第二章 机床的传动设计(2)

控制，增加变速组时，常取传动副数 P≤3。
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 = 8 ♦ 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=φ 12×(2-1)=64 > 8，不符合要求。
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
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。
即 njcz60=125r/min。 ② 变速组b 主动齿轮 z22，z42 的计算转速为 njbz22,24 = 355r/min
③ 变速组a 主动齿轮 z24，z30， z36 的计算转速为 njaz24 = 710r/min
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
4、双速电动机传动系统 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。 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
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。
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
二、机床的功率转矩特性
1.主运动为直线运动的机床
变速范围 R =φ z-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 = φ z-1 = 1.26 18-1 = 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。
因 njⅢ 是经轴Ⅱ的最低转速355 获得。
故 njⅡ=355 r/min
同理 njⅠ=710 r/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 250 > nj主，对应的轴Ⅲ最低转速 125为主动齿轮z60的计算转速。
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。
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
2.主运动为旋转运动的机床
lg
即钻床采用了混合公比传动系。其大公比
格数为
x' 20 16 4, x' 8
（3）钻床的结构式为
16 214 22 24 28
按前密后疏原则整理得
16 22 24 25 28
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
混合公比传动结构式 12 32 26 27
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z4 结合时，运动经 z1、z2、z3、z4传递。
传动比为
i1
z1 z2
z3 z4
,
即
11 1 i1 4 4 16
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。
极限变速范围扩大为 r’ = i2/i1= 16
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 = 21×22×24×28
r3 x3 (P3 1) 1.418(21) 16
R Z 1 1.41161 180
原结构式: 12=31×23×26 变速范围 R =φ z-1 =1.4112-1 =1.4111= 45； 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
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 ~ 2000 r/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
R 2000 80 25
（2）钻床的理论转数级数为
Z ' lg 80 1 20 16
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
Z 1
12 1
nj n1 3 31.51.41 3
90 r / min
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250 >nj主，能传递全部功率。 故 njⅢ=125 r/min
R Z16 1.2611 1.266 12.5 4 50
结合后的结构式 24 32 26 29 212
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
R 2418 1.2623 1.268 203 6.35 1290
第二节 扩大变速范围的传动系统设计
如 结构式 12 = 31×23×26 变成混合公比得：12 = 32×26×27
R Z16 1.2611 1.266 12.5 4 50
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
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。
第三节 计算转速
3.计算转速（nj ）概念 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。
计算转速 是指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。
结束
2-15 求车床传速图各齿轮、主轴、传动轴的计算转数。
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。
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。
各类机床主轴的nj可查表2-2计算确定。
第三节 计算转速
三、主变速系统传动件计算转速的确定
P0 = 3；若取φ = 1.41，则P0 = 2。
采用双速电动机的结构式 8 22 21 24
结论 应用双速电动机，缩短了传动链，从而扩大了变速范围。
第三节 计算转速
一、计算转速的研究意义
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。
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
1. 增加变速组
传动系总变速范围为： R Z 1
最大相对转速损失率为：
Amax
=
(1
-
1
) ×100%
♦ 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
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。
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。
♦ 必须减小x3，使 r3 x3(21) 1.416 8 ，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：
R (r0r1r2 )r3 121 6(21) 45 8 360
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。
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。
♦ 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。
机械制造装备设计
第二章 机床的传动设计
2020年4月5日
第二章 机床的传动设计
第二节 扩大变速Βιβλιοθήκη Baidu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
一、扩大变速范围的意义
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。
当 r最后 = 8，φ = 1.41时，则 x最后 = 6，结构式 12=31×23×26 ,