電動機的額定轉速產生主軸的計算轉速PPT課件

1、1主傳動系統(tǒng)一般設計時應滿足基本要求：1）滿足機床的使用性能要求。首先應滿足機床的運動特性，如機床的主軸有足夠的變速范圍和轉速級數。傳動系統(tǒng)設計合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠等。2）滿足機床傳遞動力的要求。3）滿足機床的工作性能要求。4）滿足經濟性要求。5）調整維修方便，結構簡單、合理，便于加工和裝配。防護性能好，使用壽命長。傳動系統(tǒng)按變速的連續(xù)性，可分為分級變速傳動和無級變速傳動。 第1頁/共72頁27.1 分級變速主傳動系統(tǒng)設計 主傳動系統(tǒng)設計的主要任務是：根據已確定的機床主要技術參數，擬定結構式、轉速圖，合理分配各變速組中各傳動副的傳動比，確定齒輪齒數和帶輪直徑等，繪制主傳動變速傳動

2、系統(tǒng)圖。 轉速圖1轉速圖的概念 轉速圖是表示主軸各轉速的傳遞路線和轉速值，各傳動軸的轉速數列及轉速大小，各傳動副的傳動比的線圖。轉速圖包括一點三線。一點是轉速點，三線是主軸轉速線、傳動軸線、傳動線。第2頁/共72頁32轉速圖原理 按傳動順序，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。變速組的傳動副數用P表示，變速范圍用r表示。 第一變速組a（軸之間的變速組）Pa=3；傳動比分別是21a1214824i141. 1142302ai03a1113636i變速組中，主動軸上同一點傳往從動軸相鄰兩傳動線的比值稱為級比，級比通常寫成公比冪的形式，用 表示，其冪指數 稱為級

3、比指數，它相當于由上述相鄰兩傳動線與從動軸交點之間相距的格數。 ixix第3頁/共72頁4我們把級比等于公比或級比指數等于1的變速組稱為基本組?；窘M的傳動副數用P0表示，級比指數用xo表示 變速組中最大與最小傳動比的比值，稱為該變速組的變速范圍。 經基本組的變速，使軸得到P0級等比數列轉速。 1221a3a0001Pxiir第4頁/共72頁5第二變速組b（軸間的變速組）Pb=2；傳動比分別是變速組b中，級比為 ，級比指數 ，變速范圍為 級比指數等于基本組傳動副數的變速組稱為第一擴大組。其傳動副數、級比指數、變速范圍分別用P1 、 x1 、 r1表示。 31b182. 216222i02b11

4、14242i33bx1331b2bbbb1Pxiir1111011PPPxr第5頁/共72頁6第三變速組c（軸之間的變速組） Pc=2；傳動比分別是變速組c中，級比為 ，級比指數 。 級比指數等于P0 P1的變速組稱為第二擴大組 。其傳動副數、級比指數、變速范圍分別用P2、 x2 、 r2表示。經第二擴大組的進一步擴大，使主軸（軸）得到Z=322=12級連續(xù)等比的轉速?？傋兯俜秶牵?66cx41c1417218i112306022ci11221022PPPPxrRr r rPPPP P PZ 0 1 2111112 10010 1245()()第6頁/共72頁7變速組按級比指數由小到大的排列

5、順序稱為擴大順序。一個等比數列變速系統(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擴大組的級比指數為：第j擴大組的變速范圍為： 總變速范圍為： 1210jjPPPPx111210jjjjPPPPPPxjr11210210ZPPPPjjrrrrR第7頁/共72頁83結構網 結構網只表示傳動比的相對關系，而不表示傳動比和傳動軸（主軸除外）轉速的絕對值。由于不表示轉速數值，故結構網常畫成對稱的形式。 31 23 26第8頁/共72頁94結構式 各變速組傳動副數的乘積等于主軸轉速級數Z，將這一關系按傳動順序寫出數學式，級比指數寫在該變速組傳動副數的右下角，就形成結構式。 1232213

6、6 ixixxxPPPPZcbacba級比規(guī)律 第9頁/共72頁105傳動系統(tǒng)的轉速重合及空轉速 若某變速組的實際級比指數小于級比規(guī)律要求的理論值，則會產生轉速重合。 31 23 24 21 22 32 a) b) 圖7-3 級比指數實際值小于理論值的等比轉速結構網 a)重合轉速為雙速變速組 b)重合轉速為三速變速組 第10頁/共72頁11 若某變速組的級比指數大于級比規(guī)律要求的理論值，則會產生空轉速。 如果該變速組為雙速變速組（基本組例外），則級比指數與理論值的差就是空轉速的級數，且空轉速發(fā)生在主軸轉速數列的中間位置， 圖7-4 級比指數實際值大于理論值的轉速結構網 21 22 26第11頁

7、/共72頁12 主傳動鏈轉速圖的擬定原則通過一個例題進行分析說明。機床類型：中型機床，Z=12， ，主軸轉速為31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，電動機轉速 =1440r/min。 變速組和傳動副數的組合可有以下方案： 1每一變速組內的傳動副數目一般應取2或3 2傳動順序前多后少的原則 3傳動順序與擴大順序相一致的原則41. 1mn第12頁/共72頁13當變速組的擴大順序與傳動順序相一致時，前面變速組的傳動線分布緊密，而后面變速組傳動線分布較疏松，所以變速組的擴大順序與傳動順序相一致的原則可簡稱為“前密后疏”原則。 第13頁/共72頁

8、144各變速組的變速范圍不應超過極限變速范圍imin1/4 imax2 檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴大組。 842maxr11210jjPPPPPjr第14頁/共72頁155合理分配傳動比，使中間軸具有較高的轉速按傳動順序的各變速組的最小傳動比應采取逐步降速的方法，而且最后擴大組的最小傳動比一般取極限值 “前緩后急”原則 傳動順序前多后少；擴大順序“前密后疏”；最小傳動比“前緩后急”第15頁/共72頁16CA6140傳動系統(tǒng)圖和轉速圖第16頁/共72頁17 擬定轉速圖電動機和主軸的轉速是已定的，當選定了結構網或結構式后，就可以分配各傳動組的傳動比并確定中間軸的轉速，

9、再加上定比傳動，可畫出轉速圖。 先決定軸的轉速兩個傳動副的傳動比必然是最大和最小兩個極限值 隨后確定軸的轉速 軸的轉速最高可為500、710、1000r/min，最低可為180、250、355r/min。按照最小傳動比前緩后急的原則，軸的轉速確定為355、500、710r/min。 同理確定軸的轉速為710r/min。8 . 21131bi112bi第17頁/共72頁18第18頁/共72頁19 齒輪齒數的確定1確定齒輪齒數時應注意的問題 齒輪齒數在保證輸出轉速準確的前提下，盡量減少齒數，使齒輪結構尺寸緊湊。一般情況下，要求： （1）確定齒輪齒數時，應符合轉速圖上傳動比的要求，實際傳動比與理論傳

10、動比之間允許有誤差，但不能過大，一般不應超過 （2）齒輪的齒數和不應過大。Sz100120 （3）最小齒輪的齒數要盡可能小。 1）最小齒輪不產生根切現象。直齒圓柱齒輪最小齒數17；采用正變位時最小齒數14； 2）齒輪的齒根圓至鍵槽頂面的距離a2m（m為模數） 3）兩軸間最小中心距應取得適當。 相鄰軸承孔的壁厚不小于3mm。（4）當變速組內各齒輪副的齒數和不相等時，齒數和的差不能大于3。 %110第19頁/共72頁202變速組內齒輪模數相同時齒輪齒數的確定（1）計算法 第20頁/共72頁21第21頁/共72頁22第22頁/共72頁23（2）查表法若轉速圖上的齒輪副傳動比是標準公比的整數次方、變速

11、組內的齒輪模數相同時，變速組內每對齒輪的齒數和及小齒輪的齒數可從表7-1中選取。 第23頁/共72頁24第24頁/共72頁253變速組內模數不同時齒輪齒數的確定第25頁/共72頁26第26頁/共72頁277.2 主變速傳動系統(tǒng)的特殊設計1具有多速電動機的主變速傳動系統(tǒng)設計 當采用級比為2的雙速電動機時，雙速電動機是動力源，必須為第一變速組（電變速組）；但級比是2，除可為混合公比傳動系統(tǒng)中的變型基本組外，不可能是常規(guī)傳動系統(tǒng)的基本組，只能作為第一擴大組。由于第一擴大組的級比指數等于基本組的傳動副數，故雙速電動機對基本組的傳動副數有嚴格要求。由于 ，所以，傳動系統(tǒng)的公比采用1.26時，基本組的傳動

12、副數為3；傳動系統(tǒng)的公比為1.41時，基本組的傳動副數為2。 其擴大順序不可能與傳動順序一致 212614132.第27頁/共72頁28圖7-8 多刀半自動車床主變速傳動系統(tǒng)圖和轉速圖 第28頁/共72頁292具有交換齒輪的變速傳動系統(tǒng)成批生產用的機床 圖7-9 具有交換齒輪的主變速系統(tǒng) a)傳動系統(tǒng)圖 b)轉速圖 注意升速極限值的限制。第29頁/共72頁307.3 擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設計由于極限傳動比的限制，最后擴大組的極限變速范圍為 8=1.416=1.269 所以當公比為1.41時：當公比為1.26時 6312231245111ZR1833213950171ZR第30頁/共72頁31

13、 增加變速組的傳動系統(tǒng) 但由于受變速組極限傳動比的限制，增加變速組的級比指數往往不得不小于理論值，導致部分轉速重復。 11210jPPPPZR41. 112631222324641212123r663122231826. 19312331899312233278=1.416=1.269第31頁/共72頁32 采用背輪機構的傳動系統(tǒng) 16141411i12i41. 18421222216180116R26. 112631222324R 24 1203注意“倒轉”問題。第32頁/共72頁33 采用分支傳動的傳動系統(tǒng) 分支傳動是指由若干變速組串聯(lián)，再增加并聯(lián)分支的傳動形式 第33頁/共72頁34 采

14、用對稱雙公比的傳動系統(tǒng)對稱雙公比傳動系統(tǒng)常用的公比為1.26 對稱雙公比傳動系統(tǒng)，可借助改變常規(guī)傳動系統(tǒng)基本組的級比指數來實現 常用的基本組傳動副數為2。首先按級比規(guī)律寫出常規(guī)傳動系統(tǒng)的結構式，再把其基本組的級比指數變成 ，則可獲得對稱雙公比傳動系統(tǒng)，其基本組為變形基本組。 為轉速圖上高低速端大公比的總格數 01x0 x212第34頁/共72頁35在選擇 時應注意以下幾點： 0 x第35頁/共72頁36第36頁/共72頁377.4 計算轉速 機床的功率轉矩特性主運動是直線運動的機床 屬于恒轉矩傳動 主運動是旋轉運動的機床 恒功率傳動主軸或各傳動件傳遞全部功率的最低轉速稱為計算轉速第37頁/共7

15、2頁38 機床主要傳動件計算轉速的確定確定的順序通常是先定出主軸的計算轉速，再順次由后往前，定出各傳動軸的計算轉速，然后再確定齒輪的計算轉速。 第38頁/共72頁397.5 無級變速系統(tǒng)的設計 無級變速裝置的分類變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。 直流調速電動機恒功率調速范圍24，恒轉矩調速范圍幾十到100以上交流調速電動機恒功率調速范圍35 ，恒轉矩調速范圍幾十到200 調速電動機無級變速系統(tǒng)的設計如果驅動載荷特性是恒轉矩的直線運動部件 將電動機直接或通過定比傳動拖動直線運動部件，也就是使電動機的恒轉矩變速范圍等于直線運動部件的恒轉矩變速范圍，電動機的額定轉速產生直線運動部件的

16、最高速度。 第39頁/共72頁40如果驅動載荷特性是主運動為旋轉運動的機床主軸主軸要求的恒功率變速范圍Rpn遠大于調速電動機的恒功率變速范圍Rpm必須串聯(lián)分級變速系統(tǒng) 電動機的額定轉速產生主軸的計算轉速；電動機的最高轉速產生主軸的最高轉速。 主軸的恒轉矩變速范圍RTn則決定了電動機恒轉矩變速范圍RTm的大小， RTm= RTn ，電動機恒轉矩變速范圍經分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比，產生主軸的恒轉矩變速范圍。 串聯(lián)的滑移齒輪變速組都是雙速變速組，傳動副數均為2。第40頁/共72頁41圖7-14 調速電動機串聯(lián)變速組特性mPnminlglgRZ2lglgminminZk至少需要串聯(lián)的變速組數k為自然數

17、，采用收尾法圓整。 第41頁/共72頁42分級傳動系統(tǒng)的公比一般比電動機的恒功率變速范圍小，此時主軸要求的恒功率變速范圍的計算方法為： 分級傳動系統(tǒng)的實際公比為： 為減少中間傳動軸及齒輪副的結構尺寸，分級傳動的最小傳動比應采用前緩后急的原則，擴大順序應與傳動順序一致，采用前密后疏的原則。 1 -ZFPmPnRR1mPn1PmPnFZZRRR第42頁/共72頁43第43頁/共72頁44第44頁/共72頁45圖7-15 調速電動機串聯(lián)分級傳動系統(tǒng)的轉速圖 從轉速圖中可知，電動機的額定轉速產生主軸的計算轉速；電動機的最高轉速產生主軸的最高轉速；電動機的最低工作轉速產生主軸的最低轉速。區(qū)域I是恒轉矩變

18、速范圍，由分級傳動的最小傳動比產生，電動機的恒轉矩變速范圍等于主軸的恒轉矩變速范圍；區(qū)域為恒功率變速范圍，有四段部分重合的無級轉速。段與段之間是等比的，比值就是分級傳動的公比；每段的無級變速范圍 。m第45頁/共72頁467.6 進給傳動系統(tǒng)的設計 進給傳動的類型與組成1機械傳動 （1）動力源（2）變速機構 （3）換向機構 （4）運動分配機構（5）過載保險機構 （6）運動轉換機構 （7）快速傳動機構 2液壓傳動 3電氣傳動 進給傳動系統(tǒng)應滿足的基本要求 1）具有足夠的靜剛度和動剛度。2）具有良好的快速響應性，良好的防爬行性能，運動平穩(wěn)，靈敏度高。3）抗振性好。4）進給系統(tǒng)具有較高的傳動精度和定

19、位精度。5）具有足夠的變速范圍。6）結構簡單，加工和裝配工藝性好，調整維修方便，操縱輕便靈活。 第46頁/共72頁47 機械進給傳動系統(tǒng)的設計特點（1）進給傳動是恒轉矩傳動 （2）進給傳動系統(tǒng)中各傳動件的計算轉速是其最高轉速在進給傳動系統(tǒng)的最大升速鏈中，各傳動件至末端輸出軸的傳動比最大，承受的轉矩也最大，故各傳動件的計算轉速是其最高轉速。 （3）進給傳動系統(tǒng)的極限傳動比、極限變速范圍 imin1/5， imax2.8 ，極限變速范圍為 R=2.85=14（4）進給傳動最小傳動比的原則、擴大順序的原則 最小傳動比應采用前緩后急的原則；進給傳動系統(tǒng)擴大順序與主傳動系統(tǒng)相反，是前疏后密。（5）進給傳

20、動系統(tǒng)采用傳動間隙消除機構 （6）微量進給機構的采用 kkkiTnnTT末末末第47頁/共72頁48 直線伺服電動機進給傳動系統(tǒng)直線伺服電動機的工作原理與旋轉伺服電動機相似，可以看成是將旋轉伺服電動機沿徑向剖開，向兩邊拉伸展平后演變而成。圖7-16 直線伺服電動機的形成機理a)旋轉伺服電動機 b)直線伺服電動機1定子 2轉子 3次級 4初級圖7-17 直線伺服電動機的形式a)短次級 b)短初級1初級 2次級第48頁/共72頁49圖7-18 直線伺服電動機傳動示意圖1滾動導軌 2床身 3工作臺 4直線電動機動件（繞組） 5直線電動機定件（永久磁鐵） 第49頁/共72頁50 機床傳動鏈的傳動精度1

21、傳動精度概述 機床的傳動精度就是指機床傳動鏈始末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調性和均勻性。 2誤差的來源 3誤差的傳遞規(guī)律 在傳動鏈中，后面?zhèn)鲃痈钡膫鲃颖龋瑢η懊娓鱾鲃蛹恼`差傳遞起作用。如果把越靠近末端件的傳動副的傳動比安排得越小，對減小其前面各傳動件誤差影響的效果越顯著，這樣，就可以有效地減小傳遞到末端件的總誤差。 傳動比遞降原則 kknnnnkknirrli第50頁/共72頁514提高傳動精度的途徑 （1）縮短傳動鏈 （2）合理選擇傳動件（3）合理分配傳動副的傳動比及其精度（4）提高傳動件的制造和裝配精度（5）傳動鏈應有較高的剛度 第51頁/共72頁52 滾珠絲杠螺母副機構1滾珠絲杠螺母副的工

22、作原理及特點 1）摩擦損失小，傳動效率高。2）動作靈敏，低速時無爬行現象。3）磨損小，精度保持性好。4）可消除軸向間隙，軸向剛度高。5）摩擦系數小，無自鎖現象。6）工藝復雜，成本高。 第52頁/共72頁532滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 （1）內循環(huán) （2）外循環(huán) 第53頁/共72頁543滾珠絲杠螺母副軸向間隙的調整和預加載荷 滾珠絲杠螺母副通常采用雙螺母結構，通過調整兩個螺母之間的軸向位置，使兩螺母的滾珠在承受工作載荷前，分別與絲杠兩個不同的側面接觸，以消除間隙并產生一定的預緊力。 （1）雙螺母墊片式 1243圖7-21 雙螺母墊片式消除間隙結構 1、2單螺母 3螺母座 4調整墊片 第54頁/共

23、72頁55（2）雙螺母螺紋式 （3）雙螺母齒差式 圖7-22 雙螺母螺紋式消除間隙結構 1、2單螺母 3平鍵 4調整螺母 12434213圖7-23 雙螺母齒差式消除間隙結構1、2單螺母 3、4內齒圈 第55頁/共72頁564滾珠絲杠補償熱變形的預拉伸 為了補償熱膨脹的影響，可將絲杠預拉伸，并使其預拉伸量略大于絲杠的熱膨脹量 5滾珠絲杠的設計計算 （1）疲勞強度計算 與滾動軸承相類似（2）剛度計算 一般情況僅對絲杠的軸向拉壓變形進行校核計算 一端軸向固定的絲杠，其最小拉壓剛度兩端固定的絲杠，最小拉壓剛度發(fā)生在螺母處于中間位置時 （3）壓桿穩(wěn)定 aaw3mmCffLFC12E4lEdk22ElE

24、dk第56頁/共72頁577.7 結構設計 主傳動的布局主傳動的布局主要有集中傳動式和分離傳動式兩種。 變速箱內各傳動軸的空間布置與軸向固定1變速箱內各傳動軸的空間布置 變速箱內各傳動軸的空間布置，首先要滿足機床總體布局對變速箱的形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸受力情況，裝配調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。 第57頁/共72頁58圖3-5 主軸箱各傳動軸空間相互位置的示意圖 第58頁/共72頁59圖7-24 臥式銑床變速箱 第59頁/共72頁60圖7-25 傳動軸一端固定的幾種方式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d)

25、兩個彈性擋圈固定 e)軸承外圈上的擋圈 f)另一端結構 2變速箱內各傳動軸的軸向固定 軸向固定的方法有一端固定和兩端固定兩類 第60頁/共72頁61圖7-26 傳動軸兩端固定的幾種方式a)用調整螺釘 b、c)用調整墊圈 第61頁/共72頁62 齒輪的布置1三聯(lián)滑移齒輪順利嚙合的條件 滑移的最大齒輪與次大齒輪的齒數差不小于4 mmzmz2262263mzmz 423 zz第62頁/共72頁632滑移齒輪的軸向布置原則 1）為了避免同一滑移齒輪變速組內的兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距應大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙量為12mm。2）為避免滑移齒輪與固定的小齒輪齒頂相碰，三聯(lián)滑移齒輪的最大、次大齒輪齒數差應不小于4。