机械制造装备设计3.ppt

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1、第二章 机床的传动设计2-1 分级变速主传动系统设计分级变速主传动系统设计2-2 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计2-3 计算转速计算转速2-4 无级变速系统设计无级变速系统设计2-5 进给传动系统设计进给传动系统设计2-6 结构设计结构设计 第一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。本章基本要求与重点：本章基本要求与重点：1 1、理解转速图的概念，能根据转速图和公比求、理解转速图的概念，能根据转速图和公比求出各传动比的数值；出各传动比的数值；2 2、掌握结构式和结构网的拟定方法。能根据、掌握结构式和结构网的拟定方法。能根据给定条件，拟定出合理的结构式，画出结构给定条件，拟定

2、出合理的结构式，画出结构网及转速图；网及转速图；第二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。3 3、掌握主传动运动设计要点：一个规律、二、掌握主传动运动设计要点：一个规律、二个限制、三个原则和四项措施；个限制、三个原则和四项措施；4 4、掌握计算转速的概念以及机床传动件计算、掌握计算转速的概念以及机床传动件计算转速的确定方法；转速的确定方法；5 5、了解无级变速系统和进给传动系统的设计、了解无级变速系统和进给传动系统的设计特点，以及齿轮的布置方法。特点，以及齿轮的布置方法。本章难点：本章难点：计算转速的确定。计算转速的确定。第三页，编辑于星期日：十三点 四十六分。功功用用组组成成定比传动机构定比传

3、动机构变速机构变速机构开停装置开停装置制动装置制动装置运动方式转换装置运动方式转换装置润滑装置润滑装置密封装置密封装置操纵机构操纵机构主轴组件主轴组件箱体箱体第四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。图2-1 X6132万能升降台铣床主传动系统装配图第五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。设计要求设计要求第六页，编辑于星期日：十三点 四十六分。设计步骤设计步骤第七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。22-1 -1 分级变速主传动系统设计分级变速主传动系统设计运动设计：运用转速图的基本原理，拟定满足给运动设计：运用转速图的基本原理，拟定满足给定的转速或速度要求的合理传动系统方案。定的转速或速度要求

4、的合理传动系统方案。内容内容拟定结构式或结构网；拟定结构式或结构网；拟定转速图；拟定转速图；合理分配各传动副的传动比；合理分配各传动副的传动比；确定齿轮齿数和皮带轮直径；确定齿轮齿数和皮带轮直径；绘制机床的传动系统图。绘制机床的传动系统图。第八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。（a a）传动系统图）传动系统图）传动系统图）传动系统图 （b b）转速图）转速图）转速图）转速图图图图图2-2 2-2 卧式车床主运动的传动系统图与转速图卧式车床主运动的传动系统图与转速图卧式车床主运动的传动系统图与转速图卧式车床主运动的传动系统图与转速图第九页，编辑于星期日：十三点 四十六分。一、一、转速转速图图1

5、 1、转速图的概念、转速图的概念 定义：把各定义：把各轴轴(包括主轴包括主轴包括主轴包括主轴)的的转速画在转速画在对数坐对数坐标标中，并把有关中，并把有关转速之间的传动转速之间的传动比也画出来的一比也画出来的一种线图。种线图。组成组成组成组成转转速速线线传传动动轴轴线线转转速速点点传传动动线线第十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。基本概念基本概念基本概念基本概念 1 1）变速组的级比和级比指数）变速组的级比和级比指数）变速组的级比和级比指数）变速组的级比和级比指数级比级比级比级比 x x变速组中两相邻传动比的比值；变速组中两相邻传动比的比值；变速组中两相邻传动比的比值；变速组中两相邻传动比的

6、比值；级比指数级比指数级比指数级比指数 x x转速图上两相邻传动线相距的格数。转速图上两相邻传动线相距的格数。转速图上两相邻传动线相距的格数。转速图上两相邻传动线相距的格数。2）基本组和扩大组）基本组和扩大组 基本组基本组 x1 1的变速组。的变速组。扩大组扩大组扩大组扩大组 x x1的变速组。的变速组。的变速组。的变速组。扩大顺序扩大顺序扩大顺序扩大顺序 变速组按变速组按变速组按变速组按 x 值由值由小到大依次排列的顺序。小到大依次排列的顺序。3）变速组的变速范围）变速组的变速范围基本组：基本组：第一扩大组：第一扩大组：第二扩大组：第二扩大组：第十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第二扩

7、大组第二扩大组c级比：级比：6x26r2 6第一扩大组第一扩大组b级比：级比：3x13r1 3基本组基本组a级比：级比：x01r0 2第十二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。abc140014001000100071071050050035535525025018018012512590906363454531.531.5电动机电动机电动机电动机 功用功用功用功用1 1 1 1）主主主主轴轴轴轴各各各各级级级级转转转转速速速速的的的的传传传传动路线；动路线；动路线；动路线；2 2 2 2）传动顺序；）传动顺序；）传动顺序；）传动顺序；3 3 3 3）变速组数目；）变速组数目；）变速组数目；）

8、变速组数目；4 4 4 4）变速组传动副数、）变速组传动副数、）变速组传动副数、）变速组传动副数、变速范围；变速范围；变速范围；变速范围；5 5 5 5）基本组和扩大组；）基本组和扩大组；）基本组和扩大组；）基本组和扩大组；6 6 6 6）传动轴数目、转速）传动轴数目、转速）传动轴数目、转速）传动轴数目、转速级数、转速大小；级数、转速大小；级数、转速大小；级数、转速大小；7 7 7 7）各各各各传传传传动动动动副副副副级级级级比比比比关关关关系系系系、传动比的数值；传动比的数值；传动比的数值；传动比的数值；126 25624 4822 6218 72第十三页，编辑于星期日：十三点 四十六分。主

9、轴转速主轴转速级数级数 Z 与变速组传动副数与变速组传动副数 p 的关系的关系2、转速图的基本原理（基本规律）转速图的基本原理（基本规律）主主轴轴转转速速为为连连连连续续续续等等等等公公公公比比比比数数数数列列列列时时（即即无无转转速速的的重重复复或或空空缺缺），主主轴轴转转速速的的变变速速级级数数等等于于各各变变速速组组传传动动副副数数的乘积。即：的乘积。即：Zpapbpcpdpm 第十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。要得到要得到连续的等比数列连续的等比数列，n n 各变速组的传动比数列应是等比数列；各变速组的传动比数列应是等比数列；n n必须有一个变速组的级比指数必须有一个变速组的级

10、比指数 x01；n n其余变速组的级比指数为：其余变速组的级比指数为：xnxn-1pn-1。变速组的级比规律变速组的级比规律变速组变速组abc传动比传动比数列数列11/1.411/211/2.821/4公比公比1.412.88x136例：例：第十五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。主主轴轴转转速速数数列列为为连连连连续续续续等等等等比比比比数数数数列列列列时时，主主轴轴转转速速的的变变速速范范围等于各变速组变速范围的乘积。即：围等于各变速组变速范围的乘积。即：Rnrarb rc rm 主轴变速范围主轴变速范围Rn与与变速组变速范围变速组变速范围rm的关系的关系第十六页，编辑于星期日：十三点

11、四十六分。第十七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。结构网与转速图的区别结构网与转速图的区别 1 1 1 1）结构网只表示各变速组内传动）结构网只表示各变速组内传动）结构网只表示各变速组内传动）结构网只表示各变速组内传动比的比的比的比的相对关系相对关系；2 2）结构网上代表传动比的射线）结构网上代表传动比的射线常画成常画成对称形式对称形式对称形式对称形式；3 3）结构网是）结构网是转速图的通式转速图的通式转速图的通式转速图的通式；4 4 4 4）结构网也可用结构式来表示）结构网也可用结构式来表示）结构网也可用结构式来表示）结构网也可用结构式来表示,即：即：123123263、结构网和结构式结构

12、网和结构式第十八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。1 1 1 1）传传传传动动动动系系系系统统统统的的的的组组组组成成成成情情情情况况况况 变变速速组组数数目目、各各变变速速组组的的传传动动副副数数和和各各变变速速组组的的级比指数；级比指数；2 2）传动顺序和扩大顺序；）传动顺序和扩大顺序；3 3）各变速组的传动副数；）各变速组的传动副数；4 4 4 4）各变速组的变速范围；各变速组的变速范围；各变速组的变速范围；各变速组的变速范围；5 5）各变速组中相邻传动比各变速组中相邻传动比的关系（级比）。的关系（级比）。结构网结构网(式式)表达的内容表达的内容12312326第十九页，编辑于星期日：

13、十三点 四十六分。1 1 1 1、原始依据、原始依据、原始依据、原始依据机床类型；机床类型；主轴最高、最低转速主轴最高、最低转速主轴最高、最低转速主轴最高、最低转速n nmaxmax、nmin min；主轴转速级数主轴转速级数 Z；公比公比 ；电动机转速电动机转速n n电电电电。二、二、主传动链转速图的拟定主传动链转速图的拟定第二十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。2、具体步骤、具体步骤变速组的数目变速组的数目及其传动副数及其传动副数结构网结构网(式式)变速组传动比变速组传动比齿数或皮齿数或皮带轮直径带轮直径绘制转速图绘制转速图传动线传动线齿数或皮齿数或皮带轮直径带轮直径转速图转速图传动轴线

14、传动轴线转速线转速线x、rm第二十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。中型车床，主轴转速级数中型车床，主轴转速级数中型车床，主轴转速级数中型车床，主轴转速级数Z1212级，级，级，级，1.411.41，nmin31.5r.p.m31.5r.p.m、nmaxmax1400 r.p.m，n n电电1440r.p.m。3、示例、示例 确定变速组的数目及其传动副数确定变速组的数目及其传动副数确定变速组的数目及其传动副数确定变速组的数目及其传动副数1 1 1 1）确定变速组的数目）确定变速组的数目）确定变速组的数目）确定变速组的数目 原始依据：原始依据：原始依据：原始依据：第二十二页，编辑于星期日：十

15、三点 四十六分。主主轴轴最最低低转转速速通通常常要要比比电电动动机机转转速速低低得得多多，通通过过增增加加了了一一个个变变速速组组来来承承担担降降速速比比，可可减减少少各各变变速速组组中中的的最最大大齿齿轮轮的的径径向向尺尺寸寸和和专专门门用用于于降降速速的的定比传动副数量。定比传动副数量。确定依据：确定依据：四联滑移齿轮四联滑移齿轮变速，箱体变速，箱体轴向尺寸轴向尺寸轴向尺寸轴向尺寸太大；太大；太大；太大；两两个个双双联联滑滑移移齿齿轮轮变变速速，操操纵纵机机构构需需有有互互互互锁锁锁锁装装装装置置置置，增加了操纵机构的复杂性。增加了操纵机构的复杂性。第二十三页，编辑于星期日：十三点 四十六

16、分。2 2 2 2）确定变速组的传动副数）确定变速组的传动副数）确定变速组的传动副数）确定变速组的传动副数确定原则：确定原则：“前多后少前多后少”原则原则：p pa a p pb b pc Pm。可选方案：可选方案：可选方案：可选方案：1212322 12322 12232 12232 12223223确定依据：确定依据：传动件尺寸的大小。传动件尺寸的大小。第二十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。拟定结构网（式）拟定结构网（式）可选方案：图可选方案：图2-4。拟定原则：拟定原则：极限传动比和极限变速范围极限传动比和极限变速范围极限传动比和极限变速范围极限传动比和极限变速范围极限传动比极限传

17、动比极限传动比极限传动比降速降速 imin1/4；直齿轮：直齿轮：imax2升速升速 斜齿轮：斜齿轮：imax2.5极限变速范围：极限变速范围：极限变速范围：极限变速范围：r rmax8 81010。第二十五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。图图2-4结结构构网网第二十六页，编辑于星期日：十三点 四十六分。a、b、c、e方案方案:x26，p22，r2 68810。d、f 方案：方案：x24，p23，r2 816810。检验：检验：最后扩大组的变速范围小于最后扩大组的变速范围小于810。第二十七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。b、c、e e 三个方案的中间轴变速范围远大于三个方案的中间轴变

18、速范围远大于三个方案的中间轴变速范围远大于三个方案的中间轴变速范围远大于a方案。方案。a方方案案的的扩扩大大顺顺序序又又与与传传动动顺顺序序相相同同，且且中中间间轴轴的的变变速速范围小。范围小。检验：检验：拟定原则：拟定原则：“前密后疏前密后疏”原则原则：各传动组的变速范围逐渐扩大，：各传动组的变速范围逐渐扩大，：各传动组的变速范围逐渐扩大，：各传动组的变速范围逐渐扩大，表现为前面传动组传动比连线较密，后面较疏。从而尽表现为前面传动组传动比连线较密，后面较疏。从而尽表现为前面传动组传动比连线较密，后面较疏。从而尽表现为前面传动组传动比连线较密，后面较疏。从而尽可能保证扩大顺序与传动顺序一致。可

19、能保证扩大顺序与传动顺序一致。可能保证扩大顺序与传动顺序一致。可能保证扩大顺序与传动顺序一致。第二十八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。拟定转速图拟定转速图1 1）分配传动比时，应考虑的问题：）分配传动比时，应考虑的问题：）分配传动比时，应考虑的问题：）分配传动比时，应考虑的问题：为为了了便便于于设设计计及及使使用用机机床床，传传动动比比最最好好选选取取标标准准公公比的整数幂次，即比的整数幂次，即i i E，其中其中其中其中E为整数。为整数。为整数。为整数。各中间轴的最低转速应适当高些。各中间轴的最低转速应适当高些。依据：依据：中间轴的转速高，相应的传动件尺寸也小。中间轴的转速高，相应的传动

20、件尺寸也小。原则：原则：降速采用降速采用“前慢后快前慢后快”，升速采用，升速采用，升速采用，升速采用“前快后慢前快后慢”。iamin i ibmin i icmincmin。第二十九页，编辑于星期日：十三点 四十六分。2 2）决定变速组）决定变速组）决定变速组）决定变速组 c 的传动比的传动比 变变变变速速速速组组组组c的的变变速速范范围围：6 61.411.416 68rmax，该该变变速速组组的两对传动副的传动比只能是极限值，即的两对传动副的传动比只能是极限值，即:ic1c11/41/41/1/4 4 i ic22 2 23 3）决定其余变速组的传动比）决定其余变速组的传动比）决定其余变速

21、组的传动比）决定其余变速组的传动比 根据根据根据根据“前慢后快前慢后快前慢后快前慢后快”的原则的原则的原则的原则n变速组变速组变速组变速组b的最小传动比为的最小传动比为的最小传动比为的最小传动比为1/1/3n变速组变速组a的最小传动比为的最小传动比为1/2 2n n固定传动比为固定传动比为固定传动比为固定传动比为1/1/2第三十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。4、改善传动性能措施、改善传动性能措施 零件尺寸和材料零件尺寸和材料零件尺寸和材料零件尺寸和材料 提高传动件转速提高传动件转速提高传动件转速提高传动件转速 空载功率、噪声、振动和发热空载功率、噪声、振动和发热空载功率、噪声、振动和发热

22、空载功率、噪声、振动和发热 1 1）传动链要短）传动链要短）传动链要短）传动链要短依据：缩短传动链依据：缩短传动链依据：缩短传动链依据：缩短传动链 减少传动件减少传动件减少传动件减少传动件 提高传动效率，提高传动效率，提高传动效率，提高传动效率，减少振动和噪声。减少振动和噪声。减少振动和噪声。减少振动和噪声。第三十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。2 2）转速和要小）转速和要小）转速和要小）转速和要小依据：在主轴转速一定时，减少各传动轴转速之和，可依据：在主轴转速一定时，减少各传动轴转速之和，可减少空载功率，同时对降低噪声也有显著作用。减少空载功率，同时对降低噪声也有显著作用。3 3）齿轮

23、线速度要小）齿轮线速度要小）齿轮线速度要小）齿轮线速度要小依据：齿轮线速度是影响噪声的重要因素。依据：齿轮线速度是影响噪声的重要因素。依据：齿轮线速度是影响噪声的重要因素。依据：齿轮线速度是影响噪声的重要因素。第三十二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。4）空转件要少）空转件要少依据：空转件是产生空载功率和噪声的因素之一。依据：空转件是产生空载功率和噪声的因素之一。依据：空转件是产生空载功率和噪声的因素之一。依据：空转件是产生空载功率和噪声的因素之一。第三十三页，编辑于星期日：十三点 四十六分。四项措施四项措施第三十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。主轴最高转速主轴最高转速主轴最高转速主轴

24、最高转速nmaxnmax1800r/min1800r/min，最低转速，最低转速，最低转速，最低转速nminnmin40r/min40r/min，电动机转速，电动机转速，电动机转速，电动机转速n n电电电电1500r/min1500r/min。主轴转速公比。主轴转速公比。主轴转速公比。主轴转速公比 1.411.41。1.061.06的标准数列为：的标准数列为：的标准数列为：的标准数列为：1.1.用公式求出主轴的变速范围用公式求出主轴的变速范围用公式求出主轴的变速范围用公式求出主轴的变速范围R Rn n、主轴转速级数、主轴转速级数、主轴转速级数、主轴转速级数Z Z；2.2.确定主轴各级标准转速、

25、写出至少确定主轴各级标准转速、写出至少确定主轴各级标准转速、写出至少确定主轴各级标准转速、写出至少4 4个不同的结构式；个不同的结构式；个不同的结构式；个不同的结构式；3.3.确定一个合理的结构式，并说明其合理性；确定一个合理的结构式，并说明其合理性；确定一个合理的结构式，并说明其合理性；确定一个合理的结构式，并说明其合理性；4.4.画出合理结构式对应的结构网和合理的转速图。画出合理结构式对应的结构网和合理的转速图。画出合理结构式对应的结构网和合理的转速图。画出合理结构式对应的结构网和合理的转速图。11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.24

26、2.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.5第三十五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。22-2-2 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计第三十六页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第三十七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第三十八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。31 23 26 2(12-6)第三十九页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十三页

27、，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十六页，编辑于星期日：十三点 四十六分。变速方式变速方式改变定子绕组的接线方式改变定子绕组的接线方式改变绕组磁极数改变绕组磁极数同步转速同步转速（r/min）1500/3000750/1500同步转速同步转速之比之比 电电2特点及应用特点及应用场场 合合与其它变速方式联合使用，可以简化与其它变速方式联合使用，可以简化机床的机械结构，使用方便，并能在机床的机械结构，使用方便，并能在运转中变速。适用于自动机床、半自运转中变速。适用于自动机床、半自动机床以及普通机床。动机床以

28、及普通机床。第四十七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第四十九页，编辑于星期日：十三点 四十六分。第一扩第一扩大大 组组基本组基本组第二扩第二扩大大 组组第五十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。22-3 -3 计算转速计算转速M M 传动件所传递的最大转矩传动件所传递的最大转矩 目的：确定传动件的结构尺寸并核算其强度。目的：确定传动件的结构尺寸并核算其强度。计算依据：计算依据：N传动件所传递的功率；传动件所传递的功率；n传动件的转速。传动件的转速。第五十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。一、一、机床的功率转矩特性机床的功率转矩特性定义：功率或

29、转矩与转速之间的关系。定义：功率或转矩与转速之间的关系。1、直线运动机床的功率转矩特性、直线运动机床的功率转矩特性切削速度对切削力的影响不大。切削速度对切削力的影响不大。作直线运动的作直线运动的执行件执行件在任意速度下，在任意速度下，都有可能承受最大切削力。都有可能承受最大切削力。拖动直线运动执行件的拖动直线运动执行件的传动件传动件，在，在任意转速下都可能出现最大转矩。任意转速下都可能出现最大转矩。功率转矩特性是功率转矩特性是恒扭矩恒扭矩的的 第五十二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。2、旋转运动机床的功率转矩特性、旋转运动机床的功率转矩特性低转速低转速大直径刀具大直径刀具大直径工件大直径工

30、件要求输出的转矩要求输出的转矩 高转速高转速小直径刀具小直径刀具小直径工件小直径工件要求输出的转矩要求输出的转矩功率转矩特性是功率转矩特性是恒功率恒功率的的转矩与转速成反比关系转矩与转速成反比关系第五十三页，编辑于星期日：十三点 四十六分。机床主轴在整个变速范机床主轴在整个变速范围内，以计算转速为界，围内，以计算转速为界，可分为图示两个区域：可分为图示两个区域：nminnj为恒转矩区为恒转矩区 njnmax为恒功率区为恒功率区n3、主轴计算转速、主轴计算转速计算转速计算转速 传递传递全功率全功率的的最低转速最低转速。第五十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。确定顺序：确定顺序：1）确定出位于

31、传动链末端）确定出位于传动链末端(接近主轴接近主轴)的传动件的计算的传动件的计算 转速；转速；转速；转速；2）顺次由传动链后端）顺次由传动链后端前端定出各传动件的计算转速。前端定出各传动件的计算转速。确定方法：确定方法：专用机床专用机床主轴计算转速根据特定工艺所要求的主轴主轴计算转速根据特定工艺所要求的主轴转速来确定。转速来确定。通用机床通用机床主轴计算转速，可根据经验公式计算主轴计算转速，可根据经验公式计算。4、其他传动件计算转速、其他传动件计算转速确定方法：确定方法：可根据主轴的计算转速和转速图来确定。可根据主轴的计算转速和转速图来确定。第五十五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。5、示例

32、、示例 确确定定1212级级转转速速普普通通车车床床主主传传动动系系统统的的主主轴轴、各各传传动动轴轴和和齿轮的计算转速。齿轮的计算转速。2 2）各传动轴计算转速各传动轴计算转速1）主轴计算转速）主轴计算转速 根据经验公式：根据经验公式：njnmin (Z/3-1)得得 nj=31.51.41(4 1)=90 r.p.m 传动轴传动轴传动轴传动轴计算转速计算转速计算转速计算转速轴轴轴轴轴轴轴轴轴轴轴轴125355710第五十六页，编辑于星期日：十三点 四十六分。注意：注意：各齿轮的计算转速与所在轴计各齿轮的计算转速与所在轴计算转速的数值可能不同。算转速的数值可能不同。传动组传动组cba传动副传

33、动副60/3018/7222/6224/48齿轮齿数齿轮齿数30182224计算转速计算转速3 3）传动齿轮计算转速的确定）传动齿轮计算转速的确定当有转速重复时，应选用传动当有转速重复时，应选用传动件计算转速较高的传动路线，并件计算转速较高的传动路线，并由操纵机构来保证。由操纵机构来保证。710355355250第五十七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。22-4 -4 无级变速系统设计无级变速系统设计优点：优点：n n可以在一定范围内任意获得合理的切削速度；可以在一定范围内任意获得合理的切削速度；可以在一定范围内任意获得合理的切削速度；可以在一定范围内任意获得合理的切削速度；n n能在运转中

34、变速，便于实现机床自动化。能在运转中变速，便于实现机床自动化。能在运转中变速，便于实现机床自动化。能在运转中变速，便于实现机床自动化。直流调速电动机直流调速电动机 交流调速电动机交流调速电动机 额定转速额定转速nd(r/min)10002000 1500/2000恒功率调速范围恒功率调速范围(ndnmax)调磁调速，调磁调速，24 变频调速，变频调速，35 恒转矩调速范围恒转矩调速范围(nminnd)调压调速，几十甚调压调速，几十甚至超过一百至超过一百 变频调速，几十甚变频调速，几十甚至超过二百至超过二百 特特 点点 交流调速电动机无电刷，转速较同功交流调速电动机无电刷，转速较同功率的直流电动

35、机高，磨损和故障少。率的直流电动机高，磨损和故障少。1、无级变速机构的类型、无级变速机构的类型第五十八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。2、无级变速系统的设计特点、无级变速系统的设计特点（1）直线主运动机床直线主运动机床 直接利用调速电动机的恒转矩调直接利用调速电动机的恒转矩调速范围，将电动机直接或通过定比减速齿轮拖动运动执行速范围，将电动机直接或通过定比减速齿轮拖动运动执行件。件。（3）进给运动进给运动 n电电d用于执行件的最高进给速度用于执行件的最高进给速度;n电电max用于执行件的快移。用于执行件的快移。（2）旋转主运动机床旋转主运动机床措施：措施：串联分级变速机构。串联分级变速机构。

36、调速范围特点调速范围特点 Rpn Rp。第五十九页，编辑于星期日：十三点 四十六分。（1）FR Rp p FRp FRp3 3、变速箱公比、变速箱公比 F F与电动机的恒功率调速范围与电动机的恒功率调速范围R Rp p的关系的关系第六十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。缺口缺口（2）FRp FRp变速箱公比变速箱公比 F增大增大传动副数减少传动副数减少机构简化机构简化 FRp第六十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。（3 3）F FRp p（恒功率段重合）（恒功率段重合）（恒功率段重合）（恒功率段重合）重重合合部部分分 FRp第六十二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。22-5 -5 进给

37、传动系统设计进给传动系统设计一、功能及要求一、功能及要求功能：实现机床的进给运动和辅助运动。功能：实现机床的进给运动和辅助运动。要求：要求：精度高：包括传动精度和定位精度；精度高：包括传动精度和定位精度；刚度高：包括静、动刚度；刚度高：包括静、动刚度；刚度高：包括静、动刚度；刚度高：包括静、动刚度；变速范围宽；变速范围宽；稳定性好：低速、微量进给不爬行；稳定性好：低速、微量进给不爬行；稳定性好：低速、微量进给不爬行；稳定性好：低速、微量进给不爬行；操作、维修方便、操作、维修方便、第六十三页，编辑于星期日：十三点 四十六分。二、分级变速进给传动系统的设计特点二、分级变速进给传动系统的设计特点1

38、1、进给传动是恒扭矩传动；、进给传动是恒扭矩传动；、进给传动是恒扭矩传动；、进给传动是恒扭矩传动；2 2、各传动件的计算转速是其最高转速；、各传动件的计算转速是其最高转速；、各传动件的计算转速是其最高转速；、各传动件的计算转速是其最高转速；3 3、转速图为前疏后密，与主运动相反；、转速图为前疏后密，与主运动相反；、转速图为前疏后密，与主运动相反；、转速图为前疏后密，与主运动相反；4、进给传动的变速范围更大；、进给传动的变速范围更大；进给传动系速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数较小，因进给传动系速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数较小，因进给传动系速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数较小，因进

39、给传动系速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数较小，因此，进给变速范围可取比主变速组较大的值此，进给变速范围可取比主变速组较大的值此，进给变速范围可取比主变速组较大的值此，进给变速范围可取比主变速组较大的值:1 155i i228 8，变速范围变速范围变速范围变速范围R Ri i14145、为了提高进给传动的稳定性和精度，进给系统的末、为了提高进给传动的稳定性和精度，进给系统的末端常采用降速很大的蜗杆蜗轮传动副、丝杠螺母副端常采用降速很大的蜗杆蜗轮传动副、丝杠螺母副或行星机构等或行星机构等。第六十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。三、无级变速进给系统三、无级变速进给系统 1 1 1 1、作用

40、、作用、作用、作用 伺服系统是数控装置和机床之间的联系环节，其作用是伺服系统是数控装置和机床之间的联系环节，其作用是伺服系统是数控装置和机床之间的联系环节，其作用是伺服系统是数控装置和机床之间的联系环节，其作用是接受来自数控装置发出的进给脉冲，经变换和放大后驱接受来自数控装置发出的进给脉冲，经变换和放大后驱接受来自数控装置发出的进给脉冲，经变换和放大后驱接受来自数控装置发出的进给脉冲，经变换和放大后驱动工作台按规定的速度和距离移动。动工作台按规定的速度和距离移动。动工作台按规定的速度和距离移动。动工作台按规定的速度和距离移动。数控机床无级变速进给系统一般采用数控机床无级变速进给系统一般采用伺服

41、电动机伺服电动机无级无级调速。调速。2 2、类型、类型按有无检测和反馈装置分为按有无检测和反馈装置分为开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统开环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统 第六十五页，编辑于星期日：十三点 四十六分。（1）开环系统）开环系统特点：精度要求不高，但系统简单，调试方便，成本低。特点：精度要求不高，但系统简单，调试方便，成本低。特点：精度要求不高，但系统简单，调试方便，成本低。特点：精度要求不高，但系统简单，调试方便，成本低。适用于精度要求不高的数控机床中。适用于精度要求不高的数控机床中。适用于精度要

42、求不高的数控机床中。适用于精度要求不高的数控机床中。（1 1）开环系统）开环系统第六十六页，编辑于星期日：十三点 四十六分。（2）闭环系统）闭环系统特点：控制精度、动态性能等较开环系统好；但系统比特点：控制精度、动态性能等较开环系统好；但系统比特点：控制精度、动态性能等较开环系统好；但系统比特点：控制精度、动态性能等较开环系统好；但系统比较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高。用于较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高。用于较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高。用于较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高。用于精密型数控机床上。精密型数控机床上。精密型数控机床上。精密型数控机床上。（2

43、 2）闭环系统）闭环系统第六十七页，编辑于星期日：十三点 四十六分。（3）半闭环系统）半闭环系统特点：控制精度稍差系统，但稳定性较好，且结构简单，特点：控制精度稍差系统，但稳定性较好，且结构简单，特点：控制精度稍差系统，但稳定性较好，且结构简单，特点：控制精度稍差系统，但稳定性较好，且结构简单，调整容易，价格低，应用较多。调整容易，价格低，应用较多。调整容易，价格低，应用较多。调整容易，价格低，应用较多。（3 3）半闭环系统）半闭环系统第六十八页，编辑于星期日：十三点 四十六分。四、直线伺服电动机进给传动系统四、直线伺服电动机进给传动系统1、定义：定义：将电能直接转换成直线机械运动的推将电能直

44、接转换成直线机械运动的推力装置。力装置。直线电机的结构可以看作是将一台旋转电动机的定子和直线电机的结构可以看作是将一台旋转电动机的定子和转子以及气隙展开成直线状而形成的。定子相当于直线电机转子以及气隙展开成直线状而形成的。定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级。的初级，转子相当于直线电机的次级。2、结构结构3、工作原理工作原理第六十九页，编辑于星期日：十三点 四十六分。当初级通入电流后，在初、次级之间的气隙中产生行波当初级通入电流后，在初、次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直

45、线运动。实现运动部件的直线运动。第七十页，编辑于星期日：十三点 四十六分。夹心式直线电机夹心式直线电机 特征：特征：超大推力，最大推力可达超大推力，最大推力可达7000N；运动平顺，速度波动小；运动平顺，速度波动小；低顿力低顿力 ；无磨耗，寿命长。无磨耗，寿命长。4、种类种类有铁心直线电机有铁心直线电机 特征：特征：大推力，最大推力可达大推力，最大推力可达4500N；高加速度；高加速度；低顿力；低顿力；无磨耗、寿命长。无磨耗、寿命长。第七十一页，编辑于星期日：十三点 四十六分。特征：特征：重量轻，高加速度；重量轻，高加速度；运动平滑运动平滑；空载加速度达空载加速度达6g7g；最大推力可达最大推

46、力可达2400N；运动平顺，速度莲波小运动平顺，速度莲波小；高度低，无顿力；高度低，无顿力；无磨耗，寿命长。无磨耗，寿命长。无铁心直线电机无铁心直线电机 优点：优点：优点：优点：结构简单，以一个运动部件实现直线运动，实现机床进给结构简单，以一个运动部件实现直线运动，实现机床进给结构简单，以一个运动部件实现直线运动，实现机床进给结构简单，以一个运动部件实现直线运动，实现机床进给运动传动链的长度缩短为零，称为零运动。运动传动链的长度缩短为零，称为零运动。运动传动链的长度缩短为零，称为零运动。运动传动链的长度缩短为零，称为零运动。5、特点及应用特点及应用第七十二页，编辑于星期日：十三点 四十六分。运

47、动速度范围广，加速度高。运动速度范围广，加速度高。运动速度范围广，加速度高。运动速度范围广，加速度高。运动平稳，初次级之间只有直线导轨，没有其他机械传动运动平稳，初次级之间只有直线导轨，没有其他机械传动运动平稳，初次级之间只有直线导轨，没有其他机械传动运动平稳，初次级之间只有直线导轨，没有其他机械传动环节。因此，维护简单，精度保持时间长。环节。因此，维护简单，精度保持时间长。环节。因此，维护简单，精度保持时间长。环节。因此，维护简单，精度保持时间长。无反向间隙，以光栅尺寸为定位测量元件，采用闭环反馈无反向间隙，以光栅尺寸为定位测量元件，采用闭环反馈无反向间隙，以光栅尺寸为定位测量元件，采用闭环

48、反馈无反向间隙，以光栅尺寸为定位测量元件，采用闭环反馈控制系统，定位精度和重复定位精度高。控制系统，定位精度和重复定位精度高。控制系统，定位精度和重复定位精度高。控制系统，定位精度和重复定位精度高。容易密封，不怕污染，适应性强，灵敏度高，随动性好。容易密封，不怕污染，适应性强，灵敏度高，随动性好。容易密封，不怕污染，适应性强，灵敏度高，随动性好。容易密封，不怕污染，适应性强，灵敏度高，随动性好。行程不受限制。行程不受限制。缺点：缺点：缺点：缺点：成本高：产量低、磁铁价格高、线性编码器装置价格高；成本高：产量低、磁铁价格高、线性编码器装置价格高；成本高：产量低、磁铁价格高、线性编码器装置价格高；

49、成本高：产量低、磁铁价格高、线性编码器装置价格高；第七十三页，编辑于星期日：十三点 四十六分。更高的带宽驱动器和控制器，在电机和负载之间没有更高的带宽驱动器和控制器，在电机和负载之间没有机械变形，伺服响应、带宽必须更快；机械变形，伺服响应、带宽必须更快；线性电机不是巨大力产生装置；线性电机不是巨大力产生装置；线性电机不是巨大力产生装置；线性电机不是巨大力产生装置；热量高，普遍选择自然冷却或水冷；热量高，普遍选择自然冷却或水冷；热量高，普遍选择自然冷却或水冷；热量高，普遍选择自然冷却或水冷；没有（最小）摩擦力：系统没有阻力，在电机到达终没有（最小）摩擦力：系统没有阻力，在电机到达终点之前，不能长

50、时间停留。点之前，不能长时间停留。应用：应用：在数控机床直线运动驱动系统中，代替传统的伺在数控机床直线运动驱动系统中，代替传统的伺服电机滚珠丝杠副驱动系统。可用于各类加工中心，服电机滚珠丝杠副驱动系统。可用于各类加工中心，数控车床，数控铣床，电火花机床等。数控车床，数控铣床，电火花机床等。第七十四页，编辑于星期日：十三点 四十六分。2-2-6 6 结构设计结构设计运运动动方方面面的的要要求求，包包括括变变速速范范围围，变变速速级级数数，主主轴轴转转速；速；性性能能方方面面的的的的要要要要求求求求，包包包包括括括括强强强强度度度度、刚刚刚刚度度度度、噪噪噪噪声声声声、抗抗抗抗振振振振性性性性和和