《主傳動系統(tǒng)設計》PPT課件.ppt

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1、第三章,第四節(jié) 主傳動系統(tǒng)設計,,主傳動系組成 主傳動系一般由動力源（如電動機）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機構等組成。 動力源：給執(zhí)行件提供動力，并使其得到一定的運動速度和方向； 變速裝置：傳遞動力以及變換運動速度； 執(zhí)行件：執(zhí)行機床所需的運動，完成旋轉或直線運動。,3.4 主傳動系統(tǒng)設計,3.4.1 必須滿足的設計基本要求 3.4.2 主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式 3.4.3 分級變速主傳動系統(tǒng) 3.4.4 無級變速主運動傳動系統(tǒng)設計 3.4.5 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計,3.4.1 須滿足的設計基本要求,1)滿足機床使用性能要求。機床的末端執(zhí)行件(如主軸)應

2、有足夠的轉速范圍和變速級數(shù)。 2)機床傳遞動力要求。機床的動力源和傳動機構應能夠輸出和傳遞足夠的功率和轉矩，并有較高的傳動效率。 3)機床工作性能要求。機床的傳動結構，特別是末端執(zhí)行件必須有足夠的精度、剛度、抗振性能和較小的熱變形。 4)產品設計經濟性要求。應該合理地滿足機床的自動化程度和生產率的要求。 5)機床的操作和控制要靈活，安全可靠，噪聲小，維修方便。機床的制造要方便，成本要低。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,(一)主傳動系分類 ： (1)按驅動主傳動的電動機類型 可分為交流電動機驅動和直流電動機驅動。交流電動機驅動中又可分單速交流電動機或調速交流電動機驅動。調速交流電動機驅動

3、又有多速交流電動機和無級調速交流電動機驅動。 (2)按傳動裝置類型 可分為機械傳動裝置、-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(xù)性 可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,分級變速傳動在一定的變速范圍內只能得到某些轉速，變速級數(shù)一般不超過2030級。傳動方式有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器(如摩擦式、牙嵌式、齒輪式離合器)變速。傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動比準確，工作可靠，廣泛應用于通用機床。缺點是有速度損失，不能在運轉中進行變速。 無級變速傳動可以在一定的變速范圍內連續(xù)改變轉速，以便得到最有利的切削速度；能在運轉負載中變速，

4、便于實現(xiàn)變速自動化。無級變速傳動可由機械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和電氣無級變速器實現(xiàn)。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,(二)主傳動系的傳動方式： 1集中傳動方式 主傳動系的全部傳動和變速機構集中裝在同一個主軸箱內，稱為集中傳動方式。 通用機床中多數(shù)機床的主變速傳動系都采用這種方式。適用于普通精度的大中型機床。 特點是結構緊湊，便于實現(xiàn)集中操縱，安裝調整方便。 缺點是運轉的傳動件在運轉過程中所產生的振動、熱量，會使主軸產生變形，使主軸回轉中心線偏離正確位置而直接影響加工精度。,3.4.2主傳動系統(tǒng)分類與傳動方式,2分離傳動方式 主傳動系中的大部分的傳動和變速機構裝在遠離主軸的單獨變速

5、箱中，然后通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式，稱為分離傳動方式。 特點是變速箱各傳動件所產生的振動和熱量不能直接傳給或少傳給主軸，從而減少主軸的振動和熱變形，有利于提高機床的工作精度。 運動由皮帶經齒輪離合器直接傳動，主軸傳動鏈短，使主軸在高速運轉時比較平穩(wěn)，空載損失??；當主軸需作低速運轉時，運動則由皮帶輪經背輪機構的兩對降速齒輪傳動后，轉速顯著降低，達到擴大變速范圍的目的。,3.4.3 分級變速主傳動系統(tǒng),分級變速主傳動系設計的內容和步驟： 根據(jù)已確定的主變速傳動系的運動參數(shù)，擬定結構式、轉速圖，合理分配各變速組中的傳動副的傳動比，確定齒輪數(shù)和帶輪直徑等，繪制主變速傳動系圖。 （一）轉速圖

6、與結構式 （二）各變速組的變速范圍及極限傳動比 （三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則與方法 （四）主傳動系統(tǒng)的幾種特殊設計 （五）擴大傳動系變速范圍的方法 （六）齒輪齒數(shù)的確定 （七）計算轉速 （八）變速箱內傳動件的空間布置與計算,1.轉速圖設計和分析主傳動系統(tǒng)的工具,轉速圖的作用： （1）表示出傳動軸的數(shù)目； （2）傳動軸之間的傳動關系； （3）主軸的各級轉速值及其傳動路線； （4）各傳動軸的轉速分級和轉速值； （5）各傳動副的傳動比。 轉速圖由一組相互平行和垂直的格線組成。 1)距離相等的豎直線代表傳動系統(tǒng)的各軸。從左到右依次標注。 2)距離相等的橫直線與豎直線相交點，代表各級轉速。 3)坐標取

7、對數(shù)坐標，在相交點直接寫出轉速的數(shù)值。 4)相鄰兩軸之間相應轉速的連線代表相應傳動副的傳動比，從左向上斜是升速傳動，從左向下斜是降速傳動。,（一）轉速圖與結構式,1.轉速圖,傳動線,31.5-1400：12級 公比：,電-I軸,I軸-II軸：變速組a,II軸-III軸：變速組b,III軸-IV軸：變速組c,IV軸轉速：,轉速圖的基本規(guī)律,1) 變速系統(tǒng)的變速級數(shù)是各變速組傳動副數(shù)的乘積。 2) 機床的總變速范圍Rn是各變速組變速范圍的乘積。 3) 變速組的傳動比之間關系 變速的基本規(guī)律是:變速系統(tǒng)是以基本組為基礎，再通過擴大組(可以有第一擴大組、第二擴大組)把轉速范圍(級數(shù))加以擴大。若要求變

8、速系統(tǒng)是一個連續(xù)的等比數(shù)列，則基本組的級比等于，級比指數(shù)X。1；擴大組的級比xj ，級比指數(shù)xj應等于該擴大組前面的基本組傳動副數(shù)和各擴大組傳動副數(shù)的乘積。,2.結構式比較和分析不同傳動方案,結構式簡單、直觀，能清楚地顯示出變速傳動系中主軸轉速級數(shù)Z、各變速組的傳動順序、傳動副數(shù)（Pi）和各變速組的級比指數(shù)Xi，一般表達式為 12級轉速，傳動方案12312326 傳動系由a/b/c三個傳動組組成； a傳動組，傳動副為3； b傳動組，傳動副為2； c傳動組，傳動副為2； 下標表示各變速組的級比指數(shù)。 級比：主動軸上同一點，傳往從動軸相鄰兩條傳動線的比值，用xj 表示，其中xj，稱為級比指數(shù)，相

9、當于相鄰兩傳動線與從動軸交點之間相距的格數(shù)。,2.結構式比較和分析不同傳動方案,以12級轉速為例，傳動方案有：124 3；123 4；123 2 2；122 3 2；122 2 3 要使主軸轉速為連續(xù)的等比數(shù)列，必須有一個變速組的級比指數(shù)為1，此變速組稱為基本組。應盡量使變速組的擴大順序和傳動順序一致。 基本組的級比指數(shù)用X0表示，即X0=1，（31）； 后面的變速組因起變速擴大作用，統(tǒng)稱為擴大組； 第一擴大組的級比指數(shù)為X1一般等于基本組的傳動副數(shù)P0，即X1=P0； 第二擴大組的作用是將第一擴大組擴大的變速范圍第二次擴大，其級比指數(shù)X2等于基本組的傳動副數(shù)與第一擴大組傳動副數(shù)的乘積，即X2

10、=P0P1。,（二）各變速組的變速范圍及極限傳動比,(1)變速組中最大與最小傳動比的比值，稱為該變速組的變速范圍: (2)變速組的極限傳動比 一般限制降速的最小傳動比min14，對升速的最大傳動比max22.5。這樣主傳動系統(tǒng)各變速組的變速范圍限制在r810之間。 為使最后傳動組的變速范圍不超出允許值，最后擴大組的傳動副一般取P=2較合適。,檢查變速組的變速范圍是否超過極限值，只需要檢查最后一個擴大組。,變速組c,確定左圖的轉速圖、結構式及各級變速范圍,（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則,1傳動副前多后少原則 主變速傳動系從電動機到主軸，通常為降速傳動，接近電動機的傳動件轉速較高，傳遞的扭矩較

11、小，尺寸小一些；反之，靠近主軸的傳動件轉速較低，傳遞的扭矩較大，尺寸就較大。 在擬定主變速傳動系時，應盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內工作，尺寸小一些，以便節(jié)省變速箱的造價，減小變速箱的外形尺寸。按此原則，123X2X2，122X3X2，122X2X3,第一種傳動方案中為好。,（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則,1傳動副前多后少原則 在變速級數(shù)Z一定時，減少變速組個數(shù)勢必增加各變速組的傳動副數(shù)，并且降速過快而導致齒輪的徑向尺寸增大，為使變速箱中的齒輪個數(shù)最少，每個變速組的傳動副數(shù)最好取23個。 當機床的傳動功率為定值時，轉速

12、n越高，轉矩就小，零件尺寸就較小。所以應該盡量選擇傳動副數(shù)多的變速組放在傳動順序前面的高速范圍，而把變速組傳動副數(shù)少的放在傳動順序的后面。,（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則,2傳動順序與擴大順序相一致的原則（前密后疏）,后種方案因第一擴大組在最前面，軸的轉速范圍比前種方案大。 如兩種方案軸的最高轉速一樣，后種方案軸的最低轉速較低，在傳遞相等功率的情況下，受的扭矩較大，傳動件的尺寸也就比前方案大。 將圖3-14a所示方案與其它多種擴大順序方案相比，可以得出同樣的結論。,（三）主傳動系統(tǒng)設計的基本原則,3變速組的降速要前慢后快（前慢后快） 從電動機到主軸之間的總趨勢是降速傳動，在分配各變速組傳動比時

13、，為使中間傳動軸具有較高的轉速，以減小傳動件的尺寸，前面的變速組降速要慢些，后面變速組降速要快些，但中間軸的轉速不應過高，以免產生振動、發(fā)熱和噪聲。 中間軸的最高轉速不超過電動機的轉速。 上述原則在設計主變速傳動系時一般應該遵循。但有時還須根據(jù)具體情況加以靈活運用。,I軸上裝有雙向摩擦片式離合器，軸向尺寸較長，為使結構緊湊，第一變速組采用了雙聯(lián)齒輪，而不是按照前多后少的原則采用三個傳動副。,(四)主變速傳動系的幾種特殊設計,1.具有多速電動機的主變速傳動系設計,多刀半自動車床采用雙速電動機，電動機變速范圍 為2，轉速級數(shù)共8級。公比141，其結構式為電變速組作為第一擴大組，I一軸間的變速組為基

14、本組，傳動副數(shù)為2，一軸間變速組為第二擴大組，傳動副數(shù)為2,可簡化機床的機械結構，使用方便，并可在運轉中變速，適于半自動、自動機床及普通機床。 機床上常用雙速或三速電動機，多速電動機總是在變速傳動系的最前面，作為電變速組。當電動機變速范圍為2時，變速傳動系的公比應是2的整數(shù)次方根。,1.具有多速電動機的主變速傳動系設計,(四)主變速傳動系的幾種特殊設計,1.具有多速電動機的主變速傳動系設計,缺點就是當電動機在高速時，沒有完全發(fā)揮其能力。,(四)主變速傳動系的幾種特殊設計,2.具有交換齒輪的變速傳動系設計,2.具有交換齒輪的變速傳動系設計,為了減少交換齒輪的數(shù)量，相嚙合的兩齒輪可互換位置安裝，即

15、互為主、被動齒輪。反映在轉速圖上，交換齒輪的變速組應設計成對稱分布的。 可用少量齒輪，得到多級轉速，不需要操縱機構，變速箱結構大大簡化。缺點是更換交換齒輪較費時費力；如果裝在變速箱外，潤滑密封較困難，如裝在變速箱內，則更換麻煩。,對于成批生產用的機床，加工中一般不需要變速或僅在較小范圍內變速；但換一批工件加工，需要變換成別的轉速或在一定的轉速范圍內進行加工。為簡化結構，常采用交換齒輪變速方式，或將交換齒輪與其它變速方式(如滑移齒輪、多速電動機等)組合應用。交換齒輪用于每批工件加工前的變速調整，,(四)主變速傳動系的幾種特殊設計,3.采用公用齒輪的傳動系設計,在變速傳動系中，即是前一變速組被動齒

16、輪，又是后一變速組主動齒輪，稱為公用齒輪。 可減少齒輪的數(shù)目，簡化結構，縮短軸向尺寸。按相鄰變速組內公用齒輪的數(shù)目，常用的有單公用和雙公用齒輪。 采用公用齒輪時，兩個變速組的模數(shù)必須相同。因為公用齒輪輪齒受的彎曲應力屬于對稱循環(huán)，彎曲疲勞許用應力比非公用齒輪要低，因此應盡可能選擇變速組內較大的齒輪作為公用齒輪。,(五)擴大傳動系變速范圍的方法,主變速傳動系最后一個擴大組的變速范圍為：,,設主變速傳動系總變速級數(shù)為Z：,通常最后擴大組的變速級數(shù)為2，則最后擴大組的變速范圍為：,由于極限傳動比的限制，總的變速范圍有限，不能滿足通用機床的要求。,(五)擴大傳動系變速范圍的方法,1增加變速組 是擴大變

17、速范圍最簡便的方法。 但由于受變速組極限傳動比的限制，增加的變速組的級比指數(shù)往往不得不小于理論值，并導致部分轉速的重復。,,(五)擴大傳動系變速范圍的方法,2采用背輪機構 又稱回曲機構. 在機床上應用得較多。設計時應注意當高速直聯(lián)傳動時，應使背輪脫開，以減少空載功率損失，噪聲和發(fā)熱，以及避免超速現(xiàn)象。,(五)擴大傳動系變速范圍的方法,3采用雙公比的傳動系 機床在使用中，每級轉速使用的機會不太相同。經常使用的轉速一般是在轉速范圍的中段，轉速范圍的高、低段使用較少。針對這一情況而設計的。 主軸的轉速數(shù)列有兩個公比，轉速范圍中經常使用的中段采用小公比，不經常使用的高、低段用大公比。,,(五)擴大傳動

18、系變速范圍的方法,,雙公比變速傳動系是在常規(guī)變速傳動系基礎上，通過改變基本組的級比指數(shù)演變來的。 如要演變成雙公比變速傳動系，基本組的傳動副數(shù)常選為2。將基本組的級比指數(shù)X1增大到“1+2n”，n是大于1的正整數(shù)。,,(五)擴大傳動系變速范圍的方法,4采用分支傳動 分支傳動是在串聯(lián)型式變速傳動系的基礎上，增加并聯(lián)分支以擴大變速范圍。 本例主變速傳動系采用分支傳動方式，變速范圍擴大到R。140010140。 采用分支傳動方式還具有縮短高速傳動路線，提高傳動效率，減少了噪聲的優(yōu)點。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,對于定比傳動的齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，可依據(jù)機械設計手冊推薦的計算方法確定。 對于變速組內齒輪的

19、齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，變速組內每對齒輪的齒數(shù)和Sz及小齒輪的齒數(shù)可從表3-9中選取。 表中所列值是傳動副的被動齒輪齒數(shù)；齒數(shù)和Sz減去被動齒輪齒數(shù)就是主動齒輪齒數(shù)。 表中所列的u值全大于1，即全是升速傳動。對于降速傳動副，可取其倒數(shù)查表，查出的齒數(shù)則是主動齒輪齒數(shù)。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,1.確定齒輪齒數(shù)的注意問題 確定齒輪齒數(shù)時，選取合理的齒數(shù)和Sz是很關鍵。 齒輪的中心距取決于傳遞的扭矩。一般來說，主變速傳動系是降速傳動系，越后面的變速組傳遞的扭矩越大，因此中心距也越大。一般推薦Sz=18。 受結構限制的最小齒數(shù)的各齒輪（尤其是最小齒輪），應能可靠地安裝在軸上，或進行套裝

20、，齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚a=2m（m為模數(shù)），以保證有足夠的強度，避免出現(xiàn)變形、斷裂。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,1.確定齒輪齒數(shù)的注意問題 確定齒輪齒數(shù)時，選取合理的齒數(shù)和Sz是很關鍵。 兩軸間最小中心距應取得適當，若齒數(shù)和Sz過小，將導致兩軸的軸承及其它結構之間的距離過近或相碰。 確定齒輪齒數(shù)時，應符合轉速圖上傳動比的要求。實際傳動比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉速圖上要求的傳動比）之間允許有誤差，但需限制在一定范圍內，一般不應超過10(-1)%，即,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,2.變速組內齒輪模數(shù)相同時齒輪齒數(shù)的確定 首先須確定出各變速組內齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結構尺寸判斷其最小齒輪齒

21、數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。 同一變速組內的齒輪盡可能取相同的模數(shù)，不同模數(shù)只在一些特殊情況下使用。為了便于設計和制造，主傳動系統(tǒng)中所采用的齒輪模數(shù)的種類盡可能少些。 計算法 查表法 傳動比是標準公比的整數(shù)次方、變速組內齒輪模數(shù)相同時使用。,,(六)齒輪齒數(shù)的確定,3.變速組內模數(shù)不同時齒輪齒數(shù)的確定 4.采用三聯(lián)滑移齒輪時，應檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關系：三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應大于或等于4。以保證滑移時，齒輪外圓不相碰。 齒輪齒數(shù)確定后，還應驗算一下實際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉速圖上給定的傳動比)之間的轉速誤差是否在允許范圍之內。 有時在希望的齒數(shù)和范圍內，找不到變速

22、組各傳動副相同的齒數(shù)和，可選擇齒數(shù)和不等，但差數(shù)一般小于13的方案，然后采用齒輪變位的方法使各傳動副的中心距相等。,,(七)計算轉速,計算轉速nj:主軸或各傳動件傳遞全部功率的最低轉速。 主軸從最高轉速到計算轉速之間應傳遞全部功率，而其輸出扭矩隨轉速的降低而增大，稱之為恒功率區(qū)； 從計算轉速到最低轉速之間，主軸不必傳遞全部功率，輸出的扭矩不再隨轉速的降低而增大，保持計算轉速時的扭矩不變，傳遞的功率則隨轉速的降低而降低，稱之為恒扭矩區(qū)。 不同類型機床主軸計算轉速的選取是不同的。對于大型機床，由于應用范圍很廣，調速范圍很寬，計算轉速可取得高些。對于精密機床、滾齒機，由于應用范圍較窄，調速范圍小，計

23、算轉速可取得低一些。 各類機床主軸計算轉速的統(tǒng)計公式見表3-10。,,(七)計算轉速,2.變速傳動系中傳動件計算轉速的確定 變速傳動系中的傳動件包括軸和齒輪，它們的計算轉速可根據(jù)主軸的計算轉速和轉速圖確定。 確定的順序通常是先定出主軸的計算轉速，再順次由后往前，定出各傳動軸的計算轉速，然而再確定齒輪的計算轉速。 P97，例3-1,,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的空間布置,,臥式車床主軸箱的橫截面圖。 首先確定主軸的位置，主要根據(jù)車床的中心高確定；確定傳動主軸的軸，以及與主軸有齒輪嚙合關系的軸的位置；確定電動機軸或運動輸入軸(軸I)的位置；最后確定其它各傳動軸的位置

24、。各傳動軸常按三角布置。,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的空間布置,,變速箱內各傳動軸的空間布置首先要滿足機床總體布局對變速箱的形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸受力情況，裝配調整和操縱維修的方便。 其中變速箱的形狀和尺寸限制是影響傳動軸空間布置最重要的因素。,,為縮小徑向尺寸，還可以使箱內某些傳動軸的軸線重合，如圖324中的、v兩軸。,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的空間布置,臥式銑床的主變速傳動機構，利用銑床立式床身作為變速箱體。床身內部空間較大，所以各傳動軸可以排在一個鉛直平面內，不必過多考慮空間布置的緊湊性，以方便制造、裝配、調整、維

25、修，和便于布置變速操縱機構。 床身較長，為減少傳動軸軸承間的跨距，可在中間加一個支承墻。,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的空間布置,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的軸向固定,,傳動軸通過軸承在箱體內軸向固定的方法有一端固定和兩端固定兩類。 采用單列向心球軸承時，可一端固定，也可兩端固定； 采用圓錐滾子軸承時，則必須兩端固定。 一端固定的優(yōu)點是軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產生熱應力，因此，宜用于長軸。,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的軸向固定,,圖a用襯套和端蓋將軸承固定，并一起裝到箱壁上，它的優(yōu)點是可在箱

26、壁上鏜通孔，便于加工，但構造復雜，對襯套又要加工內外凸肩。 圖b雖不用襯套，但在箱體上要加工一個有臺階的孔，因而在成批生產中較少應用。 圖c是用彈性擋圈代替臺階，結構簡單，工藝性較好 圖d是兩面都用彈性擋圈的結構，構造簡單、安裝方便，適用于批量較大的機床；,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 變速箱內各傳動軸的軸向固定,,圖e的構造是在軸承的外圈上有溝槽，將彈性擋圈卡在箱壁與壓蓋之間，箱體孔內不用挖槽，構造更加簡單，裝配更方便，但需軸承廠專門供應這種軸承。 一端固定時，軸的另一端的構造見圖f，軸承用彈性擋圈固定在軸端，外環(huán)在箱體孔內軸向不定位。,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算

27、變速箱內各傳動軸的軸向固定,,圖327是兩端固定的例子。 圖a通過調整螺釘2，壓蓋1及鎖緊螺母3來調整圓錐滾子軸承的間隙，調整比較方便。 圖b、c是改變墊圈1的厚度調整軸承的間隙，結構簡單。,(八)變速箱內傳動件的空間布置與計算 各傳動軸的估算和驗算,,(1)按扭轉剛度估算軸的直徑,軸在彎矩作用下，若產生過大的彎曲變形，則裝在軸上的齒輪因傾角過大而使齒面的壓強分布不均，產生不均勻的磨損和加大噪聲；也會使?jié)L動軸承內、外圈產生相對傾斜，影響軸承使用壽命。 扭轉剛度不夠，則會引起傳動軸扭振。 設計開始時，要先按扭轉剛度估算傳動軸直徑，待確定之后，定出軸的跨距，再按彎曲剛度進行驗算。,(八)變速箱

28、內傳動件的空間布置與計算 各傳動軸的估算和驗算,,(2)按彎曲剛度驗算軸的直徑 1)進行軸受力分析，根據(jù)軸上滑移齒輪不同位置，選出受力變形最嚴重的位置進行驗算。如較難準確判斷滑移齒輪處于那個位置受力變形最嚴重，則需多算幾種位置。 2)如最嚴重情況時，齒輪處于軸的中部時，應驗算在齒輪處的撓度；當齒輪處于軸的兩端附近時，應驗算齒輪處的傾角。此外還應驗算軸承處的傾角。 3)按材料力學中的公式計算軸的撓度或傾角，檢查是否超過允許值查出。 為簡化計算，也可只驗算傾角。當支承處的傾角小于齒輪傾角的允許值時，齒輪的傾角不必計算。,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,無級變速是指在一定范圍內，(或速度

29、)能連續(xù)地變換，從而獲取最有利的切削速度。 不僅能在調速范圍內選擇到合理的切削速度，而且換向迅速平穩(wěn)、不停車自動變速、簡化結構。 在數(shù)控機床、高精度機床和大型機床的主運動中得到廣泛的應用。 無級調速有機械、液壓和電氣等多種形式。 機械無級變速器大多是靠摩擦力來傳遞轉矩。 龍門刨床等大型機床廣泛采用直流調速電動機來實現(xiàn)無級變速，數(shù)控機床一般采用直流或交流調速電動機來實現(xiàn)無級變速。,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,(一)無級變速裝置的分類 1變速電動機 機床上常用的變速電動機有直流復勵電動機和交流變頻電動機。 在額定轉速以上為恒功率變速，通常調速范圍僅23；額定轉速以下為恒扭矩變速，調整范

30、圍很大，可達30甚至更大。 上述功率和扭矩特性一般不能滿足機床的使用要求。為了擴大恒功率調速范圍，在變速電動機和主軸之間串聯(lián)一個分級變速箱。 廣泛用于數(shù)控機床、大型機床中。,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,2機械無級變速裝置 機械無級變速裝置有柯普(Koop)型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環(huán)型、寬帶型等多種結構。 它們都是利用摩擦力來傳遞扭矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實現(xiàn)無級變速。 由于變速范圍小，多數(shù)是恒扭矩傳動，通常較少單獨使用，而與分級變速機構串聯(lián)使用，以擴大變速范圍。 機械無級變速器應用于要求功率和變速范圍較小的中小型車床、銑床等機床的主傳動中，更多地是用于進給變速傳動中

31、。,行星錐盤無級變速機,V型寬帶無級變速器,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,3液壓無級變速裝置 液壓無級變速裝置通過改變單位時間內輸入液壓缸或液動機中液體的油量來實現(xiàn)無級變速。 特點是變速范圍較大、變速方便、傳動平穩(wěn)、運動換向時沖擊小、易于實現(xiàn)直線運動和自動化。 常用在主運動為直線運動的機床中，如刨床、拉床等。,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,(二)無級變速主傳動系設計原則 （1）盡量選擇功率和扭矩特性符合傳動系要求的無級變速裝置。 執(zhí)行件作直線主運動的主傳動系，對變速裝置的要求是恒扭矩傳動，例如龍門刨床的工作臺，就應該選擇恒扭矩傳動為主的無級變速裝置，如直流電動機； 如主傳動

32、系要求恒功率傳動，例如車床或銑床的主軸，就應選擇恒功率無級變速裝置，如柯普(Koop)B型和K型機械無級變速裝置、變速電動機串聯(lián)機械分級變速箱等。,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,（2）無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調速范圍往往遠小于機床實際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴大恒功率變速范圍和整個變速范圍。,（2）無級變速調速范圍滿足不了要求時（恒功率調速），常串聯(lián)分級變速箱，以擴大恒功率變速范圍。,3.4.4無級變速主運動傳動系統(tǒng)的設計,Rf=Rn/Rd=fZ-1 無級變速裝置作為傳動系中的基本組，

33、而分級變速作為擴大組。 由于機械無級變速裝置屬于摩擦傳動，有相對滑動現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉速。 為了得到連續(xù)的無級變速，設計時應該使分級變速箱的公比略小于無級變速裝置的變速范圍，(0.90-0.97)Rd。,（2）無級變速調速范圍滿足不了要求時（恒功率調速），常串聯(lián)分級變速箱，以擴大恒功率變速范圍。,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,(一)主傳動采用直流或交流電動機無級調速 1直流電動機無級調速 采用調壓和調磁方式來得到主軸所需的轉速。 能滿足低速切削需要。一般直流電動機恒扭矩調速范圍較大，達30，甚至更大；而恒功率調速范圍較直流、交流調速電動機功率特性圖小，僅能達到23，滿足不了機床的

34、要求； 在高速范圍要進一步提高轉速，須加大勵磁電流，將引起電刷產生火花，限制了電動機的最高轉速和調速范圍。 直流電動機僅在早期的數(shù)控機床上應用較多。,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,2交流電動機無級調速 通常是通過調頻進行變速。 交流調速電動機一般為籠式感應電動機結構，體積小，轉動慣性小，動態(tài)響應快；無電刷，因而最高轉速不受火花限制；采用全封閉結構，具有空氣強冷，保證高轉速和較強的超載能力，具有很寬的調速范圍。 對于某些應用場合，使用這些電動機可以取消機械變速箱，能較好地適應現(xiàn)代數(shù)控機床主傳動的要求，因此，應用越來越廣泛。,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,(二）主軸與電動機在功率特性上

35、的匹配 在電動機與主軸之間串聯(lián)有級變速箱。,電動機轉速要在額定轉速nd以上才是恒功率輸出。 主軸需要在計算轉速nj以上到恒功率區(qū)，一般ndnj.且電動機恒功率區(qū)小于主軸恒功率區(qū)。 存在機床主軸與電動機在功率特性方面的匹配問題。,有級變速箱設計,RDP時，主軸的功率特性曲線的右邊形成兩個缺口，稱為功率降低區(qū)。在每一檔內有部分低轉速只能恒轉矩變速，尤其是尖谷處的功率很小。不符合機床的要求。,有級變速箱設計,RDP時，主軸的功率特性曲線缺口完全消除了，如果按照機床要求來擴大變速范圍時，則需增加有級變速箱的傳動副，從而增加機械結構的復雜性。,有級變速箱設計,實際設計中經常采用簡化機械結構，常在主軸恒功

36、率區(qū)內保留一定寬度的“缺口”，并將電動機的額定功率選得稍大于機床實際需要的最大功率。,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,(三)數(shù)控機床高速主傳動設計 一種是采用聯(lián)軸節(jié)將機床主軸和電動機軸串接成一體，將中間傳動環(huán)節(jié)減少到僅剩聯(lián)軸節(jié)； 另一種是將電動機與主軸合為一體，制成內裝式電主軸，實現(xiàn)無任何中間環(huán)節(jié)的直接驅動，并通過循環(huán)水冷卻方式減少發(fā)熱.,(三)數(shù)控機床高速主傳動設計 一種是采用聯(lián)軸節(jié)將機床主軸和電動機軸串接成一體，將中間傳動環(huán)節(jié)減少到僅剩聯(lián)軸節(jié)； 另一種是將電動機與主軸合為一體，制成內裝式電主軸，實現(xiàn)無任何中間環(huán)節(jié)的直接驅動，并通過循環(huán)水冷卻方式減少發(fā)熱.,電主軸的電動機轉子與主軸為一體

37、，置于前后軸承之間，電動機定子則在套筒內，可實現(xiàn)高速運轉，主軸部件結構緊湊。電主軸為一個功能部件進行專業(yè)化生產。 電主軸的無級變速方式，多數(shù)廠家只提供變頻和矢量控制兩種選擇。 電主軸以主軸套筒外徑為主要規(guī)格。,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,(四)數(shù)控機床用部件標準化、模塊化結構設計 中小型數(shù)控車床主傳動系設計中，廣泛采用模塊化的變速箱和主軸單元形式。再如，整機數(shù)控車床的模塊化設計是在幾個基礎模塊部件(床身、底座等)基礎上，按加工要求靈活配置若干功能部件(如主軸、刀架、尾座等)和附加模塊化裝置(各式機械手、檢測裝置等) 。,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,(五)數(shù)控機床的柔性化、復合化

38、 數(shù)控機床對滿足加工對象變換有很強的適應能力(即柔性)，因此發(fā)展很快。 數(shù)控機床的發(fā)展已經模糊了粗、精加工的工序概念，完全打破了傳統(tǒng)的機床分類，由機床單一化走向多元化、復合化(工序復合化和功能復合化)。 因此，現(xiàn)代數(shù)控機床和加工中心的設計，已不僅僅考慮單臺機床本身，還要綜合考慮工序集中、制造控制、過程控制以及物料的傳輸，以縮短產品加工時間和制造周期，最大限度地提高生產率。,與傳統(tǒng)機床相比，并聯(lián)機床具有如下優(yōu)點： 剛度重量比大：傳動構件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動機構的單位重量具有很高的承載能力； 精度高：并聯(lián)機床刀具的運動由各獨立支鏈的進給驅動共同提供，不存在串聯(lián)的誤差積累，理論上比串聯(lián)機床容易達到較高的精度； 響應速度快：運動部件慣性的大幅度降低，有效的改善了伺服控制器的動態(tài)品質，允許動平臺獲得很高的進給速度和加速度，因而特別適用于各種高速數(shù)控作業(yè)； 功能性強：并聯(lián)機床的主軸平臺可以具有3-6個自由度，能靈活地實現(xiàn)空間姿態(tài)，提供較強的加工、裝配、測量等能力； 結構靈活、成本低：并聯(lián)機床構型多樣、結構簡單、部件少、重組性強，便于模塊化設計。具有“硬件”簡單，“軟件”復雜的特點，因此制造成本較低。,(六)虛擬軸機床設計,3.4.5數(shù)控機床主傳動系設計特點,