中北大學(xué)-CA6140普通車床設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 CA6140 普通車床設(shè)計(jì)班 級： 學(xué) 號：姓 名： 學(xué) 院： 軟件學(xué)院 專 業(yè)： 軟件工程 指導(dǎo)教師： 李彥棟 張紀(jì)平 2014 年 6 月CA6140 普通車床設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是根據(jù)任務(wù)書的要求，對 CA6140 機(jī)床進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)并運(yùn)用 Solidworks 軟件對其進(jìn)行三維建模及實(shí)現(xiàn)動畫模擬過程。首先通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中主要包括主軸箱和進(jìn)給箱零部件的設(shè)計(jì)。其次使用 Solidworks 軟件完成機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，零件和裝配符合實(shí)際要求。最后在完成裝配設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行動靜干涉檢查，動畫模擬工作。關(guān)鍵字：CA6140，主軸箱，Solidworks，三維

2、建模Design of CA6140 ordinary latheAbstractThis design is based on the requirements of the project, to CA6140 machine assembly design and use Solidworks software on the 3 d model and realization process animated simulation. First through the machine mechanical variable speed drive system main movement

3、 to structure design, which mainly includes spindle box and feed box parts design. Second use Solidworks software completed the design of mechanical parts, parts and assembly accord with the actual requirement. Finally complete assembly design in the same time action interference, animated simulatio

4、n work.Keywords:CA6140，spindle-box，Solidworks，3d model中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 頁 共 頁目 錄1 緒論.11.1 CA6140 車床的簡介.11.2 車床的用途.31.3 三維軟件介紹.32 機(jī)床總體設(shè)計(jì).52.1 設(shè)計(jì)目的.52.2 主軸箱設(shè)計(jì)步驟.52.2.1 運(yùn)動設(shè)計(jì).52.2.2 動力設(shè)計(jì).102.2.3 齒輪強(qiáng)度校核.142.2.4 主軸撓度的校核.182.2.5 主軸最佳跨距的確定.192.2.6 各傳動軸支承處軸承的選擇.202.3 進(jìn)給箱設(shè)計(jì)步驟.202.3.1 進(jìn)給箱的傳動機(jī)構(gòu).202.3.2 進(jìn)給箱切螺紋

5、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).212.3.3 切螺紋系統(tǒng)及齒數(shù)比.223 機(jī)床三維設(shè)計(jì).243.1 軸類零件建模設(shè)計(jì).243.2 齒輪類零件建模設(shè)計(jì).263.2.1 構(gòu)造齒輪.263.2.2 齒輪的配合和裝配.283.3 凸輪的建模.333.4 曲柄建模.343.5 支架建模.363.6 杠桿建模.36中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 頁 共 頁3.7 撥叉建模.383.8 整體裝配.394 結(jié)論.42參考文獻(xiàn).43致 謝.44中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 1 頁 共 44 頁1 緒論緒論1.1 CA6140 車床的簡介車床的簡介普通車床是車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的 65%，因其主軸

6、以水平方式放置故稱為臥式車床。車床是用車刀進(jìn)行切削加工的機(jī)床，主要用于加工零件的各種回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱表面、內(nèi)外圓錐表面、成形回轉(zhuǎn)表面以及回轉(zhuǎn)體的端面等。在車床上，除使用車刀進(jìn)行加工外，還可以使用各種孔加工刀具如鉆頭、鉸刀等進(jìn)行孔加工或者用鏜刀加工較大的內(nèi)孔表面1。CA6140 機(jī)床所代表的意義：C 表示車床，A 表示第一次重大改進(jìn)，6 表示落地及普通車床，1 表示普通車床，40 表示機(jī)床主參數(shù)，最大回轉(zhuǎn)直徑為 400 毫米。CA6140 型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身2。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

7、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(shí)主軸箱分出部分動力將運(yùn)動傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機(jī)床的使用價(jià)值就會降低。主軸箱通常主要由下列裝置和機(jī)構(gòu)組成：齒輪變速裝置；定比傳動副；換向裝置；起動停止裝置；制動裝置；操縱裝置；密封裝置；主軸部件和箱體3。根據(jù)機(jī)床的用途和性能不同，有的機(jī)床主軸箱可以只包括其中的部分裝置和部件。主軸箱是支承主軸并安裝主軸的傳動變速裝置，使主軸獲得各種不同轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動。該機(jī)床主軸箱剛性好、功率大、操作方便。CA6140 機(jī)床可進(jìn)行各種車削工作，并可加工公制、英制

8、、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。主軸三支撐均采用滾動軸承；進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫向進(jìn)給由十字手柄操縱，并附有快速電機(jī)。該機(jī)床剛性好、功率大、操作方便。CA6140 軸承可分為：徑向軸承，又稱向心軸承，承受徑向載荷。止推軸承，又稱推力軸承，承受軸向載荷。徑向止推軸承，又稱向心推力軸承，同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。按軸承工作的摩擦性質(zhì)不同可分為滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）和滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）兩大類。角接觸軸承：球與套圈公稱接觸角大于 0，中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 2 頁 共 44 頁而小于 90的滾動軸承?？赏瑫r(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越大，

9、軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取 15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會增大。單列角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷，在承受徑向負(fù)荷時(shí)，將引起附加軸向力。并且只能限制軸或外殼在一個(gè)方向的軸向位移4。若是成對雙聯(lián)安裝，使一對軸承的外圈相對，即寬端面對寬端面，窄端面對窄端面。這樣即可避免引起附加軸向力，而且可在兩個(gè)方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。外球面軸承：有外球面和帶鎖緊件的寬內(nèi)圈的向心滾動軸承。主要供簡單的外殼使用。直線運(yùn)動軸承兩滾道在滾動方向上有相對直線運(yùn)動的滾動軸承。進(jìn)給箱：又稱走刀箱，進(jìn)給箱中裝有進(jìn)給運(yùn)動的變速機(jī)構(gòu)，調(diào)整其變速機(jī)構(gòu)，可得到所需的進(jìn)給量或螺距，通過光杠或絲

10、杠將運(yùn)動傳至刀架以進(jìn)行切削。絲杠與光杠：用以聯(lián)接進(jìn)給箱與溜板箱，并把進(jìn)給箱的運(yùn)動和動力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運(yùn)動。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進(jìn)行工件的其他表面車削時(shí)，只用光杠，不用絲杠。溜板箱：是車床進(jìn)給運(yùn)動的操縱箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成刀架直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，通過光杠傳動實(shí)現(xiàn)刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動、橫向進(jìn)給運(yùn)動和快速移動，通過絲杠帶動刀架作縱向直線運(yùn)動，以便車削螺紋。機(jī)床的規(guī)格和用途：CA6140 機(jī)床可進(jìn)行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。主軸三支撐均采用滾動軸承；進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫向進(jìn)給由十字手柄操縱，并附有快速電機(jī)。該機(jī)床

11、剛性好、功率大、操作方便。CA6140 型臥式車床的萬能性較大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜而且自動化程度低，在加工形狀比較復(fù)雜的工件時(shí)，換刀較麻煩，加工過程中的輔助時(shí)間較多，所以適合于單件、小批生產(chǎn)及修理車間。作為主要的車削加工機(jī)床，CA6140 機(jī)床廣泛的應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)中，針對CA6140 機(jī)床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有機(jī)床主要參數(shù)的確定，傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定，對主要零件進(jìn)行了計(jì)算和驗(yàn)算，利用三維畫圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計(jì)和處理。CA6140 型臥式車床工藝范圍廣,能完成多種加工工序,進(jìn)行各種車削工作，加工軸中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 3 頁 共 44 頁類、套筒類和盤類的回轉(zhuǎn)

12、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（主要有：公制（有稱米制） 、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制四種） ，還可以進(jìn)行擴(kuò)孔、鉆孔、鉸孔和滾花等工作。車床主軸三支承均用滾動軸承，進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移公用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫進(jìn)給由十字手柄操作，并附有快速電動機(jī)。該機(jī)床剛性好，功率大，操作方便1.2 車床的用途車床的用途普通車床通用性強(qiáng)，加工范圍廣，適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，例如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成型回轉(zhuǎn)表面，加工端面及加工各種常用的公制、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制螺紋，還能進(jìn)行鉆孔、鉸孔、滾華燈工作。工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動它是車床的主運(yùn)動，其轉(zhuǎn)速常以 n(

13、r/min)表示。它的功用是使工件與刀具之間按所需的切削速度作所規(guī)定的相對運(yùn)動，以獲得要求的加工表面。主運(yùn)動是實(shí)現(xiàn)切削最基本的運(yùn)動，運(yùn)動速度較高，所需的功率較大。刀架的移動它是車床的進(jìn)給運(yùn)動，刀架作平行于工件旋轉(zhuǎn)軸線的縱向進(jìn)給運(yùn)動(車圓柱表面)或作垂直于工件旋轉(zhuǎn)軸線的橫向進(jìn)給運(yùn)動(車端面)，也可作與工件旋轉(zhuǎn)軸線成定角度方向的斜向運(yùn)動(車圓錐表面)或作曲線運(yùn)動(車成形回轉(zhuǎn)面)。進(jìn)給量常以/(mm/r)表示。進(jìn)給運(yùn)動的速度較低，所需的功率也較小。上述運(yùn)動是普通車床形成加工表面形狀所需要的運(yùn)動，習(xí)慣上稱為表面成形運(yùn)動。輔助運(yùn)動為了將工件加工到所需要的尺寸，車床還應(yīng)具有切入運(yùn)動。通常切入運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動

14、方向相垂直，普通車床的切入運(yùn)動通常是由工人用手移動刀架來實(shí)現(xiàn)的。為了減輕丁人的勞動強(qiáng)度及節(jié)省移動刀架所消耗的時(shí)間，在 CA6140 型普通車床中還有由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動的刀架縱向或橫向的快速運(yùn)動。本課題包含零件機(jī)械加工，典型夾具設(shè)計(jì)及復(fù)雜刀具設(shè)計(jì)和典型機(jī)床調(diào)整幾方面的內(nèi)容5。由于涉及到 CA6140 機(jī)床的主軸箱設(shè)計(jì),零件的設(shè)計(jì),齒輪等的傳動等內(nèi)容，因而具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值，可使學(xué)生對金屬切削機(jī)床以及機(jī)械設(shè)計(jì)等知識加強(qiáng)理解及應(yīng)用。中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 4 頁 共 44 頁1.3 三維軟件介紹三維軟件介紹solidworks 是生信國際有限公司推出的基于 windows 的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件

15、。生信公司是一家專業(yè)化的信息高速技術(shù)服務(wù)公司，在信息和技術(shù)方面一直保持與國際cad/cae/cam/pdm 市場同步。該公司提倡的“基于 windows 的 cad/cae/cam/pdm 桌面集成系統(tǒng)”是以 windows 為平臺，以 solidworks 為核心的各種應(yīng)用的集成，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等，為中國企業(yè)提供了夢寐以求的解決方案6。solidworks 是微機(jī)版參數(shù)化特征造型軟件的新秀，該軟件旨在以工作站版的相應(yīng)軟件價(jià)格的 1/41/5 向廣大機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供用戶界面更友好，運(yùn)行環(huán)境更大眾化的實(shí)體造型實(shí)用功能。solidworks 是基于 windows

16、平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好，用戶上手快。該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)則幾何形體為主的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中，其價(jià)位適中。Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWork能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括 W

17、indows 風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的7?；谌S設(shè)計(jì)軟件 SolidWorks 創(chuàng)建了主軸箱零件實(shí)體,實(shí)現(xiàn)了各零部件的虛擬裝配以及主傳動鏈的傳動運(yùn)動，在虛擬裝配時(shí)，齒輪配合、凸輪配合等不同于標(biāo)準(zhǔn)配合，除了添加必要的配合關(guān)系外還要添加輔助草圖。中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 5 頁 共 44 頁2 機(jī)床總體設(shè)計(jì)機(jī)床總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、

18、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。2.2 主軸箱設(shè)計(jì)步驟主軸箱設(shè)計(jì)步驟2.2.1 運(yùn)動設(shè)計(jì)1）已知條件確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速,主軸最大轉(zhuǎn)速 nmax = 1700r/minmin/5 .37minrn確定公比：41. 1轉(zhuǎn)速級數(shù)：12z2）結(jié)構(gòu)分析式確定結(jié)構(gòu)方案：主軸傳動系統(tǒng)采用 V 帶、齒輪傳動；傳動形式采用集中式傳動；主軸換向制動采用雙片式摩擦離合器和帶式制動器；變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速；(2)主傳動系統(tǒng)運(yùn)動設(shè)計(jì)：擬定結(jié)構(gòu)式：確定變速組傳動副數(shù)目實(shí)現(xiàn) 12 級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)

19、可以寫成多種傳動副組合：A12=3*4 B12=4*3 C12=3*2*2D12=2*3*2 E12=2*2*3方案 A、B 可節(jié)省一根傳動軸。但是，其中一個(gè)傳動組內(nèi)有四個(gè)變速傳動副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜使用。中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 6 頁 共 44 頁根據(jù)傳動副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案 C 是可取的。但是，由于主軸采用雙向離合器結(jié)構(gòu)，致使 1 軸尺寸過大，此方案不宜使用。從電動機(jī)到主軸主要為降速運(yùn)動，若使用傳動副較多的傳動組放在較接近電動機(jī)處可使小尺寸零件多一些，大尺寸零件少一些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取 12=2*3*2，即

20、D 方案。再降速過程中，防止齒輪論直徑過大而使徑向尺寸限制最小傳動比min1/4;再升速時(shí)為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大i的轉(zhuǎn)速比max2.在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍 Rmax=max/miniii810.再設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動軸的變速范圍最小8。故選用 D 方案。B.確定變速組擴(kuò)大順序：12=2*3*2 的傳動組合，其傳動組的擴(kuò)大順序又可以分為以下 6 種形式：A12=213226 B12=21 34 22C12=233126 D12=263123E12=223421 F.12=263221根據(jù)級比指數(shù)非陪要“前疏后密”的原則，應(yīng)選用第一種方案。然而，對于設(shè)的機(jī)構(gòu)，將會出現(xiàn)兩

21、個(gè)問題：中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 7 頁 共 44 頁圖 2.1 方案比較第一組變速組采用降速傳動圖 2.1a時(shí)，由于摩擦離合器徑向結(jié)構(gòu)尺寸限制，使得軸的齒輪直徑不能太小，軸上的齒輪會成倍增大。這樣，不僅使軸間中心距加大，而且軸間的中心距也會加大，從而使整個(gè)傳動結(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圖 2.1b,則軸至主軸間的降速傳動只能由后兩個(gè)變速組承擔(dān)。為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的極限值，常常需要增加一個(gè)定比降速傳動組，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種傳動也是不理想的。所以采用方案 C，即 12=233126，即可解決上述存在的問題圖 2.1c.其結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所

22、示：圖 2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)3）繪制轉(zhuǎn)速圖(1)驗(yàn)算傳動組變速范圍：第二擴(kuò)大組的變速范圍是 R2=8,符合設(shè)計(jì)原則要求。6(2)分配降速比：該車床主軸傳動系統(tǒng)共設(shè)有四個(gè)傳動組，其中一個(gè)是帶傳動。根據(jù)降速比應(yīng)“前中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 8 頁 共 44 頁慢后快”的原則及摩擦離合器的工作速度要求，確定各傳動組最小傳動比。U= =14405 .374 .381=10.35153. 11213141（3）繪制轉(zhuǎn)速圖：如圖 2.3 所示圖 2.3 轉(zhuǎn)速圖4繪制傳動系統(tǒng)圖確定齒輪齒數(shù)：利用查表法求出各傳動組齒輪齒數(shù)如圖 2.4 所示：圖 2.4 傳動組齒輪數(shù)中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

23、第 9 頁 共 44 頁傳動過程中，會采用三聯(lián)滑移齒輪，為避免齒輪滑移中的干涉，三聯(lián)滑移齒輪中最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差大于 4。所選齒輪數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差：主軸各級實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下式計(jì)算：n=nE*(1 - )u1 u2 u3式中 u1 u2 u3 分別為第一，第二，第三變速組齒輪傳動比， 取 0.05，轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值表示：n= n - 10 （ -1）%n - nn其中主軸轉(zhuǎn)速誤差圖如圖 2.5 所示圖 2.5 轉(zhuǎn)速誤差圖4）繪制傳動系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 10 頁 共 4

24、4 頁圖 2.6 傳動系統(tǒng)圖2.2.2 動力設(shè)計(jì)1)確定各軸轉(zhuǎn)速(1)確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為min/106r41. 137.5nn131213zminIV(2)各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸可從主軸 90r/min 按 72/18 的傳動副找上去，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速125r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 355r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 710r/min。(3)各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速軸可從主軸為 106r/min 按各傳動軸上的傳動副找上去，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為150r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 425r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 850r/min；2)帶傳動設(shè)計(jì)中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 11 頁 共

25、44 頁電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1440r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=2.03，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1 小時(shí)，工作年數(shù) 10 年。(1)確定計(jì)算功率取1.1，則AK25KW. 85 . 71 . 1PKPAca(2)選取 V 帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，選 B 型帶。(3)確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速查表小帶輪基準(zhǔn)直徑,mmd1251mmid25403. 21251252驗(yàn)算帶速成10006011ndv其中-小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；1n-小帶輪直徑，mm；1d，合適。25, 5/42. 9100060144012514. 3smv(4)確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度設(shè)中心距為,則

26、0a055（）a2（）21dd 21dd 于是 208.45a758,初取中心距為400mm。 0a帶長021221004)()(22addddaLmm14054004)125254()254125(214. 340022查表取相近的基準(zhǔn)長度，。dLmmLd1400帶傳動實(shí)際中心距mmLLaad5 .397200(5)驗(yàn)算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。120中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 12 頁 共 44 頁。合適。1204 .1613 .57180121add(6)確定帶的根數(shù)LcakkpppZ)(00其中：-時(shí)傳遞功率的增量；0p1i-按小輪包角，查得的包角系數(shù)；k-長度

27、系數(shù)；Lk為避免 V 型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。490. 095. 0)46. 019. 2(25. 8Z(7)計(jì)算帶的張緊力0F20)5 . 2(500qvkkvZpFca其中：-帶的傳動功率,KW；capv-帶速,m/s；q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.17kg/m。v = 1440r/min = 9.42m/s。NF7 .19342. 917. 0)95. 09 . 05 . 2(442. 925. 850020(8)計(jì)算作用在軸上的壓軸力NZFFQ153024 .161sin7 .193422sin2103）各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核(1)模數(shù)的確

28、定：a 傳動組：1-2 軸取 Z1=32, 中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 13 頁 共 44 頁由于3221) 1(16338jmdnzNm其中:-公比 ； =2；-電動機(jī)功率； = 7.5KW；dNdN-齒寬系數(shù)；m-齒輪傳動許允應(yīng)力;-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。jn ， 取= 600MPa,安全系數(shù) S = 1。SKNlimlim由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取9 . 0NKMPa54016009 . 0，取 S=1，。90. 0NK MPaMPaSKHN540160090. 01limmmm72. 371054022485 . 7) 12(163383221取 m = 4mm。按齒數(shù) 30 的計(jì)算，

29、可取 m = 4mm；mmm13. 32按齒數(shù) 36 的計(jì)算，, 可取 m = 4mm。mmm39. 33于是傳動組 a 的齒輪模數(shù)取 m = 4mm，b = 32mm。軸上齒輪的直徑：。mmdmmdmmdaaa96244120304144364321；軸上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：mmdmmdmmdaaa192484168424144364321；b 傳動組：2-3 軸取 Z5=27確定軸上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 14 頁 共 44 頁322) 1(16338jmdnzNm按 22 齒數(shù)的齒輪計(jì)算：min/3558 . 2rnj，可得 m=4.8mm；取 m=5

30、mm。按 42 齒數(shù)的齒輪計(jì)算：可得 m=3.55mm；于是軸兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為 m=5mm。于是軸兩聯(lián)齒輪的直徑分別為：mmdmmdbb21042511022521；軸上與軸兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為：mmdmmdbb21042531062521；c 傳動組：3 軸取 Z11=23，取 m=5mm。軸上兩聯(lián)動齒輪的直徑分別為：mmdmmdcc3006059018521；2.2.3 齒輪強(qiáng)度校核1）校核 a 傳動組齒輪計(jì)算公式bmYYKTSaFaF12校核齒數(shù)為 24 的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)P=8.25KW,n=710r/min,mmNnPT566101 . 1710/25. 81055

31、. 9/1055. 9確定動載系數(shù)：smdnv/57. 310006071096100060齒輪精度為 7 級，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)05. 1vKmmmbm3248中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 15 頁 共 44 頁確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)1d非對稱2231.120.18 1 0.60.23 10HddKb42. 1321023. 0)6 . 01 (18. 012. 13,查機(jī)械設(shè)計(jì)得4)24/(32/hb27. 1FK確定齒間載荷分配系數(shù): NdTFt229096101 . 1225由機(jī)械設(shè)計(jì)查得mNbFKtA/10056.713222900 . 11.2HFKK確定動

32、載系數(shù): 6 . 127. 12 . 105. 10 . 1HFvAKKKKK查表得 65. 2FaY58. 1SaF計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。aFEMp540查得,S=1.39 . 0NKaFMp3743 . 15409 . 0，3 .8958. 165. 2374SaFaFYY 故合適。3 .896 .2843222906 . 1bmKFt2）校核 b 傳動組齒輪校核齒數(shù)為 22 的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)P=8.25KW,n=355r/min,mmNnPT5661022. 2355/25. 81055. 9/1055. 9中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 16 頁

33、 共 44 頁確定動載系數(shù)：smdnv/04. 2100060355110100060齒輪精度為 7 級，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)0 . 1vKmmmbm4058確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)1d非對稱2231.120.18 1 0.60.23 10HddKb42. 1401023. 0)6 . 01 (18. 012. 13,查機(jī)械設(shè)計(jì)得9 . 2)8 . 25/(40/hb27. 1FK確定齒間載荷分配系數(shù):NdTFt40401101022. 2225由機(jī)械設(shè)計(jì)查得mNbFKtA/1001014040400 . 11 . 1HFKK確定動載系數(shù): 397. 127. 11 . 10 . 1

34、0 . 1HFvAKKKKK查表得 72. 2FaY57. 1SaF計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。aFEMp540查得：,S = 1.39 . 0NKaFMp3743 . 15409 . 0，5 .8757. 172. 2374SaFaFYY 故合適。5 .872 .285404040397. 1bmKFt3）校核 c 傳動組齒輪中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 17 頁 共 44 頁校核齒數(shù)為 18 的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)P=8.25KW,n=355r/min,mmNnPT5661022. 2355/25. 81055. 9/1055. 9確定動載系數(shù)：smdnv

35、/67. 110006035590100060齒輪精度為 7 級，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)9 . 0vKmmmbm4058確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)1d非對稱2231.120.18 1 0.60.23 10HddKb42. 1401023. 0)6 . 01 (18. 012. 13,查機(jī)械設(shè)計(jì)得2)45/(40/hb27. 1FK確定齒間載荷分配系數(shù):NdTFt4930901022. 2225由機(jī)械設(shè)計(jì)查得mNbFKtA/1001234049300 . 11 . 1HFKK確定動載系數(shù): 2573. 127. 11 . 19 . 00 . 1HFvAKKKKK查表得 91. 2FaY53

36、. 1SaF計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。aFEMp540查得,S = 1.39 . 0NKaFMp3743 . 15409 . 0，8453. 191. 2374SaFaFYY中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 18 頁 共 44 頁 故合適。8499.3054049302573. 1bmKFt2.2.4 主軸撓度的校核1）確定各軸最小直徑(1)軸的直徑：min/710,96. 011rn mmnd2971096. 05 . 7915 . 79144(2)軸的直徑：min/355,922. 099. 099. 098. 0212rn mmnd34355922. 05

37、. 7915 . 79144(3)軸的直徑：min/125,89. 099. 098. 0323rn mmnd4412589. 05 . 7915 . 79144(4)主軸的直徑：min/5 .31,85. 098. 098. 099. 0434rn mmnd615 .3185. 05 . 7915 . 791442）軸的校核軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進(jìn)行校核NdTFmNnPTt2017)1096/(8 .962/28 .96710/96. 05 . 71055. 9/1055. 9366 ,228,330

38、10200,36:2852922mmbmmxPaEmmdNFFFPtt已知 mmy12. 0403. 0中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 19 頁 共 44 頁 mmlIEbxlxbFYB334349432222221098. 0106851064361020061033022868533022828526。 所以合格,yYB軸、軸的校核同上。2.2.5 主軸最佳跨距的確定400mm 車床，P=7.5KW.1）選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距前軸頸應(yīng)為 75-100mm,初選=100mm,后軸頸取,前軸1d12)9 . 07 . 0(ddmmd702承為 NN3020K,后軸承為 NN3

39、016K,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長度mma7512）求軸承剛度考慮機(jī)械效率主軸最大輸出轉(zhuǎn)距NPT6769085. 09550床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 60%,取 50%即 200,故半徑為 0.1.mmm切削力 NFC67601 . 0676背向力 NFFCP338067605 . 05 . 0故總的作用力 NFFFCP755822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 NF37792/先假設(shè) mmlal225753, 3/前后支撐分別為BARR中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 20 頁 共 44 頁NlaFRNlalFRBA126022575377925

40、0392257522537792根據(jù)9 . 19 . 08.01 . 0cos)(39. 3izlFddFKarrrv30, 2, 1,17, 8 .10,8 . 81260,5039AABBaBaAvBvAziizlmmlNFNFNKNKBA11070cos1728 .10126039. 318090cos3028 . 8503939. 39 . 19 . 08 . 01 . 09 . 19 . 08 . 01 . 0658. 010075. 018091039. 2101 . 21039. 2046. 0085. 005. 0852/7010063. 111071809/636113464

41、4aKEImImmdKKAeBA。mmlal225375, 3/0與原假設(shè)相符查線圖2.2.6 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：NN3016K軸 前支承：30207;后支承：30207軸 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207軸 前支承：30208;后支承：302082.3 進(jìn)給箱設(shè)計(jì)步驟進(jìn)給箱設(shè)計(jì)步驟2.3.1 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(yùn)動鏈?zhǔn)沟都軐?shí)現(xiàn)縱向或橫向的進(jìn)給運(yùn)動及變速換向。如圖 3.1 所示：進(jìn)給鏈從主

42、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。中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 21 頁 共 44 頁圖 2.7 CA6140 普通車床傳動原理圖普通車床的特有功能是車準(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)是依據(jù)各種螺紋的標(biāo)準(zhǔn)螺距數(shù)列的有要求，同時(shí)兼顧到以便車削的進(jìn)給量范圍來設(shè)計(jì)的9。傳動鏈中的螺紋進(jìn)給傳動鏈?zhǔn)侵鬏S一轉(zhuǎn)，刀架移動 T 毫米（導(dǎo)程 T=kt,其中 k 為實(shí)數(shù)，t 為螺距） 。1 iciaiu)t1=T(1.2-1)其中 ic,ia,iu

43、 分別為傳動鏈中固定傳動比，掛輪傳動比。進(jìn)給箱傳動 m 機(jī)構(gòu)傳動比，t1 為縱向絲杠的螺距。2.3.2 進(jìn)給箱切螺紋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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 t1=12mm 代入式(1.2-1)得主軸每轉(zhuǎn)一下，刀架移動量為T 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(shí)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 t(mm),因而 T=tmm；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

44、 Ta=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，中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 22 頁 共 44 頁即 Tm=m；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：TDP=/DP（in）25.4/DP。于是根據(jù)式（1.2-1）可得車削 4 種螺紋的運(yùn)動平衡式分別

45、為：1iciaiut1=T=t(mm)-（1.3-1）1iciaiut1=Ta=25.4/a(mm)-（1.3-2）1iciaiut1=m(mm)-（1.3-3）1iciaiut1=25.4/DP(mm)-（1.3-4）從上各式中可知，為了車削一定范圍的螺紋就必須根據(jù)各種螺紋的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列變換傳動鏈中的可變換傳動比。2.3.3 切螺紋系統(tǒng)及齒數(shù)比1）較精密螺紋系統(tǒng)傳動鏈計(jì)算經(jīng)過計(jì)算，CA6140 型臥式車床的較精密螺紋系統(tǒng)傳動鏈如圖 3.2 所示：U 掛M3M4M5（絲杠）刀架圖 2.8 CA6140 型臥式車床的較精密螺紋系統(tǒng)傳動鏈離合器：M3，M4 和 M5 全部結(jié)合使軸、和絲杠連成一體。運(yùn)動

46、平衡式： L=1U 掛1258583333簡化得掛輪換置公式為：中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 23 頁 共 44 頁 U 掛= =abdcL12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)過光杠或絲杠，溜板箱最后至縱溜板或橫溜板。2）刀架快速移動鏈計(jì)算CA6140 型臥式車床的刀架快速移動鏈如下所示：電動機(jī) 2600r/minX 1329429所以工作進(jìn)給和快速運(yùn)動都傳到了蝸桿軸，為了防止干涉而損壞機(jī)床零件，并在進(jìn)給時(shí)也能快速運(yùn)動，節(jié)省時(shí)間，簡化操作，在齒輪 Z56 與軸之間裝有超越離合器10。3）節(jié)螺紋進(jìn)給傳動鏈計(jì)算CA6140 型臥式車床的大導(dǎo)程螺紋運(yùn)動鏈如下所示：圖 2.9 C

47、A6140 節(jié)螺紋進(jìn)給傳動鏈螺紋的導(dǎo)程計(jì)算如圖 2.10 所示圖 2.10 螺紋導(dǎo)程計(jì)算中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 24 頁 共 44 頁3 機(jī)床三維設(shè)計(jì)機(jī)床三維設(shè)計(jì)3.1 軸類零件建模設(shè)計(jì)軸類零件建模設(shè)計(jì)(1)啟動 SolidWorks2009,選擇菜單命令“文件” ， “新建” ，彈出對話框如圖所示：圖 3.1 新建零件窗口菜單2)軸類零件如圖 3.2 所示中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 25 頁 共 44 頁圖 3.2 軸類零件中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 26 頁 共 44 頁3.2 齒輪類零件建模設(shè)計(jì)齒輪類零件建模設(shè)計(jì)3.2.1 構(gòu)造齒輪打開 solid

48、works2009d 的設(shè)計(jì)庫，安裝 Toolbox 插件11，選擇 ISO 中的“動力傳動”， “齒輪”下拉菜單中的正齒輪，右擊生成零件，如圖 3.3 所示：中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 27 頁 共 44 頁中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 28 頁 共 44 頁圖 3.3 齒輪類零件三維造型3.2.2 齒輪的配合和裝配1）齒輪的裝配如圖 3.4 所示中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 29 頁 共 44 頁中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 30 頁 共 44 頁中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 31 頁 共 44 頁圖 3.4 齒輪的裝配三維造型中北大學(xué)

49、2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 32 頁 共 44 頁鏈輪如圖 3.5 所示圖 3.5 鏈輪的三維造型中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 33 頁 共 44 頁3.3 凸輪的建模凸輪的建模凸輪的三維建模如圖 3.6 所示圖 3.6 凸輪的三維造型中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 34 頁 共 44 頁3.4 曲柄建模曲柄建模1）曲柄的三維建模如圖 3.7 所示中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 35 頁 共 44 頁圖 3.7 曲柄的三維造型2）曲柄的三視圖如圖 3.8 所示中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 36 頁 共 44 頁圖 3.8 曲柄的三視圖3.5 支架建模支架建

50、模支架的建模如圖 3.9 所示圖 3.9 支架的三維造型3.6 杠桿建模杠桿建模杠桿的三維造型如圖 3.10 所示中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 37 頁 共 44 頁圖 3.10 支架的三維造型中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 38 頁 共 44 頁3.7 撥叉建模撥叉建模拔叉的三維造型如圖 3.11 所示圖 3.11 拔叉的三維造型中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 39 頁 共 44 頁3.8 整體裝配整體裝配主軸箱變速裝配體如圖 3.12 所示中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 40 頁 共 44 頁中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 41 頁 共 44 頁圖 3.12 主軸箱的三維造型中北大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第 42 頁 共 44 頁4 結(jié)論結(jié)論研究總結(jié)：畢業(yè)