金属切削机床 第7章 主传动设计

η总—主传动链的总效率。 主传动链的总效率。 主传动链的总效率
η 式中： 1 、 2 ……为主传动链中各传动副的机械效率。 式中： η 为主传动链中各传动副的机械效率。 为主传动链中各传动副的机械效率
第七章 主传动设计
第一节 机床主要参数的确定
一、尺寸参数的确定 尺寸参数主要是确定影响机床加工性能机的一些尺寸。 尺寸参数主要是确定影响机床加工性能机的一些尺寸。其中包括机床的 主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。 主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。 机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数， 机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机床以什么尺寸作 为主参数已有统一的规定。 为主参数已有统一的规定。 如卧式车床是床身上工件的最大回转直径，有的机床， 如卧式车床是床身上工件的最大回转直径，有的机床，一个主参数还不 足以确定机床的规格，还需第二主参数加以补充。 足以确定机床的规格，还需第二主参数加以补充。如车床的第二主参数是最 大工件长度。 大工件长度。 当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后， 当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后，就基本上确定了该 机床所能加工或安装的最大工件的尺寸。 机床所能加工或安装的最大工件的尺寸。 机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。 机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。 二、运动参数的确定 运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。 运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。
1 1 Amax = 1 ×100% = ×100%
变速范围为： 变速范围为：
nmax n1 z 1 Rn = = = z 1 nmin n1
等比数列同样适用于直线往复主运动(刨床、插床)的往复次数数列、 等比数列同样适用于直线往复主运动(刨床、插床)的往复次数数列、 进给数列以及尺寸和功率参数系列。 进给数列以及尺寸和功率参数系列。
表7.1
标准数列表
4) 选用标准公比的一般原则和经验数据 （1）对于通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取 对于通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂， =1.26或1.41。 =1.26或1.41。 （2）对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些。因 对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些。 这些机床的生产率较高，转速损失的影响较显著。一般取=1.12 1.26。 =1.12或 这些机床的生产率较高，转速损失的影响较显著。一般取=1.12或1.26。 对于大型机床，公比应取小一些。因在大型机床上的切削加工时间较长， （3）对于大型机床，公比应取小一些。因在大型机床上的切削加工时间较长， 转速损失的影响较显著。一般取= 26或 12及 06。 转速损失的影响较显著。一般取=1.26或1.12及1.06。 对于非自动化小型机床，公比应取大一些。因在这些机床上， （4）对于非自动化小型机床，公比应取大一些。因在这些机床上，辅助时间 较多， 而切削加工时间所占的比例不大， 转速损失的影响不很显著。 较多 ， 而切削加工时间所占的比例不大 ， 转速损失的影响不很显著 。 一般取 58、 78或 =1.58、1.78或2。 2.进给运动参数的确定 进给传动链为外联系传动链时，为使相对损失为一定值， 进给传动链为外联系传动链时，为使相对损失为一定值，则进给量的数列也 应取等比数列。对于往复主运动机床，如刨床、插床，进给运动是间歇的， 应取等比数列。对于往复主运动机床，如刨床、插床，进给运动是间歇的，为 使进给机构简单，采用了棘轮机构，进给量由每次往复转过的齿数而定， 使进给机构简单，采用了棘轮机构，进给量由每次往复转过的齿数而定，是等 差数列。对于大批、大量生产用的自动和半自动车床， 差数列。对于大批、大量生产用的自动和半自动车床，常用交换齿轮来调整进 给量，这时可以不按一定的规则，用交换齿轮选择最有利的进给量。 给量，这时可以不按一定的规则，用交换齿轮选择最有利的进给量。卧式车床 因为要车螺纹，进给分级就应根据螺纹标准而定，它不是一个等比数列， 因为要车螺纹，进给分级就应根据螺纹标准而定，它不是一个等比数列，而是 一个分段的等差数列。 一个分段的等差数列。
n min =
π d max
min
n max =
π d min
max
nmax和nmin的比值是变速范围 n: 的比值是变速范围R
n max Rn = n min
应当指出， 应当指出，通用机床的 d max 和d min并不是机床上可能加工的最大和最小直 而是指常用的经济加工的最大和最小直径（ 径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不是理论上的最大和最小直 ）。对于通用机床 一般取： 对于通用机床， 径）。对于通用机床，一般取： d max = k i D d min = d max i Rd 最大加工直径d 最大加工直径 max =( 0.5-0.6)D 最小加工直径d 最小加工直径 min=(0.2-0.25)dmax 2) 主轴转速数列 目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速确定后， 目前，在机床中应用最广泛的还是有级变速，极限转速确定后，还需确 定中间转速。 定中间转速。 如某机床的分级变速机构共有 Z 级，其中 n1 = nmin ，nz = nmax ， 级转速 Z n n 分别为： 分别为： 1 ， n2 ， n3 ，…… n j ， n j +1 ，……， z 。如果加工某一工件所 ， 通常， 需要的最有利的切削速度为 v ,则相应的转速位 n 。通常，分级变速机构不能 则相应的转速位 恰好得到这个转速，而是 n 处于某两极转速 n j与 n j +1 之间： 恰好得到这个转速， 之间：
n j +1 = n j
即机床的转速应该按等比数列(几何级数)分级。 即机床的转速应该按等比数列(几何级数)分级。其公比为 ，各级转速应为
n1 = n min n2 = n1
n3 = n2 = n1 2
最大相对转速损失率为： 最大相对转速损失率为：
nz = nz 1 = n1 z 1 = nmax
三、动力参数确定 动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、 动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、伺服电动机 或步进电动机的额定转矩等。 或步进电动机的额定转矩等。 各传动件的参数(轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数等) 各传动件的参数( 轴或丝杠的直径 、齿轮与蜗轮的模数等) 都是根据动力 参数设计计算的。如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重， 参数设计计算的 。如果动力参数定得过大， 将使机床过于笨重，浪费材料和 电力；如果定得过小，又将影响机床的性能。动力参数可以通过调查研究、 电力 ；如果定得过小，又将影响机床的性能 。动力参数可以通过调查研究、 试验和计算方法进行确定。 试验和计算方法进行确定。 1. 主传动功率的确定 P P主 = 切 进行估算。 在主传动的结构方案尚未确定之前， 在主传动的结构方案尚未确定之前，可用式 η总 进行估算。 式中： 主传动电机功率（ 式中： P主 —主传动电机功率（kw）； 主传动电机功率 P切 —消耗于切削的功率（kw）； 消耗于切削的功率（ 消耗于切削的功率 75～ 85。 对于通用机床一般可取 η总 =0.75 ～ 0.85 。 机构简单和主轴转速较低时取 大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。 大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。 P切 + P 进行估算： 当主传动的结构方案确定后， 进行估算： 当主传动的结构方案确定后，可用式 P主 = η机 空 式中： 空 消耗于空转的功率损失 消耗于空转的功率损失（ 式中：P —消耗于空转的功率损失（ kw ）； η机—主传动链的总机械效率。 主传动链的总机械效率。 主传动链的总机械效率 η机 = η1η2η3 ......
A=
n nj n
也就是： 最大的相对转速损失率是当所需的转速 n 趋近于 n j +1 时，也就是：
Amax = lim
n nj n
n → n j +1
Байду номын сангаас
=
n j +1 n j n j +1
= 1
nj n j +1
在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下， 在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了 生产率的损失。对于普通机床，如果认为每个转速的使用机会都相等， 生产率的损失。对于普通机床，如果认为每个转速的使用机会都相等，那么 为一定值， 应使 Amax 为一定值，即： nj n 1 Amax = 1 j =const 或 =const= const= n j +1 n j +1 从这里可以看出，任意两极转速之间的关系应为： 从这里可以看出，任意两极转速之间的关系应为：
3) 公比的标准值和标准转速数列 机床转速是从小到大递增的， 机床转速是从小到大递增的，因此 > 1 。为使最大相对转速损失率不超 50%， 过50%，即 1 ×100% ≤ 50% ，则 ≤ 2 。
由此得出： 由此得出： 1 < ≤ 2 为便于设计和使用机床，规定了七个标准公比, 分别为：1.06，1.12， 为便于设计和使用机床，规定了七个标准公比,，分别为：1.06，1.12， 1.26，1.41，1.58，1.78， 1.26，1.41，1.58，1.78，2。 当采用标准公比后，转速数列可从表7 中直接查出。表中给出了以1 06为 当采用标准公比后，转速数列可从表7.1中直接查出。表中给出了以1.06为 公比的从1 10000的数值 其中1 12= 的数值。 26= 41= 公比的从 1 ～ 10000 的数值 。 其中 1.12=1.062 ， 1.26=1.064 ， 1.41=1.066 ， 58= 78= 1.58=1.068 ，1.78=1.0610 ，2=1.0612 。 例如， 设计一台24 级转速的卧式车床， 24级转速的卧式车床 例如 ， 设计一台 24 级转速的卧式车床 ， 其中 nmin 12.5 ， =1.26 。 查表 =12. 12. 然后，因为1 26= 每隔3个数取一个值， 7—1，首先找到最低转速12.5，然后，因为1.26=1.064，每隔3个数取一个值， 1 首先找到最低转速12 可得下列数列：12. 16、20、25、31. 40、50、63、80、100、125、160、 可得下列数列：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、2500等 200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500等24 级。