第二章 機床傳動設(shè)計(1)

機械制造裝備設(shè)計 第三章金屬切削機床設(shè)計 有關(guān)概念變速范圍 轉(zhuǎn)速圖 變速組的級比 級比指數(shù) 基本組 第一擴大組 第二擴大組 轉(zhuǎn)速圖的擬定原則等 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 主要內(nèi)容分級變速主傳動系轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計 齒輪齒數(shù)和帶輪直徑的確定 5 滿足機床結(jié)構(gòu)性能要求 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 一 主傳動系設(shè)計的基本要求 1 滿足機床使用性能要求 2 滿足機床傳遞動力要求 3 滿足機床工作性能的要求 4 滿足機床設(shè)計經(jīng)濟性的要求 組成主傳動系由動力源 電動機 變速裝置及執(zhí)行件 主軸 刀架 工作臺 以及開停 換向和制動機構(gòu)組成 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 二 主傳動系分類和傳動方式 一 主傳動系分類 1 按驅(qū)動電機類型分類 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 2 按傳動裝置類型分類機械傳動裝置 液壓傳動裝置 電氣傳動裝置以及它們的組合 3 按變速的連續(xù)性分類分級變速傳動 無級變速傳動 1 分級變速傳動利用滑移齒輪 交換齒輪和離合器實現(xiàn)變速 在一定的變速范圍內(nèi)得到級數(shù)Z 20 30級的轉(zhuǎn)數(shù) 傳遞功率大 變速范圍廣 傳動比準確 工作可靠 但有速度損失 不能在運轉(zhuǎn)中變速 廣泛應(yīng)用于中小型通用機床 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 1 機械摩擦無級變速器結(jié)構(gòu)簡單 使用可靠 常用于中小型車床 銑床的主傳動 2 液壓無級變速器傳動平穩(wěn) 運動換向沖擊小 易于實現(xiàn)直線運動 常用于直線主運動的機床 如拉床 刨床的主運動 3 電氣無級變速器有交流變頻調(diào)速電動機 可簡化機械結(jié)構(gòu) 便于實現(xiàn)自動變速 連續(xù)變速和負載下變速 廣泛用于數(shù)控機床的主傳動 2 無級變速傳動可在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速 在運轉(zhuǎn)及負載下自動變速 便于保持恒定的切削速度 滿足生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量要求 第一節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 1 集中傳動方式 二 主傳動的傳動方式 主傳動和變速傳動機構(gòu)集中在同一個主軸箱內(nèi)的傳動方式 如圖 銑床主變速傳動系 利用立式床身作為變速箱體 所有的傳動和變速機構(gòu)都裝在床身中 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)緊湊 便于實現(xiàn)集中操縱 安裝調(diào)整方便 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 缺點 傳動系中 高速運轉(zhuǎn)的傳動件在運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動和熱變 會直接影響主軸的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性 使主軸產(chǎn)生熱變形和回轉(zhuǎn)軸線偏離 而直接影響加工精度 應(yīng)用 集中傳動方式主要適用于普通精度的大 中型機床 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 2 分離傳動方式 主傳動系大部分的傳動和變速機構(gòu)裝在遠離主軸的單獨變速箱中 通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式 如圖 臥式車床主傳動系 主軸箱中只裝有主軸和背輪機構(gòu) 特點 變速箱各傳動件所產(chǎn)生的振動和熱量不直接傳給或少傳給主軸 有利于提高主軸的工作精度 根據(jù)已確定的主變速傳動系的運動參數(shù)和動力參數(shù) 1 擬定傳動結(jié)構(gòu)式 2 擬定傳動系轉(zhuǎn)速圖 3 分配各變速組各傳動副的傳動比 4 確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑 5 繪制主變速傳動系統(tǒng)圖 分級變速主傳動系設(shè)計內(nèi)容和步驟 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 1 轉(zhuǎn)速圖的概念 分析和設(shè)計機床傳動系統(tǒng)時應(yīng)用的一種特殊線圖 由 三點一線 組成 即傳動軸格線 轉(zhuǎn)速格線 傳動線和轉(zhuǎn)速點組成 表示傳動軸的數(shù)目 傳動軸之間的傳動關(guān)系 主軸的各級轉(zhuǎn)速值及其傳動路線 各傳動軸的轉(zhuǎn)速分級和轉(zhuǎn)數(shù)值 各傳動副的傳動比等 三 轉(zhuǎn)速圖 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 轉(zhuǎn)數(shù)圖是設(shè)計和分析分級變速主傳動系的一個工具 2 轉(zhuǎn)速圖的組成 轉(zhuǎn)速點表示主軸和各傳動軸的轉(zhuǎn)速值 對數(shù)值 的小圓點 轉(zhuǎn)速線間距相等的水平線 相鄰轉(zhuǎn)速線間距為lg 傳動軸線距離相等的鉛垂線 從左到右按傳動順序排列 傳動線傳動軸間轉(zhuǎn)速點的連線 表示兩軸間一對傳動副的傳動比 一個主轉(zhuǎn)速點引出的傳動線數(shù)目 代表兩軸間的傳動副數(shù) 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 轉(zhuǎn)速圖 例 一中型車床 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z 12 公比 1 41 主軸轉(zhuǎn)速n 31 5 1400r min 如圖示 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 按照動力從電動機到執(zhí)行元件的傳遞順序 變速組依次為第一變速組 第二變速組 第三變速組 分別用a b c 表示 傳動副數(shù)用P表示 變速范圍用r表示 1 級比變速組中兩相鄰的轉(zhuǎn)速或兩相鄰的傳動比之比 級比為公比冪的形式 如 32 級比指數(shù)為級比的冪指數(shù) 用x表示 如 3中的冪指數(shù)為x 3 2 轉(zhuǎn)速圖原理 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 第一變速組a 軸 之間 Pa 3 傳動比分別是 在轉(zhuǎn)速圖變速組a中三條傳動線分別是 下降2格 下降1格 水平 即級比為 級比指數(shù)為xa 1 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 3 基本組級比等于公比或級比指數(shù)等于1的變速組 其傳動副數(shù)用P0表示 級比指數(shù)用x0表示 如圖 第一變速組a為基本組 P0 3 x0 1 變速范圍為 傳動系經(jīng)過基本組的變速 使軸 得到P0 即3 級等比數(shù)列轉(zhuǎn)速 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 第二變速組b 軸 之間 Pb 2 其傳動比分別是 傳動線Lb1下降三格 Lb2水平 級比為 3 級比指數(shù)xb 3 傳動線Lb2的最低轉(zhuǎn)速點必須與Lb1相距P0格 才能使軸 得到連續(xù)不重復的等比數(shù)列轉(zhuǎn)速 即級比指數(shù)為xb P0 3 傳動線Lb1可作P0條平行線 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 圖中 第二變速組b為第一擴大組 P1 2 x1 3 P0 其變速范圍為 傳動系經(jīng)第一擴大組后 軸 得到P0 P1級連續(xù)而不重復的等比數(shù)列轉(zhuǎn)速 4 第一擴大組級比指數(shù)等于基本組傳動副數(shù)的變速組 其傳動副數(shù)用P1表示 級比指數(shù)用x1表示 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 第三變速組c 軸 之間 Pc 2 傳動比分別是 傳動線Lc1下降4格 Lc2上升2格 級比為 6 級比指數(shù)為xc 6 傳動線Lc1可作P0 P1條平行線 傳動線Lc2的最低轉(zhuǎn)速點與Lc1相距P0 P1格 使軸 得到連續(xù)而不重復的等比數(shù)列轉(zhuǎn)速 級比指數(shù)為 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 5 第二擴大組級比指數(shù)等于P0 P1的變速組 其傳動副數(shù) 級比指數(shù) 變速范圍分別用P2 x2 r2表示 變速組c為第二擴大組 P2 2 x2 x1P1 P0P1 6 變速范圍為 傳動系經(jīng)第二擴大組的擴大 軸 得到Z 3 2 2 12級連續(xù)等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速 總變速范圍為 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 小結(jié) 變速組級比指數(shù)x由小到大的排列順序稱為擴大順序 一個等比數(shù)列變速系統(tǒng)中 必須有基本組 第一擴大組 第二擴大組 第三擴大組 第j擴大組的變速范圍為 第j擴大組的級比指數(shù)為 變速系統(tǒng)總變速范圍為 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動比的相對關(guān)系 不表示具體轉(zhuǎn)速值 并以對稱形式表示的線圖 結(jié)構(gòu)式將轉(zhuǎn)速級數(shù)按傳動順序?qū)懗筛髯兯俳M傳動副數(shù)的乘積 級比指數(shù)寫在各傳動副數(shù)右下腳的表達式 3 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 問 為何結(jié)構(gòu)式中第一變速組為基本組 第二變速組為第一擴大組 第三變速組為第二擴大組 如 結(jié)構(gòu)式12 31 23 26 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計步驟 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖的擬定原則 確定結(jié)構(gòu)式 畫出結(jié)構(gòu)網(wǎng) 分配各傳動組的最小傳動比 畫出轉(zhuǎn)速圖 四 主傳動系轉(zhuǎn)速圖的擬定原則 擬定原則 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 為了防止齒輪傳動比過小而造成從動輪結(jié)構(gòu)過大 增加變速箱的尺寸 需要限制最小傳動比 即imin 1 4 為了減小傳動系統(tǒng)的振動 提高傳動精度 需要限制最大傳動比 即直齒輪的imax 2 螺旋圓柱齒輪的imax 2 5 1 極限傳動比 極限變速范圍原則 傳動系統(tǒng)圖 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)論 直齒輪變速組的極限變速范圍是 r 2 4 8螺旋圓柱齒輪變速組的極限變速范圍是 r 2 5 4 10 由于變速組的變速范圍 即r隨著j增大而增大 因此設(shè)計時只需檢查最后擴大組是否超過極限值 如12 31 23 26 1 41 第二擴大組26為最后擴大組 則 未超極限值 如18 31 36 23 1 26 第二變速組的級比指數(shù)為xb 6 是第二擴大組 即最后擴大組 則 超過極限值 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 2 傳動副數(shù)確定原則 例一中型機床 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z 12 1 41 nmin 31 5r min nmax 1400r min 電動機功率為7 5kW 額定轉(zhuǎn)速nm 1440r min 擬定主傳動順序及傳動副數(shù) 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 方案 12 4 3 12 3 4都有3根軸 7對齒輪 方案 12 6 2 12 2 6都有3根軸 8對齒輪 而8對齒輪的軸向尺寸大于7對齒輪的軸向尺寸 故方案 優(yōu)于 方案 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3都有7對齒輪 與方案 相同 但是軸的數(shù)量比方案 多一個 且軸向尺寸短 因此不能直接判斷各方案的優(yōu)劣 1 比較優(yōu)劣 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 超出極限值 在方案 12 4 3 12 3 4中 若傳動副數(shù)為4的變速組是擴大組 則 粗選方案 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 2 極限變速范圍判定 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 選擇方案為 12 3 2 2 在方案 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3中 因機床的nmax 1400r min nm 1440r min 故主傳動系統(tǒng)為降速傳動 傳動件越靠近電動機其轉(zhuǎn)速越高 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩越小 幾何尺寸越小 結(jié)論盡量使傳動系前面的傳動件多一些 即 前多后少 原則 采用三聯(lián)滑移齒輪在前 二聯(lián)滑移齒輪在后的變速組 即數(shù)學表達式為3 Pa Pb Pc 3 傳動副前多后少 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 在已確定方案12 3 2 2中 有如下擴大方案 12 31 23 26 12 31 26 23 12 32 21 26 12 34 21 22 12 32 26 21 12 34 22 21 在擴大方案 中 在擴大方案 中 3 擴大順序確定原則 考慮最后變速組 第二擴大組 的變速范圍 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 結(jié)論傳動副數(shù)前多后少 擴大順序應(yīng)前小后大 即 前密后疏 原則 級比指數(shù)小 傳動線密 級比指數(shù)大 傳動線疏 選擇擴大方案為 12 31 23 26 數(shù)學表達式為 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 4 最小傳動比確定原則 為使傳動件在相對高速下工作 減少變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸 提高傳動鏈末端執(zhí)行件的旋轉(zhuǎn)精度 在傳動順序 擴大順序的原則上 最小傳動比采取 前緩后急 的原則 即遞降原則 數(shù)學表達式為iamin ibmin icmin 1 4 對傳動比的要求 傳動比不能超過極限值 為設(shè)計方便 變速組的最小傳動比盡量為公比的整數(shù)次冪 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 最小傳動比確定原則 前緩后急 擴大順序確定原則 前密后疏 傳動副數(shù)確定原則 前多后少 極限傳動比 極限變速范圍原則 直齒輪1 4 imax 2 r 8 螺旋齒輪1 4 imax 2 5 r 10 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 小結(jié) 如 雙速電動機驅(qū)動電動機只能為第一擴大組 傳動順序與擴大順序不一致 如 CA6140車床主傳動系統(tǒng)的軸 安裝有雙向離合器 占據(jù)一定的軸向長度 因此第一變速組為雙聯(lián)滑移齒輪 第二變速組為三聯(lián)滑移齒輪 在傳動順序上 傳動副數(shù)不是前多后少 注意設(shè)計主傳動鏈應(yīng)遵循4個原則 但具體情況靈活應(yīng)用 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 標準數(shù)列表 五 轉(zhuǎn)速圖的繪制 例某車床的主軸轉(zhuǎn)速要求為n 118 1320r min 轉(zhuǎn)速級數(shù)為8級 電機轉(zhuǎn)速n 1440r min 試設(shè)計該機床的主傳動系統(tǒng) 即擬定傳動結(jié)構(gòu)式 計算各級轉(zhuǎn)速 畫出轉(zhuǎn)速圖 已知 R 1320 118 Z 8 根據(jù)R z 1 解 1 計算公比 得 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 2 確定傳動組 傳動副和擴大順序 根據(jù)傳動組和傳動副擬定原則 可選方案有 8 4 2 8 2 4 8 2 2 2 在方案 中有三根軸 比方案 少一根軸 但有一個傳動組內(nèi)有四個傳動副 增加了傳動軸的軸向長度 故選擇方案 8 2 2 2 最終確定結(jié)構(gòu)式為8 21 22 24 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 確定定比傳動比取軸 的轉(zhuǎn)速值為950r min 則電機軸與軸 的傳動比為 確定各變速組最小傳動比 從轉(zhuǎn)速點950r min到118r min共有6格 三個變速組的最小傳動線平均下降兩格 按照前緩后急的原則 第二變速組最小傳動線下降2格 第一變速組最小傳動線下降2 1 1格 第三變速組最小傳動線下降2 1 3格 3 設(shè)計轉(zhuǎn)速圖 主軸各級轉(zhuǎn)速118 170 236 335 475 670 950 1320 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 4 繪制轉(zhuǎn)速圖 1 1 5 1 1 1 1 1 2 82 1 41 1 1 2 1 1 41 結(jié)構(gòu)式8 21 22 24 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 0 1320950670475335236170118 1440 n r min 8級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速圖 1 1 5 1 1 1 1 1 2 82 1 41 1 1 2 1 1 41 結(jié)構(gòu)式8 21 22 24 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 8級轉(zhuǎn)速的傳動系統(tǒng)圖 結(jié)構(gòu)式8 21 22 24 1 1 1 2 1 41 1 1 1 1 1 41 1 2 82 1 1 5 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 六 齒輪齒數(shù)的確定 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 如圖 變速組a中 三聯(lián)滑移齒輪左移時 要使42和24齒輪不相碰 兩齒輪的齒頂圓半徑之和應(yīng)小于中心距 即48 42 6 4 7 三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪的齒數(shù)差應(yīng) 4 以保證滑移時齒輪外圓不相碰 5 實際轉(zhuǎn)速n 與標準轉(zhuǎn)速n的相對轉(zhuǎn)速誤差 n為 6 齒輪可裝在軸上的條件是齒根圓至鍵槽頂面的距離a 2m 以滿足齒輪強度 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 2 齒數(shù)的確定方法 查表法對于變速組內(nèi)的齒輪 若傳動比是標準公比的整數(shù)次方 則每對齒輪副的齒數(shù)和Sz 小齒輪的齒數(shù)可按機床設(shè)計手冊的 常用傳動比適用齒數(shù)表 來選取 計算法依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的計算方法確定 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 確定齒輪齒數(shù)的關(guān)鍵是選取合理的齒數(shù)和 其步驟 按傳遞轉(zhuǎn)矩要求先初選中心距 設(shè)定齒輪模數(shù) 再算出齒數(shù)和 第五節(jié)主傳動系統(tǒng)設(shè)計 常用傳動比的適用齒數(shù)表 ia1 1 S