机床设计-传动系统

1400r/min 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 31.5
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
满足机床的使用要求，有足够的变速范围和转速级数。 直线运动机床，应有足够的双行程数范围和变速级数；合理地满足机床 的自动化和生产率的要求；有良好的人机关系。 满足机床传递动力的要求，传动系统应能传递足够的功率和转矩。 满足机床工作性能要求，传动系统应能传递足够的刚度、精度、抗振 性能和较小的热变形。
是 从 31.5 开 始 向 后 每 6 项 取 一 数 值，（共抽取12个数）如下：
31.5 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1400
总变速范围R：
R nmax 1400 45 nmin 31.5
转速图的绘制
电
Ⅰ
Ⅱ
1440r/min
Ⅲ Ⅳ（主轴）
轴）转速，线与—传—间动距系相统同的的水各平轴格线对，应。
采用的是对数坐标。 由于主轴的转速是等比数列，则相邻
两转速的有： nj+1/nj=ф lgnj+1-lgnj=lgф
表明相邻两转速的对数差均为公比的 对数值。
将转速坐标值取对数坐标时，则任意 两相邻转速都相距一格。
为了方便，转速图上不写出lg符号，
机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合 （3）按变速的连续性：
分级变速传动、无级变速传动
主传动系统的布局
（二）主传动系的传动布局 集中传动式布局： 主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个箱
体内。称为主轴变速箱。 分离传动式布局： 主传动系中的大部分传动和变速机构装在远离主轴
的单独变速箱中。
机床传动设计
机床的主传动系统实现机床的主运动，其末 端执行件直接参与切削加工，形成所需的表面和 加工精度，而且变速范围宽、传递功率大，是机 床中最重要的传动链，它对机床的使用性能、结 构等都有明显的影响，主传动系统分为分级变速 和无级变速两种。
交换齿轮变速机构
机床的主传动系统的基本要求
机床的主传动系统应满足的基本要求：*
2650
5300
1060 0
1.4 2.8 5.6 11.2 22.4 45
90
180
355
710
1400
2800
5600
1120 0
1.5 3.0 6.0 11.8 23.6 47.5 95
190
375
750
1500
3000
6000
1180 0
1.6 3.15 6.3 12.5 25
50
100
200
b C
转速图的绘制
滑移齿轮变速机构
滑移齿轮变速机构
滑移齿轮变速机构
滑移齿轮变速机构
I - Z1 - II Z3
滑移齿轮变速机构
I - Z2 - II Z4
离合器变速机构
I - Z1 - II Z3
离合器变速机构
I - Z2 - II Z4
交换齿轮变速机构
开停方式及选择
控制主轴启动和停止的方式有两种：
400
800
1600
3150
6300
1250 0
1.7 3.35 6.7 13.2 26.5 53
106
212
425
850
1700
3350
6700
1320 0
1.8 3.55 7.1 14
28
56
112
224
450
900
1800
3550
7100
1410 0
1.9 3.75 7.5 15
30
60
118
因为 1.41 1.066
根据公比为1.06的标准数列可以 写出公比为1.41的转速数列。
是 从 31.5 开 始 向 后 每 6 项 取 一 数 值，（共抽取12个数）：
主 轴 转 速 级 数 为 Z=12 级 ， 公 比 为 φ=1.41 ， 主 轴 转 速 n=31.5-
1400r/min。 标准公比为ф＝1.06的标准数列表(1~15000)
主传动系统的布局 ——集中传动式布局：
优点： 结构集中，便于实现集中操纵， 箱体数量少，安装、调整方便
缺点： 传动件的振动和发热会直接影响 主轴的工作精度，降低加工精度
应用： 适用于普通精度的大中型机床
主传动系统的布局 ——分离传动式布局：
把主轴组件和主传动的大部分变速机 构分离装于两个箱体内，分别称为主轴箱 和变速箱。中间一般采用带传动
传动比小于1其对数值为负，传 动线向右下倾斜；
倾斜程度表示了升降速度的大小。 一个转速点引出的传动线的数目， 代表该变速组的传动副数。
转速图的绘制
图示某机床的主传动系统图。
★★★
主 轴 转 速 级 数 为 Z=12 级 ， 公 比 为 φ=1.41 ， 主 轴 转 速 n=31.5-
1400r/min。 主轴转速:
电动机开停——铣床、磨床、中小型卧式车床
机械开停
锥式或片式摩擦离合器 卧式车床、摇臂钻床 齿轮或牙嵌式离合器
选择开停方式：
（1）优先选用电动机开停方式
（2）当开停频繁，电动机功率较大或有其他要求时可采用机械开停。
另外尽可能将开停装置安排在传动链前面，而且转速较高的传动轴 上。——传递扭矩小，结构紧凑，停车后大部分传动件停转，减少空载功 率。
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图 1.转速图的概念
1)距离相等的竖直线代表传动系统的各轴。从左到右依次标注。水平线代表 转速线。用其实际转速值标出。
2)距离相等的水平线与竖直线相交点，代表各级转速。 3)坐标取对数坐标，在相交点直接写出转速的数值。 4)相邻两轴之间相应转速的连线代表相应传动副的传动比，从左向上斜是升 速传动，从左向下斜是降速传动。
矩小，结构紧凑，制动平稳。
换向方式及选择
有些机床主轴不需要换向，如磨床、多刀半自动车床、一般组合机床 换向的目的：
（1）正反向都用于切削，工作时不需要变化转向（如铣床），正反向 的转速及传递动力应相同。 （2）正转用于切削，而反转主要用于空行程，并且在工作过程中需要 经常变换转向（如卧式车床、钻床）
1.18 2.29 4.75 9.5 19 37.5 75 150 300 600 1180 2360 4750 9500
1.25 2.5 5.0 10
20
40
80
160
315
630
1250
2500
5000
1000 0
1.32 2.58 5.3 10.6 21.2 42.5 85
170
335
670
1320
制动方式及选择
有些机床主传动不需要制动，如磨床和一般组合机床。 但是大多数机床需要制动，如卧式车床、摇臂钻床和镗床。 装卸及测量工件，更换刀具和调整机床时，要求主轴尽快停止 转动；机床发生故障和事故时，能及时刹车可避免更大损失。
主传动的制动方式：
电动机制动
机械制动
制动方式及选择
主传动的制动方式： （1）电机制动 制动时，让电机的转矩方向与其实际转向相反，使之减速而迅速停转。 多采用反接制动和能耗制动 特点： 操纵方便省力，简化机械结构 但是频繁制动时，电机发热甚至烧损 应用： 反接制动适用于直接开停的中小功率电机，以及制动不频繁、制动平 稳性要求不高及具有反转的主传动。
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 有级（或分级）变速是指在若干固定速度（或转速）内不连续地 变速，并且只能从机床传动系统中所能提供的速度中进行选择。 在一定的变速范围内只能得到某些转速，变速级数一般不超过 20～30级。 特点： 传递功率较大，变速范围宽，传动比准确，工作可靠； 但是速度不能连续变化，有速度损失，不能在运转中进行变速
为了提高生产率，反向应比正向转速高，转速级数少，传递动力小
换向方式：
电机换向 机械换向
圆柱齿轮 多片式摩擦离合器
第一节 分级变速主传动系统设计
分级变速主传动系统的设计内容和步骤是： 在已确定传动形式、主变速传动系统的运动参数的基础上， ➢ 拟定结构式、转速图 ➢ 合理分配各传动副的传动比 ➢ 确定齿轮齿数和带轮直径等 ➢ 绘制主传动的传动系统图
优点： 变速箱的振动和热量不易传给主轴， 主轴箱可通过带传动直接得到高速，运动 平稳，加工质量高。 缺点： 箱体的数量多，加工装配工作量大，成本高 带传动在低速传动时转矩大，易打滑，更换 传动带不方便。
应用： 适用于中小型高速或精密机床
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）无级变速 无级变速是指在一定速度（或转速）范围内能连续、任意地变速， 并获得任意转速（连续的任意速度）。 特点： 可选最为合理的切削速度，没有速度损失，生产率高。 可在运转中变速，辅助时间少，操纵方便，运转平稳。 便于实现变速自动化。 种类： 机械无级变速器 液压无级变速器 电气无级变速器
制动方式及选择
主传动的制动方式： （2）机械制动
当电机不停转的情况下需要制动时，可采用机械制动方式 刚带式制动 闸瓦式制动 片式摩擦制动
制动方式的选择： （1）优先选用电机制动方式
（2）对于制动频繁，传动链较长，惯量较大的主传动可采用机械制动。 应将制动器放在接近主轴且转速较高的传动件上——制动力
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图 1.转速图的概念
35
I 630rpm
35 20
50 27
II
43
27 20
50
III
43
转速图一点三线
某机床的主传动系统图
传从动左轴向线 右依—次—转标间注距速：相图0同（的一电竖）点直，线三Ⅰ，，表线Ⅱ示，各Ⅲ个，传Ⅳ动（轴主，
1.00 2.0 4.0 8.0 16 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
1.06 2.12 4.25 8.5 17 33.5 67 132 265 530 1060 2120 4250 8500
1.12 2.21 4.5 9.0 18 35.5 71 140 280 560 1120 2240 4500 9000
满足维修调整方便，结构简单、合理，便于加工和装配等方面的要求。 满足经济性要求。
主传动系统的组成及分类
主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、 刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。
（一）主传动系分类 （1）按驱动主传动的电机类型：
交流电动机驱动、直流电动机驱动 （2）按传动装置类型：
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图 1.转速图的概念
转速图是表示主轴各转速的传动路线和转速值、各传动轴的转速 数列及转速大小、各传动副的传动比的线图。
第一节 分级变速主传动系统设计
一、转速图 1.转速图的概念
转速图包括“三线一点”
转速线
➢
传动轴线
➢
传动线
➢
➢
转速点
➢
在转速图中可以表示出 传动轴的数目， 传动轴之间的传动关系， 主轴的各级转速值及其传动路线， 各传动轴的转速分级和转速值， 各传动副的传动比等。
236
475
950
1900
3750
7500
1500 0
转速图的绘制
★★★
图示某机床的主传动系统图。
主 轴 转 速 级 数 为 Z=12 级 ， 公 比 为 φ=1.41 ， 主 轴 转 速 n=31.5140主0r轴/m转in速。:
因为 1.41 1.066
根据公比为1.06的标准数列可以 写出公比为1.41的转速数列。