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西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 CA6140型臥式車床是普通精度級的萬能機(jī)床，它的特有功能是車削一定范圍內(nèi)的各種螺紋，包括切削公制螺紋、英制螺紋、模數(shù)螺紋和徑節(jié)螺紋的功能，要求進(jìn)給傳動鏈的變速機(jī)構(gòu)能嚴(yán)格準(zhǔn)確地按照標(biāo)準(zhǔn)螺距數(shù)列來變化。CA6140型臥式車床進(jìn)給箱固定在床身左前面，內(nèi)有進(jìn)給運動的變換裝置及操縱機(jī)構(gòu)，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。變換裝置包括移換機(jī)構(gòu)，用來實現(xiàn)倒數(shù)關(guān)系及特殊因子；基本螺距機(jī)構(gòu)，用來實現(xiàn)車削出導(dǎo)程值按等差數(shù)列排列的螺紋；倍增機(jī)構(gòu)，用來實現(xiàn)車削螺紋的導(dǎo)程值成倍數(shù)關(guān)系變化的螺紋。 當(dāng)U倍 =1時發(fā)現(xiàn)一條新的傳動鏈，可以提高部分公制及模數(shù)螺紋的切削精度，并使傳動路線大大縮短。 關(guān)鍵詞：進(jìn)給箱；變換裝置；移換機(jī)構(gòu)；基本螺距機(jī)構(gòu)；倍增機(jī)構(gòu) 目錄 1 緒論-----------------------------------------------------------------1 2 CA6140進(jìn)給箱傳動方案設(shè)計----------------------------------4 2.1 CA6140普通車床簡介-------------------------------------------------------------------------4 2.2 進(jìn)給箱的傳動機(jī)構(gòu)-----------------------------------------------------------------------------5 2.3 進(jìn)給箱切螺紋機(jī)構(gòu)設(shè)計----------------------------------------------------------------------8 2.4 切螺紋系統(tǒng)及齒數(shù)比的確定---------------------------------------------------------------9 2.5 增倍機(jī)構(gòu)設(shè)計以及移換機(jī)構(gòu)設(shè)計--------------------------------------------------------10 2.6 車制螺紋的工作過程-------------------------------------------------------------------------12 3 主要零件設(shè)計-----------------------------------------------------21 3.1 齒式離合器的設(shè)計-----------------------------------------------------------------------------21 3.2 各軸及軸上組件的設(shè)計驗算---------------------------------------------------------------21 3.2.1 中心距a的確定----------------------------------------------------------------------------22 3.2.2 XII軸上齒輪的設(shè)計驗算-----------------------------------------------------------------22 3.2.3 XIV軸上齒輪的驗算----------------------------------------------------------------------25 3.2.4 XIV軸的設(shè)計驗算-------------------------------------------------------------------------30 3.2.5 XV軸上齒輪的設(shè)計驗算-----------------------------------------------------------------35 3.2.6 XV軸的設(shè)計驗算--------------------------------------------------------------------------38 3.2.7 XVI軸齒輪的設(shè)計驗算-------------------------------------------------------------------40 4 雙聯(lián)滑移齒輪進(jìn)給箱傳動系統(tǒng)的研究-----------------------44 4.1 新傳動鏈車公制螺紋-------------------------------------------------------------------------44 4.2 新傳動鏈車模數(shù)螺紋-------------------------------------------------------------------------45 4.3 新傳動鏈的特點及適用范圍---------------------------------------------------------------46 結(jié)論---------------------------------------------------------------------------48 致謝---------------------------------------------------------------------------49 參考文獻(xiàn)---------------------------------------------------------------------50 II 1 緒 論 1、畢業(yè)設(shè)計的目的及意義 畢業(yè)設(shè)計是本科生教學(xué)活動中最后的一個重要環(huán)節(jié)。通過這個教學(xué)環(huán)節(jié)要求達(dá)到下列幾個目的： 1、通過畢業(yè)設(shè)計，把在本科階段中所獲得的知識在實際的設(shè)計工作中綜合地加以運用。使這些知識得到鞏固，加強(qiáng)和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)實踐密切地結(jié)合起來。因此，畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段的總結(jié)性作業(yè)。 2、畢業(yè)設(shè)計是高等學(xué)校學(xué)生第一次進(jìn)行的比較完整的設(shè)計過程。通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立工作、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；能根據(jù)設(shè)計課題查找有關(guān)的資料，了解本課題的前沿和發(fā)展方向；樹立正確的設(shè)計思想，掌握設(shè)計的基本方法和步驟，為以后從事設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。 3、使學(xué)生能夠熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料，計算圖表、手冊，圖集，規(guī)范，并熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)(如GB，JB等)，以完成一個工程技術(shù)人員在機(jī)械工程設(shè)計方面所必須具備的基本訓(xùn)練。 2、畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容 ⑴ 方案論證； ⑵ 總體分析、設(shè)計、計算； ⑶ 傳動設(shè)計； ⑷ 進(jìn)給箱及部分組件、零件設(shè)計 ⑸ 相關(guān)資料檢索、翻譯。 3、完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等） 1.畢業(yè)設(shè)計全部資料光盤。 2.畢業(yè)設(shè)計說明書。（正文不少于1.5萬字） 3.總體裝配圖、進(jìn)給箱裝配圖及部分組件、零件圖。（合計不少于3張A0圖量） 4.相關(guān)內(nèi)容檢索資料與翻譯（原文不少于15000字符） 4、設(shè)計步驟 (1)準(zhǔn)備階段 1、根據(jù)設(shè)計題目進(jìn)行相關(guān)資料的查找與檢索。了解本課題的前沿動態(tài)和發(fā)展方向。 2、進(jìn)行設(shè)計前應(yīng)先準(zhǔn)備好有關(guān)的設(shè)計資料、手冊、圖冊及工具等。 3、對設(shè)計任務(wù)書進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析，明確設(shè)計要求和內(nèi)容；分析原始數(shù)據(jù)和工作條件。 4、擬定總的設(shè)計步驟和進(jìn)度計劃。 5、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度計劃表:（見下頁） (2)設(shè)計與計算 CA6140普通車床的加工范圍較廣，可以用于加工軸類、套筒類和盤類的回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓表面，它還常用于車削各種常用螺紋，且這次設(shè)計是根據(jù)加工螺紋的要求來進(jìn)設(shè)計。主要工作是對進(jìn)給箱的機(jī)構(gòu)及其傳動比進(jìn)行設(shè)計，主要包括其基本組、增倍組等各齒輪的齒數(shù)選擇以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如軸的設(shè)計、齒輪的設(shè)計、軸上零件的固定方式、潤滑、密封等)。 5、完成日期及進(jìn)度 自2009年03月16日起至2009年06月19日止。 進(jìn)度安排： 03.16～03.20: 熟悉設(shè)計內(nèi)容，準(zhǔn)備相關(guān)資料。 03.21～03.29: 相關(guān)資料檢索、閱讀、分析，確定設(shè)計方案，完成開題報告。 03.30～06.01: 設(shè)計，繪圖。 06.02～06.11: 編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 06.12: 提交畢業(yè)設(shè)計全部資料。 06.13～06.19: 總結(jié)及答辯。 6、設(shè)計時應(yīng)注意的事項 （1）發(fā)揮獨立工作能力 設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的問題，應(yīng)該首先自己考慮，提出自己的看法和意見，與指導(dǎo)教師一同研究，不應(yīng)向指導(dǎo)教師要答案，對設(shè)計中的錯誤和解決途徑，可由教師指出，但具體答案也應(yīng)該由自己去找。對給出的回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖，僅供設(shè)計時參考，對結(jié)構(gòu)圖必須作仔細(xì)的研究和比較，以明確優(yōu)、劣，正、誤，取長補短，改進(jìn)設(shè)計，切忌盲目照抄。 （2）貫徹三邊的設(shè)計方法 設(shè)計時應(yīng)貫徹邊畫、邊算、邊修改的設(shè)計方法。產(chǎn)品的設(shè)計總是經(jīng)過多次的修改才能得到較高的設(shè)計質(zhì)量，因此在設(shè)計時應(yīng)該避免害怕返工或單純追求圖紙的表面美觀，而不愿意修改已發(fā)現(xiàn)的不合理地方。 （3）及時檢查和整理計算結(jié)果 設(shè)計開始時，就應(yīng)準(zhǔn)備一本稿本，把設(shè)計過程中所考慮的主要問題及一切計算寫在稿本上，這樣便于隨時檢查、修改，并容易保存，不要采用零散稿紙，以免散失而需重新演算，造成時間浪費。要向指導(dǎo)教師提出的問題和解決問題的方法，以及從其它參考書籍中摘錄的資料和數(shù)據(jù)，也應(yīng)及時記在稿本上，使各力‘面的問題都做到有根有據(jù)，理由充分，這樣在最后編寫計算說明書時，可以節(jié)省很多時間。 2 CA6140進(jìn)給箱傳動方案設(shè)計 2.1 CA6140普通車床簡介 CA6140型臥式車床是普通精度級的萬能機(jī)床，它能完成多種加工工藝：軸類、套筒類和盤類的回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成型回轉(zhuǎn)面，車削端面及各種常用螺紋，還可以進(jìn)行擴(kuò)孔、鉆孔、絞孔、和滾花等工作。 CA6140型普通車床的加工范圍較廣，由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且自動化程度低，所以適用于單件、小批生產(chǎn)及修配車間，它的結(jié)構(gòu)主要部件組成有：（1）主軸箱：主軸箱內(nèi)裝有主軸，以及主軸變速和變向的傳動齒輪。通過卡盤等夾具裝夾工件，使主軸帶動工件按需要的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)主運動；（2）刀裝部件：主要由床鞍（大拖板）、橫拖板、小拖板和四方刀架等組成，用于裝夾車刀，并使車刀作縱向、橫向或斜向的運動；（3）尾架：主要用其后頂尖支撐工件，也可安裝鉆頭、絞刀導(dǎo)孔加工刀具，以進(jìn)行孔加工，還可適當(dāng)調(diào)整，實現(xiàn)加工長錐形的工件；（4）進(jìn)給箱：進(jìn)給箱內(nèi)有進(jìn)給運動的變速裝置及操縱機(jī)構(gòu)，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；（5）溜板箱：溜板箱的功能是把進(jìn)給箱的運動傳遞給刀架，使刀架事項縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給，快速移動或車螺紋；（6）床身：床身是車床的基本支撐件，為機(jī)床各部件的安裝基準(zhǔn)，使機(jī)床各部件在工作過程中保持準(zhǔn)確的相對位置；（7）光杠和絲杠：光杠用于一般車削，絲杠用于車削螺紋。CA6140普通車床的主要技術(shù)性能如下： 主要參數(shù)及要求： ⑴ 工件最大回轉(zhuǎn)直徑400mm，工件最大長度1000mm； ⑵ 主軸轉(zhuǎn)速：正轉(zhuǎn)（24級）10-1400 r/min，反轉(zhuǎn)（12級）14-1580 r/min； ⑶ 加工螺紋：公制螺紋導(dǎo)程1-192 mm，英制螺紋2-24牙/英寸，模數(shù)螺紋m=0.25-48mm，徑節(jié)螺紋1-96牙/英寸； ⑷ 進(jìn)給范圍：縱向（64級）0.023-25.4mm/r，橫向（64級）0.011-12.6mm/r； ⑸ 電機(jī)功率：主電機(jī)7.5KW。 刀架縱向快速速度： 4米/分。 車削螺紋范圍： 公制螺紋44種 S=1~192mm。 英制螺紋20種 α=2~24牙/英寸。 模數(shù)螺紋39種 m=0.25~48mm。 徑節(jié)螺紋37種 DP=1~96牙/英寸。 主電動機(jī)： 7.5千瓦，1450轉(zhuǎn)/分。 2.2 進(jìn)給箱的傳動機(jī)構(gòu) CA6140型臥式車床進(jìn)給箱又叫走刀箱，它固定在床身左前面，內(nèi)裝有進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)，用來變換進(jìn)給量和各種螺紋的導(dǎo)程，進(jìn)給運動鏈?zhǔn)沟都軐崿F(xiàn)縱向或橫向的進(jìn)給運動及變速換向。 進(jìn)給鏈從主軸起經(jīng)換向機(jī)構(gòu)、掛輪、進(jìn)給箱，再經(jīng)光杠或絲杠，溜板箱最后至縱溜板或橫溜板。 普通車床的特有功能是車削一定范圍內(nèi)的各種螺紋，要求進(jìn)給傳動鏈的變速機(jī)構(gòu)能嚴(yán)格準(zhǔn)確地按照標(biāo)準(zhǔn)螺距數(shù)列來變化。所以普通車床進(jìn)給傳動鏈的變速機(jī)構(gòu)（包括掛輪和進(jìn)給箱的變速機(jī)構(gòu)）主要是依據(jù)各種螺紋的標(biāo)準(zhǔn)螺距數(shù)列的有要求，同時兼顧到以便車削的進(jìn)給量范圍來設(shè)計的。 傳動鏈中的螺紋進(jìn)給傳動鏈?zhǔn)侵鬏S一轉(zhuǎn)，刀架移動S毫米（導(dǎo)程S=kP,其中k為實數(shù)，P為螺距）。 13U0×Ux×P絲=S--------------------------------------------------------------------------(1.2-1) 其中U0為主軸至絲杠之間全部定比傳動機(jī)構(gòu)的固定傳動比，是一個常數(shù) Ux為主軸至絲杠之間換置機(jī)構(gòu)的可變傳動比 P絲為機(jī)床絲杠的螺距，CA6140機(jī)床的P絲=12mm S為被加工螺紋的導(dǎo)程 2.3 進(jìn)給箱切螺紋機(jī)構(gòu)設(shè)計 CA6140型車床具有切削公制螺紋、英制螺紋、模數(shù)螺紋和徑節(jié)螺紋的功能，機(jī)床的縱向絲杠螺紋用公制，螺距P=12(mm)代入式(1.2-1)得主軸每轉(zhuǎn)一下，刀架移動量為S毫米，這即為車削螺紋的導(dǎo)程值。對于單頭螺紋是螺距值，因此當(dāng)螺紋的基本參數(shù)不是用螺距表示時必須將其加以換算，然后代入式（1.2-1）。具體方法如下： 公制螺紋：其基本參數(shù)為螺距P(mm),因而S=P(mm)； 英制螺紋：基本參數(shù)l為每一英寸長度內(nèi)包含的牙數(shù)a即a（牙/英寸）因而，英制螺紋的螺距為Sa=24.5/a毫米； 模數(shù)螺紋：公制螺桿上的螺紋稱模數(shù)螺紋，它的基本參數(shù)是以螺桿相嚙合的蝸輪模數(shù)m（mm）來表示，因而，模數(shù)螺紋的螺距Tm應(yīng)等于蝸桿的周節(jié)長度，即Pm=πm，Sm =kPm=kπm； 徑節(jié)螺紋：英制蝸桿上的螺紋稱為徑節(jié)螺紋，它的基本參數(shù)是以與螺桿相嚙合的蝸輪參數(shù)徑節(jié)DP來表示，徑節(jié)的DP=Z/D（牙/英寸）其中Z和D分別為蝸輪的齒數(shù)和分度圓直徑（英寸），即蝸輪或齒輪折算到每英寸分度圓直徑上的齒數(shù)。因而徑節(jié)螺紋的導(dǎo)程為： PDP=π/DP（in）≈25.4π/DP，SDP=k PDP=25.4kπ/DP 螺紋種類 螺紋公稱參數(shù) 螺紋種類 參數(shù) 代號 單位 螺距S（mm） 公制螺紋 螺距 P Mm S=kP 英制螺紋 每英寸牙數(shù) a 牙/英寸 Sa=kPa=25.4R/a 模數(shù)螺紋 模數(shù) m mm Sm=kPm=km 徑節(jié)螺紋 徑節(jié) DP 英寸 SDP=kPDP=25.4kπ/DP 表1.3-1各種螺紋的公稱參數(shù)及螺距 1、米制螺紋 將常用的米制螺紋標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)t的數(shù)列1、1.25、1.5、1.75、2、2.5、3、3.5、4、5、5.5、6、7、8、9、10、11、12排列成下表1.3-1所示： —— 1 —— 1.25 —— 1.5 1.75 2 2.25 2.5 —— 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 表1.3-2 標(biāo)準(zhǔn)米制螺紋導(dǎo)程 由表中可以看出各橫行的螺距數(shù)列是等差數(shù)列，而縱列是等比數(shù)列即1、2、4、8的公比數(shù)是2，根據(jù)這些特點，在進(jìn)給箱中可用一個變速組來變換得到某一橫行的等差數(shù)列，這個變速組的傳動比應(yīng)是等差數(shù)列，通常稱為基本組。以此為基礎(chǔ)，再串聯(lián)一個擴(kuò)大組，把基本組得到的螺距按1：2：4：8關(guān)系增大或縮小，而得到全部螺距數(shù)列，此擴(kuò)大組通常稱“增倍組”。根據(jù)進(jìn)給傳動降速機(jī)構(gòu)在后的原則，取ib=1、1/2、1/4、1/8。機(jī)床所能加工的其他三種螺紋中，徑節(jié)螺紋較少用，這三種螺紋的公稱參數(shù)列在表中。 公制和英制螺紋及模數(shù)和徑節(jié)螺紋之間的倒數(shù)關(guān)系和特殊因子為25.4；公制和模數(shù)螺紋及英寸和徑節(jié)螺紋之間特殊因子為π。 上述倒數(shù)關(guān)系和特殊因子25.4及π的關(guān)系都要在設(shè)計切螺紋系統(tǒng)時給予解決?，F(xiàn)將車床上這四種螺紋所能加工的螺距T及其和公制螺紋的關(guān)系列于表1.3-3和表1.3-4。 從表中可以看出這四種螺紋的基本參數(shù)有一個共同的變化特點，即在橫行上是等差數(shù)列，而在縱行上按2倍的關(guān)系擴(kuò)大或縮小，我們可以考慮到用車公制螺紋的基本組和擴(kuò)大組來加工另外三種螺紋。 2、模數(shù)螺紋 我們只需改變公制螺紋傳動鏈中的某個傳動比，使平衡式左邊產(chǎn)生一個特殊因子π，以便在運動中與螺距Pm=πm的因子π消去，從而變換基本組和增倍組的傳動比，就可以像公制螺紋那樣，得到分段等差數(shù)列的模數(shù)系列。 倍比關(guān)系 公制及模數(shù)螺紋（P及m） 1/32 —— 0.25 —— —— —— —— 1/16 —— 0.5 —— —— 0.75 —— 1/8 —— 1 —— 1.25 1.5 —— 1/4 1.75 2 [2.25] 2.5 3 [2.75] 1/2 3.5 4 4.5 5 6 5.5 1 7 8 9 10 12 [11] 表1.3-3CA6140車床加工螺紋基本參數(shù)的排列規(guī)律 注：[ ]內(nèi)數(shù)值為模數(shù)螺紋所獨有。 3、英制螺紋 它和公制螺紋螺距數(shù)列有兩點區(qū)別： a、英制螺紋每英寸牙數(shù)a換算成螺距Ta=25.4/a(mm)后，a在分母上如果將上述公制螺紋的基本組的主動與從動關(guān)系顛倒過來，即基本組的傳動比變?yōu)?/ij，那么就可以利用具有等差數(shù)列的傳動比ij來得到參數(shù)a的等差數(shù)列； b、英制螺紋的螺距數(shù)值中有一個數(shù)字因子25.4，因需要改變其中的某些傳動比，使平衡式左邊能產(chǎn)生一個因子25.4，以便與英制平衡式25.4相抵消。 此外，當(dāng)英制螺紋要車制a分別為3.25和19時，公制螺紋的基本組少兩個傳動比，故在表1.3-3上加上19和3.25兩個模數(shù)，它們僅僅為了與英寸與徑節(jié)螺紋統(tǒng)一而列入的。故表1.3-3變?yōu)槿缦卤?.3-4所示： 倍比關(guān)系 公制及模數(shù)螺紋 2n-5 __ 0.5 __ __ __ __ __ __ 2n-4 __ 1 __ __ 1.25 __ 1.5 __ 2n-3 1.75 2 [2.25] __ 2.5 [2.75] 3 {[3.25]} 2n-2 3.5 4 4.5 __ 5 5.5 6 __ 2n-1 7 8 9 __ 10 11 12 __ 2n __ __ __ {19} __ __ __ __ 表1.3-4 擴(kuò)大螺紋參數(shù)的排列規(guī)律 4、徑節(jié)螺紋 徑節(jié)螺紋的螺距TDP=25.4π/DP（mm），其中DP也是在分母上螺距中也有一個數(shù)字銀子25.4，這些和英制螺紋相似，故可采用英制螺紋的傳動路線。另外，還有一個因子π，可以和模數(shù)螺紋一樣用掛輪來解決。 倍比數(shù) 英制及徑節(jié)螺紋 8 (56) (64) (72) —— (80) (88) (96) —— 4 28 32 36 —— 40 44 48 —— 2 14 16 18 19 20 22 24 —— 1 7 8 9 —— 10 11 12 —— 1/2 —— 4 4.5 —— 5 —— 6 —— 1/4 —— 2 —— —— 2.5 —— 3 3.5 表1.3-5CA6140車床加工英制及徑節(jié)螺紋的基本參數(shù)排列 注：（）內(nèi)數(shù)值為徑節(jié)螺紋獨有。 2.4 切螺紋系統(tǒng)及齒數(shù)比的確定 普通車床中的切螺紋系統(tǒng)有雙軸滑移齒輪結(jié)構(gòu)、擺移塔齒輪結(jié)構(gòu)和三軸滑移齒輪結(jié)構(gòu)。我們選用雙軸滑移齒輪結(jié)構(gòu)，并且讓基本組和擴(kuò)大組的傳動中心距相等，這樣有利于減小進(jìn)給箱的尺寸。 基本螺紋機(jī)構(gòu)：用來實現(xiàn)表1.3-3中橫行所代表的等差數(shù)列； 倍增機(jī)構(gòu)：用來實現(xiàn)表1.3-3，表1.3-4中各縱行之間的2n關(guān)系即ud通常取2、1、1/2、1/4、1/8； 擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)：傳動比為Ue，用來進(jìn)一步擴(kuò)大螺距，Ue通常取4、8、16、32等； 定比傳動副：傳動比Uf； 左右螺紋換向機(jī)構(gòu)：傳動比Ur； 交換齒輪裝置：傳動比為U； 螺紋種類變換機(jī)構(gòu)：傳動比Uk； 移換機(jī)構(gòu)：傳動比為Ui，用來實現(xiàn)倒數(shù)關(guān)系及特殊因子。 上述各組成部分傳統(tǒng)的分布順序如下： 擴(kuò)大螺距結(jié)構(gòu)一般放在主傳動變速系統(tǒng)內(nèi)，具體情況在CA6140主軸箱內(nèi)由擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程結(jié)構(gòu)的傳動齒輪是主運動的傳動齒輪。只有在主軸上的離合器M2合上，主軸處于離速狀態(tài)時才用擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程。它的擴(kuò)大倍數(shù)分別是1、4、16。 定比傳動一般放在主軸或擴(kuò)大螺距換向結(jié)構(gòu)之前在主軸箱中換向結(jié)構(gòu)Ur在交換齒輪之前也在床頭箱中，交換齒輪設(shè)置在床頭箱與進(jìn)給箱之間的交換齒輪上，移換結(jié)構(gòu)一般放在基本螺距結(jié)構(gòu)前后二處。 基本螺距結(jié)構(gòu)一般放在第一個移換結(jié)構(gòu)之后，變換結(jié)構(gòu)既可放在基本螺距結(jié)構(gòu)之前，也可放在基本螺距結(jié)構(gòu)之后。 倍增結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)布局是放在基本螺距之后。現(xiàn)在，從表1-3排定的螺紋表中，取公制螺紋數(shù)列中的6.5、7、8、9、9.5、10、11、12為基準(zhǔn)數(shù)列則： Ubj=Sj/G=Sjmin,Sj2,Sj3,……Sjmax/G。 由6.5、7、8、9、9.5、10、11、12這個要求滑移齒輪能實現(xiàn)的基本螺紋參數(shù)查的機(jī)構(gòu)方案編號411，為了使軸向尺寸較小選中心距為63mm，同時，由雙軸滑移齒輪結(jié)構(gòu)推薦方案表查得G=7（由機(jī)床設(shè)計手冊P1402查得）。 所以Ub=6.5/7、7/7、8/7、9/7、10/7、11/7、12/7 2.5 倍增機(jī)構(gòu)設(shè)計以及移換機(jī)構(gòu)設(shè)計 1、增倍機(jī)構(gòu)設(shè)計考慮原則： （1）根據(jù)和基本組的同中心距取a=63； （2）選用最常用的四速機(jī)構(gòu)：三軸機(jī)構(gòu)。 根據(jù)倍數(shù)關(guān)系由機(jī)床設(shè)計手冊7.3-45查得，選用方案15，可得各齒輪的參數(shù)。 Z13=18，Z14=45，Z15=28，Z16=35，Z17=15，Z18=48，Z19=28. Z20=18，m=2。 2、移換機(jī)構(gòu)齒輪齒數(shù)確定 移換機(jī)構(gòu)主要用于和交換齒輪（一般放于交換齒輪之前）配合來實現(xiàn)特殊因子傳動比Us都是為了用于實現(xiàn)倒數(shù)關(guān)系以及特殊因子25.4和π，以解決各種螺紋種類變換問題。一般來說，用的最多的方案就是用移換機(jī)構(gòu)（Ui）來解決倒數(shù)關(guān)系和特殊因子25.4。而用交換齒輪（Uc）來解決特殊因子π這樣可以簡化調(diào)整即加工常用的公制和英制螺距時，不需要改變交換齒輪，只有在加工不常用的模數(shù)和徑節(jié)螺紋時才改變交換齒輪。 當(dāng)螺紋種類變換機(jī)構(gòu)的傳動比為Uk，則特因傳動比Us為Us=Uf×Ut×Uj×Uk---------------------------------------------------------------------（1.5-1） 由此可列出螺紋系數(shù)的運動平衡式： 1主軸×Us×Ub×Ud×Ue=S（mm）--------------------------------------------------（1.5-2） 其中P為絲杠導(dǎo)程，S為工作導(dǎo)程， 所以，Us=S/（Ub×Ud×Ue×P）---------------------------------------------------------（1.5-3） 令Ub=1，Ud=1，Ue=1時的螺紋參數(shù)分別為t0、m0、n0、p0，則： Ust=t0/P=1/kt Usm=πm0/P=π/km Usn=25.4π/（p0×P）=25.4/kn-------------------------------------------------------------（1.5-4） Usp=25.4π/（p0×P）=25.4π/kp kt，km，kn，kp為各種螺紋相應(yīng)的因特系數(shù)且kt=P/t0，km=P×m0，kn=P×n0，kp=P×p0。 腳標(biāo)t，m，n，p分別表示用于加工公制模數(shù)、英制、徑節(jié)、螺紋，設(shè)加工公制和英制螺紋時的交換齒輪傳動比為Uctn，加工模數(shù)螺紋時的移換機(jī)構(gòu)傳動比為Ucmp，加工英制和徑節(jié)螺紋時移換機(jī)構(gòu)的傳動比Uinp，加工公制和模數(shù)螺紋時的移換機(jī)構(gòu)傳動比Uitm，則：加工公制螺紋時的特因傳動比： Ust=Uf×Ur×Uctn×Uitm------------------------------------------------------------------------(1.5-5) 加工英制螺紋時的特因傳動比： Usn=Uf×Ur×Uctn×Uinp -----------------------------------------------------------------------(1.5-6) 兩式相除得： Usn/Ust=Uinp/Uitm --------------------------------------------------------------------------------(1.5-7) 將式（1.5-7）中的Usn及Ust代入上式中得： Uinp/Uitm=25.4/（t0×n0） ---------------------------------------------------------------------(1.5-8) 在絕大多數(shù)機(jī)床中Uinp和Uitm都按以下兩種方案分配： (a)當(dāng)uinp=1/uitm時,Unp/Uitm=UinpxUinp=25.4/(n0xt0) 故 Uitm=sqrt(n0×t0/25.4)-------------------------------------------------------------------(1.5-9) Uinp=sqrt(25.4/(n0×t0)----------------------------------------------------------------(1.5-10) (b)當(dāng)Uitm=1時,Uinp/Uitm=Uinp=25.4/(n0×t0) 本車床中從兩軸滑移傳動齒數(shù)比設(shè)計及表1.3-3和表1.3-4可知： t0=7mm,m0=1.75, n0=1.25t/in, p0=7 由式（1-13）Uinp=sqrt25.4/(n0×t0)=sqrt(25.4×4/49) 由《機(jī)床設(shè)計手冊》P1435表7.3-46查取25.4/36由平方因子組成的近似值，即： 25.4=（32×72）/54 ，δn=+0.063 所以25.4=（32×72）/54×36=（32×72×22×32）/54 代入公式（1.5-10）得Uimp=sqrt（22×34×72×2）/（54×72）=36/25 Uitm=25/36 根據(jù)Uitm的值查表，公制螺紋經(jīng)過三對齒輪傳動： Uitm=25/36×25/36×36/25=25/36=Z9/Z10×Z20/Z12×Z12/Z11 Uinp=36/25=Z21/Z11。 3、交換齒輪齒數(shù)求法 在雙軸滑移齒輪機(jī)構(gòu)中往往取Ufxut=1由式（1.5-5）和（1.5-6）可得Uctn=Ust/ Uitm=rsn/ Uinp----------------------------------------------------------------------------------（1.5-11） Ucmp= Usm/ Uitm=rsp/ Uinp--------------------------------------------------------------------（1.5-12） 當(dāng)Uinp=1/ Uitm時，將Uinp=sqrt=25.4/(n0×t0)和Usm=25.4/(n0×P)代入（1.5-11）式得：Uctn= Usn/Uinp=25.4/(n0×P)×sqrt(25.4/(n0×t0)) =sqrt((25.4×t0)/n0×P2) 由式（1.5-12）得：Ucmp= Usm/ Uitm=(πm0/P)/Ust/Uctn) =(πm0/P)/(t0/P)×Uctn=πm0/t0×Uctn 又因為Uitm=25/36,Uinp=36/25將其代入式（1.5-5）及（1.5-6）得： Uctn=(7/12)/(25/36)=21/25 Ucncp=25π/(7×12)×25.4/36 已知： Usm=7π/48=Ucmp×Uitm=25/36×uc/t Ust=7/12=Uitm×Uctn=36/25×uctp Usn=25.4/21=Uinp×Uctn=25/36×uctn Usp=25.4/84=Uinp×Ucmp=36/25×ucmp 得出： Ucmt=7π/48×36/25 Uctp=7/12×25/36 Uctn=25.4/21×25/36 Ucmp=25.4π/84×25/36 由機(jī)床設(shè)計手冊查表π/4近似因子值及相對誤差δ表，取齒輪變位量較小的近似因子組：u=25/97×21/25=100/97×64/100×36/25 而u=63/75×25/36=100/75×63/100×25/36. 所以交換齒輪Z=63,Z=64,Z=100,Z=75,Z=97,至此整個進(jìn)給箱齒輪傳動設(shè)計全部完畢。 2.6 車制螺紋的工作過程 1 車削公制螺紋時 車削公制螺紋時，進(jìn)給箱中的齒式離合器M3、M4脫開，M5接合，運動由主軸VI經(jīng)齒輪副58/58、換向機(jī)構(gòu)33/33（車左螺紋時經(jīng)33/25×25/33）、掛輪63/100×100/75傳到進(jìn)給箱中，然后由移換機(jī)構(gòu)的齒輪副25/36傳至軸XVI再經(jīng)過28/28、36/28、32/28傳至軸XV然后由移換機(jī)構(gòu)的齒輪副組滑移變速機(jī)構(gòu)，最后經(jīng)離合器M5傳至絲杠XIX。當(dāng)溜板箱中的開合螺母與絲杠相嚙合時就可帶動刀架車削米制螺紋，其螺距與齒輪搭配情況見表（1.6-1），其運動式為： S=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×U基×25/36×36/25×U倍×12。 式中：U基———— 從軸XIV傳到XV的齒輪副傳動比 U倍———— 從軸XVI傳到XVII的齒輪副傳動比 將上式化簡得 S=7 U基 U倍 由式可知，如適當(dāng)?shù)倪x擇U基 及U倍 的值，就可以得到各種S值。 在軸XIV到XV之間共有8種不同傳動比 U基1 =26/28=6.5/7 U基2 =28/28=7/7 U基3 =32/28=8/7 U基4 =36/28=9/7 U基5 =19/14=9.5/7 U基6 =20/14=10/7 U基7 =33/21=11/7 U基8 =36/21=12/7 在軸XVI到XVII中有4中不同的傳動比 U倍1=18/45×15/48=1/8 U倍2=28/35×15/48=1/4 U倍3 =18/45×35/28=1/2 U倍4 =28/35×35/28=1 由上可知，利用基本組和倍增組可得到常用的、按等分等差數(shù)列排列的公制標(biāo)準(zhǔn)螺距。 表1.6-1 CA6140型普通車床的公制螺紋表 從表中可以看到，能夠車削的最大導(dǎo)程為12mm，當(dāng)機(jī)床需加工大于12mm的螺紋時就得使用擴(kuò)大機(jī)構(gòu)。 正常螺距時 =58/58=1 擴(kuò)大螺距時 軸IX到III之間齒輪副80/20時 U擴(kuò)1=58/26×80/20×80/20×44/44×26/58=16 軸IX到III之間齒輪副50/50時 U擴(kuò)2=58/26×80/20×50/50×44/44×26/58=4 所以擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)的功用是將螺距擴(kuò)大至4到16倍 2 車削模數(shù)螺紋時 車削模數(shù)螺紋的傳動路線與公制螺紋的基本相同，唯一的差別是掛輪需換為64/100×100/97，其螺距 Sm=1×58/58×33/33×64/100×100/97×25/36×U基×25/36×36/25×U倍×12 =7πU基U倍/4 由此式可以看出，利用車削公制螺紋的那一套U基U倍 ，可以車削出按分段等差數(shù)列排列的各種模數(shù)螺紋。表1.6-2是CA6140型普通車床的模數(shù)螺紋表。 表1.6-2 CA6140型普通車床的模數(shù)螺紋表 3 車削英制螺紋時 為了實現(xiàn)特殊因子25.4，將M3和M5離合器接合，M4脫開，同時軸XVI左端的滑移齒輪Z25移至左面位置，與固定的軸XIV上的齒輪Z36相嚙合，則運動由軸XIII經(jīng)M3先傳到軸XV，然后傳到軸XIV，再經(jīng)齒輪副36/25傳至軸XVI，其余部分的傳動路線與車削公制螺紋時的基本相同，其傳動路線運動平衡式為： Sa=1r(主軸) × 58/58×33/33×63/100×100/75×1/ U基×36/25×U倍×12 =4/7×25.4 U基/ U倍 其中63/100 ×100/75×36/25=63/75×36/25=25.4/21，Sa=kTi=25.4/a= 4/7×25.4U基/U倍，從而得 a=7/4 ×U基/ U倍×k（扣/英寸）。 由上式可知，只要改變基本組中的主動軸和被動軸以及改變傳動鏈中的部分傳動比使其包含特殊因子25.4，就可以車削出按分段等差數(shù)列的各種a值的英制螺紋。 表1.6-3 CA6140型普通車床的英制螺紋表 4 車削徑節(jié)螺紋時 由于徑節(jié)螺紋導(dǎo)程系列的規(guī)律與英制螺紋一樣，只是含有特殊因子25.4π，所以其傳動路線與車削英制螺紋完全相同，只是掛輪需換為64/100×100/97。 車削徑節(jié)螺紋的運動平衡式： SDP=1×58/58×33/33×64/100×1/ U基×36/25×U倍×12 =25.4 πU倍/7 U基 由上式可知，只要改變U基U倍的值就可以車削出導(dǎo)程SDP成分段調(diào)和數(shù)列的徑節(jié)螺紋。 5 車削非標(biāo)準(zhǔn)螺紋時 當(dāng)需要車削非標(biāo)準(zhǔn)螺紋而用進(jìn)行變換機(jī)構(gòu)無法得到所要求的導(dǎo)程時，須將離合器M3、M4和M5全部嚙合，把軸XIII、XV、XVIII和絲杠聯(lián)成一體，使運動由掛輪直接傳至絲杠，被加工螺紋的導(dǎo)程S依靠調(diào)整掛輪架的傳動比U來實現(xiàn)，此時運動平衡式為： S=1r(主軸) ×58/58×33/33×U掛×12， 將上式簡化后得到掛輪的換置公式：U掛=a/b×c/d=S/12。 應(yīng)用此換置公式，適當(dāng)?shù)倪x擇掛輪a、b、c及d的齒數(shù)就可以車削出所需的導(dǎo)程S。 6 機(jī)動進(jìn)給 車削外圓或內(nèi)圓表面時，可使用機(jī)動進(jìn)給的縱向進(jìn)給。車削端面時，可使用機(jī)動的橫向進(jìn)給。 (1) 傳動路線 機(jī)動進(jìn)給運動是由光杠經(jīng)溜板箱傳動的，經(jīng)齒輪副36/32、32/56、超越離合器及安全離合器M8、軸XXIV、蝸桿渦輪副4/29傳至XXIII。當(dāng)運動有軸XXIII經(jīng)齒輪副40/48或40/30、30/48、雙向離合器M6、軸XXIV、齒輪副28/80、軸XXV傳至小齒輪Z11時，由于小齒輪Z12與固定在創(chuàng)身上的齒條相嚙合，小齒輪轉(zhuǎn)動時就使刀架作機(jī)動的縱向進(jìn)給。當(dāng)運動由軸XXIII經(jīng)齒輪副40/48或40/30、30/48、雙向離合器M7、軸XXVIII及齒輪副48/48、59/18傳至橫向進(jìn)給絲杠XXX后，就使橫刀架作機(jī)動橫向進(jìn)給。 (2) 縱向機(jī)動進(jìn)給量的計算 機(jī)床的64種縱向進(jìn)給量由4種傳動路線來傳動。 A正常進(jìn)給量 機(jī)床共有正常的縱向進(jìn)給量32種，0.08~1.22mm/轉(zhuǎn),這時，運動有主軸 經(jīng)正常螺距及公制螺紋傳動路線傳動。 B較大進(jìn)給量 當(dāng)需要較大的進(jìn)給量時，使運動由主軸經(jīng)正常螺距及英制螺紋傳動路線傳動?？傻脧?.86~1.59mm/轉(zhuǎn)，8種較大的縱向進(jìn)給量。 C加大進(jìn)給量 當(dāng)主軸處于較低的12級轉(zhuǎn)速時，如運動有主軸經(jīng)擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)及英制路線傳動，可將進(jìn)給量擴(kuò)大4到16倍。 D細(xì)進(jìn)給量 當(dāng)主軸以高轉(zhuǎn)速(450—1400轉(zhuǎn)/分)運轉(zhuǎn)時，如運動由主軸經(jīng)擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)、公制螺紋傳動路線及倍增組中的齒輪副18/45×15/48傳動，可得到0.028~0.054mm/轉(zhuǎn)8種進(jìn)給量。 (3) 橫向機(jī)動進(jìn)給量 正常進(jìn)給量時橫向機(jī)動進(jìn)給的運動平衡式為： S橫=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×U基×25/36×36/25×U倍×28/56×36/32×32/56×4/29×40/48×48/48×59/18×5 將上式與S縱的運動平衡式做比較，得 S橫/S縱=1/2 故 S橫=0.5S縱 由此可知，當(dāng)主軸箱及進(jìn)給箱中的傳動路線相同時，所得到的橫向進(jìn)給量是縱向進(jìn)給量的一半，橫向進(jìn)給量的級數(shù)與縱向進(jìn)給量同為64種。 CA6140傳動系統(tǒng)圖 3 主要零件設(shè)計 3.1 齒式離合器的設(shè)計 （1）齒式離合器的結(jié)構(gòu) 齒式離合器是由一對內(nèi)外齒輪組成嵌合副，其特點是齒輪的加工比端面牙容易，而且強(qiáng)度高，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩條件下，其外形尺寸較其他離合器小，故結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，有時還可以脫開后的外齒輪兼作齒輪傳動用。為了提高齒的強(qiáng)度并使接合方便，可將外齒制成短齒。齒式離合器只能在靜止后者低轉(zhuǎn)速差下進(jìn)行接合。 齒式離合器的材料和齒輪傳動所用材料相同。 （2）齒式離合器的強(qiáng)度計算 齒式離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力主要由齒面壓強(qiáng)條件確定 p=2/1.5Dzbm 式中 ——離合器的計算轉(zhuǎn)矩 D——齒輪的分度圓直徑 z——參與嚙合的實際齒數(shù) m——齒輪模數(shù) ——載荷分布不均勻系數(shù)，可取0.7~0.8 [P]——齒輪材料工作表面的許用壓強(qiáng)，對未經(jīng)熱處理的齒面，可取25~40MPa，對經(jīng)過熱處理的齒面可取47~70 MPa。 b——內(nèi)齒輪的齒寬，可取b=（0.1~0.2）D 3.2 各軸及軸上組件的設(shè)計驗算 以下所用公式全部根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》（邱宣懷主編） 3.2.1中心距a的確定 初步選擇中心距為a=63 且a=（Z1+ Z2）×m/2 則由此可算出各齒輪的模數(shù)如下： XII軸上Z25的模數(shù)為2 XIII軸上Z36的模數(shù)為2， Z19 Z20 的模數(shù)為3.75，Z36 Z33 的模數(shù)為2.25Z26 Z28 的模數(shù)為2.25， Z36 Z32 Z36 的模數(shù)為2 XIV軸上Z14的模數(shù)為3.75，Z21、Z28的模數(shù)為2.25，Z28、Z25的模數(shù)為2 XV 軸上的Z25、Z28 、Z18的模數(shù)為2 XVI軸上的Z35 、Z15、 Z45的模數(shù)為2，Z56的模數(shù)為1.5 XVII軸上的雙聯(lián)滑移齒輪Z28Z48的模數(shù)為2，Z28的模數(shù)為1.5。 綜上可知各齒輪的齒數(shù)、模數(shù)及分度圓直徑。 3.2.2 XII軸上齒輪的設(shè)計驗算 由前面設(shè)計可知齒輪的齒數(shù)Z1=25，模數(shù)m=2，Z2=36，則可知d1=50mm，d2 =72mm 1齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗算 轉(zhuǎn)速n1 n1 =1450 ×130/230×0.98×51/43×63/50×64/97=378r/min 功率P1 P1=P×=7.5×0.96×0.97×0.98×0.99=5.05kw 轉(zhuǎn)矩T1 T1 =9.55× P1/ n1 =9.55××5.05/378=127600Nmm 接觸疲勞極限Hlim 由圖12.17c 得，Hlim1 =1250MPa Hlim2 =1150MPa 圓周速度v v=πd1 n1 /60×1000=0.99m/s 齒寬系數(shù)d 由表12.13，取d =1 齒寬 b= dd1 =1×50=50mm 精度等級 選8級 載荷系數(shù)K K= KA KV KHKH （式12.5） 使用系數(shù)KA 由表12.9，KA =1.5 動載系數(shù)KV 由圖12.9，KV =1.2 齒間載荷分配系數(shù)KH 由表12.10，先求 Ft =2 T1/d1 =7580 KA Ft/b=227>100 =[1.88-3.2(1/ Z1 +1/ Z2 )]cos =1.66 Z= =0.88 由此得 KH=1.1 齒向載荷分配系數(shù)KH 由表12.11 KH =A+B (b/d)+Cb =1.36 由此得 K= KA KV KHKH =1.5×1.2×1.1×1.36 =2.69 彈性系數(shù)ZE 由表12.12，ZE =189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 由圖12.16，ZH =2.5 接觸最小安全系數(shù)SHmin 由表12.14，SHmin=1.05 總工作時間th th =10×300×8×0.2 =4800h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.15，估計< NL, 則指數(shù)m=8.78 NL1= Nv1 =60nithi (Ti/Tmax ) （式12.13） =2× 原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確 NL2 = NL1/i=1.41× 接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18，NN1 =1.25 NN2 =1.35 許用接觸應(yīng)力[H] [H1] =Hlim1 NN1 / SHmin （式12.11） =710×1.25/1.05 =845MPa [H2] =Hlim2 NN2/ SHmin =580×1.35/1.05 =746MPa 驗算H H =ZE ZH Z （式12.8） =189.8×2.5×0.88× =1130MPa <[H2] 計算結(jié)果表明齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。 2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗算 重合度系數(shù)Y Y=0.25+0.75/ =0.7 齒間載荷分配系數(shù)KF 由表12.10，KF=1/ Y=1.43 齒向載荷分配系數(shù)KF 由圖12.14，KF=1.3 載荷系數(shù)K K= KA KV KFKF =1. 2×1.5×1.43×1.3=3.35 齒形系數(shù)YF 由圖12.21， YF1=2.46 YF2 =2.19 應(yīng)力修正系數(shù)YS 由圖12.22，YS1=1.65 YS2=1.8 彎曲疲勞極限Flim 由圖12.23c，F(xiàn)lim1 =920MPa Flim2 =850MPa 彎曲最小安全系數(shù)SFlim 由表12.14，SFlim =1.25 彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24，YN1 =0.95 YN2 =0.97 尺寸系數(shù)Yx 由圖12.25，Yx =1 許用彎曲應(yīng)力[F] [F1] =Flim1