第八章 传动设计

1、机床主轴必须有足够的转速范围和转速级数，以便 满足机床运动要求。 2、主电动机和传动机构应能提供和传递足够的功率和 转矩，传动效率足够高，以便满足机床动力要求。 3、主轴主件、有关机构及元件应有足够的精度、刚度， 抗震性、温升、热变形在允许范围内，以便满足机 床工作性能的要求。 4、操作要轻便灵活、安全可靠、调整维修方便，润滑 密封良好，以满足机床的使用要求。 5、结构简单，便于加工和装配，成本低，以便满足机 床经济性的要求。
变速组按扩大转速范围过程而排列的基本组、第一扩大组、 第二扩大组……的排列顺序，称为“扩大顺序”。 变速组的变速范围与其级比的关系。 对于基本组： r0= φ2 =(φ ) 3-1= 0p0 –1 对于第一扩大组： r1= φ3 =(φ3) 2-1= 1p1 –1 对于第一扩大组： r2= φ6 =(φ6) 2-1= 2p2 –1 从上分析可得出通式： rj= jpj –1 由此得出结论： 由于等比数列可以由等比数列乘以等比数列得到，机 床的传动系统中，转速数列是由定比传动副和变速组组 成的，几个变速组互相串联，其中以基本组为基础，然 后通过第一、第二、…、扩大组把各轴的转速级数和变 速范围逐步扩大，并且各变速组相邻传动比之间又遵循 上述的级比规律，则机床的传动系统的转速数列是连续 的等比数列，称为“正常传动系统”。
u1=n1/n0， n1=u1n0 u2=n2/n0, n2=u2n0 u3=n3/n0, n3=u3n0 u4=n4/n0, n4=u4n0 ②现在将传动图绘制成转速图： 用一组相互平行并距离相等的线条代表轴，轴上每 个点代表 一种转速。图中坐标取对数坐标。 若转速按等比级数排列的，则各级转速为： n1=nmin, n2=n1φ , logn2=logn1+logφ n3=n2φ , logn3=logn2+logφ n4=n3φ , logn4=logn3+logφ
在结构上，变速组按照从电动机到主轴传动的先后排列顺 序称为“传动顺序” （二）机床的总变速范围应是各变速组变速范围的乘积 Rn=n12/n1=630/50= φ 12-1 = 1.2611 = 12.6 ra=uamax/uamin=(35/35)/(27/43)=1.58= φ 2 rb=ubmax/ubmin=(39/39)/(26/52)=2= φ 3 rc=ucmax/ucmin=(50/28)/(24/54)=4= φ 6 故 Rn= ra rb rc = φ 2 . φ 3 . φ 6= φ 11 = 12.6 通式： Rn= nmax/nmin = umax/umin =ra rb rc „rm （三）变速组的级比规律 变速组相邻传动比之间的比值称为级比。 第一变速组： p0=pa=3 ua3:ua2:ua1=1:1/φ :1/φ 2 =φ 2: φ :1 =φ 2x0: φ x0 :1 故 a= 0=φ x0=φ x0=1
Ⅳ—Ⅴ： u7=19/71=1/4=1/1.266=1/ φ6 u8=82/38=2=1.263=φ3 第二步：画出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ垂直平行线，表示传动轴 （细线），并画出横向对数坐标线（细线）18格，每格之间 距离为logφ=log1.26。 第三步：画转速图。 ①在轴Ⅰ—Ⅱ之间引一条直线，由于u0=1/ φ3，故向下倾斜3 格 ②在Ⅱ—Ⅲ之间引三条直线，分别是u1=1/ φ4，向下斜四格。 u2=1/ φ3，向下斜三格 u3=1/ φ2，向下斜二格 ③在Ⅲ—Ⅳ之间引三条直线，即 u4=1/ φ4，向下斜四格。 u5=1/ φ，向下斜一格。 u6=φ2，向上斜二格。这样在Ⅳ轴有9种转速。 ④在Ⅳ—Ⅴ之间，有两种传动比，应在Ⅳ轴9种不同转速点上 各引出两条直线，即u7=1/ φ6，向下斜6格。 u8=φ3，向上斜3格。这样在主轴上有18个点，即18级
三、结构网和结构式
将转速图画成对称形式就成为结构网。 结构网中两轴间连线仅表示传动关系，而不表示传动比值，轴上各圆 点也不表示该轴的具体转速。结构网和转速图有一致的变速特性。 结构网又可简化为结构式， 本例的结构式为： 图2－2的转速图可画成图2 －4的结构网。 12=31×23×26 其中: Z=3×2×2 =12 p0=3 p1=2 p2=2 x0=1 x1=3 x2=6 r0= φ2 r1= φ3 r2= φ6
Rn 、φ 基本确定后，就可进行传动系 统的设计，通常采用图解的方法，即转速图来解决。 转速图可直观地表达出传动系统中各轴转速的变化规律和 传动副的速比关系。它不仅可以用来拟定新的传动系统， 也可用来对现有机床的传动系统进行分析和比较。 一、转速图 图2-2a为龙门铣床铣刀主轴变速箱的传动系统图， 图2-2b为该变速箱的转速图。 其转速范围：50~630r/min,公比φ =1.26,转速级数z=12, 主电动机功率13kw,转速1460r/min。 在转速图中： ①距离相等的竖直线代表传动系统的各轴； ②距离相等的横线与竖直线的交点（用圆圈表示）用来代 表各级转速。因lgnz-lgnz-1=lgφ =常数，转速图上的纵
第八章
传动设计
主传动概述
• • • • （一）主传动类型及其应用 （二）有级变速主传动系统的组成 （三）主传动的设计要求 （四）主传动的设计程序
机床主传动系统用于实现机床的主运动。它对机床的使 用性能、结构都有很明显的影响。 机床主传动的类型可按不同特征来划分： 按照传动电动机可分为：交流电动机驱动 直流电动机驱动 或：单速电动机驱动 多速电动机驱动 按照传动装置可分为：机械传动装置 液压传动装置 电气传动装置 按照变速的连续性可分为：无级变速 有级变速
如果将n1,n2,n3,n4按顺序在坐标上排列，则相邻转 速之间相差一个logφ。 将上各传动比值变为与φ有关的值，有： u1=0.41=1/1.582=1/ φ2 u2=0.64=1/1.58=1/ φ u3=1 u4=1.58= φ 由于φ＞1，故降速时，转动比u=1/ φx 升速时，传动比u= φx ①当u=1时，画平线 ②当u= φx时，往上翘， u4=1.58= φ1，取对数=1， 往上翘1格 ③当u=1/ φx时，往下低。
绘制（四级两轴变速箱）转速图步骤： 第一步，画两条垂线，代表两根轴 第二步，在左边第一垂线（轴Ⅰ）上取一点，表示 轴Ⅰ 转速 第三步，在右边第二条垂线（轴Ⅱ）上取四点，代 表第Ⅱ轴四种转速，即n1n2n3n4,轴上各点距离相 等，即等于logφ 第四步，用粗实线（速度线）将n0和n1n2n3n4相连。
主传动系统由动力源、变速装置和执行件(如主轴、 刀架、工作台）等部分组成。主传动系统属于外联系 传动链。图示是CA6140车床 传动系统图，主传动系统组成：
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1、动力源 2．固定传动比机构 3．变速机构 4．主轴部件 5．开停装置 6．制动装置 7．换向装置 8．操纵机构 9．润滑与密封装置
坐标取为对数坐标，则代表各级转速的横线的间距相等，且等 于lgφ ③相邻两轴之间的相应转速的连线代表相应传动副的传动比。 从图可见，由三个变速组互相串联使变速系统获得12级转速。
第一变速组（Ⅱ-Ⅲ轴）： ua1=27/43=1/1.58=1/ φ2 ua2=31/39=1/1.26=1/ φ ua3=35/35=1 第二变速组（Ⅲ-Ⅳ轴）： ub1=26/52=1/2=1/ φ3 ub2=39/39=1 第二变速组（Ⅳ-Ⅴ轴）： uc1=24/54=1/2.25=1/ φ3.5 uc2=50/28=1.79= φ2.5 二、变速的基本规律 （一）变速系统的变速级数 是各变速组传动副数的乘积 图2－2变速系统可写为： 12＝3×2×2 通式：z＝papbpc…pm
第j扩大组级比 j =φ xj xj= p0p1p2„ pj-1 0=φ x0=φ x0=1 1=φ x1 x1=p0 2=φ x2 x2=p0 p1 „„ j =φ xj xj= p0p1p2„ pj-1 上面即为级比规律。 从上面分析可知，为了获得连续等比数列的转速，必 须使几个变速组串联而成的传动系统符合级比规律，否 则会出现转速重复或空缺的现象。如图2－3中的图a) x1=4＞3，出现转速空缺；图b) x1=2＜3，出现转速重复； 图c) x1=1.5<3，出现非正常的转速数列。
通过此变速组变速后，可使Ⅲ轴得到三级连续等比数列的 转速，这种具有级比指数x0=1的变速组称为基本组。 第二变速组： p1=pb=2 ub2:ub1=1:1/φ 3 =φ 3:1 =φ x1:1 故 b= 1=φ x1= φ 3 x1=p0=3 此变速组的作用是将基本组的变速范围进行第一次扩 大，这种级比指数等于基本组的传动副数，即x1=p0的变速 组称为第一扩大组。 第三变速组： p2=pc=2 uc2:uc1=1:1/φ 6 =φ 6:1 =φ x2:1 故 c= 2=φ x2= φ 6 x2=p0 p1=6 此变速组的作用是将基本组的变速范围进行第二次扩大， 这种级比指数等于基本组和第一扩大组的传动副数连乘积， 即x2=p0 p1的变速组称为第二扩大组。 „„
8.1
主运动有级变速传动设计
设计内容： ①拟订结构式或结构网 ②拟定转速图 ③合理分配各传动副的传动比 ④确定齿轮齿数和带轮直径 ⑤绘制主传动的传动系统图
8.1.1
转速图：也叫转速分布图
分析和设计主传动系统需要一种特殊线图，称转速 图。 1.为什么要用转速图： ①前面学过的传动系统图一个致命弱点：不能 直观表明主轴上每种转速是通过哪些齿轮传来的。 ②前面学过的传动系统图也不能看清楚各对齿 轮的传动比之间的内在联系，而转速图可以。 2.转速图的绘制方法： （1）绘制四级变速变速箱的转速图 ①求出各传动比：（按从小到大规律排列） u1=21/51=0.41， u2=28/44=0.64， u3=36/36=1，u4=44/44=1.58
转速。 3.综上所述： （1）转速图由“三线一点”组成：①传动轴格线 （垂直平行细线）、②转速格线（水平细线）、 ③传动线（粗实线）、④转速点（黑点或圆圈） （2）由转速图可以清楚看出： ①传动轴数目. ②主轴和各传动轴上的转速级数、各转速值及传动 路线。 ③变速组的数目及传动顺序。 ④各变速组的传动副数目及传动比数值。