机床的传动设计.pptx
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1、第二章第二章 机床的传动设计机床的传动设计 概概 述述 机床主传动系组成及分类机床主传动系组成及分类 第一节第一节 分级变速主传动系统设计分级变速主传动系统设计 第二节第二节 扩大变速范围的传动系统设计扩大变速范围的传动系统设计 第三节第三节 计算转速计算转速 第四节第四节 进给传动系统设计进给传动系统设计 第五节第五节 结构设计结构设计第1页/共51页 主要概念主要概念 转转速速图图、级级比比、级级比比指指数数、基基本本组组、第第一一扩扩大大组组、第二扩大组、级比规律、转速图的拟定原则等。第二扩大组、级比规律、转速图的拟定原则等。第二章 机床的传动设计 主要内容主要内容 分级变速主传动系及其
2、转速图设计;分级变速主传动系及其转速图设计;第2页/共51页 5)满足机床结构性能要求 主传动系统调整维修方便,结构简单合理,便于加工和装配。一、主传动系设计的基本要求 1)满足机床使用性能要求 满足机床的运动特性,设计合理,操纵方便、迅速、安全可靠。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转矩,传动效率较高。3)满足机床工作性能的要求 主传动系所有零部件应有足够的刚度、精度和抗振性。4)满足机床经济性的要求 主传动链简短,传动件数目少,以节省材料,降低成本。概 述 机床主传动系统的组成及分类第3页/共51页 直流电动机 单速交流电动机 交流电动机 调速交流电动机
3、多速交流电动机 变频调速电动机 主传动系由动力源(电动机)、变速装置、执行件(主轴、刀架)、启动、停止、换向和制动机构组成。二、主传动系的组成、分类和传动方式 (1)按驱动电机类型分类 2.主传动系分类 1.主传动系组成概 述 机床主传动系统的组成及分类第4页/共51页 (2)按传动装置类型分类 机械传动、液压传动、电气传动和组合传动。(3)按变速的连续性分类 分级变速主传动、无级变速主传动 分级变速主传动 利用滑移齿轮、交换齿轮和离合器实现变速,在一定的变速范围内得到级数为Z2030 的转数。特点 传递功率大,变速范围广,传动比准确。但有速度损失,不能在工作中变速。广泛应用于中小型通用机床或
4、专用机床。概 述 机床主传动系统的组成及分类滑移齿轮第5页/共51页 机械无级变速装置 结构简单、使用可靠。常用于中小型车床、铣床的主传动。液压无级变速装置 传动平稳、运动换向冲击小,易于实现直线运动。常用于直线主运动机床如拉床、刨床的主运动。电气无级变速装置 采用交流变频调速电动机,简化结构,能实现自动、连续和负载下变速。常用于数控机床的主传动。无级变速主传动 可在变速范围内,在运转及负载下连续而自动改变转速。特点 便于保持恒定的切削速度,满足生产效率和加工质量的要求。概 述 机床主传动系统的组成及分类第6页/共51页 (1)集中传动方式 主传动及其变速传动机构集中在同一个主轴箱内的传动方式
5、。如图,某铣床主变速传动系,其利用立式床身作为变速箱体,主传动及变速机构都装在床身中。优点:结构紧凑,便于实现集中操纵,安装调整方便。3.主传动的传动方式概 述 机床主传动系统的组成及分类第7页/共51页 缺点:在主传动系中,高速运转的传动件在运转过程中所产生的振动和热变,会直接影响主轴的运转平稳性,使主轴产生热变形和回转轴线偏离,而影响加工精度。应用:主要用于普通精度的大、中型机床。概 述 机床主传动系统的组成及分类第8页/共51页 (2)分离传动方式 主传动系大部分的传动件和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中,通过带传动将运动传到主轴箱。如图,C6132型车床主传动系。主轴箱中只装有主轴和
6、背轮机构。特点:变速箱各传动件所产生的振动和热量不直接传给或少传给主轴。有利于提高主轴的工作精度。概 述 机床主传动系统的组成及分类第9页/共51页 根据已确定的主变速传动系的运动参数和动力参数 1)拟定传动结构式;2)拟定传动系转速图;3)分配各变速组及各传动副的传动比;4)确定齿轮齿数和带轮直径;5)绘制主变速传动系统图。机床分级变速主传动系统设计内容第一节 分级变速主传动系统设计第10页/共51页 1.转速图的概念 表示传动轴的数目,传动轴之间的传动关系,主轴的各级转速值和传动路线,各传动轴的转速分级和转数值,各传动副的传动比等。一、转速图 转数图是设计和分析分级变速主传动系统的一个重要
7、工具。第一节 分级变速主传动系统设计第11页/共51页 2.转速图的组成 转速点 表示主轴和各传动轴的转速值(对数值)的小圆点。转速线转速线 间距相等的水平线。间距相等的水平线。相邻转速线间距为相邻转速线间距为lg。传动轴线传动轴线 距离相等的铅垂线。距离相等的铅垂线。从左到右按传动顺序排列。从左到右按传动顺序排列。传动线 传动轴间转速点的连线,表示两轴间一对传动副的传动比。一个主转速点引出的传动线数目,代表两轴间的传动副数。转速图第一节 分级变速主传动系统设计第12页/共51页 例:一中型车床,主轴转速级数 Z=12,公比 =1.41,主轴转速 n=31.5 1400 r/min,如图示。1
8、212级转速图级转速图1212级转速的传动系统图级转速的传动系统图第一节 分级变速主传动系统设计第13页/共51页轴的转速 传动轴的转速传动轴的转速 传动比传动比电机轴与轴电机轴与轴的传动比的传动比 传动线与传动副的关系传动线与传动副的关系 在轴在轴-之间,轴之间,轴转速点转速点引出三条传动线,表示轴引出三条传动线,表示轴-的的变速组有三对传动副,且各传动变速组有三对传动副,且各传动线在轴线在轴上相距一格。上相距一格。电机轴与轴间的传动线向下倾斜2格,显示轴的转速在710 转速线上。传动线位置与转速的关系传动线位置与转速的关系第一节 分级变速主传动系统设计第14页/共51页 按动力的传递顺序,
9、变速组依次设为第一变速组、第二变速组、按动力的传递顺序,变速组依次设为第一变速组、第二变速组、第三变速组第三变速组,分别用,分别用a、b、c表示。传动副数用表示。传动副数用P 表示,变表示,变速范围用速范围用r 表示。表示。1 1)级比)级比 变速组中两相邻的变速组中两相邻的转速或两相邻的传动比之比。转速或两相邻的传动比之比。级比用公比幂形式表示,级比用公比幂形式表示,如如 3 2 2)级比指数)级比指数 是级比的幂指是级比的幂指数,用数,用x 表示。表示。如级比如级比 3中的幂指数为中的幂指数为 x=3。3.转速图原理第一节 分级变速主传动系统设计第15页/共51页 第一变速组第一变速组 a
10、(轴(轴-之间)之间)Pa=3;传动比分别是传动比分别是 在转速图变速组在转速图变速组a a中中 三条传三条传动线分别是:下降动线分别是:下降2格,下降格,下降1 1格,水平。格,水平。即即 级比为级比为 ,级比指数为级比指数为 xa=1。第一节 分级变速主传动系统设计第16页/共51页 3 3)基本组)基本组 是指级比等于公比或级比指数等于是指级比等于公比或级比指数等于1的变速组。其的变速组。其传动副数用传动副数用P0 表示,级比指数用表示,级比指数用x0 表示。表示。如图:如图:第一变速组第一变速组a为基本组,为基本组,P0=3,x0=1。变速范围为。变速范围为 传动系经过基本组的变速,传
11、动系经过基本组的变速,使轴使轴得到得到P0(3级级)级等比数列)级等比数列转速。转速。第一节 分级变速主传动系统设计第17页/共51页 第二变速组第二变速组b(轴(轴-之间)之间)Pb=2,其,其传动比分别是:传动比分别是:传动线Lb1下降三格,Lb2 水平。级比为 3,级比指数 xb=3。传动线传动线 Lb2 的最低转速点必须与的最低转速点必须与Lb1的最低转速点相距的最低转速点相距P0=3格,才能格,才能使轴使轴得到连续不重复的等比数列得到连续不重复的等比数列转速。转速。级比指数为级比指数为 xb=P0=3 传动线 Lb1 可作P0=3条平行线。第一节 分级变速主传动系统设计第18页/共5
12、1页 图中,第二变速组图中,第二变速组b 即即为第为第一扩大组,一扩大组,P1=2,x1=3=P0,其其变速范围为:变速范围为:传动系经第一扩大组后,轴传动系经第一扩大组后,轴得到得到P0 P1 级连续而不重复级连续而不重复的等比数列转速。的等比数列转速。4 4)第一扩大组)第一扩大组 是指级比指数等于基本组传动副数的变速组。是指级比指数等于基本组传动副数的变速组。其传动副数用其传动副数用P1 表示,级比指数用表示,级比指数用x1 表示。表示。第一节 分级变速主传动系统设计第19页/共51页 第三变速组第三变速组 c(轴(轴-之间)之间)Pc=2,传动比分别是传动比分别是:传动线传动线 Lc1
13、下降下降4格格、Lc2 上升上升 2 格。格。级比为级比为 6,级比指数为,级比指数为 xc=6。传动线传动线Lc1 可作可作P0P1 条平行线。条平行线。传动线传动线Lc2 的最低转速点与的最低转速点与Lc1 的最的最低转速点相距低转速点相距P0P1 格,使轴格,使轴得到得到连续而不重复的等比数列转速。连续而不重复的等比数列转速。级比指数为级比指数为第一节 分级变速主传动系统设计第20页/共51页 5 5)第二扩大组)第二扩大组 是指级比指数等于是指级比指数等于P0P1 的变速组。其传动副的变速组。其传动副数、级比指数、变速范围分别用数、级比指数、变速范围分别用P2、x2、r2表示。表示。变
14、速组变速组c为第二扩大组,为第二扩大组,P2=2,x2=x1P1=P0P1=6,变速范围为,变速范围为 传动系经第二扩大组的扩大,轴传动系经第二扩大组的扩大,轴得到得到Z=322=12 级连续等比数列级连续等比数列的转速,总变速范围为:的转速,总变速范围为:第一节 分级变速主传动系统设计第21页/共51页小结小结 扩大顺序扩大顺序 是指变速组级比指是指变速组级比指数数 x由小到大的排列顺序。由小到大的排列顺序。一个等比数列变速系统中,必须有基本组、第一扩大组、一个等比数列变速系统中,必须有基本组、第一扩大组、第二扩大组、第三扩大组第二扩大组、第三扩大组,并遵循级比规律。,并遵循级比规律。第第
15、j 扩大组的变速范围为扩大组的变速范围为 第 j 扩大组的级比指数为 系统总变速范围为第一节 分级变速主传动系统设计第22页/共51页 结构网结构网 只表示传动比的相对关系,不表示具体转速值,并只表示传动比的相对关系,不表示具体转速值,并以对称形式表示的转速线图。以对称形式表示的转速线图。结构式结构式 是是将转速级数按传动顺序写成将转速级数按传动顺序写成各变速组传动副数的乘积,级比指数写在各变速组传动副数的乘积,级比指数写在各传动副数右下脚的表达式。各传动副数右下脚的表达式。4.结构网和结构式 问:问:结构式中第一变速组是结构式中第一变速组是?第?第二变速组是二变速组是?第三变速组是第三变速组
16、是?如 结构式 12=31 23 26第一节 分级变速主传动系统设计第23页/共51页 转速图的设计步骤转速图的设计步骤 根据转速图的拟定原则,确定结构式,根据转速图的拟定原则,确定结构式,画出结构网;画出结构网;分配各传动组的最小传动比,画出转速图。分配各传动组的最小传动比,画出转速图。二、主传动系转速图的拟定原则 拟拟定定 原原 则则 极限传动比和极限变速范围原则 传动顺序及传动副数原则传动顺序及传动副数原则 扩大顺序原则 最小传动比原则第一节 分级变速主传动系统设计第24页/共51页 为了防止齿轮传动比过小而造成从动轮过大,增加变速箱的为了防止齿轮传动比过小而造成从动轮过大,增加变速箱的
17、尺寸,需要限制最小传动比,即尺寸,需要限制最小传动比,即 imin1/4。为了减小传动系统的振动,提高传动精度,需要限制最大传动为了减小传动系统的振动,提高传动精度,需要限制最大传动比,即直齿轮的比,即直齿轮的 imax2,螺旋圆柱齿轮的螺旋圆柱齿轮的 imax2.5。1.极限传动比、极限变速范围原则 结论结论 直齿轮变速组的极限变速范围是直齿轮变速组的极限变速范围是 r=24=8 螺旋齿轮变速组的极限变速范围是螺旋齿轮变速组的极限变速范围是 r=2.54=10第一节 分级变速主传动系统设计第25页/共51页 已知变速组的变速范围已知变速组的变速范围 ,且且r 随着随着 j 增大而增大,因此设
18、计时只需检查最后扩大组是否超增大而增大,因此设计时只需检查最后扩大组是否超过极限值。过极限值。如如 12=312326,=1.41,第二扩大组第二扩大组 26 为最后扩大组,则为最后扩大组,则(未超极限值)(未超极限值)如如 18=313623,=1.26,第二变速组第二变速组 36 是第二扩大组,即是第二扩大组,即最后扩大组,则最后扩大组,则(超过极限值)(超过极限值)第一节 分级变速主传动系统设计第26页/共51页 2.2.传动顺序及传动副数原则传动顺序及传动副数原则 例例 一一中型机床,主轴转速级数中型机床,主轴转速级数 Z=12,=1.41,nmin=31.5 r/min,nmax=1
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