普通C6140車床主軸變速箱設計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,普通,c6140,車床,主軸,變速箱,設計,cad,圖紙,文檔 編 號 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 車床主軸傳動系統(tǒng)設計 單主軸變速機構(gòu)設計 信 機 系 模 具 設 計 與 制 造 專 業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 車床主軸傳動系統(tǒng) 設計- 單主軸變速機構(gòu)設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取 得的成果，除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用、表示致謝的 內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（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： 學 號： 作者姓名： I 信 機 系 模具設計與制造 專業(yè) 一、 題目及專題 1、 題目 車床主軸傳動系統(tǒng)設計 2、 專題 單主軸變速機構(gòu)設計 二、 課題來源及選題依據(jù) 課題來源為無錫某機械有限公司。通過畢業(yè)設計是為了培養(yǎng)學生開發(fā) 和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力，要求學生能夠針對實際使用過程中存在的機床選擇 問題，綜合所學的機械理論設計與方法、專用機床設計方法，在機床基礎(chǔ)型 系的基礎(chǔ)上，設計一個簡單的主傳動變速系統(tǒng)，從而達到解決實際工程問題 的能力。 在設計傳動件時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應盡可能多的采用標 準件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設計生產(chǎn)成本。 三、 本設計（論文或其他）應達到的要求 1、 該部件工作時，能運轉(zhuǎn)正常； 2、 擬定工作機構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的運動方案，并進行多方案對比分析； 3、 根據(jù)車床的加工要求，設計出機床主傳動系統(tǒng)的原理及繪制主傳 動系 統(tǒng)的裝配圖； 4、 對所設計的主傳動系統(tǒng)進行必要的驗算和推導； 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； II 7、 編制設計說明書 1 份。 四、 接受任務學生： 班 姓名 五、 開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、 設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 科學組組長 簽名 系主任 簽名 年 月 日 III 摘要 車床主要是為了進行車外圓、車端面和鏜孔等項工作而設計的機床。車削很少在其 他種類的機床上進行，而且任何一種其他機床都不能像車床那樣方便地進行車削加工。 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 812 種轉(zhuǎn)速，一般按等比級數(shù)排列。而且在現(xiàn)代機床上只需扳動 24 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械的裝置進行無級變速。 由于機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 transmissionthrough 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)設計的目的 .........................................................1 1.2 機床主傳動系統(tǒng)設計要求 .................................................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 主電機的選擇 .......................................................3 3 主傳動系統(tǒng)設計 ............................................................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 強度計算和結(jié)構(gòu)草圖設計 ...................................................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 ...................................................................42 CA6140 車床主軸變速箱的設計 1 1 緒論 1.1 畢業(yè)設計的目的 通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程 中，得到設計構(gòu)思、分析方案、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、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練，樹立正確的設計思想，掌握機床設計的過程和方法， 使原有的知識有了進一步的加深。 （1） 課程設計屬于機械系統(tǒng)設計課程的延續(xù)，通過設計實踐，進一步學習掌握機械系 統(tǒng)的一般方法。 （2） 培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設計基礎(chǔ)、精度設計、金屬工藝學、材料熱處理及 結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進行工程設計的能力。 （3） 培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設計標準規(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） 為進入工廠打下基礎(chǔ)。 1.2 機床主傳動系統(tǒng)設計要求 （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)運動的開停、 變速、換向和制動等，以滿足機床的運動要求。 （2） 、主電動機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足 機床的傳動要求。 （3） 、主運動的有關(guān)機構(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 無錫太湖學院畢業(yè)設計說明書 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 3050 硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150300 螺紋加工和鉸孔 38 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=0.5400=200mm dmin=Rddmax=0.25x200=50mm 其中: dmax、d min 并不是指機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)濟加工直徑。 則主軸極限轉(zhuǎn)速應為： 取標準數(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 應根據(jù)實際加工情況選取min maxd 。因此，此處選最大直徑為 50mm504in/8.31504.1maxinin rdvin/1273504.310inmaxmax rdv CA6140 車床主軸變速箱的設計 3 取標準數(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 考慮到設計的機構(gòu)復雜程度要適中，故采用常規(guī)的擴大傳動，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. 1nR41. 速數(shù)列可直接從標準的數(shù)列表中查出，標準轉(zhuǎn)速數(shù)列表給出了 的從 110000 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 1minaxZR 取 Z=12 級 minax1Zn 124.8.43R =1440 =31.5maxnmin7.5.310in 綜合上述可得：主傳動部件的運動參數(shù) Z=12 =1.41i/4maxrin/.minr 2.1.4 主電機的選擇 合理地確定電機功率 N，使機床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機 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 進給量 f(s)=0.35mm/r 無錫太湖學院畢業(yè)設計說明書 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 估算主電機功率： min/140rnd KPC56.8.總 中型機床上，一般都采用三相交流異步電動機作為動力源?？梢栽谙盗兄羞x用，在選擇 電動機型號時，應注意 根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率，但電動機都已經(jīng)標準化，因此選取相應的標 準值 KWP5. 電機轉(zhuǎn)速 ：dn 選用時，要使電機轉(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。 查機械設計手冊可知： P 值為 5.5KW，按我國生產(chǎn)的電機在 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計 5 表 2-3 Y 系列的額定功率 電機型號 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 系列的電機的外形圖。 圖 2.1 為 Y 系列的電機的外形圖 無錫太湖學院畢業(yè)設計說明書 6 3 主傳動系統(tǒng)設計 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、大型機床，尤其是 CA6140,其優(yōu)點是結(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；缺點是運轉(zhuǎn)的傳動件在運轉(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)濟的滿足對機床的要求，可以滿足同樣要求的方案 有很多種，在進行傳動鏈的可能性分析時，應根據(jù)經(jīng)濟合理的原則，選出有最好的方案。 轉(zhuǎn)速圖有助于各種方案的比較，并為進一步確定傳動系統(tǒng)提供方便。擬定主運動轉(zhuǎn)速圖 應該按照下列步驟進行： 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，機構(gòu)以及組成，安排不同特點的傳動形式，變速類型。 傳動方案和形式與結(jié)構(gòu)的復雜程度密切相關(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) 43412 3) 4) 23 5) 在上述方案中， （1） （2）方案有時可以省掉一根軸，缺點是一個傳動組內(nèi)有四個傳動 CA6140 車床主軸變速箱的設計 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=322 這一方案，但 軸換向采用雙向片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)，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，而應選擇 12=232。 方案 4）是比較合理的 12=232 3.1.3 傳動系統(tǒng)擴大順序的安排 12=232 的傳動副組合，其傳動組的擴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，應選用 Z= 這一方案，然而1236 對于我們所設計的結(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，使得軸上的齒 輪直徑不能太小，軸上的齒輪則會成倍增大。這樣，不僅使-軸間中心距加大，而 且-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，則軸至主軸間的降速傳動只能同后兩個變速組承 擔。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功率。在此基礎(chǔ)上， 選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)速圖，使主運動逐步 具體化。 無錫太湖學院畢業(yè)設計說明書 8 3.1.6 分配降速比 設計機床主軸變速傳動時，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/minaxur 該車床主軸傳動系統(tǒng)共設有四個傳動組其中有一個是帶傳動。根據(jù)降速比分配應 “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-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 =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 264cu42mincc 圖 3.1 轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)網(wǎng) 132:280 44:31 25:50 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 miniamincbuu 因為 所以 軸最小傳動 軸采用升速傳動，加大齒輪 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. 4in1c5.01232bu71.4.12b 214.1 2mina u 41.132au214.12min2au 49.01. .21.2皮u 33min.bbu 無錫太湖學院畢業(yè)設計說明書 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)計算功率和電機額定轉(zhuǎn)速查機械設計圖 811 選用 B 型。 3、確定小帶輪的基準直徑 并驗算帶速 vd 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應力就越大，為了提高帶的使用壽命，小帶輪直徑不 宜過小。 1） 初選小帶輪的基準直徑 。1d 由表 86 和表 88.取小帶輪的基準直徑 =1321d 2）驗算帶速 vsmnd/54.76014160電 因為 5m/s

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