【正文】 運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 主軸要求的恒功率變速范圍 遠(yuǎn)大于調(diào)速電動(dòng)機(jī) 的恒功率變速范圍 ，必須串聯(lián)分級(jí)變速系統(tǒng)來擴(kuò) 大電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，以滿足機(jī)床需求。 PnRmR 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的最高轉(zhuǎn)速。主軸的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍 則決定了電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩變速范圍 的大小 ， 。 TR TmR 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓缸控制滑移齒輪自動(dòng)變速。 靠電磁換向閥控制齒輪滑移方向，為使滑移齒輪定 位精確，使液壓缸結(jié)構(gòu)及控制程序簡單，串聯(lián)的滑 移齒輪變速組都是雙速變速組（ 所有變速組都具 有兩對(duì)傳動(dòng)副 ），即采用雙作用液壓缸控制雙聯(lián) 滑移齒輪的方案。 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍為 ，在保證輸出 轉(zhuǎn)速連續(xù)前提下，串聯(lián)一個(gè)雙速變速組，獲得的最 大變速范圍為 ，此時(shí) : m?2m? 2??aPZZFm ?? ?2mF ?? ?串聯(lián)兩個(gè)雙速變速組后，能得到的連續(xù)無級(jí)轉(zhuǎn)速的最大變速范圍是 ，這時(shí) : 4m? 4??ba PPZZFm ?? ?4 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 調(diào)速電動(dòng)機(jī)串聯(lián)級(jí)雙速變速組后，能獲得的最大變速 范圍是： ZFPnR ??kZ 2? mF ?? ?串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的公比等于電動(dòng)機(jī)恒功率 變速范圍時(shí)，輸出的無級(jí)轉(zhuǎn)速的變速范圍最大。 換言之，變速范圍一定，當(dāng)分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的公 比 時(shí)，需串聯(lián)的變速組數(shù)最少。 mF ?? ? 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 mPnRZ?lglgmi n ? 2lglg mi nmi nZk ? 為自然數(shù)，且采用收尾法圓整，即： k 21 m in ?Z? 2?Z?。? 42 m in ?Z? 4?Z?。? 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的公比一般比電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范 圍小，分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的 實(shí)際公比 為 : 111 ??? ??? zmPnZPmPnZpFFRRRR?? 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速 分級(jí)傳動(dòng)的最小傳動(dòng)比應(yīng)采用 前緩后急 的原則；擴(kuò) 大順序應(yīng)采用 前密后疏 的原則 ；串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系 統(tǒng)應(yīng)遵循極限傳動(dòng)比、極限變速范圍的原則。 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速實(shí)例 例 26 某數(shù)控機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)由變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng) 機(jī)連續(xù)功率 ，額定轉(zhuǎn)速 ，最 高、最低轉(zhuǎn)速 ， 機(jī)床主軸最高、最低轉(zhuǎn)速 ： ， ，計(jì)算轉(zhuǎn)速： 。 設(shè)計(jì)所串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)。 m in/15000 rn ? m in/4500max0 rn ? m in/6m in0 rn ? m in/3550max rn ? m in/ in rn ? m in/150 rn j ? 解：①主軸要求的恒功率變速范圍 150355 0 ???PnR②電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍是 3，即 3?? mPmR ?③該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、變速組數(shù) 3lg24lglglgmi n ???mPnRZ? 2lgmi n ??k 取 ： 2?k 4?Z④分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際公比為 2324141 ??? ??ZmPnF RR?⑤結(jié)構(gòu)式為 21224 ?? ⑥分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比 3 n 21101150 0150 ???i根據(jù)前緩后急的原則分配最小傳動(dòng)比： 11 ?bi 211ai 10 ?i⑦其它傳動(dòng)副的傳動(dòng)比 122112 ???? Faa ii ? 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速實(shí)例 1 2212 ???? Fbb ii ?⑧調(diào)速電動(dòng)機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速 m in/375m in/ in rrn m ???⑨電動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率 kWkWnnPP mmm 0mi nmi n ????? 旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的無級(jí)變速實(shí)例 增大恒功率無級(jí)變速范圍 五、增大恒功率無級(jí)變速范圍的方法 如果要求每段轉(zhuǎn)速的無級(jí)變速范圍 ，應(yīng)增 大電動(dòng)機(jī)的功率，增大的比率為 ，即 將電動(dòng)機(jī)的功率擴(kuò)大 倍，傳遞功率 的最低轉(zhuǎn) 速為 ，從而使電動(dòng)機(jī)傳遞功率為 的轉(zhuǎn) 速范圍變?yōu)? 。 mFjR ?? mFj /Rk ???mPFjmm Rk ???? ?? 增大恒功率無級(jí)變速范圍 從另一角度考慮，電動(dòng)機(jī)傳遞功率 的最低轉(zhuǎn)速 （額定轉(zhuǎn)速）仍為 ，主軸傳遞電動(dòng)機(jī)額定功率的 最低轉(zhuǎn)速（計(jì)算轉(zhuǎn)速）則為 ， 對(duì)于增加功 率后的電動(dòng)機(jī)來講，提高了主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速， 這樣在 某種程度上，簡化了無級(jí)變速中串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)。 mP?0n jj nkn ??? 增大恒功率無級(jí)變速范圍 上述機(jī)床，若要求主軸每段的恒功率無級(jí)轉(zhuǎn)速范圍 ，確 ，確定其分級(jí)變速系統(tǒng) 。 4?FjR解：①主軸要求的恒功率變速范圍 24； ②電動(dòng)機(jī)功率為 kWkWP m 103 ????電動(dòng)機(jī)傳遞 min/112 5min/43150 00 rrn ??? 增大恒功率無級(jí)變速范圍 ③至少需串聯(lián)的雙速變速組數(shù)和傳動(dòng)副數(shù)為 4lg24lgm in ??Z mi nk2?k 4?Z④分級(jí)傳動(dòng)的 實(shí)際公比為 424 314 ??? ?F?⑤結(jié)構(gòu)式為 21224 ?? 增大恒功率無級(jí)變速范圍 ⑥分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比 1112 5150mi n ??i根據(jù)前緩后急的原則，取 11 ?bi 211ai 10 ?i⑦其它傳動(dòng)副的傳動(dòng)比 2112 ???? Faa ii ? 增大恒功率無級(jí)變速范圍 1 2212 ???? Fbb ii ?⑧調(diào)速電動(dòng)機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速 m in/281m in/ in rrn m ???⑨電動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率 kWkWnnPP mmm 51210mi nmi n ?????⑩主軸傳遞電動(dòng)機(jī)額定功率（ 10kW）的最低轉(zhuǎn)速為 min/200min/150 0 rrj ??? 增大恒功率無級(jí)變速范圍 增大恒功率無級(jí)變速范圍 普通電動(dòng)機(jī) 無級(jí)變速 六、無級(jí)變速拓展 恒功率變速范圍 。 最低轉(zhuǎn)速可達(dá) 6r/min。 雙速電動(dòng)機(jī) 無級(jí)變速 低速 工作時(shí)，額定轉(zhuǎn)速為 n,產(chǎn)生的功率約為 P，最高轉(zhuǎn)速 。 高速 工作時(shí)，額定轉(zhuǎn)速為 2n，最高轉(zhuǎn)速為 3n，高速時(shí)產(chǎn)生的功率約為 ，電動(dòng)機(jī)在高速狀態(tài)下以 2n/，產(chǎn)生的功率為 。因而，可認(rèn)為傳遞功率為 P轉(zhuǎn)速范圍為 3。 雙速電動(dòng)機(jī)可得到恒功率變速范圍為 3。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、進(jìn)給傳動(dòng)的載荷特點(diǎn) 進(jìn)給傳動(dòng)用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。機(jī) 床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大多數(shù)為 直線運(yùn)動(dòng) 。直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的 載荷是切削力，與切削面積成正比。根據(jù)工藝規(guī)程， 不同的機(jī)床，有其相應(yīng)的最大切削面積，對(duì)應(yīng)有最大 切削力，最大切削力可能出現(xiàn)于任何進(jìn)給速度中。因 此，直線運(yùn)動(dòng)是恒扭矩載荷，傳動(dòng)件的 計(jì)算轉(zhuǎn)速（ 速度） 是該傳動(dòng)件的 最大轉(zhuǎn)速（或速度） 。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、進(jìn)給傳動(dòng)的分類及組成 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分為 外聯(lián)系進(jìn)給鏈和內(nèi)聯(lián) 系進(jìn)給鏈； 進(jìn)給鏈按控制方式及變速形式分為普 通機(jī)床 分級(jí)變速進(jìn)給鏈 和數(shù)控機(jī)床 無級(jí)變速進(jìn) 給鏈 。 外聯(lián)系進(jìn)給傳動(dòng)鏈，一般包括變速機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)（如換向惰輪）、運(yùn)動(dòng)分配機(jī)構(gòu)、過載保護(hù)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換（將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)）機(jī)構(gòu)（齒輪齒條副、絲杠螺母副等）。 內(nèi)聯(lián)系進(jìn)給傳動(dòng)鏈只包括傳動(dòng)比準(zhǔn)確的變速機(jī)構(gòu)。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三、進(jìn)給傳動(dòng)的基本要求 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足一下要求： 。 ；抗振性能好；噪聲低；有 良好的防爬行性能；切削穩(wěn)定性好。進(jìn)給系統(tǒng)有較高 的傳動(dòng)精度和定位精度。 ，有足夠的變速范圍。 ，制造工藝性好，調(diào)整維修方便，操縱輕 便靈活。 ，有較好的經(jīng)濟(jì)性。 四、分級(jí)進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)的原則 對(duì)于等差數(shù)列進(jìn)給傳動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)以滿足工藝需求 為目的； 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 隨機(jī)數(shù)列進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，如齒輪加工機(jī)床的分齒 運(yùn)動(dòng)鏈、車床的非標(biāo)準(zhǔn)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)鏈等，采用交 換掛輪機(jī)構(gòu)。 等比進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)遵循以下原則 ： ⒈進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的 極限傳動(dòng)比、極限變速范圍 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5/1mi n ?i x ?i ???R 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ⒉進(jìn)給傳動(dòng)擴(kuò)大順序的原則、最小傳動(dòng)比原則 轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)比成反比，降速傳動(dòng)，傳動(dòng)比小于 1， 輸出轉(zhuǎn)矩增加。由于進(jìn)給系統(tǒng)是恒轉(zhuǎn)矩變速，末端旋 轉(zhuǎn)傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)矩一定，為減小進(jìn)給傳動(dòng)中間傳動(dòng)軸及 其傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)尺寸，一般情況下擴(kuò)大順序應(yīng)采用 前 疏后密 的原則；最小傳動(dòng)比應(yīng)盡量采用 前急后緩 的 原則，以提高進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度 。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 五、無級(jí)變速進(jìn)給系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的無級(jí)變速系統(tǒng)，普通機(jī)床多采用 液壓無級(jí)調(diào)速 ；數(shù)控機(jī)床一般采用 伺服電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào) 速 。 伺服電動(dòng)機(jī)分為直流伺服和交流伺服兩類。 直流伺服電動(dòng)機(jī)主要由小慣量直流電動(dòng)機(jī)和大 慣量直流電動(dòng)機(jī)。 伺服電動(dòng)機(jī)組成的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，按有無 檢測和反饋裝置分為開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 按照檢測和反饋裝置的位置不同閉環(huán)伺服系統(tǒng) 分為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)（習(xí)慣上仍稱為閉環(huán)伺服 系統(tǒng)）、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作臺(tái)圖21 4 開 環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)沒有反 饋裝置，數(shù)控裝置發(fā) 出的脈沖，經(jīng)環(huán)形分 配器，功率放大器， 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)， 運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪、滾珠絲杠螺母副，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。開 環(huán)系統(tǒng)適用于精度要求不高的數(shù)控機(jī)床中。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 閉環(huán)系統(tǒng) 它是將檢測裝置安裝在工作臺(tái)等執(zhí)行件上的伺服系 統(tǒng)。檢測裝置將工作臺(tái)等執(zhí)行件的實(shí)際位移量反饋給 數(shù)控裝置，與控制量相比較，比較結(jié)果對(duì)伺服電動(dòng)機(jī) 進(jìn)行控制、或?qū)λ欧妱?dòng)機(jī)的指令進(jìn)行修正補(bǔ)償，能 完全消除工作臺(tái)等執(zhí)行件的移動(dòng)誤差。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 半閉環(huán)系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)是檢測裝置不安裝在工作臺(tái)等執(zhí)行件上的 伺服系統(tǒng)。檢測裝置安裝在進(jìn)給傳動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)部件上， 補(bǔ)償環(huán)是伺服系統(tǒng)的一部分，不能檢測工作臺(tái)等執(zhí)行 件的運(yùn)動(dòng)誤差，所以半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比開環(huán)伺服系 統(tǒng)高，低于閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工作臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)反饋裝置接數(shù)控裝置圖21 5 半閉環(huán) 伺服系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工作臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)反饋裝置接數(shù)控裝置圖21 6 半閉環(huán)系統(tǒng)原理圖（二） 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 六、直線伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 直線電動(dòng)機(jī)是直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能 的電力驅(qū)動(dòng)裝置，是適應(yīng)高速加工或微量進(jìn)給精加 工技術(shù)發(fā)展的需要而出現(xiàn)的新型電動(dòng)機(jī)；可直接驅(qū) 動(dòng)工作臺(tái)或刀架直線運(yùn)動(dòng)。 直線伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)相 似，可看為旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)沿徑向剖開，向兩邊拉 伸展平后形成的。 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的定子演變?yōu)橹本€伺服電動(dòng)機(jī)的初級(jí)， 轉(zhuǎn)子演變成次級(jí)。旋轉(zhuǎn)磁場變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)磁場。 直線伺服電動(dòng)機(jī)為獲得較大的驅(qū)動(dòng)力，在寬度方 向上采用雙初級(jí)、雙次級(jí)的對(duì)