機(jī)床概論與設(shè)計(jì)課件：主傳動(dòng)設(shè)計(jì) -

主傳動(dòng)設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計(jì)一、尺寸參數(shù)的確定機(jī)床尺寸參數(shù)的確定，主要是確定影響機(jī)床加工性能的一些尺寸。其中包括機(jī)床的主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)。機(jī)床的尺寸參數(shù)，是根據(jù)零件的尺寸確定的。

機(jī)床的主參數(shù)是代表機(jī)床規(guī)格大小的一種參數(shù)，各類(lèi)機(jī)床以什么尺已有統(tǒng)一的規(guī)定。如臥式車(chē)床是床身上工件的最大回轉(zhuǎn)直徑，有的機(jī)床，一個(gè)主參數(shù)還不足以確定機(jī)床的規(guī)格，還需第二主參數(shù)加以補(bǔ)充。如車(chē)床的第二主參數(shù)是最大工件長(zhǎng)度。當(dāng)主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)確定后，就基本上確定了該機(jī)床所能加工或安裝的最大工件的尺寸。二、運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定機(jī)床的執(zhí)行件，如主軸，工作臺(tái)，刀架等的運(yùn)動(dòng)速度。1、主運(yùn)動(dòng)參數(shù)

對(duì)于回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速(r／min)與切削速度的關(guān)系是：

式中n---轉(zhuǎn)速(r/min)

v---切削速度(m/min)

d---工件（或刀具）直徑(mm)

對(duì)于主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如插床或刨床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是每分鐘的往復(fù)次數(shù)。

通用機(jī)床是為適應(yīng)多種零件加工而設(shè)計(jì)制造的，主軸需要變速。因此需確定它的變速范圍，即最低與最高轉(zhuǎn)速。1）.主軸最低（nmin）和最高轉(zhuǎn)速（nmax）的確定

根據(jù)公式有：

nmax和nmin的比值是變速范圍Rn:

注意：dmax和dmin不是機(jī)床上可能加工的最大和最小直徑，而是經(jīng)濟(jì)加工的最大和最小直徑（即不是理論上的最大和最小直徑），通常可取dmax=KD；

dmin=Rddmax

最大加工直徑dmax=(0.5-0.6)D

最小加工直徑dmin=(0.2-0.25)dmax

例：

以?400mm普通車(chē)床為例，計(jì)算其主軸的極限轉(zhuǎn)速。(1)計(jì)算主軸最高轉(zhuǎn)速nmax：根據(jù)分析，用硬質(zhì)合金車(chē)刀對(duì)小直徑鋼材精車(chē)外圓時(shí)，轉(zhuǎn)速為最高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和切削用量資料：

vmax=200m/mink=0.5Rd=0.25

則：dmax=KD=0.5X400=200mmdmin=Rddmax=0.25X200=50mmnmax=1000vmax/dmin=1000X200/3.14X50=1273r/min(2)計(jì)算主軸最低轉(zhuǎn)速nmin:

根據(jù)分析，下列兩道工序所要求的主軸轉(zhuǎn)速中，較低的一個(gè)為主軸的最低轉(zhuǎn)速。

a).用高速鋼車(chē)刀，對(duì)鑄鐵零件的盤(pán)形零件粗車(chē)端面，按經(jīng)驗(yàn)vmin=15m/minnmin=1000vmin/dmax=1000X15/3.14X200=24r/minb).用高速鋼刀具，精車(chē)合金鋼材料的梯形螺紋，據(jù)調(diào)查?400mm普通車(chē)床加工絲杠的最大直徑為40mm取

Vmin=1.5m/min

則nmin=1000vmin/dmax

=1000X1.5/3.14X40=11.9r/min

比較上述兩道工序，取后一道工序，nmin=11.9r/min

。因此,該機(jī)床的極限轉(zhuǎn)速為nmax=1273r/minnmin=11.9r/min。

例如：訪問(wèn)若干個(gè)?400mm普通車(chē)床的用戶，了解并統(tǒng)計(jì)這些機(jī)床上常用的主軸轉(zhuǎn)速如下：

加工軸類(lèi)零件：n=400-900r/min

機(jī)修工作：n=80-150r/min

加工盤(pán)類(lèi)零件：n=150-300r/min

車(chē)大導(dǎo)程螺紋：n=10-40r/min

個(gè)別機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速為1500r/min,最低轉(zhuǎn)速為7r/min,最后綜合的分析比較計(jì)算和調(diào)查結(jié)果，并留有余地取極限轉(zhuǎn)速為：

nmax=1500r/min，nmin=10r/min2）.分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速序數(shù)列

目前對(duì)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在機(jī)床上的應(yīng)用最多的，還是有級(jí)變速方式。如某機(jī)床的分級(jí)變速機(jī)構(gòu)共有Z級(jí)，其中n1=nmin；

nz=nmax；共Z級(jí)轉(zhuǎn)速分別為：n1；

n2；

n3……nj；

n（j+1）…nz；如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度為V,則相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n。通常，分級(jí)變速機(jī)構(gòu)不能恰好得到這個(gè)轉(zhuǎn)速，而是n處于某兩級(jí)轉(zhuǎn)速nj與n（j+1）之間：即:nj<n<n（j+1）如果采用較高的轉(zhuǎn)速n（j+1）必將提高切削速度，刀具的耐用度將要降低。為了不降低刀具耐用度，以采用較低的轉(zhuǎn)速nj為宜。這時(shí)轉(zhuǎn)速的損失為n-nj相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率為：A=(n-nj)/n

最大的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率是當(dāng)所需的轉(zhuǎn)速n趨近于n（j+1）時(shí)，也就是：

在其他條件(直徑、進(jìn)給、切深)不變的情況下，轉(zhuǎn)速的損失就反映了生產(chǎn)率的損失。對(duì)于普通機(jī)床，如果認(rèn)為每個(gè)轉(zhuǎn)速的使用機(jī)會(huì)都相等，那么，應(yīng)使Amax為一定值，即：

Amax=1-nj/n（j+1）=constnj/n（j+1）=const=1/φ

從這里可看出，任意兩級(jí)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為：

n（j+1）=njφ

即機(jī)床的轉(zhuǎn)速應(yīng)該按等比數(shù)列(幾何級(jí)數(shù))分級(jí)。其公比為φ，各級(jí)轉(zhuǎn)速應(yīng)為:n1=nminn2=n1φn3=n2φ2…….nZ=n（Z-1）φ=n1φ（Z-1）=nmax

根據(jù)以上公式，最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率為：

Amax=（1-1/φ）X100%=（φ-1）/φX100%

變速范圍為：Rn=nmax/nmin=n1φ（Z-1）/n1=φ（Z-1）

例如，有一臺(tái)車(chē)床，主軸轉(zhuǎn)速(r／min)共12級(jí)，分別為31.5、

45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，公比為φ=1．41，則最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率：

變速范圍：Rn=1.4112-1=1.4111=45

2、標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列

1）.機(jī)床轉(zhuǎn)速是從小到大遞增的，因此Ф>l。

2）.為使最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率不超過(guò)50％，則Ф≤2.

由此得出：1<Ф≤2

為方便起見(jiàn)，規(guī)定了公比的標(biāo)準(zhǔn)值有：1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,2。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)公比后，轉(zhuǎn)速數(shù)列可從表7-1中直接查出。表中給出了以

1.06為公比的從1—10000的數(shù)值。其中1.12=1.062,1.26=1.064

1.41=1.066,1.58=1.068,2=1.0612例如，設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式車(chē)床，nmin=12.5r／min，nmax=2000r／minФ=1．26。查表7-1首先找到12..5，然后，每隔3個(gè)數(shù)

(1．26=1.064)取一個(gè)值，可得如下數(shù)列：12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000等23級(jí)。此表不僅可用于轉(zhuǎn)速、雙行程數(shù)和進(jìn)給量數(shù)列，而且也可用于機(jī)床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。表中的數(shù)列應(yīng)優(yōu)先選用。圖7-1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表3、公比的選用a.對(duì)于通用機(jī)床，為使轉(zhuǎn)速損失不過(guò)大，機(jī)床結(jié)構(gòu)又不過(guò)于復(fù)雜，一般取Ф=1.26或1.41。b.對(duì)于大批量生產(chǎn)用的專(zhuān)用機(jī)床，自動(dòng)化機(jī)床公比應(yīng)取小些，這些機(jī)床的生產(chǎn)率高，轉(zhuǎn)速損失的影響顯著，一般取Ф=1.12或1.26c.對(duì)于大型機(jī)床，公比應(yīng)取小一些，一般取1.26或1.06，因大型機(jī)床上切削加工時(shí)間較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速損失的影響較大。d.對(duì)于非自動(dòng)化小型機(jī)床，公比應(yīng)選大一些，一般取1.58或1.78或24、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)

大部分機(jī)床的進(jìn)給量用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移表示，即單位為mm／r，如車(chē)床、鉆床、鏜床及滾齒機(jī)等。直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如刨、插床，以每一往復(fù)的位移表示mm/雙行程。銑床和磨床；由于使用的是多刃刀具，進(jìn)給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為mm／min。

a).對(duì)于進(jìn)給量的變化影響生產(chǎn)率的機(jī)床，為是使相對(duì)損失為一定值，進(jìn)給量的數(shù)列也應(yīng)取等比數(shù)列。

b).車(chē)床和加工螺紋的機(jī)床，要根據(jù)螺紋標(biāo)準(zhǔn)確定進(jìn)給量，是一個(gè)分段等差數(shù)列。

c).刨，插床進(jìn)給機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用間歇進(jìn)給的棘輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)給量由每次往復(fù)轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)而定。

d).自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床，常用交換齒輪來(lái)調(diào)整進(jìn)給量，可以選擇最有利的進(jìn)給量，不按一定的規(guī)律。

三、動(dòng)力參數(shù)的確定動(dòng)力參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的功率，液壓缸的牽引力，液壓馬達(dá)、伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。各傳動(dòng)件的參數(shù)(軸或絲杠的直徑、齒輪與蝸輪的模數(shù)等)都是根據(jù)動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的。如果動(dòng)力參數(shù)定得過(guò)大，將使機(jī)床過(guò)于笨重，浪費(fèi)材料和電力；如果定得過(guò)小，又將影響機(jī)床的性能。動(dòng)力參數(shù)可以通過(guò)計(jì)算法、實(shí)測(cè)法和調(diào)查研究的方法進(jìn)行確定。對(duì)于專(zhuān)用機(jī)床可根據(jù)特定的工序進(jìn)行計(jì)算和實(shí)測(cè)，調(diào)查研究受到同種類(lèi)型機(jī)床少的限制。對(duì)于通用機(jī)床，工序多變，計(jì)算和實(shí)測(cè)條件也變化不定，因此有時(shí)機(jī)床的電機(jī)功率以調(diào)查研究為主要方法。1、主運(yùn)動(dòng)功率的確定（一）實(shí)測(cè)法：選擇一臺(tái)在傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)上與所設(shè)計(jì)的機(jī)床相似的機(jī)床，進(jìn)行特定工序和典型工序測(cè)出電動(dòng)機(jī)的輸入功率，通常為用電度表測(cè)得電動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)輸入的電功，則可算出電動(dòng)機(jī)的平均輸入功率為：

N入

---電動(dòng)機(jī)的平均輸入功率

N入=W/tW---電度表得的t時(shí)間內(nèi)輸入總功率(千瓦/小時(shí))t---測(cè)量時(shí)間(小時(shí))

電動(dòng)機(jī)的輸出功率為:N=N入*η電(千瓦)η電

---電動(dòng)機(jī)效率

(二)計(jì)算法機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的功率,在沒(méi)有確定主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案前由:P主=N切/η總估算.η總—總效率回轉(zhuǎn)主軸取:0.70—0.85

直線往復(fù)取:0.60—0.70

注:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單取大值,速度低取大值

當(dāng)主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)方案確定后,可用式

N主=N切/η機(jī)

+N空進(jìn)行估算

N空—消耗于空轉(zhuǎn)的功率損失

η機(jī)---主傳動(dòng)鏈的總機(jī)械效率

N空=K(3.5daΣni+cd主n主)/106da----主傳動(dòng)鏈中除主軸之外的所有傳動(dòng)鏈的軸頸平均直徑.

若主傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)尺寸,尚未確定初步可按電機(jī)功率來(lái)取當(dāng)1.5＜N≤2.8(千瓦)da=30mm2.5＜N≤7.5(千瓦)da=35mm7.5＜N≤14（千瓦）da=40mm

2、進(jìn)給電機(jī)功率的確定

在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的普通機(jī)床上，如臥式車(chē)床和鉆床，由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所消耗的功率與主運(yùn)動(dòng)相比是很小的，因此可以忽略進(jìn)給所需的功率。在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與空行程運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)床上，如升降臺(tái)銑床，也不必單獨(dú)考慮進(jìn)給所需的功率，因?yàn)槭股蹬_(tái)快速上升所需的空行程運(yùn)動(dòng)功率比進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率大得多。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用單獨(dú)的普通電動(dòng)機(jī)的機(jī)床，如升降臺(tái)銑床和龍門(mén)銑床，以及用液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給的機(jī)床，如仿形車(chē)床、多刀半自動(dòng)車(chē)床和組合機(jī)床等，都需要確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所需的功率。通常用參考同類(lèi)型機(jī)床和計(jì)算相結(jié)合的辦法確定。注意比較傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)短和低效率傳動(dòng)副(絲杠螺母、蝸桿蝸輪)的數(shù)量。進(jìn)給傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率?s會(huì)低至0．15~0．20。進(jìn)給功率(kW)可根據(jù)進(jìn)給牽引力FQ(N)，進(jìn)給速度VS(m／min)和機(jī)械效率，?s由下式?jīng)Q定：

第二節(jié)主傳動(dòng)方案的選擇選擇主傳動(dòng)方案應(yīng)滿足的要求：

1、機(jī)床的主軸須有足夠的變速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)（對(duì)于主傳動(dòng)為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，則為直線運(yùn)動(dòng)的每分鐘雙行程數(shù)范圍及其變速級(jí)數(shù)），以便滿足實(shí)際使用的要求。

2、主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)須能供給和傳遞足夠的功率和扭矩，并具有較高的傳動(dòng)效率。

3、執(zhí)行件（如主軸組件）須有足夠的精度、剛度、抗振性和小于許可限度的熱變形和溫升。

4、噪聲應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。

5、操縱要輕便靈活、迅速、安全可靠，并須便于調(diào)整和維修。

6、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、潤(rùn)滑與密封良好，便于加工和裝配，成本低。一、主傳動(dòng)布局的選擇

1.集中傳動(dòng)式：主傳動(dòng)的全部變速機(jī)構(gòu)和主軸組件裝在同一箱體內(nèi),稱為集中傳動(dòng)式。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)操縱，箱體數(shù)少，便于調(diào)整，維修，裝配，成本低。缺點(diǎn)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)和生熱直接影響主軸的工作精度。應(yīng)用：用于主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的普通精度的中、大型機(jī)床。

2.分離傳動(dòng)式：傳動(dòng)系統(tǒng)的變速機(jī)構(gòu)和主軸組件分別裝在主軸箱和變速箱內(nèi)，用皮帶或鏈條傳動(dòng)，稱為分離傳動(dòng)式。優(yōu)點(diǎn)：減少主軸溫升和振動(dòng)，保證主軸的工作精度，主軸組件振動(dòng)慣量小，便于啟動(dòng)，制動(dòng)。缺點(diǎn)：用兩個(gè)箱體，成本高，低速時(shí)皮帶負(fù)荷大，易打滑。應(yīng)用：中、小型高速精密機(jī)床。二、變速方式的選擇

1.交換齒輪變速機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊。用于大批量生產(chǎn)的自動(dòng)、半自動(dòng)機(jī)床專(zhuān)用機(jī)床和組合機(jī)床。

2.滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：變速范圍大，變速級(jí)數(shù)也多，變速方便省力，在較大的變速范圍內(nèi)可以傳遞較大的功率和扭矩，不工作的齒輪不嚙合，空載功率損失小，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：必須用直齒，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，必須停車(chē)變速，變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

3.離合器變速機(jī)構(gòu)

a、牙簽離合器、內(nèi)齒離合器。優(yōu)點(diǎn)：軸向尺寸小，可以傳遞較大扭矩，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，變速時(shí)齒輪不用滑移，可以應(yīng)用于人字齒和斜齒輪的傳動(dòng)中和重型機(jī)床中齒輪重量大的情況。缺點(diǎn)：不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，各對(duì)齒輪經(jīng)常處于嚙合狀態(tài)，磨損大，生熱大，傳動(dòng)效率低。

b、摩擦離合器優(yōu)點(diǎn)：可以在傳動(dòng)中變速，可以用電氣和液壓控制，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)：在結(jié)合過(guò)程中有磨損和發(fā)熱，是機(jī)床的主要熱源之一。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1）盡量減小離合器尺寸，安排在高速軸上，減少傳遞扭矩,縮小尺寸。（2）避免出現(xiàn)超速問(wèn)題即在一軸上，一嚙合齒輪正常傳動(dòng)時(shí)，另一齒輪以高速在同一軸上高速空轉(zhuǎn)。（3）離合器不能直接裝在主軸上。扭矩大，生熱大。三、開(kāi)停方式的選擇要求：開(kāi)停方便省力、操作安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能傳遞足夠的扭矩，調(diào)整、維修方便。

1、直接開(kāi)停電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：電機(jī)啟動(dòng)電流大，影響電機(jī)壽命。應(yīng)用：小型機(jī)床，單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況，不經(jīng)常啟動(dòng)、停止的機(jī)床。

2、采用離合器的開(kāi)停。

a.錐式、片式摩擦離合器：優(yōu)點(diǎn)：離合過(guò)程平穩(wěn)，起過(guò)載保護(hù)作用。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳遞扭矩較小。應(yīng)用：用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，中型普通機(jī)床。b.滑移齒輪、齒輪式離合器及牙嵌式離合器：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，能傳遞大扭矩。缺點(diǎn)：離合過(guò)程中有沖擊和磨損。應(yīng)用：用于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的離合。

3、離合器在傳動(dòng)鏈中的位置離合器開(kāi)停裝置應(yīng)盡可能放置在傳動(dòng)鏈前面的轉(zhuǎn)速較高的軸上。四、制動(dòng)方式的選擇要求：工作可靠，操縱方便，制動(dòng)時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，磨損小。

1、電動(dòng)機(jī)制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與其實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反，使其減速而迅速停轉(zhuǎn)。常用的有反接制動(dòng)，能耗制動(dòng)，再生制動(dòng)等，一般常用的為反接制動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)時(shí)間短，操縱方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是制動(dòng)電流較大，在制動(dòng)頻繁的情況下，將使電機(jī)發(fā)熱而燒壞，制動(dòng)沖擊大。用于直接開(kāi)停電動(dòng)機(jī)，制動(dòng)頻率低電機(jī)功率不大的機(jī)床。

2、機(jī)械制動(dòng)

a.閘帶式制動(dòng)器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸小，操縱方便，制動(dòng)時(shí)受到較大的側(cè)壓力，對(duì)制動(dòng)器所在的軸有不良影響，用于中小型機(jī)床。p2＞p1,操縱桿應(yīng)作用于閘帶的松邊，使操縱力小且制動(dòng)平穩(wěn)。

b.閘瓦式制動(dòng)器:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便，制動(dòng)時(shí)間短，制動(dòng)時(shí)軸輪受到較大的側(cè)壓力。

c.片式制動(dòng)器：沒(méi)有側(cè)向壓力，但軸向力較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸較大。

3、制動(dòng)器的位置要求：放在高速軸上，制動(dòng)力矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊，制動(dòng)平穩(wěn)，制動(dòng)器與開(kāi)停裝置中必須有連鎖關(guān)系。分為兩種：電機(jī)停止和電機(jī)不停制動(dòng)。①不停電機(jī)時(shí)制動(dòng)，必須放在切開(kāi)動(dòng)源以后的主動(dòng)鏈的傳動(dòng)件上。②電機(jī)停止制動(dòng)，可裝在任意位置上。五、換向方式的選擇主運(yùn)動(dòng)換向有兩種：一種為正、反兩個(gè)方向都用于切削，兩個(gè)方向所需要的功率、運(yùn)動(dòng)速度、變速級(jí)數(shù)相同。另一種反向?yàn)榭招谐獭⑺俣雀?、?jí)數(shù)少。要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、換向平穩(wěn)、無(wú)沖齒、換向時(shí)間短，操縱方便省力，能量損失小。分類(lèi)：①電機(jī)換向②機(jī)械換向主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中主要采用圓柱齒輪-多片摩擦離合器式換向機(jī)構(gòu)，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中平穩(wěn)換向。

機(jī)械換向設(shè)計(jì)原則：①為了提高正向的傳動(dòng)效率，減少功率損失、換向機(jī)構(gòu)的中間齒輪放在反向傳動(dòng)中。②換向時(shí)先減速、制動(dòng)，再接通反向，減少換向的能量損失。③換向機(jī)構(gòu)的位置對(duì)于傳動(dòng)件少，慣性小的傳動(dòng)鏈，放在前面，扭矩小，結(jié)構(gòu)尺寸小，換向沖擊大。對(duì)于要求平穩(wěn)性高的機(jī)床，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)的能量損失小的放在后面。六、潤(rùn)滑系統(tǒng)的選擇作用：降低摩擦阻力，提高傳動(dòng)效率，減少磨損，保持長(zhǎng)時(shí)間的工作精度，保持正常的工作溫度，防止生銹。１、對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求：⑴.應(yīng)保證開(kāi)動(dòng)機(jī)床時(shí)能夠立即供給充足的潤(rùn)滑油。⑵.潤(rùn)滑系統(tǒng)工作可靠，盡可能自動(dòng)化。⑶.設(shè)有游標(biāo)，油窗，以便觀察了解潤(rùn)滑情況。⑷.供油量應(yīng)可調(diào)，保證被潤(rùn)滑零件的正常工作。⑸.潤(rùn)滑裝置應(yīng)便于調(diào)整維修。⑹.滿足潤(rùn)滑要求的前提下，潤(rùn)滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，成本低。2、潤(rùn)滑劑的選擇１).(油脂)潤(rùn)滑脂鈣基潤(rùn)滑脂和鈉基潤(rùn)滑脂，常用鈣基潤(rùn)滑脂，特點(diǎn)：粘度大，耐水性強(qiáng)，要求密封簡(jiǎn)單。用于中低速的傳動(dòng)件及不密封或外露的傳動(dòng)件。２).潤(rùn)滑油各種礦物油特點(diǎn)：物理化學(xué)性能較穩(wěn)定，粘度小，摩擦系數(shù)低，冷卻效果比油脂好，適用于高速自動(dòng)循環(huán)的潤(rùn)滑系統(tǒng)。３).選擇潤(rùn)滑油考慮的因素

a.相對(duì)速度高選粘度小，減少溫升和能量損失

b.相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間的單位面積壓力大，選用粘度大，油液粘度大，內(nèi)聚力大、油膜不易損壞。

c.工作溫度高，選用粘度大，溫升能降低粘度。3、潤(rùn)滑方式

1).飛濺潤(rùn)滑用濺油盤(pán)或旋轉(zhuǎn)零件將油箱內(nèi)油池的油濺落到潤(rùn)滑部位或油槽中。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，油耗量少。一般應(yīng)用在一些要求不高的機(jī)床上。要求：V=0.8-6米/秒。浸油深度不大于2-3倍齒高。

2).循環(huán)潤(rùn)滑用泵供油進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑，使?jié)櫥瓦M(jìn)行循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)：冷卻效果好，潤(rùn)滑油清潔，用于生熱大機(jī)床，精密機(jī)床。分為體內(nèi)循環(huán)潤(rùn)滑和體外循環(huán)潤(rùn)滑兩種。

3).滴油潤(rùn)滑采用油杯或絨繩間斷潤(rùn)滑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，油量不能控制與供油量要求不大的地方。

4).油霧潤(rùn)滑利用壓縮空氣使油經(jīng)霧化器形成油霧，噴入潤(rùn)滑部位。優(yōu)點(diǎn)：油霧阻力小，散熱性好。缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，但格高，用于有特殊要求的機(jī)床。

5).噴射潤(rùn)滑通過(guò)噴嘴將壓力油噴射到潤(rùn)滑部位，用于高速主軸的潤(rùn)滑供油量小，效果好，需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備。

第三節(jié)主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一、轉(zhuǎn)速圖、結(jié)構(gòu)網(wǎng)與結(jié)構(gòu)式分析

1、轉(zhuǎn)速圖：以表格和連線的方式繪制而成的。表達(dá)主軸每一級(jí)轉(zhuǎn)速是通過(guò)哪些傳動(dòng)副得到的，這些傳動(dòng)副之間的關(guān)系如何，各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速等。

1）.繪制方法:(1).距離相等的一組豎線代表各軸。軸號(hào)按順序用大寫(xiě)羅馬數(shù)字寫(xiě)在上面。豎線間的距離不代表中心距。

(2).距離相等的一組水平線代表各級(jí)轉(zhuǎn)速，與各豎線的交點(diǎn)代表各軸的轉(zhuǎn)速。豎線與水平線的交點(diǎn)用圓圈表示，代表傳動(dòng)軸上實(shí)際具有的轉(zhuǎn)速。采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。

(3).相鄰軸之間連線的傾斜方式代表傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。

(4).a、b、c表示傳動(dòng)組2）.轉(zhuǎn)速圖的基本原理

該中型車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖可看出，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r／min，傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)共五根軸，電動(dòng)機(jī)軸和軸Ⅰ至Ⅳ，其中軸Ⅳ為主軸，軸Ⅰ-Ⅱ之間為傳動(dòng)組a，Ⅱ-Ⅲ和Ⅲ-Ⅳ之間，分別為傳動(dòng)組b和c。從轉(zhuǎn)速圖中可看出，主軸轉(zhuǎn)速共12級(jí)，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值為31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400r／min。公比Ф=1.41。12級(jí)轉(zhuǎn)速是由3個(gè)變速組串聯(lián)所組成的變速機(jī)構(gòu)，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)分別為3、2、2。分析轉(zhuǎn)速圖可知：

(1).主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)路線在圖上就是從電動(dòng)機(jī)起，通過(guò)哪些連線傳到主軸的。

(2).在主軸得到連續(xù)的等比數(shù)列條件下，所需的傳動(dòng)組數(shù)和每個(gè)傳動(dòng)組中的傳動(dòng)副數(shù)。

(3).傳動(dòng)組的級(jí)比指數(shù)，即主動(dòng)軸上同一點(diǎn)，傳往被動(dòng)軸相鄰兩連線代表傳動(dòng)組內(nèi)相鄰兩個(gè)傳動(dòng)比，它們與被動(dòng)軸交點(diǎn)之間相距的格數(shù)，代表相鄰兩傳動(dòng)比之比值ΦΧ

的指數(shù)x，稱為級(jí)比指數(shù)。

(4).基本組和擴(kuò)大組，要使主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列，必須有一個(gè)傳動(dòng)比的級(jí)比指數(shù)為1，這個(gè)傳動(dòng)組稱為基本組。級(jí)比指數(shù)大于Φ的稱為擴(kuò)大組，按變速范圍大小順序排列為一擴(kuò)組，二擴(kuò)組。

(5).各傳動(dòng)組的變速范圍，變速組中最大與最小傳動(dòng)比的比值。變速組級(jí)比指數(shù)與傳動(dòng)副數(shù)之間關(guān)系：

以X代表級(jí)比指數(shù)，P代表傳動(dòng)付數(shù)，則：基本組中X0=1

一擴(kuò)組中X1=X0P0=P0

二擴(kuò)組中X2=X1P1=X0P0P1=P0P1

三擴(kuò)組中X3=X2P2=X1P1P2=P0P1P2……j擴(kuò)組中Xj=X2P2=X1P1P2=P0P1P2

……Pj-1

即：級(jí)比指數(shù)等于前面各傳動(dòng)付數(shù)的乘積。

各變速組內(nèi)的相鄰傳動(dòng)比之間關(guān)系：

基本組第一擴(kuò)大組第二擴(kuò)大組

……

第j擴(kuò)大組

變速組的變速范圍可寫(xiě)為：

基本組第一擴(kuò)大組第二擴(kuò)大組

……

第j擴(kuò)大組

傳動(dòng)系統(tǒng)最后一根軸的變速范圍(或主軸的變速范圍)應(yīng)等于各變速組變速范圍的乘積,即：

2、結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)網(wǎng)：用對(duì)稱的形式，將傳動(dòng)比的相對(duì)關(guān)系畫(huà)成線圖。作用：運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各種不同的傳動(dòng)方案進(jìn)行分析比較，以確定合理的傳動(dòng)方案。注意：結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動(dòng)比的相對(duì)關(guān)系，而不表示傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)速的絕對(duì)值。

把結(jié)構(gòu)網(wǎng)寫(xiě)成結(jié)構(gòu)式；

12=31×23×26

結(jié)構(gòu)式是轉(zhuǎn)速圖的通式，同一結(jié)構(gòu)式可以有不同的轉(zhuǎn)速圖，而一個(gè)轉(zhuǎn)速圖只能對(duì)應(yīng)一個(gè)結(jié)構(gòu)式。從結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式中說(shuō)明下列問(wèn)題：

1）傳動(dòng)鏈的組成和傳動(dòng)順序12=3×2×22）各傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)，3、2、2。

3）各傳動(dòng)組的級(jí)比指數(shù)，即下標(biāo)為1、3、64）擴(kuò)大順序：基本組、一擴(kuò)組、二擴(kuò)組。從級(jí)比指數(shù)看出。

5）各變速組的變速范圍，二、轉(zhuǎn)速圖的擬定

1、擬定轉(zhuǎn)速圖的原則

1).變速組和傳動(dòng)副數(shù)的確定

12級(jí)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)可能的方案有：

a:12=4×312=3×4b:12=3×2×212=2×3×212=2×2×3

通過(guò)分析取12=3×2×2的方案為好。這就是“前多后少”的原則。

2).基本組和擴(kuò)大組的排列順序的確定

在12=3×2×2中，因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案，可以寫(xiě)出六種結(jié)構(gòu)式，對(duì)應(yīng)著六種結(jié)構(gòu)網(wǎng)，通過(guò)分析，一般采取基本組在前，一擴(kuò)組，二擴(kuò)組……的順序。這就是“前密后疏”的原則。3).傳動(dòng)組中的極限傳動(dòng)比和變速范圍的確定（1）.在主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪直徑過(guò)大，影響機(jī)構(gòu)的徑向尺寸。降速時(shí)imin≥1/4

升速時(shí)為傳動(dòng)平穩(wěn)，減少噪聲imax≤2

斜齒傳動(dòng)imax≤2.51/4≤

i≤2-2.5

最大傳動(dòng)組的變速范圍：rmax=

imax/imin

=8-10

（2）.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)時(shí),由于傳動(dòng)功率小,轉(zhuǎn)速低,尺寸較小,可以放寬限制1/5≤i

≤2.8

rmax=

imax/imin

=14

一般檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組就可以了。分析圖7.9，d、f是不可行的。4).分配傳動(dòng)比的原則（1）.各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比應(yīng)盡可能不超出極限傳動(dòng)比imin和imax。（2）.各中間傳動(dòng)軸的最低轉(zhuǎn)速適當(dāng)高些。即：iamin≥ibmin≥icmin……

這就是降速“前緩后急”的原則。（3）.傳動(dòng)比的選取盡量選取傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的正次方冪，即i=φ+E

，E為正數(shù)，此時(shí)中間轉(zhuǎn)速可直接從轉(zhuǎn)速圖中讀出。2、擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟：

1）.選定公比Φ，計(jì)算轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z，并選擇各級(jí)轉(zhuǎn)速值。

2）.根據(jù)“前多后少”、“前密后疏”的原則擬定結(jié)構(gòu)式。

3）.確定是否增加定比降速傳動(dòng)。

4）.檢查變速組的變速范圍。

5）.根據(jù)降速“前緩后急”的原則分配降速比。

6）.根據(jù)結(jié)構(gòu)式畫(huà)出各變速組其它連線。例題：擬定一臺(tái)中型普通車(chē)床主運(yùn)動(dòng)鏈的分級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖，主軸最低轉(zhuǎn)速31.5轉(zhuǎn)/分，最高為1400轉(zhuǎn)/分，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分。步驟

1）.選公比Φ,計(jì)算級(jí)數(shù)Z,并選擇各級(jí)轉(zhuǎn)速。

2）.擬訂結(jié)構(gòu)式

3）.擬訂轉(zhuǎn)速圖作業(yè)：

1.某機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取等比數(shù)列,其公比φ＝1.58，主軸最高轉(zhuǎn)速為1600轉(zhuǎn)/分，主軸變速范圍Rn=10，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分，擬訂合理的轉(zhuǎn)速圖。

2.擬訂一臺(tái)中型普通車(chē)床主運(yùn)動(dòng)鏈的分級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖，其中最低轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分，公比取1.26。三、齒輪齒數(shù)的確定

1、確定齒輪齒數(shù)注意的問(wèn)題

a、一對(duì)齒輪副的齒數(shù)和Sz≤100～120。若過(guò)大會(huì)加大兩軸向的中心距，使機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大，并產(chǎn)生噪音。

b、最小齒輪的齒數(shù)要盡可能小，在不產(chǎn)生根切情況下，一般取最小齒數(shù)Zmin≥18-20。

c、為保證齒輪的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形、斷裂，鍵槽到齒根圓的壁厚a≥2m。

d、兩軸最小中心距應(yīng)取得適當(dāng)，若Sz太小，則中心距過(guò)小，將導(dǎo)致兩軸上的軸承及其它結(jié)構(gòu)之間的距離過(guò)近或相碰。

e、同一變速組內(nèi)齒輪的摸數(shù)要盡量相同，因?yàn)榭梢院?jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造，同一組內(nèi)的齒輪副的受力和速度差異不大。

f、實(shí)際傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)速圖傳動(dòng)比可以有誤差一般不超過(guò)±10（Φ-1）%。

由于對(duì)于直齒圓柱齒輪，齒根直徑，則2、同一變速組內(nèi)模數(shù)相同時(shí)，齒輪齒數(shù)的確定

（1）查表法：條件：傳動(dòng)比采用標(biāo)準(zhǔn)公比整數(shù)次方時(shí)應(yīng)用。P182頁(yè)。（2）計(jì)算法：

3、同一變速組內(nèi)模數(shù)不同時(shí)，齒輪齒數(shù)的確定在同一變速組內(nèi)，由于傳遞的扭矩差別很大時(shí)，為了合理利用金屬材料，可以采用不同模數(shù)，但只能有兩種模數(shù)m，根據(jù)兩軸中心距A相等。

A=m1(Z1+Z1`)/2=m2(Z2+Z2`)/2m1s1=m2s2s1/s2=m2/m1=e2/e1=ke1,e2------無(wú)公因數(shù)的整數(shù)。則{s1=ke2s2=ke1}k為整數(shù)。4、三聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)為保證三聯(lián)滑移齒輪左右移動(dòng)時(shí)能順利通過(guò)相鄰的齒輪，不相碰，則齒輪采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，必須保證：

1/2m(Z2+2)+1/2m(Z3`+2)<A

因?yàn)椋篈=1/2m(Z3+Z3`)

代入上式得:Z2+Z3`+4<Z3+Z3`

則：Z3-Z2>4

即三聯(lián)滑移齒輪中，最大和次大齒輪之間齒數(shù)差應(yīng)大于4。

第四節(jié)具有某些特點(diǎn)的主傳動(dòng)系統(tǒng)擴(kuò)大變速范圍的傳動(dòng)系統(tǒng)1、增加變速組的傳動(dòng)系統(tǒng)：由于機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的變速范圍等于各變速組變速范圍的乘積，增加變速組即擴(kuò)大機(jī)床的變速范圍。如：公比φ=1.41的常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)，受極限傳動(dòng)比的限制，其最大變速范圍Rmax=45，最大變速級(jí)數(shù)Z=12，結(jié)構(gòu)式為12=31×23×26。若須擴(kuò)大變速范圍和變速級(jí)數(shù)，可增加一個(gè)變速組，傳動(dòng)副為2，作為最后一個(gè)擴(kuò)大組。則:24=31×23×26×212

檢驗(yàn):R=Φ=1.41=1.41=64＞（8—10）∴須將這新增加的擴(kuò)大組的變速范圍縮小到允許的極限值，即

R=1.41（12-6）=1.416

使級(jí)比指數(shù)為6,出現(xiàn)6級(jí)重復(fù)的轉(zhuǎn)速，其結(jié)構(gòu)式為：18=31×23×26×2(12-6),（12—6）為最后擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)，常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)為12級(jí)，重復(fù)6級(jí)為12－6=6，級(jí)數(shù)為：

Z=3×2×2×2－6=18級(jí)2、采用背輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)：軸Ⅰ，Ⅲ同軸，傳動(dòng)可直接帶動(dòng)主軸Ⅲ，也可經(jīng)Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ兩次降速一次極限降速為1/4，二次可擴(kuò)大1/4，即：

U=1/4×1/4=1/16可達(dá)到擴(kuò)大變速范圍的目的。注意“超速”現(xiàn)象。作業(yè)：設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)床，要求主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=10，最高轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分，主軸轉(zhuǎn)速取等比數(shù)列，其公比φ=1.58，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)/分，試擬定合理的轉(zhuǎn)速圖。

第五節(jié)主傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速：能夠傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速稱為計(jì)算轉(zhuǎn)速。作用：對(duì)傳動(dòng)件進(jìn)行計(jì)算和強(qiáng)度校核。在計(jì)算時(shí)要按傳遞全部功率時(shí)最低轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，才能得出傳動(dòng)件所承受的最大轉(zhuǎn)矩

---傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速

N---傳動(dòng)件所傳遞的功率

Nd---主電機(jī)的額定功率

η---從電機(jī)到傳動(dòng)件的傳動(dòng)功率1.主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速