C6140普通車床主軸變速箱設(shè)計（全套含CAD圖紙）

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編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 信機(jī) 系 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2013年5月25日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 《車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計-單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計》 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用、表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械95 學(xué) 號： 0923211 作者姓名： 2013 年 5 月 22 日 無錫太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 一、 題目及專題 1、 題目 車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計 2、 專題 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 二、 課題來源及選題依據(jù) 課題來源為無錫某機(jī)械有限公司。通過畢業(yè)設(shè)計是為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠針對實際使用過程中存在的機(jī)床選擇問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計與方法、專用機(jī)床設(shè)計方法，在機(jī)床基礎(chǔ)型系的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個簡單的主傳動變速系統(tǒng)，從而達(dá)到解決實際工程問題的能力。 在設(shè)計傳動件時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)成本。 三、 本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求 1、 該部件工作時，能運(yùn)轉(zhuǎn)正常； 2、 擬定工作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動方案，并進(jìn)行多方案對比分析； 3、 根據(jù)車床的加工要求，設(shè)計出機(jī)床主傳動系統(tǒng)的原理及繪制主傳動系 統(tǒng)的裝配圖； 4、 對所設(shè)計的主傳動系統(tǒng)進(jìn)行必要的驗算和推導(dǎo)； 5、 繪制車床的主傳動軸的零件圖； 6、 繪制車床主傳動系轉(zhuǎn)速圖和變速傳動系圖； 7、 編制設(shè)計說明書1份。 四、 接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 95 班 姓名 郭磊 五、 開始及完成日期： 自 2012年11月12日 至2013 年 5 月25日 六、 設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 [科學(xué)組組長] 簽名 系主任 簽名 年 月 日 編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 相關(guān)資料 題目： 車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 信機(jī) 系 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 學(xué) 號： 　　　 0923211　　　　 學(xué)生姓名： 郭 磊 指導(dǎo)教師： 　韓邦華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 目 錄 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯及原文 三、學(xué)生“畢業(yè)論文（論文）計劃、進(jìn)度、檢查及落實表” 四、實習(xí)鑒定表 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告 題目： 車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 信機(jī)系 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 學(xué) 號： 0923211 學(xué)生姓名： 郭 磊 指導(dǎo)教師： 韓邦華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2012年11月25日 課題來源 由于前期我在無錫某機(jī)械廠實習(xí)，主要從事普通車床的加工與維修，經(jīng)幾個月的實習(xí)，已熟悉掌握車床的工作原理及加工流程。經(jīng)老師指導(dǎo)，選擇自己熟悉的產(chǎn)品做課題。 科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等） （1）課題科學(xué)意義 該課題主要是為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對實際使用過程中存在的機(jī)床選擇問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計與方法、專用機(jī)床設(shè)計方法，在機(jī)床基礎(chǔ)型系的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個簡單的主傳動變速系統(tǒng)，從而達(dá)到解決實際工程問題的能力。 在設(shè)計車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計--主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)成本。 （2）主軸變速箱的研究狀況及其發(fā)展前景 作為主要的車削加工機(jī)床，CA6140機(jī)床廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)中，作為其主要部分的主軸箱就成為專家研究的對象。CA6140型普通車床的主要組成部分有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。 主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運(yùn)動傳給進(jìn)給箱。 在現(xiàn)代制造業(yè)中，車床應(yīng)用很普遍，從這個意義上講，對主軸變速箱這個車床重要的部分的研究與設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。根據(jù)工件的加工需要，優(yōu)化的主軸箱能夠使車床的工作效率提高，進(jìn)而降低工人的工作強(qiáng)度?，F(xiàn)代大型工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，降低人工成本具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 在我國，CA6140普通車床是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。因此，其主軸箱的優(yōu)化設(shè)計是必須進(jìn)行的，這樣才能適應(yīng)社會制造業(yè)的發(fā)展需求。 研究內(nèi)容 ① 分析主軸箱結(jié)構(gòu)、原理及各零件配合； ② 對車床主軸箱主要參數(shù)的確定； ③ 主軸箱傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定 ④ 對主要零件進(jìn)行計算和驗算； ⑤ 利用AUTOCAD軟件畫出裝配圖，零件圖； ⑥ 對于主軸箱設(shè)計，能夠全面深入了解箱體各部分的設(shè)計原則以及合理分析各結(jié)構(gòu)配合對設(shè)計的影響。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析 （1）實驗方案 通過實踐與大量搜集、閱讀資料相結(jié)合，掌握好基本原理后，對車床的主傳動系進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并通過模擬實驗分析建立車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計--主軸變速機(jī)構(gòu)的實體模型，設(shè)計一個簡單的主傳動變速系統(tǒng)，并進(jìn)行現(xiàn)場實驗，來進(jìn)行傳動件的最優(yōu)化設(shè)計。 （2）研究方法 ① 資料查尋比較，選擇合理方案，與導(dǎo)師同學(xué)討論。 ② 主要運(yùn)用文字?jǐn)⑹龊虯UTOCAD軟件為主進(jìn)行圖紙設(shè)計。 研究計劃及預(yù)期成果 2012年11月12日-2012年12月2日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。 2012年12月3日-2013年1月20日：填寫畢業(yè)實習(xí)報告。 2013年1月21日-2013年1月30日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。 2013年2月1日-2010年2月15日：學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。 2013年2月16日-2010年3月15日：主軸變速箱設(shè)計。 2013年3月16日-2013年4月1日：主軸箱各零件設(shè)計。 2013年4月2日-2013年5月25日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。 現(xiàn)場調(diào)研、模擬、建模、實驗、機(jī)器調(diào)試，達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計，大大降低勞動強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率。 特色或創(chuàng)新之處 適用于企業(yè)對現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行改型換代的要求，且可以擴(kuò)大機(jī)床的加工工藝范圍，對車床主傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可降低工人的勞動強(qiáng)度、減少機(jī)械加工工藝時間和降低機(jī)械零件的生產(chǎn)成本。 已具備的條件和尚需解決的問題 針對實際使用過程中機(jī)床主傳動變速系統(tǒng)存在的問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計與方法、專用機(jī)床設(shè)計方法，對車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計--主軸變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而提高自身開發(fā)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室（學(xué)科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 I 摘要 車床主要是為了進(jìn)行車外圓、車端面和鏜孔等項工作而設(shè)計的機(jī)床。車削很少在其 他種類的機(jī)床上進(jìn)行，而且任何一種其他機(jī)床都不能像車床那樣方便地進(jìn)行車削加工。 由于車床還可以用來鉆孔和鉸孔，車床的多功能性可以使工件在一次安裝中完成幾種加 工。因此，在生產(chǎn)中使用的各種車床比任何其他種類的機(jī)床都多。 車床的基本部件有：床身、主軸箱組件、尾座組件、溜板組件、絲杠和光杠。 主軸箱安裝在內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌的固定位置上，一般在床身的左端。它提供動力，并可使工 件在各種速度下回轉(zhuǎn)。它基本上由一個安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪 (類似于卡車變速箱)所組成。通過變速齒輪，主軸可以在許多種轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)車 床有 8~12 種轉(zhuǎn)速，一般按等比級數(shù)排列。而且在現(xiàn)代機(jī)床上只需扳動 2~4 個手柄，就能 得到全部轉(zhuǎn)速。一種正在不斷增長的趨勢是通過電氣的或者機(jī)械的裝置進(jìn)行無級變速。 由于機(jī)床的精度在很大程度上取決于主軸，因此，主軸的結(jié)構(gòu)尺寸較大，通常安裝 在預(yù)緊后的重型圓錐滾子軸承或球軸承中。主軸中有一個貫穿全長的通孔，長棒料可以 通過該孔送料。主軸孔的大小是車床的一個重要尺寸，因此當(dāng)工件必須通過主軸孔供料 時，它確定了能夠加工的棒料毛坯的最大尺寸。 關(guān)鍵字：車床；主軸箱組件；主軸；無級變速 II Abstract Lathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool. The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod. The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds . Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears- similar to a truck transmission—through which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives. Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed. The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle. Key words: Lathes; headstock assembly; variable speed; 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 目錄 摘要 ......................................................................III ABSTRACT ...................................................................IV 1 緒論 ......................................................................1 1.1 畢業(yè)設(shè)計的目的 .........................................................1 1.2 機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計要求 .................................................1 2 車床參數(shù)的擬定 ............................................................2 2.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù) ...................................................2 2.1.1 極限切削速度 Vmax、Vmin 的確定 ......................................2 2.1.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速的確定 ...............................................2 2.1.3 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)和公比的確定 ...........................................3 2.1.4 主電機(jī)的選擇 .......................................................3 3 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 ............................................................6 3.1 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖的確定 .......................................6 3.1.1 傳動形式的確定 .....................................................6 3.1.2 傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 .....................................6 3.1.3 傳動系統(tǒng)擴(kuò)大順序的安排 .............................................7 3.1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖 .........................................................7 3.1.5 轉(zhuǎn)速圖的擬定 .......................................................7 3.1.6 分配降速比 .........................................................8 3.2 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 ......................................10 3.2.1 帶輪確定 ..........................................................10 3.2.2 齒輪齒數(shù)的確定的要求 ..............................................14 4 強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 ...................................................17 4.1 確定計算轉(zhuǎn)速 ..........................................................17 4.1.1 各軸、齒輪的計算轉(zhuǎn)速 ..............................................17 4.2 軸的估算和驗算 ........................................................19 4.2.1 主軸的設(shè)計與計算 ..................................................19 4.2.2 傳動軸直徑的估算 ..................................................22 4.3 齒輪模數(shù)的估算和計算 ..................................................24 4.3.1 齒輪模數(shù)的估算 ....................................................24 4.3.2 齒輪模數(shù)的驗算 ....................................................26 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 7 4.4 軸承的選擇與校核 ......................................................31 4.4.1 一般傳動軸上的軸承選擇 ............................................31 4.4.2 主軸軸承的類型 ....................................................31 4.4.3 軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊 ...............................................33 4.4.4 軸承的較核 ........................................................34 4.4.5 軸承的密封和潤滑 ..................................................36 4.5 片式摩擦離合器的選擇與驗算 ............................................36 4.5.1 按扭矩選擇 ........................................................36 4.5.2 片式離合器的計算 ..................................................36 4.5.3 計算摩擦面的對數(shù) Z.................................................37 5 主軸箱的箱體設(shè)計 .........................................................39 6 結(jié)論與展望 ...............................................................40 6.1 結(jié)論 ..................................................................40 6.2 展望 ..................................................................40 致 謝 ......................................................................41 參考文獻(xiàn) ...................................................................42 存檔編碼：無無錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 2013 屆屆畢畢業(yè)業(yè)作作業(yè)業(yè)周周次次進(jìn)進(jìn)度度計計劃劃、檢檢查查落落實實表表 系別：信機(jī)系 班級：機(jī)械95 學(xué)生姓名：郭磊 課題（設(shè)計）名稱：車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計-單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 開始日期：2012年11月12日周次起止日期工作計劃、進(jìn)度每周主要完成內(nèi)容存在問題、改進(jìn)方法指導(dǎo)教師意見并簽字備 注1-32012年11月12日-2012年12月2日教師下達(dá)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，學(xué)生初步閱讀資料，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告。按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書存在問題：對設(shè)計目的及要求不明確，對課題理解模糊，實際設(shè)計操作能力不足。改進(jìn)方法：向指導(dǎo)老師請教，通過導(dǎo)師指導(dǎo)后，翻閱圖書館的書籍等途徑查閱資料，重新填寫報告。4-102012年12月3日-2013年1月20日指導(dǎo)專業(yè)實訓(xùn)機(jī)械制造綜合實訓(xùn)，結(jié)合實踐了解課題存在問題：發(fā)現(xiàn)自己對所學(xué)知識的運(yùn)用能力較差。改進(jìn)方法：及時的對自己的知識點(diǎn)查漏補(bǔ)缺，了解設(shè)備的基本操作及特點(diǎn)，理解原理結(jié)構(gòu)。11-122013年1月21日-2013年3月1日指導(dǎo)畢業(yè)實習(xí)到企業(yè)進(jìn)行崗位實習(xí)，了解本專業(yè)的實踐知識,掌握基本的設(shè)計生產(chǎn)模式。存在問題：缺乏實踐動手能力。改進(jìn)方法：向工程師請教，不斷學(xué)習(xí)，查漏補(bǔ)缺。132013年3月4日-2013年3月8日查閱參考資料查閱與設(shè)計有關(guān)的參考資料不少于10篇，其中外文不少于5篇存在問題：自己的資料短缺，相關(guān)理論知識不足。改進(jìn)方法：利用休息的時間去校圖書館、書店等地方翻閱書籍，并利用工作之余在網(wǎng)上搜索相關(guān)資料加以整理142013年3月11日-2013年3月15日翻譯外文資料翻譯外文資料（8000-10000字符）存在問題：英文素養(yǎng)低，專業(yè)詞匯不足。改進(jìn)方法：上網(wǎng)查詢，并結(jié)合翻閱軟件，向同學(xué)求助等方法，不斷提升英語翻譯能力。152013年3月18日-2013年3月22日主軸傳動設(shè)計方案分析產(chǎn)品圖，優(yōu)化傳動設(shè)計方案存在問題：缺乏設(shè)計經(jīng)驗，繪圖達(dá)不到要求，設(shè)計方案不合理，存在材料浪費(fèi)，配合性差。改進(jìn)方法：多去車間部門了解實際生產(chǎn)過程，設(shè)計合理的裝配方案，建立正確的設(shè)計方案。162013年3月25日-2013年3月29日主軸箱結(jié)構(gòu)分析確定主軸箱主軸傳動結(jié)構(gòu)存在問題：主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。改進(jìn)方法：詢問導(dǎo)師及工廠師傅，改進(jìn)主軸箱結(jié)構(gòu)。172013年4月1日-2013年4月5日主軸箱結(jié)構(gòu)分析和尺寸計算分析產(chǎn)品圖，分析主軸傳動設(shè)計，深入優(yōu)化傳動設(shè)計方案存在問題：公式不能靈活運(yùn)用，沒有合理的結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計方案不理想。改進(jìn)方法：查閱相關(guān)資料，翻閱理解前人的設(shè)計方案，通過分析公式的計算原則和應(yīng)用條件，合理運(yùn)用各種公式。182013年4月8日-2013年4月12日主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸計算存在問題：主軸箱零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，甚至存在不能按設(shè)計要求加工的情況，零件結(jié)構(gòu)尺寸選取不合理。改進(jìn)方法：詢問指導(dǎo)老師，結(jié)合加工設(shè)備，重新零件結(jié)構(gòu)。192013年4月15日-2013年4月19日畫裝配圖初步繪制主軸箱裝配圖存在問題：繪圖軟件操作不熟練，實際裝配不正確。改進(jìn)方法：網(wǎng)上學(xué)習(xí)CAD繪圖軟件，并表示出合理的裝配關(guān)系。202013年4月22日-2013年4月26日完成裝配圖修改主軸箱裝配圖存在問題：裝配圖中標(biāo)準(zhǔn)件畫法不正確，技術(shù)要求填寫不合理，沒能正確填寫明細(xì)欄。改進(jìn)方法：翻閱書本，請導(dǎo)師檢閱。212013年4月29日-2013年5月3日繪制零件圖繪制主軸箱主要零件的零件圖存在問題：零件圖的描述不合理，零件圖上尺寸公差不達(dá)要求，粗糙度選用不規(guī)范。改進(jìn)方法：修改零件圖以求以求達(dá)到合理要求。222013年5月6日-2013年5月10日完成零件圖修改完善裝配圖和零件圖存在問題：裝配圖和零件圖的表達(dá)方案不合理，尺寸不符合實際需求，技術(shù)要求不規(guī)范。改進(jìn)方法：修改裝配圖和零件圖的表達(dá)方案，完善尺寸和技術(shù)要求。232013年5月13日-2013年5月17日設(shè)計說明書（論文）、摘要和小結(jié)編寫完成設(shè)計說明書（論文）、摘要和小結(jié)存在問題：說明書（論文）的格式不規(guī)范，摘要不合理要求等。改進(jìn)方法：按學(xué)院要求重新修改書面格式，重新并編寫摘要。242013年5月20日-2013年5月25日上交資料、準(zhǔn)備答辯整理所有資料，打印后上交指導(dǎo)教師，準(zhǔn)備答辯按指導(dǎo)老師要求結(jié)合學(xué)院要求整理書籍及資料 說明：1、“工作計劃、進(jìn)度”、“指導(dǎo)教師意見并簽字”由指導(dǎo)教師填寫，“每周主要完成內(nèi)容”，“存在問題、改進(jìn)方法”由學(xué)生填寫。2、本表由各系妥善歸檔，保存?zhèn)洳?。周次起止日期工作計劃、進(jìn)度每周主要完成內(nèi)容存在問題、改進(jìn)方法指導(dǎo)教師意見并簽字備 注 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 信 機(jī) 系 模 具 設(shè) 計 與 制 造 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923211 學(xué)生姓名： 郭 磊 指導(dǎo)教師： 韓邦華 （職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 《車床主軸傳動系統(tǒng) 設(shè)計- 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計》 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取 得的成果，除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用、表示致謝的 內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫 的成果作品。 班 級： 機(jī)械 95 學(xué) 號： 0923211 作者姓名： 2013 年 5 月 22 日 I 無錫太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 模具設(shè)計與制造 專業(yè) 一、 題目及專題 1、 題目 車床主軸傳動系統(tǒng)設(shè)計 2、 專題 單主軸變速機(jī)構(gòu)設(shè)計 二、 課題來源及選題依據(jù) 課題來源為無錫某機(jī)械有限公司。通過畢業(yè)設(shè)計是為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā) 和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠針對實際使用過程中存在的機(jī)床選擇 問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計與方法、專用機(jī)床設(shè)計方法，在機(jī)床基礎(chǔ)型 系的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個簡單的主傳動變速系統(tǒng)，從而達(dá)到解決實際工程問題 的能力。 在設(shè)計傳動件時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo) 準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)成本。 三、 本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求 1、 該部件工作時，能運(yùn)轉(zhuǎn)正常； 2、 擬定工作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動方案，并進(jìn)行多方案對比分析； 3、 根據(jù)車床的加工要求，設(shè)計出機(jī)床主傳動系統(tǒng)的原理及繪制主傳 動系 統(tǒng)的裝配圖； 4、 對所設(shè)計的主傳動系統(tǒng)進(jìn)行必要的驗算和推導(dǎo)； II 5、 繪制車床的主傳動軸的零件圖； 6、 繪制車床主傳動系轉(zhuǎn)速圖和變速傳動系圖； 7、 編制設(shè)計說明書 1 份。 四、 接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 95 班 姓名 郭磊 五、 開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、 設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 [科學(xué)組組長] 簽名 系主任 簽名 年 月 日 III 摘要 車床主要是為了進(jìn)行車外圓、車端面和鏜孔等項工作而設(shè)計的機(jī)床。車削很少在其 他種類的機(jī)床上進(jìn)行，而且任何一種其他機(jī)床都不能像車床那樣方便地進(jìn)行車削加工。 由于車床還可以用來鉆孔和鉸孔，車床的多功能性可以使工件在一次安裝中完成幾種加 工。因此，在生產(chǎn)中使用的各種車床比任何其他種類的機(jī)床都多。 車床的基本部件有：床身、主軸箱組件、尾座組件、溜板組件、絲杠和光杠。 主軸箱安裝在內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌的固定位置上，一般在床身的左端。它提供動力，并可使工 件在各種速度下回轉(zhuǎn)。它基本上由一個安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪 (類似于卡車變速箱)所組成。通過變速齒輪，主軸可以在許多種轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)車 床有 8~12 種轉(zhuǎn)速，一般按等比級數(shù)排列。而且在現(xiàn)代機(jī)床上只需扳動 2~4 個手柄，就能 得到全部轉(zhuǎn)速。一種正在不斷增長的趨勢是通過電氣的或者機(jī)械的裝置進(jìn)行無級變速。 由于機(jī)床的精度在很大程度上取決于主軸，因此，主軸的結(jié)構(gòu)尺寸較大，通常安裝 在預(yù)緊后的重型圓錐滾子軸承或球軸承中。主軸中有一個貫穿全長的通孔，長棒料可以 通過該孔送料。主軸孔的大小是車床的一個重要尺寸，因此當(dāng)工件必須通過主軸孔供料 時，它確定了能夠加工的棒料毛坯的最大尺寸。 關(guān)鍵字：車床；主軸箱組件；主軸；無級變速 IV Abstract Lathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool. The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod. The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds . Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears- similar to a truck transmission—through which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives. Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed. The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle. Key words: Lathes; headstock assembly; variable speed; V 目錄 摘要 ......................................................................III ABSTRACT ...................................................................IV 1 緒論 ......................................................................1 1.1 畢業(yè)設(shè)計的目的 .........................................................1 1.2 機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計要求 .................................................1 2 車床參數(shù)的擬定 ............................................................2 2.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù) ...................................................2 2.1.1 極限切削速度 Vmax、Vmin 的確定 ......................................2 2.1.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速的確定 ...............................................2 2.1.3 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)和公比的確定 ...........................................3 2.1.4 主電機(jī)的選擇 .......................................................3 3 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 ............................................................6 3.1 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖的確定 .......................................6 3.1.1 傳動形式的確定 .....................................................6 3.1.2 傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 .....................................6 3.1.3 傳動系統(tǒng)擴(kuò)大順序的安排 .............................................7 3.1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖 .........................................................7 3.1.5 轉(zhuǎn)速圖的擬定 .......................................................7 3.1.6 分配降速比 .........................................................8 3.2 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 ......................................10 3.2.1 帶輪確定 ..........................................................10 3.2.2 齒輪齒數(shù)的確定的要求 ..............................................14 4 強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 ...................................................17 4.1 確定計算轉(zhuǎn)速 ..........................................................17 4.1.1 各軸、齒輪的計算轉(zhuǎn)速 ..............................................17 4.2 軸的估算和驗算 ........................................................19 4.2.1 主軸的設(shè)計與計算 ..................................................19 4.2.2 傳動軸直徑的估算 ..................................................22 4.3 齒輪模數(shù)的估算和計算 ..................................................24 4.3.1 齒輪模數(shù)的估算 ....................................................24 4.3.2 齒輪模數(shù)的驗算 ....................................................26 VI 4.4 軸承的選擇與校核 ......................................................31 4.4.1 一般傳動軸上的軸承選擇 ............................................31 4.4.2 主軸軸承的類型 ....................................................31 4.4.3 軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊 ...............................................33 4.4.4 軸承的較核 ........................................................34 4.4.5 軸承的密封和潤滑 ..................................................36 4.5 片式摩擦離合器的選擇與驗算 ............................................36 4.5.1 按扭矩選擇 ........................................................36 4.5.2 片式離合器的計算 ..................................................36 4.5.3 計算摩擦面的對數(shù) Z.................................................37 5 主軸箱的箱體設(shè)計 .........................................................39 6 結(jié)論與展望 ...............................................................40 6.1 結(jié)論 ..................................................................40 6.2 展望 ..................................................................40 致 謝 ......................................................................41 參考文獻(xiàn) ...................................................................42 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 1 1 緒論 1.1 畢業(yè)設(shè)計的目的 通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程 中，得到設(shè)計構(gòu)思、分析方案、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計算、編寫技術(shù)要求文件 和查閱級數(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握機(jī)床設(shè)計的過程和方法， 使原有的知識有了進(jìn)一步的加深。 （1） 課程設(shè)計屬于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計課程的延續(xù)，通過設(shè)計實踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握機(jī)械系 統(tǒng)的一般方法。 （2） 培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、精度設(shè)計、金屬工藝學(xué)、材料熱處理及 結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進(jìn)行工程設(shè)計的能力。 （3） 培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力。 （4） 提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。 （5） 為進(jìn)入工廠打下基礎(chǔ)。 1.2 機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計要求 （1） 、主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級別，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動的開停、 變速、換向和制動等，以滿足機(jī)床的運(yùn)動要求。 （2） 、主電動機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足 機(jī)床的傳動要求。 （3） 、主運(yùn)動的有關(guān)機(jī)構(gòu)，特別是主軸組件有足夠的精度、抗振性、溫升小和噪音 小，傳動效率高，以滿足機(jī)床的工作性能要求。 （4） 、操作靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。 （5） 、結(jié)構(gòu)緊湊簡單、工藝性好、成本低、以滿足經(jīng)濟(jì)要求。 三、車床主要參數(shù)（規(guī)格尺寸） 最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D（mm） 400 刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑 D1? 200 主軸通孔直徑 d 50 主軸頭號（JB2521-79） 6 最大工件長度 L 750-2000 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 2 車床參數(shù)的擬定 2.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù) 2.1.1 極限切削速度 Vmax、Vmin 的確定 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮： 允許的切速極限參考值如下： 表 2-1 允許的切速極限參考值 加 工 條 件 Vmax(m/min) Vmin(m/min) 硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件 30～50 硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150～300 螺紋加工和鉸孔 3～8 根據(jù)給出條件，取 Vmax=200 m/min 螺紋加工和鉸孔時取 Vmin=5 m/min 2.1.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速的確定 計算車床主軸極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑， 按經(jīng)驗分別取 K=0.5, Rd =0.25 dmax=KD=0.5×400=200mm dmin=Rd×dmax=0.25x200=50mm 其中: dmax、d min 并不是指機(jī)床上可加工的最大和最小直徑，而是指實際使用情況下，采用 Vmax、 （Vmin ）時常用的經(jīng)濟(jì)加工直徑。 則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： 取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列數(shù)值，即 =1400r/minmaxn 在 中考慮車螺紋和鉸孔時，其加工的最大直徑 應(yīng)根據(jù)實際加工情況選取min maxd 。因此，此處選最大直徑為 50mm50~4?in/8.31504.1maxinin rdv????in/1273504.310inmaxmax rdv???? CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 3 取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列數(shù)值，即 =31.5r/minmin 轉(zhuǎn)速范圍 Rn= iax 轉(zhuǎn)速范圍 Rn= = =44.44r/minmin5.3140 考慮到設(shè)計的機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度要適中，故采用常規(guī)的擴(kuò)大傳動，并選級數(shù) Z=12，今以 和 代入公式 得 R=12.7 和 43.8，因此取 更合適。各級轉(zhuǎn)41.??26. 1????nR41.?? 速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)列表中查出，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列表給出了 的從 1—10000 的06. 數(shù)值，因為 。從表中找到 =1440r/min 就可以每個 5 個數(shù)值選取一個，60.1max 得列表如下 31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400 2.1.3 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z 和公比 的確定? 已知 1minax??ZR 取 Z=12 級 minax1Zn?? 124.?8.43?R =1440 =31.5maxnmin7.5.310in 綜合上述可得：主傳動部件的運(yùn)動參數(shù) Z=12 =1.41i/4maxr?in/.minr?? 2.1.4 主電機(jī)的選擇 合理地確定電機(jī)功率 N，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī) 經(jīng)常輕載而降低功率因素。 中型普通車床典型重切削條件下的用量如表 2-2 所示。 刀具材料：YT15 工件材料 45 號鋼，切削方式：車削外圓 查下表可知：切深 ap=3.5mm 進(jìn)給量 f(s)=0.35mm/r 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 切削速度 V=90m/min 表 2-2 中型普通車床典型重切削條件下的切削用量 320? 40? 切削用量 普通型 輕型 普通型 輕型 切深 pa 3.5 3 4 3.5 進(jìn)給量 f 0.35 0.25 0.4 0.35 切削速度 v 90 75 100 80 功率估算法用的計算公式 a 主切削力： b 切削功率： Pc= KWFVC45.612093??? c 估算主電機(jī)功率： min/140rnd KPC56.8.?總? 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電動機(jī)作為動力源?？梢栽谙盗兄羞x用，在選擇 電動機(jī)型號時，應(yīng)注意 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率，但電動機(jī)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此選取相應(yīng)的標(biāo) 準(zhǔn)值 KWP5.? 電機(jī)轉(zhuǎn)速 ：dn 選用時，要使電機(jī)轉(zhuǎn)速 與主軸最高轉(zhuǎn)速 和 I 軸轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過dnmaxn 大的升速或過小的降速傳動。 查《機(jī)械設(shè)計手冊》可知： P 值為 5.5KW，按我國生產(chǎn)的電機(jī)在 Y 系列的額定功率選擇。 Nfapc 30265.3.01107.75. ?? CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 5 表 2-3 Y 系列的額定功率 電機(jī)型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速 A B C D E +0.018 Y132S--4 5.5KW 1440 1500 216 140 89 38 +0.002 80 F G H K AB AC AD HD BB L 10 33 132 12 280 270 210 315 200 475 圖 2.1 為 Y 系列的電機(jī)的外形圖。 圖 2.1 為 Y 系列的電機(jī)的外形圖 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 3 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 3.1 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖的確定 3.1.1 傳動形式的確定 集中傳動方式：傳動系的全部傳動和變速機(jī)構(gòu)集中裝在同一個主軸箱內(nèi)。 集中傳動適用于中、大型機(jī)床，尤其是 CA6140,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于集中操縱， 安裝調(diào)整方便。利于降低制造成本；缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動、 熱量，會使主軸產(chǎn)生變形，使主軸回轉(zhuǎn)中心線偏離正確位置而直接影響加工精度。 3.1.2 傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 擬定傳動鏈的基本原則，就是以經(jīng)濟(jì)的滿足對機(jī)床的要求，可以滿足同樣要求的方案 有很多種，在進(jìn)行傳動鏈的可能性分析時，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理的原則，選出有最好的方案。 轉(zhuǎn)速圖有助于各種方案的比較，并為進(jìn)一步確定傳動系統(tǒng)提供方便。擬定主運(yùn)動轉(zhuǎn)速圖 應(yīng)該按照下列步驟進(jìn)行： 擬定傳動方案，包括傳動形式的選擇以及開停。換向，操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。 傳動形式則指傳動和變速的元件，機(jī)構(gòu)以及組成，安排不同特點(diǎn)的傳動形式，變速類型。 傳動方案和形式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)，因此，確定傳動 方案和形式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能、以及經(jīng)濟(jì)性等多方面統(tǒng)一考慮。 級數(shù)為 的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳遞組組成，各傳動組分別有Z 個傳動副。.4321、、 即 .21? 傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為適合，即變速級數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因子： 即 baZ32? 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的組合: 1) 2) 4?3412?? 3) 4) 23? 5) 在上述方案中， （1） （2）方案有時可以省掉一根軸，缺點(diǎn)是一個傳動組內(nèi)有四個傳動 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 7 副，如果用一個四聯(lián)滑移齒輪。則會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱 機(jī)構(gòu)必須互銷，以防止兩個滑移齒輪同時嚙合，所以一般少用。 （3） （4） （5）方案：按照傳動副“前多后少”的原則選擇 Z=3×2×2 這一方案，但Ⅰ 軸換向采用雙向片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)，Ⅰ軸的軸向尺寸不至于過大，以免加長變速箱尺 寸，第一傳動組的傳動副不宜過多，以 2 為宜因此此方案不宜采用，而應(yīng)選擇 12=2×3×2。 方案 4）是比較合理的 12=2×3×2 3.1.3 傳動系統(tǒng)擴(kuò)大順序的安排 12=2×3×2 的傳動副組合，其傳動組的擴(kuò)大順序又可以有形式： 1) 6213?? 2） 根據(jù)級比指數(shù)分配要“前密后疏”的原則，應(yīng)選用 Z= × × 這一方案，然而1236 對于我們所設(shè)計的結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)兩個問題： 第一變速組采用降速傳動時，由于摩擦離合器徑向結(jié)構(gòu)尺寸限制，使得Ⅰ軸上的齒 輪直徑不能太小，Ⅱ軸上的齒輪則會成倍增大。這樣，不僅使Ⅰ-Ⅱ軸間中心距加大，而 且Ⅰ-Ⅱ軸間的中心距也會輥大，從而使整個傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸增大。這種傳動不宜采用。 如果第一變速組采用升速傳動，則Ⅰ軸至主軸間的降速傳動只能同后兩個變速組承 擔(dān)。為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的杉限值，常常需要增加一個定比降速傳動組，使系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種傳動也不是理想的。 如果采用 這一方案則可解決上述存在的問題。6132?? 3.1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖 車床主傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1 所示。 3.1.5 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運(yùn)動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上， 選擇電機(jī)型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速圖，使主運(yùn)動逐步 具體化。 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 3.1.6 分配降速比 設(shè)計機(jī)床主軸變速傳動時，為了避免從動齒輪過大而增加箱體的徑向尺寸，一般限制 降速最小傳動比 Umin 1/4,為避免擴(kuò)大傳動誤差，減少振動噪聲，一般限制直齒圓柱齒? 輪的最大升速比 Umax ,因此決定了一個傳動組的最大變速范圍2? 8/minax??ur 該車床主軸傳動系統(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”的原則以及摩擦離合器的工作速度要求，確定各傳動組最小傳動比。 總的傳動比： a 決定軸Ⅲ-Ⅳ的最小降速傳動比主軸上的齒輪希望大一些，能起到飛輪的作用，所以最 后一個變速組的最小降速傳動比取極限 1/4，公比 ψ=1.41，1.41 4=4，6132?? 最末一級間的間隔為 6 級 1.min47.5140.3??電總uminiincbau皮總 44min.?cu9.11 264????cu42mincc 圖 3.1 轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)網(wǎng) 132:280 Ⅰ 44:31 25:50 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 1800r/min 1400 1000 710 500 355 250 180 125 90 31,5 45 31.5 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 9 b 中間軸傳動比 可按先快后慢的原則，確定最小傳動比，根據(jù)基比指數(shù)確定其他傳動比 軸最小傳動比ⅣⅢⅡ ~ miniamincbuu? 因為 所以 軸最小傳動ⅡⅠ ~ 軸采用升速傳動，加大齒輪ⅡⅠ 外徑，使主動輪齒根直徑大于離合器外轂。 因此，皮帶輪的傳動比為. 4in1??c5.01232????bu71.4.12b 214.1 2mina ???u 41.132???au214.12min2?au 49.01. .21.2???皮u 33min.bbu 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 3.2 傳動原理圖 3.2 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 3.2.1 帶輪確定 因為床頭箱內(nèi)部緊湊，而第一軸除皮帶輪外的受力不大，沒有必要為抵消皮帶的拉 力而選用大的軸承和軸，所以用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)更劃算。 1、選擇三角帶型號 根據(jù)計算功率 NKPac?? P---電機(jī)額定功率 Ka---工作情況系數(shù) 車床的啟動載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，兩班制工作時，取 Ka =1.1 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 11 故 =5.5x1.1=6.05KKWPKac?? 2、選擇 V 帶的帶型 根據(jù)計算功率和電機(jī)額定轉(zhuǎn)速查機(jī)械設(shè)計圖 8—11 選用 B 型。 3、確定小帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗算帶速 vd 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大，為了提高帶的使用壽命，小帶輪直徑不 宜過小。 1） 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。1d 由表 8—6 和表 8—8.取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 =1321d 2）驗算帶速 vsmnd/54.76014160???????電 因為 5m/s 查表 8—2 選帶的基準(zhǔn)長度 Ld=1600mm. 按下列公式計算實際中心距 a 5306.90.5200 ??????dLa 6、 驗算小帶輪的包角 1? ???? 1204.6350.71483.57)(18012 ????????ad 因此，小帶輪包角取值合理。 7、計算帶的根數(shù) Z 1） 計算單根 V 帶的額定功率 Pr 由 、 和 B 型帶查表 8-4a，由插補(bǔ)法得.321md?in/140?電n70KWP 由 、 和 B 型帶查表 8—4b 得.1di kwP4.0?? 查表 8—5 得 ，表 8—2 得95?a 92.LKWKPaLr 5.50)4.17.()(0 ???? 2） 計算單根 V 帶的根數(shù) Z 69.25.0?rcaPZ 因此，帶的根數(shù)為 3。 8、計算單根 V 帶的初拉力的最小值（ min)(0F 帶型 Y Z A B C D E 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92 由上表知道 B 型帶的單位長度質(zhì)量 q=0.18kg/m NvqZKPFac 4.285.718054.739.06)2(5)5.2(0min)( 20 ??????????? CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 13 應(yīng)使帶的實際初拉力 >0Fmin)( 9、計算壓軸力 p 壓軸力的最小值 NFZp 136024.sin.283sin)(2min)(0 ?????? ? 帶輪結(jié)構(gòu)工作表如下表所示。 帶輪直徑 mm帶型號 帶長 Ld 中心距 大帶輪 小帶輪 帶根數(shù) 作用于軸上的 壓力 B 1600 530 280 132 3 1360N 主軸箱的動力是從主電機(jī)經(jīng)過皮帶輪和三角帶傳遞給軸Ⅰ，并且輸進(jìn)主軸箱，為防 止軸Ⅰ在三角帶的張力作用下產(chǎn)生變形，設(shè)計時將皮帶輪先通過花鍵套、滾動軸承和法 蘭安裝在箱體上。從而使張力由床身承受，扭矩由花鍵套傳遞給軸Ⅰ。軸Ⅰ不在因皮帶 輪的張力而產(chǎn)生彎曲變形，故軸Ⅰ上的零件的動作條件得到改善。如下圖所示 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 3.2.2 齒輪齒數(shù)的確定的要求 1）確定齒輪齒數(shù) 可用計算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動比 u 和初步定出 的傳動副齒數(shù)和 ，查表即可求出小齒輪齒數(shù)ZS 選擇時應(yīng)考慮： 1.傳動組小齒輪應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，其最小齒數(shù) =17??miniZ? 2.齒輪的齒數(shù)和 不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機(jī)床結(jié)構(gòu)增大，一般推薦齒數(shù)和ZS ≤100-120。ZS 3.同一變速組中的各對齒輪，其中心距必須保證相等。 4 采用三聯(lián)滑移齒輪時，最大齒輪齒數(shù)與次大齒輪齒數(shù)差應(yīng)該大于或等于 4。. 5 保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 6 保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)。 卸荷式皮帶輪 1-皮帶輪 2-花鍵套筒 3-螺釘 4-支撐套 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 15 查《機(jī)械制造裝備設(shè)計》表 3--9 第一變速組： ，時， 、70、72、75、84........41.?au685?zS ，時， 、72、75、84......2.2a 9z 符合條件的 72、75 和 84。 因此選 。于是得變速組 a 的兩個傳動副的主從齒輪數(shù)分別為：49、35；28、5684?zS 第二變速組： 時， 、82、84、85、87、89、90........1.bu0z 時， 、84、86、87、89、90........224.?b81?zS 時， 、81、84、87、88、91........331.bu0z 符合條件的 和 8784?zS 因此選 。于是得變速組 b 的三個傳動副的主從齒輪數(shù)分別為：7z 36、51；29、58；23、64。 第三變速組： 時， 、84、86、87、89、90、92、93、95、104、105........21?cu81zS 時， 、84、85、86、89、90、91、94、95、104、105........4.2c ?z 符合條件的 、104 和 10595zS 因此選 。于是得變速組 c 的兩個傳動副的主從齒輪數(shù)分別為：10?z 70、35；21、84 表 3-3 變速組 第一變速組 第二變速組 第三變速組 齒數(shù)和 84 87 105 齒輪 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z1 1 Z12 Z13 Z14 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 齒數(shù) 49 35 28 56 36 51 29 58 23 64 70 35 21 84 2）驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差 由于確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計的理論轉(zhuǎn)速難以完全相符，需要驗算 主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過±10(ψ-1)%。 主軸各級實際轉(zhuǎn)速值用下式計算 cbuna皮電實 )1(??? 其中 ε——滑移系數(shù) ε=0.02 ua ub uc 分別為各級的傳動比 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值表示 ⊿n=｜ ∣≤±10(ψ-1)%=4.1%實 際 標(biāo) 準(zhǔn)實 際 n? 同樣其他的實際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速誤差如下: 表 3-4 主軸 轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 n12 標(biāo)準(zhǔn) 轉(zhuǎn)速 31.5 45 63 90 125 180 250 355 500 710 1000 1440 實際 轉(zhuǎn)速 31.35 44.2 62.33 87.8 123.8 175.1 247.6 350.2 495.3 700.5 990.65 1401 轉(zhuǎn)速 誤差 0.48 1.8 1.07 2.5 0.97 2.8 0.97 1.4 0.95 1.4 0.94 2.8 轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。 3）繪制主傳動系統(tǒng)圖 按照主傳動轉(zhuǎn)速圖以及齒輪齒數(shù)繪制主傳動系統(tǒng)圖如下 3.5 所示 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 17 圖 3.5 主傳動系統(tǒng)圖 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 4 強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 4.1 確定計算轉(zhuǎn)速 4.1.1 各軸、齒輪的計算轉(zhuǎn)速 主軸Ⅳ的計算轉(zhuǎn)速： III 軸 計算轉(zhuǎn)速 1. III 軸最低轉(zhuǎn)速 125r/min， 2. 可使主軸獲得 31.5r/min、250r/min 兩級轉(zhuǎn)速， 3. 其中 250r/min 大于 nj，需要傳遞全部功率， 4. 所以 III 軸計算轉(zhuǎn)速為 125r/min II 軸 計算轉(zhuǎn)速 1. III 軸計算轉(zhuǎn)速為 125r/min，由 II 軸最低轉(zhuǎn)速 355r/min 得來， 需要傳遞全部功率， 2. 所以 II 軸計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 I 軸 計算轉(zhuǎn)速 II 軸計算轉(zhuǎn)速為 355r/min，由 I 軸最低轉(zhuǎn)速 710r/min 得來， 需要傳遞全部功率， 所以， I 軸計算轉(zhuǎn)速為 710r/min 變速組 c 最小齒輪 z=21，裝在第 III 軸上， 使主軸獲得 31.5~180r/min 共 6 級， 其中主軸的計算轉(zhuǎn)速為 90r/min， 故 z=21 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 355r/min 齒輪 z=84，裝在第Ⅳ軸上， 獲得 31.5~180r/min 共 6 級， 其中主軸的計算轉(zhuǎn)速為 90r/min， 故 z=84 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 90r/min 齒輪 z=70，裝在第 III 軸上， 使主軸獲得 250~1400r/min 共 6 級， 其中主軸的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min， 故 z=70，齒輪計算轉(zhuǎn)速為 125r/min 齒輪 z=35，裝在第Ⅳ軸上， 獲得 250~1400r/min 共 6 級， 其中主軸的計算轉(zhuǎn)速為 90r/min， min/9041.53321min rZj ?????? CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 19 故 z=35 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 250r/min 變速組 b 最小齒輪 z=23，裝在第 II 軸上。 III 軸獲得 125、355r/min ， 其中 III 軸的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min， 故 z=23 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 齒輪 z=64，裝在第 III 軸上。 III 軸獲得 125、355r/min ， 其中 III 軸的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min， 故 z=64 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 z=29，裝在第 II 軸上。 III 軸獲得 180、500r/min ， 其中 III 軸的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min， 故 z=29 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 齒輪 z=58，裝在第 III 軸上。 III 軸獲得 180、500r/min ， 其中 III 軸的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min， 故 z=58 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 180r/min。 z=36，裝在第 II 軸上。 III 軸獲得 250、710r/min ， 其中 III 軸的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min， 故 z=36 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 齒輪 z=52，裝在第 III 軸上。 III 軸獲得 250、710r/min ， 其中 III 軸的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min， 故 z=52 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 250r/min 變速組 a 最小齒輪 z=28， II 軸獲得 355r/min ， 其中 II 軸的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min， 故 z=28 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 710r/min 齒輪 z=56 II 軸獲得 355r/min ， 其中 II 軸的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min， 故 z=56 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 355r/min 齒輪 z=49， II 軸獲得 1000r/min ， 其中 II 軸的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min， 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 故 z=49 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 710r/min 齒輪 z=35 II 軸獲得 1000r/min ， 其中 II 軸的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min， 故 z=35 齒輪計算轉(zhuǎn)速為 1000r/min 4.2 軸的估算和驗算 4.2.1 主軸的設(shè)計與計算 主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高。安裝工件的主軸參與切削成形運(yùn)動，因此它的精度 和性能性能直接影響加工質(zhì)量（加工精度與表面粗糙度） 。 1）主軸直徑的選擇 查表可以選取前支承軸頸直徑 D1=105 mm 后支承軸頸直徑 D2=(0.7～0.85)D 1=73.5～89.25 mm 選取 D2=75 mm 2）主軸內(nèi)徑的選擇 車床主軸由于要通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機(jī)構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿必須是空心 軸。 確定孔徑的原則是在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的 要求盡可能取大些。 推薦：普通車床 d/D(或 d1/D1)=0.55～0.6 其中 D——主軸的平均直徑，D= (D 1+D2)/2 d1——前軸頸處內(nèi)孔直徑 d=(0.55～0.6)D=49.5～54mm 所以，內(nèi)孔直徑取 52mm 主軸錐孔對支撐軸徑 A、B 的跳動，近軸端允差 0.005mm，離軸端 300mm 處允差 0.01mm，錐度的接觸率大于 70%，表面粗糙度 Ra0.4um，硬度要求 HRC48. 3）前錐孔尺寸 前錐孔用來裝頂尖或其它工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔。選擇如下： 莫氏錐度號取 6 號 標(biāo)準(zhǔn)莫氏錐度尺寸 大端直徑 D=63.348 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 21 4）主軸前端懸伸量的選擇 軸懸伸量指主軸前端面到前支撐徑向反力作用點(diǎn)（一般即為前徑支撐中點(diǎn)）的距離，它 主要取決于主軸前端部結(jié)構(gòu)形式和尺寸，前支撐軸配置和密封等。因此，主要由結(jié)構(gòu)設(shè) 計確定。 懸伸量與主軸部件的剛度和抗振性成反比，故應(yīng)取小值主軸懸伸量與前軸頸直徑之比 a/D1=0.6～1.25 a=(0.6～1.5)D 1=66～131.25mm 所以，懸伸量取 120mm 5）主軸合理跨距和最佳跨距 主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)精度剛度的重要影響因素，目的是找出在切削力的作用下，主 軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距（ ）0L 根據(jù)表 3-14 見《金屬切削機(jī)床設(shè)計》計算前支承剛度 。AK 前后軸承均用雙列短圓柱滾子軸承，并采用前端定位的方式。 查表 4.170DKA?? =1700×901.4=9.26×105 N/mm 因為后軸承直徑小于前軸承，取 4.1?BAK KB =6.61×105N/mm )1(6)03??BAKaL?? 其中 為參變量BAK 綜合變量 3aEIA?? 其中 E——彈性模量，取 E=2.0×105 N/mm2 I——轉(zhuǎn)動慣量，I=π(D 4-d4)/64=3.14×(804-454)=1.81×106mm4 =3aKEIA??35 6106.98.? =0.3909 由圖 4.1 主軸最佳跨距計算線圖中，在橫坐標(biāo)上找出 η=0.3909 的點(diǎn)向上作垂線與 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 的斜線相交，由交點(diǎn)向左作水平線與縱坐標(biāo)軸相交，得 L0/a=2.5。4.1?BAK 所以最佳跨距 L0 L0=2.5×120=300 又因為合理跨距的范圍 L 合理 =(0.75～3)L 0=225～1600 所以取 L=625mm 6）主軸剛度的驗算 對于一般受彎矩作用的主軸，需要進(jìn)行彎曲剛度驗算。主要驗算主軸軸端的位移 y 和 前軸承處的轉(zhuǎn)角 θ A。 如主軸前端作用一外載荷 F 如下圖 圖 4.1 主軸最佳跨距計算線圖 圖 4.2 主軸布置簡圖 CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 23 切削力 Fz=3026N 撓度 y A= EIaLFz3)( 2? = 65 2108.0.)(16?? =0.029 [y]=0.0002L=0.0002×625=0.125 yA＜[y] 傾角 θ A= EIaLF6)32(? = 65108.0. )23(1?? =0.000269 前端裝有圓柱滾子軸承，查表[ θ A]=0.001rad θ A＜[ θ A] 符合剛度要求。 7） 主軸的材料與熱處理 材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)到 220～250HBS，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位 局部淬硬至 HRC50～55，軸徑應(yīng)淬硬。 4.2.2 傳動軸直徑的估算 傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭矩 載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。車床主軸傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。 因此疲勞強(qiáng)度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可不必驗算軸的強(qiáng)度。剛 度要求保證軸在載荷下不發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。 傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式 圖 4.3 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 24 估算傳動軸直徑： mm4][91?jnNd? 其中：N—該傳動軸的輸入功率 KW?d? Nd—電機(jī)額定功率； —從電機(jī)到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積? 取 V 帶的傳動效率 =0.96，齒輪的傳動效率為 0.995，滾動軸承的傳動效率為 0.99（一對） —該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 r/minjn —每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角(deg/m),可根據(jù)傳動軸的要求選取如表 4-1 所示。][? 表 4-1 軸允許的扭轉(zhuǎn)角 剛度要求 允許的扭轉(zhuǎn)角 主 軸 一般的傳動軸 較低的傳動軸][? 0.5—1 1—1.5 1.5—2 對于一般的傳動軸，取 =1.5? Ⅰ軸 KW28.596.0????dN =710 r/min jn mm1.245.710941???d 為了傳遞轉(zhuǎn)矩，選用花鍵軸，所以 d1=24.1x（1-7%）=22.4mm 圓整后去 d1=30mm。 Ⅱ軸 KW25.9.065.2 ????N =355 r/min jn CA6140 車床主軸變速箱的設(shè)計 25 mm67.285.13942???d 為了傳遞轉(zhuǎn)矩，選用花鍵軸，所以 d2=28.67x（1-7%）=26.67mm 圓整后去 d2=35mm。 Ⅲ軸 KW0.59..0965.3 ????N =125r/min mmjn 14.37.1243??d 為了傳遞轉(zhuǎn)矩，選用花鍵軸，所以 d2=37.14x（1-7%）=34.54mm 圓整后去 mm。403?d 查表可以選取花鍵的型號其尺寸 分別為)741(???GBbDZ 軸取 1 0356 軸取 2d4 軸取 312?? 4.3 齒輪模數(shù)的估算和計算 4.3.1 齒輪模數(shù)的估算 根據(jù)齒輪彎曲疲勞的估算： 其中 、Z 應(yīng)為同一齒輪的計算轉(zhuǎn)速和齒輪齒數(shù)，并且取乘積最小的代入上式，jn 1）第一變速組 由轉(zhuǎn)速圖得 Z1=49 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 710r/min。 Z2=35 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 Z3=28 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 710r/min。 Z4=56 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 355/min。 根據(jù) Pd=5.28KW 05.23568.2????m mm 因此取 32jdwznPm?32jdwzn w 無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 26 2）第二變速組 由轉(zhuǎn)速圖得 Z5=36 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 Z6=52 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 250r/min。 Z7=29 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 Z8=58 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 180/min。 Z9=23 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 Z10=64 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 125/min。 Pd=5.25KW 因此取 3）第三變速組 由轉(zhuǎn)速圖得 Z11=70 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 125r/min。 Z12=35 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 250r/min。 Z13=21 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min。 Z14=84 齒輪的計算轉(zhuǎn)速為 90/min。 Pd=5.20KW 因此取 mw=3 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 mj 其中 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A 為齒輪中心距。jn 由中心距 A 及齒數(shù) 、 求出模數(shù)1z2 1) 第一變速組 Z1+Z2=Z3+Z4=84 Pd=5.28KW 取模數(shù)為 2mm。 78.21564.323????jd