第二章机床传动设计1

1、 机床的主传动系统实现机床的主运动，其末端机床的主传动系统实现机床的主运动，其末端件直接参与切削加工，形成所需的表面和加工精度，件直接参与切削加工，形成所需的表面和加工精度，且变速范围宽，传递功率大，是机床中最重要的传且变速范围宽，传递功率大，是机床中最重要的传动链。设计时应满足下述基本要求：动链。设计时应满足下述基本要求：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1）满足机床的使用要求，有足够的变速范围和）满足机床的使用要求，有足够的变速范围和转速级数；直线运动机床，应有足够的双行程数转速级数；直线运动机床，应有足够的双行程数范围和变速级数；合理地满

2、足机床的自动化和生范围和变速级数；合理地满足机床的自动化和生产率的要求；有良好的人机关系。产率的要求；有良好的人机关系。2）满足机床传递动力的要求，传动系统应能传）满足机床传递动力的要求，传动系统应能传递足够的功率和扭矩。递足够的功率和扭矩。3）满足机床的工作性能要求，传动系统应有足够）满足机床的工作性能要求，传动系统应有足够的刚度、精度、抗振性能和较小的热变形。的刚度、精度、抗振性能和较小的热变形。4）满足经济性要求。）满足经济性要求。 第一节第一节 分级变速主传动系统设计分级变速主传动系统设计一、转速图一、转速图1、转速图概念、转速图概念 转速图转速图是表示主轴各转速的传递路线和转速值，是

3、表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。的线图。 转速图包括转速图包括一点三线一点三线：转速点，转速线，传动轴：转速点，转速线，传动轴线，传动线。线，传动线。 2.1转速图原理转速图原理 2.1分级变速主传动系统设计分级变速主传动系统设计主轴转速线主轴转速线 由于主轴的转速数列是等比数列，所以由于主轴的转速数列是等比数列，所以主轴转速线是间距相等的水平线，相邻转速线间距主轴转速线是间距相等的水平线，相邻转速线间距为为 。lg转速点转速点 主轴和各传动轴的转速值，用小圆圈或黑主轴和各传动轴的转速值，用小

4、圆圈或黑点表示，转速图中的转速值是对数值。点表示，转速图中的转速值是对数值。传动轴线传动轴线 距离相等的铅垂线。从左到右按传动的距离相等的铅垂线。从左到右按传动的先后顺序排列，轴号写在上面。铅垂线之间距离相先后顺序排列，轴号写在上面。铅垂线之间距离相等是为了图示清楚，不表示传动轴间距离。等是为了图示清楚，不表示传动轴间距离。 2.1分级变速主传动系统设计分级变速主传动系统设计传动线传动线 两转速点之间的连线。传动线的倾斜方式两转速点之间的连线。传动线的倾斜方式代表传动比的大小，传动比大于代表传动比的大小，传动比大于1，其对数值为正，其对数值为正，传动线向上倾斜；传动比小于传动线向上倾斜；传动比

5、小于1，其对数值为负，传，其对数值为负，传动线向下倾斜。倾斜程度表示了升降速度的大小。动线向下倾斜。倾斜程度表示了升降速度的大小。 一个主动转速点引出的一个主动转速点引出的传动线的数目传动线的数目，代表该变，代表该变速组的速组的传动副数传动副数；平行的传动线是一条传动线，只是；平行的传动线是一条传动线，只是主动转速点不同。主动转速点不同。 2.1转速图原理转速图原理 2.1转速图原理转速图原理2 2、转速图原理、转速图原理 通常，我们按照动力传递的顺序（从电动机到执通常，我们按照动力传递的顺序（从电动机到执行件的先后顺序）即传动顺序分析机床的转速图。按行件的先后顺序）即传动顺序分析机床的转速图

6、。按传动顺序，变速组依次为第一变速组、第二变速组、传动顺序，变速组依次为第一变速组、第二变速组、第三变速组第三变速组，分别用，分别用a、b、c表示。表示。 2.1转速图原理转速图原理 2.1转速图原理转速图原理13636141. 11423012148243221aaaiii第一变速组第一变速组 （轴（轴之间的变速），之间的变速）， ；传动比分传动比分 别是别是:3aPa 2.1转速图原理转速图原理1ax变速范围：变速范围： 221)(Pxaaar级比指数：级比指数：1:1:1:1:22123aaaiii级比级比：相邻的转速或两相邻的传动比之比。：相邻的转速或两相邻的传动比之比。级比指数级比指

7、数：级比写成公比幂的形式中的幂指数。：级比写成公比幂的形式中的幂指数。 2.1转速图原理转速图原理rxP0113 12102()()30P10 x 级比等于公比或级比指数等于级比等于公比或级比指数等于1的变速组称为的变速组称为基基本组本组。基本组的传动副数，用。基本组的传动副数，用 表示，级比指数用表示，级比指数用 表示，变速范围表示，变速范围 表示。表示。0P0 x0r 2.1转速图原理转速图原理1424241.1182.216222231bbii 第二变速组第二变速组 b（轴（轴间的变速组），间的变速组）， Pb=2,传传动比分别是动比分别是 :21P31xrxPPP11132 13110

8、1282()()(). 2.1转速图原理转速图原理 经第一扩大组后，机床得到经第一扩大组后，机床得到 P0P1级连续而不级连续而不重复的等比数列转速。重复的等比数列转速。 级比指数等于基本组传动副数的变速组称为级比指数等于基本组传动副数的变速组称为第第一扩大组一扩大组，其传动副数、级比指数、变速范围分别，其传动副数、级比指数、变速范围分别用用 表示表示 。 111rxP、 2.1转速图原理转速图原理2241230601417218ccii第三变速组第三变速组 （轴（轴之间的变速组），之间的变速组）， 传动比分别：传动比分别： c2cP 2.1转速图原理转速图原理22P610112PPPxxrx

9、PP P P2113 2 2 16220 128()()() 级比指数等于级比指数等于 的变速组称为的变速组称为第二扩大组第二扩大组。第二扩大组的传动副数、级比指数、变速范围分别第二扩大组的传动副数、级比指数、变速范围分别用用 表示：表示：10PP222rxP、 2.1转速图原理转速图原理经第二扩大组的进一步扩大，使主轴（轴经第二扩大组的进一步扩大，使主轴（轴）得到）得到 级连续等比的转速。总变速范围级连续等比的转速。总变速范围是：是：12223Z451121)1()1(1210210100ZPPPPPPrrrR 2.1分级变速主传动系统规律分级变速主传动系统规律)1(210jjPPPPx)1

10、()1()1(210JJjjPPPPPPxjr总变速范围为总变速范围为：11210210ZPPPPjJrrrrR第第 扩大组的级比指数为：扩大组的级比指数为： j第第 传动组的变速范围为：传动组的变速范围为：j 2.1结构式和结构网结构式和结构网3.3.结构式和结构网结构式和结构网结构式：结构式：各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速级数级数Z Z，将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指，将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指数写在该变速组传动副数的右下角。数写在该变速组传动副数的右下角。 x4x3x2x0PPPPZ 2.1结构式和结构网结构式和结构网图 2

11、- 2 1 2 级 等 比 传 动 系 统 结 构 网结构网：结构网：只表示传动只表示传动比的相对关系，而不比的相对关系，而不表示传动轴（主轴除表示传动轴（主轴除外）转速值大小的线外）转速值大小的线图。图。由于不表示转速值，由于不表示转速值，结构网画成结构网画成对称形式对称形式。 2.1结构式和结构网结构式和结构网要点要点：传动线相对于主轴的转速数列是对称的。传动线相对于主轴的转速数列是对称的。 定比传动线不画，左边第一传动轴线为定比传动线不画，左边第一传动轴线为轴，轴，轴号写在相应传动轴上方；轴号写在相应传动轴上方； 、轴；轴；、轴；轴；、轴；轴；轴间为轴间为第一、二、三、四变速组。在两轴中

12、间下方位置写上第一、二、三、四变速组。在两轴中间下方位置写上该变速组的组成（传动副数和级比指数），传动副数该变速组的组成（传动副数和级比指数），传动副数为阿拉伯数字，级比指数作为传动副数的下角标；电为阿拉伯数字，级比指数作为传动副数的下角标；电变速组电动机轴为变速组电动机轴为0 0，变速组组成写在，变速组组成写在0 0轴下方。轴下方。 转速点用圆点标出。转速点用圆点标出。 2.1结构式和结构网结构式和结构网232122262231结构网要点结构网要点： 传动线相传动线相对于主轴的转对于主轴的转速数列是对称速数列是对称的；的； 2.1结构式和结构网结构式和结构网32231362032 左边第一传

13、动轴线为左边第一传动轴线为轴，轴号写在相应传动轴，轴号写在相应传动轴上方；在两轴中间下方轴上方；在两轴中间下方位置写上该变速组的组成位置写上该变速组的组成（传动副数传动副数和和级比指数级比指数，级比指数作为传动副数的级比指数作为传动副数的下角标）；下角标）；32231362032 2.1结构式和结构网结构式和结构网 电变速组电动机轴为电变速组电动机轴为0 0，变速组组成写在变速组组成写在0 0轴下方；轴下方； 转速点用圆点标出。转速点用圆点标出。 2.1结构式和结构网结构式和结构网322126521223 2.1结构式和结构网结构式和结构网421323 2.1主传动链转速图的拟定原则主传动链转

14、速图的拟定原则二、主传动链转速图的拟定原则二、主传动链转速图的拟定原则 根据已确定尺寸参数、运动动参数和动力参数后，根据已确定尺寸参数、运动动参数和动力参数后，拟定出机床主传动的转速图。拟定出机床主传动的转速图。设计步骤：设计步骤：根据转速图的拟定原则，确定结构式，根据转速图的拟定原则，确定结构式，画出结构网，然后分配各传动组的最小传动比，拟画出结构网，然后分配各传动组的最小传动比，拟定出转速图。定出转速图。 2.1主传动链转速图的拟定原则主传动链转速图的拟定原则1.1.极限传动比、极限变速范围原则极限传动比、极限变速范围原则 最小传动比最小传动比1/41/4，最大传动比，最大传动比2 2或或

15、2.52.5，极，极限变速范围限变速范围8 8或或1010。 dcbaPPPP32.2.传动顺序及传动副数确定原则传动顺序及传动副数确定原则前多后少前多后少 2.1主传动链转速图的拟定原则主传动链转速图的拟定原则4.4.最小传动比原则：最小传动比原则：前缓后急前缓后急dcbaxxxx41dcbaiiii3.3.扩大顺序原则：扩大顺序原则：前密后疏前密后疏 2.1主传动链转速图的拟定原则主传动链转速图的拟定原则三、转速图的绘制三、转速图的绘制 根据转速图的拟定原则，确定结构式和结构根据转速图的拟定原则，确定结构式和结构网后，确定是否需要有定比传动，若需要定比传动，网后，确定是否需要有定比传动，若

16、需要定比传动，首先确定定比传动比的大小，应尽量保证轴首先确定定比传动比的大小，应尽量保证轴为主为主轴转速线上的一个转速点。然后分配各传动组的传轴转速线上的一个转速点。然后分配各传动组的传动比，并确定其它中间轴的转速。这样就可画转速动比，并确定其它中间轴的转速。这样就可画转速图了。图了。 2.1转速图绘制步骤转速图绘制步骤 在传动轴线在传动轴线上用圆圈上用圆圈标出转速点，计算电动机标出转速点，计算电动机额额定转速点在传动轴线定转速点在传动轴线0上的上的位置；位置； 转速图绘制步骤转速图绘制步骤： 画出转速线、传动轴线，画出转速线、传动轴线，标出转速点、标注转速值，标出转速点、标注转速值，在传动轴

17、上方注明传动轴号，在传动轴上方注明传动轴号，电动机轴用电动机轴用0标注；标注； 作扩大组传动线的平行线。作扩大组传动线的平行线。 2.1转速图绘制步骤转速图绘制步骤 画出各变速组最小传动线；画出各变速组最小传动线； 按照级别指数画出其它按照级别指数画出其它传动线；传动线； 在各传动线上标出传动比在各传动线上标出传动比或齿数比（直径之比）的大或齿数比（直径之比）的大小；小； 2.1转速图绘制实例转速图绘制实例12Z41. 1min/5 .31minrn表表 中型车床主轴的转速数列中型车床主轴的转速数列31.545639012518025035550071010001400例：中型车床。例：中型车

18、床。min/ 1440 rn 电 2.1转速图绘制实例转速图绘制实例方案一：方案一：采用三级变速组采用三级变速组63122312 2.1转速图绘制实例转速图绘制实例14401400100071050035525018012590634531.501 : 2 . 41:1.191:1.191 : 42 : 1图 2-5 12级 转 速 转 速 图 （ 二 ）n(r/min)1 : 41:11 : 2方案二：方案二：在轴在轴上安装双上安装双向摩擦离合器向摩擦离合器12232126 2.1转速图绘制实例转速图绘制实例1 4 4 01 4 0 01 0 0 07 1 05 0 03 5 52 5 01

19、 8 01 2 59 06 34 53 1 . 501 : 2 . 0 31 : 11 . 4 1 : 11 : 2 . 8 22 : 1图 2 - 5 1 2 级 转 速 转 速 图 （ 二 ）n(r/min)1 : 11 : 21 : 41 : 22 8 0 02 0 0 0方案三：方案三：采用四级变速组采用四级变速组6621123212 2.1转速图绘制实例转速图绘制实例14401400100071050035525018012590634531.501 : 2 . 0 31:11 : 22 : 1n(r/min)1 : 420001:11:1.411 : 2 . 8 21:1方案四：方

20、案四：轴轴、改改为定比传动为定比传动6311223112 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定实际转速实际转速 与标准转速的相对转速与标准转速的相对转速 误差误差n为：为： nnnnnnnn1%10) 1( 四、齿轮齿数的确定四、齿轮齿数的确定 1.齿轮齿数的确定原则齿轮齿数的确定原则 齿轮齿数在保证输出转速准确的前提下，尽量减齿轮齿数在保证输出转速准确的前提下，尽量减少齿数，使齿轮结构尺寸紧凑。少齿数，使齿轮结构尺寸紧凑。 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 齿轮副的齿数和齿轮副的齿数和 120； 由于受啮合重合度的限制，由于受啮合重合度的限制， 直齿圆柱齿轮最小齿数直齿圆柱齿轮最小齿数 17

21、； 采用正变位，保证不根切的情况下，采用正变位，保证不根切的情况下， 直齿圆柱齿轮最小齿数直齿圆柱齿轮最小齿数 14；zSminzminz 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 满足结构安装要求，满足结构安装要求，相邻轴承孔的壁厚相邻轴承孔的壁厚 不小于不小于3mm3mm； 当变速组内各齿轮副的齿数和不相等时，当变速组内各齿轮副的齿数和不相等时， 齿数和的差不能大于齿数和的差不能大于3 3。minz 5 . 62mTminz 5 . 6mDj或若齿轮和轴为键联接若齿轮和轴为键联接，则应保证齿根圆至，则应保证齿根圆至键槽顶面的距离大于两个模数，则：键槽顶面的距离大于两个模数，则： 2.1齿轮齿数的

22、确定齿轮齿数的确定2.2.确定齿轮的齿数确定齿轮的齿数 在一个变速组中，主动齿轮的齿数用在一个变速组中，主动齿轮的齿数用 表示，被动齿轮的齿数用表示，被动齿轮的齿数用 表示，表示， jzjzzjjjSzz则传动比则传动比 jjjjjbazzi 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定jjjSba0jjba 、为互质数为互质数 jzjjjSSaz0jzjjjSSbz0必然为整数，必然为整数， 必定能被必定能被 所整除所整除jzzjSjS0 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定如果各传动副的齿数和如果各传动副的齿数和皆为皆为 ，则，则 能被能被 整除，整除， 是是 的的最小公倍数最小公倍数zSzS0302

23、01SSS、030201SSS、zS 确定齿轮齿数时，在允许的误差范围内，确定合确定齿轮齿数时，在允许的误差范围内，确定合理的理的 ，进而求得，进而求得 ；尽量；尽量使最小公倍数为最小，最小公倍数用表示使最小公倍数为最小，最小公倍数用表示 ，则，则jjba 、030201SSS、zS必然为必然为0S的整倍数。整倍数。0kSSz0S 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定例2-1：ia1212S013ia2157S02121113aiS032S012kSz121.41131221，aaaiii试确定基本组个齿轮的齿数解:S S0101、S S0202、S S0303最小公倍数最小公倍数设：设： 2.

24、1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定17431211kkza则：则：k 6244k312k11az305121252kkza36621213kkza5k 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定7212 kSz4824-721az4230-722az3636-723az第一对第一对| |第二对第二对| |第三对第三对2424/ /4848 | | 3030/ /4242 | | 3636/ /3636 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定例2-2 ：根据课本2-6图示，确定齿轮数。ia212030201SSS、0301SS 、要使要使: :的最小公倍数为最小，的最小公倍数为最小，为为3的倍数的倍数。 必须使

25、必须使S0318ia3115858711813.ia3711取：取：S023解：解： 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定ia1125125514285712857143.则 S018kSz18kkza142857. 51818142857. 51k 4取取174142857. 51az7241818kSz 2.1齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定24631812kkza287181873kkza37273-721 k 采用正变位齿轮，总变位系数为采用正变位齿轮，总变位系数为1。11aazz、对于第一对齿轮组：对于第一对齿轮组：101k2077021az5077051az 2.1最后变速组齿轮齿数的确

26、定最后变速组齿轮齿数的确定3.3.最后变速组齿轮齿数的确定最后变速组齿轮齿数的确定2211mSmSzz121221eemmSSzz010101111SkSaSSazz20201220211202222eSkSeaeSSeaSSazzz是 的最小公倍数最小公倍数。 0S20201eSS、 2.1最后变速组齿轮齿数的确定最后变速组齿轮齿数的确定模数为4、3150S71185615110011SkSaz7218-615-111zSzz4/11ii22例：510SS01、S02、e2最小公倍数：最小公倍数：320S4/3/2121eemm 2.1最后变速组齿轮齿数的确定最后变速组齿轮齿数的确定8033

27、615422020122eSkSeaz4080-1202 z201346152102mkmSSz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 一般来说，常规传动的变速范围是不能满足机一般来说，常规传动的变速范围是不能满足机床的要求，因此，必须扩大传动系统的变速范围，床的要求，因此，必须扩大传动系统的变速范围，满足机床的工艺需求。满足机床的工艺需求。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例如：例如： ， ，第二扩第二扩大组的级比指数为大组的级比指数为6，变速范围已达到，变速范围已达到极限值极限值8；增；增加第三扩大组后，加第三扩大组后， 比理论值小比理

28、论值小6，产生，产生6级转级转速重复。速重复。6312231241. 163x一、增加变速组的传动系统一、增加变速组的传动系统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36084512611232101）（）（rrrrRn总变速范围总变速范围：总变速范围扩大总变速范围扩大八倍八倍；主轴转速级数增加；主轴转速级数增加6级级。若再增加第四扩大组，则变速范围将再扩大八若再增加第四扩大组，则变速范围将再扩大八倍，主轴变速级数再增加六级。倍，主轴变速级数再增加六级。 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二、单回曲机构二、单回曲机构z2z3zz14M图 2 - 7

29、 单 回 曲 机 构 又称为背轮机构，图中轴又称为背轮机构，图中轴是输出轴，是输出轴，z1、z4空套空套于轴于轴上，上，M是双向离合是双向离合器，与轴器，与轴花键配合。花键配合。M向右滑移与向右滑移与z4结合，运结合，运动和转矩经动和转矩经z1、z2、z3、z4传动传动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传动比：传动比： 43211zzzziM向左滑移与向左滑移与z1结合，直接结合，直接由轴由轴输，输， 。 12iz2z3zz14M图 2 - 7 单 回 曲 机 构 变速范围：变速范围：4321121zzzziiR2.2 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统

30、设计41.速范围为变速范围为： 180116R常规传动的常规传动的4 4倍倍26. 112931223330812130R变速范围为：变速范围为： 常规传动的常规传动的1616倍倍例：例：2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统三三、对称双公比传动系统对称双公比传动系统 在机床主轴的转速数列中，使用在机床主轴的转速数列中，使用最频繁最频繁、使用、使用时时间最长间最长的是转速数列的的是转速数列的中段中段，转速数列中较高或较，转速数列中较高或较低的几级转速是为特殊工艺设计的，使用几率较少。低的几级转速是为特殊工艺设计的，使用几率较少。如果保持常用的主轴转速数列中段的公比

31、不变，增如果保持常用的主轴转速数列中段的公比不变，增大不常用转速的公比，就可在不增加主轴转速级数大不常用转速的公比，就可在不增加主轴转速级数的前提下扩大变速范围。的前提下扩大变速范围。 2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统由等比传动的原理可知：基本组由等比传动的原理可知：基本组 时，主轴时，主轴转速转速 数列数列 （ 为自然数）是由基本组为自然数）是由基本组的的 产生的、产生的、 是由基本组的是由基本组的 产生产生的，两转速数列的，两转速数列 、 的级比为的级比为)1(21ynP02y01i)1(21yn121yn20i121yn21. 基本组传动副基本组传动副P0=2的对称双公比传动系

32、统的对称双公比传动系统321226 323226 2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统如果将转速 乘以 ，即 乘以 ， 产生的主轴转速数列通式变为 ；121yn20i20iyn21 为奇偶数，没有重复转速；322yy与321221yynn12121yynn高速端出现一级大公比转速低速端也出现一级大公比转速如果将转速 除以 ，即 除以 ， 产生的主轴转速数列通式变为 ；1)2(1yn10i10i3-21ynn1n2n3n4n5n6n7n8n9n1 0n1 1n1 2n1n2n3n4n5n6n7n8n9n1 0n1 1n1 2n1n2n3n4n5n6

33、n7n8n9n1 0n1 1n1 2n1n2n3n4n5n6n7n8n9n1 0n1 1n1 2yn2yn222yn32yn12yn12yn212yn312yn3212263232262.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统3252263272262.2对称双公比传动系统设计原则对称双公比传动系统设计原则P0 = 2的对称双公比传动链设计原则是：1）基本组的传动副数为2；级比指数为 x+1 ， x为高低速端大公比转速级别的总和；2）大公比格数必须是偶数，由于变型基本组的变速范围 ，所以， ；若变型基本组是背轮机构，则： ， 。826190 .r8 x

34、16261120 .r10 x2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统 2. 2. 基本组传动副基本组传动副 P P0 0 = 3 = 323/2/3/2.2对称双公比传动系统对称双公比传动系统3322391 8 级 转 速 对 称 双 公 比 传 动 链 结 构 网图 2 - 1 1n2.2双速电动机传动系统双速电动机传动系统四、双速电动机传动系统四、双速电动机传动系统 YDYD系列异步电动机，通过改变定子绕组接线方系列异步电动机，通过改变定子绕组接线方法和改变绕组磁极数，低速时定子绕组接成三角形，法和改变绕组磁极数，低速时定子绕组接成三角形，高速时定子绕组接成双星形，并改变绕组的通电相高

35、速时定子绕组接成双星形，并改变绕组的通电相序，序，实现变速实现变速，从而达到扩大变速范围的目的。，从而达到扩大变速范围的目的。2.2双速电动机传动系统双速电动机传动系统32231362032速度速度a a速度速度b b2.2双速电动机传动系统双速电动机传动系统 时，由于时，由于 ，电变速组的传动副，电变速组的传动副数必须为数必须为2，级比指数必须为，级比指数必须为3，故可为高低速端各，故可为高低速端各有一级大公比的对称双公比系统的变型基本组，也有一级大公比的对称双公比系统的变型基本组，也可为第一扩大组，此时要求基本组传动副数为可为第一扩大组，此时要求基本组传动副数为3；26. 1326. 12

36、 26.112632222324例:在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动，在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动，可将变型基本组作为第一变速组：可将变型基本组作为第一变速组： 126232232242.2双速电动机传动系统双速电动机传动系统26:若想缩短传动链，在输出转速级数不变的前提下，若想缩短传动链，在输出转速级数不变的前提下，可将结构式改变为：可将结构式改变为： 6413223216基本组改为基本组改为3 3对传动副，为第二变速组；第一扩大组对传动副，为第二变速组；第一扩大组级比指数改为级比指数改为3 3，为第一变速组；第二扩大组级比指，为第一变速组；

37、第二扩大组级比指数为数为4 4，重合两级转速；第三扩大组重合，重合两级转速；第三扩大组重合4 4级转速。级转速。 2.2双速电动机传动系统双速电动机传动系统41:若想缩短传动链，在保持传动特性不变的前提下，可将第一扩大组作为第一变速组： 84122222162.2双速电动机传动系统双速电动机传动系统4412222212该传动系统不能通过变速电动机缩短传动链，这是因为最后扩大组传动副数为三，其变速范围超过极限变速范围超过极限范围范围；第一变速组改为第一扩大组，级比指数为2，传动副数为3；第一变速组用三速电动机代替，型号YD160L8/4/2，2.8/7/9kW，720/

38、1440/2910r/min，相邻转速功率差别功率差别很大。结构式只能为： 41.163122312例:减少一对齿轮；传动轴的长度减少。减少一对齿轮；传动轴的长度减少。第三节第三节 计算转速计算转速计算转速：主轴或传动件传递全部功率的最低转速。计算转速：主轴或传动件传递全部功率的最低转速。 在机床设计过程中涉及到功率、转速、转矩和外载在机床设计过程中涉及到功率、转速、转矩和外载荷之间的相互关系问题荷之间的相互关系问题专用机床专用机床按照特定工艺设计按照特定工艺设计P、n一定一定转矩确定转矩确定普通机床普通机床主传动的功率主传动的功率P典型加工切屑用量确定典型加工切屑用量确定2.3 计算转速计算

39、转速一、机床功率转矩特性一、机床功率转矩特性恒转矩传动恒功率传动直线运动旋转运动切削力恒定，与切削速度无关切削力与切削速度反比关系机床传动形式机床传动形式2.3 计算转速计算转速主轴从计算转速到最高主轴从计算转速到最高转速之间的每级转速都转速之间的每级转速都能传递全部功率，而输能传递全部功率，而输出的转矩则随转速的增出的转矩则随转速的增高而降低，故称之为高而降低，故称之为恒恒功率变速范围功率变速范围；2.3 计算转速计算转速从计算转速到最低转速从计算转速到最低转速之间的每级转速都能传之间的每级转速都能传递计算转速时的转矩递计算转速时的转矩（由结构强度决定的转（由结构强度决定的转矩），输出的功率

40、则随矩），输出的功率则随转速线性下降，故称之转速线性下降，故称之为为恒转矩变速范围恒转矩变速范围。各类机床主轴计算转速可查表计算确定各类机床主轴计算转速可查表计算确定中型车床，升降台铣床，转塔车床，液压仿型半自中型车床，升降台铣床，转塔车床，液压仿型半自动车床，多刀半自动车床，单轴、多轴自动车床，动车床，多刀半自动车床，单轴、多轴自动车床，立式多轴半自动车床卧式镗铣床（立式多轴半自动车床卧式镗铣床（63639090） nnjZ131nnnnj110 3max.等比数列传动等比数列传动 系统系统双公比、无级传动系统双公比、无级传动系统 2.3 计算转速计算转速2.3 计算转速计算转速中型立式钻床

41、，摇臂钻床，滚齿机中型立式钻床，摇臂钻床，滚齿机 等比数列等比数列 传动系统传动系统双公比、无级传动系统双公比、无级传动系统 nnjZ141nnnnj110 25max.2.3 计算转速计算转速二、机床变速系统中传动件的计算转速二、机床变速系统中传动件的计算转速各个传动轴计算转速的确定，先确定主轴计算转速，各个传动轴计算转速的确定，先确定主轴计算转速，再按传动顺序由后往前依次确定；最后确定各传动再按传动顺序由后往前依次确定；最后确定各传动件的计算转速。件的计算转速。2.3 计算转速计算转速主轴的计算转速主轴的计算转速min806792020002030r/.)(n.j轴计算转速轴计算转速min

42、265175880r/nj其它传动轴的计算转其它传动轴的计算转速速 178；353；865；1440r/min。2.3 计算转速计算转速各传动副主动件的计算转速各传动副主动件的计算转速)3(5817m/zzmin265r/nj223632264217/z,z/z,z/zz26423038,4522/,z/zz/zzmin330r/nj）5263(72.m/zzmin630r/njmin865r/nj2.3 计算转速计算转速二、机床变速系统中传动件的计算转速二、机床变速系统中传动件的计算转速min806792020002030r/.)(n.j轴计算转速轴计算转速min265175880r/nj其

43、它传动轴的计算转其它传动轴的计算转速速 178；353；865；1440r/min。2.3 计算转速计算转速2.3 计算转速计算转速2.3 计算转速计算转速2.3 计算转速计算转速2.3 计算转速计算转速第四节第四节 无级变速系统的设计无级变速系统的设计一、无级变速一、无级变速 概念：在一定速度范围概念：在一定速度范围内，能连续、任意的变换速内，能连续、任意的变换速度。度。 按传动方式可采用按传动方式可采用液体液体传动、电力传动和机械传动传动、电力传动和机械传动三种方式三种方式2.4 无级变速系统的设计无级变速系统的设计无级变速的特点：无级变速的特点： 无级变速能使机床获得无级变速能使机床获得

44、最佳切削速度，无最佳切削速度，无相对转速损失；相对转速损失； 能够在加工过程中变速，能够在加工过程中变速，保持恒速切削；保持恒速切削； 无级变速系统容易无级变速系统容易实现实现自动化操作。自动化操作。 因而是因而是数控机床的主要变速形式。数控机床的主要变速形式。 2.4 无级变速系统的设计无级变速系统的设计变速电机无极变速变速电机无极变速 直流复励电机变速直流复励电机变速 交流变频电机变速交流变频电机变速2.4 无级变速系统的设计无级变速系统的设计 交流电动机定子电动势与磁通量和定子电流频率交流电动机定子电动势与磁通量和定子电流频率的乘积成正比，忽略定子绕组电阻和漏感抗时，定子的乘积成正比，忽

45、略定子绕组电阻和漏感抗时，定子电动势数值等于定子绕组相电压；三相假想转子电动电动势数值等于定子绕组相电压；三相假想转子电动势为定子电动势与转差率的乘积；在额定相电压、额势为定子电动势与转差率的乘积；在额定相电压、额定载荷下工作时转差率不变（定载荷下工作时转差率不变（19%） ，转子电流亦，转子电流亦为恒定值；当频率高于额定频率时，定子电动势不变，为恒定值；当频率高于额定频率时，定子电动势不变，磁通量随定子电流频率的增高而降低，转速随定子电磁通量随定子电流频率的增高而降低，转速随定子电流频率的增大而线性增大，假想转子的电磁转矩与磁流频率的增大而线性增大，假想转子的电磁转矩与磁通量成正比而线性下降

46、，输出功率维持额定条件下的通量成正比而线性下降，输出功率维持额定条件下的大小不变，故定子电流频率高于额定频率的调速为大小不变，故定子电流频率高于额定频率的调速为恒恒功率调速。功率调速。 普通感应电动机的恒功率变速范围为普通感应电动机的恒功率变速范围为1.51.5 电动机在额定条件下工作时，磁场已达到近似饱和电动机在额定条件下工作时，磁场已达到近似饱和的程度，故频率低于额定频率时，磁通量近似不变，的程度，故频率低于额定频率时，磁通量近似不变，转子的电磁转矩为恒定值，定子电动势随电流频率的转子的电磁转矩为恒定值，定子电动势随电流频率的降低而线性降低，假想转子的输出功率随定子电流频降低而线性降低，假

47、想转子的输出功率随定子电流频率的降低而线性降低，故称定子频率低于额定频率的率的降低而线性降低，故称定子频率低于额定频率的调速为恒转矩调速。恒转矩变速范围超过二百，最低调速为恒转矩调速。恒转矩变速范围超过二百，最低转速可达转速可达6r/min6r/min。 交流变频电动机额定转速为交流变频电动机额定转速为1500r/min1500r/min或或2000r/min2000r/min，恒功率变速范围为恒功率变速范围为3 3、4 4； 2.4 无级变速系统的设计无级变速系统的设计二、直线运动无级变速二、直线运动无级变速 伺服电动机和步进电动机是伺服电动机和步进电动机是恒转矩变速恒转矩变速，功率不，功率

48、不大。只能用于大。只能用于直线进给运动和辅助运动直线进给运动和辅助运动。如果调速电。如果调速电动机驱动载荷特性是恒转矩负载，如龙门刨的工作台动机驱动载荷特性是恒转矩负载，如龙门刨的工作台等，可直接利用电动机的恒转矩转速拖动直线运动部等，可直接利用电动机的恒转矩转速拖动直线运动部件，使电动机的恒转矩变速范围等于直线运动部件的件，使电动机的恒转矩变速范围等于直线运动部件的恒转矩变速范围，电动机额定转速产生直线运动部件恒转矩变速范围，电动机额定转速产生直线运动部件的的最高速度最高速度。 2.4 直线运动无级变速直线运动无级变速二、无极变速主传动系统设计原则二、无极变速主传动系统设计原则 选择功率和转

49、矩特性符合传动系统要求的变选择功率和转矩特性符合传动系统要求的变速装置速装置 龙门刨床的工作台龙门刨床的工作台选择恒转矩为主的直选择恒转矩为主的直流电动机流电动机 车、铣床主轴车、铣床主轴选择恒功率的机械无极变选择恒功率的机械无极变速装置、变速电动机串联机械分级变速箱速装置、变速电动机串联机械分级变速箱2.4 直线运动无级变速直线运动无级变速 无级变速装置与机械分级变速箱串联扩大变无级变速装置与机械分级变速箱串联扩大变速范围速范围 如果机床主轴要求的变速范围为如果机床主轴要求的变速范围为R Rn n，选取无极，选取无极变速装置的变速范围为变速装置的变速范围为R Rd d，则串联的机械分级变，则

50、串联的机械分级变速箱的变速范围速箱的变速范围R Rr r为为2.4 直线运动无级变速直线运动无级变速1 -fZfdnRRR机械分级变速箱机械分级变速箱的变速级数的变速级数机械分级变速箱机械分级变速箱的公比的公比2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速三、主运动为旋转运动的无级变速三、主运动为旋转运动的无级变速主轴要求的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围 远大于调速电动机远大于调速电动机的恒功率变速范围的恒功率变速范围 ，必须串联分级变速系统来扩必须串联分级变速系统来扩大电动机的恒功率变速范围，以满足机床需求。大电动机的恒功率变速范围，以满足机床需求。 PnRmR 电动机的额定转速产

51、生主轴的计算转速；电动电动机的额定转速产生主轴的计算转速；电动机的最高转速产生主轴的最高转速。机的最高转速产生主轴的最高转速。2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速假设假设调速电动机的恒功率变速范围为调速电动机的恒功率变速范围为 ，串联变速，串联变速组公比为组公比为 ，则：，则：pFRFpR (1)2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速FpR (2)2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速FpR (3)2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速串联的分级传动系统的公比串联的分级传动系统的公比等于等于电动机恒电动机恒功率变速范围时，输出的无级转速的功率变速范围时

52、，输出的无级转速的变速变速范围最大范围最大。换言之，变速范围一定，当分级传动系统换言之，变速范围一定，当分级传动系统的公比与电动机恒功率的公比与电动机恒功率相等相等时，需串联的时，需串联的变速组数变速组数最少最少。 2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速调速电动机的恒功率变速范围调速电动机的恒功率变速范围为为 ，在保证输出转速连续，在保证输出转速连续前提下，串联前提下，串联一个双速变速一个双速变速，获得的最大变速范围为获得的最大变速范围为 ，此时此时: m2m2aPZZFm2mF2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速串联串联两个双速变速组两个双速变速组后，能后，能得到的连续

53、无级转速的最大得到的连续无级转速的最大变速范围是变速范围是 ，这时，这时: 4m4baPPZZFm42.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速调速电动机串联级双速变速组后，能获得的最大变速调速电动机串联级双速变速组后，能获得的最大变速范围是：范围是： ZFPnRkZ2mF2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速mPnRZlglgmin2lglgminminZk 为自然数，且采用为自然数，且采用收尾法圆整收尾法圆整。 k21minZ2Z取：取：42minZ4Z取：取：例：若若变速范围一定变速范围一定时，至少要串联的变速组数：时，至少要串联的变速组数：2.4 旋转主运动的无级变速旋转

54、主运动的无级变速 分级传动系统的公比一般比电动机的恒功率变速范分级传动系统的公比一般比电动机的恒功率变速范围小，围小，分级传动系统的实际公比分级传动系统的实际公比为为:111zmPnZPmPnZpFFRRRR2.4 旋转主运动的无级变速旋转主运动的无级变速串联的分级传动系统串联的分级传动系统注意点：注意点：最小传动比应采用最小传动比应采用前缓后急前缓后急的原则；的原则；扩大顺序与传动顺序应采用扩大顺序与传动顺序应采用前密后疏前密后疏的原则的原则 ；应遵循极限传动比、极限变速范围的原则。应遵循极限传动比、极限变速范围的原则。 2.4 旋转主运动的无级变速实例旋转主运动的无级变速实例例例2-6 某

55、数控机床，主运动由变频电动机驱动，电动某数控机床，主运动由变频电动机驱动，电动机连续功率机连续功率7.5kW，额定转速，额定转速 ，最，最高、最低转速高、最低转速 ，机床主轴最高、最低转速机床主轴最高、最低转速 ： ， ，计算转速：，计算转速： 。设计所串联的分级传动系统。设计所串联的分级传动系统。min/15000rn min/4500max0rnmin/6min0rnmin/3550maxrnmin/5 .37minrnmin/150rnj2.4旋转主运动的无级变速实例旋转主运动的无级变速实例解：解：主轴要求的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围247 .231503550PnR电动机的

56、恒功率变速范围是电动机的恒功率变速范围是3，即，即 3mPmR该系统至少需要的转速级数、变速组数该系统至少需要的转速级数、变速组数 89. 23lg24lglglgminmPnRZ2.4旋转主运动的无级变速实例旋转主运动的无级变速实例53. 12lg89. 2lg2lglgminminZk2k4Z分级传动系统的实际公比为分级传动系统的实际公比为2324141ZmPnFRR结构式为结构式为 21224收尾圆整得：收尾圆整得： 2.4旋转主运动的无级变速实例旋转主运动的无级变速实例分级传动系统的最小传动比分级传动系统的最小传动比 322. 3min211011500150i根据前缓后急的原则分配最

57、小传动比：根据前缓后急的原则分配最小传动比： 82. 211bi211ai77. 110i其它传动副的传动比其它传动副的传动比 122112Faaii2.4 旋转主运动的无级变速实例旋转主运动的无级变速实例41. 1282. 212212Fbbii调速电动机的最低工作转速调速电动机的最低工作转速min/375min/105 .37minrrnm电动机最低工作转速时所传递的功率电动机最低工作转速时所传递的功率 kWkWnnPPmmm875. 100153755 . 70minmin2.4 旋转主运动的无级变速实例旋转主运动的无级变速实例4500150037537.5150300600120045

58、0900180035501:11:1.771:21:2.821.41:13751500450015037.5450900300180060035501200MP00图2-12 某数控机床转速图2.4 增大恒功率无级变速范围增大恒功率无级变速范围五、增大恒功率无级变速范围的方法五、增大恒功率无级变速范围的方法如果要求每段转速的无级变速范围如果要求每段转速的无级变速范围 ，应增，应增大电动机的功率，增大的比率为大电动机的功率，增大的比率为 ，即，即将电动机的功率扩大将电动机的功率扩大 倍，传递功率倍，传递功率 的最低转的最低转速为速为 ，从而使电动机传递功率为，从而使电动机传递功率为 的转的转速范

59、围变为速范围变为 。 mFjRmFj/RkmPk /nn00kmPFjmmRk 2.4 增大恒功率无级变速范围增大恒功率无级变速范围从另一角度考虑，电动机传递功率从另一角度考虑，电动机传递功率 的最低转速的最低转速（额定转速）仍为（额定转速）仍为 ，主轴传递电动机额定功率的，主轴传递电动机额定功率的最低转速（计算转速）则为最低转速（计算转速）则为 ，对于增加功对于增加功率后的电动机来讲，提高了主轴的计算转速，率后的电动机来讲，提高了主轴的计算转速，这样在这样在某种程度上，简化了无级变速中串联的分级传动系统某种程度上，简化了无级变速中串联的分级传动系统的设计。的设计。mP0njjnkn2.4 增

60、大恒功率无级变速范围增大恒功率无级变速范围例：例：上述机床，若要求主轴每段的恒功率无级转上述机床，若要求主轴每段的恒功率无级转速范围速范围 ，确定其分级变速系统，确定其分级变速系统。4FjR解：解：主轴要求的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围24；电动机功率变为电动机功率变为 kWkWPm10345 . 7电动机传递电动机传递7.5kW时的最低转速为时的最低转速为 min/1125min/4315000rrn2.4 增大恒功率无级变速范围增大恒功率无级变速范围至少需串联的双速变速组数和传动副数为至少需串联的双速变速组数和传动副数为 30. 24lg24lgminZ2 . 12lg3 . 2