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3-4主传动系设计
§3-4 主传动系设计
一、主传动系设计应满足的基本要求
机床主传动系因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同,应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析。一般应满足下述基本要求:
1) 满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性,如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床,则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数)。传动系设计合理,操纵方便灵活、迅速、安垒可靠等。
2) 满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和扭矩,具有较高的传动效率。
3) 满足机床工作性能的要求。主传动中所有零、部件要有足够的刚度、精度和抗振性,热变形特性稳定。
4) 满足产品设计经济性的要求。传动链尽可能简短,零件数目要步,以便节省材料,降低成本,
5) 调整维修方便,结构简单、合理,便于加工和装配。防护性能好,使用寿命长。
二、主传动系分类和传动方式
主传动系一般由动力源(如电动机)、变速装置及执行件(如主轴、刀架、工作台),以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源给执行件提供动力,并使其得到一定的运动速度和方向,变速装置传递动力以及变换运动速度;执行件执行机床所需的运动,完成旋转或直线运动。
(一) 主传动系分类
主传动系可按不同的特征来分类:
(1) 按驱动主传动的电动机类型 可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或凋速交流电动机驱动。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频凋速的原理。
(2) 按传动装置类型 可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。
(3) 按变速的连续性 可以分为分级变速传动和无级变速传动。
分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速,变速级数一般不超过20~30级。分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离台器(如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离台器)变速。因它传递功率较大,变速范围广,传动比准确,工作可靠,广泛地应用于通用机床,尤其是中小型通用机床中。缺点是有速度损失,不能在运转中进行变速。
无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速,以便得到最有利的切削速度}能在运转中变速,便于实现变速自动化}能在负载下变速,便于车削大端面时保持恒定的切削速度,以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器实现。机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠,常用在中小型车床、铣床等主传动中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小,易于实现直线运动,常用于主运动为直线运动的机床,如磨床,拉床、刨床等机床的主传动中。电气无级变速器有直流电动机或交流调速电动机两种,由于可以大大简化机械结构,便于实现自动变速、连续变速和负载下变速,应用越来越广泛,尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气变速。
数控机床和大型机床中,有时为了在变速范围内,满足一定恒功率和恒扭矩的要求,或为了进一步扩大变速范围,常在无级变速器后面串接机械分级变速装置。
(二) 主传动系的传动方式
主传动系的传动方式主要有两种:集中传动方式和分离传动方式。
1集中传动方式
主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内,称为集中传动方式。通用机床中多数机床的主变速传动系都采用这种方式。如图3-11所示的铣床主变速传动系。铣床利用立式床身作为变速箱体,所有的传动和变速机构都装在床身中。其特点是结构紧凑,便于实现集中操纵,安装调整方便。缺点是这些高速运转的传动件在运转过程中所产生的振动,将直接影响主轴的运转平稳性;传动件所产生的热量,会使主轴产生热变形,使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。这种传动方式适用于普通精度的大中型机床。
2.分离传动方式
主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中,然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式,称为分离传动方式。如图3—12所示,主轴箱中只装有主轴组件和背轮机构。其特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴,从而减少主轴的振动和热变形,有利于提高机床的工作精度。在分离传动式的主轴箱中采用的背轮机构,如图3-12中27/63×17/58齿轮传动的作用是:当主轴作高速运转时,运动由皮带经齿轮离合器直接传动,主轴传动链短,使主轴在高速运转时比较平稳,空载损失小}当主轴需作低速运转时,运动则由皮带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动后,转速显著降低,达到扩大变速范围的目的。
三、分级变速主传动系
分级
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