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文檔簡介
機械制造裝備設計 第三章金屬切削機床設計 有關概念變速范圍 轉速圖 變速組的級比 級比指數 基本組 第一擴大組 第二擴大組 轉速圖的擬定原則等 第五節主傳動系統設計 主要內容分級變速主傳動系轉速圖的設計 齒輪齒數和帶輪直徑的確定 5 滿足機床結構性能要求 第五節主傳動系統設計 一 主傳動系設計的基本要求 1 滿足機床使用性能要求 2 滿足機床傳遞動力要求 3 滿足機床工作性能的要求 4 滿足機床設計經濟性的要求 組成主傳動系由動力源 電動機 變速裝置及執行件 主軸 刀架 工作臺 以及開停 換向和制動機構組成 第五節主傳動系統設計 二 主傳動系分類和傳動方式 一 主傳動系分類 1 按驅動電機類型分類 第五節主傳動系統設計 2 按傳動裝置類型分類機械傳動裝置 液壓傳動裝置 電氣傳動裝置以及它們的組合 3 按變速的連續性分類分級變速傳動 無級變速傳動 1 分級變速傳動利用滑移齒輪 交換齒輪和離合器實現變速 在一定的變速范圍內得到級數Z 20 30級的轉數 傳遞功率大 變速范圍廣 傳動比準確 工作可靠 但有速度損失 不能在運轉中變速 廣泛應用于中小型通用機床 第五節主傳動系統設計 1 機械摩擦無級變速器結構簡單 使用可靠 常用于中小型車床 銑床的主傳動 2 液壓無級變速器傳動平穩 運動換向沖擊小 易于實現直線運動 常用于直線主運動的機床 如拉床 刨床的主運動 3 電氣無級變速器有交流變頻調速電動機 可簡化機械結構 便于實現自動變速 連續變速和負載下變速 廣泛用于數控機床的主傳動 2 無級變速傳動可在一定的變速范圍內連續改變轉速 在運轉及負載下自動變速 便于保持恒定的切削速度 滿足生產效率和加工質量要求 第一節主傳動系統設計 1 集中傳動方式 二 主傳動的傳動方式 主傳動和變速傳動機構集中在同一個主軸箱內的傳動方式 如圖 銑床主變速傳動系 利用立式床身作為變速箱體 所有的傳動和變速機構都裝在床身中 優點 結構緊湊 便于實現集中操縱 安裝調整方便 第五節主傳動系統設計 缺點 傳動系中 高速運轉的傳動件在運轉過程中所產生的振動和熱變 會直接影響主軸的運轉平穩性 使主軸產生熱變形和回轉軸線偏離 而直接影響加工精度 應用 集中傳動方式主要適用于普通精度的大 中型機床 第五節主傳動系統設計 2 分離傳動方式 主傳動系大部分的傳動和變速機構裝在遠離主軸的單獨變速箱中 通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式 如圖 臥式車床主傳動系 主軸箱中只裝有主軸和背輪機構 特點 變速箱各傳動件所產生的振動和熱量不直接傳給或少傳給主軸 有利于提高主軸的工作精度 根據已確定的主變速傳動系的運動參數和動力參數 1 擬定傳動結構式 2 擬定傳動系轉速圖 3 分配各變速組各傳動副的傳動比 4 確定齒輪齒數和帶輪直徑 5 繪制主變速傳動系統圖 分級變速主傳動系設計內容和步驟 第五節主傳動系統設計 1 轉速圖的概念 分析和設計機床傳動系統時應用的一種特殊線圖 由 三點一線 組成 即傳動軸格線 轉速格線 傳動線和轉速點組成 表示傳動軸的數目 傳動軸之間的傳動關系 主軸的各級轉速值及其傳動路線 各傳動軸的轉速分級和轉數值 各傳動副的傳動比等 三 轉速圖 第五節主傳動系統設計 轉數圖是設計和分析分級變速主傳動系的一個工具 2 轉速圖的組成 轉速點表示主軸和各傳動軸的轉速值 對數值 的小圓點 轉速線間距相等的水平線 相鄰轉速線間距為lg 傳動軸線距離相等的鉛垂線 從左到右按傳動順序排列 傳動線傳動軸間轉速點的連線 表示兩軸間一對傳動副的傳動比 一個主轉速點引出的傳動線數目 代表兩軸間的傳動副數 第五節主傳動系統設計 轉速圖 例 一中型車床 主軸轉速級數Z 12 公比 1 41 主軸轉速n 31 5 1400r min 如圖示 第五節主傳動系統設計 第五節主傳動系統設計 按照動力從電動機到執行元件的傳遞順序 變速組依次為第一變速組 第二變速組 第三變速組 分別用a b c 表示 傳動副數用P表示 變速范圍用r表示 1 級比變速組中兩相鄰的轉速或兩相鄰的傳動比之比 級比為公比冪的形式 如 32 級比指數為級比的冪指數 用x表示 如 3中的冪指數為x 3 2 轉速圖原理 第五節主傳動系統設計 第一變速組a 軸 之間 Pa 3 傳動比分別是 在轉速圖變速組a中三條傳動線分別是 下降2格 下降1格 水平 即級比為 級比指數為xa 1 第五節主傳動系統設計 3 基本組級比等于公比或級比指數等于1的變速組 其傳動副數用P0表示 級比指數用x0表示 如圖 第一變速組a為基本組 P0 3 x0 1 變速范圍為 傳動系經過基本組的變速 使軸 得到P0 即3 級等比數列轉速 第五節主傳動系統設計 第二變速組b 軸 之間 Pb 2 其傳動比分別是 傳動線Lb1下降三格 Lb2水平 級比為 3 級比指數xb 3 傳動線Lb2的最低轉速點必須與Lb1相距P0格 才能使軸 得到連續不重復的等比數列轉速 即級比指數為xb P0 3 傳動線Lb1可作P0條平行線 第五節主傳動系統設計 圖中 第二變速組b為第一擴大組 P1 2 x1 3 P0 其變速范圍為 傳動系經第一擴大組后 軸 得到P0 P1級連續而不重復的等比數列轉速 4 第一擴大組級比指數等于基本組傳動副數的變速組 其傳動副數用P1表示 級比指數用x1表示 第五節主傳動系統設計 第三變速組c 軸 之間 Pc 2 傳動比分別是 傳動線Lc1下降4格 Lc2上升2格 級比為 6 級比指數為xc 6 傳動線Lc1可作P0 P1條平行線 傳動線Lc2的最低轉速點與Lc1相距P0 P1格 使軸 得到連續而不重復的等比數列轉速 級比指數為 第五節主傳動系統設計 5 第二擴大組級比指數等于P0 P1的變速組 其傳動副數 級比指數 變速范圍分別用P2 x2 r2表示 變速組c為第二擴大組 P2 2 x2 x1P1 P0P1 6 變速范圍為 傳動系經第二擴大組的擴大 軸 得到Z 3 2 2 12級連續等比數列的轉速 總變速范圍為 第五節主傳動系統設計 小結 變速組級比指數x由小到大的排列順序稱為擴大順序 一個等比數列變速系統中 必須有基本組 第一擴大組 第二擴大組 第三擴大組 第j擴大組的變速范圍為 第j擴大組的級比指數為 變速系統總變速范圍為 第五節主傳動系統設計 結構網只表示傳動比的相對關系 不表示具體轉速值 并以對稱形式表示的線圖 結構式將轉速級數按傳動順序寫成各變速組傳動副數的乘積 級比指數寫在各傳動副數右下腳的表達式 3 結構網和結構式 問 為何結構式中第一變速組為基本組 第二變速組為第一擴大組 第三變速組為第二擴大組 如 結構式12 31 23 26 第五節主傳動系統設計 轉速圖的設計步驟 根據轉速圖的擬定原則 確定結構式 畫出結構網 分配各傳動組的最小傳動比 畫出轉速圖 四 主傳動系轉速圖的擬定原則 擬定原則 第五節主傳動系統設計 為了防止齒輪傳動比過小而造成從動輪結構過大 增加變速箱的尺寸 需要限制最小傳動比 即imin 1 4 為了減小傳動系統的振動 提高傳動精度 需要限制最大傳動比 即直齒輪的imax 2 螺旋圓柱齒輪的imax 2 5 1 極限傳動比 極限變速范圍原則 傳動系統圖 第五節主傳動系統設計 結論 直齒輪變速組的極限變速范圍是 r 2 4 8螺旋圓柱齒輪變速組的極限變速范圍是 r 2 5 4 10 由于變速組的變速范圍 即r隨著j增大而增大 因此設計時只需檢查最后擴大組是否超過極限值 如12 31 23 26 1 41 第二擴大組26為最后擴大組 則 未超極限值 如18 31 36 23 1 26 第二變速組的級比指數為xb 6 是第二擴大組 即最后擴大組 則 超過極限值 第五節主傳動系統設計 2 傳動副數確定原則 例一中型機床 主軸轉速級數Z 12 1 41 nmin 31 5r min nmax 1400r min 電動機功率為7 5kW 額定轉速nm 1440r min 擬定主傳動順序及傳動副數 第五節主傳動系統設計 方案 12 4 3 12 3 4都有3根軸 7對齒輪 方案 12 6 2 12 2 6都有3根軸 8對齒輪 而8對齒輪的軸向尺寸大于7對齒輪的軸向尺寸 故方案 優于 方案 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3都有7對齒輪 與方案 相同 但是軸的數量比方案 多一個 且軸向尺寸短 因此不能直接判斷各方案的優劣 1 比較優劣 第五節主傳動系統設計 超出極限值 在方案 12 4 3 12 3 4中 若傳動副數為4的變速組是擴大組 則 粗選方案 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3 2 極限變速范圍判定 第五節主傳動系統設計 選擇方案為 12 3 2 2 在方案 12 3 2 2 12 2 3 2 12 2 2 3中 因機床的nmax 1400r min nm 1440r min 故主傳動系統為降速傳動 傳動件越靠近電動機其轉速越高 所需傳遞的轉矩越小 幾何尺寸越小 結論盡量使傳動系前面的傳動件多一些 即 前多后少 原則 采用三聯滑移齒輪在前 二聯滑移齒輪在后的變速組 即數學表達式為3 Pa Pb Pc 3 傳動副前多后少 第五節主傳動系統設計 在已確定方案12 3 2 2中 有如下擴大方案 12 31 23 26 12 31 26 23 12 32 21 26 12 34 21 22 12 32 26 21 12 34 22 21 在擴大方案 中 在擴大方案 中 3 擴大順序確定原則 考慮最后變速組 第二擴大組 的變速范圍 第五節主傳動系統設計 結論傳動副數前多后少 擴大順序應前小后大 即 前密后疏 原則 級比指數小 傳動線密 級比指數大 傳動線疏 選擇擴大方案為 12 31 23 26 數學表達式為 第五節主傳動系統設計 4 最小傳動比確定原則 為使傳動件在相對高速下工作 減少變速箱的結構尺寸 提高傳動鏈末端執行件的旋轉精度 在傳動順序 擴大順序的原則上 最小傳動比采取 前緩后急 的原則 即遞降原則 數學表達式為iamin ibmin icmin 1 4 對傳動比的要求 傳動比不能超過極限值 為設計方便 變速組的最小傳動比盡量為公比的整數次冪 第五節主傳動系統設計 最小傳動比確定原則 前緩后急 擴大順序確定原則 前密后疏 傳動副數確定原則 前多后少 極限傳動比 極限變速范圍原則 直齒輪1 4 imax 2 r 8 螺旋齒輪1 4 imax 2 5 r 10 第五節主傳動系統設計 小結 如 雙速電動機驅動電動機只能為第一擴大組 傳動順序與擴大順序不一致 如 CA6140車床主傳動系統的軸 安裝有雙向離合器 占據一定的軸向長度 因此第一變速組為雙聯滑移齒輪 第二變速組為三聯滑移齒輪 在傳動順序上 傳動副數不是前多后少 注意設計主傳動鏈應遵循4個原則 但具體情況靈活應用 第五節主傳動系統設計 第五節主傳動系統設計 標準數列表 五 轉速圖的繪制 例某車床的主軸轉速要求為n 118 1320r min 轉速級數為8級 電機轉速n 1440r min 試設計該機床的主傳動系統 即擬定傳動結構式 計算各級轉速 畫出轉速圖 已知 R 1320 118 Z 8 根據R z 1 解 1 計算公比 得 第五節主傳動系統設計 2 確定傳動組 傳動副和擴大順序 根據傳動組和傳動副擬定原則 可選方案有 8 4 2 8 2 4 8 2 2 2 在方案 中有三根軸 比方案 少一根軸 但有一個傳動組內有四個傳動副 增加了傳動軸的軸向長度 故選擇方案 8 2 2 2 最終確定結構式為8 21 22 24 第五節主傳動系統設計 確定定比傳動比取軸 的轉速值為950r min 則電機軸與軸 的傳動比為 確定各變速組最小傳動比 從轉速點950r min到118r min共有6格 三個變速組的最小傳動線平均下降兩格 按照前緩后急的原則 第二變速組最小傳動線下降2格 第一變速組最小傳動線下降2 1 1格 第三變速組最小傳動線下降2 1 3格 3 設計轉速圖 主軸各級轉速118 170 236 335 475 670 950 1320 第五節主傳動系統設計 4 繪制轉速圖 1 1 5 1 1 1 1 1 2 82 1 41 1 1 2 1 1 41 結構式8 21 22 24 第五節主傳動系統設計 0 1320950670475335236170118 1440 n r min 8級轉速的轉速圖 1 1 5 1 1 1 1 1 2 82 1 41 1 1 2 1 1 41 結構式8 21 22 24 第五節主傳動系統設計 8級轉速的傳動系統圖 結構式8 21 22 24 1 1 1 2 1 41 1 1 1 1 1 41 1 2 82 1 1 5 第五節主傳動系統設計 六 齒輪齒數的確定 第五節主傳動系統設計 如圖 變速組a中 三聯滑移齒輪左移時 要使42和24齒輪不相碰 兩齒輪的齒頂圓半徑之和應小于中心距 即48 42 6 4 7 三聯滑移齒輪的最大和次大齒輪的齒數差應 4 以保證滑移時齒輪外圓不相碰 5 實際轉速n 與標準轉速n的相對轉速誤差 n為 6 齒輪可裝在軸上的條件是齒根圓至鍵槽頂面的距離a 2m 以滿足齒輪強度 第五節主傳動系統設計 2 齒數的確定方法 查表法對于變速組內的齒輪 若傳動比是標準公比的整數次方 則每對齒輪副的齒數和Sz 小齒輪的齒數可按機床設計手冊的 常用傳動比適用齒數表 來選取 計算法依據機械設計手冊推薦的計算方法確定 第五節主傳動系統設計 確定齒輪齒數的關鍵是選取合理的齒數和 其步驟 按傳遞轉矩要求先初選中心距 設定齒輪模數 再算出齒數和 第五節主傳動系統設計 常用傳動比的適用齒數表 ia1 1 S
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