第四章-第一部分-传动设计(浙大)资料课件

第四章

机床主要部件设计理论第一部分传动设计2023/7/201第一部分传动设计1.设计外联传动链时主要考虑保证要求的速度(或转速)和传递的功率；2.设计内联传动链时主要考虑保证传动精度。

机床的成形运动简单运动复合运动外链+内链外链外联传动链分级变速无级变速第八章传动设计2023/7/202第一节分级变速传动链的设计

一.

分级变速机构的转速图和结构网A.转速图我们先分析传动系统图主轴转速共12级：φ=1.41传动系统内共五根轴：轴Ⅰ—Ⅱ之间为传动组a；Ⅱ—Ⅲ之间为传动组b；Ⅲ—Ⅳ之间为传动组c。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/203转速图：它可以表达各轴转速变化规律和各传动付的传动比。（“三线一点”转速图）第一节分级变速传动链的设计

2023/7/204a.距离相等的一组竖线代表各轴。b.距离相等的一组水平线代表各级转速。c.与各竖线的交点代表各轴的转速。d.由于分级变速机构的转速是按等比级数排列的。故转速采用了对数坐标（省略）。相邻两水平线之间的间隔为lg

φ。e.各轴之间连线的倾斜方式代表传动副的传动比。f.传动比均可表示成含φ的数学式。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/205第一节分级变速传动链的设计

2023/7/206通过分析，得出：1）主轴各级转速的传动路线。2）主轴连续的等比转速，所需的传动组数和每个传动组中的传动副数。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2073）传动组的级比指数（X）。4）基本组和扩大组：如果要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个传动组的级比指数为l，这个传动组称为基本组（X0）。

第一扩大组：X1=X0P0

第n扩大组：Xn=Xn-1Pn-1第一节分级变速传动链的设计

格数2023/7/2085）各传动组的变速范围。

第一节分级变速传动链的设计

2023/7/209B.结构网和结构式结构网：表示传动比的相对关系而不表示转速数值的线图称为结构网。结构式：12＝31×23×26(1)传动链的组成及传动顺序。12级转速，传动顺序为：3、2、2(2)各传动组的级比指数。（1、3、6）(3)扩大顺序。（1、3、6）第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2010二、拟定转速图的步骤：1.传动组和传动副数量的确定2.拟定结构网（式）。也就是基本组和扩大组排列顺序的的拟定3.拟定转速图。举例拟定主运动链转速图：（前述中型车床，12级传动，图8—1）机床类型：中型车床。Z＝12，φ＝1.41，主轴转速为31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400。电动机转速nm＝1440r／min第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2011第一步：传动组和传动副数量的确定传动组和传动副数可能的方案有：12＝4×312＝3×412＝3×2×212＝2×3×212＝2×2×3遵循“前多后少”，确定12＝3×2×2最佳。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2012第二步：结构网（式）的确定：可能的6种方案：12＝31×23×26

c.12＝32×21×26

e.12＝32×26×21b.12＝31×26×23

d.12＝34×21×22f.12＝34×22×21第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2013(1).传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围降速传动时，

imin≥

升速传动时，

imax≤2。斜齿轮传动时，

imax

≤2.5任一传动组的最大变速范围一般为对于进给传动链：1/5≤i进≤2.8R进max≤14检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。

方案a、b、c、e的第二扩大组x2＝6，p2＝2，则：第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2014方案d、f的第二扩大组x2＝4，p2＝3，R2=ψ8=16＞Rmaax，不行。(2)基本组和扩大组的排列顺序原则是选择中间传动轴(本例如轴Ⅱ、Ⅲ)变速范围最小的方案。遵循“前密后蔬”的原则，故方案a.12＝31×23×26最佳。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2015第三步：拟定转速图分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速。遵循“升早降晚”的原则。(中型机床中间轴转速尽量高一些)注意：1.齿轮的线速度不超过12～15m/s,否则引起振动、发热和噪声。2.对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会太大。振动、发热和噪声是应该考虑的主要问题。因此，中间轴的转速应尽量低一些。中间各轴的转速以往前推比较方便。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2016

传动组c的变速范围为φ6=1.4l6＝8=Rmax,可知两个传动副的传动比必然是前文叙述的极限值：第一节分级变速传动链的设计

这样就确定了轴Ⅲ的六种转速只有一种可能，即为125、180、250，…710r/min。2023/7/2017ⅢⅡ传动组b的级比指数为3，2个传动副，分析时先以最小传动副传动比（降速）为研究对象，由于级比指数为3，所以降速传动到轴Ⅲ的转速是125、180、250r/min，再由于降速极限传动比的限制（4格），轴Ⅱ的转速最高可为500、710、1000r／min。不可能为1400r／min（×）。第一节分级变速传动链的设计

×2023/7/2018再分析以最大传动副传动比（升速）为研究对象，由于级比指数为3，所以升速传动到轴Ⅲ的转速是710、500、355r/min，再由于升速极限传动比的限制（2格），轴Ⅱ的转速最低可为180、250、355r／min。不可能为125r／min（×）。ⅢⅡ第一节分级变速传动链的设计

×综上所述，轴Ⅱ的转速最高可为500、710、1000r／min，最低可为180、250、355r／min。2023/7/2019为了避免升速，又不使传动比太小，取：轴Ⅱ的转速确定为355、500、710r／min。

第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2020轴Ⅱ的转速并不是越高越好。例如，如果取

如图中枣红色线则轴Ⅱ的最低转速可以提高到500r/min,这样将使传动比ib1的被动齿轮较大，使径向尺寸增大。所以，在条件允许时降速的传动比也不要取得过小。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2021同理，可以确定轴I的转速。（710r／min）。最后连线完成转速图。综述：设计方案是很多的，各有利弊。设计时应权衡得失，根据具体情况合理进行选择。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2022三.扩大变速范围的方法传动链中最后一个扩大组如果由两个传动副组成，主轴转速级数为Z，则最后一个扩大组的变速范围

R＝φZ/2。

由于极限传动比的限制，R≤8=1.416。传动链的变速范围只Rn=φZ－1=1.4111≈45，远不能满足140～200要求。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/20231．增加一个传动组（由于极限传动比的限制，将会产生一些转速重复）。2．采用背轮（也叫回曲机构）设计时，注意“超速”问题,只能Z4齿轮滑移。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2024四、齿轮齿数的确定1.

查表法。（为了便于设计与制造，传动组内各齿轮模数相同，传动副的齿数和相等，保证中心距相等。）齿数和Sz通常≤100～200三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差，应大于或等于4。Z`2－Z`3≥4Z1Z2Z3Z`1Z`2Z`3第一节分级变速传动链的设计

使Z2

和Z‵3的齿顶园半径之和≤中心距。证明：2023/7/2025有时为了满足传动比的要求，可以使同一传动组内各传动副的齿数和不等，然后采用变位齿轮使中心距相等。但各传动副的齿数和不能相差太大。第一节分级变速传动链的设计

2023/7/2026第二节

计算转速设计中应对传动件进行强度核算，在这里就涉及到零件的功率和转速，在变速传动链中如何确定转速？就是本节所要讨论的问题——计算转速。第二节

计算转速2023/7/2027一、机床的功率转矩特性1.直线运动的执行器官（包括主运动或进给运动）的切削速度对切削力影响不大。可以认为不论在什么速度下，都有可能承受最大切削力。因此，就认为拖动直线运动执行器官的传动件在任意转速下都是恒转矩的。第二节

计算转速2023/7/20282.执行器官作旋转运动n=1000v/πd

旋转运动链(包括旋转主运动和旋转进给运动)的变速机构，输出转矩与转速成反比，基本上是恒功率的（指Ⅰ区）。a.Ⅰ区是恒功率的。nTb.Ⅱ区是恒转矩的。nP第二节

计算转速2023/7/2029

3.主轴能传递全功率的最低转速，称为主轴的计算转速nj。4.传动链中其余传动件的计算转速，可根据主轴的计算转速及转速图决定。第二节

计算转速2023/7/2030二、机床主要传动件计算转速的确定主轴的计算转速nj1.对于大型机床由于应用范围很广，调速范围很宽，计算转速可取得高一些。2.对于精密机床，钻床、滚齿机等，由于应用范围较窄，调速范围较小，计算转速应取得低一些。3.数控机床调速范围比普通机床宽，计算转速可比普通机床高些。第二节

计算转速2023/7/2031第二节

计算转速例如：(1)主轴nj，根据经验统计公式，中型车床主轴的计算转速是从最低转速算起，第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即为n4＝90r／min(2)根据转速图，确定各传动轴和齿轮的计算转速。同一传动副的齿轮只计算齿数少的即可。确定主轴、各中间传动轴、齿轮的计算转速2023/7/2032

进给系统的计算转速nj

确定进给系统的计算转速，主要是用以确定所需的功率。1.当F

摩擦〉F

进给时。nj是取最大进给速度时的转速。2.当F进给≫F摩擦时。nj是取最大进给力工作时最大进给速度对应的转速。第二节

计算转速2023/7/2033第二节

计算转速a.与主运动的区别b.”前疏后密”2023/7/2034第三节

无级变速传动链设计无级变速机构直流调速电动机交流调速电动机一.直流调速电动机

a.直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax，采用调节磁场电流(简称调磁)的办法来调速的，属于恒功率。恒功率区恒转矩区第三节

无级变速传动链设计2023/7/2035b.从额定转速nd向下至最低转速nmin，采用调节电枢电压(简称调压)的办法来调速的，属恒转矩。恒功率区恒转矩区第三节

无级变速传动链设计2023/7/2036c.通常，额定转速nd＝1000—2000r／min，恒功率调速范围为2～4，恒转矩调速范围则很大，可达几十甚至超过一百。第三节

无级变速传动链设计2023/7/2037二.交流调速电动机

a.

nd

nmax

恒功率，采用调频方法调速。b.nd

nmin

恒转矩，采用调频方法调速。综述：交流调速电动机由于没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少。现在，在中、小功率电动机应用中已占优势。第三节

无级变速传动链设计2023/7/2038三.伺服电动机和脉冲步进电动机都是恒转矩的。四.无级变速传动链应遵循下列原则：1.无级变速机构功——转特性符合传动链的要求，调速范围也能满足传动链的要求，则可直接或经某定比传动副减速驱动执行器官。如龙门刨床等。第三节

无级变速传动链设计2023/7/20392.如P、T特性符合传动链要求，而转速范围小于传动链的调速范围，或者是P、T不完全符合传动链的要求，例如，旋转主运动链用直流调速电动机时，主运动链要求恒功率调速范围大于恒转矩调速范围。而直流调速电动机则相反。这时，必须串联分级变速箱来扩大其恒功率调速范围。第三节

无级变速传动链设计2023/7/2040选取原则：变速箱的公比φF原则上应等于电动机的恒功率调速范围RP。为了简化变速机构，取φF略大于RP。则电动机的功率应取得比要求的功率大些。第三节

无级变速传动链设计2023/7/2041例如：有一数控机床，主轴转速最高为4000r／min，最低为30r／min，计算转速为150r／min。最大切削功率为5．5kw。采用交流调频主轴电动机，额定转速为1500r／min，最高转速为4500r／min。设计分级变速箱的传动系统并选择电动机的功率。[解]主轴要求的恒功率调速范围：

Rnp=

n主max/

nj

=4000/150=26.7

电动机的恒功率调速范围：

Rp=

n电max/

nd=4500/1500=3第三节

无级变速传动链设计2023/7/2042取变速箱的公比φ

F＝Rp＝3，则由于无级变速时：

Rnp=

RF×Rp=φ

FZ-1×Rp=φ

FZ取Z＝3。第三节

无级变速传动链设计2023/7/2043第四节主轴箱主轴箱的组成：主轴（组件）、变速机构，操纵机构和润滑系统等。具有的特点：1.较高的传动效率，2.传动件具有足够的强度或刚度，3.振动要小，操作方便，良好的工艺性等。第四节

主轴箱2023/7/2044一、主轴箱的构造1.传动路线：a.电动机Z1/Z3×Z3/Z5=66/109×109/66=1b.电动机Z2/Z3×Z4/Z6=66/109×41/99≈1/4

第四节

主轴箱2023/7/2045第四节

主轴箱2.各轴的定位及结构。3.各齿轮的特点。2023/7/2046二、传动轴的安装1.装深沟球轴承的传动轴，常一端轴向固定，一端轴向自由，主要考虑轴的热膨胀的余地，宜用于长轴。

第四节

主轴箱2023/7/20472.两端固定不宜用长轴。总之：1.每根轴在轴向上双向都必须定位。2.不能过定位（一个方向有两处定位）。三、齿轮在轴上的布置和排列1.应尽量使较小的齿轮成为滑移齿轮，使滑移省力。因主动轴转速较高，最好放在主动轴上。2.双联滑移齿轮传动组占用的轴向长度为B＞4b。第四节

主轴箱2023/7/2048第四节

主轴箱3.三联滑移齿轮传动组B＞7b。2023/7/2049第四节

主轴箱B>6b2023/7/2050总述：缩短轴向长度的方法：ⅰ.将三联滑移齿轮分为单个和双联滑移齿轮。ⅱ.采用公用齿轮。ⅲ.将固定在轴上的主、从齿轮交错排列，主动齿轮放中间，从动齿轮放两端B＞6b。ⅳ.必要时还可用增多轴数的方法。第四节

主轴箱2023/7/2051四、相啮合齿轮的宽度小齿轮比相啮合的大齿轮宽1～2mm。缺点：轴向尺寸将有所增加。第四节

主轴箱2023/7/2052第六节主轴箱的温升1.温升原因：机械摩擦，润滑油的飞溅、搅拌等。2.由温升原因导致热变形。3.影响的主要方面：(1)改变各执行器官的相对位置。(2)改变主轴的几何位置。(3)改变轴承的间隙。(4)改变润滑条件