CA6140車床主軸及變速機(jī)構(gòu)設(shè)計

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1、CA6140車床主軸及變速機(jī)構(gòu)設(shè)計摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，老式C6140車床已經(jīng)逐漸的淡出市場，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、造價低等優(yōu)點。本次設(shè)計主要是對CA6140車床主軸及變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計，以電力為動力源，采用電動機(jī)和傳動帶帶動主軸運(yùn)動，通過齒輪嚙合變速來進(jìn)行工作。本次設(shè)計是參照了沈陽機(jī)床廠C6140車床的設(shè)計思路和原理。與其不同的是CA6140的效率有所提高，造價低、經(jīng)濟(jì)適用是本次設(shè)計的主要特點。關(guān)鍵詞：CA6140；車床；主軸；變速；設(shè)計 CA6140 Lathe Sp

2、indle And Gear Mechanism DesignAbstractWith 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 and technology, the improved CA6140 lathe stage has gained

3、 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 and the driving belt drives the main shaft through gear meshi

4、ng 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. Key words: CA6140；Lathe；Spindle；Variable speed；Design目 錄摘

5、要Abstract1 緒論11.1 金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位11.2 車床設(shè)備簡介11.2.1 普通車床相關(guān)介紹21.2.2 CA6140車床基本概況31.3 本設(shè)計的主要目的31.4 本設(shè)計的主要內(nèi)容32 CA6140車床總體方案設(shè)計42.1 車床的主要技術(shù)參數(shù)42.2 車床結(jié)構(gòu)的布局52.3 主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計52.3.1 確定變速組的傳動副數(shù)目52.3.2 確定變速組擴(kuò)大順序62.4 轉(zhuǎn)速圖62.5 確定齒輪齒數(shù)72.6 確定帶輪直徑72.7 驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差72.8 傳動系統(tǒng)圖83 車床主要結(jié)構(gòu)計算83.1 確定傳動件極端轉(zhuǎn)速83.2 確定主軸支撐軸頸尺寸93.3 傳動軸直徑9

6、3.4 傳動齒輪的模數(shù)93.5 普通V帶的選擇與計算104 CA6140車床結(jié)構(gòu)設(shè)計114.1 帶輪的設(shè)計114.2 主軸換向與制動機(jī)構(gòu)的設(shè)計114.3 齒輪塊設(shè)計114.4 軸承的選擇124.5 主軸組件124.6 操縱機(jī)構(gòu)124.7 潤滑系統(tǒng)設(shè)計124.8 密封裝置設(shè)計124.9 主軸箱箱體設(shè)計135 傳動件的驗算145.1 受力分析145.2 計算撓度、傾角145.3 驗算花鍵側(cè)擠壓應(yīng)力165.4 驗算齒輪模數(shù)175.5 滾動軸承驗算176 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1 緒論1.1 金屬切削機(jī)床在國民經(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)

7、械。它是制造機(jī)器的機(jī)器，因此又稱工作工具機(jī)或者母機(jī)，我們習(xí)慣上簡稱其為機(jī)床。在我國的每個工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門、國防生產(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，但從根本上來說任何一部龐大復(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6080，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，目

8、前主要依靠切削加工來達(dá)到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4060。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)量和勞動生產(chǎn)率息息相關(guān)。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(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)。一個國家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平是衡量這個國家的科學(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)屬性決定了它與國民經(jīng)濟(jì)各部門之間的關(guān)系。機(jī)床工業(yè)為各種類

9、型的機(jī)械制造廠提供先進(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)展情況好壞對國民經(jīng)濟(jì)各部門的發(fā)展和社會進(jìn)步均起著非常重要的作用。機(jī)床工業(yè)的發(fā)展都會直接或間接地影響我國正在重點發(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)床對金屬或其他材料的

10、坯料和工件進(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，一個國家工業(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，用腳腳踏繩索下端的套圈作為動力源，利用樹枝的彈性使工件由繩索帶動旋轉(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。因為制造鐘表和武器的需要，在1

11、5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)動的。1500年左右，意大利人列奧納多達(dá)芬奇曾繪制過車床、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)。中國明朝出版的天工開物中載有磨床的結(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)革命推動了機(jī)床的發(fā)展。1774年，英國人威爾金森發(fā)明較精密的炮筒鏜床，其中為了鏜制更大的汽缸，于1776年又制造了一臺水輪驅(qū)動的汽缸鏜床，使蒸汽機(jī)得到了發(fā)展。從此，機(jī)床開始用蒸汽機(jī)通過天軸驅(qū)動。1797年英國人H.莫茲利創(chuàng)制成的車床由絲杠傳動刀架，能實現(xiàn)車削螺紋和機(jī)動進(jìn)給，這是機(jī)床總體

12、結(jié)構(gòu)的一大變革。 19世紀(jì)，由于動力、紡織、軍火生產(chǎn)和交通運(yùn)輸機(jī)械的推動，各式各樣基本類型的機(jī)床相繼出現(xiàn)。1817年，英國人R.羅伯茨發(fā)明了龍門刨床。1818年美國人E.惠特尼研制成臥式銑床。1876年，美國制發(fā)明了萬能外圓磨床。1835和1897年先后創(chuàng)制出滾齒機(jī)和插齒機(jī)。隨著電動機(jī)的發(fā)明，機(jī)床一開始先采用電動機(jī)集中驅(qū)動，后來廣泛使用單獨的電動機(jī)驅(qū)動。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)明出各種自動機(jī)床、仿形機(jī)床、組合機(jī)床和自動生產(chǎn)線。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，美國于1952年研制成第一臺數(shù)字控

13、制機(jī)床。1958年研制成能自動更換刀具以進(jìn)行多工序加工的加工中心。電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使機(jī)床在驅(qū)動方式、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、單軸自動車床、多軸自動和半自動車床、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可達(dá)IT18IT7，表面粗糙度Ra可達(dá)1.6um。近年來，計算機(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

14、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上應(yīng)用非常為廣泛的一種車床類型，其在車床市場占有65%的市場份額，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部件，使它保持準(zhǔn)確的相對位置。主軸箱固定在床身的左側(cè)，內(nèi)部裝有主軸的變速傳動機(jī)床。普通車床的工件通過卡盤等夾具裝夾在主軸的前端，由主軸帶動工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)主運(yùn)動。在普通車床的床身的右端裝有尾座，其上可裝后頂尖，以支承長工件的另一端，也可以

15、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，以適應(yīng)加工不同長度工件的需要。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，實現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給箱固定在普通車床床身的左前側(cè)，是進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈中主要的傳動比變換裝置，其功能是改變被加工螺紋的螺距或機(jī)動進(jìn)給的進(jìn)給量。溜板箱固定在縱向溜板的底部，可帶動刀架一起作縱向運(yùn)動，其功能是把進(jìn)給箱帶來的運(yùn)動傳遞給刀架，使刀架實現(xiàn)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給、快速移動或車螺紋。在溜板箱上裝有各種操縱手柄的按鈕，工作時，工人可以方便地進(jìn)行操作。1.2.2、CA6140普通車床基本概況 CA6140普通車床屬于通

16、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，主軸傳動和進(jìn)給傳動均采用12級齒輪變速，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)計的主要目的 由于C6140是傳統(tǒng)的普通車床，自動化程度不高，無法加工復(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機(jī)，調(diào)速范圍窄，無法實現(xiàn)無級調(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

17、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，而是在原有的機(jī)床構(gòu)架基礎(chǔ)上更換電動機(jī)，重新布置電氣柜等。因此，改造后的車床與原來的機(jī)床沒有很大的差別。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。1.4本設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計共分五大部分進(jìn)行： (1)準(zhǔn)備工作。主要對車床設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題及研發(fā)的意義進(jìn)行分析和綜述。撰寫開題報告，完成論文緒論部分。 (2)設(shè)計方案的論證。接受任務(wù)并做大量相關(guān)資料收集和調(diào)研后，提出可行的方案，并通過分析比較、綜合考慮后，確定出最佳方案。 (3)設(shè)計計算。確定了最佳方案后，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計計算。根據(jù)

18、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)計計算，并根據(jù)計算結(jié)果選擇元器件，如電機(jī)等。 (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，各部件間是如何連接的，采用何種零件。再者，對主要零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。 (5)設(shè)計圖紙繪制。對以上各種設(shè)計的結(jié)果，除文字說明外，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2.1 車床的主要技術(shù)參數(shù)（1）尺寸參數(shù)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號最大加工工件長度 1000mm（2）運(yùn)動參數(shù)通過對沈陽機(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

19、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VmaxVmin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銑削平銑粗加工高速鋼圓柱平銑刀D=80100mm灰鑄鐵HB1901520銑削精或半精端銑硬質(zhì)合金盤形端銑刀D=75110mmz=3445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nmax1500rmin取33.5rmin公比取1.41 轉(zhuǎn)速級數(shù) （3）動力參數(shù) 根據(jù)公式和表求得切削力

20、Fz： 根據(jù)式求得切削功率Pm和電動機(jī)功率Pe： 選擇電動機(jī)的型號： Y112M-4; PE4KW;nE=1440r/min2.2 機(jī)床結(jié)構(gòu)的布局（1）確定結(jié)構(gòu)方案1）主軸傳動系統(tǒng)采用普通V帶、齒輪傳動。2）傳動型式采用集中傳動。3）主軸換向采用電機(jī)反轉(zhuǎn)的控制方式，制動采用閘帶式制動器。4）變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。5）潤滑系統(tǒng)采用飛濺油潤滑。（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個部件組成。2.3 主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計2.3.1 確定變速組的傳動副數(shù)目實現(xiàn)12級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副組合：1）12=34 2）1

21、2=43 3）12=3224）12=232 5）12=223方案1）2）可節(jié)省一根傳動軸。但是，其中一個傳動組內(nèi)有四個變速傳動副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜采用。根據(jù)傳動副數(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的傳動副組合，其傳動組的擴(kuò)大順序又可有以下六種形式：1）12=312326 2）12=312623 3）12=3422214）12=342122 5）12=342122 6）12=342221根據(jù)級比指數(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）驗算傳動組的變速范圍第二擴(kuò)大組的變速范圍是 符合設(shè)計原則要求。（

22、2）分配降速比該車床主傳動系統(tǒng)共設(shè)有四個傳動組，其中有一個是帶傳動。根據(jù)降速比分配應(yīng)“前慢后快”的原則，確定各傳動組最小傳動比。 （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齒輪齒數(shù) 表2-2 各傳動組齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和728089齒輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z12Z14齒數(shù)32644056484827755151239176382.6 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 驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差各級主軸實際轉(zhuǎn)速值用下式計算：n實=nEdd1/dd2（1-）uaubu

23、c式中ua，ub，uc分別為第一、二、三變速組齒輪傳動比。輪速誤差用主軸實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對誤差的絕對值表示： 表2-3 轉(zhuǎn)速誤差表 主軸轉(zhuǎn)速n1n2n3n4n5n6n7n8n9n10n11n12標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min33.547.5679513219026537553075010601500實際轉(zhuǎn)速r/min33.447.866.992.9132.7185.8264.6378529.273510501470轉(zhuǎn)速誤差%0.30.60.12.20.52.20.20.80.220.92 轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。2.8 傳動系統(tǒng)圖 圖2-2 傳動系統(tǒng)圖3 車床主要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算3.1 確定傳動件計算

24、轉(zhuǎn)速 表3-1 傳動件計算轉(zhuǎn)速傳動件軸 軸軸軸齒 輪Z1齒輪z2齒輪z3齒輪z4齒輪z5齒輪z6齒輪z7齒輪z8齒輪z9齒輪z10齒輪z11齒輪z12齒輪z13齒輪z14計算轉(zhuǎn)速7503751329575037575053075015037513237537513233.51322633.2 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=90mmD2=（0.70.85）D1=6377mm選取D2=70mm3.3 傳動軸直徑 表3-2 估算傳動軸直徑計算公式軸號計算轉(zhuǎn)速nc r/min電機(jī)至該軸傳動效率輸入功率PkW允許扭轉(zhuǎn)角deg/m傳動軸長度mm估算軸的直徑mm花鍵軸的尺寸NdDB75

25、00.963.841.540027.7628347改為D=353750.960.990.993.761.540032.48364271320.960.990.990.980.993.651.540039.98424883.4 傳動齒輪的模數(shù) 計算各傳動組最小齒輪的模數(shù)： 表3-3 齒輪模數(shù)估 算 公 式傳動組小齒輪齒數(shù)比u1齒寬系數(shù)m傳遞功率P計算轉(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HP=1100許用齒根應(yīng)力FF=518第一速變組Z132273.847504.361.561.522第二速變組Z227

26、2.8273.763754.471.9122第三速變組Z323473.653754.62.32.133.5普通V帶的選擇與計算 表3-4 普通V帶的傳動計算計算內(nèi)容符號單位計算公式或圖表計算過程結(jié)果設(shè)計功率PdKWPd=KAP,查表Pd=1.144.4帶型選擇查圖A型初選中心距a0mm根據(jù)機(jī)床的布局及結(jié)構(gòu)方案700計算帶的基準(zhǔn)長度Ld0mmLd0=2a0+(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0Ld0=2700+(100+192)/2+(192-100)2/(4700)1861.7選擇帶基準(zhǔn)長度Ldmm查表得1800實際中心距amm669.2小帶輪包角1o1=180o-2sin-1

27、(dd2-dd1)/2a120o1=180o-2sin-1(192-100)/(2669.2)120o172.1合格帶速vm/sv=(dd1n1)/(601000)v v=525m/sv=(1001440)/(601000)7.54合格帶的撓曲次數(shù)us-1u=1000mv/Ld40u=(100027.54)/18008.4合格帶的根數(shù)ZZ=Pd/(P1-P1)KKLZ=4.4/(1.32-0.09) 0.991.013.58取44 CA6140車床結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 帶輪設(shè)計根據(jù)V帶計算，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 主軸換向與制動機(jī)構(gòu)設(shè)計本機(jī)

28、床屬于萬能性的輕型車床，適用于機(jī)械加工車間和維修車間。由于電機(jī)換向不是很頻繁，為簡化結(jié)構(gòu)、節(jié)約成本，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由電路控制實現(xiàn)，而制動器采用閘帶式制動器，并根據(jù)制動器設(shè)計原則，將其放在靠近主軸的較高轉(zhuǎn)速的軸上。4.3 齒輪塊設(shè)計機(jī)床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動組的工作特點，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。軸間傳動齒輪精度為級，軸間齒輪精度為級。4.

29、4 軸承的選擇為了裝配方便，軸上傳動件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑，并采用型深溝球軸承。為了便于裝配和軸承間隙調(diào)整，、軸均采用了30000B型圓錐滾子軸承。軸上的齒輪受力小，線速度低，采用了襯套式滑動軸承。滾動軸承均采用E級精度。4.5 主軸組件本車床為普通精度級的輕型車床，為了簡化結(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。前軸承為C級精度，后軸承為D級精度。4.6操縱機(jī)構(gòu)為了

30、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組的特點，分別采用了集中變速操作機(jī)構(gòu)和單獨操作機(jī)構(gòu)。對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-軸間滑移齒輪則采用擺移式操縱機(jī)構(gòu)。4.7潤滑系統(tǒng)設(shè)計主軸箱內(nèi)采用飛濺潤滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤滑油型號為：HJ30。卸荷皮帶輪軸承采用脂潤滑方式。潤滑脂型號為：鈣質(zhì)潤滑脂。4.8密封裝置設(shè)計軸軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，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。卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封，以防

31、止外界雜物進(jìn)入。4.9主軸箱箱體設(shè)計箱體外形采取了各面間直角連接方式，使箱體線條簡單、明快。主軸箱采用了箱體底面和兩個導(dǎo)向塊為定位安裝面，并用螺釘和壓板固定。安裝簡單、定位可靠5 傳動件的驗算以軸為例，驗算軸的彎曲剛度、花鍵的擠壓應(yīng)力、齒輪模數(shù)及軸承壽命。5.1受力分析軸上的齒輪為滑移齒輪。選擇主軸處于計算轉(zhuǎn)速時（95r/min），齒輪的嚙合位置為計算時的位置。圖示5-1為齒輪軸向位置示圖(詳細(xì)結(jié)構(gòu)參見展開圖)。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。各傳動力空間角度如圖4所示。根據(jù)表

32、5-1公式計算齒輪受力。 圖5-1 齒輪軸向位置5.2計算撓度、傾角從表5-1計算結(jié)果看出，軸在X、Z兩個平面上均受到兩個方向相反力的作用。根據(jù)圖5-1所示的軸向位置，分別計算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。根據(jù)查表計算結(jié)果如下： 圖5-2 II軸各傳動力角度關(guān)系 表5-1 齒輪受力計算計算公式T=(9.55106P)/n Ft=2T/dF=Ft/cos =+ d=zm傳遞功率P kw3.76轉(zhuǎn)速n r/min375傳動轉(zhuǎn)矩T N.mm95754.7齒輪壓力角 20齒面摩擦角6齒輪z2切向力 Ft/N149602齒輪z2合理 F1/N1664.6齒輪z2 F1在x軸投影 Fx/N514齒輪z

33、2 F1在z軸投影 Fz/N1583齒輪z2分獨院直徑 d1 mm128齒輪z9切向力方向Ft1 2/N1877.5齒輪z9合理 F2/N2088.9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分獨院直徑 d2/mm102 表5-2 撓度、傾角的計算計算簡圖及公式計算內(nèi)容計算公式計算過程許用值結(jié)論E=2.1105MPan=l-x=881/6EIL=3.310-14I=d4/64=364/64=82448Xoy平面內(nèi)撓度y1x=nFx1a(l2-n2-a2)-Fx2c(l2-n2-c2)/6EILy1x=3.310-148851496(2

34、882-882-962)-645.5193(2882-882-1932)=-4.27510-3Zoy平面內(nèi)撓度y11x=nFz1a(l2-n2-a2)-Fz2c(l2-n2-c2)/6EILy11x= 3.310-1488158396(2882-882-962)-1986.6193(2882-882-1932) =-0.0131撓度合成0.03合格左支承xoy平面力作用下傾角1A= Fx1ab(l+b)-Fx2cf(l+f)/6EIL1A=3.310-1451496192(288+192)-645.519395(288+95)=4.8310-7zoy平面力作用下傾角11A= Fz1ab(l+b

35、)-Fz2cf(l+f)/6EIL11A=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1B= -Fx1ab(l+b)-Fx2cf(l+c)/6EIL1B=3.310-1451496192(288+192)-645.519395(288+193)=6.7810-5zoy平面力作用下傾角11B= -Fz1ab(l+b)-Fz2cf(l+c)/6EIL11A=3.310-14 158396192(288+192)-1986.619395(288+193)=2.0810-4傾角合成0

36、.0006合格5.3驗算花鍵側(cè)擠壓應(yīng) 表5-3 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計算計算公式最大轉(zhuǎn)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工作長度l mm許用擠壓應(yīng)力jy MPa計算擠壓應(yīng)力jy MPa結(jié)論Tmax=99.55106P)/ncjy=8Tmax/(D2-d2)lNkjy95754.7364280.870303.65合格5.4驗算齒輪模數(shù)根據(jù)表驗算齒輪模數(shù)，經(jīng)驗算證明所選模數(shù)合格。5.5滾動軸承驗算根據(jù)表9表10所示的軸受力狀態(tài)，分別計算出左（A端）、右（B端）兩支承端支反力。在xoy平面內(nèi): 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，

37、所以只驗算左端軸承。 表5-4 齒輪模數(shù)驗算驗算公式按齒面接觸疲勞強(qiáng)度mHn =267驗算公式按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度mFn=267序號計算內(nèi)容計算用表或公式計算過程結(jié)果名稱符號單位1齒數(shù)Z表6272使用系數(shù)KA查表得1.13功率利用系數(shù)KHP查表得0.8KFP查表得0.794轉(zhuǎn)速變化系數(shù)KHn查表得0.95KFn查表得0.965工作用量系數(shù)KHPntKHPnt = KHP KHn KHtKHPnt =0.80.951.260.96KFPntKFPnt = KFP KFn KFtKFPnt =0.790.961.64取16工作期限系數(shù)KHtKHt( KFt)=KHt=1.26KFtKFt=1.647

38、名義切向力FtNFt=1.9107 P/ncFt =1.91073.76/3751.91058分度圓圓周速度Vm/sV=nmaxzmn/6000V=750272/600021.29動輕系數(shù)KVKV=1+K1/(FtKA/b)+K2z1v /100KV=1+12.1/(1.91051.1/18+0.0192) 2721.2 /1001.1110齒向輕荷分布系數(shù)KK=1+ Ks+ KMK=1+0.2+0.161.3611齒向輕荷分配系數(shù)KH表2.4-261.1KF1.112節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH查圖得2.513彈性系數(shù)ZE19014重合度及螺旋角系數(shù)Zt查圖得0.915許用接觸應(yīng)力HPN/mm2HP =

39、HLim*ZLVRHP =12000.89106816復(fù)合齒形系數(shù)YFS查圖4.4717重合度螺旋角系數(shù)Y查圖0.718許用齒根應(yīng)力FPN/mm2FP =1.3FLimFP =1.346.5558019接觸強(qiáng)度模數(shù)mHnmm將各參數(shù)值代入驗算公式1.9320彎曲強(qiáng)度模數(shù)mFnmm1.91 表5-5 軸承驗算 疲勞壽命驗算公式Lh=500(Cfn/ KA KHP KHn Kl F)T(h)靜負(fù)荷驗算公式C0j=K0F0C0(N)序號計算內(nèi)容計算用表或公式計算過程結(jié)果名稱符號單位1額定動負(fù)荷CN查軸承手冊212002速度系數(shù)fn0.483使用系數(shù)KA查表1.14功率利用系數(shù)KHP查表0.85轉(zhuǎn)速變

40、化系數(shù)KHn查表0.966齒輪輪換工作系數(shù)Kl查表0.757當(dāng)量動負(fù)荷FN已計算求得420.58許用壽命Th100009壽命指數(shù)3.3310額定壽命Lhh將上述參數(shù)代入公式計算得Lh=9.26107T合格11額定靜負(fù)荷C0N查有關(guān)手冊2020012安全系數(shù)K0查表1.213當(dāng)量靜負(fù)荷F0NF0=Fr已計算求得420.514靜負(fù)荷C0jNC0j=KF0C0j=1.2420.5=504.6C0合格6 結(jié)論本次CA6140車床設(shè)計主要是針對于主軸變速箱和傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，現(xiàn)階段根據(jù)我國的基本國情，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)

41、點，具有很廣闊的市場，適用于各個領(lǐng)域使用。同時該車床使用造價低、壽命較長、性能穩(wěn)定、耗電少節(jié)能等優(yōu)勢。以下為總結(jié)本次設(shè)計的主要內(nèi)容：（1）對CA6140闡述其功能作用，主要用途。對CA6140有了一定的了解；（2）設(shè)計車床傳動系統(tǒng)的主要參數(shù)，確定車床齒輪的模數(shù)、齒輪直徑、帶輪的計算、計算主軸轉(zhuǎn)速誤差，最后確定參數(shù)值；（3）對主軸的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算，選定傳動方案、確定主軸的直徑、傳送帶的計算。（4）對傳動件進(jìn)行驗算，計算參數(shù)的選取是否合格，對軸進(jìn)行受力分析，對傳動件的計算機(jī)器驗算。本次設(shè)計使我對課本知識和實際設(shè)計有了綜合的運(yùn)用，鍛煉了我實際的設(shè)計分析能力，這是在參加工作之間最好的一次鍛煉，也為我

42、以后的生活和工作打下了堅實的基礎(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，2008.2呂宏,王慧.機(jī)械設(shè)計M. 北京: 北京大學(xué)出版社，2009.3夏廣嵐，馮憑.金屬切削機(jī)床.北京：北京大學(xué)出版社，2008.4張德泉，陳思夫，林彬.機(jī)械制造裝備機(jī)器設(shè)計.天津：天津大學(xué)出版社.2003.5何銘新，錢可強(qiáng).機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社.2004.6侯書林，朱海.機(jī)械制造基礎(chǔ)（上冊）.北京：中國林業(yè)出版社；北京大學(xué)出版社.2006.7侯書林，朱海.機(jī)械制造基礎(chǔ)（下冊）.北京：中國林業(yè)出版社；北京大學(xué)出版社.2006.8王世剛，古樂，鄭德志.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ).北京：國防工業(yè)出版社.

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