QD-JD 3.5 无级变速主传动系统教材课程.ppt

第五节 无级变速主传动系统;一、对主轴的要求 功率要大，功率范围要大，2.2-250KW； 转速高，而且恒功率的速调范围宽达1:10以上，恒转矩的速调范围宽达1:100-1:1000，在大的调速范围内速度应稳定； 在切削加工中能自动变换速度； 动态性能好，振动、噪声小； 温升低； 可靠性高、寿命长、维护容易； 结构简单，体积小，重量轻。;二、无级变速特点;三、实现无级变速的方法;（一）机械无级变速装置 机械式： R无＝10左右，串联有级变速机构 注意点：1.R有＝Rn/R无 2.无级变速器作为基本组, 有级变速作为扩大组。 理论上φ有＝R无 但是考虑机械式无级变速器有滑动 故 φ有＝（0.94～0.96）R无 ;;一般把无级变速组作为基本组 ? ＝R无 考虑到机械摩擦传动会产生滑动，为了得到连续的无级变速范围，应使齿轮变速组的公比略小于无级变速器的变速范围Rd，即?=（0.94～0.96）R无，这样可使转速之间在中段有一小段是重复的 ;（二）变速电动机调速; 通用机床Rn较宽大，可达到100～200，单靠无级变速装置难以达到; 无级变速装置的特性与机床的功率扭矩特性不匹配，因此要求串联机械有级变速机构，扩大变速范围，并满足机床的功率扭矩特性的要求。 ;设机床主轴要求的变速范围Rn 无级变速装置的变速范围Rd 串连的机械分级变速箱的变速范围Rf 则有 Rf= Rn/ Rd= ?fz-1 Z-机械分级变速箱的变速级数 ?f-机械分级变速箱的公比 ;1、交流主轴驱动系统调速： 转速公式： 调速方法：变频调速是最适用的方法.;交流主轴电机的要求： 大功率 低速恒转矩、高速恒功率 鼠笼式交流异步伺服电机 图1交流主轴电机与普通交流 异步感应电机的比较图示意图 图2 交流主轴伺服电机的特性曲线;变频调速用于恒功率负载 恒功率负载的典型代表是：主运动为旋转运动的金属切削机床。其工作特点主要有： (1)在不同转速下，允许的最大切削速度(线速度)是相同的。因此，当工件(或切具)的直径较大时，转速应较低，而切削时的阻转矩则是增大的。结果是切削功率P L维持不变。 (2)转矩和转速间的关系是： nL=9550PL/TL≈KLT/TL 其机械特性为双曲线，该曲线上任意一点的TLnL乘积都是相等的，如图中之面积OABC和OABC。 (3)速度选定后，在切削过程中是不进行调速的。因此，其无级调速的概念是：能够得到任意的速度，而不是在工作过程中任意地变更速度。这一特点变频调速和机械调速的配合使用提供了方便。 ;恒功率负载的机械特性 ;如兰州电机厂产： 额定转速1500r/min或2000r/min，恒功率调速范围1:5、1:4； 额定转速750r/min或500r/min，恒功率调速范围1:12。 有时可以取消机械变速箱，较好地适用机床的功率扭矩特性要求。;（三）液压无级变速装置; 四、 数控机床的主传动系统;1、电动机经齿轮变速传动主轴;主轴电动机;3、主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴） ;;;（二）数控机床驱动电机和主轴功率特性的匹配设计;（1）机械分级变速箱公比?f=RdN;（2）机械分级变速箱公比?fRdN;主传动转速图和功率特性图;（3）机械分级变速箱公比?f RdN;P106例3-3主传动转速图和功率特性图;连续调速段 14-180、56-710 恒转矩调速段 28-355、112-1400 恒转矩调速 180-450、710-1800、355-900、 1400-3550 恒功率调速 出现转速的重合 ;２.串联分级变速机构的 主传动系统设计步骤;1). 确定初选电机功率 ;2 ). 确定电机最小输出功率;3). 电机适用最低转速;4 ). 计算电机额定转矩;5). 主轴变速系统其他参数的计算 ;6). 分级变速机构 ;(1)设Z＝2，传动比i1、i2；且i1＞i2，则级比 φ＝i1 /i2＝RF； 要使主轴转速连续，功率无缺口的条件是φ≤RDP(即RF ≤RDP)，这与要求主轴恒功率区变速范围Rnp尽量大相矛盾，否则主轴转速不连续，功率有缺口。 如图2所示;图2 图3;由图2看出，采用一个Z＝2的变速组(即Ⅱ轴为主轴)，只有级比φ≤ RDP时主轴恒功率