主传动系设计1.ppt

1、3.4 主传动系设计,一、主传动系设计应满足的基本 要求,1、满足机床使用性能要求 满足机床的运动特性：足够的转速范围和转速级数，双行程数范围； 传动系设计合理：操纵方便、灵活、迅速、安全、可靠。,2、满足机床传递动力要求 传递足够的功率和扭矩，有较高的传动效率。 3、满足机床工作性能要求 零、部件有足够的刚度、精度、抗振性，热变形特性稳定。,4、满足产品设计经济性的要求 传动链尽可能简短，零件数目少，节材、降成本。 5、调整维护方便，结构简单、合理，便于加工装配。防护性能好，寿命长。,二、主传动系分类和传动方式,组成：主传动系由动力源（电机）、变速装置、执行件（主轴、刀架、工作台）以及开停、

2、换向和制动机构组成。,作用： 电机给执行件提供动力，得到一定的运动速度和方向； 变速装置传递动力，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。,（一）主传动系分类 按不同的特征分类： 1、按驱动主传动的电动机类型,2、按传动装置类型 分机械传动、液压传动、电气传动、以及它们的组合 3、按变速的连续性 分级变速传动和无级变速传动,分级变速传动 分级变速一般不超过20 30级，在一定范围内只能得到某些转速 传动方式,优点：传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠。 缺点：有速度损失，不能在运转中进行变速。,无级变速传动 无级变速传动可以在一定的变速范围内连续地改变转速，得到

3、最有利的切削速度。,优点： 、在运转中变速，便于实现变速自动化； 、在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定切削速度，提高生产率和加工质量； 、结构简单。,分类特点： 、机械摩擦无级变速器：结构简单，使用可靠（中、小车床，铣床）； 、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（拉床、刨床）； 、电气无级变速器：分直流、交流调速电动机，可简化结构、便于实现自动变速、连续变速、负载下变速（数控机床）。,（二）主传动系的传动方式 1、集中传动方式 集中传动方式：主传动系的全部传动和变速机构集中装在一个主轴箱内。,优点：结构紧凑，便于实现集中操作，安装调整方便。 缺点：产生振动，影响主轴

4、的运转平稳性；传动件产生的热量，使主轴产生热变形，使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。 用途：用于普通精度的大、中型机床。,2、分离传动方式 分离传动方式：主传动系中的大部分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轴箱的传动。,优点：变速箱中各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少许传给主轴，从而减少了主轴的振动和热变形，提高机床的工作精度。,背轮机构的作用： 、当主轴作高速运转时，运动由皮带经齿轮离合器直接传动，主轴传动链短，高速运转平衡，空载损失小； 、当主轴作低速运转时，运动由皮带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动后，转速降低，扩大变速范围。,三、分

5、级变速传动系,（一）拟定转速图和结构式 1、转速图 转速图的作用：表示传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传动副的传动比。,组成：图313卧式车床主变速传动系图和转速图（“三线一点”） a.传动轴格线间距相等的一组竖直格线（细线） 它表示各传动轴，轴号写在上面，自左而右依次标注电、等分别表示电动机轴、轴、轴、轴、轴即主轴，竖线间的距离不代表各轴间的实际中心距；,b.转速格线间距相同的水平格线（细线） 它表示各级转速，由于分级变速机构的转速是按等比级数排列的，则相邻两转速有,取对数：n2-n1= n3-n2= nz-nz-1= 即任意相

6、邻两转速的对数之差均为同一常数，格线间距不代表值的数值大小，每升高（或降低）一格，所代表的转速就升高（降低）倍。,c. 转速点传动轴格线上的圆圈 它代表该轴具有的转速。如在IV轴（主轴）上有12个小圆圈，即12个转速点，表示主轴具有12级转速，从31.5r/min1400r/min,相邻转速的比是=1.41。,d. 传动线传动轴格线间转速点的连线（粗线） 它表示两轴间一对传动副的传动比。有三个特点： 传动比： i速比,特点：传动线的高差可表明传动比的数值。 a、传动线水平，表示等速传动，传动比u=1； b、传动线向右下方倾斜，表示降速传动，传动比1； c、传动线向右上方倾斜，表示升速传动，传动

7、比1； d、传动线向下几格，就是的几次方。,特点：由一个主动转速点引出的传动线数目表示该变速组中不同传动比的传动副有几条传动线，表示该变速组有几对传动副。,特点：两传动轴格线间相互平行的传动线表示同一个传动副的传动比。 转速图是由“三线一点”组成（传动轴格线、转速格线、传动线、转速点）。,例：图3-13 电动机轴与轴之间的皮带轮定比传动： 传动比: （ ）是降速传动，传动线向右下方倾斜两格。 轴的转速为：,轴间的变速组a有3个传动副，其传动比分别为： a1=36/36=1/0=1等速传动 ，下一格 ，下二格,轴间的变速组b，有2个传动副，其传动比分别为： b1=42/42=1/0=1传动线为水

8、平，等速传动 传动线向右下方降3格，降速传动 轴有3种速度，b组有2个传动副，故轴得32=6种转速。,轴之间的变速组c也有2个传动副，其传动比分别为： 传动线向右上方升2格，增速传动 传动线向右下方降4格，降速传动 轴的转速共有62=12种（12级转速）,2、结构式 结构式能够表达变速传动系统中最主要的三个变速参数： 主轴转速级数Z 各变速组的传动副数 Pi 和各变 速组的传动顺序 各变速组的级比指数 Xi,各变速组传动副数Pi的乘积等于主轴转速级数Z，即 Z=P0P1P2P3 式中：Pi为串联的变速组的传动副数。 级比：指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值 或：变速组内相邻传动比之比

9、，即较大的传动比与相邻的较小传动比之比。,级比指数：级比中的指数Xi值，它的物理意义为相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格数。 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比指数为1，称此变速组为基本组。基本组的级比指数用X0表示，X0=1，,如:本例中的（31），即为基本组；后面变速组因起变速扩大作用，所以统称扩大组。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，如本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X1=P0=3。经扩大后，轴得到32=6种转速。,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，其级比指数为X2等于基本组

10、的传动副数和第一扩大组传动副数的乘积，即X2=P0P1=32=6，本例中的c组即是第二扩大组。 （基本组中，变速组的级比 = 转速数列的公比）,经扩大后使轴得到Z=P0P1P2=322=12种转速，如有更多的变速组，则依次类推。（Xn= Xn-1Pn-1） 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=322126 12=233126,一般表达式 Z=（Pa）Xa（Pb）Xb （Pc）Xc （Pi）Xi ( 3-13) Xi=P0P1P2Pi-1 最后扩大组的级比指数Xi为最大。,（二）各变速组的变速范围及极限传动比 传动比=主动轮

11、齿数/被动轮齿数 变速范围：变速组中最大与最小传动比的比值,例 12=312326 式中： P0=3 P1=2 P2=2 X0=1 X1=3 X2=6 基本组的变速范围：(找规律、推出 Ri一般表达式),第一扩大组的变速范围 第二扩大组的变速范围,一般地，变速组的变速范围 变速组的变速范围Ri值中的的指数Xi（Pi-1），就是变速组中最大传动比的传动线与最小传动比的传动线所拉开的格数。,各变速组的级比，级比指数和变速范围,设计时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体径向尺寸，一般限制最小传动比 ，为避免扩大传动误差，减少振动和噪音，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比 ，斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取

12、。因此，各变速组的变速范围相应受到限制：,主传动各变速组的最大变速范围为 = 810 对于进给传动链，由于转速通常较低，传动功率较小，零件尺寸也较小，上述限制可放宽, u进max2.8 ， u进min1/5 ，则,主轴的变速范围应等于主变速传动系中各变速组变速范围的乘积，即 Rn=R0 R1 R2Rj 检查变速组的变速范围是否超过极限值，只需检查最后一个扩大组。因为其它变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其它变速组更不会超过极限值。,例1 结构式 12=312326 ，=1.41，求最后扩大组的变速范围 解：由Ri= 这里Xi=X2=6 P2=2 R2=

13、=1.416(2-1)=1.416=7.858 由R主max=810知，符合要求。 其它变速组的变速范围肯定也符合要求。,例2：结构式 12=212234， =1.41，求最后扩大组的变速范围 解：由Ri= = 这里Ri=R2 Xi=X2=4 P2=3 R2=1.414(3-1)=1.418=15.6 超出R主nax=810的范围，不允许。,讨论：由Ri= 知，为使最后扩大组的变速范围不超出允许值，最后扩大组的传动副一般取Pj=2较合适。,（三）主变速传动系设计的一般原则 1、传动副前多后少原则（前面传递运动，后面传递动力）,主变速传动系从电机到主轴，常为减速传动，靠近电机的传动件转速较高,传

14、递扭矩较小，尺寸小一些；靠近主轴的传动件转速低，传递的扭矩较大，尺寸也大。设计时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副较少的变速组放在后面，即PaPbPcPj，使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。 如 12=322 12=232 12=223 以前者为好,2、传动顺序与扩大顺序相一致的原则 当主变速传动系中各变速组顺序确定之后，还有多种不同的扩大顺序方案。,如 12=322 有6种扩大顺序方案 12=312326 12=322126 12=342122 12=312623 12=322621 12=342221,转速图见图3

15、-14,讨论： 、在图3-14a中，传动顺序与扩大顺序一致，即基本组在最前面，依次为第一扩大组，第二扩大组，各组变速范围逐渐扩大。 、图3-14b中，第一扩大组在最前面，依次为基本组,第二扩大组.,比较:a、b两图，b图因第一扩大组在最前面，轴的转速范围比a图大。如a、b中轴的最高转速一样，则b图轴的最低转速较低，在传递相等功率的情况下，受的扭矩较大，传动件的尺寸比a图大（箱体大，造价高）。,因此，在设计主变速传动系时，尽可能做到变速组的传动顺序与扩大顺序相一致。由转速图可发现，当变速组的扩大顺序与传动顺序相一致时，前面变速组的传动线分布较密，而后面变速组传动线分布“疏松”，即前密后疏的原则。

16、,3、变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电机转速 电动机到主轴之间总是降速传动，在分配变速组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减少传动件的尺寸，前面的变速组降速要慢一些，后面变速组降速要快些，即 u a minu b minu c min。 但中间轴的转速不宜过高，以避免产生振动、发热、噪声。通常中间轴的最高转速不超过电机轴转速。,四、主变速传动系的几种特殊设计,多速电动机传动 交换齿轮传动 公用齿轮传动 1、具有多速电动机的主变速传动系设计,包 括,采用多速异步电动机和其它方式联合使用，可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适用于半自动、自动机床及普通机床。常采

17、用 双速电机 750/1500，1500/3000 三速电机 750/1500/3000，变速范围24 ，级比为2 双速、三速电机 1000/1500，750/1000/1500 变速范围：双速为1.5 三速为2，级比为1.331.5。,图3-16是多刀半自动车床的主变速传动系图和转速图，采用双速电机（P90） 电机变速范围 公比 结构式8=222124,电变速组为第一扩大组，级比指数为2，轴为基本组，级比指数为1，传动副为2，轴为第二扩大组 ，传动副为2。,注：多速电机的最大输出功率与转速有关，Pn。电机在高速与低速运动时，输出功率不同，本例为： n电=710r/min n轴=90, 125

18、，345，485时，P电=7.5kw n电=1440r/min n轴=185，255，700，1000时，P电=10kw 为使用方便，n轴在电机任何转速下，P电=7.5kw。高转速要求大功率，故不能发挥高速能力。,2、具有交换齿轮的变速传动系 对于成批生产的专用机床（自动、半自动专用机床，齿轮加工机床），加工中一般不变速或仅在小范围内变速，为减化结构，采用交换齿轮变速。 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。,图3-17液压多刀半自动车床主变速传动系：,轴间采用了交换齿轮，轴间采用双联滑移齿轮。一对交换齿轮互

19、换位置安装，在轴上可得到两级转速，在转速图上对称分布。 优点：可用少量齿轮，得到多级转速，不需操作机构，变速箱结构大大简化。 缺点：更换齿轮费时费力，装在箱外密封、润滑困难；装在箱内，更换麻烦。,3、采用公用齿轮的变速传动系 公用齿轮：前一变速组的被动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮。 优点：减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸。 注：用公用齿轮，两变速组齿轮模数相等。为改善受力，用变速组内较大的齿轮作公用齿轮，（弯曲应为对称循环、弯曲疲劳许用应力比非公用齿轮低，减少循环次数）,例：P79，图3-11，Z2=23，Z5=35为公用齿轮,（五）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

20、变速范围为： (式314， P82, Ri=X(P-1) ),因 X1=P0 X2=P0P1 Xj=P0P1Pj-1 设：主变速传动系总变速级数为Z，且 Z=P0P1P2Pj-1 Pj 通常最后扩大组的变速级数Pj=2。则最后扩大组的变速范围： Z=P0P1P2Pj-1Pj=2P0P1P2Pj1,由 即 由于极限传动比的限制 Rj8（10）=1.416=1.269 由P73，式3-2 变速范围 ,当,上述的变速范围常不能满足通用机床的要求，一些通用性较高的车床和镗床的变速范围在140200，甚至超过200。 采取措施： 增加变速组 采用背轮机构 采用双公比传动 采用分支传动,1、增加变速组 在

21、原有的变速传动系内再增加一个变速组，是扩大变速范围最简便的方法； 由于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；,例： a 结构式12=312326,公比 最后扩大组的级比指数6 最后扩大组的变速范围 1.416=7.868超出极限值，无法实现。,c 若新增扩大组的变速范围限制在极限值内：级比指数为6 变速范围R3=1.416=7.868 最后两个变速组2626中重复了一个转速，只能得到3级变速 传动系的变速级数32(22-1）=18级 重复6级的转速 传动系的变速范围 结构式 18=3123（2626-1）。,2、采用背轮机构（回曲机构）,主

22、动轴与被动轴同轴线，当Z1最右端，离合器M接合时，、轴相联，传动比u1=1；当Z1最左端，M脱开时，Z1/Z2、Z3/Z4啮合。取传动 比极限值 两次降速 则：背轮降速的传动比 背轮机构的极限变速范围 ，很容易达到扩大变速范围的目的。,3、采用双公比的传动系 在通用机床的使用中，每级转速的使用机会不均等。常用转速范围的中段，高、低两段使用较少。双公比的传动系针对这种情况而设计。主轴的转速数列有两个公比，经常使用的中段采用小公比。 P87中图3-20，具有16级双公比转速图。 中段公比 高、低段公比,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而来。 设：常规变速传动系

23、结构式16=22212428，公比 基本组为第二个变速组（21），其级比指数X0=1, 变速范围 演变成双公比：基本组传动副 P0=2,基本组的级比指数 结构式变成 16=22252428 图3-20，主轴转速范围的高、低段各出现n=2个转速空挡，各有2级转速的公比等于 比原来增加4级转速的变速范围，即,4、采用分支传动（并联） 分支传动：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。P84图3-15，400mm卧车主变速传动系和其转速图，电机经轴、轴、直到V轴，组成串联型式的变速传动系。,公比 结构式18=2132（2626-1） 理论上，最后扩大组的级比指数Xi=12，Ri=

24、168。如最后扩大组的级比指数 达到极限范围。 为减少齿轮尺寸，本例取Xi=6，出现6级转速的重复，通过一对斜齿轮26/58，使主轴VI得到10500r/min共18级转速。,在轴增加一个升速传动副63/50，构成高速分支传动，主轴得到4501400r/min共6级转速 结构式 24=21321+（2626-1） 式中：串联 + 并联 转速重复 采用分支传动，变速范围扩大到Rn=1400/10=140，缩短了传动路线，提高传动效率，减少了噪声。,（六）齿轮齿数的确定 1、定比传动：齿轮齿数或带轮直径查机械设计手册计算确定 2、变速组内齿轮的齿数： 当传动比是标准公比的整数次方时，查P9495，

25、表3-9选取：,横坐标是主被动齿轮的齿数和SZ SZ=Z主+Z被 纵座标是传动副的传动比 u 表中所列的值是被动齿轮齿数Z被 Z主=SZ-Z被 表中所列是升速传动u1。对降速传动，取倒数查表，查出的为主动齿轮的齿数Z主。,例：P80 图3-13b 变速组a 有三个传动副：降速传动 ua1=36/36=1 ua2=30/42=1.41-1=1/1.41 u1 ua3=24/48=1.41-2=1/2 取其倒数（降速传动），按u=1，1.41，2，在合适的齿数和SZ范围内查表3-6（P94）得,ua1=1 Sz=60，62，64，66，68，70，72，74， ua2=1.41 Sz=60，63，

26、65，67，68，70，72，73，75， ua3=2 Sz=60，63，66，69，72，75，,如变速组内所有齿轮的m（模数）相同，且为标准齿轮，则三对转动副的齿数和Sz相等,（齿轮中心距= （z1+z2）= mSz）符合上述条件的有Sz=60或 Sz=72。 取Sz=72，从表中查出主动齿轮齿数分别为36，30，24。被动齿轮齿数为36，42，48。,传动比为: ua1=36/36=1， ua2=30/42=1/1.41， ua3=24/48=1.41-2=1/2。,注： 确定轮齿数时，选取合理的齿数和Sz是关键。 齿轮的中心距取决于传递的扭矩。一般讲，主变速传动系是降速传动，越后面的变

27、速组扭矩越大，因此中心距越大。为简化工艺，各变速组齿轮模数最好一样，最多不超过23种模数，且后面的齿数和Sz选大值。, 齿数和的确定有时需经多次反复。初选齿数和，确定主被动齿轮齿数，计算齿轮模数。,a m过大，应使SZ增加，中心距增加；反之减少SZ。m应参考同类机床。 b m过小，齿轮经不起冲击，易磨损 c m过大，SZ减少，会导致最小齿数Zmin17产生根切，无法装配 d 齿轮的齿根到孔壁或键槽底部的最小壁厚a2m(即:a大于2倍模数) 图3-21 e 齿数过少，影响传动平稳性，一般Zmin1820, 采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮的齿数关系。 三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应

28、4，以免干涉,如图： 次大Z2齿轮的齿顶圆直径dd2为： dd2=mz2+2m=(Z2+2)m Z1大齿轮的齿根圆直径为： df1=mZ1 -2.5m=(Z1-2.5)m 大齿轮根圆直径df1减次大齿轮顶圆直径dd2,Z2 dd2,Z1 df1,df1-d2=(Z1-2.5)m-(Z2+2)m=(Z1-Z2)-4.5m0 即Z1-Z24.5, 验算实际传动比 主、被动齿轮的齿数比与理论传动比（转速图上的传动比）的误差是否在允许范围内。 式中：n1主轴的实际转速 n主轴标准转速 公比,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，但齿数差一般小于13的方案，再采用

29、齿轮变位的方法，使各传动副的中心距相等。,a 高变位：X1X2=0 中心距不变 正传动 x1x20中心距增加 b 角变位：X1X20 负传动 x1x20中心距减少,在上例中，如SZ=60太小，SZ=72太大，则第一、三传动副可选SZ=66，第二传动副选66，并进行负变位，使中心距不变。,（七）计算转速 设计机床主传动时，为了使传动件工作可靠，结构紧凑，必须对传动件进行动力设计。主轴及其它传动件的结构尺寸主要依据它所传递的扭矩大小来决定，而传动件传递的扭矩大小与它所传递的功率和转速这两个因素有关。 1、机床的功率扭矩特性 恒扭矩传动 根据切削理论，在背吃刀量和进给量不变的情况下，切削速度对切削力

30、的影响较小，因此，主运动是直线运动的机床（刨床），不论切削速度多大，所承受的切削力基本是相同的。驱动直线运动工作台的传动件在所有转速下承受的扭矩相同，这类机床的主传动属恒扭矩传动。,恒功率传动 主运动是旋转运动的机床（车床，铣床主轴），在背吃刀量和进给量不变的情况下，主轴在所有转速下承受的扭矩与工件或铣刀的直径基本上成正比，但主轴的转速与工件或铣刀的直径基本上成反比。 故主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率的。,机床的功率，扭矩特性 主轴实际的转速和传递的功率（承受的扭矩）是经常变化的，如车床主轴转速范围的低速段，常用来切削螺纹、铰孔、精车，消耗的功率较小，如按传递全部功率设计，会使传动件的尺

31、寸不必要地增大，造成浪费；在主轴转速的高速段，受电机功率限制，背吃刀量和进给量不能太大，传动件所受的扭矩随转速的增高而减小。,a 主运动的动力特性：主轴所传递的功率或扭矩与转速之间的关系 b 计算转速：主轴或各传动件传递全部功率的最低转速nj,恒功率区 从nj起到nmax的所有转速都能传递全部功率，而转矩则随转速的增加而减小。 恒扭矩区 从nj开始到 ， 低于nj的各级转速所传递的扭矩与计算转速nj时的转矩相等，为恒转矩工作范围，而功率则随转速的降低而减小。,不同类型的机床计算主轴转速nj的选取是不同的，对于大型机床，由于应用范围很广，调速范围宽，计算转速取得高些，对于精密机床、滚齿机，由于应

32、用的范围窄，调速范围小，计算转速取得低些。各类机床主轴计算转速的统计公式见表3-10， P97，讲解此表。,2、计算转速的确定 确定顺序：先定主轴的计算转速，再顺次由后往前，定出各轴的计算转速，再确定齿轮的计算转速。,例：P85 图3-16 确定半自动车床的主轴，各传动轴，齿轮的计算转速 解：主轴的计算转速 （1）主轴的计算转速 由表3-10知，主轴的计算转速是低速第一个 变速范围的最高一级转速： nj=185r/min,或由,（2）各传动轴的计算转速 轴有4级转速（315、445、640、900），最低转速315r/min通过双联齿轮 使主轴获得两级转速，90r/min和345r/min。3

33、45r/min比主轴的计算转速高，需传递全部功率，故轴的315r/min转速也应能传递全部功率，是计算转速。,轴是由双速电机直接驱动有两级转速：710r/min、1440 r/min,710 r/min转速通过双联齿轮使轴获得两级转速315 r/min和445 r/min，均需传递全部功率，故轴的710 r/min转速也应能传递全部功率，是计算转速,（3）各齿轮的计算转速 各变速组内一般只计算组内最小的，也是强度最薄弱的齿轮，故只需确定最小齿轮的计算转速。 轴间变速组的最小齿轮是Z=25，经该齿轮传动，使主轴获得4级转速：90、125、185、255r/min，主轴的计算转速是185 r/mi

34、n，故Z=25齿轮在640 r/min时应传递全部功率是计算转速。,轴间变速组的最小齿轮是Z=36，经该齿轮传动，使轴获得2级转速：315 r/min和640 r/min，轴的计算转速是315，故Z=36齿轮在710 r/min时应传递全部功率，是计算转速。 （八）变速箱内传动件的空间布置与计算，略,四、无级变速主传动系,（一）无级变速装置的分类 无级变速：指在一定范围内，转速（或速度）能连续地变换 变速电动机 分类 机械无级变速装置 液压无级变速装置,1、变速电动机 常用直流复励电动机和交流变频电机，在额定转速以上为恒功率变速，调速范围仅23。额定转速下为恒扭矩变速，调速范围达30以上。为了

35、扩大恒功率调速范围，在变速电机和主轴之间常串一个分级变速箱，用于数控机床，大型机床。,2、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。变速范围小，多为恒扭矩传动，较少单独使用，常串联分级变速传动机构,多用于进给系统。,3、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。变速范围大，调速方便，传动平稳，换向冲击小，易于实现直线运动和自动化，多用于刨床，拉床中。,（二）无级变速主传动系设计原则 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 a

36、 恒扭矩传动：执行件作直线运动的主传动系，对变速装置的要求是恒扭矩传动，如龙门刨床工作台，用直流电动机。 b 恒功率传动：回转运动，如车床，铣床的主轴，用恒功率无级变速装置，如KOOP，用变速电动机串联机械无级变速装置。,无级变速装置与分级变速装置串联使用 无级变速装置单独使用时，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小于机床实际需要的恒功率变速范围，为此，常将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。,计算 机床主轴要求的变速范围Rn,无级变速装置的变速范围Rd,串联的机械分级变速箱的变速范围Rf。 Rn=RdRf 而 Rn=nmax/n

37、min= z-1 Rf= Rn/ Rd= fz-1 式中：Z机械分级变速箱的变速级数 f机械分级变速箱的公比,通常，无级变速装置作为传动系中基本组，而分级变速作为扩大组，其公比f 理论上应等于无级变速装置的变速范围Rd 即f = Rd 实际上，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。,为了获得连续的无级变速，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，即取 传速转之间有一小段重叠， 图3-28 保证转速连续，将,例：设机床主轴的变速范围Rn=60，无级变速箱的变速范围Rd=8 要求设计机械分级变速箱，求出级数Z，并画出转速图。 解：机械分级变速箱

38、的变速范围： Rf=Rn/Rd=60/8=7.5 机械分级变速箱的公比,由（3-15） 分级变速箱的级数为,五、数控机床主传动系设计特点,（一）主传动采用直流或交流电动机无级调速 1、直流电动机无级调速（调压和调磁方式得到主轴所需转速） 调速：是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求，由直流电动机转速、电压、磁通量之间的关系式。,式中: n电枢的转速 V电枢的端电压 一个磁极的磁通 KE与电机构造有关的常数 Ia、Ra电枢电流、电阻, 1000 3000 n r/min 调压 调磁 图3-29,改变主轴的转速可通过调磁（改变）方式和调压（改变V）方式得到所需的转速。 从最低转速至电

39、机额定转速，是通过调节电枢电压，保持励磁电流恒定的方法进行调速，属恒扭矩调速，起动力矩大，响应快，满足低速切削需要。,从额定转速至最高转速，是通过改变励磁电流，从而改变励磁磁通,保持电枢电压恒定的方法进行调速，属于恒功率调速。由于电机在额定状态运行时，它的磁路已接近饱和，通过减小磁通将转速往上调，此时的转矩下降,注：直流电机恒扭矩调速范围较大，达30，而恒功率调速范围较小，仅达到23，满足不了机床要求，在高转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围，故直流电机反在早期数控机床应用较多。,2、交流电动机无级调速（调频方式变速） 由 式中： f1电流频率 P