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1、第七章第七章 主传动设计主传动设计 第一节 机床主要参数的确定一、尺寸参数的确定 尺寸参数主要是确定影响机床加工性能机的一些尺寸。其中包括机床的主尺寸参数主要是确定影响机床加工性能机的一些尺寸。其中包括机床的主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机床以什么尺寸作为机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定。主参数已有统一的规定。如卧式车床是床身上工件的最大回转直径，有的机床，一个主参数还不足如卧式车床是床身上工件的最大回转直径，有的机床，一个主参数还不足以确定机床的规格，
2、还需第二主参数加以补充。如车床的第二主参数是最大工以确定机床的规格，还需第二主参数加以补充。如车床的第二主参数是最大工件长度。件长度。当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后，就基本上确定了该机当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后，就基本上确定了该机床所能加工或安装的最大工件的尺寸。床所能加工或安装的最大工件的尺寸。机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。二、运动参数的确定 运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。1.主运动参数的确定 主运动为回转运动的机床，主运动参
3、数是主轴转速，它与切削速度的关主运动为回转运动的机床，主运动参数是主轴转速，它与切削速度的关系是系是 式中式中 n-转速转速(r/min)v-切削速度切削速度(m/min)d-工件（或刀具）直径工件（或刀具）直径(mm)主运动是直线运动的机床，主运动参数是刀具的每分钟双行程数（次主运动是直线运动的机床，主运动参数是刀具的每分钟双行程数（次/分）。分）。通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需要变速。因此需确通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需要变速。因此需确定它的变速范围，即最低与最高转速。定它的变速范围，即最低与最高转速。1)1)主轴最高和最低转速的确定主轴最高和最低转速
4、的确定 根据公式有：根据公式有：nmax和和nmin的比值是变速范围的比值是变速范围Rn:应当指出，通用机床的应当指出，通用机床的 和和 并不是机床上可能加工的最大和最小直并不是机床上可能加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不是理论上的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不是理论上的最大和最小直径）。对于通用机床，一般取：径）。对于通用机床，一般取：最大加工直径最大加工直径dmax=(0.5-0.6)D 最小加工直径最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax 2)2)主轴转速数列主轴转速数列 目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速
5、确定后，还需确定目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速确定后，还需确定中间转速。中间转速。如某机床的分级变速机构共有如某机床的分级变速机构共有 级，其中级，其中 ，级转速分级转速分别为：别为：，。如果加工某一工件所需如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为要的最有利的切削速度为 ,则相应的转速位则相应的转速位 。通常，分级变速机构不能恰。通常，分级变速机构不能恰好得到这个转速，而是好得到这个转速，而是 处于某两极转速处于某两极转速 与与 之间：之间：如果采用较高的转速如果采用较高的转速 ，必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。，必将提高切削速度，刀具的耐用度将要降低。为了不降低刀
6、具耐用度，以采用较低的转速为了不降低刀具耐用度，以采用较低的转速 为宜。这时转速的损失为为宜。这时转速的损失为 -，相对转速损失率为：，相对转速损失率为：最大的相对转速损失率是当所需的转速最大的相对转速损失率是当所需的转速 趋近于趋近于 时，也就是：时，也就是：在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了生产率的损失。对于普通机床，如果认为每个转速的使用机会都相等，那么生产率的损失。对于普通机床，如果认为每个转速的使用机会都相等，那么应使应使 为一定值，即：为一定值，即：=const =const 或 =const
7、=const=从这里可以看出，任意两极转速之间的关系应为：从这里可以看出，任意两极转速之间的关系应为：即机床的转速应该按等比数列即机床的转速应该按等比数列(几何级数几何级数)分级。其公比为分级。其公比为 ，各级转速应为，各级转速应为 最大相对转速损失率为：最大相对转速损失率为：变速范围为：变速范围为：等比数列同样适用于直线往复主运动等比数列同样适用于直线往复主运动(刨床、插床刨床、插床)的往复次数数列、的往复次数数列、进给数列以及尺寸和功率参数系列。进给数列以及尺寸和功率参数系列。3)3)公比的标准值和标准转速数列公比的标准值和标准转速数列 机床转速是从小到大递增的，因此机床转速是从小到大递增
8、的，因此 。为使最大相对转速损失率不超。为使最大相对转速损失率不超过过50%50%，即，即 ，则，则 。由此得出：由此得出：为便于设计和使用机床，规定了七个标准公比为便于设计和使用机床，规定了七个标准公比,，分别为：，分别为：1.061.06，1.121.12，1.261.26，1.411.41，1.581.58，1.781.78，2 2。当当采采用用标标准准公公比比后后，转转速速数数列列可可从从表表7.17.1中中直直接接查查出出。表表中中给给出出了了以以1.061.06为为公公比比的的从从1 11000010000的的数数值值。其其中中1.12=1.061.12=1.062 2 ，1.26
9、=1.061.26=1.064 4 ，1.41=1.061.41=1.066 6 ，1.58=1.061.58=1.068 8 ，1.78=1.061.78=1.061010 ，2=1.062=1.061212 。例例如如，设设计计一一台台2424级级转转速速的的卧卧式式车车床床，其其中中 =12.5=12.5，=1.26=1.26。查查表表771 1，首首先先找找到到最最低低转转速速12.512.5，然然后后，因因为为1.26=1.061.26=1.064 4，每每隔隔3 3个个数数取取一一个个值值，可可得得下下列列数数列列：12.512.5、1616、2020、2525、31.531.5、
10、4040、5050、6363、8080、100100、125125、160160、200200、250250、315315、400400、500500、630630、800800、10001000、12501250、16001600、20002000、25002500等等2424级。级。表表7.1 7.1 标准数列表标准数列表 4)4)选用标准公比的一般原则和经验数据选用标准公比的一般原则和经验数据 （1 1）对于通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取）对于通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取=1.26=1.26或或1.411.41。（2 2）对于大批、大
11、量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些。因）对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些。因这些机床的生产率较高，转速损失的影响较显著。一般取这些机床的生产率较高，转速损失的影响较显著。一般取=1.12=1.12或或1.261.26。（3 3）对对于于大大型型机机床床，公公比比应应取取小小一一些些。因因在在大大型型机机床床上上的的切切削削加加工工时时间间较较长长，转速损失的影响较显著。一般取转速损失的影响较显著。一般取=1.26=1.26或或1.121.12及及1.061.06。（4 4）对对于于非非自自动动化化小小型型机机床床，公公比比应应取取大大一一些些。因因在在这这些些
12、机机床床上上，辅辅助助时时间间较较多多，而而切切削削加加工工时时间间所所占占的的比比例例不不大大，转转速速损损失失的的影影响响不不很很显显著著。一一般般取取=1.58=1.58、1.781.78或或2 2。2.进给运动参数的确定 进给传动链为外联系传动链时，为使相对损失为一定值，则进给量的数列也进给传动链为外联系传动链时，为使相对损失为一定值，则进给量的数列也应取等比数列。对于往复主运动机床，如刨床、插床，进给运动是间歇的，为应取等比数列。对于往复主运动机床，如刨床、插床，进给运动是间歇的，为使进给机构简单，采用了棘轮机构，进给量由每次往复转过的齿数而定，是等使进给机构简单，采用了棘轮机构，进
13、给量由每次往复转过的齿数而定，是等差数列。对于大批、大量生产用的自动和半自动车床，常用交换齿轮来调整进差数列。对于大批、大量生产用的自动和半自动车床，常用交换齿轮来调整进给量，这时可以不按一定的规则，用交换齿轮选择最有利的进给量。卧式车床给量，这时可以不按一定的规则，用交换齿轮选择最有利的进给量。卧式车床因为要车螺纹，进给分级就应根据螺纹标准而定，它不是一个等比数列，而是因为要车螺纹，进给分级就应根据螺纹标准而定，它不是一个等比数列，而是一个分段的等差数列。一个分段的等差数列。三、动力参数确定 动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、伺服电动机或动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵
14、引力，液压马达、伺服电动机或步进电动机的额定转矩等。步进电动机的额定转矩等。各各传传动动件件的的参参数数(轴轴或或丝丝杠杠的的直直径径、齿齿轮轮与与蜗蜗轮轮的的模模数数等等)都都是是根根据据动动力力参参数数设设计计计计算算的的。如如果果动动力力参参数数定定得得过过大大，将将使使机机床床过过于于笨笨重重，浪浪费费材材料料和和电电力力；如如果果定定得得过过小小，又又将将影影响响机机床床的的性性能能。动动力力参参数数可可以以通通过过调调查查研研究究、试试验验和和计计算方法进行确定。算方法进行确定。1.主传动功率的确定 在主传动的结构方案尚未确定之前，可用式在主传动的结构方案尚未确定之前，可用式 进行
15、估算。进行估算。式中：式中：主传动电机功率（主传动电机功率（）；）；消耗于切削的功率（消耗于切削的功率（）；）；主传动链的总效率。主传动链的总效率。对对于于通通用用机机床床一一般般可可取取 =0.75=0.750.850.85。机机构构简简单单和和主主轴轴转转速速较较低低时时取取大大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。当主传动的结构方案确定后，可用式当主传动的结构方案确定后，可用式 进行估算：进行估算：式中：式中：消耗于空转的功率损失（消耗于空转的功率损失（）；）；主传动链的总机械效率。主传动链的总机械效率。式中：式中：、为主传动链中各传动副的机械效率。
16、为主传动链中各传动副的机械效率。机床的空转功率损失只随主轴和其它各轴转速的变化而变化。中型机床主机床的空转功率损失只随主轴和其它各轴转速的变化而变化。中型机床主传动链的空转功率损失可用下列的实验公式进行估算：传动链的空转功率损失可用下列的实验公式进行估算：式式中中：主主传传动动链链中中除除主主轴轴外外所所有有传传动动轴轴的的轴轴颈颈的的平平均均直直径径。如如果果主主传传动动链链的结构尺寸尚未确定，初步可按电动机功率的结构尺寸尚未确定，初步可按电动机功率P P取：取：当当 1.5 1.5 2.8 2.8（kwkw）=30(mm)=30(mm)2.5 2.5 7.5 7.5（kwkw）=35(mm
17、)=35(mm)7.5 7.5 14 14（kwkw）=40(mm)=40(mm)主轴前后轴颈的平均值主轴前后轴颈的平均值(mm)(mm)；当当主主轴轴转转速速为为 时时，传传动动链链内内除除主主轴轴外外各各传传动动轴轴的的转转速速之之和和。如如传传动链内有不传递载荷而也随之作空运转的轴时，这些轴的转速也应计入；动链内有不传递载荷而也随之作空运转的轴时，这些轴的转速也应计入；-主主轴轴转转速速（rpmrpm），通通常常，计计算算的的是是最最大大空空转转功功率率，则则 为为主主轴轴最最高转速；高转速；cc系系数数。两两支支承承的的滚滚动动轴轴承承或或滑滑动动轴轴承承，c=8.5c=8.5；三三支
18、支承承滚滚动动轴轴承承=10=10；k k润滑油粘度影响的修正系数。用润滑油粘度影响的修正系数。用N46N46号机油时，号机油时，k=1k=1；用；用N32N32号机油号机油时，时，k=0.9k=0.9；用；用N15N15号机油时，号机油时，k=0.75k=0.75；2.进给传动功率的确定 在进给传动和主传动共用一个电机的通用机床上，如普通车床和钻床，由在进给传动和主传动共用一个电机的通用机床上，如普通车床和钻床，由于进给传动所消耗的功率与主传动相比是很小的，因此可以忽略进给所需的功于进给传动所消耗的功率与主传动相比是很小的，因此可以忽略进给所需的功率。在进给传动与空行程传动共用一个电机的机床
19、上，也不必单独考虑进给所率。在进给传动与空行程传动共用一个电机的机床上，也不必单独考虑进给所需的功率。需的功率。对于进给传动采用单独电动机驱动的机床，需要确定进给传动所需的功率。对于进给传动采用单独电动机驱动的机床，需要确定进给传动所需的功率。进给功率可根据进给牵引力进给功率可根据进给牵引力 (N),(N),进给速度进给速度 (m/min)(m/min)和机械效率和机械效率 决定决定:3.空行程功率的确定 空行程功率的确定应参考同类型机床，辅之以计算，最好再经实验验证。空行程功率的确定应参考同类型机床，辅之以计算，最好再经实验验证。空行程电动机的功率（空行程电动机的功率（kwkw）为：）为：式
20、中：式中：p p1 1克克服惯性需要的功率服惯性需要的功率 p p2 2-克克服重量和摩擦力需要的功率服重量和摩擦力需要的功率第二节 主传动方案选择 机床的主传动用来实现机床主运动的，它对机床的使用性能、结构和制造机床的主传动用来实现机床主运动的，它对机床的使用性能、结构和制造成本都有明显的影响。成本都有明显的影响。一、主传动布局选择 主传动的布局形式取决于机床的用途、类型和尺寸等因素。主传动的布局形式取决于机床的用途、类型和尺寸等因素。1.集中传动式 优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，箱体数少。优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，箱体数少。缺点是：传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴的
21、工作精度缺点是：传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴的工作精度。适用于主运动为旋转运动的普通精度的中、大型机床。适用于主运动为旋转运动的普通精度的中、大型机床。2.分离传动式 优点是：变速箱所产生的振动和热量不传给或少传给主轴，从而减少了主优点是：变速箱所产生的振动和热量不传给或少传给主轴，从而减少了主轴的振动和热变形；高速时不用齿轮传动，而由皮带直接传动主轴，运转平稳，轴的振动和热变形；高速时不用齿轮传动，而由皮带直接传动主轴，运转平稳，加工光洁度高，适应精密加工的要求；当采用背轮机构时，高速传动链短，传加工光洁度高，适应精密加工的要求；当采用背轮机构时，高速传动链短，传动效率较高，转动
22、惯量小，便于启动和制动；低速时经背轮机构传动，扭矩大，动效率较高，转动惯量小，便于启动和制动；低速时经背轮机构传动，扭矩大，适应粗加工的要求。适应粗加工的要求。缺点是：有两个箱体，箱体加工成本较高；低速时皮带负荷大，皮带根缺点是：有两个箱体，箱体加工成本较高；低速时皮带负荷大，皮带根数多，容易打滑；当皮带安装在主轴中段时，调整、检修都不方便。数多，容易打滑；当皮带安装在主轴中段时，调整、检修都不方便。适用于中、小型高速精密机床。适用于中、小型高速精密机床。二、变速方式选择 1.交换齿轮变速机构 这种变速机构的构造简单，结构紧凑，主要用于大批大量生产中的自动这种变速机构的构造简单，结构紧凑，主要
23、用于大批大量生产中的自动或半自动机床、专用机床及组合机床等上。或半自动机床、专用机床及组合机床等上。2.滑移齿轮变速机构 优优点点是是：变变速速范范围围大大，变变速速级级数数也也较较多多；变变速速方方便便又又节节省省时时间间；在在较较大大的的变变速速范范围围内内可可传传递递较较大大的的功功率率和和扭扭矩矩；不不工工作作的的齿齿轮轮不不啮啮合合，因因而而空空载载功功率损失较小等。率损失较小等。缺缺点点是是：变变速速箱箱的的构构造造复复杂杂，不不能能在在运运转转中中变变速速，为为使使滑滑移移齿齿轮轮容容易易进进入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，传动平稳性不如斜齿轮传动等。入啮合，多用直齿圆柱齿轮传动，
24、传动平稳性不如斜齿轮传动等。应用于通用机床广泛应用于通用机床和一部分专用机床中。应用于通用机床广泛应用于通用机床和一部分专用机床中。3.离合器变速机构 在离合器变速机构中，应用较多的牙嵌式离合器、齿轮式离合器以及摩擦在离合器变速机构中，应用较多的牙嵌式离合器、齿轮式离合器以及摩擦片式离合器。片式离合器。当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮时，不便用滑移齿轮变速，则需用牙当变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮时，不便用滑移齿轮变速，则需用牙嵌式或齿轮式离合器变速。嵌式或齿轮式离合器变速。优点是：轴向尺寸小；可传递较大的扭矩；传动比准确；变速时齿轮不移优点是：轴向尺寸小；可传递较大的扭矩；传动比准确；变速时
25、齿轮不移动，故可采用斜齿或人字齿传动，使传动平稳；变速时；移动离合器比移动滑动，故可采用斜齿或人字齿传动，使传动平稳；变速时；移动离合器比移动滑移齿轮轻便，操纵省力。移齿轮轻便，操纵省力。缺点是：不能在运转中变速；各对齿轮经常处于啮合状态，磨损较大，传缺点是：不能在运转中变速；各对齿轮经常处于啮合状态，磨损较大，传动效率低。动效率低。摩擦离合器多用于自动或半自动机床中，这类机床往往须在运转过程中变摩擦离合器多用于自动或半自动机床中，这类机床往往须在运转过程中变换主轴转速，而机床主轴转速又较高，故宜采用摩擦离合器变速机构、多速电换主轴转速，而机床主轴转速又较高，故宜采用摩擦离合器变速机构、多速电
26、动机或无级变速器等。动机或无级变速器等。在设计时，对于安排离合器的位置应注意以下几个方面。在设计时，对于安排离合器的位置应注意以下几个方面。1 1）尽量减小离合器的尺寸。）尽量减小离合器的尺寸。2 2）避免出现超速现象。）避免出现超速现象。3 3）要考虑到结构上的因素。）要考虑到结构上的因素。4 4）各种变速机构的组合。）各种变速机构的组合。摩擦离合器变速机构摩擦离合器变速机构 三、开停方式选择 开停装置用来控制主运动执行件的启动与停止。开停装置用来控制主运动执行件的启动与停止。1.直接开停电动机 优点是：操作方便，可简化机床的机械结构，得到广泛应用。优点是：操作方便，可简化机床的机械结构，得
27、到广泛应用。缺点是：电动机功率大、开停频繁的情况下，将导致电动机发热、烧坏，缺点是：电动机功率大、开停频繁的情况下，将导致电动机发热、烧坏，甚至因启动电流大而影响车间电网正常供电甚至因启动电流大而影响车间电网正常供电。2.采用离合器开停 在不停止电动机运转的情况下，可用离合器实现主运动执行件的启动或停在不停止电动机运转的情况下，可用离合器实现主运动执行件的启动或停止。止。1 1）锥式、片式摩擦离合器：可用于高速运转的离合，离合过程比较平稳，）锥式、片式摩擦离合器：可用于高速运转的离合，离合过程比较平稳，并能兼起过载保护作用；但结构较复杂，因尺寸关系，传递扭矩不宜过大。并能兼起过载保护作用；但结
28、构较复杂，因尺寸关系，传递扭矩不宜过大。2 2）滑移齿轮、齿轮式离合器及牙嵌式离合器：可用于低速运转的离合，）滑移齿轮、齿轮式离合器及牙嵌式离合器：可用于低速运转的离合，结构简单，尺寸较小，能够传递大扭矩；但在离合过程中，齿（牙）端有冲击结构简单，尺寸较小，能够传递大扭矩；但在离合过程中，齿（牙）端有冲击和磨损，有些立式多轴半自动车床的主轴就采用这种开停方式。和磨损，有些立式多轴半自动车床的主轴就采用这种开停方式。离合器在传动链中的位置是很重要的，若将离合器放置在转速较高的传动离合器在传动链中的位置是很重要的，若将离合器放置在转速较高的传动轴上，则传递扭矩较小，结构紧凑；将它放置在传动链中前端
29、，即靠近动力源轴上，则传递扭矩较小，结构紧凑；将它放置在传动链中前端，即靠近动力源的传动轴上，停车后可使传动链的大部分运动件停止不动，能够减少空载功率的传动轴上，停车后可使传动链的大部分运动件停止不动，能够减少空载功率损失。因此，除了结构上特殊需要外，这种开停装置一般宜放置在传动链前端损失。因此，除了结构上特殊需要外，这种开停装置一般宜放置在传动链前端转速较高的轴上。转速较高的轴上。四、制动方式选择 某些机床在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，要求某些机床在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，要求机床的主运动执行件尽快地停止运动。机床的主运动执行件尽快地停止运动。
30、1.电动机制动 制动时，电动机的转矩方向与电动机的实际旋转方向相反，使其减速而迅制动时，电动机的转矩方向与电动机的实际旋转方向相反，使其减速而迅速停转。一般可采用反接制动、能耗制动及再声制动等，常见的是反接制动，速停转。一般可采用反接制动、能耗制动及再声制动等，常见的是反接制动，制动时间短，操纵方便、结构简单。用于直接开停电动机，制动频率低电机功制动时间短，操纵方便、结构简单。用于直接开停电动机，制动频率低电机功率不大的机床。率不大的机床。2.机械制动 1 1）闸带式制动器）闸带式制动器 结构简单，轴向尺寸小，操纵方便，但制动时闸轮受到较大的单侧压力，结构简单，轴向尺寸小，操纵方便，但制动时闸
31、轮受到较大的单侧压力，对所在传动轴有不良影响，故用于中小型机床。设计闸带制动装置时，应注意对所在传动轴有不良影响，故用于中小型机床。设计闸带制动装置时，应注意分析闸轮的转动方向及闸带的受力状态，操纵杠杆应作用于闸带的松边，使操分析闸轮的转动方向及闸带的受力状态，操纵杠杆应作用于闸带的松边，使操纵力小且制动平稳。纵力小且制动平稳。2 2）闸瓦式制动器）闸瓦式制动器 单块闸瓦式制动器的结构较简单，操纵较方便，制动时间短，但制动时单块闸瓦式制动器的结构较简单，操纵较方便，制动时间短，但制动时闸轮也受到较大的单侧压力，单块闸瓦式制动器可采用机械、液压或电磁等闸轮也受到较大的单侧压力，单块闸瓦式制动器可
32、采用机械、液压或电磁等方式操纵。为了不使单块闸瓦式制动器单侧压力过大，可采用双块闸瓦式制方式操纵。为了不使单块闸瓦式制动器单侧压力过大，可采用双块闸瓦式制动器，作用于闸轮的对称位置，使侧压力平衡，但结构尺寸较大，一般放在动器，作用于闸轮的对称位置，使侧压力平衡，但结构尺寸较大，一般放在变速箱的外面。变速箱的外面。3 3）片式制动器）片式制动器 片式制动器与片式摩擦离合器相似，两者不同点是：后者是将停止的被片式制动器与片式摩擦离合器相似，两者不同点是：后者是将停止的被动件与正在运转的运动件相结合；前者则是将惯性运转的运动件与静止不动动件与正在运转的运动件相结合；前者则是将惯性运转的运动件与静止不
33、动的固定件相结合。片式制动器在制动时，没有单侧压力，但结构较复杂，轴的固定件相结合。片式制动器在制动时，没有单侧压力，但结构较复杂，轴向尺寸较大，且产生较大的轴向力。向尺寸较大，且产生较大的轴向力。4 4）制动器的位置）制动器的位置 要求：放在高速轴上，制动力矩较小，结构紧凑，制动平稳，制动要求：放在高速轴上，制动力矩较小，结构紧凑，制动平稳，制动 器与开停装置中必须有连锁关系。器与开停装置中必须有连锁关系。分为两种：电机停止和电机不停制动。分为两种：电机停止和电机不停制动。不停电机时，必须放在切开动源以后的主动链的传动件上不停电机时，必须放在切开动源以后的主动链的传动件上 电机停止制动，可装
34、在任意位置上。电机停止制动，可装在任意位置上。五、换向方式选择 多数机床的主运动执行件（如主轴、工作台）需要有正反两个方向的运动。多数机床的主运动执行件（如主轴、工作台）需要有正反两个方向的运动。主运动执行件的换向，除了某些直线运动机床是由传动机构本身实现外，多数主运动执行件的换向，除了某些直线运动机床是由传动机构本身实现外，多数机床须设置专门的换向装置。机床须设置专门的换向装置。机床上常用的换向装置有下列几种机床上常用的换向装置有下列几种：1.电动机换向 变变换换电电动动机机的的转转向向，使使主主运运动动执执行行件件的的运运动动方方向向改改变变，这这种种换换向向方方式式可可简简化化机机床床的
35、机的机械结构、操作简单省力且容易实现自动化，在可能的条件下应采用这种方式。械结构、操作简单省力且容易实现自动化，在可能的条件下应采用这种方式。2.机械换向 目目前前，在在主主传传动动系系统统中中主主要要采采用用圆圆柱柱齿齿轮轮-多多片片摩摩擦擦离离合合器器式式换换向向机机构构，它可以在高速运转中平稳地换向，但结构较复杂。它可以在高速运转中平稳地换向，但结构较复杂。换向装置在传动链中的位置是很重要的，一般遵循下列原则：换向装置在传动链中的位置是很重要的，一般遵循下列原则：1 1）为为了了提提高高正正向向传传动动的的效效率率，减减少少其其功功率率损损失失，换换向向机机构构的的中中间间齿齿轮轮放放在
36、反向传动中。在反向传动中。2 2）换换向向时时先先使使运运动动减减速速或或制制动动，在在接接通通另另一一方方向向的的运运动动，可可减减少少换换向向的的能量损失，以为大多数机床所采用。能量损失，以为大多数机床所采用。3 3）换换向向机机构构的的安安放放位位置置，一一般般对对于于传传动动减减少少，惯惯性性小小的的传传动动链链，换换向向机机构宜放在前面；对于平稳性要求较高、能量损失要晓得，宜放在后面。构宜放在前面；对于平稳性要求较高、能量损失要晓得，宜放在后面。第三节 主传动运动设计 一、转速图、结构网与结构式分析 1.转速图 以表格和连线的方式绘制而成的。以表格和连线的方式绘制而成的。表达主轴每一
37、级转速是通过哪些传动表达主轴每一级转速是通过哪些传动副得到的，这些传动副之间的关系如何，各传动轴的转速等。副得到的，这些传动副之间的关系如何，各传动轴的转速等。1.1.用途：用途：.用转速图对现有的机床传动链进行分析和比较。用转速图对现有的机床传动链进行分析和比较。.设计新的机床的传动链。设计新的机床的传动链。2.2.绘制方法绘制方法:(1).:(1).距离相等的一组竖线代表各轴。轴号按顺序用大写距离相等的一组竖线代表各轴。轴号按顺序用大写 罗马数字写在上面。竖线间的距离不代表中心距罗马数字写在上面。竖线间的距离不代表中心距。(2).(2).距离相等的一组水平线代表各级转速距离相等的一组水平线
38、代表各级转速,采用对数坐标。采用对数坐标。(3).(3).竖线与水平线的交点竖线与水平线的交点(圆圈圆圈),),表示传动轴上实际具有表示传动轴上实际具有 的转速。的转速。(4).(4).各轴之间的连线的倾斜方式代表传动副的传动比。各轴之间的连线的倾斜方式代表传动副的传动比。(5).(5).a、b、c表示传动组表示传动组 设有一中型车床，传动系统图如图示。主轴转速共设有一中型车床，传动系统图如图示。主轴转速共1212级：级：31.531.5，4545，6363，9090，125125，180180，250250，355355，500500，710710，10001000，1400r1400rmi
39、nmin。公比。公比=1=14141。电动机转速为电动机转速为1440r1440rminmin。传动系统内共五根轴：传动系统内共五根轴：电动机轴和轴电动机轴和轴至至。其中轴其中轴为主轴。为主轴。轴轴之间为传动组之间为传动组a a，-和和之间之间分别为传动组分别为传动组b b和和c c。分析转速图表示分析转速图表示分析转速图可知：分析转速图可知：(1).主轴各级转速的传动路线主轴各级转速的传动路线 在图上就是从电动机起，通过哪些在图上就是从电动机起，通过哪些连线传到主轴的。连线传到主轴的。(2).在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的传动组数和每个传在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的传动组数
40、和每个传动组中的传动副数。动组中的传动副数。(3).传动组的级比指数，传动组的级比指数，即主动轴上同一点，传往被动轴相邻两连即主动轴上同一点，传往被动轴相邻两连线代表传动组内相邻两个传动比，它们与被动轴交点之间相距的格数，线代表传动组内相邻两个传动比，它们与被动轴交点之间相距的格数，代表相邻两传动比之比值代表相邻两传动比之比值 的指数的指数x，称为级比指数。，称为级比指数。(4).基本组和扩大组，要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一基本组和扩大组，要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个传动比的级比指数为个传动比的级比指数为1，这个传动组称为，这个传动组称为基本组基本组。指级比大于。指级比大
41、于的称的称为为扩大组扩大组，按变速范围大小顺序排列为一扩组，二扩组。，按变速范围大小顺序排列为一扩组，二扩组。(5).各传动组的变速范围，变速组中最大与最小传动比的比值。各传动组的变速范围，变速组中最大与最小传动比的比值。2.结构网和结构式 结构网：用对称的形式，将传动比的相对关系画成线图。结构网：用对称的形式，将传动比的相对关系画成线图。作作 用：运动设计时，对各种不同的传动方案进行分析比较，以确用：运动设计时，对各种不同的传动方案进行分析比较，以确 定合理的传动方案。定合理的传动方案。注注 意：结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转意：结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比
42、和转 速的绝对值。速的绝对值。把结构网写成结构式；把结构网写成结构式；1212级为例级为例 12=3 12=31 1 2 23 3226 6 从结构网和结构式中说明下列问题：从结构网和结构式中说明下列问题：1 1）传动链的组成和传动顺序）传动链的组成和传动顺序 12=3 2 2 12=3 2 2 2 2）各传动组的级比指数，即下标为）各传动组的级比指数，即下标为1 1、3 3、6 6 3 3）扩大顺序：基本组、一扩组、二扩组。从级比指数看）扩大顺序：基本组、一扩组、二扩组。从级比指数看 出。出。4 4）各变速范围）各变速范围1212级传动系统的结构网级传动系统的结构网 3.主传动链转速图的拟订
43、 以以1212级主轴变速为例。级主轴变速为例。1 1）传动组和传动副数的确定）传动组和传动副数的确定 传动组和传动副数可能的方案有：传动组和传动副数可能的方案有：a:12=4 3 12=3 4 b:12=3 2 2 12=2 3 2 12=2 2 3 通过分析取通过分析取12=3 2 2的方案为好。的方案为好。这就是这就是“前多后少前多后少”的原则。的原则。2 2）.基本组和扩大组的排列顺序基本组和扩大组的排列顺序 在在12=3 2 2中，因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的中，因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案，一般采取基本组在前，一扩组，二扩组方案，一般采取基本组在前，一扩组
44、，二扩组的顺序的顺序。基本组和扩大组的关系：基本组和扩大组的关系：X为级比指数，为级比指数，P为传动付数为传动付数 则：基本组中则：基本组中 X0=1 一扩组中一扩组中 X1=X0P0=P0 二扩组中二扩组中 X2=X1P1=X0P0P1=P0P1 三扩组中三扩组中 X3=X2P2=X1P1P2=P0P1P2 即：级比指数等于前面各传动付数的乘积。即：级比指数等于前面各传动付数的乘积。这就是这就是“前密后疏前密后疏”的原则。的原则。3 3）.传动组的变速范围和传动时的极限传动比传动组的变速范围和传动时的极限传动比 同一变速中变速范围是变速组中最大与最小传动比的比值同一变速中变速范围是变速组中最
45、大与最小传动比的比值 即：即：R=R=(P(P1)X 1)X 系统最后一根轴的变速范围等于各变速范围的乘积。系统最后一根轴的变速范围等于各变速范围的乘积。(1).(1).在主运动传动时在主运动传动时,为防止被动齿轮直径过大为防止被动齿轮直径过大,影响机构的径向影响机构的径向 尺寸。降速时尺寸。降速时 Umin 1/4 Umin 1/4 升速时为传动平稳，减少噪声升速时为传动平稳，减少噪声Umax2Umax2 斜齿传动斜齿传动Umax2.5Umax2.5 1/4U2-2.5 1/4U2-2.5 最大传动组的变速范围：最大传动组的变速范围：RmaxRmax=Umax/Umin=8-10Umax/U
46、min=8-10 (2).(2).进给运动传动时进给运动传动时,由于传动功率小由于传动功率小,转速低转速低,尺寸较小尺寸较小,可以放宽可以放宽限制限制 1/5U2.8 1/5U2.8 RmaxRmax=Umax/Umin=14 Umax/Umin=14 一般检查传动组的变速范围时，一般检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组就可以了。只检查最后一个扩大组就可以了。4 4）.分配传动比的原则分配传动比的原则 (1)(1)各传动副的传动比应尽可能不超出极限传动比各传动副的传动比应尽可能不超出极限传动比UminUmin和和UmaxUmax.(2)(2)各中间传动轴的最低转速适当高些。各中间传动轴
47、的最低转速适当高些。即：即：Uamin UbminUcminUamin UbminUcmin 这就是这就是“前缓后急前缓后急”的原则。的原则。5 5）.传动比的选取传动比的选取 尽量选取传动比是标准公比的正次方幂，即尽量选取传动比是标准公比的正次方幂，即 U=U=E E ，E E为正数，为正数，此时中间转速可直接从转速图中读出。此时中间转速可直接从转速图中读出。4.设计步骤 设计的已知条件为机床的类型，极限转速，设计的目的，拟订传动设计的已知条件为机床的类型，极限转速，设计的目的，拟订传动系统图。系统图。（1）选定公比）选定公比，计算转速级数，计算转速级数Z，并选择各级转速，并选择各级转速 （
48、2）根据）根据“前多后少前多后少”，“前密后疏前密后疏”的原则拟订结构式的原则拟订结构式 （3）根据）根据“前缓后急前缓后急”的原则拟订转速图。的原则拟订转速图。（4）确定带轮直径和齿轮齿数。）确定带轮直径和齿轮齿数。（5）拟订传动系统图。）拟订传动系统图。5.5.例题：例题：拟定一台中型普通车床主运动链的分级变速传动系统图，主轴最低转速拟定一台中型普通车床主运动链的分级变速传动系统图，主轴最低转速拟定一台中型普通车床主运动链的分级变速传动系统图，主轴最低转速拟定一台中型普通车床主运动链的分级变速传动系统图，主轴最低转速31.531.531.531.5转转转转/分，最高为分，最高为分，最高为分
49、，最高为1400140014001400转转转转/分，异步电机的转速为分，异步电机的转速为分，异步电机的转速为分，异步电机的转速为1440144014401440转转转转/分。分。分。分。1 1 1 1）.选公比选公比选公比选公比,计算级数计算级数计算级数计算级数Z,Z,Z,Z,并选择各级转速。并选择各级转速。并选择各级转速。并选择各级转速。2 2 2 2）.拟订结构式拟订结构式拟订结构式拟订结构式 3 3 3 3）.拟订转速图拟订转速图拟订转速图拟订转速图 6.6.作业：作业：1.1.1.1.某机床主轴转速取等比数列某机床主轴转速取等比数列某机床主轴转速取等比数列某机床主轴转速取等比数列,其
50、公比其公比其公比其公比1.581.581.581.58，主轴最高转速为，主轴最高转速为，主轴最高转速为，主轴最高转速为 1600 1600 1600 1600转转转转/分，主轴变速范围分，主轴变速范围分，主轴变速范围分，主轴变速范围Rn=10Rn=10Rn=10Rn=10，电动机转速为，电动机转速为，电动机转速为，电动机转速为1450145014501450转转转转/分，分，分，分，拟拟拟拟 订合理的转速图。订合理的转速图。订合理的转速图。订合理的转速图。2.2.2.2.拟订一台中型普通车床主运动链的分级变速传动系统图，其中最拟订一台中型普通车床主运动链的分级变速传动系统图，其中最拟订一台中型