2064 CA6140主軸箱結構設計,ca6140,主軸,結構設計
金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 1 -一、設計目的通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)得結構設計，在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，并具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。二、設計步驟1.運動設計1.1 已知條件[1]確定轉速范圍：主軸最小轉速 。min/5.31minr?[2]確定公比： 41.??[3]轉速級數： 2z1.2 結構分析式⑴ ⑵ [3] 231??321??231??從電動機到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取 方案。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產生過大的噪音和41min?震動常限制最大轉速比 。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍2ax?i。在設計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小， ??10~8minaxa?R根據中間傳動軸變速范圍小的原則選擇結構網。從而確定結構網如下： 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 2 -檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴大組： ??122???PXR?其中 4.， ， 622所以 ，合適。10~86.1.???R1.3 繪制轉速圖⑴選擇電動機一般車床若無特殊要求，多采用 Y 系列封閉式三相異步電動機，根據原則條件選擇 Y-132M-4 型 Y 系列籠式三相異步電動機。⑵分配總降速傳動比總降速傳動比 02.14/5.3/min??d又電動機轉速 i140rd不符合轉速數列標準，因而增加一定比傳動副。[3]確定傳動軸軸數傳動軸軸數 = 變速組數 + 定比傳動副數 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 3 -⑷確定各級轉速并繪制轉速圖由 min/5.31rnmi?z = 12 確定各級轉速：4.?1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。在五根軸中，除去電動機軸，其余四軸按傳動順序依次設為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動組分別設為a、b、c?，F由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉速：① 先來確定Ⅲ軸的轉速傳動組 c 的變速范圍為 ]10,8[41.max66??R?，結合結構式，Ⅲ軸的轉速只有一和可能：125、180、250、355、500、710r/min。② 確定軸Ⅱ的轉速傳動組 b 的級比指數為 3，希望中間軸轉速較小，因而為了避免升速，又不致傳動比太小，可取8.2/1/31??i， /2?ib軸Ⅱ的轉速確定為：355、500、710r/min。③確定軸Ⅰ的轉速對于軸Ⅰ，其級比指數為 1,可取， ，2/1/1??ia41./??ia/3?ia確定軸Ⅰ轉速為 710r/min。由此也可確定加在電動機與主軸之間的定傳動比 71/40/i。下面畫出轉速圖（電動機轉速與主軸最高轉速相近） 。傳 動 系 統(tǒng) 的 轉 速 圖電 動 機 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅵ[5]確定各變速組傳動副齒數①傳動組 a:查表 8-1, ， ，2/1/1??ia41./??ia/3?ia時： ……57、60、63、66、69、72、75、78……/21?i zS時：4.2ia 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 4 -……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……?zS時： ……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……1/3ia?zS可取 72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數分別為：24、30、36。z于是 ， ，48/21ai 42/302ai 36/?ai可得軸Ⅱ上的三聯齒輪齒數分別為：48、42、36。②傳動組 b:查表 8-1, ，8.2/1/31??ib1/2ib時：./31?i……69、72、73、76、77、80、81、84、87……zS時： ……70、72、74、76、78、80、82、84、86……/2ibzS可取 84，于是可得軸Ⅱ上兩聯齒輪的齒數分別為：22、42。?z于是 ， ，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數分別為：62、42。62/1i 42/?ib③傳動組 c:查表 8-1, ,/1ic2ci時： ……84、85、89、90、94、95……4/1?i zS時： ……72、75、78、81、84、87、89、90……2cz可取 90.z為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數為 18；4/1?ic為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數為 30。2c于是得 ,7/81i 30/62?ci得軸Ⅲ兩聯動齒輪的齒數分別為 18，60；得軸Ⅳ兩齒輪齒數分別為 72，30。 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 5 -1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖根據軸數，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：2.動力設計2.1 確定各軸轉速 ⑴確定主軸計算轉速：主軸的計算轉速為 min/90r41.35n321zmi ??????IV圖表 1⑵各傳動軸的計算轉速： 軸Ⅲ可從主軸 90r/min 按 72/18 的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉速125r/min；軸Ⅱ的計算轉速為 355r/min；軸Ⅰ的計算轉速為 710r/min。[3]各齒輪的計算轉速傳動組 c 中，18/72 只需計算 z = 18 的齒輪，計算轉速為355r/min；60/30 只需計算 z = 30 的齒輪，計算轉速為 250r/min；傳動組 b 計算 z = 22 的齒輪，計算轉速為 355r/min；傳動組 a 應計算 z = 24 的齒輪，計算轉速為 710r/min。[4]核算主軸轉速誤差min/5.14730/642/3/625/140 rn ?????實 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 6 -min/140rn?標 %52.10)145.7(%)( ??????標 標實所以合適。2.2 帶傳動設計電動機轉速 n=1440r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=2.03，兩班制，一天運轉 16.1 小時，工作年數 10 年。⑴確定計算功率 取 1.1，則?AK25KW.871.PKAca??⑵選取 V 帶型根據小帶輪的轉速和計算功率，選 B 型帶。⑶確定帶輪直徑和驗算帶速查表小帶輪基準直徑 md125?, id403.2152??驗算帶速成 61nv?其中 -小帶輪轉速，r/min；1-小帶輪直徑，mm；d，合適。]25,[/4.9106254.3????smv[4]確定帶傳動的中心距和帶的基準長度設中心距為 ,則0a0．55（ ） a 2（ ）21d??21d?于是 208.45 a 758,初取中心距為 400mm。?0a帶長 0212104)()(2dL??? 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 7 -m14054)25()21(4.302 ???????查表取相近的基準長度 ， 。dL帶傳動實際中心距 a5.397200????[5]驗算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應小于 。?1。合適。???? ?1204.63.571802????ad?[6]確定帶的根數LcakpZ?)(0???其中： - 時傳遞功率的增量；1?i-按小輪包角 ，查得的包角系數；?k-長度系數；L為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數不大于 10。490.5)46.019.2(8????Z[7]計算帶的張緊力 F20).(5qvkvZpFca???其中： -帶的傳動功率,KW；cav-帶速,m/s；q-每米帶的質量，kg/m；取 q=0.17kg/m。v = 1440r/min = 9.42m/s。NF 7.19342.70)95.2(4.9850 ??????[8]計算作用在軸上的壓軸力 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 8 -NZFQ 153024.6sin7.19342sin210 ?????2.3 各傳動組齒輪模數的確定和校核⑴模數的確定：a 傳動組：分別計算各齒輪模數先計算 24 齒齒輪的模數： 321][)1(68jmdnzN?????其中: -公比 ； = 2；?-電動機功率； = 7.5KW；dNd-齒寬系數；m?-齒輪傳動許允應力;][?-計算齒輪計算轉速。jn， 取 = 600MPa,安全系數 S = 1。SKNlim][?lim?由應力循環(huán)次數選取 9.0，取 S=1，MPa5416.][??90.?NK。??SKHN090.1lim???m72.315428.7)(631 ????取 m = 4mm。按齒數 30 的計算， ，可取 m = 4mm；1.2?按齒數 36 的計算， , 可取 m = 4mm。39于是傳動組 a 的齒輪模數取 m = 4mm，b = 32mm。軸Ⅰ上齒輪的直徑：。mddd aaa 9624120341436321 ??????；； 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 9 -軸Ⅱ上三聯齒輪的直徑分別為：mdmdmd aaa 19248168421436'3'2'1 ??????；；b 傳動組：確定軸Ⅱ上另兩聯齒輪的模數。32][)1(168jmdnzN?????按 22 齒數的齒輪計算：i/5.2rnj，?可得 m = 4.8mm；取 m = 5mm。按 42 齒數的齒輪計算：可得 m = 3.55mm；于是軸Ⅱ兩聯齒輪的模數統(tǒng)一取為 m = 5mm。于是軸Ⅱ兩聯齒輪的直徑分別為：ddbb 21045102521 ????；軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為：mmbb36'2'1；c 傳動組：取 m = 5mm。軸Ⅲ上兩聯動齒輪的直徑分別為：ddcc 3065901852????；軸四上兩齒輪的直徑分別為：。； mmcc 13672'2'13. 齒輪強度校核：計算公式 bYKTSaFF12??3.1 校核 a 傳動組齒輪校核齒數為 24 的即可，確定各項參數⑴ P=8.25KW,n=710r/min, 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 10 -mNnPT ??????? 566 10.7/25.810.9/105.9⑵確定動載系數： sdv /739?齒輪精度為 7 級，由《機械設計》查得使用系數 5.vK⑶ mbm3248????⑷確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 1?d?非對稱 ??231.0.60.HdKb??????42.3.)(8.2.??,查《機械設計》得4)/(3/?hb 71??FK⑸確定齒間載荷分配系數: NdTt 2906.25?由《機械設計》查得mNbFKtA /1056.73290.1???.HF???⑹確定動載系數: 6.127.05.1????HFvAK⑺查表 10-5 65.2?FaY58.1Sa⑻計算彎曲疲勞許用應力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 。 aFEMp540??圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NKaFMp374.1590][???， .89.62SaFY故合適。3..430.1???bmKt 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 11 -3.2 校核 b 傳動組齒輪校核齒數為 22 的即可，確定各項參數⑴ P=8.25KW,n=355r/min, mNnPT ??????? 566 102.35/.8105.9/105.9⑵確定動載系數： sdv /4.?齒輪精度為 7 級，由《機械設計》查得使用系數 01?vK⑶ mbm4058????⑷確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 d?非對稱 ??231.2.60.1HdKb??????42..)(8.0. ??,查《機械設計》得9)5/(4/?hb 7?FK⑸確定齒間載荷分配系數: NdTFt 401.25???mNbFKtA /1040.1???由《機械設計》查得 .1?HF⑹確定動載系數: 397.12.0.1?????HFvAK⑺查表 10-5 72.?FaY57.1Sa⑻計算彎曲疲勞許用應力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 。 aFEMp540?? 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 12 -圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NKaFMp374.1590][???， 5.87.2][??SaFY故合適。.2.4039.1??bmKt3.3 校核 c 傳動組齒輪校核齒數為 18 的即可，確定各項參數⑴ P=8.25KW,n=355r/min, mNnPT ??????? 566 102.35/.8105.9/105.9⑵確定動載系數： sdv /679?齒輪精度為 7 級，由《機械設計》查得使用系數 9.vK⑶ mbm4058????⑷確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 1?d?非對稱 ??231.2.60.HdKb??????42..)(8.0.?,查《機械設計》得)45/(/?hb 71??FK⑸確定齒間載荷分配系數: NdTt 4930.25?mNbFKtA /1023409.1???由《機械設計》查得 .1?HF 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 13 -⑹確定動載系數: 2573.1.9.01?????HFvAK⑺查表 10-5 91.2?FaY53.1Sa⑻計算彎曲疲勞許用應力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 。 aFEMp540??圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NKaFMp374.1590][???， 8.2SaFY故合適。49.305407.1????bmKt4. 主軸撓度的校核4.1 確定各軸最小直徑[1]Ⅰ軸的直徑： min/710,96.1rn??nd2.5.79144???[2]Ⅱ軸的直徑： min/35,92.0.908.12 rn??mnd345.795.144 ????[3]Ⅲ軸的直徑： in/125,89.0.0323 rn??nd41589.795.144 ????[4]主軸的直徑： min/5.31,8.09.0. 434 rn??? 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 14 -mnd615.3807915.44 ?????4.2 軸的校核Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 NdTF mnPt 2017)96/(8.2/ 8.96/.5105.936???? ???,28,30106:59mbxaEPtt?已 知 ??y2.4.????????mlIbxFYB3 34349 4221098. 106851062655? ???? ???????。??所 以 合 格,yYB?Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。5. 主軸最佳跨距的確定400mm 車床，P=7.5KW.5.1 選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距前軸頸應為 75-100mm,初選 =100mm,后軸頸1d12)9.07(dd??取 ,前軸承為 NN3020K,后軸承為 NN3016K,根據結構,定懸伸長度md702?a515.2 求軸承剛度考慮機械效率 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 15 -主軸最大輸出轉距 NPT679085.???床身上最大加工直徑約為最大回轉直徑的 60%,取 50%即 200 ,故半徑為m0.1 .m切削力 FC6701.?背向力 NP3805.?故總的作用力 FCP2?次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半,故主軸軸端受力為 379/?先假設 mlal25,3/??前后支撐 分別為BARNlaFlB12605739239?????根據 ??9.1.08.10cos)(.izldKarrv 30,2,7,.,8.265039???ABaBaAvv zizlmlFN??NKB 17cos18.012639. 8939..0..1... ???????658.01075.18932. 94.05./7/3 4????????aKEI mdAeA?。ll 23,/0與 原 假 設 相 符查 線 圖 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 16 -6. 各傳動軸支承處軸承的選擇主軸 前支承：NN3020K;中支承：N219E;后支承：NN3016KⅠ軸 前支承：30207;后支承：30207Ⅱ軸 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207Ⅲ軸 前支承：30208;后支承：302087. 主軸剛度的校核7.1 主軸圖:7.2 計算跨距前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 ml 687.05.312743????當量外徑 mde 56.801435684 444 ?????主軸剛度：由于 .086.5.0// ??eid故根據式（10-8） ????mNalkAies ?/3.14907584.13103 9224244 ????????? ? 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 17 -對于機床的剛度要求，取阻尼比 035.??當 v=50m/min,s=0.1mm/r 時, ,?8.6,/462????mNkcb取 Db87.%602..0maxli ????KB 36.4.cos35.1.2874???計算 A mNlaKmmDLABABA ?/5.7681.24.075286.3.8414.06. 1.,.3.022ax ??????????????????????????????加 上 懸 伸 量 共 長mNAs ?/3.52/0.275.6.6. ????可以看出，該機床主軸是合格的.三、總結金屬切削機床的課程設計任務完成了，雖然設計的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在同學們的共同努力下，再加上老師的悉心指導，我終于順利地完成了這次設計任務。本次設計鞏固和深化了課堂理論教學的內容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運用所學過的知識和理論的能力，是我獨立分析、解決問題的能力得到了強化. 金屬切削機床課程設計 CA6140 型車床- 18 -四、參考文獻［1］工程學院機械制造教研室 主編.金屬切削機床指導書.［2］濮良貴 紀名剛主編.機械設計(第七版).北京:高等教育出版社,2001年 6 月[3］毛謙德 李振清主編.《袖珍機械設計師手冊》第二版.機械工業(yè)出版社,2002 年 5 月［4］ 《減速器實用技術手冊》編輯委員會編.減速器實用技術手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1992 年［5］戴曙 主編.金屬切削機床.北京:機械工業(yè)出版社,2005 年 1 月[6]《機床設計手冊》編寫組 主編.機床設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1980 年 8 月［7］華東紡織工學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學主編.機床設計圖冊.上海:上?？茖W技術出版社,1979 年 6 月（以上看不見的 鼠標右鍵—題注就可以了?。?/div>
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