金屬切削機床設(shè)計

1、機械制造裝備設(shè)計,安徽科技學(xué)院機械工程學(xué)院,第三節(jié) 金屬切削機床總體設(shè)計,一 機床系列型譜的制定 二 機床的運動功能設(shè)計 三 機床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 四 機床主要參數(shù)的設(shè)計,機床分為十一大類，每類通用機床都有它的主參數(shù)系列，而每一規(guī)格又有基型和變型，合稱為這類機床的系列和型譜。,一 機床系列型譜的制定,二 機床的運動功能設(shè)置,1、工藝分析 根據(jù)可達到的生產(chǎn)率和加工精度、機床制造成本、操作維護方便程度等因素綜合分析，進行機床工藝范圍的選擇。 2、機床運動功能設(shè)置 根據(jù)工藝范圍分析和所確定的加工方法，進行運動功能設(shè)置。 （1）分析式設(shè)計方法：參考同類型 （2）解析式設(shè)計方法：創(chuàng)成式原理 3、寫出機床

2、的運動功能式，畫出運動原理圖。,（一） 主參數(shù)和尺寸參數(shù) （二） 運動參數(shù) （1）主運動參數(shù) （2）主軸轉(zhuǎn)速和變速范圍 （3）標準公比和標準轉(zhuǎn)速數(shù)列 （4）進給運動參數(shù) （三） 動力參數(shù) （1）確定主傳動功率 （2）確定進給傳動功率,四 機床主要參數(shù)的確定,主參數(shù),機床主參數(shù)是代表機床規(guī)格大小及反映機床最大工作能力的一種參數(shù)。 通用機床的主參數(shù)通常都以機床的最大加工尺寸來表示； 專用機床的主參數(shù)一般以與通用機床相對應(yīng)的主參數(shù)表示。 為了更完整地表示機床的工作能力和加工范圍，可在主參數(shù)后面標出第二主參數(shù)，如最大工件長度、最大跨距等。,主參數(shù)各類主要機床的主參數(shù)和折算系數(shù),基本參數(shù)尺寸參數(shù),機床尺

3、寸參數(shù)是指機床主要結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)。 包括： 1、與工件有關(guān)的尺寸參數(shù)； 2、與工、夾、量具有關(guān)的尺寸參數(shù)； 3、主要的結(jié)構(gòu)尺寸。,基本參數(shù)運動參數(shù),機床運動參數(shù)是指機床執(zhí)行件，如主軸、工作臺、刀架等的運動速度。,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),主運動為回轉(zhuǎn)運動的機床，主運動參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速n(單位：rmin)： 主運動為直線運動的機床，主運動參數(shù)是刀具每分鐘往復(fù)次數(shù)（單位：次/min），或稱為雙行程數(shù)；也可以是裝夾工件的工作臺的移動速度。,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，機床主軸轉(zhuǎn)速n(單位為rmin)：,專用機床可根據(jù)特定工序?qū)嶋H使用的切削速度和工件(或刀具)的直徑確定主軸轉(zhuǎn)速，且

4、大多數(shù)情況只需一種速度。 通用機床，為適應(yīng)各種不同的加工要求，主軸應(yīng)有一定的變速范圍和變速方式(有級或無級變速)。,n ：主軸轉(zhuǎn)速(r/min) v : 切削速度(m/min) d : 工件或刀具直徑(mm),（1） nmin和nmax的確定,dmax、dmin為最大最小經(jīng)濟加工直徑 dmax=K1D dmin=K2dmax 臥式車床K1=0.5 搖臂鉆床K1=1.0 K2=0.2-0.25,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),例題:確定臥式車床主軸的轉(zhuǎn)速范圍。,硬質(zhì)合金車刀半精車小直徑鋼材外圓時達最高轉(zhuǎn)速，取Vmax=200m/min，K1=0.5,K2=0.25,機床能加工的最大直徑為400mm。

5、則:,高速鋼車刀粗車鑄鐵件表面時可能達最低轉(zhuǎn)速，取Vmin=m/min，機床能加工的最大直徑為400mm。則:,高速鋼刀具精車合金鋼材料的梯形螺紋時達最低轉(zhuǎn)速，取Vmin=1.5m/min，機床能加工絲杠最大直徑在4050mm左右。,綜上所述,再考慮留有技術(shù)儲備,最后確定 nmax =1600 r/min nmin = 10 r/min,（2）主軸轉(zhuǎn)速的合理排列 已知變速范圍，若采用有級變速，應(yīng)進行主軸轉(zhuǎn)速分級； 目前，多數(shù)機床主軸轉(zhuǎn)速是按等比級數(shù)排列，其公比為,轉(zhuǎn)速級數(shù)用Z表示。,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),各級轉(zhuǎn)速：,變速范圍：,考慮刀具壽命，實際加工時用nj，則其相對轉(zhuǎn)速損失為n-nj

6、相對轉(zhuǎn)速損失率為：,加工某工件的最佳切削速度為v，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n：,最大相對轉(zhuǎn)速損失率為n趨近與nj+1時：,結(jié)論：最大相對轉(zhuǎn)速損失率相等。,（2）主軸轉(zhuǎn)速的合理排列 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速相對損失均勻； 使變速傳動系統(tǒng)簡化； 混合公比轉(zhuǎn)速使用的機會相差較大 常用轉(zhuǎn)速：采用較小的公比； 不常用轉(zhuǎn)速：采用較大的公比；,（3）標準公比值和標準轉(zhuǎn)速系列 標準公比的規(guī)定： 1，因為機床要滿足不同的工藝需求，需要一系列等比數(shù)列轉(zhuǎn)速，nminnmax逐漸變大； 1 2，因為大，則Amax大，對機床生產(chǎn)率影響率大，所以規(guī)定Amax50%。,（3）標準公比值和標準轉(zhuǎn)速系列 標準公比值有 1.06、1.12、1.26、

7、1.41、1.58、1.78、2。 標準轉(zhuǎn)速系列可由標準數(shù)列查取。,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),用于旋轉(zhuǎn)主運動、直線主運動、等比進給運動。對于無級變速系統(tǒng)可參考標準公比。,當(dāng)選定標準公比之后，轉(zhuǎn)速數(shù)列可從表2-5中查出。表中給出了公比為1.06的從115000的數(shù)列，其它公比的數(shù)列可由此派生得到。 表31和表2-5均適用于轉(zhuǎn)速、雙行程和進給系列，也可以用于機床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。,2,A 結(jié)構(gòu) 中型機床 不能太大 不能很復(fù)雜 取1.26, 1.41 大型機床 不能大(要小) 可以復(fù)雜點 取1.12,1.26 小型機床 可以大一些 結(jié)構(gòu)簡單 取1.58,1.78 半自動車床 要小 工藝范圍小結(jié)

8、構(gòu)不復(fù)雜 取1.12,1.26 專門化機床 要小 工藝范圍小結(jié)構(gòu)不復(fù)雜 取1.06,1.12,1.26,（）公比的選用,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),圓整； 宜采用雙聯(lián)、三聯(lián)滑移齒輪變速 Z 取 6 8 9 12 16 18 24,基本參數(shù)運動參數(shù)主運動參數(shù),(5)變速范圍Rn，公比和級數(shù)Z的關(guān)系,機床進給量的變換可用無級變速（數(shù)控機床）和有級變速方法。 采用有級變速方式時，進給量一般為等比數(shù)列。 進給量也有等差數(shù)列的(加工螺紋)。如利用棘輪機構(gòu)實現(xiàn)進給的機床(刨床、插床)。,基本參數(shù)運動參數(shù)進給量,fmax、fmin ：最大、最小進給量； Za ：進給量級數(shù)； C ：差值，由被加工螺紋的導(dǎo)程或

9、棘輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)決定；,動力參數(shù)指主運動、進給運動和輔助運動的動力消耗，它主要由機床的切削載荷和驅(qū)動的工件質(zhì)量決定。 對于專用機床，機床的功率可根據(jù)特定工序的切削用量計算或測定； 對于通用機床，目前單純用計算的方法來確定功率是困難的，故通常用類比、測試和近似計算幾種方法互相校核來確定。 下面介紹用近似計算的方法確定機床動力參數(shù)。,基本參數(shù)運動參數(shù)動力參數(shù),主傳動功率的確定,當(dāng)主傳動鏈的結(jié)構(gòu)方案尚未確定時：,當(dāng)主傳動鏈的結(jié)構(gòu)方案確定時：,進給傳動功率的確定,進給運動與主運動合用一個電動機，進給運動消耗功率遠小于主運動。 進給運動中工作進給與快速進給合用一個電機時，由于快速電機所需功率遠大于工作進給

10、功率，且二者不同時工作，所以不必考慮工作進給所需功率。 進給運動采用單獨電動機驅(qū)動時，進給電動機功率：,數(shù)控機床的進給運動，伺服電動機按轉(zhuǎn)矩為：,第四節(jié) 主傳動系統(tǒng)設(shè)計,一、主傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求 1）滿足機床使用性能要求 應(yīng)滿足機床的運動特性，如機床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)，傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠等。,2）滿足機床傳遞動力要求 主電動機和傳動機構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和扭矩，具有較高的傳動效率。 3）滿足機床工作性能要求 主傳動系統(tǒng)中所有零、部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形特性穩(wěn)定。,4）滿足產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)濟性要求 傳動鏈盡可能簡短，零件數(shù)目要少，

11、以便節(jié)省材料，降低成本。 5）調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)合理簡單，便于加工裝配等。,二、主傳動系統(tǒng)分類和傳動方式 （一）主傳動系統(tǒng)分類 （1）按驅(qū)動主傳動的電動機類型分類,主電動機,（2）按傳動裝置類型分類 可分為機械傳動裝置、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 1）分級變速傳動 在一定變速范圍內(nèi)只能得到某些轉(zhuǎn)速，一般 Z 20 30。,分級變速方式一般為滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器變速等。 除了摩擦式離合器外，其他變速方式的特點是傳遞功率大，變速范圍廣，傳動比準確，工作可靠，在通用機床（尤其中小型）中應(yīng)用廣泛。缺點是有速度損失，不能在運轉(zhuǎn)中進行變速。,摩擦式離

12、合器則可在運轉(zhuǎn)過程中變換轉(zhuǎn)速。 其操縱方式可以是機械的、電磁的或液壓的，便于實現(xiàn)自動化。 其缺點是傳動比不準確，發(fā)熱量大。,2）無級變速傳動 能在一定的變速范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)變速，以得到最有利的切削速度； 能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自動化； 能在負載下變速，使切削速度恒定，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。,無級變速傳動可由機械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和無級變速電動機實現(xiàn)。 機械摩擦無級變速器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，常用在中小型車床、銑床等的主傳動中。 液壓無級變速器傳動平穩(wěn)、運動換向沖擊小，常用于主運動為直線運動的機床，如磨床、拉床、刨床等。,無級變速電動機有直流電動機或交流變頻調(diào)速電動機兩種，由于

13、可以大大簡化機械結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和在負載下變速，應(yīng)用越來越廣泛，尤其在數(shù)控機床上目前幾乎全部采用電動機變速。 在數(shù)控機床和大型機床中，為了擴大其變速范圍，常在無級變速器后面串聯(lián)一個機械式分級變速裝置。,（二）主傳動系統(tǒng)的傳動方式 主傳動系統(tǒng)的傳動方式主要有兩種：即集中傳動方式和分離傳動方式。 1. 集中傳動方式 主傳動系統(tǒng)的全部傳動和變速機構(gòu)集中裝在同一個主軸箱內(nèi)。,圖3-11 銑床主變速傳動系統(tǒng)圖,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； 缺點：傳動件所產(chǎn)生的振動和熱量，將影響主軸的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和回轉(zhuǎn)精度。 集中傳動方式適用于普通精度級的大中型通用機床。,2. 分離傳動

14、方式 主傳動系統(tǒng)中的大部分傳動和變速機構(gòu)裝在遠離主軸的單獨變速箱內(nèi)，然后通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式，稱為分離傳動方式 。,圖3-12 分離傳動主變速傳動系統(tǒng)圖,優(yōu)點：變速箱各傳動件所產(chǎn)生的振動和熱量不能傳到主軸上，有利于提高機床的工作精度。由于高速傳動鏈較短，使主軸在高速運轉(zhuǎn)時比較平穩(wěn)，傳動效率高，轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動和制動。 缺點：多了一個箱體，增加加工成本；低速時皮帶負荷大，容易打滑。 分離傳動方式適用于中、小型高速精密機床。,三、分級（有級）變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計 主要內(nèi)容及步驟： 根據(jù)已確定的主變速傳動系統(tǒng)的運動參數(shù)； 擬定結(jié)構(gòu)式（結(jié)構(gòu)網(wǎng)）、轉(zhuǎn)速圖； 合理分配各變速組中各傳動副的

15、傳動比； 確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑等； 繪制主變速傳動系統(tǒng)圖。,（一）擬定轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)式 1. 轉(zhuǎn)速圖 轉(zhuǎn)速圖是設(shè)計、分析機床分級變速主傳動系統(tǒng)時用的一種特殊線圖。 轉(zhuǎn)速圖是由“三線一點”即傳動軸格線、轉(zhuǎn)速格線、傳動線以及轉(zhuǎn)速點所組成。,a） b）圖3-13 臥式車床主變速傳動系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖a）傳動系統(tǒng)圖 b）轉(zhuǎn)速圖,轉(zhuǎn)速圖可以直觀地表達出在主傳動系統(tǒng)中傳動軸的數(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)速值，各傳動 副的傳動比等。,2. 結(jié)構(gòu)式 設(shè)計分級變速主傳動系統(tǒng)時，為便于分析比較不同的傳動設(shè)計方案， 常使用結(jié)構(gòu)式。,對應(yīng)右面轉(zhuǎn)速圖的結(jié)構(gòu)式可寫

16、成：,式中：12表示主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)； 3，2，2分別表示按傳動順序排列各變速組的傳動副數(shù)； 下標1、3、6分別表示各變速組的級比指數(shù)。,變速組的級比是指在轉(zhuǎn)速圖中同一變速組內(nèi)相鄰兩傳動比的比值。 用 表示。 級比指數(shù) 相當(dāng)于由上述相鄰 兩傳動線與被動軸 交點之間的相距格 數(shù)。,設(shè)計時要使主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列，必須有一個變速組的級比指數(shù)為 1，此變速組稱為基本組?；窘M的級比指數(shù)用 表示，即 。,后面的變速組因起變速擴大作用，所以統(tǒng)稱為擴大組。 第一擴大組的級比指數(shù) 一般應(yīng)等于基本組的傳動副數(shù)，即 。,第二擴大組的作用是將第一擴大組擴大的變速范圍第二次擴大，其級比指數(shù) 等于基本組的傳動副數(shù)

17、與第一擴大組的傳動副數(shù) 的乘積，即 。 如有更多的變速組，則依次類推。,符合上述級比規(guī)律的變速傳動系統(tǒng)即稱為常規(guī)變速傳動系統(tǒng)。 上述方案是傳動順序和擴大順序相一致的情況，若將基本組和各擴大組采取不同的傳動順序，則還有許多方案。,結(jié)構(gòu)式簡單、直觀，能清楚地顯示出變速傳動系統(tǒng)中主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) ，各變速組的傳動順序、傳動副數(shù) 與級比指數(shù) 。 結(jié)構(gòu)式的一般表達式為：,3. 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 將轉(zhuǎn)速圖畫成對稱形式就成為結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)網(wǎng)中兩軸間連線僅表示傳動關(guān)系，而不表示實際傳動比值，軸上各圓點也不表示該軸的具體轉(zhuǎn)速。,a） b）附圖 臥式車床主變速傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)網(wǎng)a）轉(zhuǎn)速圖 b）結(jié)構(gòu)網(wǎng),結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖有一致的變

18、速特性，一個轉(zhuǎn)速圖對應(yīng)一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)，但一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)可以對應(yīng)畫出很多不同的轉(zhuǎn)速圖。 結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式都是用于分析和比較不同的傳動系統(tǒng)設(shè)計方案的，但結(jié)構(gòu)網(wǎng)更直觀些。,（二）變速組及其傳動副數(shù)的選擇 一定變速級數(shù)的分級變速傳動系統(tǒng)，是由不同數(shù)目的變速組所組成的。 現(xiàn)以12級轉(zhuǎn)速的分級變速傳動系統(tǒng)為例，其組成方案可如下所示： 12=62 12=43 12=322,在選擇變速傳動方案時，需綜合考慮以下幾個方面： 1）變速組的數(shù)目； 2）傳動件的數(shù)目； 3）變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸； 4）變速時是否需要互鎖機構(gòu)。 結(jié)論：一般情況下，每個變速組的傳動副數(shù)最好取 p = 2或3。,（三）各變速組的變速范圍及極限傳動比 變速

19、組的變速范圍是指變速組中最大傳動比與最小傳動比的比值。 即,參照下面轉(zhuǎn)速圖，各變速組的變速范圍可寫成,因此，變速組的變速范圍一般可寫成 由上式可看出，變速組變速范圍 值中的指數(shù) ，就是變速組中最大傳動比的傳動線與最小傳動比的傳動線所間隔的格數(shù)。,設(shè)計機床主傳動系統(tǒng)時： 一般限制降速最小傳動比為 ； 限制升速最大傳動比為 （直齒圓柱齒輪）， （斜齒圓柱齒輪）。 由此，各變速組的變速范圍相應(yīng)受到限制。,主傳動各變速組的最大變速范圍為： 對于進給傳動系統(tǒng)，上述限制可相對放寬為：,主軸的變速范圍應(yīng)等于主變速傳動系統(tǒng)中各變速組變速范圍的乘積，即 在檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查該傳動系統(tǒng)

20、中的最后一個擴大組即可。 從變速組變速范圍公式中 可看出，為使最后擴大組的變速范圍不超出其允許值，其傳動副數(shù)一般取 較為合適。,例1 ，檢查以下兩方案中各變速組的變速范圍： 例2 ，檢查以下兩方案中各變速組的變速范圍：,（四）主變速傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般原則 1. 傳動副“前多后少”原則 當(dāng) 時，令 如有下列三種主變速傳動方案： 12=322，12=232，12=223， 按此原則，顯然第一方案為好。,2. 傳動線“前密后疏”原則（即傳動順序與擴大順序相一致） 當(dāng) 時，要求 對于12=322，可有 6 種不同擴大順序方案： 12=312326， 12=322126， 12=322621， 12=3

21、12623， 12=342122， 12=342221。,對照分析 6 種不同結(jié)構(gòu)式所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，不難看出，第 1 種方案較其他 5 種方案為好。 因此，在設(shè)計主變速傳動系統(tǒng)時，應(yīng)盡可能做到變速組的傳動順序與擴大順序相一致。 從結(jié)構(gòu)網(wǎng)中可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變速組的傳動順序與擴大順序相一致時，傳動線為“前密后疏”特征規(guī)律分布。,3. 變速組的降速要“前慢后快”，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動機的轉(zhuǎn)速。 從電動機到機床主軸，總的趨勢是降速傳動，為使中間傳動軸轉(zhuǎn)速較高（但不宜過高），可使前面變速組降速幅度慢一些，后面降速幅度快一些，即要求,上述原則在設(shè)計主變速傳動系統(tǒng)時一般應(yīng)該遵循，但有時 還需根據(jù)具 體情況加以

22、 靈活運用， 如臥式車床 等。,在設(shè)計主變速傳動系統(tǒng)時，為改善其傳動性能，還應(yīng)該注意以下幾點： 1）傳動鏈要短； 2）轉(zhuǎn)速和要??； 3）齒輪線速度要低； 4）空轉(zhuǎn)件要少。 綜上所述，主變速傳動系統(tǒng)的設(shè)計要點是： 一個規(guī)律，兩個限制，三條原則，四項注意。,例 擬定臥式中型銑床的主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖。 已知主軸的轉(zhuǎn)速范圍為301500r/min，異步電動機的轉(zhuǎn)速為1440r/min。 設(shè)計步驟如下： 1. 選定公比，確定Rn、 Z 和各級轉(zhuǎn)速值； 2. 選擇結(jié)構(gòu)式并驗算變速組的變速范圍； 3. 確定是否需要增加降速的定比傳動副； 4. 分配各變速組的最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖。,例 擬定臥式中型銑床的主

23、傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖。 已知主軸的轉(zhuǎn)速范圍為301500r/min，異步電動機的轉(zhuǎn)速為1440r/min。 解 1.選定公比，確定Rn、 Z 和各級轉(zhuǎn)速值 選 =1.26，則,表33 標準數(shù)列,查表得主軸各級轉(zhuǎn)速為：30，37.5，47.5， 60， 75，95 ，118，150，190，236，300，375，475，600，750，950，1180，1500 （r/min）。,2. 選擇結(jié)構(gòu)式并驗算變速組的變速范圍 選擇結(jié)構(gòu)式為：18 = 313329 驗算最末擴大組的變速范圍 滿足要求。,3. 確定是否需要增加降速的定比傳動副 所設(shè)計機床主傳動系統(tǒng)要求的總降速比為 而三個串聯(lián)變速組理論上所能

24、實現(xiàn)的最大降速比為 因1/641/48，故不需增加降速的定比傳動副。,4. 分配各變速組的最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖,1500(r/min) 1180 950 750 600 475 375 300 236 190 150 118 95 75 60 47.5 37.5 30,1440 (r/min),a,b,c,uc2=1 /6=1/4,uc1=3/1=2,（五）主變速傳動系統(tǒng)的幾種特殊設(shè)計 1. 具有多速電動機的主變速傳動系統(tǒng)設(shè)計 采用多速異步電動機與其它傳動方式聯(lián)合使用，可簡化機床的機械結(jié)構(gòu)，使用方便，且可在運轉(zhuǎn)中實現(xiàn)變速，故適用于半自動、自動機床及普通機床。,機床上常用雙速或三速電動機，其同

25、步轉(zhuǎn)速為（750/1500）r/min、（1500/3000）r/min、 （750/1500/3000）r/min，電動機的變速范圍為2 4。 在傳動系統(tǒng)中，多速電動機相當(dāng)于具有兩個或三個假想傳動副的變速組，故將其稱為電變速組。,a） b）圖3-16 多刀半自動車床主變速傳動系統(tǒng)a）傳動系統(tǒng)圖 b）轉(zhuǎn)速圖,應(yīng)用多速電動機時，若使變速系統(tǒng)仍然保持連續(xù)的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速，則要求電變速組在擴大順序中的特性仍然要遵守級比規(guī)律。電動機的變速范圍為24，級比為2。 當(dāng)電動機變速范圍為2或4時，變速傳動系統(tǒng)采用的公比應(yīng)是2的整數(shù)次方根。,多速電動機總是在傳動系統(tǒng)的最前面，按實際傳動順序，電變速組是第一個變速

26、組，因此，多數(shù)情況下不能滿足“前密后疏”原則。 多速電動機的最大輸出功率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，即電動機在低速和高速時輸出的功率不同。但為了使用方便，則在主軸的一切轉(zhuǎn)速下，電動機功率都定為低速時的功率。,所以，采用多速電動機的缺點之一就是當(dāng)電動機在高速時，不能完全發(fā)揮其能力。 例 已知 n電 = 750 / 1500 / 3000 r/min，Z =18，=1.26。 試擬定該傳動方案的結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)。,2. 具有交換齒輪的變速傳動系統(tǒng)設(shè)計 對于成批生產(chǎn)中使用的機床，如自動、半自動車床，專用機床，齒輪加工機床等，在加工中一般不需要變速，或僅在較小范圍內(nèi)變速。但更換工件后，有可能需要變換速度。為簡化結(jié)構(gòu)，常

27、采用交換齒輪變速方式，或?qū)⒔粨Q齒輪與其它變速方式組合使用。,a） b）圖3-16 具有交換齒輪的主變速傳動系統(tǒng)a）傳動系統(tǒng)圖 b）轉(zhuǎn)速圖,交換齒輪用于每批工件加工前的變速調(diào)整，而其他變速方式則用于加工中變速。 為減少交換齒輪的數(shù)量，相嚙合的兩個交換齒輪可以互換位置安裝，即互為主、被動齒輪，這時使用一組交換齒輪即可得到兩種傳動比。反映在轉(zhuǎn)速圖上，交換齒輪的變速組應(yīng)設(shè)計成對稱分布的。,下圖所示為三對交換齒輪副變速組的轉(zhuǎn)速圖。,由于變速組內(nèi)的最大升速比受到限制，所以當(dāng)交換齒輪完全倒換時，交換齒輪變速組的變速范圍R交 4 6。 交換齒輪變速的優(yōu)點是可以用少量齒輪得到多級轉(zhuǎn)速，不需要操縱機構(gòu)，變速箱結(jié)構(gòu)

28、大大簡化。,缺點是更換交換齒輪時較費時費力，如裝在變速箱外，則潤滑和密封較為困難。 交換齒輪變速組一般安放在傳動系統(tǒng)的前面，使其處于較高轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)可以緊湊些。 下圖為銑削頭的轉(zhuǎn)速圖及傳動系統(tǒng)圖。,圖3-16 銑削頭的主變速傳動系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖,3. 采用公用齒輪的變速傳動系統(tǒng)設(shè)計 在變速傳動系統(tǒng)中，既是前一變速組的被動齒輪，又是后一變速組的主動齒輪，該齒輪稱為公用齒輪。 按相鄰變速組內(nèi)公用齒輪的數(shù)目，常用的有單公用、雙公用和三公用齒輪。,圖3-12 采用公用齒輪的主變速傳動系統(tǒng)圖（局部）,采用公用齒輪可以減少齒輪的數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，但由于齒輪公用而導(dǎo)致兩變速組的傳動比相互牽制，給選擇傳

29、動比帶來一定困難，同時徑向尺寸也較大。 同時還應(yīng)注意，相鄰兩個變速組中的齒輪模數(shù)必須相同。,必須注意到公用齒輪所受到的彎曲應(yīng)力屬于對稱循環(huán)，其彎曲疲勞許用應(yīng)力比非公用齒輪低，因為非公用齒輪所受到的彎曲應(yīng)力屬于脈動循環(huán)。所以應(yīng)盡可能選擇變速組內(nèi)較大的齒輪作為公用齒輪。 下圖所示為某銑床主變速傳動系統(tǒng)圖與轉(zhuǎn)速圖，該主傳動系統(tǒng)采用了雙公用齒輪傳動。,圖3-11 采用雙公用齒輪的銑床主變速傳動系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖,（六）擴大傳動系統(tǒng)變速范圍的方法 已知主變速傳動系統(tǒng)中最后一個擴大組的變速范圍是 若最后擴大組的傳動副數(shù)為2， 即 ， 則,由于變速組的極限傳動比受到限制， 即當(dāng) 時， 當(dāng) 時， 當(dāng) 時， 當(dāng) 時

30、，,擴大主變速傳動系統(tǒng)變速范圍的常用方法： 1. 增加變速組 在原有變速傳動系統(tǒng)中再增加一個變速組，是擴大變速范圍的最簡便方法。 由于受到變速組極限傳動比的限制，所增加的變速組的級比指數(shù)往往不得不小于理論值，并導(dǎo)致部分轉(zhuǎn)速出現(xiàn)重復(fù)。,右圖所示為增加一個變速組后的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，其對應(yīng)的結(jié)構(gòu)式為： 該傳動系統(tǒng)變速范圍可達：,例 試擬定=1.41的主變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式。,2. 采用背輪機構(gòu) 主動軸可通過離合器與同軸線的被動軸直接接合，也可通過另一軸上的兩個齒輪分別與主動軸、被動軸上的齒輪嚙合，將運動從主動軸傳至被動軸，這類機構(gòu)稱為背輪機構(gòu)，又稱單回曲機構(gòu)。,圖3-19 背輪機構(gòu),在設(shè)計采用背輪機構(gòu)的分離

31、傳動結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意： 在合上離合器、用皮帶直接傳動主軸時，應(yīng)使背輪脫開，否則，當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時，經(jīng)齒輪副 58/17 傳動背輪軸，使背輪軸以很高的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)，容易引起振動、噪聲和發(fā)熱。,圖3-12 CM6132型精密普通車床的主傳動系統(tǒng)圖,背輪機構(gòu)的極限變速范圍為 用背輪機構(gòu)作為最后擴大組，可以擴大傳動系統(tǒng)的變速范圍。,采用背輪機構(gòu)的分離傳動方式，常作為高速精密機床的傳動結(jié)構(gòu)方案。,3. 采用雙公比的傳動系統(tǒng) 主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列有兩個公比，中段轉(zhuǎn)速采用小公比，高、低段轉(zhuǎn)速采用大公比。 雙公比變速傳動系統(tǒng)是在常規(guī)變速傳動系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過改變基本組的級比指數(shù)演變而來的。 一般應(yīng)?。?（n為大于 1 的正整

32、數(shù)）,該傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖的特點為： 在主軸轉(zhuǎn)速范圍的高、低段各出現(xiàn) n 個轉(zhuǎn)速空格，即這兩段轉(zhuǎn)速值的公比為 此時,圖3-20 采用雙公比的轉(zhuǎn)速圖,4. 采用分支傳動 分支傳動是指在串聯(lián)形式變速傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加并聯(lián)分支以擴大變速范圍。 如一串聯(lián)型變速傳動系統(tǒng)實例： ，其結(jié)構(gòu)式為： 使主軸得到10 500r/min共 18 級轉(zhuǎn)速。,另在第二變速組后增加一升速傳動副，構(gòu)成高速分支傳動，又使主軸得到450 1400r/min的共6級高轉(zhuǎn)速。 本例中， 該分支傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)式為：,圖3-20 CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)圖,（七）齒輪齒數(shù)的確定 1. 確定變速組內(nèi)齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問題 （1）

33、齒輪的齒數(shù)和 不應(yīng)過大，一般推薦 （2）齒輪的齒數(shù)和 不應(yīng)過小，應(yīng)考慮： 最小齒輪不發(fā)生根切，對于標準圓柱齒輪：, 保證最小齒輪有足夠的強度，應(yīng)使齒輪齒槽到孔壁或鍵槽底部的壁厚 （m為齒輪模數(shù)），即 小齒輪可套裝在軸上的 條件如右圖所示。 兩軸間最小中心距應(yīng)適宜。,圖3-21 小齒輪的壁厚條件,（3）確定齒輪齒數(shù)時，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求 實際傳動比與理論傳動比之間允許有小的誤差，由確定齒輪齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對誤差，一般不允許超過 ，即 式中 主軸實際轉(zhuǎn)速； 主軸標準轉(zhuǎn)速,2. 變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時齒輪齒數(shù)的確定 確定齒輪齒數(shù)時，首先需定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷

34、最小齒輪的齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。 在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同或不同的模數(shù)，為便于設(shè)計、制造和簡化工藝，主變速傳動系統(tǒng)中所采用齒輪模數(shù)的種類盡可能少些，一般不超過2 3種。,（1）查表法 若轉(zhuǎn)速圖上齒輪副傳動比是標準公比的整數(shù)次方，且變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和Sz及小齒輪的齒數(shù)可從表36中選取。,在表3-6中，橫坐標是齒數(shù)和Sz(40 120) ；縱坐標是傳動副的傳動比u(1 4.73)； 表中所列值是傳動副的被動齒輪齒數(shù)；齒數(shù)和 Sz 減去被動齒輪齒數(shù)就是主動齒輪齒數(shù)。 表中所列的u值全大于1，即全是升速傳動。對于降速傳動副，可取其倒數(shù)查表，查出的齒數(shù)則是主動齒輪齒數(shù)。

35、,利用查表法確定齒輪齒數(shù)的步驟如下： 1）找出在同一變速組中各齒輪副出現(xiàn)最小齒數(shù)的傳動比； 2）避免根切和結(jié)構(gòu)需要，確定 ； 3）根據(jù) ，查出 ； 4）查找滿足變速組中各傳動比要求的所有 ； 5）確定合理的 , 并據(jù)此來決定各齒輪的齒數(shù)。,現(xiàn)舉例說明利用查表法來確定如下圖所示的 a 變速組中各傳動副的齒輪齒數(shù)。,解法與步驟： 1.,其中： ； 2.確定 ； 3.確定 ；,表3-6 各種常用傳動比的適用齒數(shù)（局部）,4. 按u = 1, 1.41 和 2 查表，查出同時存在上述三個傳動比的齒數(shù)和 分別有： 5. 取 ，則,（2）計算法 在同一變速組內(nèi)，各對齒輪的齒數(shù)之比必須滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確定的

36、傳動比。 當(dāng)各對齒輪的模數(shù)相同且不采用變位齒輪時，則各對齒輪的齒數(shù)和必須相等。,依據(jù)上述條件，可列出 式中 ， 齒輪副的主動和被動齒輪齒數(shù)； i 齒輪副的傳動比； 齒輪副的齒數(shù)和。,由以上兩式可得 因此，選定了齒數(shù)和，便可按上式計算各齒輪的齒數(shù)。,3. 變速組內(nèi)齒輪模數(shù)不同時齒輪齒數(shù)的確定 在最后一個擴大組或背輪機構(gòu)中，因各齒輪副的線速度差別很大，所應(yīng)傳遞的轉(zhuǎn)矩差別也較大。 為合理利用材料，在同一變速組內(nèi)可采用不同的模數(shù)。但在同一變速組內(nèi)通常只限于兩種模數(shù)。,由于同一變速組內(nèi)的各傳動副的中心距必須相等： 即 所以 或 上式中 、 為無公因數(shù)的整數(shù)，K 為整數(shù)。,4. 三聯(lián)滑移齒輪齒數(shù)的確定,在

37、采用三聯(lián)滑移齒輪變速時，在確定其齒數(shù)之后，應(yīng)檢查其相鄰齒輪的齒數(shù)關(guān)系，以確保其左右移動時能順利通過，不致相碰。,如圖所示三聯(lián)滑移齒輪能順利滑移的條件是：,故要求三聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)為： 注：三聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)為 Z3 Z2 Z1。,三聯(lián)滑移齒輪能順利滑移變速的條件是： 三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間齒數(shù)差應(yīng)大于 4。,齒輪齒數(shù)的確定，往往需反復(fù)多次計算才能確定，合理與否還要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中進一步檢驗，必要時還須改變。 若按傳動比要求，按上述方法確定的齒數(shù)和過大以及傳動比誤差過大時，可采用變位齒輪的方法來湊中心距，以獲得要求的傳動比值。,（八）計算轉(zhuǎn)速 機床上的傳動件在設(shè)計時應(yīng)該校核其強度，決定零件

38、強度的條件之一是零件所受的載荷，而載荷則取決于零件所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速。機床變速傳動鏈中的零件，有的轉(zhuǎn)速是恒定的，有的轉(zhuǎn)速則是變化的。 下面將討論變速傳動件應(yīng)根據(jù)哪個轉(zhuǎn)速進行動力計算的問題。,1.機床的功率轉(zhuǎn)矩特性 從機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程中得知，在背吃刀量和進給量不變的情況下，切削速度對切削力的影響較小。因此，作直線運動機床的執(zhí)行機構(gòu)，可以認為不論在什么速度下都可能出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩，即主運動為直線運動的機床主傳動應(yīng)屬于恒轉(zhuǎn)矩傳動。,而執(zhí)行機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動的機床主傳動鏈則有所不同。其主軸轉(zhuǎn)速不僅取決于切削速度的高低，還取決于工件或刀具直徑的大小。 對于主運動為旋轉(zhuǎn)運動的通用機床，其較低的轉(zhuǎn)速多用于大直徑

39、的刀具或加工大直徑的工件，此時要求輸出較大的轉(zhuǎn)矩，即輸出轉(zhuǎn)矩與主軸轉(zhuǎn)速成反比，基本上是屬于恒功率的。,但由于主軸最低的幾級轉(zhuǎn)速常用于光整加工、車螺紋、鉸大孔、精鏜等，并不需要傳遞全部功率，即主軸一般在最低轉(zhuǎn)速段所消耗的功率都較小。 而主軸在高轉(zhuǎn)速段又由于受到電動機功率的限制，傳動件所受的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增高而減小。,由以上分析得知，主運動為旋轉(zhuǎn)運動的通用機床主軸雖然是在很多級不同的轉(zhuǎn)速下工作的，但主軸并不是在所有的轉(zhuǎn)速下都傳遞著全部功率。 機床主軸所傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱為機床的功率轉(zhuǎn)矩特性。,綜上所述，主運動為旋轉(zhuǎn)運動的通用機床主軸或傳動件在傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，能夠傳遞最大轉(zhuǎn)

40、矩。因此，將傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，稱為該主軸或傳動件的計算轉(zhuǎn)速。 主運動是直線運動的機床主傳動屬恒轉(zhuǎn)矩傳動；而主運動是旋轉(zhuǎn)運動的機床基本上屬恒功率傳動。,圖3-22 主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖,從機床的“主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖”中可見，主軸從 nj 起至nmax間的所有轉(zhuǎn)速下都能傳遞全部功率（即電動機為滿載），而 nj 是主軸傳遞全,部功率時的最低轉(zhuǎn)速，而其輸出的轉(zhuǎn)矩則隨轉(zhuǎn)速的增加而減少，此為恒功率區(qū)；,圖3-22 主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖,低于主軸 nj的各級轉(zhuǎn)速所能輸出的轉(zhuǎn)矩與主軸在 nj 時輸出的轉(zhuǎn)矩相等，即為該機床的最大輸,圖3-22 主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖,出轉(zhuǎn)矩，而傳遞的功率則隨轉(zhuǎn)速的減低而

41、減少，此為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。,不同類型機床主軸的計算轉(zhuǎn)速選取是不同的。對于大型機床，由于應(yīng)用范圍很廣，調(diào)速范圍很寬，計算轉(zhuǎn)速可取得高一些；對于精密機床、鉆床、滾齒機等，由于應(yīng)用范圍較窄，調(diào)速范圍較小，計算轉(zhuǎn)速應(yīng)取得低一些；通用機床及專門化機床可根據(jù)調(diào)查分析和測定。 各類機床主軸的計算轉(zhuǎn)速統(tǒng)計公式見表3-7。,表3-7 各類機床的主軸計算轉(zhuǎn)速（部分）,2. 變速傳動系統(tǒng)中傳動件計算轉(zhuǎn)速的確定 主軸從 nj 起至nmax間的所有轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率。因此，實現(xiàn)上述主軸轉(zhuǎn)速的其他傳動件的實際工作轉(zhuǎn)速也在傳遞著全部功率，這些傳動件實際工作轉(zhuǎn)速中的最低轉(zhuǎn)速，就是其計算轉(zhuǎn)速。,當(dāng)主軸的計算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速

42、圖上確定其他各傳動件（傳動軸與齒輪）的計算轉(zhuǎn)速。 確定順序通常是按傳動順序由后到前，先確定傳動軸的計算轉(zhuǎn)速，再確定各齒輪的計算轉(zhuǎn)速。,在確定傳動件的計算轉(zhuǎn)速時： 首先找出該傳動件共有幾級實際工作轉(zhuǎn)速； 再找出其中能傳遞全部功率時的那幾級轉(zhuǎn)速； 最后確定出能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，即為該傳動件的計算轉(zhuǎn)速。,【例】試確定下圖所示X6132型銑床的主軸、各傳動軸和齒輪的計算轉(zhuǎn)速。,提高傳動件的計算轉(zhuǎn)速，可使其尺寸縮小、結(jié)構(gòu)緊湊。 因此，在主傳動系統(tǒng)中，有某些重復(fù)轉(zhuǎn)速時，應(yīng)采用傳動件計算轉(zhuǎn)速較高的傳動路線，并由操縱機構(gòu)予以保證。,圖3-20 CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)圖及轉(zhuǎn)速圖,圖3-20 C

43、A6140型臥式車床傳動系統(tǒng)圖（局部）,軸與軸上滑移齒輪在不同軸向位置時的組合情況,【作業(yè)】 擬設(shè)計一臺普通（臥式）車床的主變速傳動系統(tǒng)。 已知：=1.26，主電動機轉(zhuǎn)速n電=1500r/min，主軸最低轉(zhuǎn)速nmin=31.5r/min，最高轉(zhuǎn)速nmax=1600 r/min。求： 1.計算主軸的轉(zhuǎn)速范圍Rn； 2.利用公式確定主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)Z； 3.用標準數(shù)列表確定主軸的各級標準轉(zhuǎn)速值； 4.寫出三個不同的可供選擇的結(jié)構(gòu)式； 5.確定一個合理的結(jié)構(gòu)式并說明理由； 6.畫出一個合理的轉(zhuǎn)速圖； 7.試畫出該主變速傳動系統(tǒng)圖； 8.用查表法確定第一個變速組的各齒輪齒數(shù)。 9.確定主軸、各傳動軸以及

44、最末擴大組中各齒輪的計算轉(zhuǎn)速。,（九）變速箱內(nèi)傳動件的空間布置與計算 1. 變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置 變速箱內(nèi)各傳動軸的空間布置首先要滿足機床總體布局對變速箱形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸的受力情況，裝配調(diào)整和操縱維修的方便。其中變速箱的形狀和尺寸限制是影響傳動軸空間布置最重要的因素。,圖3-23 CA6140型普通車床橫截面圖,主軸,軸,軸,軸,軸,各軸按三角形布置,各軸按三角形布置,、軸軸線重合,圖3-24 CA6140型普通車床主軸箱展開圖,各軸的布置順序大致如下： 首先確定主軸的位置；然后確定傳動主軸的軸，以及與主軸有齒輪嚙合關(guān)系的軸的位置；接著確定電動機軸或運動輸入軸（軸）的位置；

45、最后確定其它各傳動軸的位置。 為縮小箱體的徑向尺寸，各傳動軸常按三角形布置，有時還可以使箱內(nèi)某些傳動軸的軸線重合。,圖3-25 X6132臥式銑床主軸變速箱剖面圖,主軸,床身,中間支承壁,中間支承壁,利用銑床立式床身作為變速箱體。床身內(nèi)部空間較大，所以各傳動軸可以排在一個垂直平面內(nèi)，不必過多考慮空間布置的緊湊性，以方便制造、裝配、調(diào)整和維修，以及便于布置變速操縱機構(gòu)。 床身較長，為減少傳動軸軸承間的跨距，可在中間加一個支承墻。,2. 變速箱內(nèi)各傳動軸的軸向固定 傳動軸通過軸承在箱體內(nèi)軸向固定的方法有一端固定和兩端固定。 采用單列向心球軸承時可以單端或兩端固定，但采用圓錐滾子軸承時則必須兩端固定

46、。 一端固定適用于長軸，其優(yōu)點是軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。,圖3-26 傳動軸一端固定的幾種方式（一） a）襯套和端蓋固定 b）孔臺和端蓋固定 c）彈性擋圈和端蓋固定,圖3-26 傳動軸一端固定的幾種方式（二） d）兩個彈性擋圈固定 e）軸承外圈上的擋圈 f）另一端的結(jié)構(gòu),圖3-27 傳動軸兩端固定的方式,調(diào)整 螺釘,調(diào)整 墊片,調(diào)整 墊片,3. 齒輪在軸上的布置與排列 1）滑移齒輪的軸向布置 在變速組內(nèi)，應(yīng)盡量使較小的齒輪成為滑移齒輪，使滑移省力。有時為了使變速操作方便，將兩個變速傳動組的滑移齒輪都安放在同一根軸上。,滑移齒輪必須使原處于嚙合狀態(tài)的齒輪完全脫離嚙合后，另一

47、個齒輪才開始嚙合。即要求兩個固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的總寬度，即留有一定的間隙（=12mm）。,2. 一個變速組內(nèi)齒輪軸向位置的排列 如無特殊情況，應(yīng)盡量縮小齒輪軸向排列尺寸。 滑移齒輪的軸向位置排列通常有窄式和寬式兩種，一般窄式排列軸向長度較小。,附圖 滑移齒輪采用窄式排列,寬式排列占用軸向尺寸較大，以致在相同的載荷條件下，傳動軸軸徑需增大，軸上的小齒輪齒數(shù)增加，相應(yīng)使齒數(shù)和與徑向尺寸加大。因此，一般不宜采用寬式排列。,附圖 滑移齒輪采用寬式排列,如前所述，三聯(lián)滑移齒輪能順利滑移變速的條件是：三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間齒數(shù)差應(yīng)大于 4。,若相鄰齒數(shù)差小于4，除了采用增加齒數(shù)和（此時

48、徑向尺寸增大）或采用變位齒輪的方法解決外，還可采用如圖所示排列方案解決。,前述三級變速傳動組的排列方式中轉(zhuǎn)速的變換順序是混雜變換的，如果希望轉(zhuǎn)速的變換能有順序進行，齒輪排列方式如下圖所示。,將三聯(lián)或四聯(lián)滑移齒輪拆成兩組進行排列，以減少移動距離和縮小軸向長度，且對齒數(shù)差也無要求，但需要互鎖裝置，操縱機構(gòu)較為復(fù)雜。,3. 兩個變速組內(nèi)齒輪軸向位置的排列 如圖所示為兩個變速組的齒輪并行排列方式，其總長度等于兩變速組的軸向長度之和。,如圖所示為兩個變速組的齒輪交錯排列方式，其總的軸向長度較短，但對固定齒輪的齒數(shù)差有要求。,若采用公用齒輪，其軸向總長度將更為縮短。如下圖所示，采用公用齒輪，不僅減少了齒輪

49、數(shù)量，還縮短了軸向尺寸。,4. 縮小徑向尺寸與軸間距離 在強度允許的條件下，盡量選用較小的齒數(shù)和且使齒輪的降速傳動比大于1/4，以避免采用過大的齒輪。 這樣，既縮小了本變速組的徑向尺寸與軸間距離，又不致妨礙其他變速傳動組軸間距離。,另外，采用軸線相互重合，則徑向尺寸可大為縮小。,如果一對齒輪副采用最小降速傳動比 1/4 ，則齒輪的徑向尺寸可達 5d1（d2 = 4d1），致使徑向尺寸過大。,如果采用兩對定比齒輪副串聯(lián)形式， 降速傳動比仍為1/4，若三軸在同一平面內(nèi)布置，則齒輪在該平面的徑向尺寸可縮短 0.5d1，但在該平面的垂直方向上可縮短徑向尺寸2d1。,如果在上述傳動形式基礎(chǔ)上，將三根傳動

50、軸按三角形布置，則無論在任何方向上，其徑向尺寸都可以大為縮短 。,但采用這種傳動方式將增加傳動件的數(shù)目。,4.各傳動軸的估算和驗算 機床各傳動軸在工作時必須保證具有足夠的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 軸在彎矩作用下，如產(chǎn)生過大的彎曲變形，則裝在軸上的齒輪會因傾角過大而使齒面的壓強分布不均，產(chǎn)生不均勻磨損和加大噪聲；也會使?jié)L動軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對傾斜，影響軸承使用壽命。,如果軸的扭轉(zhuǎn)剛度不夠，則會引起傳動軸的扭振。 所以在設(shè)計開始時，要先按扭轉(zhuǎn)剛度估算傳動軸的直徑，待結(jié)構(gòu)確定之后，定出軸的跨距，再按彎曲剛度進行驗算。,（1）按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑 式中：K鍵槽系數(shù)（查表38）； A扭轉(zhuǎn)角系數(shù)； 從電動機

51、到所計算軸的傳動效率。,表38 估算軸徑時系數(shù)A、K值,一般傳動軸的每米長允許扭轉(zhuǎn)角取 ，要求高的軸取 ，要求較低的軸取,（2）按彎曲剛度驗算軸的直徑 1）進行傳動軸的受力分析，根據(jù)軸上滑移齒輪不同位置，選出受力變形最嚴重的位置進行驗算。如較難準確判斷滑移齒輪處于哪個位置受力變形最嚴重，則需要多計算幾種位置。 2）如情況嚴重時，對軸中部的齒輪處應(yīng)驗算其撓度，對軸兩端的齒輪處應(yīng)驗算其傾角。還應(yīng)驗算軸承處的傾角。,3）按材力中的公式計算軸的撓度或傾角，并檢查是否超出允許值。允許值可從表39查出。,表39 軸的剛度允許值,四、無級變速主傳動系統(tǒng) 無級變速是指在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)地變換，

52、從而獲取最有利的切削速度。 （一）無級變速裝置的分類 機床主傳動系統(tǒng)中常采用的無級變速裝置主要有三大類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。,1. 變速電動機 機床上常用的變速電動機有直流復(fù)激電動機和交流變頻電動機，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，調(diào)速范圍較小，一般僅為23；在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)速范圍很大，可達 30 甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機床的使用要求。 為了擴大恒功率調(diào)速范圍，往往在變速電動機和主軸之間串聯(lián)一個機械分級變速箱。 變速電動機廣泛用于數(shù)控機床、大型機床中。,2. 機械無級變速裝置 機械無級變速裝置有柯普（Koop）型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環(huán)

53、型、寬帶型等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實現(xiàn)無級變速。由于它的變速范圍小，多數(shù)是恒轉(zhuǎn)矩傳動，通常較少單獨使用，而是與分級變速機構(gòu)串聯(lián)使用，以擴大變速范圍。 機械無級變速器通常應(yīng)用于要求功率和變速范圍較小的中小型車床、銑床等機床的主傳動中，更多地是用于進給變速傳動中。,3. 液壓無級變速裝置 液壓無級變速裝置通過改變單位時間內(nèi)輸入油缸或液動機中液體的油量來實現(xiàn)無級變速。它的特點是變速范圍較大、變速方便、傳動平穩(wěn)、運動換向時沖擊小、易于實現(xiàn)直線運動和自動化。 液壓無級變速裝置常用在主運動為直線運動的機床中，如刨床、拉床等。,（二）無級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計

54、原則 1. 盡量選擇功率和轉(zhuǎn)矩特性符合傳動系統(tǒng)要求的無級變速裝置 如主傳動系統(tǒng)的主運動為直線運動，對變速裝置的要求是恒轉(zhuǎn)矩傳動，則應(yīng)選擇恒轉(zhuǎn)矩傳動為主的無級變速裝置，如龍門刨床的工作臺采用直流電動機；如主傳動系統(tǒng)要求恒功率傳動，例如車床或銑床的主軸，就應(yīng)選擇恒功率無級變速裝置，如采用機械無級變速裝置、變速電動機串聯(lián)機械分級變速箱等。,2. 為滿足機床實際需要的恒功率變速范圍，應(yīng)將無級變速傳動裝置與機械分級變速箱串聯(lián)使用。 無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往遠小于機床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以

55、擴大恒功率變速范圍和整個變速范圍。,若機床主軸要求變速范圍為 ，選取無級變速裝置的變速范圍為 ，則串聯(lián)的機械分級變速箱的變速范圍 應(yīng)為： 式中 Z機械分級變速箱的變速級數(shù)； 機械分級變速箱的公比。,通常，機械分級變速裝置與機械式無級變速器串聯(lián)使用，若機械分級變速裝置的公比值 等于無級變速器的變速范圍 ，則理論上可使機床主軸獲得連續(xù)的無級調(diào)速。,圖328 無級變速分級變速箱轉(zhuǎn)速圖,通常，無級變速裝置作為傳動系中的基本組，而分級變速作為擴大組，其公比 理論上應(yīng)等于無級變速裝置的變速范圍 。 在實際設(shè)計中，考慮到機械式無級變速器多屬摩擦傳動，有相對滑動現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速值，故取,【例3-2

56、】設(shè)機床主軸的變速范圍 Rn60，無級變速箱的變速范圍 Rd8 ，設(shè)計機械分級變速箱，求出其級數(shù)，并畫出轉(zhuǎn)速圖。 解：機械分級變速箱的變速范圍為 RfRn/ Rd 60/8 7.5 機械分級變速箱的公比為 （0.900.97）Rd 0.948 7.52 由式（315）可知分級變速箱的級數(shù)為 Z 1+lg7.5/lg7.52 2 無級變速分級變速箱轉(zhuǎn)速圖如圖328所示。,圖328 無級變速分級變速箱轉(zhuǎn)速圖,由于分級變速器的公比 取值小于無級變速裝置的變速范圍 ，其結(jié)果使轉(zhuǎn)速中間出現(xiàn)一小段重復(fù)，進而確保主軸轉(zhuǎn)速連續(xù)。,五、數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計特點 現(xiàn)代切削加工正朝向高速、高效和高精度方向發(fā)展，對

57、機床的性能提出越來越高的要求，如主軸轉(zhuǎn)速高；調(diào)速范圍大，恒扭矩調(diào)速范圍達1:1001:1000，恒功率調(diào)速范圍達1:10以上；功率范圍達2.2250kW；能在切削加工中自動變換速度；機床結(jié)構(gòu)簡單；噪聲要??；動態(tài)性能要好；可靠性要高等。,（一）主傳動采用直流或交流電動機無級調(diào)速 數(shù)控機床、重型機床和精密機床已廣泛地采用直流或交流電動機無級調(diào)速。直流并激電動機從額定轉(zhuǎn)速 nd 至最高轉(zhuǎn)速 nmax ，采用調(diào)節(jié)磁場電流（調(diào)磁）的方法調(diào)速，屬恒功率調(diào)速；從額定轉(zhuǎn)速 nd 至最低轉(zhuǎn)速 nmin ，采用調(diào)節(jié)電樞電壓（調(diào)壓）的方法調(diào)速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。普通直流電動機的額定轉(zhuǎn)速 nd 為1000 2000r/min，恒功率調(diào)速范圍為2 4，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍達幾十甚至100以上。,交流（變頻）調(diào)速電動機的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，從額定轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速屬恒功率調(diào)速，調(diào)速范圍為3 5 ；從額定轉(zhuǎn)速,至最低轉(zhuǎn)速屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，調(diào)速范圍同樣高達幾十甚至超過100。 兩種電動機的功率轉(zhuǎn)矩特性見圖。,圖3-29 直流、交流調(diào)速電動機的功