第二章 机床的传动设计(2)

1、2021年年7月月6日日第二章第二章 机床的传动设计机床的传动设计 第二章第二章 机床的传动设计机床的传动设计 第二节第二节 扩大变速范围传动系统设计扩大变速范围传动系统设计 第三节第三节 计算转速计算转速第二节第二节 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 当当 r最后最后 = 8， = 1.41时时，则则 x最后最后 = 6，结构式结构式 12=312326 , 变速范围变速范围 R = z- -1 =1.4112- -1 =1.4111= 45； 当当 r最后最后 = 8， = 1.26，则则 x最后最后 = 9，结构式结构式 18=313329，变变速范围速范围 R =

2、z- -1 = 1.26 18- -1 = 1.2617 = 50； 一般常用机床的总变速范围都在一般常用机床的总变速范围都在 R=80 以上。为了满足通用机以上。为了满足通用机床的工艺需求，需要扩大主传动系统的变速范围。床的工艺需求，需要扩大主传动系统的变速范围。 根据传动顺序及传动副前多后少原则，最后扩大组的传动副根据传动顺序及传动副前多后少原则，最后扩大组的传动副数总是数总是P = 2。 一、扩大变速范围的意义一、扩大变速范围的意义 第二节第二节 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 二、扩大变速范围的方法二、扩大变速范围的方法 当当增加公比增加公比 ，或增加传动副数，或

3、增加传动副数P 和传动组时和传动组时，都可以增，都可以增大大R ，但，但 增大，导致增大，导致Amax 增大，影响机床的生产率。增大，影响机床的生产率。 当机床类型一定时，当机床类型一定时， 为一定值。为便于传动系统的操作为一定值。为便于传动系统的操作和控制，增加变速组时，常取传动副数和控制，增加变速组时，常取传动副数 P3。1 ZR 1. 1. 增加变速组增加变速组传动系总变速范围为：传动系总变速范围为： 最大相对转速损失率为：最大相对转速损失率为：100%)1(1=max - -A 扩大变速范围的机理：扩大变速范围的机理：增加扩大组及转速级数增加变速范围。增加扩大组及转速级数增加变速范围。

4、 结论：结论：每增加一个变速组能使变速范围每增加一个变速组能使变速范围R扩大扩大8 8倍，主轴转速倍，主轴转速增加增加6 6级。级。 第二节第二节 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 例例 已知已知 =1.41，结构式结构式 12 = 312326， x2= 6， r2 = 8360845)(3210 1 1) )( (2 26 61 11 12 2 rrrrR 当当增加第三扩大组时，理论级数为增加第三扩大组时，理论级数为 24=312326212 ，最后扩大组的变速范围为最后扩大组的变速范围为 r3= 12(2- -1)=64 8，不符合要求。不符合要求。 必必须减小须减小

5、x3，使使 ，即，即 x3 = 6。此时。此时实际实际转速只为转速只为24- -6=18 级，重复级，重复 6 级。总变速范围为：级。总变速范围为：841. 161)(233 xr 第二节第二节 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. 2. 单回曲机构单回曲机构 当离合器当离合器M与与 z1 结合时，输入轴结合时，输入轴的运动直接由轴的运动直接由轴输出，传输出，传动比为动比为i2 = 1。 当离合器当离合器M与与z4 结合时结合时，运动经运动经z1、z2、z3、z4传递。传递。 16141411 i即即,zzzz43211 i传动比为传动比为极限变速范围扩大为极限变速范围扩

6、大为 r = i2/i1= 16 扩大变速范围的机理扩大变速范围的机理 扩大极限变速范围来扩大总变速范围。扩大极限变速范围来扩大总变速范围。 结论结论 采用单回曲机构，采用单回曲机构，R 可扩大可扩大4倍；若增加的变速组为单回倍；若增加的变速组为单回曲机构，曲机构， =1.26，结构式为结构式为30=313329212 ，R可扩大可扩大16倍。倍。第二节第二节 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 例如例如 采用单回曲机构采用单回曲机构 =1.41，结构式结构式 16 = 212224281641. 1)12(8)1(333 Pxr 18041. 11161 ZR 原结构式原结

7、构式: 12=312326变速范围变速范围 R = z- -1 =1.4112- -1 =1.4111= 45；第二节第二节 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 3. 3. 对称混合公比传动系统对称混合公比传动系统 保持保持主轴转速中段主轴转速中段 不变，增大不常用不变，增大不常用的转速公比。采取的转速公比。采取大公比大公比为为 1.58 =1.262，且且高速端大公比的转速级数与低速端相等，形高速端大公比的转速级数与低速端相等，形成两端对称的大公比与小公比混合的传动系成两端对称的大公比与小公比混合的传动系统。统。5045 .1226. 126. 161161Z R 如如 结

8、构式结构式 12 = 31 23 26 变成混合公比得：变成混合公比得：12 = 322627 扩大变速范围的机理扩大变速范围的机理 不增加主轴转速级不增加主轴转速级数，增大不常用的数，增大不常用的 来扩大总变速范围来扩大总变速范围R。第二节第二节 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 因因大公比格数是偶数，而变形基本大公比格数是偶数，而变形基本组的组的 r01.269 = 8，故取故取 x8。 若变形基本组是单回曲机构，则若变形基本组是单回曲机构，则r01.2612 = 16，故取故取 x10。 混合公比传动系的设计原则混合公比传动系的设计原则 传动系的大公比是小公比的平方，

9、传动系的大公比是小公比的平方，考虑相对转速损失率，取小公比考虑相对转速损失率，取小公比 =1.26。 基本组的传动副数基本组的传动副数 P0 = 2，级比指级比指数为数为 x0 = x+1。 结论结论 对称混合公比传动系统，是改变传动副数为对称混合公比传动系统，是改变传动副数为2的基本组而的基本组而形成的，它能使总变速形成的，它能使总变速R 扩大扩大4 倍。倍。第二节第二节 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 例例 某摇臂钻床的主轴转数范围为某摇臂钻床的主轴转数范围为 n =25 2000 r/min，公比公比 =1.26，主轴转数级数主轴转数级数 Z Z=16，确定钻床的结

10、构式及结构网。确定钻床的结构式及结构网。 解（解（1 1）钻床要求的总变速范围钻床要求的总变速范围80252000 R （2 2）钻床的理论转数级数为钻床的理论转数级数为16201lg80lg Z （3 3）钻床的结构式为钻床的结构式为84241222216 8, 41620 xx 即钻床采用了混合公比传动系。其大公即钻床采用了混合公比传动系。其大公比格数为比格数为8542222216 按前密后疏原则整理得按前密后疏原则整理得第二节第二节 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 混合公比传动与单回曲机构相结合产生极大的变速范围混合公比传动与单回曲机构相结合产生极大的变速范围 结构

11、式中，第三变速组结构式中，第三变速组c为基本组，大公比格数为为基本组，大公比格数为8，第四变速，第四变速组组d为单回曲机构。总变速范围为为单回曲机构。总变速范围为129035. 620326. 126. 18238124 R混合公比传动结构式混合公比传动结构式76222312 12962222324 结合后的结构式结合后的结构式5045 .1226. 126. 161161Z R 结论结论 应用双速电动机，缩短了传动链，从而扩大了变速范围。应用双速电动机，缩短了传动链，从而扩大了变速范围。第二节第二节 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 4 4、双速电动机传动系统、双速电动机

12、传动系统 采用双速电动机时，传动顺序与采用双速电动机时，传动顺序与扩大顺序不一致。由于第一扩大组的扩大顺序不一致。由于第一扩大组的x1 = P0，所以双速电动机对基本组传，所以双速电动机对基本组传动副数动副数P0 的取值与的取值与 要相匹配要相匹配。 因因 21.2631.412，若取若取 = 1.26 ，则则P0 = 3；若取若取 = 1.41，则则P0 = 2。 双速电动机是动力源，应为第一变速组（电源变速组），双速电动机是动力源，应为第一变速组（电源变速组），但级但级比是比是2，只能作为变形基本组或第一扩大组。，只能作为变形基本组或第一扩大组。4122228 采用双速电动机的结构式采用双

13、速电动机的结构式第三节第三节 计算转速计算转速 传动件设计的主要依据是传动件设计的主要依据是所能承受的载荷大小所能承受的载荷大小。载荷取决于所。载荷取决于所传递的功率和转速。当外载一定，转速越高，传递的转矩越小。传递的功率和转速。当外载一定，转速越高，传递的转矩越小。 对于转速恒定的传动件，可直接算出传递的转矩大小，进行对于转速恒定的传动件，可直接算出传递的转矩大小，进行强度设计。对于有几种转速的传动件，必须确定一个强度设计。对于有几种转速的传动件，必须确定一个经济合理经济合理的转速的转速n nj j，进行强度设计。，进行强度设计。一、计算转速的研究意义一、计算转速的研究意义 计算转速的研究意

14、义计算转速的研究意义 根据传动件能传递全部功率的最低转速，来确定传动件能传根据传动件能传递全部功率的最低转速，来确定传动件能传递的最大转矩，以此作为强度计算和校核的依据。递的最大转矩，以此作为强度计算和校核的依据。第三节第三节 计算转速计算转速 从金属切削原理中可知，切削速度对切削力的影响是不大的。从金属切削原理中可知，切削速度对切削力的影响是不大的。因此，机床作直线主运动的执行件，不论在什么速度下，都有可因此，机床作直线主运动的执行件，不论在什么速度下，都有可能承受最大切削力。能承受最大切削力。 1. 1.主运动为直线运动的机床主运动为直线运动的机床 二、机床的功率转矩特性二、机床的功率转矩

15、特性 对于驱动直线运动执行件的传动件，在任意转速下都可能出对于驱动直线运动执行件的传动件，在任意转速下都可能出现最大转矩。因此，被认为是恒转矩的。现最大转矩。因此，被认为是恒转矩的。 即主运动为直线运动的机床属于恒转矩传动即主运动为直线运动的机床属于恒转矩传动 。第三节第三节 计算转速计算转速 粗加工时采用大吃刀深度、大走刀量，较低转速，产生较粗加工时采用大吃刀深度、大走刀量，较低转速，产生较大的切削力矩。精加工时则相反。大的切削力矩。精加工时则相反。 当工件或刀具尺寸较小时，切削力矩小，主轴转速高；当当工件或刀具尺寸较小时，切削力矩小，主轴转速高；当工件或刀具尺寸较大时则相反。工件或刀具尺寸

16、较大时则相反。 由于功率是转矩与角速度的乘积，所以主运动为旋转运动的由于功率是转矩与角速度的乘积，所以主运动为旋转运动的机床属于恒功率传动。机床属于恒功率传动。 2. 2.主运动为旋转运动的机床主运动为旋转运动的机床 对于旋转主运动，主轴转速不仅决定于切削速度，还决定于工对于旋转主运动，主轴转速不仅决定于切削速度，还决定于工件或刀具的直径。件或刀具的直径。第三节第三节 计算转速计算转速 3. 3.计算转速（计算转速（nj ）概念）概念 计算转速计算转速 是指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。是指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。 一般通用机床的工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺只一般通用

17、机床的工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺只需采用小进给量、低转速，消耗的功率小，主传动不需要传递需采用小进给量、低转速，消耗的功率小，主传动不需要传递电动机的全部功率。电动机的全部功率。 机床传动件设计必须找出需要传递全部功率的最低转速，来机床传动件设计必须找出需要传递全部功率的最低转速，来确定所能传递的最大转矩。确定所能传递的最大转矩。 恒转矩变速范围恒转矩变速范围 nj nmin 主轴主轴每级转速都能传递计算转速时的转矩，每级转速都能传递计算转速时的转矩，而输出功率随转速线性下降。而输出功率随转速线性下降。第三节第三节 计算转速计算转速 恒功率变速范围恒功率变速范围 nj nmax 主轴

18、每级转速都能传递全部功率，主轴每级转速都能传递全部功率，而输出转矩随转速增高而降低。而输出转矩随转速增高而降低。 各类机床主轴的各类机床主轴的nj可查表可查表2-22-2计算确定。计算确定。 第三节第三节 计算转速计算转速 步骤：步骤：首先确定主轴计算转速；首先确定主轴计算转速；再按传动顺序由后往前依再按传动顺序由后往前依次确定各传动轴的计算转速；次确定各传动轴的计算转速；最后确定各传动件的计算转速。最后确定各传动件的计算转速。 已知某通用车床转速图，试确已知某通用车床转速图，试确定变速系中传动件的计算转速。定变速系中传动件的计算转速。 1.1.主轴的计算转速主轴的计算转速 min/9041. 15 .31131213Z1r r nnj 三、主变速系统传动件计算转速的确定三、主变速系统传动件计算转速的确定第三节第三节 计算转速计算转速 2. 2.各传动轴的计算转速各传动轴的计算转速 变速组变速组 c c 有两个传动副，有两个传动副，nj主主= 90 由轴由轴通过通过18/72 获得。获得。轴轴相应的转速为相应的转速为355，其最低转速为，其最低转