的情況。缺點:不能在運轉(zhuǎn)中變速,各對齒輪經(jīng)常處于嚙合狀態(tài),磨損大,生熱大,傳動效率低。
b、摩擦離合器優(yōu)點:可以在傳動中變速,可以用電氣和液壓控制,易于實現(xiàn)自動化。缺點:在結(jié)合過程中有磨損和發(fā)熱,是機床的主要熱源之一。設(shè)計時應(yīng)注意以下問題:
(1)盡量減小離合器尺寸,安排在高速軸上,減少傳遞扭矩,縮小尺寸。(2)避免出現(xiàn)超速問題即在一軸上,一嚙合齒輪正常傳動時,另一齒輪以高速在同一軸上高速空轉(zhuǎn)。(3)離合器不能直接裝在主軸上。扭矩大,生熱大。三、開停方式的選擇要求:開停方便省力、操作安全可靠,結(jié)構(gòu)簡單,并能傳遞足夠的扭矩,調(diào)整、維修方便。
1、直接開停電動機。優(yōu)點:操作方便、結(jié)構(gòu)簡單。缺點:電機啟動電流大,影響電機壽命。應(yīng)用:小型機床,單獨電機驅(qū)動的情況,不經(jīng)常啟動、停止的機床。
2、采用離合器的開停。
a.錐式、片式摩擦離合器:優(yōu)點:離合過程平穩(wěn),起過載保護作用。缺點:結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳遞扭矩較小。應(yīng)用:用于高速運轉(zhuǎn),中型普通機床。b.滑移齒輪、齒輪式離合器及牙嵌式離合器:優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,尺寸較小,能傳遞大扭矩。缺點:離合過程中有沖擊和磨損。應(yīng)用:用于低速運轉(zhuǎn)的離合。
3、離合器在傳動鏈中的位置離合器開停裝置應(yīng)盡可能放置在傳動鏈前面的轉(zhuǎn)速較高的軸上。四、制動方式的選擇要求:工作可靠,操縱方便,制動時間短,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,磨損小。
1、電動機制動:電動機的轉(zhuǎn)矩方向與其實際旋轉(zhuǎn)方向相反,使其減速而迅速停轉(zhuǎn)。常用的有反接制動,能耗制動,再生制動等,一般常用的為反接制動,優(yōu)點是制動時間短,操縱方便、結(jié)構(gòu)簡單。缺點是制動電流較大,在制動頻繁的情況下,將使電機發(fā)熱而燒壞,制動沖擊大。用于直接開停電動機,制動頻率低電機功率不大的機床。
2、機械制動
a.閘帶式制動器:結(jié)構(gòu)簡單,軸向尺寸小,操縱方便,制動時受到較大的側(cè)壓力,對制動器所在的軸有不良影響,用于中小型機床。p2>p1,操縱桿應(yīng)作用于閘帶的松邊,使操縱力小且制動平穩(wěn)。
b.閘瓦式制動器:結(jié)構(gòu)簡單,操縱方便,制動時間短,制動時軸輪受到較大的側(cè)壓力。
c.片式制動器:沒有側(cè)向壓力,但軸向力較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,軸向尺寸較大。
3、制動器的位置要求:放在高速軸上,制動力矩較小,結(jié)構(gòu)緊湊,制動平穩(wěn),制動器與開停裝置中必須有連鎖關(guān)系。分為兩種:電機停止和電機不停制動。①不停電機時制動,必須放在切開動源以后的主動鏈的傳動件上。②電機停止制動,可裝在任意位置上。五、換向方式的選擇主運動換向有兩種:一種為正、反兩個方向都用于切削,兩個方向所需要的功率、運動速度、變速級數(shù)相同。另一種反向為空行程、速度高、級數(shù)少。要求:結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、換向平穩(wěn)、無沖齒、換向時間短,操縱方便省力,能量損失小。分類:①電機換向②機械換向主運動傳動鏈中主要采用圓柱齒輪-多片摩擦離合器式換向機構(gòu),可在運轉(zhuǎn)中平穩(wěn)換向。
機械換向設(shè)計原則:①為了提高正向的傳動效率,減少功率損失、換向機構(gòu)的中間齒輪放在反向傳動中。②換向時先減速、制動,再接通反向,減少換向的能量損失。③換向機構(gòu)的位置對于傳動件少,慣性小的傳動鏈,放在前面,扭矩小,結(jié)構(gòu)尺寸小,換向沖擊大。對于要求平穩(wěn)性高的機床,傳動鏈長的能量損失小的放在后面。六、潤滑系統(tǒng)的選擇作用:降低摩擦阻力,提高傳動效率,減少磨損,保持長時間的工作精度,保持正常的工作溫度,防止生銹。1、對潤滑系統(tǒng)的要求:⑴.應(yīng)保證開動機床時能夠立即供給充足的潤滑油。⑵.潤滑系統(tǒng)工作可靠,盡可能自動化。⑶.設(shè)有游標,油窗,以便觀察了解潤滑情況。⑷.供油量應(yīng)可調(diào),保證被潤滑零件的正常工作。⑸.潤滑裝置應(yīng)便于調(diào)整維修。⑹.滿足潤滑要求的前提下,潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡單,成本低。2、潤滑劑的選擇1).(油脂)潤滑脂鈣基潤滑脂和鈉基潤滑脂,常用鈣基潤滑脂,特點:粘度大,耐水性強,要求密封簡單。用于中低速的傳動件及不密封或外露的傳動件。2).潤滑油各種礦物油特點:物理化學性能較穩(wěn)定,粘度小,摩擦系數(shù)低,冷卻效果比油脂好,適用于高速自動循環(huán)的潤滑系統(tǒng)。3).選擇潤滑油考慮的因素
a.相對速度高選粘度小,減少溫升和能量損失
b.相對運動部件間的單位面積壓力大,選用粘度大,油液粘度大,內(nèi)聚力大、油膜不易損壞。
c.工作溫度高,選用粘度大,溫升能降低粘度。3、潤滑方式
1).飛濺潤滑用濺油盤或旋轉(zhuǎn)零件將油箱內(nèi)油池的油濺落到潤滑部位或油槽中。優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,油耗量少。一般應(yīng)用在一些要求不高的機床上。要求:V=0.8-6米/秒。浸油深度不大于2-3倍齒高。
2).循環(huán)潤滑用泵供油進行強制潤滑,使?jié)櫥瓦M行循環(huán)。優(yōu)點:冷卻效果好,潤滑油清潔,用于生熱大機床,精密機床。分為體內(nèi)循環(huán)潤滑和體外循環(huán)潤滑兩種。
3).滴油潤滑采用油杯或絨繩間斷潤滑,結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,油量不能控制與供油量要求不大的地方。
4).油霧潤滑利用壓縮空氣使油經(jīng)霧化器形成油霧,噴入潤滑部位。優(yōu)點:油霧阻力小,散熱性好。缺點:設(shè)備復(fù)雜,但格高,用于有特殊要求的機床。
5).噴射潤滑通過噴嘴將壓力油噴射到潤滑部位,用于高速主軸的潤滑供油量小,效果好,需要專門的設(shè)備。
第三節(jié)主傳動的運動設(shè)計一、轉(zhuǎn)速圖、結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式分析
1、轉(zhuǎn)速圖:以表格和連線的方式繪制而成的。表達主軸每一級轉(zhuǎn)速是通過哪些傳動副得到的,這些傳動副之間的關(guān)系如何,各傳動軸的轉(zhuǎn)速等。
1).繪制方法:(1).距離相等的一組豎線代表各軸。軸號按順序用大寫羅馬數(shù)字寫在上面。豎線間的距離不代表中心距。
(2).距離相等的一組水平線代表各級轉(zhuǎn)速,與各豎線的交點代表各軸的轉(zhuǎn)速。豎線與水平線的交點用圓圈表示,代表傳動軸上實際具有的轉(zhuǎn)速。采用對數(shù)坐標。
(3).相鄰軸之間連線的傾斜方式代表傳動副的傳動比。
(4).a、b、c表示傳動組2).轉(zhuǎn)速圖的基本原理
該中型車床傳動系統(tǒng)圖可看出,電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min,傳動系統(tǒng)內(nèi)共五根軸,電動機軸和軸Ⅰ至Ⅳ,其中軸Ⅳ為主軸,軸Ⅰ-Ⅱ之間為傳動組a,Ⅱ-Ⅲ和Ⅲ-Ⅳ之間,分別為傳動組b和c。從轉(zhuǎn)速圖中可看出,主軸轉(zhuǎn)速共12級,主軸各級轉(zhuǎn)速值為31.5,45,63,90,125,180,250,355,500,710,1000,1400r/min。公比Ф=1.41。12級轉(zhuǎn)速是由3個變速組串聯(lián)所組成的變速機構(gòu),各變速組的傳動副數(shù)分別為3、2、2。分析轉(zhuǎn)速圖可知:
(1).主軸各級轉(zhuǎn)速的傳動路線在圖上就是從電動機起,通過哪些連線傳到主軸的。
(2).在主軸得到連續(xù)的等比數(shù)列條件下,所需的傳動組數(shù)和每個傳動組中的傳動副數(shù)。
(3).傳動組的級比指數(shù),即主動軸上同一點,傳往被動軸相鄰兩連線代表傳動組內(nèi)相鄰兩個傳動比,它們與被動軸交點之間相距的格數(shù),代表相鄰兩傳動比之比值ΦΧ
的指數(shù)x,稱為級比指數(shù)。
(4).基本組和擴大組,要使主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列,必須有一個傳動比的級比指數(shù)為1,這個傳動組稱為基本組。級比指數(shù)大于Φ的稱為擴大組,按變速范圍大小順序排列為一擴組,二擴組。
(5).各傳動組的變速范圍,變速組中最大與最小傳動比的比值。變速組級比指數(shù)與傳動副數(shù)之間關(guān)系:
以X代表級比指數(shù),P代表傳動付數(shù),則:基本組中X0=1
一擴組中X1=X0P0=P0
二擴組中X2=X1P1=X0P0P1=P0P1
三擴組中X3=X2P2=X1P1P2=P0P1P2……j擴組中Xj=X2P2=X1P1P2=P0P1P2
……Pj-1
即:級比指數(shù)等于前面各傳動付數(shù)的乘積。
各變速組內(nèi)的相鄰傳動比之間關(guān)系:
基本組第一擴大組第二擴大組
……
第j擴大組
變速組的變速范圍可寫為:
基本組第一擴大組第二擴大組
……
第j擴大組
傳動系統(tǒng)最后一根軸的變速范圍(或主軸的變速范圍)應(yīng)等于各變速組變速范圍的乘積,即:
2、結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)網(wǎng):用對稱的形式,將傳動比的相對關(guān)系畫成線圖。作用:運動設(shè)計時,對各種不同的傳動方案進行分析比較,以確定合理的傳動方案。注意:結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動比的相對關(guān)系,而不表示傳動比和轉(zhuǎn)速的絕對值。
把結(jié)構(gòu)網(wǎng)寫成結(jié)構(gòu)式;
12=31×23×26
結(jié)構(gòu)式是轉(zhuǎn)速圖的通式,同一結(jié)構(gòu)式可以有不同的轉(zhuǎn)速圖,而一個轉(zhuǎn)速圖只能對應(yīng)一個結(jié)構(gòu)式。從結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式中說明下列問題:
1)傳動鏈的組成和傳動順序12=3×2×22)各傳動組的傳動副數(shù),3、2、2。
3)各傳動組的級比指數(shù),即下標為1、3、64)擴大順序:基本組、一擴組、二擴組。從級比指數(shù)看出。
5)各變速組的變速范圍,二、轉(zhuǎn)速圖的擬定
1、擬定轉(zhuǎn)速圖的原則
1).變速組和傳動副數(shù)的確定
12級轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)傳動組和傳動副數(shù)可能的方案有:
a:12=4×312=3×4b:12=3×2×212=2×3×212=2×2×3
通過分析取12=3×2×2的方案為好。這就是“前多后少”的原則。
2).基本組和擴大組的排列順序的確定
在12=3×2×2中,因基本組和擴大組排列順序的不同而有不同的方案,可以寫出六種結(jié)構(gòu)式,對應(yīng)著六種結(jié)構(gòu)網(wǎng),通過分析,一般采取基本組在前,一擴組,二擴組……的順序。這就是“前密后疏”的原則。3).傳動組中的極限傳動比和變速范圍的確定(1).在主運動傳動時,為防止被動齒輪直徑過大,影響機構(gòu)的徑向尺寸。降速時imin≥1/4
升速時為傳動平穩(wěn),減少噪聲imax≤2
斜齒傳動imax≤2.51/4≤
i≤2-2.5
最大傳動組的變速范圍:rmax=
imax/imin
=8-10
(2).進給運動傳動時,由于傳動功率小,轉(zhuǎn)速低,尺寸較小,可以放寬限制1/5≤i
≤2.8
rmax=
imax/imin
=14
一般檢查傳動組的變速范圍時,只檢查最后一個擴大組就可以了。分析圖7.9,d、f是不可行的。4).分配傳動比的原則(1).各傳動副的傳動比應(yīng)盡可能不超出極限傳動比imin和imax。(2).各中間傳動軸的最低轉(zhuǎn)速適當高些。即:iamin≥ibmin≥icmin……
這就是降速“前緩后急”的原則。(3).傳動比的選取盡量選取傳動比是標準公比的正次方冪,即i=φ+E
,E為正數(shù),此時中間轉(zhuǎn)速可直接從轉(zhuǎn)速圖中讀出。2、擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟:
1).選定公比Φ,計算轉(zhuǎn)速級數(shù)Z,并選擇各級轉(zhuǎn)速值。
2).根據(jù)“前多后少”、“前密后疏”的原則擬定結(jié)構(gòu)式。
3).確定是否增加定比降速傳動。
4).檢查變速組的變速范圍。
5).根據(jù)降速“前緩后急”的原則分配降速比。
6).根據(jù)結(jié)構(gòu)式畫出各變速組其它連線。例題:擬定一臺中型普通車床主運動鏈的分級變速傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖,主軸最低轉(zhuǎn)速31.5轉(zhuǎn)/分,最高為1400轉(zhuǎn)/分,異步電機的轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分。步驟
1).選公比Φ,計算級數(shù)Z,并選擇各級轉(zhuǎn)速。
2).擬訂結(jié)構(gòu)式
3).擬訂轉(zhuǎn)速圖作業(yè):
1.某機床主軸轉(zhuǎn)速取等比數(shù)列,其公比φ=1.58,主軸最高轉(zhuǎn)速為1600轉(zhuǎn)/分,主軸變速范圍Rn=10,電動機轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分,擬訂合理的轉(zhuǎn)速圖。
2.擬訂一臺中型普通車床主運動鏈的分級變速傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖,其中最低轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分,最高轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分,電動機轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分,公比取1.26。三、齒輪齒數(shù)的確定
1、確定齒輪齒數(shù)注意的問題
a、一對齒輪副的齒數(shù)和Sz≤100~120。若過大會加大兩軸向的中心距,使機床結(jié)構(gòu)龐大,并產(chǎn)生噪音。
b、最小齒輪的齒數(shù)要盡可能小,在不產(chǎn)生根切情況下,一般取最小齒數(shù)Zmin≥18-20。
c、為保證齒輪的強度,避免出現(xiàn)變形、斷裂,鍵槽到齒根圓的壁厚a≥2m。
d、兩軸最小中心距應(yīng)取得適當,若Sz太小,則中心距過小,將導致兩軸上的軸承及其它結(jié)構(gòu)之間的距離過近或相碰。
e、同一變速組內(nèi)齒輪的摸數(shù)要盡量相同,因為可以簡化設(shè)計和制造,同一組內(nèi)的齒輪副的受力和速度差異不大。
f、實際傳動比與轉(zhuǎn)速圖傳動比可以有誤差一般不超過±10(Φ-1)%。
由于對于直齒圓柱齒輪,齒根直徑,則2、同一變速組內(nèi)模數(shù)相同時,齒輪齒數(shù)的確定
(1)查表法:條件:傳動比采用標準公比整數(shù)次方時應(yīng)用。P182頁。(2)計算法:
3、同一變速組內(nèi)模數(shù)不同時,齒輪齒數(shù)的確定在同一變速組內(nèi),由于傳遞的扭矩差別很大時,為了合理利用金屬材料,可以采用不同模數(shù),但只能有兩種模數(shù)m,根據(jù)兩軸中心距A相等。
A=m1(Z1+Z1`)/2=m2(Z2+Z2`)/2m1s1=m2s2s1/s2=m2/m1=e2/e1=ke1,e2------無公因數(shù)的整數(shù)。則{s1=ke2s2=ke1}k為整數(shù)。4、三聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)為保證三聯(lián)滑移齒輪左右移動時能順利通過相鄰的齒輪,不相碰,則齒輪采用標準齒輪,必須保證:
1/2m(Z2+2)+1/2m(Z3`+2)<A
因為:A=1/2m(Z3+Z3`)
代入上式得:Z2+Z3`+4<Z3+Z3`
則:Z3-Z2>4
即三聯(lián)滑移齒輪中,最大和次大齒輪之間齒數(shù)差應(yīng)大于4。
第四節(jié)具有某些特點的主傳動系統(tǒng)擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)1、增加變速組的傳動系統(tǒng):由于機床傳動系統(tǒng)的變速范圍等于各變速組變速范圍的乘積,增加變速組即擴大機床的變速范圍。如:公比φ=1.41的常規(guī)傳動系統(tǒng),受極限傳動比的限制,其最大變速范圍Rmax=45,最大變速級數(shù)Z=12,結(jié)構(gòu)式為12=31×23×26。若須擴大變速范圍和變速級數(shù),可增加一個變速組,傳動副為2,作為最后一個擴大組。則:24=31×23×26×212
檢驗:R=Φ=1.41=1.41=64>(8—10)∴須將這新增加的擴大組的變速范圍縮小到允許的極限值,即
R=1.41(12-6)=1.416
使級比指數(shù)為6,出現(xiàn)6級重復(fù)的轉(zhuǎn)速,其結(jié)構(gòu)式為:18=31×23×26×2(12-6),(12—6)為最后擴大組的級比指數(shù),常規(guī)設(shè)計時為12級,重復(fù)6級為12-6=6,級數(shù)為:
Z=3×2×2×2-6=18級2、采用背輪機構(gòu)的傳動系統(tǒng):軸Ⅰ,Ⅲ同軸,傳動可直接帶動主軸Ⅲ,也可經(jīng)Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ兩次降速一次極限降速為1/4,二次可擴大1/4,即:
U=1/4×1/4=1/16可達到擴大變速范圍的目的。注意“超速”現(xiàn)象。作業(yè):設(shè)計一臺機床,要求主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=10,最高轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分,主軸轉(zhuǎn)速取等比數(shù)列,其公比φ=1.58,電機轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分,試擬定合理的轉(zhuǎn)速圖。
第五節(jié)主傳動的計算轉(zhuǎn)速計算轉(zhuǎn)速:能夠傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速稱為計算轉(zhuǎn)速。作用:對傳動件進行計算和強度校核。在計算時要按傳遞全部功率時最低轉(zhuǎn)速進行計算,才能得出傳動件所承受的最大轉(zhuǎn)矩
---傳動件的計算轉(zhuǎn)速
N---傳動件所傳遞的功率
Nd---主電機的額定功率
η---從電機到傳動件的傳動功率1.主軸計算轉(zhuǎn)速
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