第二章 机床的传动设计(2)概述

2020年1月19日机械制造装备设计第二章机床的传动设计第二章机床的传动设计第二节扩大变速范围传动系统设计第三节计算转速第二节扩大变速范围的传动系统设计当r最后=8，φ=1.41时，则x最后=6，结构式12=31×23×26,变速范围R=φz-1=1.4112-1=1.4111=45；当r最后=8，φ=1.26，则x最后=9，结构式18=31×33×29，变速范围R=φz-1=1.2618-1=1.2617=50；一般常用机床的总变速范围都在R=80以上。为了满足通用机床的工艺需求，需要扩大主传动系统的变速范围。根据传动顺序及传动副前多后少原则，最后扩大组的传动副数总是P=2。一、扩大变速范围的意义第二节扩大变速范围的传动系统设计二、扩大变速范围的方法♦当增加公比φ，或增加传动副数P和传动组时，都可以增大R，但φ增大，导致Amax增大，影响机床的生产率。♦当机床类型一定时，φ为一定值。为便于传动系统的操作和控制，增加变速组时，常取传动副数P≤3。1ZR1.增加变速组传动系总变速范围为：最大相对转速损失率为：100%×)1(1=max-A扩大变速范围的机理：增加扩大组及转速级数增加变速范围。结论：每增加一个变速组能使变速范围R扩大8倍，主轴转速增加6级。第二节扩大变速范围的传动系统设计例已知φ=1.41，结构式12=31×23×26，x2=6，r2=8360845)(32101)(26112rrrrR♦当增加第三扩大组时，理论级数为24=31×23×26×212，最后扩大组的变速范围为r3=φ12×(2-1)=648，不符合要求。♦必须减小x3，使，即x3=6。此时实际转速只为24-6=18级，重复6级。总变速范围为：841.161)(233xr第二节扩大变速范围的传动系统设计2.单回曲机构当离合器M与z1结合时，输入轴的运动直接由轴Ⅰ输出，传动比为i2=1。当离合器M与z4结合时，运动经z1、z2、z3、z4传递。16141411i即,zzzz43211i传动比为极限变速范围扩大为r’=i2/i1=16扩大变速范围的机理扩大极限变速范围来扩大总变速范围。结论采用单回曲机构，R可扩大4倍；若增加的变速组为单回曲机构，φ=1.26，结构式为30=31×33×29×212，R可扩大16倍。第二节扩大变速范围的传动系统设计例如采用单回曲机构φ=1.41，结构式16=21×22×24×281641.1)12(8)1(333Pxr18041.11161ZR原结构式:12=31×23×26变速范围R=φz-1=1.4112-1=1.4111=45；第二节扩大变速范围的传动系统设计3.对称混合公比传动系统保持主轴转速中段φ不变，增大不常用的转速公比。采取大公比为1.58=1.262，且高速端大公比的转速级数与低速端相等，形成两端对称的大公比与小公比混合的传动系统。5045.1226.126.161161ZR如结构式12=31×23×26变成混合公比得：12=32×26×27扩大变速范围的机理不增加主轴转速级数，增大不常用的φ来扩大总变速范围R。第二节扩大变速范围的传动系统设计♦因大公比格数是偶数，而变形基本组的r0≤1.269=8，故取x’≤8。♦若变形基本组是单回曲机构，则r0≤1.2612=16，故取x’≤10。混合公比传动系的设计原则♦传动系的大公比是小公比的平方，考虑相对转速损失率，取小公比φ=1.26。♦基本组的传动副数P0=2，级比指数为x0=x’+1。结论对称混合公比传动系统，是改变传动副数为2的基本组而形成的，它能使总变速R扩大4倍。第二节扩大变速范围的传动系统设计例某摇臂钻床的主轴转数范围为n=25~2000r/min，公比φ=1.26，主轴转数级数Z=16，确定钻床的结构式及结构网。解（1）钻床要求的总变速范围80252000R（2）钻床的理论转数级数为16201lg80lg'Z（3）钻床的结构式为842412222168,41620''xx即钻床采用了混合公比传动系。其大公比格数为8542222216按前密后疏原则整理得第二节扩大变速范围的传动系统设计混合公比传动与单回曲机构相结合产生极大的变速范围结构式中，第三变速组c为基本组，大公比格数为8，第四变速组d为单回曲机构。总变速范围为129035.620326.126.18238124R混合公比传动结构式7622231212962222324结合后的结构式5045.1226.126.161161ZR结论应用双速电动机，缩短了传动链，从而扩大了变速范围。第二节扩大变速范围的传动系统设计4、双速电动机传动系统采用双速电动机时，传动顺序与扩大顺序不一致。由于第一扩大组的x1=P0，所以双速电动机对基本组传动副数P0的取值与φ要相匹配。因2≈1.263≈1.412，若取φ=1.26，则P0=3；若取φ=1.41，则P0=2。双速电动机是动力源，应为第一变速组（电源变速组），但级比是2，只能作为变形基本组或第一扩大组。4122228采用双速电动机的结构式第三节计算转速传动件设计的主要依据是所能承受的载荷大小。载荷取决于所传递的功率和转速。当外载一定，转速越高，传递的转矩越小。对于转速恒定的传动件，可直接算出传递的转矩大小，进行强度设计。对于有几种转速的传动件，必须确定一个经济合理的转速nj，进行强度设计。一、计算转速的研究意义计算转速的研究意义根据传动件能传递全部功率的最低转速，来确定传动件能传递的最大转矩，以此作为强度计算和校核的依据。第三节计算转速从金属切削原理中可知，切削速度对切削力的影响是不大的。因此，机床作直线主运动的执行件，不论在什么速度下，都有可能承受最大切削力。1.主运动为直线运动的机床二、机床的功率转矩特性对于驱动直线运动执行件的传动件，在任意转速下都可能出现最大转矩。因此，被认为是恒转矩的。即主运动为直线运动的机床属于恒转矩传动。第三节计算转速①粗加工时采用大吃刀深度、大走刀量，较低转速，产生较大的切削力矩。精加工时则相反。②当工件或刀具尺寸较小时，切削力矩小，主轴转速高；当工件或刀具尺寸较大时则相反。由于功率是转矩与角速度的乘积，所以主运动为旋转运动的机床属于恒功率传动。2.主运动为旋转运动的机床对于旋转主运动，主轴转速不仅决定于切削速度，还决定于工件或刀具的直径。第三节计算转速3.计算转速（nj）概念计算转速是指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。一般通用机床的工艺范围广，变速范围大。有些典型工艺只需采用小进给量、低转速，消耗的功率小，主传动不需要传递电动机的全部功率。机床传动件设计必须找出需要传递全部功率的最低转速，来确定所能传递的最大转矩。恒转矩变速范围nj~nmin主轴每级转速都能传递计算转速时的转矩，而输出功率随转速线性下降。第三节计算转速恒功率变速范围nj~nmax主轴每级转速都能传递全部功率，而输出转矩随转速增高而降低。各类机床主轴的nj可查表2-2计算确定。第三节计算转速步骤：①首先确定主轴计算转速；②再按传动顺序由后往前依次确定各传动轴的计算转速；③最后确定各传动件的计算转速。已知某通用车床转速图，试确定变速系中传动件的计算转速。1.主轴的计算转速min/9041.15.31131213Z1rnnj三、主变速系统传动件计算转速的确定第三节计算转速2.各传动轴的计算转速变速组c有两个传动副，nj主=90由轴Ⅲ通过18/72获得。轴Ⅲ相应的转速为355，其最低转速为125，通过60/30使主轴获得转速为250nj主，能传递全部功率。故njⅢ=125r/min因njⅢ是经轴Ⅱ的最低转速355获得。同理njⅠ=710r/min故njⅡ=355r/min第三节计算转速3.各传动副的计算转速①变速组c传动副z18/z72产生nj主，则轴Ⅲ的相应转速355为主动齿轮z18的计算转速，即njcz18=355r/min。z60/z30产生的最低主轴转速250nj主，对应的轴Ⅲ最低转速125为主动齿轮z60的计算转速。即njcz60=125r/min。②变速组b主动齿轮z22，z42的计算转速为njbz22,24=355r/min③变速组a主动齿轮z24，z30，z36的计算转速为njaz24=710r/min第二章结束机床的传动设计第二节扩大变速范围传动系统设计第三节计算转速2-15求车床传速图各齿轮、主轴、传动轴的计算转数。