第二章_机床的传动设计(2)

1、第三章第三章 金属切削机床设计金属切削机床设计 第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 当当 r最后最后 = 8， = 1.41，则则 x最后最后 = 6，结构式结构式 12=312326 , 变变速范围速范围 R = z- -1 =1.4112- -1 =1.4111= 45； 当当 r最后最后 = 8， = 1.26，则则 x最后最后 = 9，结构式结构式 18=313329，变速范围变速范围 R = z- -1 = 1.26 18- -1 = 1.2617 = 50； 一般常用机床的总变速范围都在一般常用机床的总变速范围都在 R=80 以上。为了满足通用机以上

2、。为了满足通用机床的工艺需求，需要扩大主传动系统的变速范围。床的工艺需求，需要扩大主传动系统的变速范围。 根据传动系前多后少的传动顺序原则，最后扩大组的传动副根据传动系前多后少的传动顺序原则，最后扩大组的传动副数是数是P = 2。 一、扩大变速范围的意义一、扩大变速范围的意义 第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 二、扩大变速范围的方法二、扩大变速范围的方法 当当增加公比增加公比 、传动副数、传动副数P 及传动组时及传动组时，都可以增大，都可以增大R ，但，但 增大，会导致增大，会导致Amax 增大，影响机床的生产率。增大，影响机床的生产率。 当机床类型一定时，当

3、机床类型一定时， 为一定值。为便于传动系的操作和控为一定值。为便于传动系的操作和控制，常取传动副数制，常取传动副数 P3。1 ZR 1. 1. 增加变速组增加变速组已知传动系总变速范围为已知传动系总变速范围为 扩大变速范围的机理：扩大变速范围的机理：通过增加扩大组来增加主轴变速范围。通过增加扩大组来增加主轴变速范围。 结论：结论：每增加一个变速组能使每增加一个变速组能使R扩大扩大8 8倍，主轴转速增加倍，主轴转速增加6 6级。级。 第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 例例 已知已知 =1.41，结构式结构式 12 = 312326， x2= 6， r2 = 83

4、60845)(3210 1 1) )( (2 26 61 11 12 2 rrrrR 当当增加第三扩大组时，理论级数为增加第三扩大组时，理论级数为 24=312326212 ，最后扩大组的变速范围为最后扩大组的变速范围为 r3= 12(2- -1)=64 8，不符合要求。不符合要求。 必必须减小须减小x3，使使 ，即，即 x3 = 6。此时。此时实际实际转速为转速为24- -6=18 级，重复级，重复 6 级。总变速范围为：级。总变速范围为：841. 161)(233 xr 结构式：结构式：1818=3=31 12 23 32 26 62 26 6 12级等比传动系统结构网级等比传动系统结构网

5、 结构式：结构式：24=324=31 12 23 32 26 62 21212 第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 2. 2. 单回曲机构单回曲机构( (背轮机构背轮机构) ) 当离合器当离合器M与与 z1 结合时，输入轴结合时，输入轴的运动直接由轴的运动直接由轴输出，传输出，传动比为动比为 i2 = 1。 当离合器当离合器M与与z4 结合时结合时，运动运动经经z1、z2、z3、z4传递。传递。 16141411 i即即,zzzz43211 i传动比为传动比为则则极限变速范围为极限变速范围为 r

6、= i2/i1= 16。IIIZ3Z4MZ1Z2 扩大变速范围的机理扩大变速范围的机理 扩大极限变速范围来扩大总变速范围。扩大极限变速范围来扩大总变速范围。 结论结论 采用单回曲机构，采用单回曲机构，R 可扩大可扩大4倍；若增加的变速组为单回倍；若增加的变速组为单回曲机构，结构式可为曲机构，结构式可为 R可扩大可扩大16倍。倍。,22333012931 第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 例如例如 =1.41，结构式结构式 16 = 212224281641. 1)12(8)1(333 Pxr 18041. 11161 ZR 原结构式原结构式: 12=31232

7、6变速范围变速范围 R = z- -1 =1.4112- -1 =1.4111= 45；IIIZ3Z4MZ1Z2第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 3. 3. 对称混合公比传动系统对称混合公比传动系统 保持保持主轴转速列中段公比主轴转速列中段公比 保持保持不变，不变，增大不常用的转速公比。即增大不常用的转速公比。即大公比为大公比为= 1.58 =1.262，且高速端大公比的转速级数，且高速端大公比的转速级数与低速端相等，形成两端对称的大公比与与低速端相等，形成两端对称的大公比与小公比混合的传动系统。小公比混合的传动系统。5045 .1226. 126. 1611

8、61Z R 如如 结构式结构式 12 = 31 23 26 转变成混合转变成混合公比后得到：公比后得到： 12 = 322627 扩大变速范围的机理扩大变速范围的机理 在不增加主轴转速在不增加主轴转速级数的前提下，增大不常用的级数的前提下，增大不常用的 来扩大来扩大R。第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 因因大公比格数必须是偶数，而变形大公比格数必须是偶数，而变形基本组的基本组的 r01.269 = 8，取，取 x8。 若变形基本组是单回曲机构（背轮机若变形基本组是单回曲机构（背轮机构），则构），

9、则r01.2612 = 16，故取故取 x10。 混合公比传动系统的设计原则：混合公比传动系统的设计原则： 传动系大公比是小公比的平方，考传动系大公比是小公比的平方，考虑相对转速损失率，取小公比虑相对转速损失率，取小公比 =1.26。 基本组的传动副数基本组的传动副数 P0 = 2，级比指级比指数为数为 x0 = x+1。 结论结论 对称混合公比传动系统，是改变传动副数为对称混合公比传动系统，是改变传动副数为2的基本组形的基本组形成的，能使成的，能使R扩大扩大4 倍。倍。第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 例例 某摇臂钻床的主轴转数范围为某摇臂钻床的主轴转数范围

10、为 n =25 2000 r/min，公比公比 =1.26，主轴转数级数主轴转数级数 Z Z=16，确定钻床的结构式及结构网。确定钻床的结构式及结构网。 解（解（1 1）钻床要求的总变速范围钻床要求的总变速范围80252000 R （2 2）钻床的理论转数级数应为钻床的理论转数级数应为16201lg80lg Z （3 3）钻床的结构式为钻床的结构式为84241222216 8, 41620 xx钻床采用混合公比传动，大公比格数为钻床采用混合公比传动，大公比格数为8542222216 按前密后疏原则整理得按前密后疏原则整理得 结论结论 应用双速电动机，缩短了传动链，而扩大了变速范围。应用双速电动

11、机，缩短了传动链，而扩大了变速范围。第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 4 4、双速电动机传动系统、双速电动机传动系统 机床采用双速电动机时，传动顺序机床采用双速电动机时，传动顺序与扩大顺序不一致。由于第一扩大组与扩大顺序不一致。由于第一扩大组的的x1 = P0，所以双速电动机对基本组，所以双速电动机对基本组的传动副数的传动副数P0 的要求是：的要求是： 因因 21.2631.412，若取若取 = 1.26 ，则则P0 = 3；若取若取 = 1.41，则则P0 = 2。 双速电动机是动力源，应为第一变速组（电源变速组），双速电动机是动力源，应为第一变速组（电源变

12、速组），但级但级比是比是2，只能作为变形基本组或第一扩大组。，只能作为变形基本组或第一扩大组。4122228 采用双速电动机的结构式采用双速电动机的结构式第三节第三节 计算转速计算转速 传动件设计的主要依据是所能承受的载荷大小。载荷取决于所传动件设计的主要依据是所能承受的载荷大小。载荷取决于所传递的功率和转速。当外载一定，转速越高，传递的转矩越小。传递的功率和转速。当外载一定，转速越高，传递的转矩越小。 对于转速恒定的传动件，可算出传递的转矩大小，进行强度对于转速恒定的传动件，可算出传递的转矩大小，进行强度设计。对于有几种转速的传动件，必须确定一个设计。对于有几种转速的传动件，必须确定一个经济

13、合理的转速经济合理的转速n nj j，进行强度设计。，进行强度设计。一、研究计算转速的意义一、研究计算转速的意义 计算转速的意义：计算转速的意义：根据传动件需要传递全部功率的最低转速，根据传动件需要传递全部功率的最低转速，来确定传动件能传递的最大转矩，作为强度计算和校核依据。来确定传动件能传递的最大转矩，作为强度计算和校核依据。第三节第三节 计算转速计算转速 传动件传递的转矩与切削力、工件和刀具的半径有关。传动件传递的转矩与切削力、工件和刀具的半径有关。粗加粗加工采用大吃刀深度、大走刀量，即切削力矩大，转速低；精加工工采用大吃刀深度、大走刀量，即切削力矩大，转速低；精加工时则相反。时则相反。工

14、件或刀具尺寸较小时，切削力矩小，轴转速高；工件或刀具尺寸较小时，切削力矩小，轴转速高；工件或刀具尺寸较大时则相反。工件或刀具尺寸较大时则相反。T=9550 P/n,T=9550 P/n, 2.2.主运动为旋转运动的机床主运动为旋转运动的机床 由于功率是转矩与角速度的乘积，所以属于恒功率传动。由于功率是转矩与角速度的乘积，所以属于恒功率传动。 直线运动直线运动机床的最大切削力存在于所有的切削速度中，驱动机床的最大切削力存在于所有的切削速度中，驱动直线运动的传动件，在所有转速下承受的最大转矩相等。直线运动的传动件，在所有转速下承受的最大转矩相等。即属于即属于恒转矩传动。恒转矩传动。T=FT=F*

15、*R R 1.1.主运动为直线运动的机床主运动为直线运动的机床 二、机床的功率转矩特性二、机床的功率转矩特性 第三节第三节 计算转速计算转速 3.3.计算转速（计算转速（nj ）概念）概念 计算转速计算转速 是是指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。 通用机床工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺只需采用通用机床工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺只需采用小进给量、低转速，消耗的功率小，主传动不需要传递电动机的小进给量、低转速，消耗的功率小，主传动不需要传递电动机的全部功率。全部功率。 传动件设计必须找出需要传递全部功率的最低转速，来确定传动件设计必须找出需

16、要传递全部功率的最低转速，来确定所能传递的最大转矩。所能传递的最大转矩。 nj nmin（恒转矩变速范围恒转矩变速范围）主轴主轴每级转速都能传递计算转速时的转矩，每级转速都能传递计算转速时的转矩，输出功率随转速线性下降。输出功率随转速线性下降。第三节第三节 计算转速计算转速 nj nmax（恒功率变速范围恒功率变速范围）主轴每级转速都能传递全部功主轴每级转速都能传递全部功率，且输出转矩随转速增高而降低。率，且输出转矩随转速增高而降低。 各类机床主轴的各类机床主轴的nj可查表计算确定。可查表计算确定。第三节第三节 计算转速计算转速 4.4.各类机床的计算转速（各类机床的计算转速（nj ） 可查表

17、确定可查表确定 第三节第三节 计算转速计算转速 步骤：步骤：先确定主轴计算转速；先确定主轴计算转速；再按传动顺序由后往前依次再按传动顺序由后往前依次确定各传动轴的计算转速；确定各传动轴的计算转速；最后确定各传动件的计算转速。最后确定各传动件的计算转速。 例例 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.主轴的计算转速主轴的计算转速 min/9041. 15 .31131213Z1r r nnj 三、主变速系统传动件计算转速的确定三、主变速系统传动件计算转速的确定第三节第三节 计算转速计算转速 2.2.各传动轴的计算转速各

18、传动轴的计算转速 变速组变速组 c c 有两个传动副，有两个传动副，nj主主= 90 是轴是轴通过通过18/72 获得，获得，轴轴相应的转速为相应的转速为355。轴。轴的最低转速为的最低转速为125，通过，通过60/30使主轴使主轴获得转速为获得转速为250 nj主主，且能传递全部功率。，且能传递全部功率。 故故 nj= =125 r/min nj 是经轴是经轴的最低转速的最低转速355获获得，得，故故 nj=355 r/min 同理同理 nj= =710 r/min第三节第三节 计算转速计算转速 3.3.各传动副的计算转速各传动副的计算转速 变速组变速组c 传动副传动副 z18/ /z72

19、产生产生nj主主，则轴则轴的相应转速的相应转速355就是主动齿轮就是主动齿轮z18 的计算转速，即的计算转速，即 njcz18=355r/min。 z60/ /z30 产生的最低主轴转速产生的最低主轴转速 250 nj主主，对应的轴对应的轴最低转速最低转速125为主动齿轮为主动齿轮z60 的计算转速的计算转速。 即即 njcz60=125r/min。 变速组变速组b 主动齿轮主动齿轮 z22，z42的计算转速为的计算转速为 njbz22,24 = 355r/min 变速组变速组a 主动齿轮主动齿轮 z24，z30，z36 的计算转速为的计算转速为 njaz24 = 710r/minmin/9561318min13minrnnnnZjP53页图2-3428291.1.调速电动机调速电动机 通过改变单位时间内输入液压缸液体的流量来实现无级变速。通过改变单位时间内输入液压缸液体的流量来实现无级变速。变速范围较大、变速方便、运动换向冲击小、易于实现直线运动变速范围较大、变速方便、运动换向冲击小、易于实现直线运动和自动化。和自动化。常用于主运动为直线运动的刨床、拉床等机床中。常用于主运动为直线运动的刨床、拉床等机床中。第四节第四节 无级变速系统设计无级变速系统设计 2.2.机械无级变速装置机械