【重庆大学机械装备制造】第三章第四节

1、机械制造装备设计,林利红 副教授 重 庆 大 学,第四节 主传动系设计,一.主传动系统的基本要求,1.满足机床使用性能要求。也就是要满足机床的运动特性：机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。 2.满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和扭矩。 3.满足机床工作性能的要求。主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度和抗振性，热变形特性稳定。 4.满足产品设计经济性的要求。传动链要尽可能的少，节省材料，降低成本。 5.调整维修方便，结构简单、合理，便于加工和维护。,二.主传动系统分类和传动方式,（一）主传动系分类 主传动系可按不同的特征来分类: 1.按驱动主传动的电动机类型：交

2、流电动机和直流电动机驱动。 2.按传动装置类型：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：分级变速传动和无级变速传动。,分级变速传动：只能在一定的变速范围内得到某些转速，变速级数一般不超过2030级。特点是传动比准确，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；能在运转中变速，便于实现变速自动化；能在负载下变速。,(二) 主传动系的传动方式,1.集中传动方式：全部传动和变速机构都集中在主轴箱内。 特点：结构紧凑，但传动过程中所产生的振动，将直接影响主轴的平稳性；传动件所产生的热量，使主

3、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。这种传动方式适用于普通精度的大中型机床。,2.分离式传动：主传动系中的大部分的传动和变速机构装在单独的变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式 。 特点：变速箱的传动件所产生的振动和热量不能直接或少传给主轴，减少主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。,(三)分级变速主传动系,(一)拟定转速图和结构式,1.转速图 转速图构成 等距平行竖线（表示传动轴） 从左到右表示传动顺序。 平行横线（代表各级转速） 采用对数坐标。,因为 故是等距的平行横线。,轴上圆点：表示轴的实际转速。 两轴间圆点（转速）连线（代表传动付）。,转

4、速图的作用,表示传动系组成 传动轴数，传动顺序，传动组数，各传动组的传动付数。 主轴转速级数及构成 12322,各传动付的传动比 传动轴、传动组的变速范围,2.变速系的变速扩大规律及结构式,传动组的级比和级比指数 级比：同一传动组内相邻两传动比的比值，级比用 表示。,各变速组的级比规律,规律：依扩大顺序，后一变速组的级比指数等于它前面各传动组的传动付的乘积。 基本组：级比指数X0=1 第一扩大组：级比指数X1=P0（等于基本组的传动付数） 第二扩大组：级比指数X2=P0 P1,结构式 12312326 传动顺序与扩大顺序一致：12312326 传动顺序与扩大顺序不一致：12233126或123

5、22126 结论：通用公式Z(Pa)xa(Pb)xb(Pc)xc(Pi)xi,(二)主变速系转速图设计,1.结构式的拟定原则 变速组的常用传动付数 取2或3（双联、三联齿轮）。如是4联齿轮，会发生干涉。 传动顺序安排：传动付“前多后少” 主变速传动系从电动机到主轴，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T较小，因为T9550P/n，则传动件尺寸可小一些，可减少变速箱的外形尺寸。,当P一定，ni增大，则Ti减小，传动件尺寸减小。 因此，靠近主轴转速较低，传递的扭矩较大，尺寸就较大。 结论：将传动付较多的变速组安排在前面，尺寸小一些，以节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。 因此

6、：12322，12223，12232中12322方案最好。,扩大顺序安排：“前密后疏”（基前扩后）,传动顺序，扩大顺序一致：基本组在最前面，依次为第一扩大组，第二扩大组。各变速组变速范围逐渐扩大。 教材P83将12312326，12322126两方案进行比较，第二种方案中间轴II轴的最低转速较低，在传递相同功率的情况下，受的扭矩较大，传动件的尺寸也就比前种方案大。,从转速图上可知：当变速组的扩大顺序与传动顺序一致时，前面变速组的传动线分布紧密，而后面变速组传动线分布较疏松，所以“变速组的扩大顺序与传动顺序一致”原则可简称为“前密后疏”原则。,变速组的降速要“前慢后快”，中间轴的转速不宜超过电动

7、机的转速,从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，为使中间转速较高，减少传动件的尺寸，前面的变速组降慢些，后面变速组降速要快些。,传动组的极限传动比和极限变速范围（升2降4的原则）,2.转速图设计,传动比的确定“前慢后快”。 方法：通常是确定主轴 传动路线中各速比。 转速图设计步骤,2）分配传动比,3）画出转速图，传动系统图（如P80） 例2：设计主传动系， =1.58，n电=1440r/min，n主（95950）r/min，画出转速图，传动系统图。,4)画出转速图，传动系统图,转速图：,传动系统图：,（三）主传动系的几种特殊设计,1.多速电动机变速系设计（只要求双速电机，三速的不要求 ) (1

8、)电传动组的变速级数和级比 电传动组：双速电动机在变速传动系的最前面。多速电动机同步转速比： 同步转速比为2（常用）：750/1500，1500/3000 同步转速比为1.5（机床不用，主轴转速没有1.5倍的转速）：750/1000，1000/1500,(2) 多速电动机变速系设计,重点在确定结构式上。,2.具有交换齿轮的变速系,交换齿轮：相啮合的两齿轮可互换位置安装，即互为主、被动齿轮。 在工件加工中，如需要更换别的转速，为了简化结构，常常采用交换齿轮变速方式。 缺点：更换交换齿轮较费力费时。装在变速箱外，润滑密封较困难；装在变速箱内，则更换麻烦。 转速图特点：交换齿轮传动组的传动比是对称的

9、（成反比）。,3.采用公用齿轮的变速系,公用齿轮：在变速传动系中，既是前一变速组的被动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮。 采用公用齿轮，2个变速组的模数必须相同。 公用齿轮轮齿受的弯曲应力属于对称循环，选择较大的齿轮作为公用齿轮。 优点：采用公用齿轮可以减少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。,（四）扩大变速范围的方法,1.增加变速组（转速重合）,重合级数Z,2.采用背轮机构（常用）,特点：两排，三根轴的变速组。 高速：直传，u高1；Z1处于最右位置与Z2脱离啮合，离合器M结合，运动由主动轴I传入到被动轴III。 低速：两次降速，（u低）min1/41/41/16。Z1处于最左位置与Z2啮合，经

10、过Z1Z2 Z3Z4降速传到被动轴III。,3.双公比传动,机床的每级转速使用的机会不相同。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。 主轴的转速数列有2个公比，转速范围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。 双公比变速传动系是在常规变速传动系基础上，通过改变变速组的级比指数演变而来的。,（五）齿轮齿数的确定,2.中心距的确定,中心距取决于传递的扭矩。对降速传动系，越到后面变速组传动的扭矩越大，因此中心距就越大。 3.模数m的选取 不能太小：齿轮经不起冲击，易磨损。 不能太大：齿数较少（d=mz），如最小齿轮齿数Z17，产生根切现象，最小齿轮也可能无

11、法安装在轴上。 齿轮装在轴上的条件如图3-21P90所示，壁厚a2mm，以保证齿轮具有足够的强度。,当三联滑移齿轮左移时，齿轮42将从24滑移过去，要使42和24齿轮外圆不相碰，齿顶圆半径之和中心距a。,采用三联滑移齿轮，应检查滑移齿轮之间的齿数关系，必须满足条件： Zmax-Z次大4（保证滑移时，齿轮外圆不相碰）,(六)计算转速的确定 （重点）,切削螺纹、铰孔、精车等使用主轴转速较低的低速段，消耗的功率较小，计算时如按传递全部功率计算，将会使传动件的尺寸增大，造成浪费。 1.机床的功率扭矩特性 进给运动：恒扭矩传动即在各种进给速度下，都允许传递额定扭矩(最大扭矩)。 主运动：恒功率传动即主轴

12、在各种速度（大部分速度）下，都允许传递额定功率（全功率）。,4.传动件的计算转速,例1：图313车床，求各传动件的计算转速。,例2：图316P85，确定主轴，各传动轴和齿 轮付的计算转速（多刀半自动车床）。,作业,2.某机床主轴转速为n1001120r/min，转速级数Z8，电动机转速n电1440r/min，试设计该机床主传动系，包括拟定结构式和转速图，画出传动系统图，求各轴和各齿轮副的计算转速。 3.已知n1=25r/min，=1.41，Z=13，n电720/1440 r/min，写结构式，画出转速图，传动系统图，求各轴和各齿轮副的计算转速。,变速箱各传动轴的轴向固定,传动轴两端固定,1压盖

13、 2 调整螺钉 3锁紧螺母,四.无级变速主传动设计,（一）无级变速装置的分类 1.无级变速：指在一定范围内，转速（或）速度能连续地变换，从而获取最有利的切削速度。 2.变速电动机 变速电动机：直流复励电动机（少用）和交流变频电动机。 在额定转速以上为恒功率变速，调速范围23。在额定转速以下为恒扭矩变速，调速范围很大，可达30甚至更大。这样不能满足机床的使用要求，为了扩大恒功率调速范围（研究方向），在变速电动机和主轴之间串联一个分级变速箱。,1.无级变速：指在一定范围内，转速（或）速度能连续地变换，从而获取最有利的切削速度。 2.变速电动机 变速电动机：直流复励电动机（少用）和交流变频电动机。 在额定转速以上为恒功率变速，调速范围23。,3.机械无级变速装置,包括柯普型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型、宽带型等。都是利用摩擦力传递扭矩，连续的改变摩擦传动付工作半径来实现无级变速，多数是恒扭矩传动，与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。 用途：它主要用于功率和变速范围较小的中小型车床、铣床的主运动。更多的是用于进给变速传动中。 4.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。,（二）无级变速主传动系设计原则,1.变速器的功率扭矩特性与传动链匹配 进给运动（直线运动）：选择恒扭矩变