机械制造装备设计ppt课件

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1、主传动系统设计主传动系统设计进给传动系统设计进给传动系统设计 主传动系统设计应满足的基本要求 主传动系统分类和传动方式 分级变速主传动系统设计 无级变速主传动系统设计 进给传动系统特点及设计要点 进给传动链的传动精度 伺服进给系统的机械机构设计5.1.1 5.1.1 主传动系设计应满足的基本要求主传动系设计应满足的基本要求 1运动功能；运动功能；2传递动力；传递动力；3工作性能工作性能；4产品设计经济性产品设计经济性；5操作灵活可靠，调整维修方便，防护性能操作灵活可靠，调整维修方便，防护性能好，寿命长。好，寿命长。基本原则：以最经济、合理的方式满足既定的要求。基本原则：以最经济、合理的方式满足

2、既定的要求。基基本本要要求求（1 1按电动机类型分按电动机类型分交流电动机驱动交流电动机驱动单速交流电动机单速交流电动机多速交流电机多速交流电机直流电动机驱动直流电动机驱动调速交流电动机调速交流电动机无级调速无级调速1.1.主传动系统分类主传动系统分类 分级变速传动分级变速传动 （传动方式、特点）（传动方式、特点）无级变速传动无级变速传动 （传动方式、特点（传动方式、特点）（2 2按传动装置类型按传动装置类型机械传动装置机械传动装置液压传动装置液压传动装置电气传动装置电气传动装置上述装置组合上述装置组合（3 3按变速的连续性按变速的连续性（1集中传动方式集中传动方式 结构紧凑结构紧凑优点：优点

3、：集中操纵集中操纵 装调方便装调方便 振动影响平稳性振动影响平稳性缺点：缺点：易产生热变形易产生热变形2.2.主传动系统传动方主传动系统传动方式式 （2分离传动方式优点：减小振动、热变 形小；背轮机构：高速传动链短、运转平稳、空载损失小；低速可传递大扭矩、显著扩大变速范围。缺点：两个箱体、不便于 集中操纵；低速时转矩大、传动带易打滑；调整维修不便。如何使机床主轴获得按等比数列排列的转速？如何使机床主轴获得按等比数列排列的转速？运动参数运动参数 拟定结构式拟定结构式 转速图合理分转速图合理分配各变速组中各传动副的传动比）配各变速组中各传动副的传动比）确定齿轮确定齿轮齿数和带轮直径齿数和带轮直径

4、绘制主变速传动系图绘制主变速传动系图 1.拟定转速图和结构式拟定转速图和结构式 1转速图转速图多少根轴多少根轴轴之间的传动关系轴之间的传动关系各级转速值及传动路线各级转速值及传动路线各轴转速分级及转速值各轴转速分级及转速值各传动副的传动比各传动副的传动比 转速线转速线轴线轴线转速点转速点传传动动线线图图5-3轴线：用来表示轴的一组间距相等的竖线；轴线：用来表示轴的一组间距相等的竖线；转速线：一组间距相等的水平线，表示转速的对数坐标；转速线：一组间距相等的水平线，表示转速的对数坐标；12312ZZnnnnnn lglglglglglglglglg12312 ZZnnnnnn转速点：是指在轴线上用

5、来表示该轴所具有的转速值的转速点：是指在轴线上用来表示该轴所具有的转速值的 圆点或圆圈。圆点或圆圈。一般来讲转速点为轴线和转速线的交点，若不是交点应该一般来讲转速点为轴线和转速线的交点，若不是交点应该单独标出转速值。单独标出转速值。传动线：是指轴线间转速点的连线，表示相应传动副及传动线：是指轴线间转速点的连线，表示相应传动副及 其传动比值。其传动比值。倾斜方向和倾斜程度分别表示传动比的升降和大小；倾斜方向和倾斜程度分别表示传动比的升降和大小；i=1，传动线水平；，传动线水平；i1，传动线向右上方倾斜；，传动线向右上方倾斜；i4bL6bbbbb窄式排列窄式排列宽式排列宽式排列双双联联齿齿轮轮（2

6、一个变速组内齿轮轴向位置的排列一个变速组内齿轮轴向位置的排列L7bL11b窄式排列窄式排列宽式排列宽式排列三联齿轮三联齿轮1221Z1-Z24（2一个变速组内齿轮轴向位置的排列一个变速组内齿轮轴向位置的排列（2一个变速组内齿轮轴向位置的排列一个变速组内齿轮轴向位置的排列三联滑移齿轮排三联滑移齿轮排列方式，转速的列方式，转速的变换顺序并不是变换顺序并不是由小到大或由大由小到大或由大到小，而是混杂到小，而是混杂变换的，变换的，如希望能按大小如希望能按大小顺序进行，顺序进行，（3两个变速组内齿轮轴向位置的排列两个变速组内齿轮轴向位置的排列L8bL8b 6b12Z1-Z24L6bL6bZ1-Z24Z3

7、-Z4412431243L5bL4bZ1-Z2412 1.无级变速装置的分类无级变速装置的分类 无级变速是指在一定范围内，转速或速度能连续无级变速是指在一定范围内，转速或速度能连续地变换。地变换。变速电动机变速电动机无级变速装置无级变速装置 机械无级变速装置机械无级变速装置 液压无级变速装置液压无级变速装置 直流复励电动机直流复励电动机（1变速电动机变速电动机 交流变频电动机交流变频电动机特点：特点：额定转速以上为恒功率变速，调速范围额定转速以上为恒功率变速，调速范围23；额定转速以下为恒扭矩变速，调整范围额定转速以下为恒扭矩变速，调整范围30甚至更大。甚至更大。柯普柯普KOOp型型（2机械无

8、级变速装置机械无级变速装置 行星锥轮型行星锥轮型 分离锥轮钢环型分离锥轮钢环型 宽带型宽带型特点：特点：利用摩擦力来传递扭矩；利用摩擦力来传递扭矩；连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速；连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速；为恒扭矩传动；为恒扭矩传动；变速范围小。变速范围小。（3液压无级变速装置液压无级变速装置 液压无级变速装置通过改变单位时间内输人入液压无级变速装置通过改变单位时间内输人入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。特点是变速范围较大、变速方便、传动平稳、运动特点是变速范围较大、变速方便、传动平稳、运动换向时冲击小、易于实现

9、直线运动和自动化。换向时冲击小、易于实现直线运动和自动化。2.无级变速主传动系设计原则无级变速主传动系设计原则（1尽量选择功率和扭矩特性符合传动系统要求的无级变尽量选择功率和扭矩特性符合传动系统要求的无级变速装置。速装置。（2串联有级变速机构，扩大恒功率变速范围。串联有级变速机构，扩大恒功率变速范围。例例5-3 设机床主轴的的变速范围设机床主轴的的变速范围Rn=60，无级变速箱的变速，无级变速箱的变速范围范围Rd=8，设计机械分级变速箱，求出其级数，并画出转，设计机械分级变速箱，求出其级数，并画出转速图。速图。dfZfdnfRRRR)97.09.0(/1 3.数控机床主传动系设计特点数控机床主

10、传动系设计特点 1主传动采用直流或交流电动机无级调速主传动采用直流或交流电动机无级调速（1直流电动机无级调速直流电动机无级调速 直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需的转速。的转速。从最低转速至电动机额定转速，是通过调节电枢电从最低转速至电动机额定转速，是通过调节电枢电压，保持励磁电流恒定的方法进行调速，属于恒扭矩调压，保持励磁电流恒定的方法进行调速，属于恒扭矩调速，起动力矩大，响应快，能满足低速切削需要。速，起动力矩大，响应快，能满足低速切削需要。从额定转速至最高转速，是通过改变励磁电流，从从额定转速至最高转速，是通过改变励磁电流，从而改变励

11、磁磁通，保持电枢电压恒定的方法进行调速，而改变励磁磁通，保持电枢电压恒定的方法进行调速，属于恒功率调速。属于恒功率调速。加大励磁电流会引起电刷加大励磁电流会引起电刷 产生火花，限制了最高转产生火花，限制了最高转速。速。（2交流电动机无级调速交流电动机无级调速 交流调速电动机通常是通过调频进行变速，体积小，交流调速电动机通常是通过调频进行变速，体积小，转动惯量小，动态响应快，无电刷，最高转速不受火花转动惯量小，动态响应快，无电刷，最高转速不受火花限制。限制。2数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计 在设计数控机床主传动时，必须要考虑电动机与机床主轴在

12、设计数控机床主传动时，必须要考虑电动机与机床主轴 功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大 于电动机的恒功率变速范围。于电动机的恒功率变速范围。变速箱的公比选取：变速箱的公比选取：（1取变速箱的公比等于电动机的恒功率调速范围，取变速箱的公比等于电动机的恒功率调速范围，最普遍最普遍 情况。情况。（2取变速箱公比大于电动机的恒功率调速范围，取变速箱公比大于电动机的恒功率调速范围，可简化变速箱结构，但电动机的功率应相应增大。可简化变速箱结构，但电动机的功率应相应增大。（3如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时，如果数控机床为了恒线速切削

13、需在运转中变速时，取变速箱公比小于电动机的恒功率变速范围，使取变速箱公比小于电动机的恒功率变速范围，使 一部分转速重合，但机械结构会复杂。一部分转速重合，但机械结构会复杂。2数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计恒功率段重合传动系统恒功率段重合传动系统 3数控机床高速主传动设计数控机床高速主传动设计 提高的主轴转速，要求主轴系统的结构必须简化，减小提高的主轴转速，要求主轴系统的结构必须简化，减小 惯性，主轴旋转精度要高，动态响应要好，振动和噪声惯性，主轴旋转精度要高，动态响应要好，振动和噪声 要小。要小。对于高速和超高速数控机床主传动一般采用两种设

14、计对于高速和超高速数控机床主传动一般采用两种设计方式：方式：一种是采用联轴节将机床主轴和电动机轴串接成一体，一种是采用联轴节将机床主轴和电动机轴串接成一体，将中间传动环节减少到仅剩联轴节；将中间传动环节减少到仅剩联轴节；另一种是将电动机与主轴合为一体，制成内装式电主另一种是将电动机与主轴合为一体，制成内装式电主轴，实现无任何中间环节的直接驱动轴，实现无任何中间环节的直接驱动 4数控机床采用部件标准化、模块化结构设计数控机床采用部件标准化、模块化结构设计 5数控机床的柔性化、复合化数控机床的柔性化、复合化数控车床由单主轴发展成具有两根主轴，又在此基础上增数控车床由单主轴发展成具有两根主轴，又在此

15、基础上增设附加控制轴设附加控制轴C轴控制功能，即主轴的回转可控制，轴控制功能，即主轴的回转可控制，成为车削中心；再配备后备刀库和其它辅助功能如刀具成为车削中心；再配备后备刀库和其它辅助功能如刀具检测装置、补偿装置、加工监控等检测装置、补偿装置、加工监控等.再增加自动装卸工件的工业机器手和更换卡盘装置等，成再增加自动装卸工件的工业机器手和更换卡盘装置等，成为适合于中小批量生产用自动化的车削柔性制造单元为适合于中小批量生产用自动化的车削柔性制造单元 5.2.1 5.2.1 进给传动系统特点及设计要点进给传动系统特点及设计要点1.1.进给传动的类型及组成进给传动的类型及组成进给传动用来实现机床的进给

16、运动和有关辅助运动。进给传动用来实现机床的进给运动和有关辅助运动。机械进给传动机械进给传动液压进给传动液压进给传动电气进给传动电气进给传动1机械进给传动机械进给传动 主要由动力源，变速、换向、运动分配、平安、运主要由动力源，变速、换向、运动分配、平安、运动转换、执行、快速传动等机构组成。动转换、执行、快速传动等机构组成。2液压进给传动液压进给传动3电气进给传动电气进给传动通过液压缸等传递动力和运动，并通过液压控制技术通过液压缸等传递动力和运动，并通过液压控制技术实现无级调速、换向、运动分配、过载保护和快速运实现无级调速、换向、运动分配、过载保护和快速运动。动。采用无级调速电动机，直接或经过简单

17、齿轮变速或同采用无级调速电动机，直接或经过简单齿轮变速或同步齿形带变速，驱动齿轮齿条或丝杠螺母机构等传递步齿形带变速，驱动齿轮齿条或丝杠螺母机构等传递动力和运动。动力和运动。2.2.进给传动系统设计要点进给传动系统设计要点1进给传动的特点进给传动的特点（1分为分为“外联系进给传动链、外联系进给传动链、“内联系进给传动内联系进给传动链。链。（2进给传动速度低、受力小、消耗功率少。进给传动速度低、受力小、消耗功率少。（3对传动链换接的要求比较多。对传动链换接的要求比较多。（4载荷特点为恒扭矩工作。载荷特点为恒扭矩工作。2进给传动系统设计应满足的要求进给传动系统设计应满足的要求（1具有足够的静刚度和

18、动刚度。具有足够的静刚度和动刚度。（2具有良好的快速响应性。具有良好的快速响应性。（3具有良好的抗振性。具有良好的抗振性。（4具有足够宽的调速范围。具有足够宽的调速范围。（5具有高的传动精度和定位精度。具有高的传动精度和定位精度。（6结构简单、工艺性好，调整维修方便、操纵灵活。结构简单、工艺性好，调整维修方便、操纵灵活。3进给传动系统设计要点进给传动系统设计要点（1各传动件的计算转速是其最高转速。各传动件的计算转速是其最高转速。（2变速系统的传动副变速系统的传动副“前少后多前少后多”、降速、降速“前快后前快后慢慢”、传动线传动线“前疏后密前疏后密”。（3变速范围可取大一些。变速范围可取大一些。

19、（4采用传动间隙消除机构。采用传动间隙消除机构。（5采用快速空行程传动。采用快速空行程传动。（6采用微量进给机构。采用微量进给机构。5.2.2 5.2.2 进给传动链的传动精度进给传动链的传动精度1.1.误差来源误差来源传动件的制造误差和装配误差以及传动件因受力和温传动件的制造误差和装配误差以及传动件因受力和温度变化而产生的变形等。度变化而产生的变形等。2.2.误差传递规律误差传递规律3.3.提高传动精度措施和提高传动精度措施和“内联系传动链设计原则内联系传动链设计原则1缩短传动链。缩短传动链。2合理分配传动副的传动比。合理分配传动副的传动比。传动比应采取递降原则。传动比应采取递降原则。3合理

20、选择传动件。合理选择传动件。“内联系传动链不允许采用传动比不准确的传动内联系传动链不允许采用传动比不准确的传动副。副。传动精度要求高的传动链，应尽量不用或少用传动传动精度要求高的传动链，应尽量不用或少用传动比不准确的传动副。比不准确的传动副。4合理分配传动副的传动确定各传动副精度。合理分配传动副的传动确定各传动副精度。5采用校正装置。采用校正装置。5.2.3 5.2.3 伺服进给系统的机械机构设计伺服进给系统的机械机构设计1.1.传动齿轮副传动齿轮副必须考虑减少摩擦阻力、提高传动精度和刚度、减少必须考虑减少摩擦阻力、提高传动精度和刚度、减少运动惯量等问题。运动惯量等问题。1作用：减速、增大转矩

21、、检测。作用：减速、增大转矩、检测。（1满足强度要求。满足强度要求。（2合理分配速比。合理分配速比。（3传动间隙的影响。传动间隙的影响。2设计时应考虑的问题：设计时应考虑的问题：（1刚性调整法刚性调整法3消除传动齿轮间隙的措施：消除传动齿轮间隙的措施：（2柔性调整法柔性调整法3消除传动齿轮间隙的措施：消除传动齿轮间隙的措施：2.2.丝杠螺母副丝杠螺母副1滚珠丝杠螺母副工作原理滚珠丝杠螺母副工作原理与特点与特点特点：特点：（1摩擦损失小、效率高，可达摩擦损失小、效率高，可达90%96%。（2摩擦阻力小、动静摩擦力之差小，摩擦阻力小、动静摩擦力之差小，精度保持性好，寿命长。精度保持性好，寿命长。（3间隙消除或预紧，可消除反向间间隙消除或预紧，可消除反向间隙，定位精度高，轴向刚度大。隙，定位精度高，轴向刚度大。（4不能自锁，传动具有可逆性。不能自锁，传动具有可逆性。2滚珠丝杠螺母副的循环方式滚珠丝杠螺母副的循环方式外循环外循环滚珠循环过程中有时与丝杠脱离接触滚珠循环过程中有时与丝杠脱离接触2滚珠丝杠螺母副的循环方式滚珠丝杠螺母副的循环方式内循环内循环滚珠循环过程中始终与丝杠保持接触滚珠循环过程中始终与丝杠保持接触3滚珠丝杠螺母副的预紧方法滚珠丝杠螺母副的预紧方法