机械装备制造-第三章第四节主传动系设计
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4.满足产品设计经济性的要求。传动链要尽可能的少, 节省材料,降低成本。
5.调整维修方便,结构简单、合理,便于加工和维护。
二.主传动系统分类和传动方式
(一)主传动系分类 主传动系可按不同的特征来分类:
1.按驱动主传动的电动机类型:交流电动机和直流 电动机驱动。 2.按传动装置类型:机械传动装置、液压传动装置、 电气传动装置以及它们的组合。 3.按变速的连续性:分级变速传动和无级变速传动。
取2或3(双联、三联齿轮)。如是4联齿轮,会发生 干涉。
⑵传动顺序安排:传动付“前多后少”
主变速传动系从电动机到主轴,通常为降速 传动,接近电动机的传动件转速较高,传递的扭 矩T较小,因为T=9550P/n,则传动件尺寸可小一 些,可减少变速箱的外形尺寸。
当P一 小。
定,
ni
增大
,
则Ti
减
小
,
传动
注:Xj 是正常值,Xjˊ压缩后的值
此时变速范围 Rn (z1)z
例:15=313326 17=31232526
⊿Z=9—6=3 ⊿Z=12—5=7
2.采用背轮机构(常用)
特点:两排,三根轴的变速组。 高速:直传,u高=1;Z1处于最右位置与Z2脱离啮合,
离合器M结合,运动由主动轴I传入到被动轴III。 低速:两次降速,(u低)min=1/4×1/4=1/16。Z1处
带传动
M
变速箱
主轴箱
特点:变速箱的传动件所产生的振动和 热量不能直接或少传给主轴,减少主轴的 振动和热变形,有利于提高机床的工作精 度。
(三)分级变速主传动系
变速方式
无级变速 有级变速 有级+无级
(一)拟定转速图和结构式
1.转速图 ⑴转速图构成 ①等距平行竖线(表示传动轴)
从左到右表示传动顺序。 ②平行横线(代表各级转速) 采用对数坐标。
III 平行连线 表示同一传动比。即 u=1。
⑵转速图的作用
①表示传动系组成 传动轴数,传动顺序,传动组数,各传动组
的传动付数。 ②主轴转速级数及构成
12=3×2×2
n9 n电 u定 ua3 ub1 uc2 500
③各传动付的传动比 u k
④传动轴、传动组的变速范围
I 传动轴的变速范围(指传动轴的最高最低转速比)
因为
n j1 nj
lg n j1
lg n j
lg
c
故是等距的平行横线。
n8 3 指数 3 表示格数。
n5
③轴上圆点:表示轴的实际转速。
④两轴间圆点(转速)连线(代表传动付)。
I 传动付的传动比u Z主 = k
Z从
其中 k:传动付升降格数 ±:降速,取“-”;升速,取“+”。
II 传动组的传动付数 同一圆点引出的连线。
转速):750/1000,1000/1500
电传动组
传动付数 双速:P 电=2,三速:P 电=3
级比 级比指数
= X电 n max 2
n min X 电(与主轴 有关)
=1.06 =1.12 =1.26 =1.41 =2
1.0612=2 1.126=2 1.263=2 1.412=2 21=2
1.集中传动方式:全部传动和变速机构都集中在主
轴箱内。
M
主轴箱
特点:结构紧凑,但传动过程中所产生的振 动,将直接影响主轴的平稳性;传动件所产生的 热量,使主轴产生热变形,使主轴回转中心线偏 离正确位置而直接影响加工精度。这种传动方式 适用于普通精度的大中型机床。
2.分离式传动:主传动系中的大部分的传动 和变速机构装在单独的变速箱中,然后通 过带传动将运动传到主轴箱的传动方式 。
件尺
寸减
因此,靠近主轴转速较低,传递的扭矩较大, 尺寸就较大。
结论:将传动付较多的变速组安排在前面,
尺寸小一些,以节省变速箱的造价,减少变速箱 的外形尺寸。
因此:12=3×2×2,12=2×2×3,12= 2×3×2中12=3×2×2方案最好。
⑶扩大顺序安排:“前密后疏” (基前扩后)
传动顺序,扩大顺序一致:基本组在最 前面,依次为第一扩大组,第二扩大 组。。。各变速组变速范围逐渐扩大。
转速图特点:交换齿轮传动组的传动比是对称的 (成反比)。
3.采用公用齿轮的变速系
公用齿轮:在变速传动系中,既是前一变速 组的被动齿轮,又是后一变速组的主动齿 轮。
采用公用齿轮,2个变速组的模数必须相同。 公用齿轮轮齿受的弯曲应力属于对称循环,
选择较大的齿轮作为公用齿轮。 优点:采用公用齿轮可以减少齿轮的数目,
简化结构,缩短轴向尺寸。
(四)扩大变速范围的方法
例:Z=12, =1.41,则结构式 12=312326
校核最末扩大组的变速范围: R2 6(21) 6 8 ≤8 合适 变速范围 Rn Z 1 ,故有:
Z=12, =1.41,则 Rn Z 1 1.41121 45 Z=18, =1.26,则 Rn Z 1 1.41181 50 通用性较高的车床和镗床的变速范围一般在 140~200 之 间,甚至超过 200,因此要扩大变速范围。
1.41=1.066。查 P73 表 3-3 得主轴转速 为:31.5,45,63,90,125,180,250, 355,500,710,1000,1400。
2)分配传动比
nmin n电 u定 ua1 ub1 uc1
(u总)m in
nm in n电
= 31.5 1440
=1 1.4111.125
⑶结构式
12=31×23×26 传动顺序与扩大顺序一致:12=31×23×26 传动顺序与扩大顺序不一致:12=23×31×26 或12=32×21×26 结 论 : 通 用 公 式 Z= (Pa)xa×(Pb)xb×(Pc)xc×(Pi)xi
(二)主变速系转速图设计
1.结构式的拟定原则 ⑴变速组的常用传动付数
定,应作校核)。只需校核最末扩大组。
如果变速范围 Ri>8,不合适,重新设 计。考试时必须校核最末扩大组。
2.转速图设计
①传动比的确定“前慢后快”。
方法:通常是确定主轴 n1 nmin 传动路线中
各速比。 ②转速图设计步骤
例 1 : 设 计 主 传 动 系 , =1.41 , n 电
=1440r/min,nmin=31.5r/min,结构式 12= 312326。画出转速图,传动系统图。 解:1)确定主轴转速
于最左位置与Z2啮合,经过Z1Z2 Z3Z4降速传到被 动轴III。
解: =1.41,1.412=2,则 X 电=2,P0=2 结构式为:8=222124
例 2:双速电机 Z=12, =1.26
解: =1.26,1.263=2,则 X 电=3,P0=3 结构式为:12=233126
电 1440
I
II
45:72
710 180:180 640
36:81 315
III 59:54 1000
X =12(不用) X 电=6(不用) X 电=3(第一扩大组,必须 P0=3)√(常用) X 电=2(第一扩大组,必须 P0=2)√(常用) X 电=1(基本组)
(2) 多速电动机变速系设计
1500/3000
变速系
主轴
重点在确定结构式上。
例 1:双速电机 Z=8, =1.41(P85 图 3-16)
⑷变速组的降速要“前慢后快”, 中间轴的转速不宜超过电动机的转 速
从电动机到主轴之间的总趋势是降速传 动,为使中间转速较高,减少传动件的尺 寸,前面的变速组降慢些,后面变速组降 速要快些。
⑸传动组的极限传动比和极限变速范围(升2降 4的原则)
I 极限传动比 umax≤2,原因:升速时,为了降低振动,
教材P83将12=31×23×26,12= 32×21×26两方案进行比较,第二种方案中 间轴II轴的最低转速较低,在传递相同功率 的情况下,受的扭矩较大,传动件的尺寸 也就比前种方案大。
从转速图上可知:当变速组的扩大顺序 与传动顺序一致时,前面变速组的传动线 分布紧密,而后面变速组传动线分布较疏 松,所以“变速组的扩大顺序与传动顺序 一致”原则可简称为“前密后疏”原则。
700 485 345 255
185 25:88
125
90
2.具有交换齿轮的变速系
交换齿轮:相啮合的两齿轮可互换位置安装,即互 为主、被动齿轮。
在工件加工中,如需要更换别的转速,为了简化结 构,常常采用交换齿轮变速方式。
缺点:更换交换齿轮较费力费时。装在变速箱外, 润滑密封较困难;装在变速箱内,则更换麻烦。
级比用 x 表示。 例 a 组:级比 X a 1 >1
级比指数:级比 x 的指数 x
⑵各变速组的级比规律
规律:依扩大顺序,后一变速组的级比 指数等于它前面各传动组的传动付的乘积。
基本组:级比指数X0=1 第 一 扩 大 组 : 级 比 指 数 X1=P0( 等 于 基 本组的传动付数) 第二扩大组:级比指数X2=P0 P1
分级变速传动:只能在一定的变速范围 内得到某些转速,变速级数一般不超过 20~30级。特点是传动比准确,缺点是有 速度损失,不能在运转中进行变速。
无级变速传动:可以在一定的变速范围 内连续改变转速,以便得到最有利的切削 速度;能在运转中变速,便于实现变速自 动化;能在负载下变速。
(二) 主传动系的传动方式
1440
转速图:
Ua3
950
Ua2
600 Ua1
375
236
150 95
传动系统图:
×
×
×
×
×
×
×
M
(三)主传动系的几种特殊设计
1.多速电动机变速系设计(只要求双速电机,三速 的不要求 )
(1)电传动组的变速级数和级比 电传动组:双速电动机在变速传动系的最前面。 多速电动机同步转速比:
同步转速比为2(常用):750/1500,1500/3000 同步转速比为1.5(机床不用,主轴转速没有1.5倍的
(u 总)m in
n1 n电
= 95 1440
=1
5.94
=u定 u a1 u b1
= 1 11
0.94 2 3
则有:u定= 0.94 (nI≥700r/min) ua1= -2,ua2= -1,ua3= 0(水平) ub1= -3, ub2= 0
4)画出转速图,传动系统图
电
I
II
III
=1
11.125
=u定
ua1
ub1
uc1
= 1 11 1 2.125 2 3 4
则有: u定= 2.125 (nI≥700r/min) ua1= -2,ua2= -1,ua3= 0(水平) ub1= -3, ub2= 0 uc1= -4,uc2= 2
3)画出转速图,传动系统图(如P80)
1.增加变速组(转速重合)
12=312326
( R2 Z 1 1.4161 8 )
增大变速组
24=312326212
( R3 Z 1 1.41121 64 8 )
Zˊ=31232626
( R3 Z 1 1.4161 8 )
重合级数⊿Z=
Xj-Xjˊ
(Pj=2)
2(Xj-Xjˊ) (Pj=3)
机械制造装备设计
第四节 主传动系设计
一.主传动系统的基本要求
电动机
1
Uv
CP 2
Uf
Zf
3
1.满足机床使用性能要求。也就是要满足机床的运动特 性:机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。
2.满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供 和传递足够的功率和扭矩。
3.满足机床工作性能的要求。主传动中所有零部件要有 足够的刚度、精度和抗振性,热变形特性稳定。
例:RIII= n10 5
n5 II 传动组的变速范围
例: Ra
ua3 u a1
2
III 两者之间的关系
RIV= Rn
nmax nm in
n电 u a3 u b2 uc2 n电 u a1 ub1 uc1
Ra Rb Rc
2.变速系的变速扩大规律及结构式
⑴传动组的级比和级比指数 级比:同一传动组内相邻两传动比的比值,
例 2 : 设 计 主 传 动 系 , = 1 . 5 8 , n 电
=1440r/min,n主=(95~950)r/min,画 出转速图,传动系统图。
解:1)求 Rn,Z
Rn
n max nm in
950 95
10
Z 1 lg Rn 6
lg
2)确定主轴转速 1.58=1.068。查 P73 表 3-3 得主轴转速为:95,150,236,375, 600,950。 结构式:6=3123 3)分配传动比
降低噪声和传动误差,使传动平稳。 umin≥1/4,原因:降速时,结构限制。
避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺 寸。
斜齿 umax≤2.5(主传动系统斜齿用得少)。 考试时要求直齿。
II 传动组的极限变速范围
Rmax
umax u min
2 1
4
8
又 R X i (Pi 1) i
(在结构式中已确
5.调整维修方便,结构简单、合理,便于加工和维护。
二.主传动系统分类和传动方式
(一)主传动系分类 主传动系可按不同的特征来分类:
1.按驱动主传动的电动机类型:交流电动机和直流 电动机驱动。 2.按传动装置类型:机械传动装置、液压传动装置、 电气传动装置以及它们的组合。 3.按变速的连续性:分级变速传动和无级变速传动。
取2或3(双联、三联齿轮)。如是4联齿轮,会发生 干涉。
⑵传动顺序安排:传动付“前多后少”
主变速传动系从电动机到主轴,通常为降速 传动,接近电动机的传动件转速较高,传递的扭 矩T较小,因为T=9550P/n,则传动件尺寸可小一 些,可减少变速箱的外形尺寸。
当P一 小。
定,
ni
增大
,
则Ti
减
小
,
传动
注:Xj 是正常值,Xjˊ压缩后的值
此时变速范围 Rn (z1)z
例:15=313326 17=31232526
⊿Z=9—6=3 ⊿Z=12—5=7
2.采用背轮机构(常用)
特点:两排,三根轴的变速组。 高速:直传,u高=1;Z1处于最右位置与Z2脱离啮合,
离合器M结合,运动由主动轴I传入到被动轴III。 低速:两次降速,(u低)min=1/4×1/4=1/16。Z1处
带传动
M
变速箱
主轴箱
特点:变速箱的传动件所产生的振动和 热量不能直接或少传给主轴,减少主轴的 振动和热变形,有利于提高机床的工作精 度。
(三)分级变速主传动系
变速方式
无级变速 有级变速 有级+无级
(一)拟定转速图和结构式
1.转速图 ⑴转速图构成 ①等距平行竖线(表示传动轴)
从左到右表示传动顺序。 ②平行横线(代表各级转速) 采用对数坐标。
III 平行连线 表示同一传动比。即 u=1。
⑵转速图的作用
①表示传动系组成 传动轴数,传动顺序,传动组数,各传动组
的传动付数。 ②主轴转速级数及构成
12=3×2×2
n9 n电 u定 ua3 ub1 uc2 500
③各传动付的传动比 u k
④传动轴、传动组的变速范围
I 传动轴的变速范围(指传动轴的最高最低转速比)
因为
n j1 nj
lg n j1
lg n j
lg
c
故是等距的平行横线。
n8 3 指数 3 表示格数。
n5
③轴上圆点:表示轴的实际转速。
④两轴间圆点(转速)连线(代表传动付)。
I 传动付的传动比u Z主 = k
Z从
其中 k:传动付升降格数 ±:降速,取“-”;升速,取“+”。
II 传动组的传动付数 同一圆点引出的连线。
转速):750/1000,1000/1500
电传动组
传动付数 双速:P 电=2,三速:P 电=3
级比 级比指数
= X电 n max 2
n min X 电(与主轴 有关)
=1.06 =1.12 =1.26 =1.41 =2
1.0612=2 1.126=2 1.263=2 1.412=2 21=2
1.集中传动方式:全部传动和变速机构都集中在主
轴箱内。
M
主轴箱
特点:结构紧凑,但传动过程中所产生的振 动,将直接影响主轴的平稳性;传动件所产生的 热量,使主轴产生热变形,使主轴回转中心线偏 离正确位置而直接影响加工精度。这种传动方式 适用于普通精度的大中型机床。
2.分离式传动:主传动系中的大部分的传动 和变速机构装在单独的变速箱中,然后通 过带传动将运动传到主轴箱的传动方式 。
件尺
寸减
因此,靠近主轴转速较低,传递的扭矩较大, 尺寸就较大。
结论:将传动付较多的变速组安排在前面,
尺寸小一些,以节省变速箱的造价,减少变速箱 的外形尺寸。
因此:12=3×2×2,12=2×2×3,12= 2×3×2中12=3×2×2方案最好。
⑶扩大顺序安排:“前密后疏” (基前扩后)
传动顺序,扩大顺序一致:基本组在最 前面,依次为第一扩大组,第二扩大 组。。。各变速组变速范围逐渐扩大。
转速图特点:交换齿轮传动组的传动比是对称的 (成反比)。
3.采用公用齿轮的变速系
公用齿轮:在变速传动系中,既是前一变速 组的被动齿轮,又是后一变速组的主动齿 轮。
采用公用齿轮,2个变速组的模数必须相同。 公用齿轮轮齿受的弯曲应力属于对称循环,
选择较大的齿轮作为公用齿轮。 优点:采用公用齿轮可以减少齿轮的数目,
简化结构,缩短轴向尺寸。
(四)扩大变速范围的方法
例:Z=12, =1.41,则结构式 12=312326
校核最末扩大组的变速范围: R2 6(21) 6 8 ≤8 合适 变速范围 Rn Z 1 ,故有:
Z=12, =1.41,则 Rn Z 1 1.41121 45 Z=18, =1.26,则 Rn Z 1 1.41181 50 通用性较高的车床和镗床的变速范围一般在 140~200 之 间,甚至超过 200,因此要扩大变速范围。
1.41=1.066。查 P73 表 3-3 得主轴转速 为:31.5,45,63,90,125,180,250, 355,500,710,1000,1400。
2)分配传动比
nmin n电 u定 ua1 ub1 uc1
(u总)m in
nm in n电
= 31.5 1440
=1 1.4111.125
⑶结构式
12=31×23×26 传动顺序与扩大顺序一致:12=31×23×26 传动顺序与扩大顺序不一致:12=23×31×26 或12=32×21×26 结 论 : 通 用 公 式 Z= (Pa)xa×(Pb)xb×(Pc)xc×(Pi)xi
(二)主变速系转速图设计
1.结构式的拟定原则 ⑴变速组的常用传动付数
定,应作校核)。只需校核最末扩大组。
如果变速范围 Ri>8,不合适,重新设 计。考试时必须校核最末扩大组。
2.转速图设计
①传动比的确定“前慢后快”。
方法:通常是确定主轴 n1 nmin 传动路线中
各速比。 ②转速图设计步骤
例 1 : 设 计 主 传 动 系 , =1.41 , n 电
=1440r/min,nmin=31.5r/min,结构式 12= 312326。画出转速图,传动系统图。 解:1)确定主轴转速
于最左位置与Z2啮合,经过Z1Z2 Z3Z4降速传到被 动轴III。
解: =1.41,1.412=2,则 X 电=2,P0=2 结构式为:8=222124
例 2:双速电机 Z=12, =1.26
解: =1.26,1.263=2,则 X 电=3,P0=3 结构式为:12=233126
电 1440
I
II
45:72
710 180:180 640
36:81 315
III 59:54 1000
X =12(不用) X 电=6(不用) X 电=3(第一扩大组,必须 P0=3)√(常用) X 电=2(第一扩大组,必须 P0=2)√(常用) X 电=1(基本组)
(2) 多速电动机变速系设计
1500/3000
变速系
主轴
重点在确定结构式上。
例 1:双速电机 Z=8, =1.41(P85 图 3-16)
⑷变速组的降速要“前慢后快”, 中间轴的转速不宜超过电动机的转 速
从电动机到主轴之间的总趋势是降速传 动,为使中间转速较高,减少传动件的尺 寸,前面的变速组降慢些,后面变速组降 速要快些。
⑸传动组的极限传动比和极限变速范围(升2降 4的原则)
I 极限传动比 umax≤2,原因:升速时,为了降低振动,
教材P83将12=31×23×26,12= 32×21×26两方案进行比较,第二种方案中 间轴II轴的最低转速较低,在传递相同功率 的情况下,受的扭矩较大,传动件的尺寸 也就比前种方案大。
从转速图上可知:当变速组的扩大顺序 与传动顺序一致时,前面变速组的传动线 分布紧密,而后面变速组传动线分布较疏 松,所以“变速组的扩大顺序与传动顺序 一致”原则可简称为“前密后疏”原则。
700 485 345 255
185 25:88
125
90
2.具有交换齿轮的变速系
交换齿轮:相啮合的两齿轮可互换位置安装,即互 为主、被动齿轮。
在工件加工中,如需要更换别的转速,为了简化结 构,常常采用交换齿轮变速方式。
缺点:更换交换齿轮较费力费时。装在变速箱外, 润滑密封较困难;装在变速箱内,则更换麻烦。
级比用 x 表示。 例 a 组:级比 X a 1 >1
级比指数:级比 x 的指数 x
⑵各变速组的级比规律
规律:依扩大顺序,后一变速组的级比 指数等于它前面各传动组的传动付的乘积。
基本组:级比指数X0=1 第 一 扩 大 组 : 级 比 指 数 X1=P0( 等 于 基 本组的传动付数) 第二扩大组:级比指数X2=P0 P1
分级变速传动:只能在一定的变速范围 内得到某些转速,变速级数一般不超过 20~30级。特点是传动比准确,缺点是有 速度损失,不能在运转中进行变速。
无级变速传动:可以在一定的变速范围 内连续改变转速,以便得到最有利的切削 速度;能在运转中变速,便于实现变速自 动化;能在负载下变速。
(二) 主传动系的传动方式
1440
转速图:
Ua3
950
Ua2
600 Ua1
375
236
150 95
传动系统图:
×
×
×
×
×
×
×
M
(三)主传动系的几种特殊设计
1.多速电动机变速系设计(只要求双速电机,三速 的不要求 )
(1)电传动组的变速级数和级比 电传动组:双速电动机在变速传动系的最前面。 多速电动机同步转速比:
同步转速比为2(常用):750/1500,1500/3000 同步转速比为1.5(机床不用,主轴转速没有1.5倍的
(u 总)m in
n1 n电
= 95 1440
=1
5.94
=u定 u a1 u b1
= 1 11
0.94 2 3
则有:u定= 0.94 (nI≥700r/min) ua1= -2,ua2= -1,ua3= 0(水平) ub1= -3, ub2= 0
4)画出转速图,传动系统图
电
I
II
III
=1
11.125
=u定
ua1
ub1
uc1
= 1 11 1 2.125 2 3 4
则有: u定= 2.125 (nI≥700r/min) ua1= -2,ua2= -1,ua3= 0(水平) ub1= -3, ub2= 0 uc1= -4,uc2= 2
3)画出转速图,传动系统图(如P80)
1.增加变速组(转速重合)
12=312326
( R2 Z 1 1.4161 8 )
增大变速组
24=312326212
( R3 Z 1 1.41121 64 8 )
Zˊ=31232626
( R3 Z 1 1.4161 8 )
重合级数⊿Z=
Xj-Xjˊ
(Pj=2)
2(Xj-Xjˊ) (Pj=3)
机械制造装备设计
第四节 主传动系设计
一.主传动系统的基本要求
电动机
1
Uv
CP 2
Uf
Zf
3
1.满足机床使用性能要求。也就是要满足机床的运动特 性:机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。
2.满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供 和传递足够的功率和扭矩。
3.满足机床工作性能的要求。主传动中所有零部件要有 足够的刚度、精度和抗振性,热变形特性稳定。
例:RIII= n10 5
n5 II 传动组的变速范围
例: Ra
ua3 u a1
2
III 两者之间的关系
RIV= Rn
nmax nm in
n电 u a3 u b2 uc2 n电 u a1 ub1 uc1
Ra Rb Rc
2.变速系的变速扩大规律及结构式
⑴传动组的级比和级比指数 级比:同一传动组内相邻两传动比的比值,
例 2 : 设 计 主 传 动 系 , = 1 . 5 8 , n 电
=1440r/min,n主=(95~950)r/min,画 出转速图,传动系统图。
解:1)求 Rn,Z
Rn
n max nm in
950 95
10
Z 1 lg Rn 6
lg
2)确定主轴转速 1.58=1.068。查 P73 表 3-3 得主轴转速为:95,150,236,375, 600,950。 结构式:6=3123 3)分配传动比
降低噪声和传动误差,使传动平稳。 umin≥1/4,原因:降速时,结构限制。
避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺 寸。
斜齿 umax≤2.5(主传动系统斜齿用得少)。 考试时要求直齿。
II 传动组的极限变速范围
Rmax
umax u min
2 1
4
8
又 R X i (Pi 1) i
(在结构式中已确