第二章_机床的传动设计2

1、第二章第二章 机床的传动设计机床的传动设计 第二节第二节 扩大变速范围传动系统设计扩大变速范围传动系统设计 第三节第三节 计算转速计算转速 第四节第四节 无级变速系统设计无级变速系统设计； 2ZjR变变速速范范围围Rn扩扩大大的的理理由由主传动系最后扩大组变速范围：主传动系最后扩大组变速范围：)1(1210jjPPPPPjR主传动系主轴总变速级数：主传动系主轴总变速级数：jjPPPPPZ1210最后扩大组变速范围与总变最后扩大组变速范围与总变速级数之间关系：速级数之间关系：由于极限传动比的限制：由于极限传动比的限制：9626. 141. 18jR所以总变速级数所以总变速级数Z：)26. 118

2、( )41. 1( 12Z主轴变速范围主轴变速范围Rn：1.26)( 501.261.41)( 45 41. 11 -18112Rn1 ZR 360845)(3210 1 1) )( (2 26 61 11 12 2 rrrrR841. 161)(233xr 方法：在原有变速传动系内再增加一个变速组。方法：在原有变速传动系内再增加一个变速组。特点：由于受变速组极限变速范围的限制，增加变速组的特点：由于受变速组极限变速范围的限制，增加变速组的级比指数不得不小于理论值，并导致部分转速重复。级比指数不得不小于理论值，并导致部分转速重复。63122312126312223246631222324) 1

3、22(23186631变速范围限制变速范围限制剔除重复转速剔除重复转速34445:nR,22333012931 ,zzzz43211 i16141411 i1641. 1)12(8)1(333 Pxr 18041. 11161 ZR 4541. 11121ZR5045 .1226. 126. 161161Z R80252000 R16201lg80lg Z84241222216 8, 41620 xx8542222216 129035. 620326. 126. 18238124 R76222312 12962222324 5045 .1226. 126. 161161Z R4122228 例

4、例 已知某通用车床转速图，试已知某通用车床转速图，试确定变速系中传动件的计算转速。确定变速系中传动件的计算转速。 1.1.主轴主轴的计算转速的计算转速 min/9041. 15 .31131213Z1r r nnj （1 1）主轴计算转速：）主轴计算转速： 采用通用机床中车床类的主轴计算采用通用机床中车床类的主轴计算转速公式：转速公式：Z1211331=31.5 1.41=90rpm jnn（2 2）各传动轴计算转速：）各传动轴计算转速： 第第轴：若由轴：若由18:7218:72传动主轴，其转传动主轴，其转速中速中355355、500500和和710710需传递全部功率；需传递全部功率；若由若

5、由60:3060:30传动主轴，则所有转速需传传动主轴，则所有转速需传递全部功率。因此计算转速为递全部功率。因此计算转速为125rpm125rpm。采用相同方法可求采用相同方法可求轴轴njnj. .60:30(3)(3)各齿轮副计算转速各齿轮副计算转速 齿轮齿轮Z18Z18：若经齿轮副：若经齿轮副18:7218:72使主轴使主轴得到三级转速得到三级转速9090、125125、180180，需传递，需传递全部功率，此时全部功率，此时Z18Z18齿轮转速为齿轮转速为355355、500500、710710，因此最低转速，因此最低转速355355为其计算为其计算转速。采用同法可求其余齿轮转速。采用同

6、法可求其余齿轮njnj。1fdnf/ ZRRR 5 . 78/60/ dnfRRR52. 7894. 094. 0 dfR dfR dfR)97. 090. 0( 1fdnf/ ZRRR 252. 7lg/5 . 7lg1 Z三、主运动为旋转运动的无级变速系统设计三、主运动为旋转运动的无级变速系统设计 主轴要求的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围 远大于调速电动机的恒功远大于调速电动机的恒功率变速范围率变速范围 ，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。变速范围，以满足机床需求。 PnRmR 电动机的额定转速产生主轴的计算转

7、速；电动机的最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。主轴的恒转矩变速范围高转速产生主轴的最高转速。主轴的恒转矩变速范围 则则决定了电动机恒转矩变速范围决定了电动机恒转矩变速范围 的大小的大小 ， 。TRTmRTmTRR 调速电动机的恒功率变速范围为调速电动机的恒功率变速范围为 ，在保证输出转速，在保证输出转速连续前提下，串联一个双速变速组，获得的最大变速范围为连续前提下，串联一个双速变速组，获得的最大变速范围为 此时此时: : m2m2aPZZFm2mF 串联两个双速变速组后，能得到的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连续无级转速的最大

8、变速范围是 ，这时这时: : 4m4baPPZZFm4 调速电动机串联调速电动机串联k级双速变速组后，能获得的最大变速范围是：级双速变速组后，能获得的最大变速范围是： ZFPnRkZ2mF 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，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，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当分级传动系统的公比 时，需串联的变速组数最少。时，需串联的变速组数最少。 mFmPnRZlglgmin2lglgminminZk 为自然数，且采用收尾法圆整，即：为自然数，且采用收

9、尾法圆整，即： k21minZ2Z取：取：42minZ4Z取：取： 分级传动系统的公比一般比电动机的恒功率变速范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围小，分级传动系统的实际公比为: :111zmPnZPmPnZpFFRRRR分级传动的最小传动比应采用前缓后急的原则；分级传动的最小传动比应采用前缓后急的原则；扩大顺序应采用前密后疏的原则扩大顺序应采用前密后疏的原则 ；串联的分级传动系统应遵循极限传动比、极限变速范围的原则。串联的分级传动系统应遵循极限传动比、极限变速范围的原则。 例例2-6 某数控机床，主运动由变频电动机驱动，电动某数控机床，主运动由变频电动

10、机驱动，电动机连续功率机连续功率7.5kW，额定转速，额定转速 ，最，最高、最低转速高、最低转速 ，机床主轴最高、最低转速机床主轴最高、最低转速 ： ， ，计算转速：，计算转速： 。设计所串联的分级传动系统。设计所串联的分级传动系统。min/15000rn min/4500max0rnmin/6min0rnmin/3550maxrnmin/5 .37minrnmin/150rnj解：解：主轴要求的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围247 .231503550PnR电动机的恒功率变速范围是电动机的恒功率变速范围是3，即，即 3mPmR该系统至少需要的转速级数、变速组数该系统至少需要的转速级数

11、、变速组数 89. 23lg24lglglgminmPnRZ53. 12lg89. 2lgmink 取取 ：2k4Z分级传动系统的实际公比为分级传动系统的实际公比为2324141ZmPnFRR结构式为结构式为 21224分级传动系统的最小传动比分级传动系统的最小传动比 322. 3min211011500150i根据前缓后急的原则分配最小传动比：根据前缓后急的原则分配最小传动比： 82. 211bi211ai77. 110i其它传动副的传动比其它传动副的传动比 122112Faaii41. 1282. 212212Fbbii调速电动机的最低工作转速调速电动机的最低工作转速min/375min/

12、105 .37minrrnm电动机最低工作转速时所传递的功率电动机最低工作转速时所传递的功率 kWkWnnPPmmm875. 100153755 . 70minmin4500150037537.51503006001200450900180035501:11:1.771:21:2.821.41:13751500450015037.5450900300180060035501200MP00图2-12 某数控机床转速图四、增大恒功率无级变速范围的方法四、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如果要求每段转速的无级变速范围 ，应增大电动，应增大电动机的功率，增大的比率为机的功率

13、，增大的比率为 ，即将电动机的功，即将电动机的功率扩大率扩大 倍，传递功率倍，传递功率 的最低转速为的最低转速为 ，从而，从而使电动机传递功率为使电动机传递功率为 的转速范围变为的转速范围变为 mFjRmFj/RkmPk /nn00kmPFjmmRk 从另一角度考虑，电动机传递功率从另一角度考虑，电动机传递功率 的最低转速（额定转速）的最低转速（额定转速）仍为仍为 ，主轴传递电动机额定功率的最低转速（计算转速）则为，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，对于增加功率后的电动机 对于增加功率后的电动机，提高了主轴的计算转速，对于增加功率后的电动机，提高了主轴

14、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。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。mP0njjnkn例例2-7 上述机床，若要求主轴每段的恒功率无级转速范围，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。，确定其分级变速系统。4FjR解：解：主轴要求的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围2424；电动机功率为电动机功率为 kWkWPm10345 . 7电动机传递电动机传递7.5kW7.5kW时的最低转速为时的最低转速为 min/1125min/4315000rrn至少需串联的双速变速组数和传动副数为至少需串联的双速变速

15、组数和传动副数为 30. 24lg24lgminZ2 . 12lg3 . 2lgmink2k4Z分级传动的分级传动的实际公比为实际公比为 82. 16424314F结构式为结构式为 21224分级传动系统的最小传动比分级传动系统的最小传动比 5 . 711125150mini根据前缓后急的原则，取根据前缓后急的原则，取 82. 211bi211ai325. 110i其它传动副的传动比其它传动副的传动比 1 . 1182. 12112Faaii17. 182. 182. 212212Fbbii调速电动机的最低工作转速调速电动机的最低工作转速min/281min/5 . 75 .37minrrnm电动机最低工作转速时所传递的功率电动机最低工作转速时所传递的功率kWkWnnPPmmm875. 151212815 . 70minmin主轴传递电动机额定功率（主轴传递电动机额定功率（10kW10kW）的最低转速为）的最低转速为min/200min/5 . 71500rrnj450037.515060035501: