機械機床的傳動設計課件

1、 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）擬定傳動結構式； 2）擬定傳動系轉速圖； 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計內容和步驟第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 1.轉速圖的概念:分析和設計機床傳動系統(tǒng)時應用的一種特殊線圖，由“三點一線”組成，即傳動軸格線、轉速格線、傳動線和轉速點組成。 表示傳動軸的數(shù)目，傳動軸之間的傳動關系，主軸的各級轉速值及其傳動路線，各傳動軸的轉速分級和轉數(shù)值，各傳動副的傳動比等。 三、轉速圖第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 轉速圖 是設計和分析分級變速主傳動系的一個工具。 2.轉速

2、圖的組成 轉速點 表示主軸和各傳動軸的轉速值(對數(shù)值)的小圓點。 轉速線 間距相等的水平線。相鄰轉速線間距為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 傳動軸間轉速點的連線，表示兩軸間一對傳動副的傳動比。一個主轉速點引出的傳動線數(shù)目，代表兩軸間的傳動副數(shù)。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計轉速圖 例：一中型車床，主軸轉速級數(shù) Z=12，公比 =1.41，主軸轉速 n = 31.5 1400 r/min，如圖示。 12級轉速圖12級轉速的傳動系統(tǒng)圖第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計軸的轉速 傳動軸的轉速 傳動比電機軸與軸的傳動比 傳動線與傳動副的關系 在軸-之間，軸轉速點引出

3、三條傳動線，表示軸-的變速組有三對傳動副，各傳動線在軸上相距一格。 電機軸與軸間的傳動線向下傾斜2格，則軸的轉速在710 的轉速線上。 傳動線位置與轉速的關系第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 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速或兩相鄰的傳動比之比。 級比為公比冪的形式。如： 3 2）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.轉速圖原理第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 第一變速組 a（軸-之間） Pa=3；傳動比分別是 在

4、轉速圖變速組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。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 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： 傳動系經過基本組的變速，使軸得到P0 （即3）級等比數(shù)列轉速。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計22)13(1)1(000=-jjjPxR 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 的最低轉速點必須與L

5、b1 相距P0 格，才能使軸得到連續(xù)不重復的等比數(shù)列轉速。 即級比指數(shù)為 xb=P0=3 傳動線 Lb1 可作P0 條平行線。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 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。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計82.23)12(3)1()1(11011=-jjjjPPPxr 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

6、比為 6，級比指數(shù)為 xc= 6 傳動線Lc1 可作P0P1 條平行線。傳動線Lc2 的最低轉速點與Lc1 相距P0P1格，使軸得到連續(xù)而不重復的等比數(shù)列轉速，級比指數(shù)為：第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 5）第二擴大組 級比指數(shù)等于P0P1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 傳動系經第二擴大組的擴大，軸得到Z=322=12 級連續(xù)等比數(shù)列的轉速，總變速范圍為：第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 小結 ：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

7、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)總變速范圍為第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 結構網(wǎng) 只表示傳動比的相對關系，不表示具體轉速值，并以對稱形式表示的線圖。 結構式 將轉速級數(shù)按傳動順序寫成各變速組傳動副數(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.結構網(wǎng)和結構式 問：為何結構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： 結構式 12 = 31 23 26第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 轉速圖的設計步驟 根據(jù)轉速圖的擬定原則，確定結構式，畫出結構網(wǎng)； 分配各傳動組的最小傳動比，畫出轉

8、速圖。 四、主傳動系轉速圖的擬定原則 擬定原則 極限傳動比和變速范圍原則 傳動順序及傳動副數(shù)原則 擴大順序原則 最小傳動比原則第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 為了防止齒輪傳動比過小而造成從動輪結構過大，增加變速箱的尺寸，需要限制最小傳動比，即 imin1/4。 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 imax2，螺旋圓柱齒輪的 imax2.5。 1.極限傳動比、極限變速范圍原則 傳動系統(tǒng)圖第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 結論 ： 直齒輪變速組的極限變速范圍是 ： r = 24 = 8 螺旋圓柱齒輪變速組的極限變速范圍是 ： r = 2.54 = 10 由于變速組的

9、變速范圍 ，即r 隨著 j 增大而增大，因此設計時只需檢查最后擴大組是否超過極限值。 如 12=312326， =1.41，第二擴大組26為最后擴大組。則（未超極限值） 如 18=313623， =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）第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 2.傳動副數(shù)確定原則 例 一中型機床，主軸轉速級數(shù) Z=12， =1.41，nmin=31.5 r/min， nmax=1400r/min，電動機功率為7.5 kW,額定轉速 nm=1440 r/min。擬定主傳動順序及傳動副數(shù)。 12=322 12=232 12=223 12=4

10、3 12=34 12=62 12=26 解 變速組和傳動副數(shù)的組合方案有第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 方案 12=43、 12=34 都有3根軸，7對齒輪； 方案 12=62 、 12=26 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=322 、12=232 、12=223 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)劣第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 若傳動副數(shù)為3的變速組是擴大組，則（超出極限值）（超出極限值） 在方案 12=43 、 12=34 中，若傳動副數(shù)為

11、4的變速組是擴大組，則 粗選方案 12=322，12=232， 12=223 （2）極限變速范圍判定第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 選擇方案為 12=322 在方案 12=322、12=232、12=223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速越高，所需傳遞的轉矩越小，幾何尺寸越小。 結論 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 3PaPbPc。 （3）傳動副前多后少第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 在已確定方案 12=322 中，有如下

12、擴大方案： 12=312326 12=312623 12=322126 12=342122 12=322621 12=342221 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）的變速范圍第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 結論 傳動副數(shù)前多后少，擴大順序應前小后大，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=312326 根據(jù)當傳動副數(shù)P 大時，級比指數(shù) x 應取小值。得一定時, x 、P 是影響r 的關鍵因素。數(shù)學表達式為第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 4.最小傳動比確定原則 為使傳動件在相對高速下工作，減

13、少變速箱的結構尺寸，提高傳動鏈末端執(zhí)行件的旋轉精度，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 ia min ib min ic min 1/4 對傳動比的要求 傳動比不能超過極限值； 為設計方便，變速組的最小傳動比盡量為公比的整數(shù)次冪。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 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 imax2，r = 8； 螺旋齒輪 1/4 imax2.5，r = 10；第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 小結 ： 如：雙速電動機

14、驅動 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 設計主傳動鏈應遵循4個原則，但具體情況靈活應用。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計12481631.563125250500100020001.062.124.258.51733.567132265530106021201.122.244.59.01835.571140280560112022401.182.364.759.51937.57

15、5150300600118023601.252.55.010204080160315630125025001.322.655.310.621.242.585170335670132026501.42.85.611.222.44590180355710140028001.53.06.011.823.647.595190375750150030001.63.156.312.52550100200400800160031501.73.356.713.226.553106212425850170033501.83.557.1142856112224450900180035501.93.757.5153

16、06011823647595019003750 標 準 數(shù) 列 表 三、轉速圖的繪制 例 某車床的主軸轉速要求為 n = 1181320r/min ，轉速級數(shù)為8級，電機轉速 n = 1440r/min。試設計該機床的主傳動系統(tǒng)，即擬定傳動結構式，計算各級轉速，畫出轉速圖。 已知：R = 1320 /118, Z = 8。根據(jù) R = z-1， 解: 1.計算公比 得第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 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 = 42， 8 = 24， 8 = 222 在方案 ，中有三根軸，比方案少一根軸，但有一個傳動組內有四個傳動副，增加了

17、傳動軸的軸向長度，故選擇方案 8 = 222 根據(jù)前密后疏原則，粗選擴大順序為 8 = 212224 因第二擴大組的最終確定結構式為 8 = 212224 第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 確定定比傳動比 取軸的轉速值為 950 r/min，則電機軸 與軸的傳動比為 確定各變速組最小傳動比 從轉速點 950 r/min 到118 r/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.設計轉速圖 主軸各級轉速 118, 170, 236, 335, 475, 670

18、, 950, 1320第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 01320 950 670 475 335 236 170 1181440n /( r/min ) 4.繪制轉速圖1:1.51:11:11:2.821.41:11:21:1.41結構式 8 = 212224 第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 01320 950 670 475 335 236 170 1181440n /( r/min ) 8級轉速的轉速圖1:1.51:11:11:2.821.41:11:21:1.41結構式 8 = 212224 第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 8級轉速的傳動系統(tǒng)圖結構式 8 = 212224 11121.4

19、111111.4112.821:1.5第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 四、齒輪齒數(shù)的確定 1.齒輪齒數(shù)的確定原則 在保證輸出轉速準確的前提下，盡量減少齒數(shù)。要求： （1）變速組內所有齒輪的模數(shù)相同，且是標準齒輪，該組傳動副的齒數(shù)和Sz 應相等。 （2）齒輪副的齒數(shù)和 Sz100120。 （3）為保證傳動的平穩(wěn)性，主傳動中，取最小齒輪齒數(shù) Zmin17。 （4）變速組內各齒輪副的齒數(shù)和不相等時，齒數(shù)和的差3。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 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小于中心距。 即 4842=64。 （7）三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪

20、的齒數(shù)差應4， 以保證滑移時齒輪外圓不相碰。 （5）實際轉速n與標準轉速 n 的相對轉速誤差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a2m，以滿足齒輪強度。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 2.齒數(shù)的確定方法 查表法 對于變速組內的齒輪，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)機械設計手冊推薦的計算方法確定。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 確定齒輪齒數(shù)的關鍵是選取合理的齒數(shù)和，其步驟： 按傳遞轉矩要求先初選中心距， 設定齒輪模數(shù)； 再算出齒數(shù)和。第一節(jié) 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 Sz i405056606264666870727475761.002025283031323334353637381.06272930313233343536371.121929303132333435361.2522252930313233331.41252