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　　正確理解機(jī)床的功率扭矩特性，變速傳動(dòng)系統(tǒng)中主軸及傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定，變速箱內(nèi)傳動(dòng)件的空間布置與計(jì)算，以及數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)等。
　　一、主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求
　　1）滿足機(jī)床使用性能要求；2）滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力要求；3）滿足機(jī)床工作性能要求；4）滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性要求；5）調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)單，便于加工裝配等。
　　二、主傳動(dòng)系統(tǒng)分類和傳動(dòng)方式
　　主傳動(dòng)系統(tǒng)一般由動(dòng)力源、變速裝置、執(zhí)行件以及開停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。
　　主傳動(dòng)系統(tǒng)按變速的連續(xù)性可分為有級(jí)（分級(jí)）變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)兩大類。
　　主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式主要有兩種：即集中傳動(dòng)方式和分離傳動(dòng)方式。
　　三、分級(jí)（有級(jí)）變速主傳動(dòng)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟
　　根據(jù)已確定的主變速傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，擬定結(jié)構(gòu)式和轉(zhuǎn)速圖；合理分配各變速組中各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比；確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑等；繪制主變速傳動(dòng)系統(tǒng)圖。
　　（一）擬定轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)式
　　轉(zhuǎn)速圖是設(shè)計(jì)、分析機(jī)床分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)使用的一種特殊線圖。在轉(zhuǎn)速圖中可以表示出傳動(dòng)軸的數(shù)目，傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)關(guān)系，主軸的各級(jí)轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速分級(jí)和轉(zhuǎn)速值，各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比等。^x_i表示。級(jí)比指數(shù)x_i相當(dāng)于由上述相鄰兩傳動(dòng)線與從動(dòng)軸交點(diǎn)之間的相距格數(shù)。
　　設(shè)計(jì)主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列時(shí)，必須有一個(gè)級(jí)比指數(shù)x₀等于1的基本變速組；第一擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)x₁應(yīng)等于基本組的傳動(dòng)副數(shù)P₀；第二擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)x₂等于基本組與第一擴(kuò)大組的傳動(dòng)副數(shù)P₀與P₁的乘積P₀×P₁，依此類推。符合上述級(jí)比規(guī)律的變速傳動(dòng)系統(tǒng)即稱為常規(guī)變速傳動(dòng)系統(tǒng)。
　　一般情況下，每個(gè)變速組的傳動(dòng)副數(shù)最好取p = 2或3。
　　（二）各變速組的變速范圍及極限傳動(dòng)比
　　變速組的變速范圍是指變速組中最大傳動(dòng)比與最小傳動(dòng)比的比值。即
　　　　 。
　　由上式可看出，變速組變速范圍R_i 值中的指數(shù)x_i (P_i-1)，就是在轉(zhuǎn)速圖上變速組中最大傳動(dòng)比的傳動(dòng)線與最小傳動(dòng)比的傳動(dòng)線所間隔的格數(shù)。
　　在設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，一般限制降速最小傳動(dòng)比u_主min≥1/4；直齒圓柱齒輪升速最大傳動(dòng)比u_主max≤2；斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)可取u_主max≤2.5。

　　主傳動(dòng)各變速組的最大變速范圍為：R_主max= 8 ~10。
　　主軸的變速范圍應(yīng)等于主變速傳動(dòng)系統(tǒng)中各變速組變速范圍的乘積，即
　　 ，確定R_n、Z和各級(jí)轉(zhuǎn)速值；
　　2）選擇結(jié)構(gòu)式并驗(yàn)算變速組的變速范圍；
　　3）確定是否需要增加降速的定比傳動(dòng)副；
　　4）分配各變速組的最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖。
　　（四）主變速傳動(dòng)系統(tǒng)的幾種特殊設(shè)計(jì)
　　1. 具有多速電動(dòng)機(jī)的主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　采用多速異步電動(dòng)機(jī)與其它傳動(dòng)方式聯(lián)合使用，可簡(jiǎn)化機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用方便，且可在運(yùn)轉(zhuǎn)中實(shí)現(xiàn)變速，故適用于半自動(dòng)、自動(dòng)機(jī)床及普通機(jī)床。在變速傳動(dòng)系統(tǒng)中，多速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于變速組。當(dāng)多速電動(dòng)機(jī)的變速范圍為2或4時(shí)，應(yīng)用該電動(dòng)機(jī)的變速傳動(dòng)系統(tǒng)的公比應(yīng)取值為1.06、1.12、1.26、1.41和2。

　　應(yīng)用多速電動(dòng)機(jī)時(shí)，若使變速系統(tǒng)仍然保持連續(xù)的等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速，則要求電變速組在擴(kuò)大順序中的特性仍然要遵守級(jí)比規(guī)律。
　　2. 具有交換齒輪的變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　對(duì)于成批生產(chǎn)中使用的機(jī)床，如自動(dòng)、半自動(dòng)車床，專用機(jī)床，齒輪加工機(jī)床等，在加工中一般不需要變速，或僅在較小范圍內(nèi)變速。但更換一批工件后，有可能需要變換速度。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，常采用交換齒輪變速方式，或?qū)⒔粨Q齒輪與其它變速方式組合使用。交換齒輪用于每批工件加工前的變速調(diào)整。使用齒數(shù)不同的一組交換齒輪即可得到兩種傳動(dòng)比。反映在轉(zhuǎn)速圖上，交換齒輪的變速組應(yīng)設(shè)計(jì)成對(duì)稱分布的。
　　交換齒輪變速組的變速范圍R_交≤4 ~ 6。交換齒輪變速的優(yōu)點(diǎn)是可以用少量齒輪得到多級(jí)轉(zhuǎn)速，不需要操縱機(jī)構(gòu)，變速箱結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。缺點(diǎn)是更換交換齒輪時(shí)較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如裝在變速箱外，則潤(rùn)滑和密封較為困難。交換齒輪變速組一般安放在傳動(dòng)系統(tǒng)的前面，使其處于較高轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)可以緊湊些。
　　3. 具有公用齒輪的變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　采用公用齒輪的變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，常用的有單公用、雙公用和三公用齒輪。采用公用齒輪可以減少齒輪的數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，但由于齒輪公用而導(dǎo)致兩變速組的傳動(dòng)比相互牽制，給選擇傳動(dòng)比帶來(lái)一定困難，同時(shí)徑向尺寸也較大。同時(shí)還應(yīng)注意，相鄰兩個(gè)變速組中的齒輪模數(shù)必須相同。
　　（五）擴(kuò)大傳動(dòng)系統(tǒng)變速范圍的方法
　　1）增加變速組
　　在原有變速傳動(dòng)系統(tǒng)中再增加一個(gè)變速組，是擴(kuò)大變速范圍的最簡(jiǎn)便方法。由于受到變速組極限傳動(dòng)比的限制，所增加的變速組的級(jí)比指數(shù)往往不得不小于理論值，并導(dǎo)致部分轉(zhuǎn)速出現(xiàn)重復(fù)。，用背輪機(jī)構(gòu)作為最后擴(kuò)大組，可以擴(kuò)大傳動(dòng)系統(tǒng)的變速范圍（見右圖）。
　　3）采用雙公比的傳動(dòng)系統(tǒng)
　　雙公比傳動(dòng)系統(tǒng)是將主軸常用的中段轉(zhuǎn)速采用小公比，不常用的高、低段轉(zhuǎn)速采用大公比。雙公比變速傳動(dòng)系統(tǒng)是在常規(guī)變速傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)改變基本組的級(jí)比指數(shù)演變而來(lái)的。
　　4）采用分支傳動(dòng)
　　分支傳動(dòng)是指在串聯(lián)形式變速傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加并聯(lián)分支以擴(kuò)大變速范圍。
　　（六）齒輪齒數(shù)的確定
　　確定變速組內(nèi)齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題：
　　齒輪的S_Z不應(yīng)過(guò)大，一般推薦S_Z≤100 ~ 120；齒輪的S_Z不應(yīng)過(guò)小，應(yīng)考慮Z_min≥18 ~ 20；應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求。
　　變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)齒輪齒數(shù)的確定可用查表法。
　　三聯(lián)滑移齒輪能順利滑移變速的條件：其最大齒輪和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于4。
　　（七）計(jì)算轉(zhuǎn)速的選取有下列三種情況：1）取f >R_dN 特點(diǎn)：變速箱結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，但在主軸的功率特性圖上出現(xiàn)了較大的缺口。3）取
　　轉(zhuǎn)速圖是由“三線一點(diǎn)”即傳動(dòng)軸格線、轉(zhuǎn)速格線、傳動(dòng)線以及轉(zhuǎn)速點(diǎn)所組成（見右圖）。
　　設(shè)計(jì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，為便于分析比較不同的傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案，常使用結(jié)構(gòu)式。對(duì)應(yīng)右面轉(zhuǎn)速圖的結(jié)構(gòu)式可寫成：
　　12 = 3₁×2₃×2₆
　　結(jié)構(gòu)式簡(jiǎn)單、直觀，能清楚地顯示出變速傳動(dòng)系統(tǒng)中主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z，各變速組的傳動(dòng)順序、傳動(dòng)副數(shù)P_i與級(jí)比指數(shù)x_i。
　　變速組的級(jí)比是指在轉(zhuǎn)速圖中同一變速組內(nèi)相鄰兩傳動(dòng)比的比值，用
　　變速組變速范圍的一般式可寫成
　　在檢查變速組的變速范圍是否超過(guò)極限值時(shí)，只需檢查該傳動(dòng)系統(tǒng)中的最后一個(gè)擴(kuò)大組即可。
　　（三）主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則
　　1. 傳動(dòng)副“前多后少”原則
　　主變速傳動(dòng)系統(tǒng)從電動(dòng)機(jī)到主軸，通常為降速傳動(dòng)，接近電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較高，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些；反之，靠近主軸的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能將傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在前面，傳動(dòng)副數(shù)較少的變速組放在后面。其好處是使系統(tǒng)中有更多的傳動(dòng)件在高速范圍內(nèi)工作，以有利于減少變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸和成本。
　　2. 傳動(dòng)線“前密后疏”原則（即傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則）
　　當(dāng)變速組的傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致時(shí)，多數(shù)傳動(dòng)軸的最低轉(zhuǎn)速較低，在傳遞相同功率的情況下，承受轉(zhuǎn)矩較大，傳動(dòng)件的尺寸也應(yīng)較大。

　　3. 變速組的降速要“前慢后快”原則，且中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
　　從電動(dòng)機(jī)到機(jī)床主軸，總的趨勢(shì)是降速傳動(dòng)，為使中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高（但不宜過(guò)高），可使前面變速組的降速幅度慢一些，后面降速幅度快一些。
　　擬定一臺(tái)中型通用機(jī)床的主變速傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖的一般設(shè)計(jì)步驟如下：
　　1）選定公比應(yīng)是2的正整數(shù)次方根，即公比
　　2）采用背輪機(jī)構(gòu)（單回曲機(jī)構(gòu)）
　　背輪機(jī)構(gòu)的極限變速范圍為
　　主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的通用機(jī)床主軸或各傳動(dòng)件在傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，能夠傳遞最大轉(zhuǎn)矩。因此，將傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，稱為該主軸或傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸所傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱為機(jī)床的功率轉(zhuǎn)矩特性。右圖為主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的通用機(jī)床主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖。
　　主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床主傳動(dòng)屬恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)；而主運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床基本上屬恒功率傳動(dòng)。
　　從機(jī)床的主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖中可見，主軸從 n_j起至n_max間的所有轉(zhuǎn)速下都能傳遞全部功率（即電動(dòng)機(jī)為滿載），而n_j是主軸傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，而其輸出的轉(zhuǎn)矩則隨轉(zhuǎn)速的增加而減少，此為恒功率區(qū)。低于主軸n_j的各級(jí)轉(zhuǎn)速所能輸出的轉(zhuǎn)矩與主軸在n_j時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩相等，即為該機(jī)床的最大輸出轉(zhuǎn)矩，而傳遞的功率則隨轉(zhuǎn)速的減低而減少，此為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。
　　不同類型機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速選取是不同的，各類機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速統(tǒng)計(jì)公式見表2-9。當(dāng)主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上確定其他各傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸與齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速。確定順序通常是按傳動(dòng)順序由后到前，先確定傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，再確定各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。在確定傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)：首先找出該傳動(dòng)件共有幾級(jí)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速；再找出其中能傳遞全部功率時(shí)的那幾級(jí)轉(zhuǎn)速；最后確定出能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，即為該傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
　　（八）變速箱內(nèi)傳動(dòng)件的空間布置與計(jì)算
　　變速箱內(nèi)各傳動(dòng)軸的空間布置首先要滿足機(jī)床總體布局對(duì)變速箱形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸的受力情況，裝配調(diào)整和操縱維修的方便。
　　首先確定主軸的位置；然后確定傳動(dòng)主軸的軸，以及與主軸有齒輪嚙合關(guān)系的軸的位置；接著確定電動(dòng)機(jī)軸或運(yùn)動(dòng)輸入軸（軸Ⅰ）的位置；最后確定其它各傳動(dòng)軸的位置。
　　對(duì)于變速箱、進(jìn)給箱及其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸，以承受彎矩和扭矩為主。這類軸的計(jì)算重點(diǎn)應(yīng)以彎曲剛度為主，重載軸還應(yīng)該核算疲勞強(qiáng)度，高速軸應(yīng)核算臨界轉(zhuǎn)速。機(jī)床各傳動(dòng)軸在工作時(shí)必須保證具有足夠的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。
　　當(dāng)軸的長(zhǎng)度與跨距未定，支承反力與彎矩?zé)o法求得時(shí)，可先按抗扭剛度對(duì)軸的直徑進(jìn)行估算。待結(jié)構(gòu)確定之后，定出軸的跨距，再按彎曲剛度進(jìn)行驗(yàn)算。
　　四、無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)
　　無(wú)級(jí)變速是指在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)地變換，從而獲取最有利的切削速度。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中常采用的無(wú)級(jí)變速裝置主要有三大類：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無(wú)級(jí)變速裝置和液壓無(wú)級(jí)變速裝置。
　　無(wú)級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：
　　1）盡量選擇功率和轉(zhuǎn)矩特性符合傳動(dòng)系統(tǒng)要求的無(wú)級(jí)變速裝置
　　2）為滿足機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍，應(yīng)將無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)在一起使用。
　　五、數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
　　在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，因主軸要求的恒功率變速范圍R_nN要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率R_dN變速范圍，所以在調(diào)速電動(dòng)機(jī)與主軸間要串聯(lián)一個(gè)機(jī)械式分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其恒功率調(diào)速范圍，滿足機(jī)床在低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出功率的要求。
　　在設(shè)計(jì)分級(jí)變速箱時(shí)，考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素，分級(jí)變速箱公比φf = R_dN 特點(diǎn)：功率特性圖是連續(xù)的，無(wú)缺口、無(wú)重合。2）取φf<R_dN 特點(diǎn)：在主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率特性圖上將有小段重合，分級(jí)變速箱的變速級(jí)數(shù)將增多。