主传动设计--机械制造技术A-2.ppt

1、第十三章 主传动设计,教学要求,熟悉转速图；,熟练掌握级比规律；,掌握拟定主传动的常用工具和基本方法。, 13-1 主传动概述,一、主传动的组成 1.动力源：为执行件提供动力。 2.定比传动机构：具有固定的传动比，用来实现升速、降速和联系运动。 3.变速装置：传递动力和运动，变换运动速度。 4.主轴组件：由主轴、主轴支承和主轴上的传动件组成，为机床的执行件之一。 5.开停装置：实现主轴的启动和停止。,6.制动装置：控制主轴的迅速停转。 7.换向装置：变换主轴的旋转方向。 8.操纵机构：控制主轴的开停、变速、换向、制动。 9. 润滑与密封 10.箱体,二、主传动的设计要求 1.机床主轴应有足够的

2、转速范围和转速级数，以满足机床的运动要求； 2.主电动机和传动机构应能传动足够的功率和转矩，以满足机床的动力要求； 3.主轴组件、有关的机构和元件应有足够的精度、刚度、抗振性，噪声、温升和热变形应在允许的范围内，以满足机床的工作性能要求； 4.机构应尽可能简单，便于加工和装配，生产成本低，以满足机床的经济性要求；,二、主传动的设计程序 1.调查研究 通过调查研究，并根据机床总体设计的要求，明确所设计机床对主传动的要求； 根据国内外同类机床的状况及生产中的加工情况，明确所设计机床主传动的技术参数； 选择传动方案：传动布局、变速方式、开停方案、制动和换向方式等。 2.主传动的运动设计 根据技术参数

3、和选择的传动方案，拟定可行的转速图，从各种可行的方案中选出最佳方案； 进行有关的计算：计算齿轮齿数、带轮直径等；绘制传动系统图。,例：数控机床对主传动系统的基本要求 1、有较宽的调速范围 可增加数控机床加工适应性，便于选择合理切削速度使切削过程始终处于最佳状态。 2、有足够的功率和扭矩 使数控加工方便实现低速时大扭矩，高速时恒功率，以保证加工高效率。 3、有足够的传动精度 各零部件应具有足够精度、刚度、抗振性，使主轴运动高精度，从而保证数控加工高精度。 4、噪声低，运动平稳 使数控机床工作环境良好、宜人,3.主传动的结构设计 绘制主传动的主轴变速箱装配图； 进行必要的动力验算。 4.零件设计,

4、一、转速图, 13-2 主传动的运动设计,例：XA6132A型铣床的转速图。 转速范围301500r/min，公比 =1.26， Z=18，电动机转速n0=1440r/min。,B,C,C1,C2,D,D1,D2,26：54,16：39,22：33,19：36,39：26,18：47,28：37,82：38,19：71,XA6132A型铣床的转速图,（1）传动轴格线,（2）转速格线,（3）转速点,（4）传动线,（一）传动图概念,XA6132A型铣床的主传动转速图,组成：,倾斜方向,倾斜程度,由一个主动转速点引出的传动线数目，表示该变速组的传动副数,传动轴格线间相互平行的传动线是同一传动副,(转

5、速范围301500r/min，公比 =1.26， Z=18，电动机转速n0=1440r/min。),E,1440r/min,XA6132A型铣床的主传动转速图及传动系统图,某中型车床的主传动系统图，主轴转速范围为31.5r/min - 1400r/min，公比 = 1.41，转速级数Z = 12，电机转速n = 1440r/min。,126：256,一、转速图 1）传动轴格线（竖直细线） 2）转速格线（水平细线） 3）转速点（圆点） 4）传动线（粗线）,“三线一点”,传动轴的数目 各轴转速级数、转速值及传动路线 变速组的数目及传动顺序 变速组的传动副数目及传动比数值,转速图可清楚地表示：,a,

6、b,c,级比：变速组传动比数列中相邻两个传动比的比值称为级比。 级比用 表示，并将级比值 的指数xi称为级比指数。,概念：,常规传动系统（基型传动系统）：该传动系统使机床主轴获得连续而不重复的等比数列的转速。,级比规律,第一变速组,相邻传动线之间相差均为一格,基本组,第二变速组,相邻传动线之间相差均为三格,第一扩大组（一扩）,等于基本组的传动副数p0,第三变速组,相邻传动线之间相差九格,第二扩大组（二扩）,等于基本组与第一扩大组的的传动副数乘积 p0p1,基本组 第一扩大组 第二扩大组 第三扩大组 第j扩大组,级比指数：,级比：,(二)转速图的基本原理 级比规律,级比指数：基本组第一扩大组第二

7、扩大组 ,若各变速组中相邻传动比遵守级比规律，则机床主轴获得连续而不重复的等比数列的转速。,1.机床的传动系统由基本组和各扩大组组成，基本组的级比 ， 级比指数x0=1 ； 2.扩大组的级比指数xj等于基本组的传动副数目与前面各扩大组传动副数目的乘积。 （ xj= p0 p1 p2 pj-1 ）,级比规律：,变速组的变速范围中 的指数等于该变速组的级比指数与其传动副数减1的乘积；是该变速组中最大传动比的传动线与最小传动比的传动线之间所拉开的格数。,（三）变速组的变速范围： 变速组中最大传动比与最小转动比的比值。,基本组：,第一扩大组：,第二扩大组：,变速范围：,变速范围：,变速范围：,级比指数

8、,传动副数,主轴的变速范围Rn应等于传动系统中各变速组变速范围的乘积。,B,C,C1,C2,D,D1,D2,26：54,16：39,22：33,19：36,39：26,18：47,28：37,82：38,19：71,返回,二、结构网及结构式,只表示各变速组内传动比的相对关系，而不表示传动比和各轴上转速的绝对值。,传动副数,级比指数,三个主要参数：Z、Pj、xj,对比,主轴获得18级连续不重复的转速有多种方案!,级比规律,按传动顺序有三种排列方案,基本组,二扩,一扩,转速图 结构网,返回,习题 1.某机床的主轴转速级数Z=12，若采用由两个双传动副变速组和一个三传动副变速组串联而成的基型变速系统

9、，试写出符合级比规律的全部结构式。 2.画出结构式12=233126的结构网,并分别求出当 时,第二变速组和第二扩大组的级比、级比指数和变速范围。,题1,12=312326 12=312623 12=322126 12=342122 12=322621 12=342221,12=213226 12=213422 12=233126 12=263123 12=223421 12=263221,12=212234 12=212632 12=222134 12=262132 12=232631 12=262331,级比规律：,第二变速组和第二扩大组的级比、级比指数和变速范围。,结构式12=23312

10、6的结构网,题2,12=233126,第一变速组,第二变速组,第三变速组,基本组,第一扩大组,第二扩大组,变速范围,课二：,教学要求,掌握主传动的设计要点；,掌握转速图的拟定；,掌握齿轮齿数的确定。,三、主传动的设计要点 1.变速组中极限传动比及变速范围的限制条件 最小传动比： 最大传动比：,（直齿）,（斜齿）,最大变速范围：,三、变速组的变速范围： 变速组中最大传动比与最小转动比的比值。 变速组的变速范围中 的指数等于该变速组的级 比指数与其传动副数减1的乘积；是该变速组中 最大传动比的传动线与最小传动比的传动线之间 所拉开的格数。,回顾：,B,C,C1,C2,D,D1,D2,26：54,1

11、6：39,22：33,19：36,39：26,18：47,28：37,82：38,19：71,最后扩大组的变速范围最大,一般只要最后扩大组的变速范围合乎要求，其他变速组就不会超出限制。,例： 18=313329 18=313623,计算最大变速范围：,最后扩大组的传动副一般取pj=2较适宜。,最后扩大组,最后扩大组,变速组的传动副数目应“前多后少”；,2.减小传动件尺寸的原则,必考,P190 图13-3,变速组的传动线应“前密后疏”；,变速组的降速应“前慢后快”。,B,C,C1,C2,D,D1,D2,26：54,16：39,22：33,19：36,39：26,18：47,28：37,82：38

12、,19：71,返回,传动副数目应 “前多后少”,B,C,C1,C2,D,D1,D2,26：54,16：39,22：33,19：36,39：26,18：47,28：37,82：38,19：71,返回,降速应 “前慢后快”,例：12= 322的六种方案,12=312326 12=312623 12=322126 12=342122 12=322621 12=342221,扩大顺序与传动顺序一致,“前密后疏”,返回,结构网,基本组,一扩,二扩,三扩,。,即：从前到后为：,返回,4.拟定转速图； （1）定比传动 （2）分配降速比,四、转速图的拟定,1.确定变速组和传动副数目；,已知：主轴转速n=301

13、500r/min，转速级数Z=18，公比 =1.26，电动机转速n 0=1440r/min。,2.确定传动顺序方案；,3.确定扩大顺序方案；,返回,定比传动,1440,A,E,四、转速图的拟定,D,C,B,四、转速图的拟定,2）齿数和不应过小； 最小齿轮不产生根切，Zmin 保证强度； 保证结构不干涉；,五、齿轮齿数的确定,1、基本要求： 1）齿数和不应过大；,3）符合传动比要求；（误差不应过大）,保证强度:,2、变速组内齿轮模数相同时： （1）计算法,例,主要受最小齿轮的限制,（2）查表法 P195,确定合理的齿数和SZ： 确定各齿轮副的齿数：,3、模数不同时：,m1,m2,无公因数的整数,

14、整数,4、三联滑移齿轮的齿数：,图13-9,A,P199图13-10,5、齿轮的布置与排列：,3.某机床的主轴转速为 ,公比 电动机的转速为1440r/min ,要求: 拟定结构式； 拟定转速图； 确定齿轮齿数、带轮直径，验算转速误差； 画出主传动系统图。,作业2：,结构式：12=31 23 26,1440,转速图,课3,教学要求,掌握多速电机传动系统；,掌握混合公比传动系统；,掌握扩大变速组的传动系统。, 13-3 主传动的几种特殊变速方式,一、交换齿轮传动系统,图13-14 交换齿轮变速组,图13-15 CA7620液压多刀半自动车床主传动系统,特点：结构简单，齿轮数量少，没有操纵机构，变

15、速麻烦。 使用场合：不经常变速。（自动机床、专用机床、专门化机床）,提问：为什么放在传动链的前面？,二、多速电动机传动系统,例：双速电动机： 1500/3000r/min,双速电动机结构图,级比：,电变速组,或750/1500r/min,750/1500/3000r/min,例：三速电动机：,常用公比：,P=2,P=3,掌握,二、多速电动机传动系统,思考： 按扩大顺序电变速组会是什么变速组？,电变速组,例：双速电动机： 1500/3000r/min,写出电变速组的结构式：,写出电变速组的结构式：,级比指数,基本组的传动副数是多少？,电变速组只能是第一扩大组,二、多速电动机传动系统,23,31,

16、22,21,例：双速电动机：1500/3000r/min,电变速组,电变速组,双速电动机结构图,提问:是否符合“前密后疏”？,例如： Z3040型摇臂钻床共有16级转速：,低转速：n=25、40、63(r/min) ，公比为 ；,中等转速：n=63、80、100 、125 、 160 、 200 、 250 、 320 、 400 、 500 、 630 、 800 (r/min) ，公比为 ；,高转速：n=800、1250、1600 (r/min) ，公比为 。,三、采用混合公比的传动系统,掌握,基型（常规）传动系统,21 22 24 28,25 22 24 28,基本组的传动副数,对称型混

17、合公比传动系统,改变基本组的级比指数：,1） 应取偶数； 2） 取值范围应为： ； 3）检查该组的变速范围是否在允许范围内： 4）主轴变速范围变为：,对称型混合公比传动系统的拟定方法：,掌握,主轴两端空掉的转速级数,4）将原基本组级比指数增大 ，即：,例：已知主轴转速,试拟定对称型双公比传动系统。,1）确定系数 ；,12=213226,12=21+63226=273226,12=322627,2）确定基本组的传动副数，一般取P0=2；,3）基型传动系统的结构式：,5)验算基本组变型后（第三变速组）的变速范围：,作业： 4.某机床采用双速电动机（750/1500r/min）驱动，主轴转速级数Z=

18、12，若选取=1.26和=1.41，试分别写出其结构式，并讨论其实现的可能性。 5.某机床的主轴转速为对称型混合公比，转速范围401250r/min，公比 ， ，转速级数Z=12，拟定结构式。,4.某机床采用双速电动机（750/1500r/min）驱动，主轴转速级数Z=12，若选取=1.26和=1.41，试分别写出其结构式，并讨论其实现的可能性。,12=233126,解：1)当选取公比=1.26时：,2)当选取公比=1.41时：,12=222134,5.某机床的主轴转速为对称型混合公比，转速范围401250r/min，公比 ， ，转速级数Z=12，拟定结构式和结构网。,1）确定系数 ；,12=

19、213226,12=21+43226=253226,12=322526,混合公比（双公比）的结构式为：12=322526,2）确定基本组的传动副数，一般取P0=2；,3）基型传动系统的结构式：,4）将原基本组级比指数增大 ，即：,5)验算基本组变型后（第三变速组）的变速范围：,四、扩大变速范围的传动系统,31 23 26 212-6,（一）增加变速组,12=312326,24=312326 212,18=312326 212-6,18=322 2-6,（二）采用背轮机构,Z2,Z3,Z1,Z4,M,u1=1 u2=1/41/4=1/16 Rmax =u1/u2=16,背轮机构的优点： 1.变速

20、范围大； 2.结构紧凑，工艺性好； 3.传动链短，传动效率高； 4.传动平稳，振动小。,（三）采用分支传动,p90,p91,五、采用公用齿轮的传动系统,Za1,Za3,Za2,Zb2,Zb1,公用齿轮的选取原则： 1.选择大的齿轮为公用齿轮。 2.前后两个变速组的齿数和应接近，一般： 1K1.25,Zg,公用齿轮的选取原则： 1.选择大的齿轮为公用齿轮。 2.前后两个变速组的齿数和应接近，一般： 1K1.25,课4,课程设计用到的知识,六、计算转速的确定, 13-3 主传动的结构设计,XA6132A型铣床的转速图,轴需要传递的最大扭矩,计算转速,传递全部功率时的最低转速,95,计算转速：传动件

21、在传递全部功率时的最低转速。,功率,转矩,需要传递的最大转矩：,计算转速,（一）主轴计算转速的确定（p217）,Z17：Z18,Z15：Z16,Z9：Z10,Z13：Z14,计算转速：,计算转速,95,（二）传动轴的计算转速,Z17：Z18,Z15：Z16,Z9：Z10,Z13：Z14,计算转速：传动件在传递全部功率时的最低转速。,实现这些主轴转速的其它传动件的实际转速也传递全部功率。,95,118,300,750,1440,95,（三）齿轮的计算转速,Z17：Z18,Z15：Z16,Z9：Z10,Z13：Z14,Z18,Z17,95,95,375,Z16,235,Z15,118,Z14,11

22、8,Z13,300,Z10,475,Z9,300,一、主传动的布局 集中传动式：全部变速机构和主轴组件装在同一箱体 内。 优点：结构紧凑、安装调试方便、便于集中操纵。 缺点：传动机构的振动和发热会直接影响主轴的工作 精度。 适用于普通精度的大中型机床。 分离传动式：变速机构和主轴组件分别装在变速箱和 主轴箱两个箱体中，二者之间采用带传 动或链传动。(P206) 优点：减小了主轴的振动和热变形，主轴运动平稳。 缺点：加工装配工作量大，成本高，调试维修不方便。 适用于中小型高速或精密机床。, 13-3 主传动的结构设计,二、变速机构的类型： 交换齿轮变速机构： 特点：构造简单，结构紧凑。 适用场合

23、：大批量生产的自动和半自动机床、专用机 床、组合机床等。 滑移齿轮变速机构： 优点： 变速范围大，变速级数多； 可传递较大的功率和转矩； 变速方便； 空载功率损失小。 缺点： 变速箱结构复杂； 不能在运转中变速。,离合器变速机构（90） 摩擦片式离合器 优点：可在运转中变速，结合平稳，便于实现自动化。 缺点：结构复杂。 牙嵌式离合器与齿轮式离合器 优点：1）轴向尺寸小，传递转矩大，传动比准确； 2）操纵方便省力。 缺点： 1）不能在运转中变速； 2）齿轮磨损大，传动效率低。,2）摩擦离合器安排位置的原则： .尽量减小离合器尺寸。 措施：尽量将离合器安装在转速较高的轴上。 .避免超速现象（避免不

24、工作的传动路线上有高速空转传动件的现象）。,80,40,96,24,.不宜把电磁离合器直接装在主轴上，以免电磁离合器的发热和剩磁影响主轴旋转精度。 各种变速机构的组合,三、主传动的开停装置 1.直接开停电动机 优点：机械结构简单，操作方便。 缺点：因启动电流大而影响到车间供电时，不宜采用该方式。 2.离合器开停 锥式、片式摩擦离合器 优点：离合平稳，并起过载保护作用。 缺点：结构复杂，传递转矩不宜过大。 齿式离合器与牙嵌式离合器 优点：结构简单，尺寸小，传递转矩大； 缺点：离合过程中，齿端有冲击与磨损。,3.离合器在传动链中的位置 离合器放置在转速较高的位置上，可减小尺寸。 离合器放置在传动链前端，停车后可使传动链的大部分传动件停止运动，因此可减小空载功率损失。,四、主传动的制动装置 1.制动装置的类型 电动机制动：电动机的转矩方向与实际旋转方向相反，使其制动。 适用于制动频率低、电动机功率不大的场合。 机械制动： 闸带式制动器 闸瓦式制动器,闸带式制