机电装备设计第二章(2-4)

1第二章机电装备传动系统设计

机电装备传动系统按其功用和驱动电动机的不同，分为○主传动系统(CuttingTransmission)；○普通进给传动系统（FeedingTransmission)；○伺服驱动进给传动系统(ServoFeedingTransmission)

本次课为第2讲

讲述的内容如下：2.1主传动系统设计2.1.1基本要求2.1.2分类和布局形式2.1.3有级变速主传动系统设计22.1主传动系统设计定义：运用转速图的基本原理，拟定满足转速数列的经济、合理的传动系统方案，确定主要传动件的空间布置。内容：★选择变速组及其传动副数；★确定各变速组中的传动比；★计算齿轮齿数和皮带轮直径；★设计主要传动件的空间布置、轴向定位及其结构尺寸。组成：由动力源、变速装置及执行件(如主轴、刀架、工作台)，开停、换向和制动机构等部分组成。动力源给执行件提供动力，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。31）满足机电装备使用性能要求；运动特性、调速范围、加工精度、传动系统应设计合理、操纵方便、灵活、安全可靠。2）满足机电装备传递动力要求；主电机和各传动件能提供并传递高效率的功率和转矩。3）具有足够的精度和刚度，传动平稳；4）具有足够的抗振性和热稳定性，噪声低；5）满足产品设计经济性的要求；传动链尽可能短，零件数要少，节省材料，降低成本。6）调整维修方便，结构简单、合理，工艺性好，防护性能好。2.1.1基本要求42.1.2分类和布局形式1、分类1）按动力源的类型，分为交流电动机驱动、直流电动机驱动和液压驱动。驱动方式的选择主要根据机电装备的变速形式和运动特性要求来确定。2）按变速的连续性，分为有级变速传动和无级变速传动。有级变速传动是在一定的变速范围内均匀，变速级数不超过20～30级。有级变速方式:滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器变速。

5优点:除摩擦片式离合器外，传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，应用于各种普通机床。缺点:有速度损失，不能在运转中变速。摩擦片离合器：可在运转过程中变换转速，操纵方式为机械的、电磁的或液压的，便于实现自动化。但传动比不准确，发热量大。无级变速传动：可在一定的变速范围内连续变速，以得到最有利的速度，能在运转中变速，便于实现变速自动化。构成：由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和无级变速电动机实现。特点：机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用在中小型车床、铣床等的主传动中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动中。6※无级变速电动机：直流电动机或交流变频调速电动机，可大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，广泛应用在数控机床上。为了匹配主轴的性能要求，扩大恒功率无级变速范围，常在无级变速电动机与机床主轴之间串联机械有级变速装置。变速形式的选择主要考虑机电装备的自动化程度和成本两个因素。72、布局形式1）集中传动布局传动系统的全部传动件、变速装置和执行件集中装在一个箱体内，称为集中传动式布局。多数通用机床的主传动系统都采用这种布局。

优点：结构紧凑，便于实现集中操纵和调整与维修，箱体数目少，降低了成本。缺点：高速运转的传动件所产生的振动和发热会直接影响主轴的工作精度。这种传动布局适用于普通精度的大中型机床。82）分离传动式

有些高速、高精度机电装备，为了避免变速箱的振动和热变形对执行件的影响，常把变速箱与执行件分开，即把传动系统的主要传动件和变速机械与执行构件分别装在两个不同的箱体内，中间用皮带、链条等方式传动，称为分离传动式布局。

优点：●变速箱各传动件所产生的振动和热量不会传给或少传给主轴，减少了主轴的振动和热变形，提高了机床的工作精度；●高速运转时，运动由皮带经齿轮离合器直接传动，传动链短，主轴高速转时平稳，传动效率高，转动惯量小，便于启动和制动；●主轴作低速运转时，运动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。缺点：多了一个箱体，增加加工成本；低速时皮带负荷大，容易打滑。这种布局方式适用于中、小型高速精密机床。9主轴背轮机构CM6132型精密卧式车床的传动系统图10普通卧式车床主传动布局图113、变速机构在传动链中的位置

变速机构零件多，传动件的尺寸决定于所传递的转矩。功率一定，转矩与转速成反比。□变速机构应位于传动链的高速部分。□执行件的转速较低，变速机构接近动力源，降速机构在后。□有时需要限制变速机构的线速度不能过高。

由于噪声与传动件(如齿轮)的线速度有关，过高的转速会导致噪声增大，故需限制变速机构的线速度不能过高。122.1.3有级变速主传动系统设计

根据已确定的主传动系统的运动参数，合理地排列转速数列；

拟定结构式、转速图；

分配各变速组中传动副的传动比；

确定齿轮齿数和带轮直径等；

绘制主传动系统图。设计任务：131、转速数列的设计

1）转速的合理排列方式分析所设计机床可能进行的工序，从中选择要求最高、最低转速的典型工序，按照典型工序刀具、工件材料、切削速度和刀具(或工件)的直径，计算出nmax、nmin及变速范围Rn。主轴转速是按等比级数排列的，其公比为φ，各级转速为14

等比级数排列优点：●使转速范围内的转速相对损失均匀；假设，某加工工序所要求的合理转速为n，在机床的Z级转速中没有这级转速n。n落在nj

和nj+1

之间，即nj＜n＜nj+1

。采用nj+1比n转速高，高的切削速度会使刀具耐用度下降。为不降低刀具耐用度，一般选用nj，造成转速损失为n-nj，相对转速损失率为在直径、进给、切深不变的情况下，转速损失反映了生产率的损失。15对普通机床，如果每级转速的使用机会都相等，应使Amax为一定值，即●简化变速传动系统的设计按等比级数排列的主轴转速，便于用若干滑移齿轮串联来实现。当每一滑移齿轮组的各传动比是等比数列时，各级传动比的乘积，即主轴转速也是等比数列。162）公比φ的标准值和标准转速数列

公比φ标准值遵循的原则：☆转速由nmin至nmax

递增，1＜φ。为限制最大相对转速损失率不超过50％，故1＜φ＜2。☆为便于采用双速或多速电动机驱动，简化机床的变速机构应满足双速电动机的两个转速的比值通常为2，如3000／1500或3000／1500／750等。☆为便于设计和使用机床希望转速数列是十进位的，则应满足下式的关系17我国机床专业标准规定了七个标准公比，如表2-1，其中1.06、1.12、1.26符合上述三条原则，其余四个标准公比只是10或2的正整数次方。183)公比的选用

φ值小则相对转速损失小，但当变速范围一定时变速级数将增多，结构复杂。○对于中型通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取φ

=1.26或1.41；○对于大批生产用的专用机床，专门化机床及自动机，取φ＝1.12或1.26，因其生产率高，转速损失影响较大，且又不经常变速，用交换齿轮变速，不会使结构复杂；○对于大型通用机床，由于工件尺寸大，因而切削时间较长，速度损失影响明显，需要选用较合理的切削速度，而主传动系统结构复杂些和体积大些是允许的，因此，应选用较小的公比，取φ＝1.06、1.12或1.26○非自动化小型机床，加工中切削时间远小于辅助时间，转速损失大些影响不大，取φ＝1.58、1.78甚至2。194）由等比级数规律可知变速范围Rn、公比φ和级数Z的关系上式给出了Rn、φ和Z三者的关系，已知任意两个可求第三个，由公式求出的φ和Z

，应圆整为标准数和整数。202、转速图和结构式1）转速图转速图是分析和设计分级变速传动系统的重要工具，由一些互相平行和垂直的格线组成。距离相等的一组水平线与竖直线相交，得相应的圆圈交点，代表各轴的转速。将转速图上的竖直线坐标取为对数坐标，代表各级转速的水平线的间距相等，任意相邻两水平线相距一格，即一个lgφ，即相邻转速之比是φ，卧式车床φ＝1.41，在Ⅳ轴上有12个转速点，表示主轴具有12级转速，从31.5～1400r／mIn。21卧式车床传动系统图变速组C22转速图23转速图上相邻两轴格线转速点之间的连线，表示一对传动副传动比u，用主动齿轮与被动齿轮的齿数比或主动带轮与被动带轮的轮径比表示。●

传动比u与速比i互为倒数关系，即u＝1/i；●在转速图中，传动比的大小以代表该传动副的连线倾斜方向和倾斜程度表示；

1）连续向右下方倾斜为降速传动，

u<1；

2）向右上方倾斜为升速传动，u>l

；

3）水平连线则为等速传动，u=1；在转速图上两轴间相互平行的连线是代表同一传动副。24◆主轴的各级转速的传动路线；◆主轴得到这些转速所需的变速组数目及每个变速组中的传动副数；◆各个传动比的数值；◆传动轴的数目；◆传动顺序及各轴的转速级数与大小。转速图可表示：25电动机轴与I轴之间为皮带定比传动，其传动比为轴I～II间的变速组a有三个传动副，其传动比分别为轴Ⅱ～

Ⅲ

轴间的变速组b有两个传动副，其传动比分别为轴Ⅲ

～Ⅳ之间的变速组c有两个传动副，其传动比分别为26

2）结构网及结构式结构网或结构式用于分析和比较不同的传动系统设计方案，与转速图的主要差别是：▲结构网只表示传动比的相对关系，不表示传动比和转速的绝对值；▲结构网上代表传动比的射线呈对称分布；▲结构网也写成结构式来表示；下图结构式12＝31x23x26式中：△12表示主轴的变速级数；△3、2、2分别表示按传动顺序排列各变速组的传动副数；即变速组a的传动副数为3，变速组b的传动副数为2，变速组c的传动副数为2；△结构式中的下标1、3、6表示各变速组中相邻两传动比相距的格数。27变速组内相邻两传动比之比称为级比,即相邻两传动比相距的格数称为级比指数，用xi表示。设计时要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级数比指数为1，此变速组称为基本组。基本组的级比指数用x0表示，即x0＝1。28△上例的(31)即为基本组；△后面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x1

，一般等于基本组的传动副数p0，即x1=p0；△上例中基本组的传动副数p0=3，变速组b为第一扩大组，其级比指数为x1=3。经扩大后，Ⅲ轴得3×2=6的转速；△第二扩大组将第一扩大组扩大的变速范围第二次扩大，级比指数x2等于基本组的传动副数和第一扩大组传动副数的乘积，即x2=p0p1＝3×2＝6

，经扩大后使Ⅳ轴得到3×2×2＝12种转速；△如有第j扩大组，则依次类推，其级比指数xj=p0p1…pj-129○变速组按其级比指数xi值，由小到大的排列顺序称为扩大顺序，即基本组、第一、第二…扩大组；○在结构上，由电动机到主轴传动的先后排列顺序称为传动顺序，即变速组a、b、c…；○设计传动系统方案时，传动顺序和扩大顺序可能一致，也可能不一致。图示方案是传动顺序和扩大顺序相一致的情况，若将基本组和各扩大组采取不同的传动顺序，还有许多方案。如：12＝32×21×26;12＝32×26×21;12=31×26×23;12＝34×21×22;12＝34×22×21;303132变速组内的相邻传动比关系可以表述于结构式或结构网上。●一个结构式对应一个结构网；●一个结构式可以画出不同的转速图(改变中间轴的转速)；●但一个转速图只能表示出一个结构式。33总结结构网或结构式简单、直观，能清楚地表示出变速传动系统中主轴转速级数Z、各变速组的传动顺序、传动副数pi,各变速组的级比指数xi和各变速组的变速范围。342.1.3有级变速主传动系统设计2.1.4无级变速主传动系统设计2.1.5数控机床主传动系统设计2.2计算转速本节课内容353、各变速组的变速范围及极限传动比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。即在上例中，基本组的变速范围为第一扩大组的变速范围第二扩大组的变速范围变速组变速范围通式36设计主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，按照以下规定：★限制降速传动比的最小值umin≥1/4；★升速传动避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制直齿轮的最大升速比umax≤2；★斜齿轮传动较平稳，取umax≤2.5；

各变速组的变速范围限制如下：◎主传动各变速组的最大变速范围为

Rmax＝u主max/u主mix≤(2～2.5)／0.25＝8～10；◎进给传动链，由于转速较低，传动功率较小，零件尺寸也较小，可为umax≤2.8，umin≥1/5

，进给传动系统的最大变速范围为Rmax≤14。37检查变速组的变速范围是否超过极限时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小。主轴变速范围等于主传动系统中各变速组变速范围的乘积，即举例1：

12=31×23×26

，φ＝1.41，判断变速组的变速范围是否超过极限值？举例2：

12=21×22×34

，φ＝1.41，判断变速组的变速范围是否超过极限值？384、转速图的拟定

1）变速组及其传动副数的确定○采用双联或三联滑移齿轮进行变速，每个变速组的传动副数取为p＝2或3，使总的传动副数量最少；○从电动机到主轴，为降速传动，靠近主轴的传动件转速低，传递的转矩大，尺寸也大；○拟定主传动系统时，应尽可能地使靠近电动机的变速组的传动副数多一些，而靠近主轴的变速组中传动副数少一些，即前多后少的原则。392）基本组和扩大组的确定在设计主传动系统时，尽可能做到变速组的扩大顺序与传动顺序一致，其优点为：▲中间传动轴的变速范围缩小，即最高转速与最低转速的差值较小，有利于缩小该轴上的传动件的尺寸；▲当变速组的扩大顺序与传动顺序相一致时，前面变速组的传动比连线的分布紧缩，而后面变速组传动比连线的分布较疏松；

“变速组的扩大顺序与传动顺序相一致”原则可简称“前密后疏”原则。403）合理分配传动比的数值结构网或结构式确定后，拟定转速图，合理分配各传动副的传动比，应注意：■各传动副的传动比应尽可能不超过极限传动比umin和umax

；■各中间传动轴应有较高的转速；■在传动顺序上各变速组的最小传动比，应采取逐渐降速的原则，即要求：uamin≥ubmin≥ucmin≥…≥ujmin

。可使中间传动轴的最低转速提高，即所谓先慢后快的原则。但，中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。通常，中间轴的最高转速不超过电动机的转速。413）合理分配传动比的数值结构网或结构式确定后，拟定转速图，合理分配各传动副的传动比，应注意：■各传动副的传动比应尽可能不超过极限传动比umin和umax

；■各中间传动轴应有较高的转速；■在传动顺序上各变速组的最小传动比，应采取逐渐降速的原则，即要求：uamin≥ubmin≥ucmin≥…≥ujmin

。可使中间传动轴的最低转速提高，即所谓先慢后快的原则。但，中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。通常，中间轴的最高转速不超过电动机的转速。425、主传动系统的几种特殊变速方式主传动系统的设计方实际情况比较复杂，有时要采用多速电动机传动、交换齿轮传动和公用齿轮传动等特殊变速方式。1）采用多速电动机的主传动系统设计采用多速异步电动机和变速方式联合使用，可简化机床机械结构，可在运转中变速，适用于半自动、自动机床及普通机床。机床上常用双速或三速电动机，同步转速(750/1500)r/min、(1500/3000)r/min、(750/1500/3000)r/min，电动机的变速范围为2～4，级比为2。

43转速级数共8级。公比φ＝1.41，其结构式为8＝22×21×24

，变速组作为第一扩大组，Ⅰ～Ⅱ轴间的变速组为基本组，传动副数为2，Ⅱ～Ⅲ轴间变速组为第二扩大组，传动副数为2。44▲当电动机在高速时，没有完全发挥其能力；▲随着电动机变速级数的增加和转速的降低，其体积也大，价格也高；▲电气控制较为复杂。特点：452）采用交换齿轮变速的传动系统成批生产用的机床，如自动或半自动车床、专用机床和齿轮加工机床等，加工中不需要变速或仅在较小范围内变速，但换一批工件加工，有可能需要变换成别的转速或在一定的转速范围内进行加工。变速时间的长短对生产效率的影响不大。为简化结构，常采用交换齿轮变速方式，或将交换齿轮与其他变速方式(如滑移齿轮、多速电动机等)组合应用。46图2-8所示为液压多刀半自动车床主变速传动系统，在Ⅰ～Ⅱ轴间采用了交换齿轮。47○交换齿轮变速可以用少量齿轮，得到多级转速，不需要操纵机构，变速箱结构大大简化。○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。结构允许，交换齿轮变速组一般放在传动链的前面，这可使其传递转矩较小，故尺寸小，结构紧凑。特点：483）采用公用齿轮的变速传动系统在传动系统中的某个齿轮，既是前一变速组的被动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮，可与前后传动轴上的两个齿轮相啮合的齿轮，称为公用齿轮。○采用公用齿轮可以减少齿轮个数，缩短轴向尺寸；○按相邻变速组内公用齿轮数目，有单公用和双公用齿轮；○采用公用齿轮时，两个变速组的模数必须相同。○因公用齿轮轮齿受对称循环弯曲应力，其弯曲疲劳许用应力比非公用齿轮要低，可选择变速组内较大的齿轮作为公用齿轮；○公用齿轮磨损较快。4950最后扩大组的变速范围：4）扩大变速范围的传动系统主传动系统的变速级数为51最后一个变速组的变速范围极限：当公比为1.41时，Z≤12；可达最大变速范围：当公比为1.26时，Z≤18；可达最大变速范围：52某些通用性较高的车床和铣床的变速范围一般在140～200之间，甚至超过200，采取的扩大变速范围的通用方法有：

增加变速组采用背轮机构采用分支传动双公比传动53(1)增加变速组在原变速传动系统内再增加一个变速组，是扩大变速范围的方法。但受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。如，公比φ＝1.41，结构式为12=31×23×26

，最后扩大组的级比指数为6，变速范围极限值8。再增加一个变速组作为最后扩大组，其结构式应为24＝31×23×26×212，最后扩大组的变速范围将等于64，超出极限值。将新增加的最后扩大组的级比指数仍取6，在最后两个变速组26×26

中重复了一个转速，只能得到3级变速，传动系统的变速级数只有3×2×(2×2－1)＝18级。54

重复的转速55又称单回曲机构，若两对齿轮皆为降速，且取极限传动比umin=1/4，则背轮机构的

最小传动比u2=1/16。因此，背轮机构变速组的极限变速范围为

Rmax＝u1／u2＝16(2)采用背轮机构562.1.4无级变速主传动系统设计1、分类主传动常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、液压无级变速和机械无级变速装置。1）变速电动机变速电动机有：直流调速电动机和变频交流电动机。○在额定转速以上为恒功率变速，调速范围2～3，范围较小；○额定转速以下为恒转矩变速，调整范围可达30以上；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。572）液压无级变速装置通过改变输入液压缸或液动机中液体的流量来实现无级变速。

特点: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。

常用于主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。3）机械无级变速装置变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型和宽带型等多种结构，都是利用摩擦力来传递转矩，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，多数是恒转矩传动，通常较少单独使用，而是与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。应用于要求功率和变速范围较少的中小型车床、铣床等机床的主传动中，更多地用于进给变速传动中。582.1.5数控机床主传动系统设计现代切削加工正朝向高速、高效和高精度方向发展，对机床的性能提出越来越高的要求。★恒转矩调速范围达1:100～1:1000；★恒功率调速范围达1:10以上；★功率范围达2.2～250kw；★能在切削加工中自动变换速度；★机床结构简单，噪声要小，动态性能要好，可靠性要高等。59数控机床主传动设计特点：1、主传动采用直流或交流电动机无级调速

直流电动机无级调速：采用调压和调磁方式来得到主轴所需的转速。当电枢电压恒定时，改变电动机励磁电流可以调速。由式，电动机的转速与磁通φ（即励磁电流）成反比，当磁φ↓，转速n↑，反之亦然。从电磁转矩公式，当电枢电流不变时，磁φ↓，电动机的输出转矩T↓。◎这种调速方法，当电动机磁通φ↓，其转速n↑，转矩T↓

。◎在额定电压和额定电流下，不同转速n时，电动机始终输出额定功率。这种调速方法称为恒功率调速。

通过调节电枢电压，保持励磁电流恒定的方法进行调速，为恒转矩调速，起动力矩大，响应快，能满足低速切削需要；

从额定转速至最高转速，通过改变励磁电流，改变励磁磁通，保持电枢电压恒定的方法进行调速，为恒功率调速。直流电动机恒转矩调速范围达30或更大；恒功率调速范围仅达2～3，满足不了机床的要求。直流电动机在早期的数控机床上应用较多。

交流电动机无级调速通过变频进行变速。当转速为1500r/min时，恒功率调速范围达1:4左右。

61622、驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计

设计数控机床主传动时，须考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。通常，恒功率区约占整个主轴变速范围的2/3～3/4，恒转矩区约占1/4～1/3。机床主轴要求的功率特性和转矩特性恒功率区恒转矩区63★直流电机的额定转速为1000～1500r／min。从nd至nmax用调磁调速；从nmin至nd用调节电枢法调速。★交流变频电动机额定转速为1500r／min。这两种电动机的恒功率转速范围常为2～4，恒转矩变速范围则可达100以上。★变速电动机的功率特性与机床主轴的要求不配。主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率变速范围；在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率调速范围。

满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。64设计分级变速箱时，主要考虑机床结构复杂程度、运转平稳性。变速箱公比φf选取有三种情况：1）取变速箱的公比φf等于电动机的恒功率调速范围RdP，即φf

＝RdP特点：功率特性图是连续、无缺口和无重合的。如变速箱的变速级数为Z，则主轴的恒功率变速范围有652）为简化变速箱结构，变速级数应少些，变速箱公比可取大于电动机的恒功率调速范围RdP,即φf

＞RdP。特点：变速箱每档内有部分低转速只能恒转矩变速，主传动系统功率特性图中出现“缺口”，称之功率降低区。为保证缺口处输出功率，电动机的功率应相应增大。主轴的恒功率变速范围有663）如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时取，φf

＜RdP特点：主传动系统功率特性图上有小段重合，这时变速箱的变速级数为，某一数控机床主轴的最高转速为8000r/min，计算转速为125r/min，最大切削功率为6.5kw，采用交流调频主轴电机，额定转速为1500r/min，最高转速6000～8000r/min

。试设计分级变速箱的传动系统和选用电机功率。672.2计算转速承受转矩是结构设计的依据。机电装备上的载荷取决于零件所传递的功率和转速。机电装备变速传动链内的零件，有的转速是恒定的，有的转速是变化的，变速传动件应根据哪一个转速进行动力计算？2.2.1机床的功率转矩特性

1）在切削深度和进给量不变的情况下，切削速度对切削力的影响不大。因此，主运动是直线运动的机床（如刨床），执行件（如刨床工作台）在所有转速下承受的转矩也相同，这类机床的主传动为恒转矩传动。

2）主运动作旋转运动的机床（如车床、铣床等），在切削深度和进给量不变的情况下，主轴在所有转速下承受的转矩与工件或刀具的直径基本成正比，即T=Fd，但主轴的转速与工件或刀具的直径成反比，即。较低转速多用于大直径刀具或加工大直径工件，这时要求的输出转矩增大了，由于P=Tn/9550，所以主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率传动。68○通用机床的应用范围广，变速范围大，使用条件复杂，主轴的转速和传递的功率是经常变化的。○通用车床主轴转速的低速段，用来切削螺纹、铰孔或精车等，消耗功率较少，计算时如按传递全部功率算，会使传动件的尺寸不必要的增大，造成浪费。○在主轴转速的高速段，受电动机功率的限制，背吃刀量和进给量不能太大，传动件所受的转矩随转速的增加而减少。主轴或各传动件传递全部功率的最低转速为计算转nj。计算转速69从最高转速nmax→nj间，主轴能传递全部功率。该区域内，主轴最大输出转矩应随转速的降低而加大，→恒功率区从nj→nmin，该区域内各级转速无需传递全部功率。主轴输出转矩不随转速的降低而加大，保持nj时的转矩不变→恒转矩区702.3进给传动系统设计2.3.1概述2.3.2进给传动系统设计特点2.3.3进给运动部件爬行控制2.3.4电伺服传动系统设计2.4微量进给装置设计

本节课内容712.3进给传动系统设计2.3.1概述

进给传动系统用来实现机电装备的进给运动和辅助运动。1、系统组成由动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险装置、快速行程运动传动链、运动转换机构和执行件等组成。◎进给传动可用单独电动机作为动力源，便于缩短传动链，实现几个方向进给运动和机床自动化；也可与主传动共用一个动力源，便于保证主传动和进给运动之间的严格传动比关系，适用于有内联传动链的机床，如车床、齿轮加工机床等。◎重型机床为简化结构，进给传动大都采用单独驱动或每个进给方向都有单独的电动机驱动。如数控机床采用步进电动机或伺服电动机以保证各个进给运动之间的严格运动联系。72常用进给传动系统的变速机构有交换齿轮变速、滑移齿轮变速、齿轮离合器变速、棘轮机构变速、凸轮机构变速、机械无级变速和伺服电动机变速等。2、基本要求1）有足够的静刚度和动刚度；2）具有良好的快速响应性，做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高；3）抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声；4）具有足够宽的调速范围，能实现所要求的进给量，以适应不同加工材料和刀具，满足不同零件加工要求；5）进给系统的传动精度和定位精度要高；6）结构简单，加工和装配工艺性好。调整维修方便，操纵轻便灵活。732.3.2普通机械进给传动系统设计特点1、进给功率机床的进给量都比较小，最小进给量可0.01mm/r，甚至每转几微米。为了实现低速移动，须考虑降速的问题。2、动作进给传动系统要求能完成手调、换向、接通与断开、运动分配等动作，操纵比较频繁。一般应从操纵方便、迅速、可靠与省力出发，选择合理的机构与布置。

3、运动形式多数进给运动是直线运动且是连续的。动力源多为旋转运动，机床多用齿轮齿条、丝杠螺母等机构把旋转运动变为直线运动。742.3.3进给运动部件的爬行1、爬行（creep)在精密或数控机床上，进给部件做低速运动或微小位移(0.05～0.50mm/min或0.001～0.05/次)，运动部件的移动会出现跳跃式时停时走的运动状态，这种爬行现象一般只在低速运动时发生，将严重的影响机床的加工精度和表面质量，必须重视和加以解决。752、产生爬行现象的原因原因：与摩擦力特性及传动系统刚度等有关。试验表明，两个物体之间的摩擦因数随着速度的变化而变化。物体静止时的摩擦因数最大，为静摩擦因数fs，物体有相对运动时的摩擦因数，为动摩擦因数fd。两个物体存在着液体润滑时，摩擦因数将随速度发生变化。○两个物体有相对运动时，由静摩擦因数逐渐下降为动摩擦因数，动摩擦因数随速度增加而逐渐下降；○两物体间由干摩擦转化为半干摩擦，当速度增加到一定值时，完全转化为液体摩擦时，摩擦性质发生质变，摩擦因数将随速度的增加而增大。76进给系统可简化为运动模型。驱动系统是一弹性体设其弹簧刚度为k。●当驱动体以匀速v从D点开始向右移动时,由于摩擦阻力,开始移动后的一短时间内被驱动件不动，弹簧被压缩；●当驱动体移动了距离x0

时,其弹性力kx0

超过了静摩擦力Fs时被驱动体才开始移动；●被驱动体移动后静摩擦力Fs→动摩擦力Fd

,kx0>Fd，储存在弹簧内的势能释放,被驱动体获得加速度使之跳跃。刚度k77●当弹簧力等于动摩擦力时,被驱动体受力平衡，但由于惯性力,它不作等速运动，被驱动体继续跳跃前冲,弹簧的压缩量进一步减小,弹性