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弹性元件是指两等效圆盘之间的轴段,它对系统的影响在于本身的扭转刚度。 而轴段的转动惯量可以叠加到刚性圆盘上,按式(2)计算轴的扭转刚度:
铳床是在一般机床的基础上发展起来的,其传动系统的核心环节是主传动系 统。铳床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分所组成。传动系统 的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件, 而且要保证传递过程中具有良 好的动态特性。传动系统在工作过程中,经常受到激振力和激振力矩的作用, 使 传动系统的轴组件产生弯曲振动和扭转振动,影响了机床的工作性能。随着机床 切削速度的提高和自动化方向的发展,传动系统的结构组成越来越简单。
机床的运动, 是由机械和液压联合传动的。 液压传动具有运动平稳, 无级调 速方便, 易自动化及换向可能较平稳等优点, 所以在磨床的工作台驱动、 横向快 退及切入进给等方面应用较为广泛。1432A型机床中,除了工作台的纵向往复运 动,砂轮的快速进退和周期自动切入进给,尾架顶尖套筒的缩回是液压传动外, 其余的都是由机械运动。
根据以上建立的数学模型,求解固有频率,振幅和势能分布率以及模态柔度, 运算得到传动系统的扭转固有频率,势能分布率和模态柔度等。
各阶频率对应的模态柔度处于一个数量级别下,在静态柔度一定的情况下, 弹性元件和惯性元件各阶模态柔度处于平衡状态,说明传动系统的质量和刚度得 到了合理的匹配。
另外,根据模态柔度和能量平稀奇原理的动态优化设计方法,阻尼的分配也 是其中很重要的一个部分。由于组尼一般都很小,因此,对于机械结构在其第 阶固有频率附近振动时, 若各阶模态的耦合不紧密, 上式也可用于多自由度的振 动系统。从而,阻尼分配的原则是:要增大第r阶模态的对数缩减,最有效的途 径是增大第r阶模态的弹性能分布率较大的子结构的阻尼,而不是等同的增大所 有子结构的阻尼。在传动系统的动态优化设计中, 由于阻尼的复杂性, 这里只是 指出阻尼分配的原则,而没有对阻尼的分配进行进一步的讨论。
•变速度组的滑移齿轮一般布置在主轴上, 为了尽最大可能避免同一滑移齿轮变速组内 两对齿轮同时啮合, 两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的总宽度, 即留有一定 的间隙(1-2mm),如无特殊情况,应尽量缩小齿轮轴向排列尺寸。滑移齿轮的 轴向位置排列通常有窄式和宽式两种,一般窄式排列轴向长度较小; •为了减小变速箱的尺寸, 既需缩短轴向尺寸, 又要缩短径向尺寸, 它们之间往 往是相互联系的,应该根据详细情况考虑全局,恰当地解决齿轮布置问题; •在强度允许的条件下,尽量选取较小的齿数和使齿轮的降速传动比大于1/4。 这样,既缩小了本变速组轴间距离,又不妨碍其它变速组的轴间距离。
根据传递矩阵法建模的理论,将轴上的齿轮作为只有惯性而无弹性的惯性元 件,转换到轴的两端;将各轴段的转动惯量叠加到轴的两惯性元件上(一般可平
均分配),而轴的扭转刚度转换成一个弹性轴的扭转刚度;将各轴上的两弹性轴 段和刚性圆盘,转换到同一轴线上,构成单一轴线的当量圆盘系统的扭转动力学 模型;各齿轮啮合处的弹性变形很小, 啮合处的弹性元件能忽略,所以相啮合 的一对齿轮可以合并成一个惯性元件; 最后,根据真实的情况,将以上参数转化到 输出轴上;不计电机对传动系统的影响,建立动力学模型如图2所示,图中,1,
开停装置是用来控制主轴的启动与停止的机构, 开停方式有直接开、 停电动 机和离合器开、 停两种。 当电动机功率较少时, 可直接开停电动机, 当电动机功 率较大时,可以用离合器实现主轴的启动和停止。
在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时,常希望机床主运 动执行件尽量快速停止运动。 所以主传动系统一定得安装制动装置, 一般可采用电 机反接制动,闸带制动,闸瓦制动。
•滑移齿轮变速机构 这种变速机构大范围的应用于通用机床和一部分专用机床中; •离合器变速运动 在离合器变速机构中应用较多的有牙嵌式离合器,齿轮式离 合器和摩擦片式离合器。
由以上布局之后进行参数转换,即根据传动系统传递矩阵建模理论,将轴的 转动惯量和扭转刚度转换到输出轴3上,在得到系统的动力学模型的各个参数 之后,则可以建立传动系统的数学模型。需要修改的是元件3的刚度和元件6的质量,即提高元件3的刚度,减小元件6的质量。从建模的过程可知,元件3是中间轴,元件6是一对啮合的齿轮和输出轴的惯量的分配。影响传动轴刚 度的的因素主要是轴本身的刚度,轴承的刚度以及轴承之间的跨距,与轴的材料 的关系不大。因此,为提高中间轴的刚度,要从增加中间轴的直径、增加轴承的 刚度以及减小轴承跨距人手。影响质量的因素是在材料一定时,与体积有关系。 减小质量,就要减小轴的质量和齿轮的质量,如将轴的长度缩短,直径减小,改 变齿轮轮毂结构等等。
惯性元件是指各轴及轴上的旋转质量, 如齿轮、皮带轮、卡盘及轴上直径较 大的凸缘等盘类零件.当传动系统发生扭转振动时,它们对系统的动力学作用主 要反映在他们的转动惯量方面,所以称为惯性元件•一根轴上的惯性元件 可以 这样处理:
将这些质量(包括轴本身的质量)集中到轴的两端,形成两个等效圆盘,忽其 扭转变形,将其假设为刚性圆盘•其转动惯量为:
传动系统在工作中主要是扭转振动,用传递矩阵法建立传动系统的集中质量 模型,是通过将轴上的零件, 转化为惯性元件, 而将轴转化为弹性元件和惯性元 件的组合, 并将各轴转化的惯性元件, 平均分配到各个轴的两端, 最后,将惯性 元件和弹性元件一同转化到输出轴上, 建立传动系统扭转传递矩阵模型, 来分析 其扭转振动。 与有限元模型相比较, 在满足工程需要的同时, 能够养活对计算机 容量的需求。 运有模态柔度和能量平稀奇原理, 通过对传动系统模态柔度和能量 分布率的计算结果的分析, 表明了动态优化设计的目标和变量, 找出需要修改的 结构部位和参数。 通过高速主轴的跨距, 悬伸量, 内外直径和主轴长度, 改变惯 性元件和弹性元件的参数,达到对整个传动系统来进行动态设计的目标。
铳床的主传动系统的布局可分成集中传动和分离传动两种类型。主传动系统 的全部变速结构和主轴组件集中装在同一个箱体内,称为集中传动布局;传动件
和主轴组件分别装在两个箱体内,中间采用带或链传动,称为分离传动布局。集 中传动式布局的机床结构紧密相连, 便于实现集中操控,且只用一个箱体,但传动结 构运转中的振动和热变形。 当采用轮传动时, 皮带将高速直接传给主轴, 运转平 稳,加工质量好,低速时经轮机构传动,转矩大,适应粗加工要求。
传动系统作为实现铣床生产功能的最主要的部分, 它的主传动系统主要由动 力源(电机),传动链或者是传动轮,主轴及主轴组件,各级轴和轴承等结构组 成。具体传动零件和结构如下图所示:
基于建立传动系统的模型,是将各轴上的齿轮,卡盘及轴等先计算其转动惯量, 再平均分配到轴的两端,中间用弹性元件连接,弹性元件的扭转刚度等价于原轴 的扭转Biblioteka Baidu度。


