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1、 CA6140車床主軸及變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，老式C6140車床已經(jīng)逐漸的淡出市場(chǎng)，效率低，耗能多已經(jīng)不符合當(dāng)代的發(fā)展要求；隨著科技的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)改造后的CA6140車床現(xiàn)階段已經(jīng)得到普及和認(rèn)可，CA6140車床具有生產(chǎn)效率高、節(jié)能、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)CA6140車床主軸及變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以電力為動(dòng)力源，采用電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)帶帶動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪嚙合變速來(lái)進(jìn)行工作。本次設(shè)計(jì)是參照了沈陽(yáng)機(jī)床廠C6140車床的設(shè)計(jì)思路和原理。與其不同的是CA6140的效率有所提高，造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)適用是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：CA6140；車床；主軸；變速；設(shè)計(jì)

2、 CA6140 Lathe Spindle And Gear Mechanism Design Abstract With the development of our national economy, the old C6140lathe has gradually aging, efficiency is low, energy consumption is not in line with the contemporary development; with the progress of science

3、 and technology, the improved CA6140 lathe stage has gained popularity and recognition, CA6140 lathe has the advantages of high production efficiency, energy saving, low cost. This design is mainly on the CA6140 lathe spindle and gear mechanism design, to electric power as power source, the motor an

4、d the driving belt drives the main shaft through gear meshing movement, speed of work. This design is the reference to the Shenyang machine tool plant C6140lathe design thought and principle. Unlike the CA6140efficiency improvement, low cost, economy is applicable for the design of the main features

5、. Key words: CA6140；Lathe；Spindle；Variable speed；Design 目 錄 摘要 Abstract 1 緒論 1 1.1 金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 1 1.2 車床設(shè)備簡(jiǎn)介 1 1.2.1 普通車床相關(guān)介紹 2 1.2.2 CA6140車床基本概況 3 1.3 本設(shè)計(jì)的主要目的 3 1.4 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3 2 CA6140車床總體方案設(shè)計(jì) 4 2.1 車床的主要技術(shù)參數(shù) 4 2.2 車床結(jié)構(gòu)的布局 5 2.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 5 2.3.1

6、 確定變速組的傳動(dòng)副數(shù)目 5 2.3.2 確定變速組擴(kuò)大順序 6 2.4 轉(zhuǎn)速圖 6 2.5 確定齒輪齒數(shù) 7 2.6 確定帶輪直徑 7 2.7 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 7 2.8 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 8 3 車床主要結(jié)構(gòu)計(jì)算 8 3.1 確定傳動(dòng)件極端轉(zhuǎn)速 8 3.2 確定主軸支撐軸頸尺寸 9 3.3 傳動(dòng)軸直徑 9 3.4 傳動(dòng)齒輪的模數(shù) 9 3.5 普通V帶的選擇與計(jì)算 10 4 CA6140車床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 4.1 帶輪的設(shè)計(jì) 11 4.2 主軸換向與制動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11 4.3 齒輪塊設(shè)計(jì) 11 4.4 軸承的選擇 12 4.5 主軸組件 12 4.6 操縱

7、機(jī)構(gòu) 12 4.7 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 4.8 密封裝置設(shè)計(jì) 12 4.9 主軸箱箱體設(shè)計(jì) 13 5 傳動(dòng)件的驗(yàn)算 14 5.1 受力分析 14 5.2 計(jì)算撓度、傾角 14 5.3 驗(yàn)算花鍵側(cè)擠壓應(yīng)力 16 5.4 驗(yàn)算齒輪模數(shù) 17 5.5 滾動(dòng)軸承驗(yàn)算 17 6 結(jié)論 20 參考文獻(xiàn) 致謝 CA6140車床主軸及變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 金屬切削機(jī)床是一種用切削方法加工金屬零件的工作機(jī)械。它是制造機(jī)器的機(jī)器，因此又稱工作工具

8、機(jī)或者母機(jī)，我們習(xí)慣上簡(jiǎn)稱其為機(jī)床。在我國(guó)的每個(gè)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門、國(guó)防生產(chǎn)和科研單位中，使用和制造著各種各樣的機(jī)器、儀表和工具。有很多種類機(jī)器，但從根本上來(lái)說(shuō)任何一部龐大復(fù)雜的機(jī)器都是由盤類、軸類、箱體類、齒輪類、機(jī)架類等零件組成的，而機(jī)床加工了大多數(shù)這部分零件。在一般機(jī)械制造廠的技術(shù)裝備中，機(jī)床約占設(shè)備總量的60％～80％，在這之中包括鍛壓機(jī)床、金屬切削機(jī)床和木工機(jī)床等。 在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中也有很多種方法加工零件，比如鍛造、焊接、鑄造、切削加工和各種特種加工等，但切削是加工具有一定形狀的金屬毛坯、表面質(zhì)量和尺寸的零件的主要加工方法，尤其是在加工精密零件時(shí)，目前主要依靠切削加工來(lái)達(dá)到

9、所需的加工精度和表面質(zhì)量的要求。所以，加工機(jī)器零件的主要設(shè)備是金屬切削機(jī)床，它的工作量在一般的機(jī)械制造廠中可以占機(jī)器制造總量的40％～60％。所以，機(jī)床的技術(shù)水平金和機(jī)器制造工業(yè)中的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率息息相關(guān)。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，而機(jī)床工業(yè)則是機(jī)械制造工業(yè)的重要組成部分，是為機(jī)械制造工業(yè)提供先進(jìn)加工技術(shù)和現(xiàn)代化技術(shù)裝備的“工作母機(jī)”工業(yè)。一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平是衡量這個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)水平和工業(yè)生產(chǎn)能力的重要標(biāo)志之一。因此，機(jī)床工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的地位，機(jī)床的工作母機(jī)屬性決定了它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門之間的關(guān)系。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供

10、先進(jìn)的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的工藝裝備，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、石油化工、礦山冶金、電子、科研、兵器和航空等產(chǎn)業(yè)提供各種機(jī)器、儀器和工具，從而促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的牛產(chǎn)能力和工藝水平的提高。非常明顯，機(jī)床工業(yè)的發(fā)展情況好壞對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步均起著非常重要的作用。機(jī)床工業(yè)的發(fā)展都會(huì)直接或間接地影響我國(guó)正在重點(diǎn)發(fā)展的能源、文通、通信、原材料、環(huán)保和航空航天等工業(yè)的現(xiàn)代化技術(shù)水平。 1.2、機(jī)床設(shè)備簡(jiǎn)介 機(jī)床是可以制造機(jī)器的機(jī)器，它也可以制造機(jī)床它自己本身的機(jī)器，這是機(jī)床和其他機(jī)器主要特點(diǎn)的區(qū)別，金屬切削機(jī)床是它的全稱，也可以稱它為工作母機(jī)或工具機(jī)。 機(jī)床對(duì)金屬或其他材料的坯料和

11、工件進(jìn)行加工，使它可以獲得一定的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的零件或機(jī)器。機(jī)械產(chǎn)品中的零件一般都是用金屬切屑機(jī)床加工出來(lái)的。它是機(jī)械工業(yè)的基本生產(chǎn)設(shè)備，它的品種、質(zhì)量和加工效率直接影響著其他機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)技術(shù)水平。因此，一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志之一是機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，以及所擁有的機(jī)床數(shù)量和質(zhì)量。 機(jī)床最早的雛形是在公元2000多年出現(xiàn)的樹木車床。工作時(shí)，用腳腳踏繩索下端的套圈作為動(dòng)力源，利用樹枝的彈性使工件由繩索帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于傳送裝置，刀具為手拿石片或貝殼等，沿板條移動(dòng)工具切削工件。在中世紀(jì)出現(xiàn)的彈性桿棒車床運(yùn)用的也是應(yīng)用這一原理。因?yàn)橹圃扃姳砗臀淦鞯男?/p>

12、要，在15世紀(jì)出現(xiàn)了鐘表匠用的齒輪加工機(jī)床和螺紋車床，以及炮筒鏜床，它是由水力驅(qū)動(dòng)的。1500年左右，意大利人列奧納多達(dá)芬奇曾繪制過(guò)車床、鏜床、螺紋加工機(jī)床和內(nèi)圓磨床的構(gòu)想草圖，其中已有曲柄、飛輪、頂尖和軸承等新機(jī)構(gòu)。中國(guó)明朝出版的《天工開(kāi)物》中載有磨床的結(jié)構(gòu)，使鐵盤旋轉(zhuǎn)的方法是用腳踏，加上水和沙子剖切玉石。 18世紀(jì)的工業(yè)革命推動(dòng)了機(jī)床的發(fā)展。1774年，英國(guó)人威爾金森發(fā)明較精密的炮筒鏜床，其中為了鏜制更大的汽缸，于1776年又制造了一臺(tái)水輪驅(qū)動(dòng)的汽缸鏜床，使蒸汽機(jī)得到了發(fā)展。從此，機(jī)床開(kāi)始用蒸汽機(jī)通過(guò)天軸驅(qū)動(dòng)。1797年英國(guó)人H.莫茲利創(chuàng)制成的車床由絲杠傳動(dòng)刀架，能實(shí)現(xiàn)車削螺紋

13、和機(jī)動(dòng)進(jìn)給，這是機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的一大變革。 19世紀(jì)，由于動(dòng)力、紡織、軍火生產(chǎn)和交通運(yùn)輸機(jī)械的推動(dòng)，各式各樣基本類型的機(jī)床相繼出現(xiàn)。1817年，英國(guó)人R.羅伯茨發(fā)明了龍門刨床。1818年美國(guó)人E.惠特尼研制成臥式銑床。1876年，美國(guó)制發(fā)明了萬(wàn)能外圓磨床。1835和1897年先后創(chuàng)制出滾齒機(jī)和插齒機(jī)。隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，機(jī)床一開(kāi)始先采用電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)，后來(lái)廣泛使用單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。20世紀(jì)初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng)制出坐標(biāo)鏜床和螺紋磨床。 于此同時(shí)為了適應(yīng)軸承和汽車等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，又發(fā)明出各種自動(dòng)機(jī)床、仿形機(jī)床、組合機(jī)床和自動(dòng)生產(chǎn)線。隨著電子技

14、術(shù)的發(fā)展，美國(guó)于1952年研制成第一臺(tái)數(shù)字控制機(jī)床。1958年研制成能自動(dòng)更換刀具以進(jìn)行多工序加工的加工中心。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使機(jī)床在驅(qū)動(dòng)方式、控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)功能等方面都發(fā)生顯著的變革。 按用途和結(jié)構(gòu)的不同，車床主要分為臥式車床和落地車床、轉(zhuǎn)塔車床、單軸自動(dòng)車床、多軸自動(dòng)和半自動(dòng)車床、仿形車床及多刀車床和各種專門化車床，如凸輪軸車床、車輪車床、鏟齒車床。在所有車床中，以臥式車床應(yīng)用最為廣泛。臥式車床加工尺寸公差等級(jí)可達(dá)IT18 ~IT7，表面粗糙度Ra可達(dá)1.6um。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用到機(jī)床制造業(yè)，隨之出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床、車削加工中心等機(jī)電一體化的產(chǎn)品。 車床主要

15、用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是一種應(yīng)用非常廣泛的工程機(jī)械，是機(jī)械制造和維修工廠中使用最廣的一類機(jī)床。它的結(jié)構(gòu)和性能直接影響到加工工件的精確程度和整個(gè)車床的工作效率。 1.2.1、普通車床相關(guān)介紹 普通車床是車床市場(chǎng)上應(yīng)用非常為廣泛的一種車床類型，其在車床市場(chǎng)占有65%的市場(chǎng)份額，普能車床又稱為臥式車床主要是由床身、主軸箱、溜板箱和尾座等部件組成。它的床身固定在左右床腿上，用以支撐車床的各個(gè)部件，使它保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置。主軸箱固定在床身的左側(cè)，內(nèi)部裝有主軸的變速傳動(dòng)機(jī)床。普通車床的工件通過(guò)卡盤等夾具裝夾在主軸的前端，由主軸帶動(dòng)工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。在普

16、通車床的床身的右端裝有尾座，其上可裝后頂尖，以支承長(zhǎng)工件的另一端，也可以安裝孔加工刀具，以進(jìn)行孔加工。尾座可沿床身頂面的一組導(dǎo)軌（尾座導(dǎo)轉(zhuǎn)——作縱向調(diào)整移動(dòng)，以適應(yīng)加工不同長(zhǎng)度工件的需要。刀架部件由縱向、橫向溜板和小刀架組成，它可帶著夾持在其上的車刀移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給箱固定在普通車床床身的左前側(cè)，是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中主要的傳動(dòng)比變換裝置，其功能是改變被加工螺紋的螺距或機(jī)動(dòng)進(jìn)給的進(jìn)給量。溜板箱固定在縱向溜板的底部，可帶動(dòng)刀架一起作縱向運(yùn)動(dòng)，其功能是把進(jìn)給箱帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)傳遞給刀架，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給、快速移動(dòng)或車螺紋。在溜板箱上裝有各種操縱手柄的按鈕，工作時(shí)，工人可以方便地進(jìn)

17、行操作。 1.2.2、CA6140普通車床基本概況 CA6140普通車床屬于通用機(jī)床，是馬鞍型臥式車床，CA6140主要用于各種車削加工工作，也可用于成批生產(chǎn)中，是沈陽(yáng)第一機(jī)床廠的傳統(tǒng)產(chǎn)品。該機(jī)床基礎(chǔ)鑄件剛性好，精度保持性好，主軸傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)均采用12級(jí)齒輪變速，具有較寬的變速范圍，因而機(jī)床具有很寬的加工范圍。 1.3本設(shè)計(jì)的主要目的 由于C6140是傳統(tǒng)的普通車床，自動(dòng)化程度不高，無(wú)法加工復(fù)雜型面，工作效率低，機(jī)床且使用年限已久，強(qiáng)電控制電路的很多元件都已呈現(xiàn)老化現(xiàn)象，故障率高。機(jī)床的導(dǎo)軌以及滑動(dòng)絲杠、支承軸承等也有不同程度的磨損。各進(jìn)給系統(tǒng)采用的是法蘭盤式電動(dòng)機(jī)，

18、調(diào)速范圍窄，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。加工精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。 現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)向著低消耗、高效率的方向發(fā)展，節(jié)能環(huán)保首當(dāng)其沖。CA6140車床改造后并不將原有的機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量改動(dòng)，而是在原有的機(jī)床構(gòu)架基礎(chǔ)上更換電動(dòng)機(jī)，重新布置電氣柜等。因此，改造后的車床與原來(lái)的機(jī)床沒(méi)有很大的差別。 改造后的CA6140將具有耗電量低、加工精確、噪聲小、加工效率高和經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)。 1.4本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)共分五大部分進(jìn)行： (1)準(zhǔn)備工作。主要對(duì)車床設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及研發(fā)的意義進(jìn)行分析和綜述。撰寫開(kāi)題報(bào)告，完成論文緒論部分。 (2)設(shè)計(jì)方案的論證。接受任務(wù)并做大量相關(guān)

19、資料收集和調(diào)研后，提出可行的方案，并通過(guò)分析比較、綜合考慮后，確定出最佳方案。 (3)設(shè)計(jì)計(jì)算。確定了最佳方案后，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)各部件的工作條件，給定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇元器件，如電機(jī)等。 (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，各部件間是如何連接的，采用何種零件。再者，對(duì)主要零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 (5)設(shè)計(jì)圖紙繪制。對(duì)以上各種設(shè)計(jì)的結(jié)果，除文字說(shuō)明外，再用工程圖加以直觀的表達(dá)。其中包擴(kuò)，總裝配圖繪制、部件圖、零件圖等。  2 CA6140車床結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 車床的主要技術(shù)參數(shù) （1）尺寸參數(shù)

20、 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑400mm 刀架上的最大回轉(zhuǎn)直徑200mm 主軸通孔直徑50mm 主軸前錐孔 莫氏6號(hào) 最大加工工件長(zhǎng)度 1000mm （2）運(yùn)動(dòng)參數(shù) 通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)等企業(yè)調(diào)查及查閱有關(guān)資料中型規(guī)格的輕型車床工作條件如表1。 表2-1 典型工藝常用極限切削速度（m/min） 加工種類 加工條件 刀具條件 工件材料 Vmax Vmin 車削 半精車或精車 硬質(zhì)合金刀具 碳鋼 150250 車削 精車絲桿或蝸桿 高速鋼刀具 碳鋼 1.252 銑削 平

21、銑粗加工 高速鋼圓柱平銑刀D=80100mm 灰鑄鐵HB190 1520 銑削 精或半精端銑 硬質(zhì)合金盤形端銑刀D=75110mm z=34 45鋼 200300 根據(jù)上述工況，確定主軸最高轉(zhuǎn)速由采用YT15硬質(zhì)合金刀具車削碳鋼工件獲得，主軸最低轉(zhuǎn)速由采用W18Cr4V高速鋼刀車削鑄鐵獲得 取標(biāo)準(zhǔn)系列數(shù)值，即nmax＝1500r／min 取33.5r／min 公比φ取1.41 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) （3）動(dòng)力參數(shù) 根據(jù)公式和表求得切削力Fz： 根據(jù)式求得切削功率Pm和電動(dòng)機(jī)功率Pe：

22、 選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)： Y112M-4; PE＝4KW;nE=1440r/min 2.2 機(jī)床結(jié)構(gòu)的布局 （1）確定結(jié)構(gòu)方案 1）主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用普通V帶、齒輪傳動(dòng)。 2）傳動(dòng)型式采用集中傳動(dòng)。 3）主軸換向采用電機(jī)反轉(zhuǎn)的控制方式，制動(dòng)采用閘帶式制動(dòng)器。 4）變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。 5）潤(rùn)滑系統(tǒng)采用飛濺油潤(rùn)滑。 （2）布局 采用臥式車床常規(guī)的布局型式。機(jī)床主要由主軸箱、床鞍、刀架、尾架、進(jìn)給箱、溜板箱。床身等6個(gè)部件組成。 2.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.3.1 確定變速組的傳動(dòng)副數(shù)目 實(shí)現(xiàn)12級(jí)主

23、軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合： 1）12=34 2）12=43 3）12=322 4）12=232 5）12=223 方案1）2）可節(jié)省一根傳動(dòng)軸。但是，其中一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)變速傳動(dòng)副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜采用。 根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案3）是可取的。 2.3.2 確定變速組擴(kuò)大順序 12=322的傳動(dòng)副組合，其傳動(dòng)組的擴(kuò)大順序又可有以下六種形式： 1）12=312326 2）12=312623 3）12=342221 4）12=342122 5）12=342

24、122 6）12=342221 根據(jù)級(jí)比指數(shù)分配要“前密后疏”的原則，應(yīng)選用第一方案。 2.4 轉(zhuǎn)速圖 （1）驗(yàn)算傳動(dòng)組的變速范圍 第二擴(kuò)大組的變速范圍是 符合設(shè)計(jì)原則要求。 （2）分配降速比 該車床主傳動(dòng)系統(tǒng)共設(shè)有四個(gè)傳動(dòng)組，其中有一個(gè)是帶傳動(dòng)。根據(jù)降速比分配應(yīng)“前慢后快”的原則，確定各傳動(dòng)組最小傳動(dòng)比。 （3）繪制轉(zhuǎn)速圖 圖2-1 轉(zhuǎn)速圖 2.5 確定齒輪齒數(shù) 利用查表法求出傳動(dòng)齒輪齒數(shù) 表2-2 各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)

25、變速組 第一變速組 第二變速組 第三變速組 齒數(shù)和 72 80 89 齒輪 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 Z12 Z14 齒數(shù) 32 64 40 56 48 48 27 75 51 51 23 91 76 38 2.6 確定帶輪直徑 由表查取小帶輪基準(zhǔn)直徑： dd1=100mm 大帶輪直徑由公式求得 2.7 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 各級(jí)主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下式計(jì)算： n實(shí)=nEdd1/dd2（1-ε）uaubuc 式中ua，ub，uc分別為第一、二、三

26、變速組齒輪傳動(dòng)比。 輪速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)誤差的絕對(duì)值表示： 表2-3 轉(zhuǎn)速誤差表 主軸轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min 33.5 47.5 67 95 132 190 265 375 530 750 1060 1500 實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min 33.4 47.8 66.9 92.9 132.7 185.8 264.6 378 529.2 735 1050 1470

27、轉(zhuǎn)速誤差% 0.3 0.6 0.1 2.2 0.5 2.2 0.2 0.8 0.2 2 0.9 2 轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。 2.8 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 圖2-2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3 車床主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速 表3-1 傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)件 軸 Ⅰ 軸Ⅱ 軸Ⅲ 軸Ⅳ 齒 輪 Z 1 齒輪z 2 齒輪z 3 齒輪z 4 齒輪z 5 齒輪z 6

28、齒輪z 7 齒輪z 8 齒輪z 9 齒輪z 10 齒輪z 11 齒輪 z 12 齒輪z13 齒輪z14 計(jì)算轉(zhuǎn)速 750 375 132 95 750 375 750 530 750 150 375 132 375 375 132 33.5 132 263 3.2 確定主軸支撐軸頸尺寸 參照書中數(shù)據(jù)取錢軸承直徑： D1=90mm D2=（0.70.85）D1=6377mm 選取D2=70mm 3.3 傳動(dòng)軸直徑 表3-2 估算傳動(dòng)軸直徑 計(jì)算公式 軸號(hào)

29、 計(jì)算轉(zhuǎn)速nc r/min 電機(jī)至該軸 傳動(dòng)效率η 輸入功率PkW 允許扭轉(zhuǎn)角〔φ〕deg/m 傳動(dòng)軸長(zhǎng)度mm 估算軸的直徑mm 花鍵軸的尺寸NdDB Ⅰ 750 0.96 3.84 1.5 400 27.7 628 347 改為D=35 Ⅱ 375 0.960.99 0.99 3.76 1.5 400 32.4 836 427 Ⅲ 132 0.960.99 0.990.98 0.99 3.65 1.5 400 39.9 842 488 3.4 傳動(dòng)齒輪的模數(shù) 計(jì)算各傳動(dòng)組最小齒輪的模數(shù)：

30、 表3-3 齒輪模數(shù) 估 算 公 式 傳動(dòng)組 小齒輪 齒數(shù)比u≥1 齒寬系數(shù)φm 傳遞功率P 計(jì)算轉(zhuǎn)速nc 系數(shù)YFS 模數(shù)mH 模數(shù)mF 選取模數(shù)m 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度 按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 載荷系數(shù)K=1 系數(shù)AH=61 系數(shù)AF=1 許用接觸應(yīng)力σHP=1100 許用齒根應(yīng)力σFF=518 第一速變組 Z1 32 2 7 3.84 750 4.36 1.56 1.52 2 第二速變組 Z2 27 2.82 7 3.76

31、375 4.47 1.91 2 2 第三速變組 Z3 23 4 7 3.65 375 4.6 2.3 2.1 3 3.5普通V帶的選擇與計(jì)算 表3-4 普通V帶的傳動(dòng)計(jì)算 計(jì)算 內(nèi)容 符號(hào) 單位 計(jì)算公式或圖表 計(jì)算過(guò)程 結(jié)果 設(shè)計(jì) 功率 Pd KW Pd=KAP,查表 Pd=1.14 4.4 帶型 選擇 查圖 A型 初選 中心距 a0 mm 根據(jù)機(jī)床的布局及結(jié)構(gòu)方案 700 計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld0 mm

32、Ld0=2a0+(dd1+dd2)π/2+(dd2-dd1)2/4a0 Ld0=2700+(100+192)π/2+(192-100)2/(4700) 1861.7 選擇帶基準(zhǔn) 長(zhǎng)度 Ld mm 查表得 1800 實(shí)際中心距 a mm 669.2 小帶輪包角 α1 o α1=180o-2sin-1(dd2-dd1)/2a≥120o α1=180o-2sin-1(192-100)/(2669.2)≥120o 172.1合格 帶速 v m/s v=(πdd1n1)/(601000)≤[v] [v]=5～25m/s

33、v=(π1001440)/(601000) 7.54合格 帶的撓曲次數(shù) u s-1 u=1000mv/Ld≤40 u=(100027.54)/1800 8.4合格 帶的 根數(shù) Z Z=Pd/[(P1-⊿P1)KαKL] Z=4.4/[(1.32-0.09) 0.991.01] 3.58取4 4 CA6140車床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 帶輪設(shè)計(jì) 根據(jù)V帶計(jì)算，選用4根A型V帶。為了改善它們的工作條件，保證加工精度，采用了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)。 4.2 主軸換向與制動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本機(jī)床屬于萬(wàn)能性的輕型車床，適用于機(jī)械加工車間和維修

34、車間。由于電機(jī)換向不是很頻繁，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、節(jié)約成本，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由電路控制實(shí)現(xiàn)，而制動(dòng)器采用閘帶式制動(dòng)器，并根據(jù)制動(dòng)器設(shè)計(jì)原則，將其放在靠近主軸的較高轉(zhuǎn)速的Ⅲ軸上。 4.3 齒輪塊設(shè)計(jì) 機(jī)床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動(dòng)組的工作特點(diǎn)，第一擴(kuò)大組和基本組的滑移齒輪采用了整體式滑移齒輪。第二擴(kuò)大組，由于傳遞轉(zhuǎn)矩較大，則采用了所示的鍵聯(lián)接裝配式齒輪。所有滑移齒輪與傳動(dòng)軸間均采用了花鍵聯(lián)接。 從工藝角度考慮，其固定齒輪（主軸上的齒輪除外）也采用花鍵聯(lián)接。由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)接。 Ⅰ～Ⅲ軸間傳動(dòng)齒輪精度為８級(jí)，Ⅲ～Ⅳ軸間齒輪精度為７級(jí)。 4

35、.4 軸承的選擇 為了裝配方便，Ⅰ軸上傳動(dòng)件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑，并采用６００００型深溝球軸承。為了便于裝配和軸承間隙調(diào)整，Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ軸均采用了30000B型圓錐滾子軸承。Ⅴ軸上的齒輪受力小，線速度低，采用了襯套式滑動(dòng)軸承。 滾動(dòng)軸承均采用E級(jí)精度。 4.5 主軸組件 本車床為普通精度級(jí)的輕型車床，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸組件。前支承采用了NN0000型雙列圓柱滾子軸承，后支承采用70000AC型角接觸球軸承和51000型單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。主軸前端采用短圓錐定心結(jié)構(gòu)型式。

36、 前軸承為C級(jí)精度，后軸承為D級(jí)精度。 4.6操縱機(jī)構(gòu) 為了適應(yīng)不同的加工狀態(tài)，主軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)常需要調(diào)整。根據(jù)各滑移齒輪變速傳動(dòng)組的特點(diǎn)，分別采用了集中變速操作機(jī)構(gòu)和單獨(dú)操作機(jī)構(gòu)。對(duì)于變速頻率較高的基本組和第一擴(kuò)大組采用了變速機(jī)構(gòu)。其中：R=e1=LA=30;e2=42.7。而第二擴(kuò)大組及Ⅳ-Ⅵ軸間滑移齒輪則采用擺移式操縱機(jī)構(gòu)。 4.7潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主軸箱內(nèi)采用飛濺潤(rùn)滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤(rùn)滑油型號(hào)為：HJ30。 卸荷皮帶輪軸承采用脂潤(rùn)滑方式。潤(rùn)滑脂型號(hào)為：鈣質(zhì)潤(rùn)滑脂。 4.8密封裝置設(shè)計(jì) Ⅰ軸軸頸較小，線速度較低，為了保

37、證密封效果，采用皮碗式接觸密封。而主軸直徑大、線速度高，則采用了非接觸式密封。卸荷皮帶輪的潤(rùn)滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進(jìn)入。 4.9主軸箱箱體設(shè)計(jì) 箱體外形采取了各面間直角連接方式，使箱體線條簡(jiǎn)單、明快。主軸箱采用了箱體底面和兩個(gè)導(dǎo)向塊為定位安裝面，并用螺釘和壓板固定。安裝簡(jiǎn)單、定位可靠 5 傳動(dòng)件的驗(yàn)算 以Ⅱ軸為例，驗(yàn)算軸的彎曲剛度、花鍵的擠壓應(yīng)力、齒輪模數(shù)及軸承壽命。 5.1受力分析 Ⅱ軸上的齒輪為滑移齒輪。選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)（95r/min），齒輪的嚙合位置為計(jì)算時(shí)的位置。圖示5-1為齒輪軸向位置示圖(詳細(xì)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)展開(kāi)

38、圖)。 圖5-1中F1為齒輪Z2（齒數(shù)64）上所受的切向力Ft1，徑向力Fr1的的合力。F2為齒輪Z9（齒數(shù)51）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的的合力。 各傳動(dòng)力空間角度如圖4所示。根據(jù)表5-1公式計(jì)算齒輪受力。 圖5-1 齒輪軸向位置 5.2計(jì)算撓度、傾角 從表5-1計(jì)算結(jié)果看出，軸在X、Z兩個(gè)平面上均受到兩個(gè)方向相反力的作用。根據(jù)圖5-1所示的軸向位置，分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。根據(jù)查表計(jì)算結(jié)果如下：

39、 圖5-2 II軸各傳動(dòng)力角度關(guān)系 表5-1 齒輪受力計(jì)算 計(jì)算公式 T=(9.55106P)/n Ft=2T/d F=Ft/cosφ Φ=α+γ d=zm 傳遞功率P kw 3.76 轉(zhuǎn)速n r/min 375 傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩T N.mm 95754.7 齒輪壓力角 20 齒面摩擦角 6 齒輪z2切向力 Ft/N 149602 齒輪z2合理 F1/N 1664.6 齒輪z2 F1在x軸投影 Fx

40、/N 514 齒輪z2 F1在z軸投影 Fz/N 1583 齒輪z2分獨(dú)院直徑 d1 mm 128 齒輪z9切向力方向Ft1 2/N 1877.5 齒輪z9合理 F2/N 2088.9 齒輪z9F2在x軸投影 Fx2/N -645.5 齒輪z9F2在z軸投影 Fz2/N -1986.6 齒輪z9分獨(dú)院直徑 d2/mm 102 表5-2 撓度、傾角的計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖及公式 計(jì)算 內(nèi)容 計(jì)算公式 計(jì)算過(guò)程 許用值 結(jié)論 E=2.1105MPa n=l-x=88 1/6EIL=3.310-1

41、4 I=πd4/64=π364/64=82448 Xoy平面內(nèi)撓度 y1x=n[Fx1a(l2-n2-a2)-Fx2c(l2-n2-c2)]/6EIL y1x=3.310-1488[51496(2882-882-962)-645.5193(2882-882-1932)]=-4.27510-3 Zoy平面內(nèi)撓度 y11x=n[Fz1a(l2-n2-a2)-Fz2c(l2-n2-c2)]/6EIL y11x= 3.310-1488[158396(2882-882-962)-1986.6193(2882-882-1932)] =-0.0131 撓度 合成

42、0.03 合格 左支承 xoy平面力作用下傾角 θ1A= [Fx1ab(l+b)-Fx2cf(l+f)]/6EIL θ1A=3.310-14[51496192(288+192)-645.519395(288+95)]=4.8310-7 zoy平面力作用下傾角 θ11A= [Fz1ab(l+b)-Fz2cf(l+f)]/6EIL θ11A=3.310-14 [158396192(288+192)-1986.619395(288+95)]=1.8110-6 傾角合成 0.0006 合格 右支承 xoy平面力作用下傾角 θ1B= -[Fx1ab(l

43、+b)-Fx2cf(l+c)]/6EIL θ1B=3.310-14[51496192(288+192)-645.519395(288+193)]=6.7810-5 zoy平面力作用下傾角 θ11B= -[Fz1ab(l+b)-Fz2cf(l+c)]/6EIL θ11A=3.310-14 [158396192(288+192)-1986.619395(288+193)]=2.0810-4 傾角合成 0.0006 合格 5.3驗(yàn)算花鍵側(cè)擠壓應(yīng) 表5-3 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算公式 最大轉(zhuǎn)

44、矩Tmax N.mm 花鍵軸小徑d mm 花鍵軸大徑D mm 花鍵數(shù)N 載荷系數(shù)k 工作長(zhǎng)度l mm 許用擠壓應(yīng)力[σjy] MPa 計(jì)算擠壓應(yīng)力σjy MPa 結(jié)論 Tmax=99.55106P)/nc σjy=8Tmax/(D2-d2)lNk≤[σjy] 95754.7 36 42 8 0.8 70 30 3.65 合格 5.4驗(yàn)算齒輪模數(shù) 根據(jù)表驗(yàn)算齒輪模數(shù)，經(jīng)驗(yàn)算證明所選模數(shù)合格。 5.5滾動(dòng)軸承驗(yàn)算 根據(jù)表9表10所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A端）、右（B端）兩支承端支反力。 在xoy平面內(nèi):

45、 在zoy平面內(nèi): 左右端支反力為： 兩端支承軸承受力狀態(tài)相同、左端受力大，所以只驗(yàn)算左端軸承。 表5-4 齒輪模數(shù)驗(yàn)算 驗(yàn)算公式 按齒面接觸 疲勞強(qiáng)度 mHn =267 驗(yàn)算公式 按輪齒彎曲 疲勞強(qiáng)度 mFn=267 序號(hào) 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算用表或公式 計(jì)算過(guò)程 結(jié)果 名稱 符號(hào) 單位 1 齒數(shù) Z 表6 27 2 使用系數(shù) KA 查表得 1.1 3 功率利用系數(shù) KHP

46、 查表得 0.8 KFP 查表得 0.79 4 轉(zhuǎn)速變化系數(shù) KHn 查表得 0.95 KFn 查表得 0.96 5 工作用量系數(shù) KHPnt KHPnt = KHP KHn KHt KHPnt =0.80.951.26 0.96 KFPnt KFPnt = KFP KFn KFt KFPnt =0.790.961.64 取1 6 工作期限系數(shù) KHt KHt( KFt)= KHt= 1.26 KFt KFt= 1.64 7 名義切向力 Ft N Ft=1.9107 P/nc

47、 Ft =1.91073.76/375 1.9105 8 分度圓圓周速度 V m/s V=πnmaxzmn/6000 V=π750272/6000 21.2 9 動(dòng)輕系數(shù) KV KV=1+[K1/(FtKA/b)+K2]z1v /100 KV=1+[12.1/(1.91051.1/18+0.0192)] 2721.2 /100 1.11 10 齒向輕荷分布系數(shù) Kβ Kβ=1+ Ksβ+ KβM Kβ=1+0.2+0.16 1.36 11 齒向輕荷分配系數(shù) KHα 表2.4-26 1.1 KFα 1.1 12 節(jié)點(diǎn)

48、區(qū)域系數(shù) ZH 查圖得 2.5 13 彈性系數(shù) ZE 190 14 重合度及螺旋角系數(shù) Ztβ 查圖得 0.9 15 許用接觸應(yīng)力 σHP N/mm2 σHP =σHLim*ZLVR σHP =12000.89 1068 16 復(fù)合齒形系數(shù) YFS 查圖 4.47 17 重合度螺旋角系數(shù) Yεβ 查圖 0.7 18 許用齒根應(yīng)力 σFP N/mm2 σFP =1.3σFLim σFP =1.346.55 580 19 接觸強(qiáng)度模數(shù) mHn mm 將各參數(shù)值代入驗(yàn)算公式

49、 1.93 20 彎曲強(qiáng)度模數(shù) mFn mm 1.91 表5-5 軸承驗(yàn)算 疲勞壽命驗(yàn)算公式 Lh=500(Cfn/ KA KHP KHn Kl F)ε≥[T](h) 靜負(fù)荷驗(yàn)算公式 C0j=K0F0≤[C0](N) 序號(hào) 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算用表或公式 計(jì)算過(guò)程 結(jié)果 名稱 符號(hào) 單位 1 額定動(dòng)負(fù)荷 C N 查軸承手冊(cè) 21200 2 速度系數(shù) fn 0.48

50、 3 使用系數(shù) KA 查表 1.1 4 功率利用系數(shù) KHP 查表 0.8 5 轉(zhuǎn)速變化系數(shù) KHn 查表 0.96 6 齒輪輪換工作系數(shù) Kl 查表 0.75 7 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 F N 已計(jì)算求得 420.5 8 許用壽命 T h 10000 9 壽命指數(shù) ε 3.33 10 額定壽命 Lh h 將上述參數(shù)代入公式 計(jì)算得Lh=9.26107＞T 合格 11 額定靜負(fù)荷 C0 N 查有關(guān)手冊(cè) 20200 12 安全系數(shù) K0 查

51、表 1.2 13 當(dāng)量靜負(fù)荷 F0 N F0=Fr 已計(jì)算求得 420.5 14 靜負(fù)荷 C0j N C0j=KF0 C0j=1.2420.5=504.6＜C0 合格 6 結(jié)論 本次CA6140車床設(shè)計(jì)主要是針對(duì)于主軸變速箱和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段根據(jù)我國(guó)的基本國(guó)情，數(shù)控車床還未普及的情況下，普通經(jīng)濟(jì)型車床具有很大的市場(chǎng)和發(fā)展空間。該車床具有效率高，性能穩(wěn)定，方便經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，具有很廣闊的市場(chǎng)，適用于各個(gè)領(lǐng)域使用。同時(shí)該車床使用造價(jià)低、壽命較長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、耗電少節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。以下為總結(jié)本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： （1）對(duì)CA6140闡述其功能作用，主要

52、用途。對(duì)CA6140有了一定的了解； （2）設(shè)計(jì)車床傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)，確定車床齒輪的模數(shù)、齒輪直徑、帶輪的計(jì)算、計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速誤差，最后確定參數(shù)值； （3）對(duì)主軸的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，選定傳動(dòng)方案、確定主軸的直徑、傳送帶的計(jì)算。 （4）對(duì)傳動(dòng)件進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算參數(shù)的選取是否合格，對(duì)軸進(jìn)行受力分析，對(duì)傳動(dòng)件的計(jì)算機(jī)器驗(yàn)算。 本次設(shè)計(jì)使我對(duì)課本知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)有了綜合的運(yùn)用，鍛煉了我實(shí)際的設(shè)計(jì)分析能力，這是在參加工作之間最好的一次鍛煉，也為我以后的生活和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 20 參考文獻(xiàn) [1]馮之敬.機(jī)械制造工程原理.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

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55、ME 1：FUNDAMENTAL ALGORITHMS （THIRD EDITION）.機(jī)械工業(yè)出版社.2008. [17]Y.DANIEL LIANG.INTRODUCTION TO JAVA PROGRAMMING （SIXTH EDITION）.機(jī)械工業(yè)出版社.2008. [18]陳秀寧，顧大強(qiáng).機(jī)械設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社.2006. [19]朱凱，夏祥春，李浩.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).西安：西安工業(yè)大學(xué)出版社.2009. [20]周建國(guó).AutoCAD 2008機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例精講.北京：人民郵電出版社.2008. 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)

56、任務(wù)非常巨大的工程，首先我要感謝我的導(dǎo)師賈娜老師給予我的幫助，無(wú)論什么時(shí)候遇到什么難題，賈老師不管怎么忙都會(huì)抽出時(shí)間給我們講解，解決我們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)中遇到的種種難題。 之所以我能從確定題目到本次設(shè)計(jì)的順利完成，是因?yàn)橘Z老師總是會(huì)在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)督促我們，檢查我們的進(jìn)度情況，幫我們解決設(shè)計(jì)中所遇到的難題；所以在這里我要感謝我們的賈老師。賈老師孜孜不倦負(fù)責(zé)的態(tài)度給我們的印象非常深刻，為我們?cè)谝院蟮墓ぷ骱蜕钪袠淞⒘税駱印? 在此我要由衷的感謝賈老師以及幫助我的學(xué)長(zhǎng)和同學(xué)們。 答辯委員會(huì)意見(jiàn): 答辯委員會(huì)(教師姓名、職稱)： 畢業(yè)論文成績(jī)：