主传动系统
机床设计-传动系统
转速图的绘制
主传动系统的传动路线表达式：
36
1
主电机 440r / min
φ126 φ256
I
3306 4224
II
42
4222 62
III
60
1380 72
IV(主
轴)
48
主轴的转速计算：
126
n主轴
=
n电机
× 256
×uI-II
×uII-III
×uIII-IV
a
126
n主轴max
=
n电机
× 256
×uI
-II
max
×uII -III max
×uIII-IVmax
126
n主轴min
=
n电机
× 256
×uI
-II
min
×uII -III min
×uIII-IVmin
直接标出转速值 。 注意： 转速格线间距大小并不代表公比ф的
数值大小。
转速图一点三线 转速点——传动轴上的圆点，表示该轴具有的转速。
如轴Ⅳ（主轴）上有12个圆点，表示具有12级转速。
传动线——相邻两轴的相关两个 转速点之间的连线。
传传动比大于1其对数值为正，传 动线向右上倾斜；
应用： 普通机床应用最为广泛的一种变速方式。
变速方式的选择
主传动系统的变速方式分为无级变速和有级变速两种。
（1）有级变速 变速机构——是指在输入轴转速不变的条件下，使输出轴获得不 同转速的传动装置。 有级（或分级）变速机构
➢滑移齿轮变速机构 ➢交换齿轮变速机构 ➢多速电动机 ➢离合器变速机构 ➢摆移变速机构
机床设计主传动系设计解析
2.3.2 主传动系分类和传动方式 （一）主传动系分类：可按不同特征分类
1．按驱动主运动的电动机类型： 交流电动机、直流电动机；
2．按传动装置类型：机械传动装置、液压传动 装置、电气传动装置及其组合；
3．按变速的连续性：★ 无级变速传动、有级（分级）变速传动
（1）无级变速传动： 在一定速度(或转速)范围内能连续、任意改变 速度 (或转速)。
（1）确定变速组的个数和传动副数 可采用双联、三联、或四联滑移齿轮变速组。
（2）确定传动顺序方案：各变速组在传动链中先后顺序。 一般根据传动副“前多后少”原则; 结构或使用上特殊要求可采用其它传动顺序方案。
（3）确定扩大顺序方案： 各变速组的级比指数由小到大的排列顺序。 一般根据变速组的“扩大顺序与传动顺序相一致” 原则； 采用其它扩大顺序方案，应进行分析比较。
22
62
X1 P0 3
P1 2
60
R2
uc1 uc2
301.416 X2(P21)
18
72
X2P0P16
P2 2
R n R 0 R 1 R 2 R j 1 .42 1 1 .43 1 1 .46 1 n n m m a i1 n 3 x.5 4 1 4 05 0
2．齿轮变速组传动比和变速范围限制
③电气无级变速器 采用直流或交流调速电动机来实现变速。主要用于数控机床、精密和大型机床。可 以与机械分级变速装置串联使用。
◆直流调速电动机——采用调压和调磁方式来得到主轴所需要的转速： 恒功率调速段——额定转速到最高转速之间是用调节磁场的方式实现调速； 恒转矩调速段——最低转速到额定转速之间是用调节电枢电压的方式实现调速。
◆交流调速电动机——通常采用变频调速方式进行调速。调速性能好、效率高，调速范围 宽，结构上无电刷和换向器。
第七章 主传动系统设计
（2）第二变速组（b组）
ub1=42/42=1/1 ub2=22/62=1/2.82=1/φ3 级比：1:1/φ3= φ3:1 级比指数：x1=3 此二传动副使Ⅲ轴得到6种连续等比数列，第 一次扩大了变速范围
称为：第一扩大组
x1=3 表示相邻传动比相距 3 格
（3）第三变速组 (c) 组
uc1=60/30=2/1=φ2/1
2、拟定转速图的步骤 例：中型机床 Z=12 φ=1.41
n min=31.5 n电=1450 rpm
⑴ 确定变速组数
取P=2 或 3 则 Z=P1 x P2 x P3 ⑵ 确定变速组排列方案
因此，主运动电动机的功率：
N= N切+N空+N附 = N切/ηs + N空
⑵进给运动功率的确定 进给运动所消耗的功率比较小，因此，
如果进给运动与主运动或空行程运动共用 电机，则进给运动所耗功率可忽略不计 进给运动采用单独电机驱动，其功率可按 下式计算： NS=Q·Vs/60000ηs Q(N):进给牵引力
第七章 机床主要技术参数的确定
第一节 概述
金属切削机床的基本功能是： 提供切削加工所必须的运动和动力。 其基本工作原理是：通过刀具与工件之间的 相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的 金属材料，形成工件表面的几何形状、尺寸， 并达到其精度和表面质量要求。
第二节 主要技术参数的确定
机床的主要技术参数包括机床的主参数和 基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运 动参数和动力参数。
我们称之为: 变速组 或 传动组 按先后顺序定义为: a b c 即: a 变速组
b 变速组 c 变速组
此主传动系统可实现 12 级转速 为了更全面、更清楚地表示传动路线
第二章主传动系统设计
传动线的三个特点： a.传动线的高差表明传动比的数值，传动线的倾
斜程度反映传动比u的大小 水平：u＝1 — 等速传动； 向下方倾斜：u＜1 — 降速传动； 向上方倾斜：u＞l — 升速传动。
传动比的数值u＝φx， 可用传动线的高差x （格数）来表示。
b.一个主动转速点引出的传动线数目表示该变速组 中不同传动比的传动副数 第一变速组（a组）：
由轴Ⅰ的主动转速点向 Ⅱ轴引出三条传动线， 表示该变速组有三对不 同传动比的传动副，
第二、三变速组 （b、c组）： Ⅱ——Ⅲ和Ⅲ——IV表 示该变速组有两对不同 传动比的传动副，
c.两条传动轴格线间相互平行的传动线表示同一个 传动副的传动比
第三变速组（c组），当Ⅲ轴为710r、500 r、 355r、250 r、180 r、125 r／min时， 通过升速传动副（60：30） 使主轴得到1400 r、1000 r、 710 r、500 r、355 r、250 r ／min。所以上斜的6条平 行传动线都表示同一个升速 传动副的传动比。
和装配。防护性能好，使用寿命长。
二、主传动系统分类和传动方式 主传动系统一般由动力源（如电动机）、变
速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台）、开 停、换向和制动机构等部分组成。
动力源为执行件提供动力，并使其得到一定 的运动速度和方向；变速装置传递动力以及变换 运动速度；执行件执行机床所需的运动，完成旋 转或直线运动。
可见，这个变速组是实现主轴等比转速数列的基
本的、必不可缺的变速组，故称为基本变速组。
基本组的级比φ =φ1＝φ ，级比指数x0＝1。 基型变速系统必有一个基本组，即相邻两条传动
线拉开 l 格。
②第一扩大组的变速特性 在基本组的基础上，起到第一次扩大变速的
数控机床的主传动系统
•
数控技术、伺服驱动技术的发展及在机 床上的应用，为数控机床的自动化、高 精度、高效率提供了可能性，但要将可 能性变成现实，则必须要求数控机床的 机械结构具有优良的特性才能保证。这 些特征包括结构的静刚度、抗振性、热 稳定性、低速运动的平稳性及运动时的 摩擦特性、几何精度、传动精度等。
• 1、提高机床结构的静刚度 • 机床结构的静刚度是指在切削力和其 他力的作用下，机床抵抗变形的能力。 • 有标准规定数控机床的刚度系数应比 类似的普通机床高50%。
4、数控机床交换工作台的布局
图2-4b 是回转式双交换工作台布局图，用于立柱移动 式加工中心。其工作过程是：首先在Ⅱ工位（装卸工位）工作 台上装上工件，交换开始后，Ⅰ工位（加工工位）的工作台夹 紧机构自动松开；交换回转台抬起，进行180 º 回转，将Ⅱ工位 上工作台转到Ⅰ工位的位置，并夹紧。在机床进行工件加工的 同时，操作者可以在Ⅰ工位装卸工件，准备第二次交换。 回转式双交换工作台的优点是交换速度快，定位精度高； 对冷却、切屑的防护容易；缺点是结构较复杂，占地面积大。
• 1）合理设计基础件的截面形状和尺寸 • 机床在外力的作用下，各基础件将承受弯 曲和扭转载荷，其弯曲和扭转变形的大小 则取决于基础件的截面抗弯和抗扭惯性矩， 抗弯、抗扭惯性矩大，变形则小，刚度就 高。 • 教材p56表3-1列出了在截面积相同 （即重量相同）时，不同截面形状和尺寸 的惯性矩。
• 由表中数据可知： • ①在形状和截面积相同时，减小壁厚， 加大截面轮廓尺寸，可大大增加刚度； • ②封闭截面的刚度远远高于不封闭截面 的刚度； • ③圆形截面的抗扭刚度高于方形截面， 抗弯刚度则低于方形截面； • ④矩形截面在尺寸大的方向具有很高的 抗弯刚度。
第二章
数控机床的结构
数控机床的主传动系统
联轴器直接与主轴联接
其优点是结构紧凑，传动效率高，但主轴转速的变化及转矩的输出完全 受电机的限制，随着主轴电机性能的提高，这种形式越来越多地被采用；
内装电机主轴
这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴 部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度 影响较大。
数控机床的主传动系统
1.1 主传动系统的结构与特点 1.数控机床的传动系统 在数控机床的主轴电机、传动元件和主轴构成的具有运动 传动联系的系统称为主传动系统。由于现代数控机床常采用直 流或交流调速电机作为主运动的动力源，主要由电机实现主运 动的变速，使得数控机床的主传动系统的结构大大简化。
1）带有变速齿轮的主传动
排油泵强制排油到恒温邮箱，以达到润滑、冷却的目的。
2．主轴的密封
主轴的密封有接触式和非接触式两种。 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于
（a）主轴准停换刀
4.主轴组件的润滑与密封
1）主轴润滑 主轴润滑的作用减少摩擦，降低机床温度，是带走摩擦所产生的热量，
减少机床热变形。机床的润滑凡是主要有以下两种： （1）油气润滑方式。油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这
种送油方式是间歇式的；而油雾润滑则是连续供给油雾。 （2）喷注润滑方式。它用较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上，然后由
合机床的镗孔车端面头主轴组件。 （5）主轴作旋转运动又作行星运动的主轴组件。
2）主轴端部的结构
主轴端部用于安装刀具或夹持安装工件的夹具。其结构应保证 定位准确，夹紧牢固可靠，能传递足够大的扭矩，安装、拆卸 方便。主轴端部的结构已经标准化，如图3-4所示为六种通用 的结构形式。
数控机床主传动系统
伺服驱动系统的性能决定了数控机床的动态特性和加工精度。
主轴与卡盘
主轴是数控机床主传动系统的输 出部件，它能够带动刀具或工件
旋转。
主轴通常采用高精度轴承和刀具 夹紧装置，以确保加工过程中的
稳定性和精度。
类型与分类
类型
数控机床主传动系统根据其结构和工作原理的不同，可以分为多种类型，如机械主传动系统、液压主 传动系统、电气主传动系统等。
分类
数控机床主传动系统还可以根据其传动方式的不同进行分类，如带传动、链传动、齿轮传动等。不同 类型的数控机床主传动系统具有不同的特点和应用范围，需要根据具体的加工需求和加工条件进行选 择。
主轴定位精度与重复定位精度
主轴定位精度
主轴在特定位置的准确度，决定了加 工零件的尺寸精度。定位精度越高， 加工精度越好。
重复定位精度
主轴在相同位置的重复精度，反映了 主轴运动的稳定性。重复定位精度越 高，主轴运动越稳定。
热稳定性与动态特性
热稳定性
主轴在切削过程中抵抗温度变化的能力，热稳定性越高，加工过程中主轴的性能越稳定。
动态特性
主轴在动态切削过程中的表现，包括振动、噪声等。动态特性越好，切削过程越平稳，加工表面质量越高。
04
主传动系统的控制技术
数控编程与加工技术
数控编程
根据加工需求，使用数控编程语言（如G代码）对机床进行编程，以控制主轴的运动轨 迹和加工过程。
加工工艺
根据工件材料、加工要求和刀具特性，选择合适的加工工艺，如粗加工、半精加工和精 加工等，以确保加工质量和效率。
特点
数控机床主传动系统具有高精度、高 效率、高稳定性等特点，能够满足复 杂、高效、高ห้องสมุดไป่ตู้度的加工需求。
第3章数控机床的主传动系统
第3章数控机床的主传动系统
THK6380加工中心主轴部件结构图
•拆•1234567891下..0拆将拆切拆抽.与分下主卸卸断下出主解液联主轴凸前机套主轴主压接轴向轮支床筒轴相轴缸座箱左，撑动、右连刀，螺盖移抽主力垫端的具及钉出出件电圈的气自相及凸主源、轴管动连联轮轴，碟向油•夹的接两拆拆簧定管紧油座边下位装管的卸主套置螺轴工前端艺盖、拆下主轴后端防护罩，
• 图3-41是CK7815型数控车床主轴部件结构图 • 拆卸及调整过程 • 拆卸与调整过程需要注意的事项
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第3章数控机床的主传动系统
•图3-41 CK7815型数控车床主轴部件结构图
•TIANJIN •中德培训中心
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第3章数控机床的主传动系统
•CK7815型数控车床主轴部件拆卸及调整过程
拨叉来完
成。图3-
3是三位
液压拨叉
的原理图。
•图3-3 三位液压拨叉工作原理图
•1、5－液压缸； 2－活塞杆； 3－拨叉； 4－套筒
。
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第3章数控机床的主传动系统
4．电磁离合器变速
电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件， 由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供
选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。
图3-1 主轴功率转矩特性
2．分段无级变速 (1)带有变速齿轮的主传动(见图3-2a)。 (2)通过带传动的主传动(见图3-2b) 。 (3)用两个电动机分别驱动主轴 (见图3-2c) 。
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第3章数控机床的主传动系统
3．液压拨叉变速机构
带有齿轮
传动的主
传动系统
中，齿轮
的换挡主
主传动系统
1.4数控机床的主传动系统1.4.1概述数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组件，与普通机床的主传动系统相比，结构比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。
1.对主传动系统的要求(1)调速范围各种不同的机床对调速范围的要求不同。
多用途、通用性大的机床要求主轴的调速范围大，不但有低速大转矩功能，而且还要有较高的速度，如车削加工中心；而对于专用数控机床就不需要较大的调速范围，如数控齿轮加工机床、为汽车工业大批量生产而设计的数控钻镗床；还有些数控机床，不但要求能够加工黑色金属材料，还要加工铝合金等有色金属材料，这就要求变速范围大，且能超高速切削。
(2)热变形电动机、主轴及传动件都是热源。
温升低、热变形小是对主传动系统要求的重要指标。
(3)主轴的旋转精度和运动精度:主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件测量主轴前端和距离前端300mm处的径向圆跳动和端面圆跳动值。
主轴在工作速度旋转时测量上述的两项精度称为运动精度。
数控机床要求有高的旋转精度和运动精度。
(4)主轴的静刚度和抗振性由于数控机床加工精度较高，主轴的转速又很高，因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高。
主轴的轴颈尺寸、轴承类型及配置方式，轴承预紧量大小，主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼等对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。
(5)主轴组件的耐磨性主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持良好的精度。
凡机械摩擦的部件，如轴承、锥孔等都应有足够高的硬度，轴承处还应有良好的润滑。
2.主轴传动方式目前，主传动系统大致可分为以下大类。
（1）带有变速齿轮的主传动图1-16如图1-16所示，通过少数几对齿轮降速，以满足主轴低速时对扭矩特性的要求。
数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。
主传动系统
同理，对变速组c： x2 = zⅢ= p0 ·p1
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
二、转速图基本原理：
依此类推： x3 = p0 ·p1 ·p2 ∴
x0=1 x1=p0 x2=p0•p1 … xj-1=p0•p1•p2•…•pj-2 (第j扩大组) xj= p0•p1•p2•…• pj-2• pj-1=xj-1•pj-1
而已经知道轴Ⅱ的转速级数ZⅡ与变速组a的传动副数p0一 一对应，即：
zⅡ=p0
（2）
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
二、转速图基本原理：
又 如图所示，相差最大级数同时还是变速组b的级比 指数x1，即： x1=相差最大级数 （3） 综上1、2、3式所述，得： x1 =相差最大级数= zⅡ= p0 （4） x1 =p0
三、结构式与结构网：
12=31×23×26
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
三、结构式与结构网：
结构网与转速图的主要区别是： 结构网仅表示传动比的相对关系，而不表示传 动比和转速的绝对值，结构网上代表传动比的射线 常常画成对称形式。 结构网亦可用结构式来表达：
12=31×23×26
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
1、转速图的结构
三线一点
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
一、转速图基本概念：
2、转速图表达的内容：
（1）传动系统的组成
（2）传动系统的特点
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
3、转速图与传动系统的区别与联系：
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
§2-2 分级变速主传动系统的运动设计
二、转速图基本原理：
普通车床主传动系统设计
普通车床主传动系统设计普通车床是机械加工中最基本的一种机床，其主要作用是将工件加工成所需的形状和尺寸。
主传动系统是车床的核心部分，其功能是将电机的旋转运动转换成车床主轴的旋转运动，是车床实现加工操作的关键。
一、主传动系统的组成部分主传动系统主要由电机、联轴器、变速器和主轴组成。
电机是主传动的核心，一般选用变频电机，具有启动快、转速调节范围广、运行平稳等优点。
联轴器是连接电机和变速器的部件，其主要作用是进行动力传递，并能够消除轴线不一致时的振动和噪声。
变速器则可以通过调整传动比来改变主轴转速，以适应不同的加工需求。
主轴是车床最重要的部件之一，它直接影响到车床的精度和效率。
1. 可靠性原则主传动系统是车床的核心部分，其可靠性直接影响到车床的使用效果和寿命。
因此，在设计主传动系统时，必须考虑到各个组成部分的可靠性，选用优质的电机、联轴器等部件，确保其经久耐用。
2. 精度原则车床主轴的精度直接影响到加工件的精度和质量，因此，主传动系统的设计必须以提高精度为目标。
在选用传动部件时，应尽可能选择精度高、转矩大的产品，以提高主轴的运转精度和稳定性。
3. 实用性原则主传动系统的设计应以加工件的要求为依据，类型不同的加工件对主轴转速要求也不同，因此，设计师必须根据实际需求选择变速器和电机等组成部件，并调整传动比例来满足不同的加工要求。
4. 经济性原则在主传动系统的设计过程中，必须综合考虑成本和效益，在可达到要求的前提下，尽可能选用价格合理的传动部件。
1. 确定加工件要求根据加工件的形状和尺寸，确定主轴转速和转矩等工作参数。
2. 选择电机和联轴器根据主轴的工作参数，选用合适的电机，并配以适当的联轴器，以确保转速和转矩的稳定和可靠传递。
3. 选择变速器根据加工件要求和主轴转速的范围，选择合适的变速器，以调节主轴的转速和提高加工效率。
4. 设计主轴根据实际需要，设计主轴的长度、直径、材料等参数，以保证其稳定、精度高和使用寿命长。
数控机床的主传动系统
目前，主轴准停装置很多，主要分为机械式和电气式两种。传统的做 法是采用机械挡块等来定向。图5-26为V形槽轮定位盘准停装置原理图 ，在主轴上固定一个V形槽定位盘，使V形槽与主轴上的端面键保持所 需要的相对位置关系。当主轴需要停车换刀时，发出降速信号，主轴转 换到最低速运转，时间继电器开始动作，并延时4～6s后，无触点开关1 接通电源，当主轴转到图示位置即V形槽轮定位盘3上的感应块2与无触 点开关1相接触后发出信号，使主轴电动机停转。另一延时继电器延时 0.2～0.4s后，压力油进入定位液压缸下腔，使定向活塞向左移动，当定 向活塞上的定向滚轮5顶入定位盘的V形槽内时，行程开关LS2发出信号 ，主轴准停完成。若延时继电器延时1s后行程开关LS2仍不发信号，说 明准停没完成，需使定向活塞 6后退，重新准停。当活塞杆向右移到位 时，行程开关LS1发出定向滚轮5退出凸轮定位盘凹槽的信号，此时主轴 可启动工作。
图5-29 电主轴部件 1-转子 2-定子 3-箱体 4-主轴
电主轴的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”，它具有结 构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动 和噪声，在超高速切削机床上得到了广泛的应用。
图示为刀具的夹紧状态，碟形弹簧13通过拉杆7，双瓣卡爪5，在内 套21的作用下，将刀柄的尾端拉紧。当换刀时，要求松开刀柄，此时， 在主轴上端油缸的上腔A通入压力油，活塞14的端部即推动拉杆7向下移 动，同时压缩碟形弹簧13，当拉杆7下移到使卡爪5的下端移出套筒时， 在弹簧6的作用下，卡爪张开，喷气头20将刀柄顶松，刀具即可由机械 手拔出。待机械手将新刀装入后，油缸12的下腔通入压力油，活塞14向 上移，碟形弹簧伸长将拉杆7和卡爪5拉着向上，卡爪5重新进入套筒21 ，将刀柄拉紧。活塞14移动的两个极限位置都有相应的行程开关作用， 作为刀具松开和夹紧的回答信号。
写出主轴传动系统的传动结构式
智能化
智能化技术如传感器、控制系统和人 工智能的应用，使主轴传动系统能够 实现自适应控制和远程监控，提高设 备的自动化和智能化水平。
绿色环保
随着环保意识的提高，主轴传动系统 也在朝着绿色环保方向发展，采用节 能技术和环保材料，降低能耗和减少 对环境的影响。
05 主轴传动系统的维护和保养
CHAPTER
造纸机械
在造纸机械中，主轴传动系统 用于驱动各种工作辊和压榨辊
，完成纸张的制造和加工。
主轴传动系统的发展趋势
高效化
随着制造业对生产效率的追求，主轴 传动系统正朝着高效化方向发展，以 提高加工速度和降低能耗。
模块化
为了满足不同应用领域的个性化需求， 主轴传动系统正朝着模块化方向发展， 通过模块的组合和替换，实现系统的 灵活配置和定制化。
主轴
主轴是机床的主要旋转部件，用于安装刀 具并传递切削力。主轴的结构和精度直接 影响加工精度和刀具寿命。
传动轴
传动轴用于将动力从动力源传递到主轴， 通常采用高精度、高刚性的传动轴，以保 证主轴的旋转精度和稳定性。
03 主轴传动系统的传动结构式
CHAPTER
齿轮传动
01
02
03
齿轮传动的特点
齿轮传动是一种常见的机 械传动方式，具有传动效 率高、传动比准确、使用 寿命长等优点。
谢谢
THANKS
主轴传动系统的传动结构式
目录
CONTENTS
• 引言 • 主轴传动系统概述 • 主轴传动系统的传动结构式 • 主轴传动系统的应用和发展趋势 • 主轴传动系统的维护和保养
01 引言
CHA传动系统是机床中重要的组 成部分，负责将动力传递给主轴 ，使其能够实现旋转运动。
主传动系统故障的处理方法
主传动系统故障的处理方法摘要：一、主传动系统故障的类型及表现二、主传动系统故障的原因分析三、主传动系统故障的处理方法四、预防主传动系统故障的措施正文：主传动系统是机械设备的核心部分，负责传递动力和控制运动。
当主传动系统出现故障时，可能会导致整个设备无法正常运行。
本文将探讨主传动系统故障的类型、原因及处理方法，旨在为大家提供解决故障的思路。
一、主传动系统故障的类型及表现1.轴承振动：轴承振动是主传动系统故障的常见现象，可能导致轴承和叶片损坏、螺栓松动、机壳和风道损坏等。
2.轴承温度高：高温会导致轴承磨损加剧，影响传动系统的正常工作。
3.动叶卡涩：叶片卡涩会影响风机的运行效率，严重时可能导致设备故障。
4.保护装置误动：保护装置误动会引发设备停运，影响生产进度。
二、主传动系统故障的原因分析1.油质问题：油质恶化会导致轴承磨损、润滑不良，进而引发故障。
2.轴承磨损：轴承长时间运行磨损会导致故障发生。
3.叶片积灰：风机叶片非工作面积灰会导致叶轮质量分布不平衡，引发振动。
4.安装不当：设备安装过程中存在问题，可能导致传动系统故障。
三、主传动系统故障的处理方法1.针对轴承振动：分析振动原因，及时清除叶轮上的积灰，保持风机平衡。
2.针对轴承温度高：检查油质，更换润滑油，确保轴承润滑良好。
3.针对动叶卡涩：定期检查叶片，清除积灰，保持叶片顺畅。
4.针对保护装置误动：检查保护装置设置，排除误动原因。
四、预防主传动系统故障的措施1.定期检查润滑油质，及时更换合格润滑油。
2.加强设备安装质量监管，确保安装正确。
3.定期清理风机叶片积灰，避免叶片不平衡。
4.加强操作人员培训，提高操作水平。
通过以上分析，我们了解到主传动系统故障的类型、原因及处理方法。
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1.4数控机床的主传动系统1.4.1概述数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组件，与普通机床的主传动系统相比，结构比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了繁杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。
1.对主传动系统的要求(1)调速范围各种不同的机床对调速范围的要求不同。
多用途、通用性大的机床要求主轴的调速范围大，不但有低速大转矩功能，而且还要有较高的速度，如车削加工中心；而对于专用数控机床就不需要较大的调速范围，如数控齿轮加工机床、为汽车工业大批量生产而设计的数控钻镗床；还有些数控机床，不但要求能够加工黑色金属材料，还要加工铝合金等有色金属材料，这就要求变速范围大，且能超高速切削。
(2)热变形电动机、主轴及传动件都是热源。
温升低、热变形小是对主传动系统要求的重要指标。
(3)主轴的旋转精度和运动精度:主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件测量主轴前端和距离前端300mm处的径向圆跳动和端面圆跳动值。
主轴在工作速度旋转时测量上述的两项精度称为运动精度。
数控机床要求有高的旋转精度和运动精度。
(4)主轴的静刚度和抗振性由于数控机床加工精度较高，主轴的转速又很高，因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高。
主轴的轴颈尺寸、轴承类型及配置方式，轴承预紧量大小，主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼等对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。
(5)主轴组件的耐磨性主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持良好的精度。
凡机械摩擦的部件，如轴承、锥孔等都应有足够高的硬度，轴承处还应有良好的润滑。
2.主轴传动方式目前，主传动系统大致可分为以下大类。
（1）带有变速齿轮的主传动图1-16如图1-16所示，通过少数几对齿轮降速，以满足主轴低速时对扭矩特性的要求。
数控机床在交流或直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。
滑移齿轮的移位大都采用液压缸和拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
（2）通过带传动的主传动图1-17如图1-17所示，这种传动主要应用在小型数控机床上，由交流电机通过V带直接带动主轴。
这种传动方式可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。
（3）调速电机直接驱动的主传动图1-18如图1-18所示，这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴影响较大。
3.主轴的变速方式（1）无级变速数控机床一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴无级变速。
交流主轴电动机及交流变频驱动装置(笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统)，由没有电刷，不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低，因此，目前应用较为广泛。
图1-19 主轴功率转矩特性主轴传递的功率或转矩与转速之间的关系如图1-19所示。
当机床处在连续运转状态下，主轴的转速在437～3500r／min范围内，主轴传递电动机的传递功率11kw，这称为主轴的恒功率区域Ⅱ(实线)。
在这个区域内，主轴的最大输出转矩(245N.m)随着主轴转速的增高而变小。
主轴转速在35～437r／min范围内，主轴的转出转矩不变，称为主轴的恒转矩区域工(实线)。
在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴转速的降低而减小。
图中虚线所示为电动机超载(允许超载30min)时，恒功率区域和恒转矩区域。
电动机的超载功率为15kw，超载的最大输出转矩为334N·m。
（2）分段无级变速数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。
一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。
为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速，如图1-20a、b所示。
①带有变速齿轮的主传动(见图1-20a)这是大中型数控机床较常采用的配置方式，通过少数几对齿轮传动，扩大变速范围。
由于电动机在额定转速以上的恒功率调速范围为2～5，当需扩大这个调速范围时常用变速齿轮的办法来扩大调速范围，滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。
图1-20数控机床主传动的四种配置方式a)齿轮变速b)带传动 c)两个电动机分别驱动d)内装电动机主轴传动结构②通过带传动的主传动(见图1-20b) 这种传动主要用在转速较高、变速范围不大的机床。
电动机本身的调整就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免由齿轮传动时所引起的振动和噪声。
它适用于高速低转矩特性的主轴。
常用的是同步齿形带。
③用两个电动机分别驱动主轴这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能(见图1-20c)。
高速时，由一个电动机通过带传动；低速时，由另一个电动机通过齿轮传动，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围，避免了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的问题。
但两个电动机不能同时工作，也是一种浪费。
④内装电动机主轴这种主传动中电动机直接带动主轴旋转，如图1-20d 所示。
（3）液压拨叉变速机构在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨叉来完成。
图3-3是三位液压拨叉的原理图。
c)图1-21三位液压拨叉工作原理图1、5-液压缸 2-活塞杆 3-拨叉 4-套筒通过改变不同的通油方式可以使三联齿轮块获得三个不同的变速位置。
该机构除液压缸和活塞杆外，还增加了套筒4。
当液压缸1通入压力油，而液压缸 5卸压时(见图1-21a)，活塞杆2便带动拨叉3向左移动到极限位置，此时拨又带动三联齿轮块移动到左端。
当液压缸5通压力油，而液压缸1卸压时(见图1-21b)，活塞2和套筒4一起向右移动，在套筒4碰到液压缸5的端部后，活塞杆2继续右移到极限位置，此时，三联齿轮块被拨叉3移动到右端。
当压力油同时进入液压缸1和5时(见图1-21c)，由于活塞杆2的两端直径不同，使活塞杆处在中间位置。
在设计活塞杆2和套筒4的截面直径时，应使套筒4的圆环面上的向右推力大于活塞杆2的向左的推力。
液压叉换挡在主轴停车之后才能进行，但停车时拨叉带动齿轮块移动又可能产生“顶齿”现象，因此在这种主运动系统中通常设一台微电动机，它在拨叉移动齿轮块的同时带动各传动齿轮作低速回转，使移动齿轮与主动齿轮顺利啮合。
图1-22 TH K6350型自动换刀数控铣镗床的主传动系统（4）电磁离合器变速电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元件。
电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变速机构，通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。
如图1-22所示为THK6350型自动换刀数控铣镗床的主传动系统图，该机床采用双速电机和六个电磁离合器完成18级变速图1-23是数控铣镗床主轴箱中使用的无滑环摩擦片式电磁离合器。
传动齿轮l通过螺钉固定在联接件2的端面上，根据不同的传动结构，运动既可以从齿轮1输入，也可以从套筒3输入。
连接件2的外周开有六条直槽，并与外摩擦片4上的六个花键齿相配，这样就把齿轮l的转动直接传递给外摩擦片4。
套筒3的内孔和外圆都有花键，而且和挡环6用螺钉11连成一体。
内摩擦片5通过内孔花键套装在套筒3上，并一起转动。
当线圈8通电时，衔铁10被吸引右移，把内摩擦片5和外摩擦片4压紧在挡环6上，通过摩擦力矩把齿轮1与套筒3结合在一起。
无滑环电磁离合器的线圈8和铁心9是不转动的，在铁心9的右侧均匀分布着六条键槽，用斜键将铁心固定在变速箱的壁上。
当线圈8断电时，外摩擦片4的弹性爪使衔铁10迅速恢复到原来位置，内、外摩擦片互相分离，运动被切断。
这种离合器的优点在于省去了电刷，避免了磨损和接触不良带来的故障，因此比较适合于高速运转的主运动系统。
由于采用摩擦片来传递转矩，所以允许不停车变速。
但也带来了另外的缺点，这就是变速时将产生大量的摩擦热，还由于线圈和铁心是静止不动的，这就必须在旋转的套筒上装滚动轴承7，因而增加了离合器的径向尺寸。
此外，这种摩擦离合器的磁力线通过钢质的摩擦片，在线圈断电之后会有剩磁，所以增加了离合器的分离时间。
图1-24为啮合式电磁离合器，它是在摩擦面上做了一定齿形，来提高传递的扭力。
线圈1通电，带有端面齿的衔铁2又通过渐开线花键与定位环5相联，再通过螺钉7与传动件相联。
磁轭内孔的花键送给另一个轴，这样，就使与螺钉7相联的轴与另一轴同时旋转。
隔离环6是防止传动轴分离一部分磁力线，进而削弱电磁吸引力。
衔铁采用渐开线花键与定位环5相联是为了保证同轴度。
这种离合器必须在低于l ～2r/min 的转速下变速。
与其他型式的电磁离合器相比，啮合式电磁离合器能够传递更大的转矩，因而相应地减小了离合器的径向和轴向尺寸，使主轴箱的结构更为紧凑。
啮合过程无滑动是它的另一个优点，这样不但使摩擦热减少，有助于改善数控机床主轴箱的热变形，而且还可以在有严格要求的传动比的传动链中使用。
但这种离合器带有旋转集电环8，电刷与滑环之间有摩擦，影响了变速的可靠性，而且还应避免在很高的转速下工作。
另一方面，离合器必须在低于1～2r ／min 的转速下变速，这将给自动变速带来不便。
根据上述特点，啮合式电磁离合器较适宜于在要求温升小和结构紧凑的数控机床上使用。
（5）内装电动机主轴变速这种主传动是电动机直接带动主轴旋转，如图1-20d 所示，因而大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴的精度图1-23无集电环摩擦片式电磁离合器 1-传动齿轮2-联接件3-套筒4-外摩擦片5-内摩擦片6-挡环7-滚动轴承8-绕组 9-铁芯 10-衔铁 11-螺钉图1-24啮合式电磁离合器l-线圈2-衔铁3-螺钉4-弹簧5-定位环6-隔离环7-联接螺钉8-旋转集电环9-磁轭 图1-25内装电动机主轴近年来，出现了一种新式的内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体。
其优点是主轴组件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声。
缺点是电动机运转产生的热量易使主轴产生热变形。
因此，温度控制和冷却是使用内装电动机主轴的关键问题。
如图1-25所示为日本研制的立式加工中心主轴组件，其内装电动机主轴最高转速可达20000r／min。
4、高速主轴的设计自20世纪80年代以来，数控机床、加工中心主轴向高速化发展。
高速主轴的发展是以航空工业、家电、汽车等工业追求机械零件的轻量化而普遍采用铝合金零件后，提出的轻铝合金高速加工的课题而产生的。