第二章机床的传动设计.

机械制造装备设计第三章金属切削机床设计第九节进给传动系统设计一、进给传动的载荷特点进给传动用于实现机床的进给运动和辅助运动，且多为直线运动。进给传动的载荷特点：直线传动的恒转矩载荷，传动件的计算转速n计就是传动件的最高转速。电动机主换向机构主变速机构进给换向机构进给箱挂轮架外联系传动进给链内联系螺纹链第九节进给传动系统设计二、进给传动的分类和组成1.分类:机械进给传动、液压进给传动、电伺服进给传动2.组成进给传动链由动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保护机构、运动转换机构和执行件等组成。1）进给传动可单独采用电动机作为动力源，便于缩短传动链，实现几个方向的进给运动。2）进给传动可与主传动共用一个动力源，便于保证主传动和进给运动之间的严格传动比。适用于具有内联系传动链的机床，如车床、齿轮加工机床。第九节进给传动系统设计3）变速机构用来改变进给量大小。有交换齿轮变速、滑移齿轮变速、齿轮离合器变速、机械无级变速和伺服电动机变速。4）换向机构①进给电动机换向，换向方便，但换向不能太频繁。②齿轮换向（圆柱齿轮和圆锥齿轮），换向可靠，广泛用于各种机床。5）运动分配机构用来转换传动路线，常采用离合器。6）过载保护机构过载时可自动断开运动，过载排除后自动接通。常采用牙嵌离合器、片式安全离合器。7）运动转换机构用来变换运动的类型（回转运动变为直线运动），如齿轮齿条、蜗杆蜗轮、丝杠螺母等。第九节进给传动系统设计外联系进给链包括变速、换向、运动分配、过载保护、运动转换、超越等机构以及齿轮齿条副、丝杠螺母副。内联系进给链包括传动比准确的变速机构。普通机床大多是机械分级变速进给链电动机主换向机构主变速机构进给换向机构进给箱挂轮架外联系传动进给链内联系螺纹链第九节进给传动系统设计数控机床是无级电伺服变速进给链机床的进给运动采用一个伺服电动机，直接或通过一定比传动机构与滚珠丝杠相连接。在丝杠（或伺服电动机）等旋转零件端部安装脉冲发生器，用同步脉冲控制伺服电动机，保证工作台精确的运动速度和定位精度。第九节进给传动系统设计三、机械分级进给传动系的设计要点1.进给传动是恒转矩传动在各种不同进给量的情况下，产生的切削力大致相同，进给力也是大致相同。故驱动进给运动的传动件是恒转矩传动。2.进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速ui越大，传动件承受的转矩越大。在进给传动系的最大升速链中，各传动件至末端输出轴的传动比最大，承受的转矩也最大。故各传动件的计算转速是其最高转速。iiiuTnnTT末末末/第九节进给传动系统设计3.进给传动极限传动比、极限变速范围原则进给传动系统速度低，负载小，消耗的功率小，所用齿轮薄，模数小。故极限传动比为imin≥1/5，imax≤2.8；极限总变速范围为R=2.8×5=14第九节进给传动系统设计因为进给系统是恒转矩变速，末端旋转件的转矩一定。为减小中间传动轴及其传动件的结构尺寸。扩大顺序采用“前疏后密”的原则。4.进给传动扩大顺序原则如：升降台铣床进给传动系转速图第九节进给传动系统设计四、无级变速进给系统1.普通机床采用液压无级调速通过改变流量阀阀口过流面积调节液流阻力、液压缸出口流量，实现速度变化。运动平稳性好，变速范围大，但调速不准确，适用于外联系进给传动系统。2.数控机床采用伺服电机无级调速按有无检测、反馈装置以及装置的位置分为开环、半开环、闭环伺服系统。（1）开环伺服系统数控装置脉冲→分配器→功率放大器→步进电机→齿轮→滚珠丝杠螺母副→工作台。系统精度取决于步进角、齿轮和滚珠丝杠副的传动精度，适用于精度不高的数控机床。开环伺服系统第九节进给传动系统设计（2）闭环伺服系统检测装置安装在工作台上，将工作台的实际位移量反馈给数控装置，与控制量比较，控制伺服电动机或修正补偿指令，以消除工作台等执行件的移动误差。适用于伺服电机和步进电机驱动的精密数控机床上。（3）半闭环伺服系统检测装置安装在传动的旋转部件上，不能补偿丝杠螺母副的传动误差，不能检测工作台等执行件的运动误差。系统精度高于开环，低于闭环系统。多用于数控机床的进给系统。半闭环伺服系统第九节进给传动系统设计五、低速运动平稳性和防止爬行的措施1、爬行现象及其机理当运动部件低速运动时，传动装置的速度是均匀的，但被驱动件的运动出现跳跃式、时走时停或时快时慢的现象，即爬行。2、消去爬行的措施⑴减少静、动摩擦因数之差；采用导轨油。⑵提高传动系统刚度；缩短传动链、减少传动件数量。⑶增加传动系统阻尼比；增大润滑油的粘度、增加阻尼器。⑷减轻移动部件质量，提高导轨的加工和装配质量等。第十节结构设计一、主轴箱的结构及要求主轴箱中有主轴、变速机构，操纵机构和润滑系统等。主轴箱应保证运动参数、较高的传动效率；传动件具有足够的强度或刚度,运动噪声低；操纵方便，便于检修；良好的工艺性，成本低，外形美观等。第十节结构设计二、主轴箱内传动轴的空间布置①首先满足机床总体布局对主轴箱的形状和尺寸限制；②兼顾变速机构、润滑装置的设计合理性；③考虑各传动轴受力情况、装配调整和操纵维修方便；④确保散热性能，减小热变形。要求：第十节结构设计1.主轴箱内各传动轴的布置顺序③确定电机轴或运动输入轴的位置；④最后确定其它各传动轴的位置。通常传动轴按三角形布置，以缩小箱体径向尺寸。①首先确定主轴的位置（车床根据其中心高确定）；②然后确定传动主轴的轴的位置，以及与主轴有齿轮啮合关系的轴的位置；传动轴输入轴其它传动轴第十节结构设计变速箱内也可采用——传动轴线重合Ⅴ轴Ⅲ轴卸荷带轮第十节结构设计卧式铣床的主变速机构，是利用立式床身作为变速箱体。立式床身内部空间较大，各传动轴可以排在一个铅垂平面内，空间布置比较宽松，以便于装配、调整和维修。由于床身较宽，为了减少传动轴轴承间的跨距，也在中间加一个支承墙。主轴传动轴一端固定的优点轴受热后，可以向一端自由伸长，不会产生热应力，适用于长轴。第十节结构设计2.主轴箱内传动轴的轴向固定传动轴可通过轴承在箱体内固定，采用单列向心球轴承可一端固定，也可两端固定。采用圆锥滚子轴承必须两端固定。（1）传动轴一端固定方式衬套固定孔台固定弹簧挡圈用螺钉调整用调整垫调整用调整垫调整第十节结构设计（2）传动轴两端固定方式第十节结构设计3.主轴箱的构造实例图示：一立式镗铣加工中心的主轴箱，交流变频电动机的输出动力，经如下齿轮传动驱动主轴。166109109665331zzzz419941109666432zzzz变速机构级比为4。主轴转速为15~3500r/min。第十节结构设计1）结构特点之一轴Ⅰ的上端有孔及键槽。电机轴插入孔内并靠键传递转矩。不用联轴器，构造较简单。由于轴Ⅰ直径较大，齿轮z1、z2只能与轴Ⅰ制成一体。为减小淬火变形，齿轮需用低合金钢制造。大修时，若更换齿轮，轴也需更换。第十节结构设计齿轮z1和z2都与齿轮z3啮合，但两轮齿中间段不工作。为减少滚齿的工作量，在z1和z2之间车一环槽。2）结构特点之二轴Ⅰ的螺纹孔A用于拆卸I轴。为拆卸方便，在A孔下端钻一大孔B。轴Ⅰ转速较高，其内孔很难保证与外圆的严格同轴，故应考虑动平衡。第十节结构设计轴Ⅰ用两个深沟球轴承支承在箱体内。3）结构特点之三下轴承的内圈、外圈的轴向均被固定，即Ⅰ轴的下端轴向定位。上轴承的内圈通过轴Ⅰ的台阶和弹簧挡圈与轴Ⅰ定位。轴承外圈与箱体孔之间无任何轴向固定装置。第十节结构设计齿轮z3和z4在轴Ⅱ上滑移。轴Ⅱ为花键轴。两齿轮都要磨削，需制成套装的。4）结构特点之四齿轮z4有较长的轮毂，内为花键孔，齿轮z3套装在其外，并用键传递转矩。拨叉3依靠液压缸提拉。为减少磨损和发热，拨叉和齿轮之间设有特轻型深沟球轴承。第十节结构设计5）结构特点之五轴Ⅱ上端轴向定位，下端轴向自由。上端轴承为轻型，支承能力较低，采用两个轴承。主轴Ⅲ的最高转速较高，其前轴承为超轻型三联角接触球轴承，后轴承为双联角接触球轴承。以提高主轴组件刚度和支承能力。第十节结构设计三、传动轴的估算和验算（1）按扭转刚度估算轴的直径传动轴必须保证足够的弯曲刚度和扭转刚度。过大的弯曲变形，会产生齿轮的不均匀磨损和噪声；轴承内、外圈产生相对倾角。扭转刚度不足，引起传动轴的扭振。d为轴的直径K为键槽系数A为扭转系数P为电机额定功率jnPKAdh设计步骤先按扭转刚度估算轴的直径，定出轴跨距，再按弯曲刚度验算轴的直径。第十节结构设计（2）按弯曲刚度验算轴的直径1）对轴进行受力分析根据轴上滑移齿轮的不同位置，选出受力变形最严重的位置进行验算。2）对轴变形最严重处验算当齿轮处于轴中部时，应验算在齿轮处轴的挠度；当齿轮处于轴的两端附近时，应验算齿轮的倾角和轴承的倾角。3）对轴的挠度和倾角验算按材料力学公式计算轴的挠度或倾角，检查是否超多允许值。第十节结构设计四、齿轮的轴向布置当三联滑移齿轮右移，使齿轮z1与齿轮z4啮合时，次大滑移齿轮z2与固定小齿轮z6的齿顶圆半径之和应小于中心距，即2zz22zz6362mmmmm故三联滑移齿轮顺利啮合的条件：z3-z2≥41.三联滑移齿轮顺利啮合的条件第十节结构设计2.齿轮轴向布置原则（1）滑移齿轮中，当一对齿轮完全脱离啮合后，另一对齿轮才能进入啮合。固定齿轮间的最小距离L=2b+△（b为齿轮厚度，b=（6~12）mn，△=1~2mm，mn为齿轮的法向模数）。（3）滑移齿轮应采用窄式排列，以减小轴向长度。（2）滑移齿轮应装在主动轴上，以减小滑移齿轮的重量，便于操纵。第十节结构设计3.齿轮的轴向排列将滑移齿轮紧靠一起，大齿轮居中，固定齿轮分离安装，相隔距离为2b+△，相邻变速位置的滑移行程也是2b+△，不考虑刀具的越程槽宽度等尺寸。（1）窄式排列将固定齿轮紧靠一起，大齿轮居中，滑移齿轮分离安装。（2）宽式排列第十节结构设计（3）亚宽式排列将三联滑移齿轮中的两齿轮紧靠一起，另一齿轮分离，分隔距离为2b+△，轴向总长度为B9b+3△，其特点：①能实现转速从高到低（或由低到高）的顺序变速；②能使滑移的小齿轮越过固定的小齿轮，改变顺利啮合条件。③可用于大齿轮与次大齿轮的齿数差4的场合。第十节结构设计（4）滑移齿轮的分组排列分组排列，常用于四个传动副的变速组，滑移齿轮可分为两组，采用联合控制，但要保证只有一组齿轮处于啮合状态。优点：缩短传动件轴向长度。缺点：操作机构复杂。第十节结构设计4.相邻两个变速组齿轮的轴向排列在相邻两个变速组的公共传动轴上，从动齿轮和主动齿轮分别各安装一端，三条传动轴轴上的齿轮排列呈阶梯形，轴向总长度为两变速组轴向长度之和。特点：结构简单，应用范围广。缺点：轴向长度较大。（1）并行排列第十节结构设计相邻两个变速组的公共传动轴上的主、从动齿轮交错安装，使两变速组的滑移行程部分重叠，缩短轴向长度。注意：为确保齿轮顺利滑移啮合，公共传动轴上相邻齿轮的齿数差应≥4，且大齿轮位于外侧。特点：交错排列的轴向总长度等于轴Ⅱ的轴向长度B9b+2△，比并行排列的轴向长度短。（2）交错排列主动轮第十节结构设计相邻两个变速组的公共传动轴上的一个或多个主、从动齿轮公用，使两变速组的滑移行程部分重叠，缩短轴向长度。注意：为确保齿轮顺利滑移啮合，公共传动轴上中间齿轮与较小齿轮的齿数差应≥4，特点：不仅能减少齿轮个数，还可以使齿轮排列的轴向尺寸更短。（3）公用齿轮排列12L5bL4b第十节结构设计相邻两个变速组的轴心距相等时，可将两根轴布置在同一轴线上。特点：轴向尺寸稍大，但径向尺寸明显缩小，而且工艺性得到改善。（4）折回式排列123①转速图的基本概念；②主传动链转速图的拟定原则及意义；③结构式、转速图的拟定步骤及绘制方法。1.分级变速主传动系统的设计内容和步骤扩大变速范围设计的意义，四种方式的扩大机理。2.扩大变速范围的传动系统设计第三章金属切削机床设计的主要知识点3.计算转速①计算转速的概念及研究意义；②变速传动系统中计算转速的确定步骤。5.结构设计①变速箱内各传动轴布置的基本要求；②各传动轴的空间布置步骤；③传动系统的误差传递规律，提高传动件精度的措施。4.进给传动系统设计机床的进给传动的运动及载荷特点，分级进给系