1、第8章 传动设计 主要设计：外联传动链、内联传动链 设计外联传动链时,主要考虑保证要求的速度 （或转速)和所传递的功率。设计内联传动链时,主要考虑保证传动精度。主传动功用及组成: 1. 把一定功率从运动源传递给执行器官； 2保证执行器官的一定转速和一定的调速范围； 3根据需要，能够方便地进行运动的启动、停止、换向和制动，方便地进行运动的转换。,组成： 1定比传动结构：常采用齿轮、胶带、链传动； 2变速装置（适应一定工艺范围要求）； 3主轴组件：它是执行件。它由主轴、主轴支承和主轴上的传动件组成； 4开停装置：控制主运动执行件的启动和停止，通常采用离合器或电机直接开停； 5制动装置：机械、液压、
2、电气； 6换向； 7操纵； 8润滑与密封； 9箱体。,主传动设计原则: 1机床的主轴须有足够的变速范围和转速级数； 2主电动机和传动机构须能供给和传递足够的功率和转矩，并且有较高的传动效率； 3执行件（如主轴组件）须有足够的精度、刚度、抗振性和小于许可限度的热变形和温升； 4噪声应在许可范围内； 5操纵要轻便灵活、迅速、安全、可靠，并便于调整和维修； 6结构简单，润滑与密封良好，便于加工和装配，成本低。,8.1 分级变速外联传动链设计 8.1.1 分级变速机构的转速图和结构图 1转速图传动系统图，它对于分析结构比较直观，但是它不能确切地表达主轴每一种转速是通过哪些齿轮传动的，以及各对齿轮的传动
3、比之间的内在联系。实际上，在设计过程中是先有转速图，后有传动系统图的。 12级：31.5、 40、 63、 90、 125、 180、250、 355 500、 710、 1000、 1400 r/min= 1.41 n= 1440 r/min 包括电机轴,一共五根轴，为主轴。,有a、b、c三个传动组： 距离相等的一组竖线代表各轴，轴号写在上面，竖线间的距 离不代表中心距； 距离相等的一组水平线代表各级转速，与各竖线交点各轴的转速，由于分级变速机构的转速是按等比数列排列的，故转速采 用了对数坐标。为方便起见，习惯上转速图不写lg符号，而直 接写出转速值。还应指出，相邻两转速如果相差一格，表示
4、它们之间相差 倍。 n2= n1 lgn2= lgn1 + lg 各轴之间连线的倾斜线代表传动副的传动比。 n1 = 1440126/256 = 710 r/min,a传动组 b传动组i = = 1 i = = 1i = = = i = = = i = = = = c传动组i = = = i = = =,转速图表示： 主轴各级转速的传动路线； 在主轴得到连续等比数列条件下，所需的传动组数和每个传动组中的传动副数 322； 传动组的级比指数：主动轴上同一点传往被动轴相邻两连线代表传动组内相邻两个传动比，它们与被动轴交点之间相距的格数，代表相邻两传动比值的指数x称传动组的级比指数。, Z=P P
5、P X1 = P0 X0 = P0X2 = P1 X1 = P0 P1X3 = P0 P1 P2 各传动组变速范围R= 叫基型传动系统或常规传动系统。既无空缺又无重复的常规传动系统, 必须遵守级比规律！,2. 结构网和结构式 表示传动比的相对关系而不表示转速数值的线图称为结构网和结构式。 结构式： 12= 312326 说明下列问题: 传动链的组成及传动顺序 各传动组的级比指数 扩大顺序,8.1.2 主运动链转速图的拟定 1. 已知：类型 Z 、 n 、 n电、 设计：确定有几个传动组、各传动组的传动副、拟定结构网和表达式、拟定转速图。 12= 43 12= 34 优点：省一个轴 12= 32
6、2 12= 232 12= 223 T= 9550,当传动件传递的功率一定时，转速较高时传递的扭矩较小，轴、齿轮等传动件的尺寸相应可以小一些。在较多情况下，变速传动系统从电机到主轴之间的总趋势是降速传动，靠近电动机的最低转速较高，靠近主轴的传动件转速较低。按“前多后少”原则排列各变速组，可以使小尺寸齿轮多。,2. 基本组和扩大组的排列顺序（P132）12= 32212= 31232612= 31262312=34212212= 34222 1 R2= = = 16 12= 32212612= 322623,一般性情况下，采用基本组在前，第一扩大组、第二扩大组的顺序 ： X0X1 X2 X3 在
7、计算传动件刚度或强度时，要根据低转速来进行，因为这时 零件所受定扭矩大。 扩大顺序与传动顺序一致。 看结构网时表现在“前密后疏”： 12 = 312326,3. 传动副的极限传动比和变速组的变速范围设计机床主传动系统时要考虑两种情况：降速传动应避免被动齿轮过大而增加变速箱的径向尺寸，一般限制降速传动比的最小值imin ；升速传动应避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿升速传动的最大值imax 2，斜齿轮传动比较平稳可适当放宽imin imax 2.8，主传动组的最大变速范围： R组= 22.5/(1/4)=810，R斜组= 2.8/(1/5)=14， Ri=,因为最后一个扩大组变速范围大，所
8、以只检验最后一个扩大组。 R2扩= = (1.41)6= 8 可见，大多数机床最后一个传动副取2是有道理的！,4. 各中间轴转速（注意空载功率损失） 电动机和主轴的转速确定之后，在分配传动比的同时，就确定了中间轴的转速，中间轴的转速能高一些，传动件尺寸就可以小一些，但是中间轴如果转速过高，将会引起振动、发热和噪声,最高不要超过n电。 先升后降!,变速系统设计： 一个规律：级比规律 两个限制：齿轮极限传动比限制imax 22.5，imin ，齿轮变速组的变速范围Ri= 810； 三项原则：传动副 “前多后少”，传动线 “前密后疏”，降速 “前慢后快”； 四项注意：传动链短，转速和小，齿轮线速小，
9、空转件少；,5. 选用标准传动比 传动比尽可能取 整数次方。,上述原则是从力求节约原则定的：节省材料、节省工时运用则要从实际出发,例：CA6140 ：级数 24= 2(1+3)= 24在车床的轴装有摩擦离合器，从局部看不符合“前多后少”，但从整体上看则缩短了轴向尺寸;采用多速电机、双公用齿轮不符“前密后疏”原则，从局部不符，整体经济合理。,设计步骤： 根据机床特点，定 、计算Z、 n； 根据“前多后少”、“前密后疏”的原则， 拟定结构式； 根据“升早降晚”的原则，拟定转速图； 根据转速图拟定传动系统图。,例： 18级 18= 332 18= 313329 18= 323 18= 313623
10、18= 233 18= 363123 18= 36 18= 333129 18= 63 18= 323621 18= 29 18= 342221,补充：改善传动性能注意事项： 1. 为降低噪音应考虑的原则 随着工业技术发展和现代化，对机床噪声的要求日益提高，噪声已成为评价机床设计与制造技术水平的重要指标之一。为此，在设计传动系统中应重视和降低机床的噪声。,（1）简化机床传动系统，减少传动齿轮对数，尤其是高速运转时，传动链尽可能短，空转齿轮尽可能脱开。 （2）避免较大的升速传动。较大的升速传动会引起较大的啮合冲击，从而产生噪声，特别是传动链开始时齿轮副，如果采用较大的升速传动，则产生啮合冲击和齿
11、面摩擦将引起以后的各级传动引起的噪音。,（3）适当降低齿轮圆周运动速度。机床噪声与齿轮圆周运动速度有较大关系，实验表明，一对齿轮的圆周运动速度提高一倍时，噪声将增大6分贝左右。 2. 为减少空载功率损失应考虑的原则 机床的空载功率也是评价机床设计和制造技术水平的重要指标之一。,如前所述，从节约材料，减少零件尺寸出发，最好适当提高中间传动轴的转速，但n空n轴。因此，在拟定转速图时，选择中间轴的转速要适当，应兼顾结构尺寸和减少空载功率的要求。,8.1.3 齿轮齿数的确定拟定转速图后，可根据各传动副的传动比确定齿轮齿数。关于定比传动带轮直径或齿轮齿数的确定，已在机械设计课讲过，不重复。 1确定齿轮齿
12、数时应注意以下问题： 齿轮的齿数和S不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床结构庞大。一般推荐齿数和S100120。同时，增加齿数和还会提高齿轮线速度，而增大噪音。,最小齿轮要尽可能小，但应该考虑到: 最小齿轮不产生根切现象，机床变速箱中，对标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数Z1820。 受结构限制的最小齿数的各齿轮，应尽可能可靠地装到轴上进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a2m(m为模数)，以保证有足够的强度避免出现变形和断裂现象，Zmin6. 5 + T:齿轮键槽顶面到轴心线的距离。,两轴间最小中心距应取得适当，若齿数和Sz太小，则中心距过小，将导致两轴轴承及其它结构的距离过近或相碰。
13、另外，确定齿数时，应符合转速图上传动比的要求，实际传动比与理论传动比之间允许误差，但不过大。n= 10 ( -1),2变速组内齿轮模数相同时，齿轮齿数的确定在同一变速组内的齿轮可取相同的模数，也可取不同的模数。后者只有在一些特殊情况下，如最后扩大组或背轮传动中，因各齿轮副的速度变化大，受力情况相差也较大，在同一变速组内中采用不同模数。 为了便于设计与制造，主传动系统中所采用的齿轮模数的种类尽可能少一些。,（1）计算法= U ZA= SZA+ZB= S ZB= S,一般说，Sz主要受最小齿轮的限制。显然，最小齿轮是在变速组内降速比或升速比最大的一对齿轮中，因此先确定该小齿轮的齿数Zmin，根据传
14、动比求S，然后按各齿轮副，再分配其它齿轮副的齿数。U1= = = = U2= = = U3= = 1Zmin= Z 1 Z1= 24(视具体情况)Z = = 242 = 48 Sz= 24 + 48= 72Z2= Sz= 72 = 30Z = 72 - 30= 42 Z3 = Z = 36,（2）查表法 8.1.4 分级变速的几种特殊情况1. 交换齿轮的传动链交换齿轮（又称配换齿轮挂轮）变速的特点是结构简单，不需要操纵机构；轴向尺寸小，变速箱结构紧凑。变换齿轮适用于不需要经常变速或变速时间的长短对生产率影响不大，却要求结构简单、紧凑的机床，如用于成批或大量生产的某些自动或半自动机床、专用机床及
15、组合机床。交换齿轮一般放在传动链前面，交换齿轮及传动轴尺寸小、结构紧凑。,2多速电机变速 电变速组：在传动系统中，多速电机就相当于具两个三个传动副的变速组。当n电=2时，传动系统的公比 只能是 1.06、 1.12、 1.26、1.41和 2，因为这些公比的整数次方等于2。n电= 2= 1.412 =1.263 ， 所以，电变速组通常为第一扩大组。,3采用公用齿轮的传动系统在传动系统中，既是前变速组的从动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮，这种同时可与前、后传动轴上两个齿轮啮合的齿轮叫公用齿轮。 优点：可减少齿轮个数，简化传动结构，缩短了 轴向尺寸。 缺点：可能引起径向尺寸增大，并且由于公用齿轮使
16、用机会较多，齿轮磨损较快。,4具有双公比的传动链 优点：变速范围大，级数少。关键：基本组的 级比指数不再是 1 而是增加主轴空掉的转速级 数。 232224 252224,8.1.5 扩大变速范围的方法 如果最后一个扩大组由两个传动副组成，则R= R 8 最后一个传动链是两个传动副组成，则=1.41时 Z=12=1.26时 Z=18Rn= = 1.41 45Rn= = 1.26 50,不能满足Rn可达140至200的要求，要用别的方法扩大变速范围。,8.2 计算转速 机床上的许多零件，特别是传动件，在设计时应核算其强度，决定零件强度的条件之一是该零件所受的载荷。 载荷取决于零件所传递的功率和转
17、速。 如:同一个传动副，在一个轴上有几种转速，究竟按哪一个算为合适？这就是本节要讨论的计算转速问题。,8.2.1 机床的功率扭矩特性 从切削原理中可以知道，切削速度对切削力的影响是不大的。因此，作直线运动的执行器官，可以认为不论在什么速度下，都有可能承受最大切削力，对于拖动直线运动执行器官的传动件，就是在任意转速下都可能出现最大扭矩，因此,就认为是恒扭矩传动。,执行器官作旋转运动的传动链则有所不同。主轴转速不仅决定于切削速度而且还决定于工件或刀具的直径。较低转速多用于大直径刀具或加工大直径工件，这时要求的输出扭矩增大了。因此，旋转主运动链的变速机构，输出扭矩与转速成反比，基本上是恒功率。,8.
18、2.2 机床主要传动件计算转速的确定 1. 主运动链 2. 进给运动链直线运动进给链是在恒扭矩的条件下工作的。即对于拖动直线运动执行器官的转动件，在任何情况下可能出现最大扭矩,所以是恒扭矩传动。则同一传动组内，不同转速下出现的功率值是不同的，从设计角度讲应满足最大功率的使用要求。,P=F切V 机床加工零件时，切削力越大，切削速度越高则要求机床的功率越大。 从以上分析，可以看出，既然各轴是恒转矩传动，则如使各轴有较多机会在低转速下工作，就有利于降低齿轮、轴承等传动件的工作循环次数。,8.4 主轴箱 8.4.1 主轴箱的构造（143页） 8.4.2 传动轴的安装（144页） 8.4.3 齿轮在轴上
19、的布置和排列在变速传动组内，应尽量使较小的齿轮成为滑移齿轮，使滑移省力。 8.4.4 相啮合齿轮的宽度,8.5 传动件的疲劳强度（略）,8.6 主轴箱的温升主轴箱在工作时，由于传动件的机械摩擦、润滑油的飞溅、搅拌作用等而发热， 使主轴箱的温度升高，产生热变形。热变形的影响，主要有下面几方面： 改变各执行器官的相对位置 改变主轴的几何位置 改变轴承的间隙 改变润滑条件,8.6.1 热平衡与温度场,8.6.2 减少热变形的途径1. 减少发热量尽量简化传动系统主轴高速运转时，某些不参加工作的轴和齿轮如背轮机构应脱开，不使它随着空转。在传动系统中，不要使某些轴转速过高 。 避免采用机械效率低的传动副。
20、较长的传动轴尽量在一端轴向固定。润滑方式得当。2. 散热和隔热3. 均热,8.7 内链传动链的设计,原则：保证传动精度，在内联传动链中各传动副的传动比必须准确，不应有磨擦传动或是瞬时传动比变化的传动件。 8.7.1 传动误差的来源和传递规律 误差来源： 传动件的径向和轴向跳动； 齿轮和蜗轮的齿形误差； 周节误差和周节累积误差； 丝杠、螺母和蜗杆的半角误差； 导程误差和导程累积误差。,8.7.2 提高传动精度的措施和内联传动链设计原则： 1. 缩短传动链应尽量减少串联传动件的数目。 2. 合理选择传动件在内联传动链中，不可采用传动比不准确的传动付，如磨擦传动。 斜齿圆柱齿轮：轴向窜动会使从动齿轮
21、产生附加的角度误差，如用，螺旋角取的小一些。,梯形螺纹：径向跳动使螺母产生附加的线性误差。如用，螺纹半角取的小一些。 圆锥齿轮、多头蜗杆和多头的丝杠的制造精度较 低。 为了减少蜗轮的齿圈径向跳动引起节圆上的线值误差，在齿轮精加工机床上，常采用较小压力角的分度蜗轮付，分度蜗轮尽可能做的大一些。这样，相对蜗轮来说，工件直径就较小，所以蜗轮反映到工件上的线性误差就缩小了。,3. 合理分配的传动的传动比和精度传动链中的传动比分配，应采用递降原则。因为根据误差的传递规律，如果降速比大时，传动件误差反映到末端件上的误差就小些，因此，可以有效地提高传动精度，在传递旋转运动时，末端传动付应采用蜗轮副，传递直线
22、运动时采用丝杠、螺母副。,在内联传动中，运动通常由某一中间传动件传入，因此传动比应从中间传动件向两端的末端件递降。 根据误差传递规律和传动比安排原则，对传动链中前面转速较高的传动件，可适当降低其精度要求，而越靠近末端件的地方，对传动件的制造和装配精度要求越高，特别是末端件。,4. 提高传动件的制造和装配精度。 5. 采用校区装置。,讨论题: 1.传动方案21222428与313329所用公比各受什么限制？这种限制由什么引起？ 2.举例画图说明何谓简单运动、复合运动？ 3.根据下列要求进行某铣床的主传动设计 z=17，=1.26，n电=1500rpm。要求：（1）写出结构式；（2）画出转速图；（
23、3）指出各轴的计算转速；（4）指出所有主动齿轮的计算转速。转速：（31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、800、1000、1250）。,车床主传动系统空载功率测定： 目的与要求： 1.通过测定机床空载功率损失，了解空载功率损失在机床主电机功率中所占的比重； 2.了解机床传动系统的安排和结构设计对空载功率损耗的影响； 3.掌握机床空载功率测定的仪器和测定的方法。,问题: 1.为什么机床主传动系统的功率曲线会出现不 连续的现象? 2.为什么转速越高,空载功率损失增加越快? 3.进给传动系统空载功率占总功率损耗的比例 多大？为什么？说明了什么问题？,4.提高机床内联系传动链的传动精度主要措施有哪些？ 5.主传动电动机功率中，除切削功率外，还包括 （ ）它与（ ）有关， ( ），它与（ ）有关 6.下列传动结构式中，主轴有重复转速的是（ ）。 A、8=212224 B、8=242221 C、8=212223 D、8=232224,
