数控机床主传动系统设计

第 3章 数控机床主传动系统设计 3. 1 主传动系统设计概述 3.1.1数控机床主传动系统的特点 转速高、功率大。 变速范围宽。 主轴变速迅速可靠。 主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有 良好的精度保持性。 3. 1 主传动系统设计概述 3.1.2主传动系统的设计要求 主轴具有一定的转速和足够的转速范 围、转速级数，能够实现运动的开停、 变速、换向和制动，以满足机床的运动 要求。 主电动机具有足够的功率，全部机构 和元件具有足够的强度和刚度，以满足 机床的动力要求。 3. 1 主传动系统设计概述 3.1.2主传动系统的设计要求 主传动的有关结构，特别是主轴组件要 有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声 要小，传动效率要高，以满足机床的工作 性能要求。 操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密 封良好，以满足机床的使用要求。 结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以 满足经济性要求。 3. 1 主传动系统设计概述 3. 1. 3数控机床主传动系统配置方式 （ 1）带有变速齿轮的主传动 : 通过少数几对齿轮降速，扩大输出转矩，以满足主轴低速 时对输出转矩特性的要求。数控机床在交流或直流电动机 无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。 3. 1 主传动系统设计概述 3. 1 主传动系统设计概述 （ 2）通过带传动的主传动 电动机本身的调速就能够满足要求，不用齿轮变 速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适 用于高速、低转矩特性要求的主轴。常用的是 V 带和同步齿形带。 3. 1 主传动系统设计概述 3. 1 主传动系统设计概述 （ 3）两个电动机分别驱动主轴 高速时电动机通过带轮直接驱动主轴旋转，低速时， 另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿 轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功 率区增大，扩大了变速范围，克服了低速时转矩不 够且电动机功率不能充分利用的缺陷。 3. 1 主传动系统设计概述 （ 4）内装电动机主轴传动 这种主传动方式大大简化了主轴的结构，有效地 提高了主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电 动机发热对主轴影响较大。 3. 1 主传动系统设计概述 3.1.4主传动系统的类型 (1)按动力源的类型 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分为单速交流电动机驱动、 调速交流电动机驱动和交流伺服电动机驱动。 调速交流电动机动又有多速交流电动机驱动和 变频调速交流电动机驱动。 驱动方式的选择主要根据变速形式和运动特性 要求来确定。 3. 1 主传动系统设计概述 （ 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. 1 主传动系统设计概述 (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。 分级变速传动是在一定的变速范围内均 匀、离散地分布着有限级数的转速，变 速级数一般不超过 2030级。 分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交 换齿轮变速和离合器 (如摩擦片式、牙嵌 式、齿轮式离合器 )变速。 3. 1 主传动系统设计概述 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。 3. 1 主传动系统设计概述 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转矩的 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。 3. 2 分级变速主传动系统设计 (1)机床主传动运动设计的任务 按照已确定的运动参数、动力参数和传动 方案，设计出经济合理、性能先进的传动系统。 (2)主要设计内容 : 拟定结构式或结构网 ; 拟定转速图， 拟定各传动副的传动比 ; 确定带轮直径、齿轮齿数 ; 布置、排列齿轮，绘制传动系统图。 3. 2 分级变速主传动系统设计 3. 2. 1转速图的概念 转速图由 “ 三线一点 ” 组成，即传动轴线、转速 线、传动线和转速点。 3. 2 分级变速主传动系统设计 转速图可以清楚地表示 : 主轴各级转速的传动路线 ; 主轴得到这些转速所需的变速组数目及 每个变速组中的传动副数 ; 各个传动比的数值 ; 传动轴的数目 ; 传动顺序及各轴的转速级数与大小。 3. 2 分级变速主传动系统设计 3. 2. 2变速规律 机床主轴多级转速是由数个变速传动组 (简称变速组或传动组 )串联实现的。 这是主传动变速系统的基本形式，称为 基型变速系统 (或常规变速系统 )，即以单 速电动机驱动，由若干变速组串联，使 主轴得到既不重复又排列均匀 (指单一公 比 )的等比数列转速的变速系统。 3. 2 分级变速主传动系统设计 3. 2. 2变速规律 一些术语 : 1)级比 :同一变速组内相邻两传动比之比 2)级比指数 :相邻两传动比相距的格数称为级 比指数 3)基本 (变速 )组 :变速组的级比指数为 1 4)扩大 (变速 )组 :起变速扩大作用的变速组 3. 2 分级变速主传动系统设计 5)变速组的变速范围 :该变速组的最大传 动比 iimax与最小传动比 iimin之比 )1( m i n m a x ii px i i i i i r :变速组内相邻两传动比之比 (级比 ) ix xi-相邻两传动比相距的格数 (级比指数 ) ix 3. 2 分级变速主传动系统设计 主轴的转速范围 (或变速范围 )Rn:等于各 变速组的变速范围 ri的乘积 : Rn=r0r1 .ri .rj 主轴的转速级数为 Z=p0p1p2 . (Pi为变速 组的传动副数 ) 3. 2 分级变速主传动系统设计 各变速组的级比、级比指数和变速范围的 数值见表 3-1 : 主轴的转速范围 (或变速范围 )Rn，等于各变速组的变速范围的乘积 . 主轴的转速 级数 为 Z=p0p1p2 . 3. 2 分级变速主传动系统设计 3. 2. 3结构网及结构式 传动系统设计方案的简洁表达方式 : (1)结构网 (2)结 构网 结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和 转速的绝得值 . 结构网上代表传动比的射线呈对称分布 图 3-3对应的结构式为 12=31 23 26。 3. 2 分级变速主传动系统设计 3.2.4拟定转速图的方法 拟定转速图的一般步骤为 : 确定变速组数及各变速组的传动副数； 安排变速组的传动顺序；拟定结构式 (网 )； 分配传动副传动比，绘制转速图。 3. 2 分级变速主传动系统设计 例 3-1 : 某中型数控车床主轴最低转速为 n1=31. 5r/min，转速级数 Z=12，公比 =1.41， 电动机转速 n电 =1440r/ min，试拟定其主 传动系统转速图。 3. 2 分级变速主传动系统设计 拟定转速图的步骤 : 1)主轴的各级转速 确定 : 由 Z, , n1可知主轴的各级转速应为 : 31.5, 45, 63, 90, 125, 180, 250， 500、 710、 1000、 1400。 2)变速组和传动副数的确定 : 变速组和传动副数可能的方案有 : 12=4 3 12=3 4 12=3 2 2 12=2 3 2 12=2 2 3 3. 2 分级变速主传动系统设计 2)变速组和传动副数的确定 : 变速组和传动副数可能的方案有 : 12=4 3 12=3 4 12=3 2 2 12=2 3 2 12=2 2 3 考虑原则 : 轴向安装尺寸 : “前多后少 ” 的原则 :如传动副较多的变速组放 在接近电动机，则可使小尺寸的零件多些，大尺 寸的零件就可以少些 . 综合结论 :取 12=3 2 2的方案 . 3. 2 分级变速主传动系统设计 3)结构网或结构式方案的选择 : 在 12=3 2 2中，又因基本组和扩大组排 列顺序不同而有不同的结构式方案。可能 的六种方案 : (a) 12=31 23 26 (b) 12=31 26 23 (c) 12=32 21 26 (d) 12=34 21 22 (e) 12=32 26 21 (f) 12=34 22 21 3. 2 分级变速主传动系统设计 选择结构式最佳方案的原则 : 齿轮传动时传动副的极限传动比 : 最小传动比 iminl/4 ; 最大传动比 imax2。如用斜齿轮传动，则 imax 2.5 所以同时可知 ,变速组的极限变速范围 : 主传动链任一变速组的最大变速范围一般为 810。 m i n m a x m a x i ir 3. 2 分级变速主传动系统设 计 按照这一原则 , 可去掉 (d)和 (f)结构式方案 : (d) 12=34 21 22 (f) 12=34 22 21 其中含有变速组 34, 该组变速范围 : x2=4, p2=3， r2 =4（ 3-1） =1.418=16rmax， 是不可行的。 3. 2 分级变速主传动系统设 计 选择结构式最佳方案的原则 : 基本组和扩大组的排列顺序 :应尽量使扩大 顺序与传动顺序一致。 这样容易保证在可行的多种方案中，选 择到中间传动轴的变速范围最小的方案。 而如果各方案同一传动轴的最高转速相同， 则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小， 传动件的尺寸也就可以小些。 由此 ,在可行的四种方案 (a), (b), (c), (e) 中，选择方案 (a) . 3. 2 分级变速主传动系统设计 4)分配传动比，绘制转速图。 电动机和主轴的转速是已定的，当选定了 结构网或结构式后，就可分配各传动副的 传动比并确定中间轴的转速，再加上定比 传动，就可画出转速图。 中间轴转速的确定 : 中间轴的转速如果能高一些，传动件的尺寸也就 可以小一些。 中间轴如果转速过高，将会引起过大振动、发热 和噪声。 3. 2 分级变速主传动系统设计 绘制转速图 : A、 本例所选定的结构式共有三个变速 组，变速机构共需 4根轴，加上电动机轴 共 5根轴， (电动机到 I轴为定比带传动 )故 转速图需 5条竖线。主轴共 12级转速，电 动机轴转速与主轴最高转速相近，故需 12条横线。然后，标注主轴的各级转速 及电动机轴的转速。 3. 2 分级变速主传动系统设计 B、 “ 前慢后快 ” 的降速分配原则 : 目的：为使传动系统结构紧凑，尺寸小， 在振动、噪声满足要求的前提下，应使传 动件尽量工作在较高转速 (转矩小 )。 这样要求使得多数中间轴转速尽量高点， 在分配降速路线上各传动副的传动比时， 前面的轴降速慢（分配传动比比较小，下 降较缓，转速较高），后面的轴分配传动 比比较大，降速快。 3. 2 分级变速主传动系统设计 C、逐步形成完整的转速图： STEP1：分配最大降速路线上各传动副的传 动比。即 STEP2：根据各变速组的级比、级比指数确 定其他各传动副的传动比 STEP3：检验各传动比，均未超出极限值。 STEP4：补全各连线，就可以得到如图 3-2 ( b)所示的转速图。 3. 2 分级变速主传动系统设计 3.2.5 齿轮齿数的确定 齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要 求。 齿数和 S与模数 m关系： 3. 2 分级变速主传动系统设计 3.2.5 齿轮齿数的确定 1）为减小传动副的径向尺寸，应尽量减小齿数和 ； 2）最少齿数的齿轮受根切限制，以及根圆直径要满 足装到一定直径传动轴上的强度要求，齿数不能太 少 ，一般要求满足： 根切限制要求： Zmin1820； 齿根圆到轴的键槽槽底应有一定的壁厚以保证传 动轴的强度要求，这要求： Zmin1.03D/m+5.6 D-齿轮花键轴外径 ; m-齿轮模数 3. 2 分级变速主传动系统设计 3.2.5 齿轮齿数的确定 一般取齿数和 s70120 ; 对于三联滑移齿轮，当采用标准齿轮 且模数相同时，最大齿轮与次大齿轮的 齿数差应 4，以避免滑移过程中的齿顶 干涉。 3.3无级变速传动链的设计 数控机床的主运动广泛采用无级变速 。 无级变速优势： 在一定范围内，转速 (或速度 )能连续地变 换，从而获取最有利的切削速度。 数控机床一般都采用由直流或调速电动 机作为驱动源的电气无级调速。 3.3无级变速传动链的设计 无级变速主传动链的问题： 调速电动机的功率与转矩特性难于直接 和机床要求的理想的功率和转矩要求完 全匹配。 解决问题： 需要在无级调速电动机之后串联机械分 级变速传动，以满足调速范围和功率、 转矩特性的要求。 3.3无级变速传动链的设计 概念：主传动系统的计算转速 设计机床主传动系统时，为了使传动件工作可 靠、结构紧凑，必须对传动件进行动力计算。 主轴及其他传动件 (如传动轴、齿轮及离合器 等 ) 的结构尺寸主要根据它所传递的转矩大小 决定，即与传递的功率和转速这两个因素有关 . 主轴能传递全功率的最低转速，称为主轴的计 算转速 . 变速传动件应该根据计算转速进行动力计算 . 3.3无级变速传动链的设计 传动链中其余传动件的计算转速，可根据主轴 的计算转速及转速图决定。 传递全功率的最低转速，就是该零件的计算转 速。 3.3无级变速传动链的设计 主轴所传递的功率或转矩特性特点： 通用机床的应用范围广，变速范围大，使用条 件也复杂，主轴实际的转速和传递的功率，也 就是承受的转矩应根据加工工艺需要而经常变 化的。如： 通用车床主轴转速范围的低速段，常用来切削 螺孔或精车等，消耗的功率较少； 在主轴转速的高速段，由于受电动机功率的限 制，背吃刀量和进给量不能太大，传动件所受 的转矩随转速的增加而减少。 3.3无级变速传动链的设计 主轴所传递的功率或转矩与转速之间的关系，称为 机床主轴的功率或转矩特性。 理想的机床的主轴功率转矩特性： 主轴从最高转速 nmax到计算转速 nj间，应能传递运 动源的全部功率。在这个区域内，主轴的最大输出 转矩应随转速的降低而加大，称之为恒功率区；主 轴要求的恒功率变速范围 Rnp =一般为几十。 从 nj以下直到最低转速 n min，这个区域内的各级转 速并不需要传递全部功率。主轴的输出转矩不再随 转速的降低而加大，而是保持 nj时的转矩不变。所 能传递的功率，则随转速的降低而降低。称之为恒 转矩区。 3.3无级变速传动链的设计 变速电动机功率或转矩特性特点： 机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流 变频电动机，在额定转速以上为恒功率变速， 通常电动机的恒功率变速范围 Rdp =23; 额定转速以下为恒转矩变速，调整范围很大， 变速范围可达 30甚至更大。 上述功率和转矩特性一般与前述机床主轴理想 特性不符，不能满足机床的使用要求。 3.3.2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 电动机与机床主轴功率特性匹配问题。 由于主轴要求的恒功率变速范围 Rnp远大 于电动机的恒功率变速范围 Rdp，所以在 电动机与主轴之间要串联一个分级变速 箱，以扩大其恒功率变速范围，满足低 速大功率切削时对电动机的输出功率的 要求。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 在设计分级变速箱时，考虑机床结构复 杂程度，运转平稳性要求等因素，变速 箱公比的选取有下列三种情况。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 情况 :取变速箱的公比 f等于 (=)电动机的恒 功率变速范围 Rdp。 特点：功率特性图是连续的，无缺口和无重合。 设计求解步骤： 变速箱的变速级数为 Z ： 由主轴的恒功率变速范围 可得： 【 例 3-4】 有一数控机床，主轴最高转速为 4000r/min，最低转速为 30r/min，计算转速为 150r/min。最大切削功率为 5. 5kW。采用交流 调频主轴电动机，额定转速为 1500r/min，最 高转速为 4500r/min。设计分级变速箱的传动 系统并选择电动机的功率。 解 :1）主轴要求的恒功率变速范围： Rnp=4000/150=26. 7 2）电动机的恒功率变速范围 Rdp=4500/1500=3 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3）取变速箱的公比 f= Rdp =3，由（ 3- 8）式： 取 Z=3。即：应设计一包含 3级分级变速 的传动系统。 结合前面 3.2节的分级变速传动系统的设 计知识，设计的传动系统和转速图见图 3-8 (a)和 (b),图 (c)为主轴的功率特性。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计 4）电动机功率的确定： 如取总效率 =0.75，则电动机功率： P=5. 5/0. 75=7. 3kW。 可选用北京数控设备厂的 BESK-8型交流主轴 电动机，连续额定输出功率为 7. 5kW。 回顾总结特点： 取 f= Rdp时 ， 整个分段变速范围内，恒功率 特性区是连续的，无缺口和无重合。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计 情况：取变速箱的公比 f大于 ()电动 机的恒功率变速范围 Rdp。 特点 :1)变速所需级数减少 ,简化变速箱结构。 2）变速箱每档变速范围内，有部分低转速只 能恒转矩变速，主传动系统功率特性图中出现 “ 缺口 ” ， 功率输出非全功率。 下面举例求解这种情况下的分级传动系统的设 计问题。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 例 某加工中心，机床主电动机采用交流调速电 动机，连续工作额定功率为 18.5kW, 30min工作 最大输出功率为 22kW。主轴最高转速为 4000r/ min，计算转速为 113r/ min 。交流调速主电动机 额定转速为 1500r/ min，最高转速为 4000r/ min， 现要求有级变速箱的变速级数 Z=2。 解： 1）电动机恒功率变速范围 Rdp =4000/1500=2. 67 2）主轴恒功率变速范围 Rnp =nmax/nj =4000/113=35. 4 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3）变速箱的公比 f计算 ： 已知 Z=2， f Rdp=2.67 结合前面 3.2节的分级变速传动系统的设计知 识，设计的传动系统和转速图见图 3-10和 3-11, 为主轴的功率特性。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 回顾总结特点： 1)变速所需级数减少 ,简化变速箱结构。 2）变速箱每档恒功率变速范围内，有部 分低转速只能恒转矩变速，主传动系统 功率特性图中出现 “ 缺口 ” ， 功率输出 非全功率。上图所示 “ 缺口 ” 处的功率 最低至： 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3)要想实现 变速箱恒功率变速范围内全功率输出 , 不出现功率缺口，需选择提高扩大电机额定功率， 结果将在非缺口处留有功率余量。 4）结论： 通过提高变速箱的公比，来减少变速所需级数 , 可以简化变速箱结构，付出代价是在主传动系统 功率特性图中出现 “ 缺口 ” ， 出现局部变速范围 功率不足的情况；或需要选择留用余量的电机， 出现大牛拉小车的情况。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计 情况：取变速箱公比 f小于 ()电动机 的恒功率变速范围 Rdp： 这种设计适合于需要维持恒线速切削场 合，如数控车床切削阶梯轴或端面。随 着工件直径的变化，主轴转速也要随之 而自动变化，才能实现恒线速切削。这 时不能用变速箱变速，必须用电动机变 速。因为用变速箱变速时必须停车，这 在连续切削时是不允许的。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 解决办法： 可采用增加变速箱的变速级数 Z，降 低公比 f的方法解决。 特点： 在主传动系统功率特性图上有小段 重合，这时变速箱的变速级数将增多， 使结构变得复杂。 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 【 例 3-5】 某数控机床，主轴最高转速为 4000r/ min， 最低转速为 40r/min，计算转速为 160r/ min。采用 交流调频电动机，最高转速为 4500r/min，额定转 速为 1500r/ min，设计 Z=4的分级变速箱的主传动 系统。 解： 1）主轴要求的恒功率变速范围为： 2）电动机可达到的恒功率变速范围为 ： 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 3）公比 f的 求解： 如取齿轮变速级数 Z=4，则从式 (3-7)有： 故 ： f= 2.03 取 f=2 分级变速箱的转速图和功率特性图 如图 3-12所示 ： 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性匹配设计 a-b段 (4000-1330)：变速比 1:1.251:11:1 e-f段 (1000-335): 变速比 1:1.251:11:4 c-d段 (2000-667): 变速比 1:1.251:21:1 3.3.2驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计 目前，带调速电动机的分离传动变速箱 已形成独立的功能部件。变速箱的输人 轴与电动机直接联接或带传动联接，输 出轴可通过带传动主轴。 变速箱有不同的公比、级数 (通常为 2级、 3级、 4级 )和功率，形成系列，并包括操 纵机构和润滑系统，由专门工厂制造。 机床厂可以外购。 3.4 现代数控机床主传动系统 3.4.1 高速主传动设计 提高主传动系统中主轴转速是提高切削 速度最直接、最有效的方法。 达到高的主轴转速 ,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，振动和噪声要小。 3.4 现代数控机床主传动系统 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 : 一种是采用联轴器将机床主轴和电动机 轴串接成一体，减少中间传动环节 ; 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，并通过循环水冷却方式减少 发热。 3.4.1 高速主传动设计 电主轴图例 3. 4. 2柔性化、复合化设计 单机柔性化 单元柔性化 系统 柔性化 功能单一化 多元化、复合化 (工序复 合化和功能复合化 ) 机床进一步高速化、高效化和高精度化 应用运动并联的原理 虚拟轴机床 (V ir-tual aixs machine)设计。 3.5 主传动系统结构设计 1设计内容 : 机床主传动部件的结构设计 ,是将传 动方案 “ 结构化 ” ，主要内容包括 : 主轴组件设计，操纵机构设计、传动 轴组件设计，其他机构 (如开停、制动及 换向机构等 )设计，润滑与密封装置设计、 箱体及其他零件设计等。 3.5 主传动系统结构设计 2图纸要求 : 主轴变速箱部件装配图设计内容包括展开图、横向 剖视图、外观图及其他必要的局部视图等。 绘制部件的主要结构装配草图，需要检查各元件是 否相碰或干涉，再根据动力计算的结果修改结构， 然后细化、完善装配草图，并按制图标准进行加深， 最后进行尺寸、配合及零件标注等。 从主轴变速箱部件装配图分拆、绘制零件工作图及 编制零件明细表 3.5.1 变速机构设计 机床的主运动分级变速机构 类型： 1)交换齿轮变速机构 特点：变速机构的变速简单，结构紧凑， 主要用于大批量生产的自动或半自动机 床、专用机床及组合机床中，不需要经 常变速的场合 ； 3.5.1 变速机构设计 2)滑移齿轮变速机构 特点： （ 1）变速范围大，变速级数较多，变速方便，节省 时间 ； （ 2）在较大的变速范围内可传递较大功率和转矩； （ 3）不工作的齿轮不啮合，因而空载功率损失小 ； （ 4）变速箱的构造较复杂，不能在运转中变速。 （ 5）多用直齿圆柱齿轮传动，故传动平稳性不如斜 齿轮传动 3.5.1 变速机构设计 3)离合器变速传动机构 特点： （ 1）变速机构为斜齿或人字齿圆柱齿轮时，不 便于采用滑移齿轮变速，应采用牙嵌式或齿轮式 离合器变速 ； （ 2）摩擦片式离合器特点是可在运转过程中变 速，接合平稳，冲击小，便于实现自动化。采用 摩擦离合器变速时，为减小离合器的尺寸，应尽 可能将离合器安排在转速较高的传动轴上，而且 要防止出现超速现象。 3.5.1 变速机构设计 超速现象： 内外摩擦片之间的相对转速过高，不仅 为离合器正常工作所不允许，而且会使 空载功率显著增加，齿轮传动的噪声加 大，磨损加剧。 3.5.1 变速机构设计 举例 1： 离合器都安装在主动轴上。在 M1接通， M2断开的情况下，轴 I上的小齿轮 Z24就会出现 超速现象 ：离合器 M2的内外摩擦片之间的相对 转速为轴 I的 7倍 。 3.5.1 变速机构设计 举例 2：把两个离合 器分别装在两个轴上， 若使离合器外片与小 齿轮一起转动 图 3- 15 (d)，则同样也 会出现超速现象 。 3.5.1 变速机构设计 不出现超速现象的 摩擦离合器 排列 方式： 例 1：离合器都安 装在从动轴上 ： 3.5.1 变速机构设计 不出现超速现象的摩擦离 合器 排列方式： 例 2：把两个离合器分别 装在两个轴上，若使离合 器外片与大齿轮一起转动 图 3-15 (c)，则不会出 现超速现象 。 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 设计要点： 1)在变速传动组内，尽量以较小的齿轮 为滑移齿轮，以使得操纵省力。 2)在同一个变速组内，与滑移齿轮相啮 合的固定齿轮的间距，应大于滑移齿轮 的宽度。 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 3)缩短轴向尺寸，可采取 下列措施： 把三联齿轮一分为二，能使 轴向长度少一个 b，但使操纵 机构复杂了，两个滑移齿轮 的操纵机构之间要互锁，以 防止两对齿轮同时啮合 : 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 把两个相邻传动组统一安排 ,减少轴向长度 : 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 4)要缩小变速箱的径向尺寸，可采取下 列措施 : 缩小轴间距离。 在强度允许的条件下，尽量选用较小的 齿数和，并使齿轮的降速传动比小于 1/4， 以避免采用过大的齿轮 ; 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 采用轴线相互重合方式。 在相邻变速组的轴间距离相等的情况下，可将其 中两根轴布置在同一轴线上，则可大大缩小径 向尺寸，如图 3-20中，轴 I、 III两轴线重合 ; 3. 5. 2 齿轮在轴上的布置方式 相邻各轴在横剖面图上布置成三角形， 可以缩小径向尺寸 ; 在一个传动组内，若取最大传动比等 于最小传动比的倒数，则传动件所占的 径向空间将是最小的。 3.5.3 主传动的开停、制动装置 l）主传动的开停装置 开停装置是用来控制主轴的启动与停止的 机构。 当电动机功率较小时，可直接开停电动机 。 电动机的功率较大时，可以采用离合器实现主 轴的启动和停止。 片式摩擦离合器可用于高速运转的离合，离合 过程比较平稳，并能兼起过载保护作用。 3.5.3 主传动的开停、制动装置 2）主传动的 制动装置 闸带式制动器 采用闸带式制动 装置，操纵机构 通过操纵杠杆作 用于闸带的松边， 使操纵力小且制 动平稳。 3.5.3 主传动的开停、制动装置 片式制动器 片式制动器有单 片式和多片式结 构，可采用机械、 液压或电磁等加 力方式压紧摩擦 片。 3.5.4立式加工中心主轴箱的构造 3.5.5 数控车床主轴箱构造 3.5.5 数控车床主轴箱构造