第四章-第一部分-傳動設(shè)計(浙大)資料課件

第四章

機床主要部件設(shè)計理論第一部分傳動設(shè)計2023/7/201第一部分傳動設(shè)計1.設(shè)計外聯(lián)傳動鏈時主要考慮保證要求的速度(或轉(zhuǎn)速)和傳遞的功率；2.設(shè)計內(nèi)聯(lián)傳動鏈時主要考慮保證傳動精度。

機床的成形運動簡單運動復(fù)合運動外鏈+內(nèi)鏈外鏈外聯(lián)傳動鏈分級變速無級變速第八章傳動設(shè)計2023/7/202第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

一.

分級變速機構(gòu)的轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)網(wǎng)A.轉(zhuǎn)速圖我們先分析傳動系統(tǒng)圖主軸轉(zhuǎn)速共12級：φ=1.41傳動系統(tǒng)內(nèi)共五根軸：軸Ⅰ—Ⅱ之間為傳動組a；Ⅱ—Ⅲ之間為傳動組b；Ⅲ—Ⅳ之間為傳動組c。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/203轉(zhuǎn)速圖：它可以表達各軸轉(zhuǎn)速變化規(guī)律和各傳動付的傳動比。（“三線一點”轉(zhuǎn)速圖）第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/204a.距離相等的一組豎線代表各軸。b.距離相等的一組水平線代表各級轉(zhuǎn)速。c.與各豎線的交點代表各軸的轉(zhuǎn)速。d.由于分級變速機構(gòu)的轉(zhuǎn)速是按等比級數(shù)排列的。故轉(zhuǎn)速采用了對數(shù)坐標（省略）。相鄰兩水平線之間的間隔為lg

φ。e.各軸之間連線的傾斜方式代表傳動副的傳動比。f.傳動比均可表示成含φ的數(shù)學(xué)式。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/205第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/206通過分析，得出：1）主軸各級轉(zhuǎn)速的傳動路線。2）主軸連續(xù)的等比轉(zhuǎn)速，所需的傳動組數(shù)和每個傳動組中的傳動副數(shù)。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2073）傳動組的級比指數(shù)（X）。4）基本組和擴大組：如果要使主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列，必須有一個傳動組的級比指數(shù)為l，這個傳動組稱為基本組（X0）。

第一擴大組：X1=X0P0

第n擴大組：Xn=Xn-1Pn-1第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

格數(shù)2023/7/2085）各傳動組的變速范圍。

第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/209B.結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)網(wǎng)：表示傳動比的相對關(guān)系而不表示轉(zhuǎn)速數(shù)值的線圖稱為結(jié)構(gòu)網(wǎng)。結(jié)構(gòu)式：12＝31×23×26(1)傳動鏈的組成及傳動順序。12級轉(zhuǎn)速，傳動順序為：3、2、2(2)各傳動組的級比指數(shù)。（1、3、6）(3)擴大順序。（1、3、6）第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2010二、擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟：1.傳動組和傳動副數(shù)量的確定2.擬定結(jié)構(gòu)網(wǎng)（式）。也就是基本組和擴大組排列順序的的擬定3.擬定轉(zhuǎn)速圖。舉例擬定主運動鏈轉(zhuǎn)速圖：（前述中型車床，12級傳動，圖8—1）機床類型：中型車床。Z＝12，φ＝1.41，主軸轉(zhuǎn)速為31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400。電動機轉(zhuǎn)速nm＝1440r／min第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2011第一步：傳動組和傳動副數(shù)量的確定傳動組和傳動副數(shù)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”，確定12＝3×2×2最佳。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2012第二步：結(jié)構(gòu)網(wǎng)（式）的確定：可能的6種方案：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第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2013(1).傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍降速傳動時，

imin≥

升速傳動時，

imax≤2。斜齒輪傳動時，

imax

≤2.5任一傳動組的最大變速范圍一般為對于進給傳動鏈：1/5≤i進≤2.8R進max≤14檢查傳動組的變速范圍時，只需檢查最后一個擴大組。

方案a、b、c、e的第二擴大組x2＝6，p2＝2，則：第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2014方案d、f的第二擴大組x2＝4，p2＝3，R2=ψ8=16＞Rmaax，不行。(2)基本組和擴大組的排列順序原則是選擇中間傳動軸(本例如軸Ⅱ、Ⅲ)變速范圍最小的方案。遵循“前密后蔬”的原則，故方案a.12＝31×23×26最佳。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2015第三步：擬定轉(zhuǎn)速圖分配各傳動組的傳動比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。遵循“升早降晚”的原則。(中型機床中間軸轉(zhuǎn)速盡量高一些)注意：1.齒輪的線速度不超過12～15m/s,否則引起振動、發(fā)熱和噪聲。2.對于小型機床和精密機床，由于功率較小，傳動件不會太大。振動、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的主要問題。因此，中間軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量低一些。中間各軸的轉(zhuǎn)速以往前推比較方便。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2016

傳動組c的變速范圍為φ6=1.4l6＝8=Rmax,可知兩個傳動副的傳動比必然是前文敘述的極限值：第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

這樣就確定了軸Ⅲ的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為125、180、250，…710r/min。2023/7/2017ⅢⅡ傳動組b的級比指數(shù)為3，2個傳動副，分析時先以最小傳動副傳動比（降速）為研究對象，由于級比指數(shù)為3，所以降速傳動到軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速是125、180、250r/min，再由于降速極限傳動比的限制（4格），軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速最高可為500、710、1000r／min。不可能為1400r／min（×）。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

×2023/7/2018再分析以最大傳動副傳動比（升速）為研究對象，由于級比指數(shù)為3，所以升速傳動到軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速是710、500、355r/min，再由于升速極限傳動比的限制（2格），軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速最低可為180、250、355r／min。不可能為125r／min（×）。ⅢⅡ第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

×綜上所述，軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速最高可為500、710、1000r／min，最低可為180、250、355r／min。2023/7/2019為了避免升速，又不使傳動比太小，取：軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為355、500、710r／min。

第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2020軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速并不是越高越好。例如，如果取

如圖中棗紅色線則軸Ⅱ的最低轉(zhuǎn)速可以提高到500r/min,這樣將使傳動比ib1的被動齒輪較大，使徑向尺寸增大。所以，在條件允許時降速的傳動比也不要取得過小。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2021同理，可以確定軸I的轉(zhuǎn)速。（710r／min）。最后連線完成轉(zhuǎn)速圖。綜述：設(shè)計方案是很多的，各有利弊。設(shè)計時應(yīng)權(quán)衡得失，根據(jù)具體情況合理進行選擇。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2022三.擴大變速范圍的方法傳動鏈中最后一個擴大組如果由兩個傳動副組成，主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)為Z，則最后一個擴大組的變速范圍

R＝φZ/2。

由于極限傳動比的限制，R≤8=1.416。傳動鏈的變速范圍只Rn=φZ－1=1.4111≈45，遠不能滿足140～200要求。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/20231．增加一個傳動組（由于極限傳動比的限制，將會產(chǎn)生一些轉(zhuǎn)速重復(fù)）。2．采用背輪（也叫回曲機構(gòu)）設(shè)計時，注意“超速”問題,只能Z4齒輪滑移。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2024四、齒輪齒數(shù)的確定1.

查表法。（為了便于設(shè)計與制造，傳動組內(nèi)各齒輪模數(shù)相同，傳動副的齒數(shù)和相等，保證中心距相等。）齒數(shù)和Sz通?！?00～200三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差，應(yīng)大于或等于4。Z`2－Z`3≥4Z1Z2Z3Z`1Z`2Z`3第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

使Z2

和Z‵3的齒頂園半徑之和≤中心距。證明：2023/7/2025有時為了滿足傳動比的要求，可以使同一傳動組內(nèi)各傳動副的齒數(shù)和不等，然后采用變位齒輪使中心距相等。但各傳動副的齒數(shù)和不能相差太大。第一節(jié)分級變速傳動鏈的設(shè)計

2023/7/2026第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速設(shè)計中應(yīng)對傳動件進行強度核算，在這里就涉及到零件的功率和轉(zhuǎn)速，在變速傳動鏈中如何確定轉(zhuǎn)速？就是本節(jié)所要討論的問題——計算轉(zhuǎn)速。第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速2023/7/2027一、機床的功率轉(zhuǎn)矩特性1.直線運動的執(zhí)行器官（包括主運動或進給運動）的切削速度對切削力影響不大?？梢哉J為不論在什么速度下，都有可能承受最大切削力。因此，就認為拖動直線運動執(zhí)行器官的傳動件在任意轉(zhuǎn)速下都是恒轉(zhuǎn)矩的。第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速2023/7/20282.執(zhí)行器官作旋轉(zhuǎn)運動n=1000v/πd

旋轉(zhuǎn)運動鏈(包括旋轉(zhuǎn)主運動和旋轉(zhuǎn)進給運動)的變速機構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，基本上是恒功率的（指Ⅰ區(qū)）。a.Ⅰ區(qū)是恒功率的。nTb.Ⅱ區(qū)是恒轉(zhuǎn)矩的。nP第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速2023/7/2029

3.主軸能傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速，稱為主軸的計算轉(zhuǎn)速nj。4.傳動鏈中其余傳動件的計算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)主軸的計算轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速圖決定。第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速2023/7/2030二、機床主要傳動件計算轉(zhuǎn)速的確定主軸的計算轉(zhuǎn)速nj1.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。2.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。3.數(shù)控機床調(diào)速范圍比普通機床寬，計算轉(zhuǎn)速可比普通機床高些。第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速2023/7/2031第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速例如：(1)主軸nj，根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計公式，中型車床主軸的計算轉(zhuǎn)速是從最低轉(zhuǎn)速算起，第一個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，即為n4＝90r／min(2)根據(jù)轉(zhuǎn)速圖，確定各傳動軸和齒輪的計算轉(zhuǎn)速。同一傳動副的齒輪只計算齒數(shù)少的即可。確定主軸、各中間傳動軸、齒輪的計算轉(zhuǎn)速2023/7/2032

進給系統(tǒng)的計算轉(zhuǎn)速nj

確定進給系統(tǒng)的計算轉(zhuǎn)速，主要是用以確定所需的功率。1.當F

摩擦〉F

進給時。nj是取最大進給速度時的轉(zhuǎn)速。2.當F進給?F摩擦?xí)r。nj是取最大進給力工作時最大進給速度對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速2023/7/2033第二節(jié)

計算轉(zhuǎn)速a.與主運動的區(qū)別b.”前疏后密”2023/7/2034第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計無級變速機構(gòu)直流調(diào)速電動機交流調(diào)速電動機一.直流調(diào)速電動機

a.直流電動機從額定轉(zhuǎn)速nd向上至最高轉(zhuǎn)速nmax，采用調(diào)節(jié)磁場電流(簡稱調(diào)磁)的辦法來調(diào)速的，屬于恒功率。恒功率區(qū)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2035b.從額定轉(zhuǎn)速nd向下至最低轉(zhuǎn)速nmin，采用調(diào)節(jié)電樞電壓(簡稱調(diào)壓)的辦法來調(diào)速的，屬恒轉(zhuǎn)矩。恒功率區(qū)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2036c.通常，額定轉(zhuǎn)速nd＝1000—2000r／min，恒功率調(diào)速范圍為2～4，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍則很大，可達幾十甚至超過一百。第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2037二.交流調(diào)速電動機

a.

nd

nmax

恒功率，采用調(diào)頻方法調(diào)速。b.nd

nmin

恒轉(zhuǎn)矩，采用調(diào)頻方法調(diào)速。綜述：交流調(diào)速電動機由于沒有電刷，能達到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動機高，磨損和故障也少。現(xiàn)在，在中、小功率電動機應(yīng)用中已占優(yōu)勢。第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2038三.伺服電動機和脈沖步進電動機都是恒轉(zhuǎn)矩的。四.無級變速傳動鏈應(yīng)遵循下列原則：1.無級變速機構(gòu)功——轉(zhuǎn)特性符合傳動鏈的要求，調(diào)速范圍也能滿足傳動鏈的要求，則可直接或經(jīng)某定比傳動副減速驅(qū)動執(zhí)行器官。如龍門刨床等。第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/20392.如P、T特性符合傳動鏈要求，而轉(zhuǎn)速范圍小于傳動鏈的調(diào)速范圍，或者是P、T不完全符合傳動鏈的要求，例如，旋轉(zhuǎn)主運動鏈用直流調(diào)速電動機時，主運動鏈要求恒功率調(diào)速范圍大于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍。而直流調(diào)速電動機則相反。這時，必須串聯(lián)分級變速箱來擴大其恒功率調(diào)速范圍。第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2040選取原則：變速箱的公比φF原則上應(yīng)等于電動機的恒功率調(diào)速范圍RP。為了簡化變速機構(gòu)，取φF略大于RP。則電動機的功率應(yīng)取得比要求的功率大些。第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2041例如：有一數(shù)控機床，主軸轉(zhuǎn)速最高為4000r／min，最低為30r／min，計算轉(zhuǎn)速為150r／min。最大切削功率為5．5kw。采用交流調(diào)頻主軸電動機，額定轉(zhuǎn)速為1500r／min，最高轉(zhuǎn)速為4500r／min。設(shè)計分級變速箱的傳動系統(tǒng)并選擇電動機的功率。[解]主軸要求的恒功率調(diào)速范圍：

Rnp=

n主max/

nj

=4000/150=26.7

電動機的恒功率調(diào)速范圍：

Rp=

n電max/

nd=4500/1500=3第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2042取變速箱的公比φ

F＝Rp＝3，則由于無級變速時：

Rnp=

RF×Rp=φ

FZ-1×Rp=φ

FZ取Z＝3。第三節(jié)

無級變速傳動鏈設(shè)計2023/7/2043第四節(jié)主軸箱主軸箱的組成：主軸（組件）、變速機構(gòu)，操縱機構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。具有的特點：1.較高的傳動效率，2.傳動件具有足夠的強度或剛度，3.振動要小，操作方便，良好的工藝性等。第四節(jié)

主軸箱2023/7/2044一、主軸箱的構(gòu)造1.傳動路線：a.電動機Z1/Z3×Z3/Z5=66/109×109/66=1b.電動機Z2/Z3×Z4/Z6=66/109×41/99≈1/4

第四節(jié)

主軸箱2023/7/2045第四節(jié)

主軸箱2.各軸的定位及結(jié)構(gòu)。3.各齒輪的特點。2023/7/2046二、傳動軸的安裝1.裝深溝球軸承的傳動軸，常一端軸向固定，一端軸向自由，主要考慮軸的熱膨脹的余地，宜用于長軸。

第四節(jié)

主軸箱2023/7/20472.兩端固定不宜用長軸?？傊?.每根軸在軸向上雙向都必須定位。2.不能過定位（一個方向有兩處定位）。三、齒輪在軸上的布置和排列1.應(yīng)盡量使較小的齒輪成為滑移齒輪，使滑移省力。因主動軸轉(zhuǎn)速較高，最好放在主動軸上。2.雙聯(lián)滑移齒輪傳動組占用的軸向長度為B＞4b。第四節(jié)

主軸箱2023/7/2048第四節(jié)

主軸箱3.三聯(lián)滑移齒輪傳動組B＞7b。2023/7/2049第四節(jié)

主軸箱B>6b2023/7/2050總述：縮短軸向長度的方法：ⅰ.將三聯(lián)滑移齒輪分為單個和雙聯(lián)滑移齒輪。ⅱ.采用公用齒輪。ⅲ.將固定在軸上的主、從齒輪交錯排列，主動齒輪放中間，從動齒輪放兩端B＞6b。ⅳ.必要時還可用增多軸數(shù)的方法。第四節(jié)

主軸箱2023/7/2051四、相嚙合齒輪的寬度小齒輪比相嚙合的大齒輪寬1～2mm。缺點：軸向尺寸將有所增加。第四節(jié)

主軸箱2023/7/2052第六節(jié)主軸箱的溫升1.溫升原因：機械摩擦，潤滑油的飛濺、攪拌等。2.由溫升原因?qū)е聼嶙冃巍?.影響的主要方面：(1)改變各執(zhí)行器官的相對位置。(2)改變主軸的幾何位置。(3)改變軸承的間隙。(4)改變潤滑條件