主传动系统设计

1、整理ppt1 第三章第三章 第四节 主传动系统设计 整理ppt2 主传动系组成 主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行 件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动 机构等组成。机构等组成。 动力源：给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向；动力源：给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向； 变速装置：传递动力以及变换运动速度；变速装置：传递动力以及变换运动速度； 执行件：执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。执行件：执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。 整理pp

2、t3 3.4 3.4 主传动系统设计主传动系统设计 F3.4.1 必须满足的设计基本要求 F3.4.2 主传动系统分类与传动方式 F3.4.3 分级变速主传动系统 F3.4.4 无级变速主运动传动系统设计 F3.4.5 数控机床主传动系统设计 整理ppt4 3.4.1 3.4.1 须满足的设计基本要求须满足的设计基本要求 1)满足机床使用性能要求。机床的末端执行件(如主轴)应 有足够的转速范围和变速级数。 2)机床传递动力要求。机床的动力源和传动机构应能够输 出和传递足够的功率和转矩，并有较高的传动效率。 3)机床工作性能要求。机床的传动结构，特别是末端执行 件必须有足够的精度、刚度、抗振性能

3、和较小的热变形。 4)产品设计经济性要求。应该合理地满足机床的自动化程 度和生产率的要求。 5)机床的操作和控制要灵活，安全可靠，噪声小，维修方 便。机床的制造要方便，成本要低。 整理ppt5 3.4.23.4.2主传动系统分类与传动方式主传动系统分类与传动方式 (1)按驱动主传动的电动机类型 可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机 驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调 速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无级调速交流电 动机驱动。 (2)按传动装置类型 可分为机械传动装置、-液压传动装置、电气传动装置 以及它们的组合。 (3)按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级

4、变速传动。 整理ppt6 3.4.23.4.2主传动系统分类与传动方式主传动系统分类与传动方式 分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速，变速 级数一般不超过2030级。传动方式有滑移齿轮变速、交换 齿轮变速和离合器(如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离合器)变速。 传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，广泛 应用于通用机床。缺点是有速度损失，不能在运转中进行变 速。 无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便 得到最有利的切削速度；能在运转负载中变速，便于实现变 速自动化。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无 级变速器和电气无级变速器实现。 整理ppt7 3.4.23.

5、4.2主传动系统分类与传动方式主传动系统分类与传动方式 1集中传动方式 主传动系的全部传动和变速机 构集中装在同一个主轴箱内， 称为集中传动方式。 通用机床中多数机床的主变速 传动系都采用这种方式。适用 于普通精度的大中型机床。 特点是结构紧凑，便于实现集 中操纵，安装调整方便。 缺点是运转的传动件在运转过 程中所产生的振动、热量，会 使主轴产生变形，使主轴回转 中心线偏离正确位置而直接影 响加工精度。 整理ppt8 3.4.23.4.2主传动系统分类与传动方式主传动系统分类与传动方式 2分离传动方式 主传动系中的大部分的传动和变速机 构装在远离主轴的单独变速箱中，然 后通过带传动将运动传到主

6、轴箱的传 动方式，称为分离传动方式。 特点是变速箱各传动件所产生的振动 和热量不能直接传给或少传给主轴， 从而减少主轴的振动和热变形，有利 于提高机床的工作精度。 运动由皮带经齿轮离合器直接传动， 主轴传动链短，使主轴在高速运转时 比较平稳，空载损失小；当主轴需作 低速运转时，运动则由皮带轮经背轮 机构的两对降速齿轮传动后，转速显 著降低，达到扩大变速范围的目的。 整理ppt9 3.4.3 3.4.3 分级变速主传动系统分级变速主传动系统 分级变速主传动系设计的内容和步骤： 根据已确定的主变速传动系的运动参数，拟定结构式、转速图，合理分 配各变速组中的传动副的传动比，确定齿轮数和带轮直径等，绘

7、制主变 速传动系图。 （一）转速图与结构式 （二）各变速组的变速范围及极限传动比 （三）主传动系统设计的基本原则与方法 （四）主传动系统的几种特殊设计 （五）扩大传动系变速范围的方法 （六）齿轮齿数的确定 （七）计算转速 （八）变速箱内传动件的空间布置与计算 整理ppt10 1.1.转速图转速图设计和分析主传动系统的工具设计和分析主传动系统的工具 转速图的作用： （1）表示出传动轴的数目； （2）传动轴之间的传动关系； （3）主轴的各级转速值及其传动路线； （4）各传动轴的转速分级和转速值； （5）各传动副的传动比。 转速图由一组相互平行和垂直的格线组成。 1)距离相等的竖直线代表传动系统的各

8、轴。从左到右依次标注。 2)距离相等的横直线与竖直线相交点，代表各级转速。 3)坐标取对数坐标，在相交点直接写出转速的数值。 4)相邻两轴之间相应转速的连线代表相应传动副的传动比，从左向 上斜是升速传动，从左向下斜是降速传动。 （一）转速图与结构式（一）转速图与结构式 整理ppt11 1.1.转速图转速图 传动线传动线 整理ppt12 31.5-1400：12级级 公比：公比： 41. 1 5 .31 45 22 /141. 1/12/1 256 126 u 电电-I轴轴 I轴轴-II轴：变速组轴：变速组a 22 3 11 2 00 1 /141. 1/12/1 48 24 /141. 1/1

9、41. 1/1 42 30 41. 11 36 36 a a a u u u 整理ppt13 II轴轴-III轴：变速组轴：变速组b 33 2 00 1 /141. 1/182. 2/1 62 22 41. 11 42 42 b b u u III轴轴-IV轴：变速组轴：变速组c 44 2 22 1 /141. 1/14/1 72 18 41. 12 30 60 c c u u IV轴转速：轴转速：12223 整理ppt14 转速图的基本规律转速图的基本规律 1) 变速系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积。 2) 机床的总变速范围Rn是各变速组变速范围的乘积。 3) 变速组的传动比之间关系

10、变速的基本规律是变速的基本规律是: :变速系统是以基本组为基础，再通过扩大变速系统是以基本组为基础，再通过扩大 组组( (可以有第一扩大组、第二扩大组可以有第一扩大组、第二扩大组) )把转速范围把转速范围( (级数级数) )加加 以扩大。若要求变速系统是一个连续的等比数列，则基本组的以扩大。若要求变速系统是一个连续的等比数列，则基本组的 级比等于级比等于 ，级比指数，级比指数X。1 1；扩大组的级比；扩大组的级比 xj ，级比指数，级比指数 xj应等于该扩大组前面的基本组传动副数和各扩大组传动副数应等于该扩大组前面的基本组传动副数和各扩大组传动副数 的乘积。的乘积。 整理ppt15 2.2.结

11、构式结构式比较和分析不同传动方案比较和分析不同传动方案 结构式简单、直观，能清楚地显示出变速传动系中主轴转速级 数Z、各变速组的传动顺序、传动副数（Pi）和各变速组的级 比指数Xi，一般表达式为 12级转速，传动方案12312326 传动系由传动系由a/b/ca/b/c三个传动组组成；三个传动组组成； a a传动组，传动副为传动组，传动副为3 3； b b传动组，传动副为传动组，传动副为2 2； c c传动组，传动组， 传动副为传动副为2 2； 下标表示各变速组的级比指数。下标表示各变速组的级比指数。 级比级比：主动轴上同一点，传往从动轴相邻两条传动线的比：主动轴上同一点，传往从动轴相邻两条传

12、动线的比 值，用值，用 xj 表示，其中表示，其中xj，称为级比指数，相当于相邻两传，称为级比指数，相当于相邻两传 动线与从动轴交点之间相距的格数。动线与从动轴交点之间相距的格数。 icba XiXcXbXa PPPPZ)()()()( 整理ppt16 2.2.结构式结构式比较和分析不同传动方案比较和分析不同传动方案 以12级转速为例，传动方案有：124 3；123 4；123 2 2；122 3 2；122 2 3 要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级比指 数为1，此变速组称为基本组。应尽量使变速组的扩大顺序和 传动顺序一致。 基本组的级比指数用X0表示，即X0=1，（31）；

13、 后面的变速组因起变速扩大作用，统称为扩大组； 第一扩大组的级比指数为X1一般等于基本组的传动副数P0，即 X1=P0； 第二扩大组的作用是将第一扩大组扩大的变速范围第二次扩大， 其级比指数X2等于基本组的传动副数与第一扩大组传动副数的 乘积，即X2=P0P1。 整理ppt17 （二）各变速组的变速范围及极限传动比（二）各变速组的变速范围及极限传动比 (1)变速组中最大与最小传动比的比值，称为该变速组的变 速范围: (2)变速组的极限传动比 一般限制降速的最小传动比min14，对升速的最大传 动比max22.5。这样主传动系统各变速组的变速范围限 制在r810之间。 为使最后传动组的变速范围不

14、超出允许值，最后扩大组的传 动副一般取P=2较合适。 )1( minmax )/()( ii PX iii uuR jn RRRRR 210 整理ppt18 检查变速组的变速范围是否检查变速组的变速范围是否 超过极限值，只需要检查最超过极限值，只需要检查最 后一个扩大组。后一个扩大组。 变速组变速组c 841. 1 )12(6 2 R 631 22312 421 32212 1641. 1 )13(4 2 R 整理ppt19 确定左图的转速图、结构式及确定左图的转速图、结构式及 各级变速范围各级变速范围 整理ppt20 （三）主传动系统设计的基本原则（三）主传动系统设计的基本原则 主变速传动系

15、从电动机到主轴，通常为降速传动，接近 电动机的传动件转速较高，传递的扭矩较小，尺寸小一 些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的扭矩较 大，尺寸就较大。 在拟定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速 组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变 速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一 些，以便节省变速箱的造价，减小变速箱的外形尺寸。 按此原则，123X2X2，122X3X2，122X2X3 第一种传动方案中为好。第一种传动方案中为好。 整理ppt21 （三）主传动系统设计的基本原则（三）主传动系统设计的基本原则 在变速级数Z一定时，减少变速组个数势必增加各变速 组的传动副数

16、，并且降速过快而导致齿轮的径向尺寸增 大，为使变速箱中的齿轮个数最少，每个变速组的传动 副数最好取23个。 当机床的传动功率为定值时，转速n越高，转矩就小， 零件尺寸就较小。所以应该尽量选择传动副数多的变速 组放在传动顺序前面的高速范围，而把变速组传动副数 少的放在传动顺序的后面。 整理ppt22 （三）主传动系统设计的基本原则（三）主传动系统设计的基本原则 后种方案因第一扩大 组在最前面，轴的 转速范围比前种方案 大。 如两种方案轴的最 高转速一样，后种方 案轴的最低转速较 低，在传递相等功率 的情况下，受的扭矩 较大，传动件的尺寸 也就比前方案大。 将图3-14a所示方案 与其它多种扩大顺

17、序 方案相比，可以得出 同样的结论。 整理ppt23 （三）主传动系统设计的基本原则（三）主传动系统设计的基本原则 v 从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变速 组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减小传 动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面变速组降速 要快些，但中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热 和噪声。 v 中间轴的最高转速不超过电动机的转速。 v 上述原则在设计主变速传动系时一般应该遵循。但有时还 须根据具体情况加以灵活运用。 maxmaxmaxcba uuu 整理ppt24 I轴上装有双向摩擦片式离合器，轴向尺寸较长，为使结 构紧凑，第一变速组采用了双联齿轮

18、，而不是按照前多 后少的原则采用三个传动副。 整理ppt25 ( (四四) )主变速传动系的几种特殊设计主变速传动系的几种特殊设计 多刀半自动车床 采用双速电动机， 电动机变速范围 为2，转速级数共 8级。公比141， 其结构式为电变 速组作为第一扩 大组，I一轴间 的变速组为基本 组，传动副数为2， 一轴间变速 组为第二扩大组， 传动副数为2 整理ppt26 v可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适 于半自动、自动机床及普通机床。 v机床上常用双速或三速电动机，多速电动机总是在变速传动 系的最前面，作为电变速组。当电动机变速范围为2时，变速 传动系的公比应是2的整数次方根。 整

19、理ppt27 ( (四四) )主变速传动系的几种特殊设计主变速传动系的几种特殊设计 缺点就是当电动 机在高速时，没 有完全发挥其能 力。 整理ppt28 ( (四四) )主变速传动系的几种特殊设计主变速传动系的几种特殊设计 整理ppt29 v为了减少交换齿轮的 数量，相啮合的两齿轮 可互换位置安装，即互 为主、被动齿轮。反映 在转速图上，交换齿轮 的变速组应设计成对称 分布的。 v可用少量齿轮，得到 多级转速，不需要操纵 机构，变速箱结构大大 简化。缺点是更换交换 齿轮较费时费力；如果 装在变速箱外，润滑密 封较困难，如装在变速 箱内，则更换麻烦。 对于成批生产用的机床，加工中一般不需要变速或

20、仅在较小范 围内变速；但换一批工件加工，需要变换成别的转速或在一定 的转速范围内进行加工。为简化结构，常采用交换齿轮变速方 式，或将交换齿轮与其它变速方式(如滑移齿轮、多速电动机等) 组合应用。交换齿轮用于每批工件加工前的变速调整， 整理ppt30 ( (四四) )主变速传动系的几种特殊设计主变速传动系的几种特殊设计 v在变速传动系中，即是前一变 速组被动齿轮，又是后一变速 组主动齿轮，称为公用齿轮。 v可减少齿轮的数目，简化结构， 缩短轴向尺寸。按相邻变速组 内公用齿轮的数目，常用的有 单公用和双公用齿轮。 v采用公用齿轮时，两个变速组 的模数必须相同。因为公用齿 轮轮齿受的弯曲应力属于对称

21、 循环，弯曲疲劳许用应力比非 公用齿轮要低，因此应尽可能 选择变速组内较大的齿轮作为 公用齿轮。 整理ppt31 ( (五五) )扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 主变速传动系最后一个扩大组的变速范围为： )1( 1210 jj PPPPP j R 设主变速传动系总变速级数为Z： jj PPPPPZ 1210 通常最后扩大组的变速级数为2，则最后扩大组的变速范围为： 2/Z j R 由于极限传动比的限制，总的变速范围有限，不能满足通用机 床的要求。 整理ppt32 ( (五五) )扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 v 是扩大变速范围最简 便的方法。 v 但由于受

22、变速组极限 传动比的限制，增加 的变速组的级比指数 往往不得不小于理论 值，并导致部分转速 的重复。 整理ppt33 ( (五五) )扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 v又称回曲机构. v在机床上应用得较 多。设计时应注意 当高速直联传动时， 应使背轮脱开，以 减少空载功率损失， 噪声和发热，以及 避免超速现象。 整理ppt34 ( (五五) )扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 v 机床在使用中，每级转速 使用的机会不太相同。经 常使用的转速一般是在转 速范围的中段，转速范围 的高、低段使用较少。针 对这一情况而设计的。 v 主轴的转速数列有两个公 比，转速范围

23、中经常使用 的中段采用小公比，不经 常使用的高、低段用大公 比。 整理ppt35 ( (五五) )扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 双公比变速传动系是在 常规变速传动系基础上， 通过改变基本组的级比 指数演变来的。 如要演变成双公比变速 传动系，基本组的传动 副数常选为2。将基本组 的级比指数X1增大到 “1+2n”，n是大于1的 正整数。 整理ppt36 ( (五五) )扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 v 分支传动是在串联型式变速 传动系的基础上，增加并联 分支以扩大变速范围。 v 本例主变速传动系采用分支 传动方式，变速范围扩大到 R。140010140。

24、 v 采用分支传动方式还具有缩 短高速传动路线，提高传动 效率，减少了噪声的优点。 整理ppt37 ( (六六) )齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 v 对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径，可依据机械设计 手册推荐的计算方法确定。 v 对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数 次方时，变速组内每对齿轮的齿数和Sz及小齿轮的齿数 可从表3-9中选取。 v 表中所列值是传动副的被动齿轮齿数；齿数和Sz减去被 动齿轮齿数就是主动齿轮齿数。 v 表中所列的u值全大于1，即全是升速传动。对于降速传 动副，可取其倒数查表，查出的齿数则是主动齿轮齿数。 整理ppt38 ( (六六) )齿轮齿数的确定齿轮齿

25、数的确定 1.确定齿轮齿数的注意问题 v 确定齿轮齿数时，选取合理的齿数和Sz是很关键。 v 齿轮的中心距取决于传递的扭矩。一般来说，主变速传动系是降速传动系，齿轮的中心距取决于传递的扭矩。一般来说，主变速传动系是降速传动系， 越后面的变速组传递的扭矩越大，因此中心距也越大。一般推荐越后面的变速组传递的扭矩越大，因此中心距也越大。一般推荐 Sz=18。 v 受结构限制的最小齿数的各齿轮（尤其是最小齿轮），应能可靠地安装在轴受结构限制的最小齿数的各齿轮（尤其是最小齿轮），应能可靠地安装在轴 上，或进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚上，或进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a=2m（m为模数

26、），以为模数），以 保证有足够的强度，避免出现变形、断裂。保证有足够的强度，避免出现变形、断裂。 m T Z mZD mTD i i 2 5 . 6 )5 . 2( 2 2 1 min minmin min 整理ppt39 ( (六六) )齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 1.确定齿轮齿数的注意问题 v 确定齿轮齿数时，选取合理的齿数和Sz是很关键。 v 两轴间最小中心距应取得适当，若齿数和两轴间最小中心距应取得适当，若齿数和SzSz过小，将导致两轴的轴过小，将导致两轴的轴 承及其它结构之间的距离过近或相碰承及其它结构之间的距离过近或相碰。 v 确定齿轮齿数时，应符合转速图上传动比的要求。实际传动

27、比（齿确定齿轮齿数时，应符合转速图上传动比的要求。实际传动比（齿 轮齿数之比）与理论传动比（转速图上要求的传动比）之间允许有轮齿数之比）与理论传动比（转速图上要求的传动比）之间允许有 误差，但需限制在一定范围内，一般不应超过误差，但需限制在一定范围内，一般不应超过10(-1)%，即，即 %110）（ 理 实理 n nn 整理ppt40 ( (六六) )齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 2.变速组内齿轮模数相同时齿轮齿数的确定 v 首先须确定出各变速组内齿轮副的模数，以便根据结构尺寸判断其首先须确定出各变速组内齿轮副的模数，以便根据结构尺寸判断其 最小齿轮齿数或齿数和是否适宜最小齿轮齿数或齿数和是否

28、适宜。 v 同一变速组内的齿轮尽可能取相同的模数，不同模数只在一些特殊同一变速组内的齿轮尽可能取相同的模数，不同模数只在一些特殊 情况下使用。为了便于设计和制造，主传动系统中所采用的齿轮模情况下使用。为了便于设计和制造，主传动系统中所采用的齿轮模 数的种类尽可能少些。数的种类尽可能少些。 v 计算法计算法 v 查表法查表法 v传动比是标准公比的整数次方、变速组内齿轮模数相同时使用。传动比是标准公比的整数次方、变速组内齿轮模数相同时使用。 整理ppt41 ( (六六) )齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 3.变速组内模数不同时齿轮齿数的确定 4.采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三

29、联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于4。 以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。 v 齿轮齿数确定后，还应验算一下实际传动比(齿轮齿数之比) 与理论传动比(转速图上给定的传动比)之间的是否 在允许范围之内。 v 有时在希望的齿数和范围内，找不到变速组各传动副相同的 齿数和，可选择齿数和不等，但差数一般小于13的方案， 然后采用齿轮变位的方法使各传动副的中心距相等。 整理ppt42 ( (七七) )计算转速计算转速 v 计算转速nj:主轴或各传动件传递全部功率 的最低转速。 v 主轴从最高转速到计算转速之间应传递全 部功率，而其输出扭矩随转速的降低而增 大，称之为恒功率区； v 从计算转速

30、到最低转速之间，主轴不必传 递全部功率，输出的扭矩不再随转速的降 低而增大，保持计算转速时的扭矩不变， 传递的功率则随转速的降低而降低，称之 为恒扭矩区。 v 不同类型机床主轴计算转速的选取是不同 的。对于大型机床，由于应用范围很广， 调速范围很宽，计算转速可取得高些。对 于精密机床、滚齿机，由于应用范围较窄， 调速范围小，计算转速可取得低一些。 v 各类机床主轴计算转速的统计公式见表3- 10。 整理ppt43 ( (七七) )计算转速计算转速 2.变速传动系中传动件计算转速的确定 v 变速传动系中的传动件包括轴和齿轮，它们的计算转速 可根据主轴的计算转速和转速图确定。 v 确定的顺序通常是

31、先定出主轴的计算转速，再顺次由后 往前，定出各传动轴的计算转速，然而再确定齿轮的计 算转速。 v P97，例3-1 整理ppt44 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的空间布置变速箱内各传动轴的空间布置 卧式车床主轴箱 的横截面图。 首先确定主轴的 位置，主要根据车 床的中心高确定； 确定传动主轴的轴， 以及与主轴有齿轮 啮合关系的轴的位 置；确定电动机轴 或运动输入轴(轴I) 的位置；最后确定 其它各传动轴的位 置。各传动轴常按 三角布置。 整理ppt45 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算

32、 变速箱内各传动轴的空间布置变速箱内各传动轴的空间布置 变速箱内各传动 轴的空间布置首 先要满足机床总 体布局对变速箱 的形状和尺寸的 限制，还要考虑 各轴受力情况， 装配调整和操纵 维修的方便。 其中变速箱的形 状和尺寸限制是 影响传动轴空间 布置最重要的因 素。 整理ppt46 为缩小径向 尺寸，还可以 使箱内某些传 动轴的轴线重 合，如图3 24中的、v 两轴。 整理ppt47 卧式铣床的主变速传动 机构，利用铣床立式床身 作为变速箱体。床身内部 空间较大，所以各传动轴 可以排在一个铅直平面内， 不必过多考虑空间布置的 紧凑性，以方便制造、装 配、调整、维修，和便于 布置变速操纵机构。

33、床身较长，为减少传动 轴轴承间的跨距，可在中 间加一个支承墙。 整理ppt48 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的轴向固定变速箱内各传动轴的轴向固定 传动轴通过轴承在箱体内轴 向固定的方法有一端固定和 两端固定两类。 采用单列向心球轴承时，可 一端固定，也可两端固定； 采用圆锥滚子轴承时，则必 须两端固定。 一端固定的优点是轴受热后 可以向另一端自由伸长，不 会产生热应力，因此，宜用 于长轴。 整理ppt49 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的轴向固定变速箱内各传动轴的轴

34、向固定 v图a用衬套和端盖将轴承固定， 并一起装到箱壁上，它的优点 是可在箱壁上镗通孔，便于加 工，但构造复杂，对衬套又要 加工内外凸肩。 v图b虽不用衬套，但在箱体上 要加工一个有台阶的孔，因而 在成批生产中较少应用。 v图c是用弹性挡圈代替台阶， 结构简单，工艺性较好 v图d是两面都用弹性挡圈的结 构，构造简单、安装方便，适 用于批量较大的机床； 整理ppt50 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的轴向固定变速箱内各传动轴的轴向固定 v图e的构造是在轴承的外圈上 有沟槽，将弹性挡圈卡在箱壁 与压盖之间，箱体孔内不用挖 槽，构造更加

35、简单，装配更方 便，但需轴承厂专门供应这种 轴承。 v一端固定时，轴的另一端的 构造见图f，轴承用弹性挡圈 固定在轴端，外环在箱体孔内 轴向不定位。 整理ppt51 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的轴向固定变速箱内各传动轴的轴向固定 v图327是两端固 定的例子。 v图a通过调整螺钉2， 压盖1及锁紧螺母3 来调整圆锥滚子轴 承的间隙，调整比 较方便。 v图b、c是改变垫圈 1的厚度调整轴承的 间隙，结构简单。 整理ppt52 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 各传动轴的估算和验算各传动

36、轴的估算和验算 v (1)按扭转刚度估算轴的直径 传动轴的计算转速 的效率从电动机到计算轴 电动机额定功率 系数 键槽系数 j j n P A K n P KAd 4 v轴在弯矩作用下，若产生 过大的弯曲变形，则装在 轴上的齿轮因倾角过大而 使齿面的压强分布不均， 产生不均匀的磨损和加大 噪声；也会使滚动轴承内、 外圈产生相对倾斜，影响 轴承使用寿命。 v扭转刚度不够，则会引起 传动轴扭振。 v设计开始时，要先按扭转 刚度估算传动轴直径，待 确定之后，定出轴的跨距， 再按弯曲刚度进行验算。 整理ppt53 ( (八八) )变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内传动件的空间布置与计算 各传动轴的

37、估算和验算各传动轴的估算和验算 (2)按弯曲刚度验算轴的直径 v 1)进行轴受力分析，根据轴上滑移齿轮不同位置，选出受 力变形最严重的位置进行验算。如较难准确判断滑移齿轮 处于那个位置受力变形最严重，则需多算几种位置。 v 2)如最严重情况时，齿轮处于轴的中部时，应验算在齿轮 处的挠度；当齿轮处于轴的两端附近时，应验算齿轮处的 倾角。此外还应验算轴承处的倾角。 v 3)按材料力学中的公式计算轴的挠度或倾角，检查是否超 过允许值查出。 v 为简化计算，也可只验算倾角。当支承处的倾角小于齿轮 倾角的允许值时，齿轮的倾角不必计算。 整理ppt54 3.4.43.4.4无级变速主运动传动系统的设计无级

38、变速主运动传动系统的设计 无级变速是指在一定范围内，(或速度)能连续地变换， 从而获取最有利的切削速度。 不仅能在调速范围内选择到合理的切削速度，而且换 向迅速平稳、不停车自动变速、简化结构。 在数控机床、高精度机床和大型机床的主运动中得到 广泛的应用。 无级调速有机械、液压和电气等多种形式。 机械无级变速器大多是靠摩擦力来传递转矩。 龙门刨床等大型机床广泛采用直流调速电动机来实现 无级变速，数控机床一般采用直流或交流调速电动机 来实现无级变速。 整理ppt55 3.4.43.4.4无级变速主运动传动系统的设计无级变速主运动传动系统的设计 机床上常用的变速电动机有直流复励电动机和交流变 频电动

39、机。 在额定转速以上为恒功率变速，通常调速范围仅23； 额定转速以下为恒扭矩变速，调整范围很大，可达30 甚至更大。 上述功率和扭矩特性一般不能满足机床的使用要求。 为了扩大恒功率调速范围，在变速电动机和主轴之间 串联一个分级变速箱。 广泛用于数控机床、大型机床中。 整理ppt56 3.4.43.4.4无级变速主运动传动系统的设计无级变速主运动传动系统的设计 机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮 钢环型、宽带型等多种结构。 它们都是利用摩擦力来传递扭矩，通过连续地改变摩擦传动 副工作半径来实现无级变速。 由于变速范围小，多数是恒扭矩传动，通常较少单独使用， 而与分级变速机

40、构串联使用，以扩大变速范围。 机械无级变速器应用于要求功率和变速范围较小的中小型车 床、铣床等机床的主传动中，更多地是用于进给变速传动中。 整理ppt57 行星锥盘无级变速机行星锥盘无级变速机 V型宽带无级变速器型宽带无级变速器 整理ppt58 3.4.43.4.4无级变速主运动传动系统的设计无级变速主运动传动系统的设计 液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或 液动机中液体的油量来实现无级变速。 特点是变速范围较大、变速方便、传动平稳、运动换 向时冲击小、易于实现直线运动和自动化。 常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。 整理ppt59 3.4.43.4.4无级变速主运动传动

41、系统的设计无级变速主运动传动系统的设计 尽量选择功率和扭矩特性符合传动系要求 的无级变速装置。 执行件作直线主运动的主传动系，对变速装置的执行件作直线主运动的主传动系，对变速装置的 要求是要求是恒扭矩传动恒扭矩传动，例如龙门刨床的工作台，就，例如龙门刨床的工作台，就 应该选择恒扭矩传动为主的无级变速装置，如应该选择恒扭矩传动为主的无级变速装置，如直直 流电动机流电动机； 如主传动系要求恒功率传动，例如车床或铣床的如主传动系要求恒功率传动，例如车床或铣床的 主轴，就应选择主轴，就应选择恒功率无级变速装置恒功率无级变速装置，如柯普，如柯普 (Koop)B(Koop)B型和型和K K型型机械无级变速

42、装置、变速电动机机械无级变速装置、变速电动机 串联机械分级变速箱串联机械分级变速箱等。等。 整理ppt60 3.4.43.4.4无级变速主运动传动系统的设计无级变速主运动传动系统的设计 无级变速系统装置 单独使用时，其调速范 围较小，满足不了要求， 尤其是恒功率调速范围 往往远小于机床实际需 要的恒功率变速范围。 为此，常把无级变速装 置与机械分级变速箱串 联在一起使用，以扩大 恒功率变速范围和整个 变速范围。 整理ppt61 3.4.43.4.4无级变速主运动传动系统的设计无级变速主运动传动系统的设计 Rf=Rn/Rd=fZ-1 无级变速装置作为传动系中 的基本组，而分级变速作为扩 大组。

43、由于机械无级变速装置属于 摩擦传动，有相对滑动现象， 可能得不到理论上的转速。 为了得到连续的无级变速， 设计时应该使分级变速箱的公 比略小于无级变速装置的变速 范围，(0.90-0.97)Rd。 整理ppt62 3.4.53.4.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点 v 采用调压和调磁方式来得到主轴所需的转速。 v 能满足低速切削需要。一般直流电动机恒扭矩调速范围较 大，达30，甚至更大；而恒功率调速范围较直流、交流调 速电动机功率特性图小，仅能达到23，满足不了机床的 要求； v 在高速范围要进一步提高转速，须加大励磁电流，将引起 电刷产生火花，限制了电动机的最高转速和调速范

44、围。 v 直流电动机仅在早期的数控机床上应用较多。 整理ppt63 3.4.53.4.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点 v 通常是通过调频进行变速。 v 交流调速电动机一般为笼式感应电动机结构，体积小，转 动惯性小，动态响应快；无电刷，因而最高转速不受火花 限制；采用全封闭结构，具有空气强冷，保证高转速和较 强的超载能力，具有很宽的调速范围。 v 对于某些应用场合，使用这些电动机可以取消机械变速箱， 能较好地适应现代数控机床主传动的要求，因此，应用越 来越广泛。 整理ppt64 3.4.53.4.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点 v 在电动机与主轴之间串联有

45、级变速箱。 l电动机转速要 在额定转速nd 以上才是恒功 率输出。 l主轴需要在计 算转速nj以上 到恒功率区， 一般ndnj.且 电动机恒功率 区小于主轴恒 功率区。 l存在机床主轴 与电动机在功 率特性方面的 匹配问题。 整理ppt65 有有 级级 变变 速速 箱箱 设设 计计 RDP时，主轴的功率特性曲线的 右边形成两个缺口，称为功率降低 区。在每一档内有部分低转速只能 恒转矩变速，尤其是尖谷处的功率 很小。不符合机床的要求。 整理ppt66 有有 级级 变变 速速 箱箱 设设 计计 RDP时，主轴的功率特性曲线 缺口完全消除了，如果按照机床 要求来扩大变速范围时，则需增 加有级变速箱的传动副，从而增 加机械结构的复杂性。 整理ppt67 有有 级级 变变 速速 箱箱 设设 计计 实际设计中经常采用简化机械 结构，常在主轴恒功率区内