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1 四川大學(xué)錦城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 說明書 題 目 c6140 普通車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 題 目 類 型 理 論 研 究 實(shí) 驗(yàn) 研 究 工 程 設(shè) 計(jì) 工 程 技 術(shù) 研 究 軟 件 開 發(fā) 應(yīng) 用 研 究 年 月 日 I 摘 要 隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來越高 加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工 的精密程度也要求越來越高 在搜索 查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上 對(duì)機(jī)床自動(dòng) 化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析 并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 整個(gè)過程主要對(duì) CA6140 車床主傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì) CA6140 車床主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 主要包括三方面的設(shè)計(jì) 即 根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給定的 機(jī)床用途 規(guī)格 主軸極限轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù) 確定其他有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù) 選 定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值 通過分析比較 選擇傳動(dòng)方案 擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng) 擬定轉(zhuǎn)速 圖 確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 其次 根據(jù)機(jī)床類型和電動(dòng)機(jī)功率 確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 初定傳動(dòng)軸直徑 齒輪模數(shù) 確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根 數(shù) 摩擦片尺寸及數(shù)目 裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件 傳動(dòng)軸 主軸 齒輪 滾動(dòng) 軸承 的剛度 強(qiáng)度或壽命 最后 完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后 要將主傳動(dòng)方案 結(jié)構(gòu)化 設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖 側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件 主軸組件 變速 機(jī)構(gòu) 箱體 潤(rùn)滑與密封 傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 CA6140 車床 數(shù)控 傳動(dòng)系統(tǒng) II Abstract With the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high In the search a lot of related data access research of machine tool automation technology in depth research and analysis and describes the design of machine tool control system The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe CNC lathe main drive design including the design three aspects according to the design of machine tool use the given specifications spindle speed limit speed ratio determined sequence or series other relevant motion parameters selected at speed of the main shaft through analysis and comparison select the transmission scheme develop structure or structure develop speed diagram to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter drawing drive system diagram Secondly based on the machine type and motor power determining the spindle and the transmission of the computation speed initial drive shaft diameter the gear modulus determine the transmission belt type and number of roots friction plate size and number of assembly drawing after checking transmission parts gear shaft shaft bearing stiffness strength or fatigue life Finally to complete the exercise design and dynamic design to the main transmission scheme structured design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing focuses on the transmission shaft assembly spindle assembly transmission mechanism box lubrication and seal the transmission shaft and the sliding gear parts design Key words lathe CNC transmission system III 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 緒 論 1 1 1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1 1 1 1 數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì) 1 1 1 2 數(shù)控技術(shù) 2 1 1 3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 4 1 1 4 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 6 1 2 數(shù)控 CA6140 車床的工藝范圍及加工精度 7 1 2 1 工藝范圍 7 1 2 2 加工精度 7 1 3 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容 8 1 3 1 本文的選題 8 1 3 2 主要研究?jī)?nèi)容 8 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 9 2 1CA6140 車床主參數(shù)和基本參數(shù) 9 2 2 擬定參數(shù)的步驟和方法 9 2 2 1 極限切削速度 Vmax Vmin 9 2 2 2 主軸的極限轉(zhuǎn)速 10 2 2 3 主電機(jī)功率 動(dòng)力參數(shù)的確定 10 2 2 4 確定結(jié)構(gòu)式 11 IV 2 2 5 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 11 2 2 6 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 11 2 3 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) 12 3 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 13 3 1 帶輪的設(shè)計(jì) 13 3 2 傳動(dòng)軸的直徑估算 15 3 2 1 確定各軸轉(zhuǎn)速 16 3 2 2 傳動(dòng)軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 16 3 2 3 鍵的選擇 17 3 3 傳動(dòng)軸的校核 17 3 3 1 傳動(dòng)軸的校核 18 3 3 2 鍵的校核 18 3 4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 19 3 4 1 齒輪模數(shù)的確定 19 3 4 2 齒寬的確定 23 3 4 3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 3 5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 3 6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 25 3 7 齒輪校驗(yàn) 28 3 7 1 校核 I 組變速組齒輪 28 3 7 2 校核 II 組變速組齒輪 29 3 7 3 校核 III 組變速組齒輪 31 3 8 軸承的選用與校核 32 3 8 1 各軸軸承的選用 32 3 8 2 各軸軸承的校核 32 V 總結(jié)與展望 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 1 1 緒 論 1 1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1 1 1 數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì) 1 數(shù)控機(jī)床 1946 年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) 這表明人類創(chuàng)造了可 增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具 它與人類在農(nóng)業(yè) 工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng) 體力勞動(dòng)的工具相比 起了質(zhì)的飛躍 為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ) 6 年后 即在 1952 年 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上 在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī) 床 從此 傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化 近半個(gè)世紀(jì)以來 數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和 六代的發(fā)展 數(shù)控 NC 階段 1952 1970 年 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低 對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大 但不能適 應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求 人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 搭 成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作 為數(shù)控系統(tǒng) 被稱為硬件連接數(shù)控 HARD WIRED NC 簡(jiǎn)稱為數(shù)控 NC 隨著元 器件的發(fā)展 這個(gè)階段歷經(jīng)了三代 即 1952 年的第一代 電子管 1959 年的第二代 晶體管 1965 年的第三代 小規(guī)模集成電路 計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 階段 1970 年 現(xiàn)在 到 1970 年 通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn) 于是將它移植過來作為數(shù)控系 統(tǒng)的核心部件 從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 階段 把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的 通用 兩 個(gè)字省略了 到 1971 年 美國 INTEL 公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的 部件 運(yùn)算器和控制器 采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上 稱之為微處理 器 MICROPROCESSOR 又可稱為中央處理單元 簡(jiǎn)稱 CPU 到 1974 年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng) 這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng) 控制一臺(tái) 機(jī)床能力有富裕 故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床 稱之為群控 不如采用微處理器經(jīng)濟(jì) 合理 而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想 早期的微處理器速度和功能雖還不夠高 但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決 由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件 故仍稱為 計(jì)算機(jī)數(shù)控 到了 1990 年 PC 機(jī) 個(gè)人計(jì)算機(jī) 國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī) 的性能已發(fā)展到很高的階 2 段 可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求 數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段 總之 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代 即 1970 年的第四代 小型計(jì)算機(jī) 1974 年 的第五代 微處理器和 1990 年的第六代 基于 PC 國外稱為 PC BASED 還要指出的是 雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控 即 CNC 了 而我國仍習(xí)慣稱 數(shù)控 NC 所以我們?nèi)粘Ｖv的 數(shù)控 實(shí)質(zhì)上已是指 計(jì)算機(jī)數(shù)控 了 1 1 2 數(shù)控技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī) 微電子 信息 自動(dòng)控制 精密檢測(cè)及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展 機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步 近幾年一些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 如刀具及新材料的發(fā)展 主軸伺服和進(jìn)給伺服 超高速切削等技術(shù)的發(fā)展 以及對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越 高等 加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 目前數(shù)控機(jī)床正朝著高速度 高精度 高工序集中度 高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展 世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾 個(gè)方面 高速高效高精度 高生產(chǎn)率 由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進(jìn) 主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大大提高 減少了切削時(shí)間和非切削時(shí)間 加工中心的進(jìn)給速度已達(dá)到 80m min 120m min 進(jìn) 給加速度達(dá) 9 8m s2 19 6m s2 換刀時(shí)間小于 1s 高加工精度 以前汽車零件精度的 數(shù)量級(jí)通常為 10 m 對(duì)精密零件要求為 1 m 隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn) 對(duì)精度要求提 高到 0 1 m 有些零件甚至已達(dá)到 0 01 m 高精密零件要求提高機(jī)床加工精度 包 括采用溫度補(bǔ)償?shù)?微機(jī)電加工 其加工零件尺寸大小一般在 1mm 以下 表面粗糙 度為納米數(shù)量級(jí) 要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機(jī)床 柔性化 柔性化包括兩個(gè)方面的柔性 一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性 數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè) 計(jì) 功能覆蓋面大 便于不同用戶的需求 二是 DNC 系統(tǒng)的柔性 同一 DNC 系統(tǒng)能 夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求 使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整 從而最大限度地 發(fā)揮 DNC 系統(tǒng)的效能 工藝復(fù)合化和多軸化 數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化 是指工件在一臺(tái)機(jī)床上裝夾后 通過自動(dòng)換刀 旋轉(zhuǎn)主 軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等各種措施 完成多工序 多表面的復(fù)合加工 已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆 鏜 銑功能于一身的數(shù)控機(jī)床 可完成鉆 鏜 銑 擴(kuò)孔 鉸孔 攻螺紋等多工序的 3 復(fù)合數(shù)控加工中心 以及車削加工中心 鉆削 磨削加工中心 電火花加工中心等 此外數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動(dòng)控制功能 實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境 其作用是如何調(diào)度任務(wù) 以確保 任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成 而人工智能 則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為 科學(xué)發(fā)展到今天 實(shí)時(shí)系統(tǒng)與人工智能已實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合 人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響 應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展 由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域 在數(shù)控技術(shù) 領(lǐng)域 實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展 如自適應(yīng)控制 模糊控 制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 專家控制 學(xué)習(xí)控制 前饋控制等 例如 在數(shù)控系統(tǒng)中配置編 程專家系統(tǒng) 故障診斷專家系統(tǒng) 參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能 動(dòng)態(tài)前饋功能 在 壓力 溫度 位置 速度控制等方面采用模糊控制 使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高 從而達(dá)到最佳控制的目的 結(jié)構(gòu)新型化 20 世紀(jì) 90 年代一種完全不同于原來數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床被開發(fā)成功 這種新型數(shù)控機(jī)床被稱為 6 條腿 的加工中心或稱虛擬軸機(jī)床 有的還稱為并聯(lián)機(jī)床 它能在沒有任何導(dǎo)軌和滑臺(tái)的情況下 采用能夠伸縮的 6 條腿 伺服軸 支撐并聯(lián) 并與安裝主軸頭的上平臺(tái)和安裝工件的下平臺(tái)相連 它可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工 其控 制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 加工精度 加工效率較普通加工中心高 2 10 倍 這種數(shù)控機(jī)床的 出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來重大變革和創(chuàng)新 編程技術(shù)自動(dòng)化 隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展 設(shè)備類型的增多 零件品種的增加以及零件形狀 的日益復(fù)雜 迫切需要速度快 精度高的編程 以便于對(duì)加工過程的直觀檢查 為彌 補(bǔ)手工編程和 NC 語言編程的不足 近年來開發(fā)出多種自動(dòng)編程系統(tǒng) 如圖形交互式 編程系統(tǒng) 數(shù)字化自動(dòng)編程系統(tǒng) 會(huì)話式自動(dòng)編程系統(tǒng) 語音數(shù)控編程系統(tǒng)等 其中 圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛 圖形交互式編程系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 軟件為基礎(chǔ) 首先形成零件的圖形文件 然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊 自動(dòng)編制 加工程序 同時(shí)可動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡 其特點(diǎn)是速度快 精度高 直觀性好 使用簡(jiǎn)便 已成為國內(nèi)外先進(jìn)的 CAD CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法 目前常用的 4 圖形交互式軟件有 Master CAM Cimatron Pro E UG CAXA Solid Works CATIA 等 集成化 數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片 可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟 硬件運(yùn)行速度 應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能 平板顯示器 FPD 具有科技含量高 質(zhì)量小 體 積小 功耗低 便于攜帶等優(yōu)點(diǎn) 可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模顯示 成為與 CRT 顯示器抗衡的 新興顯示器 是 21 世紀(jì)顯示器主流 它應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù) 將半導(dǎo)體和表面 安裝技術(shù)融于一體 通過提高集成電路密度 減小互連長(zhǎng)度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價(jià)格 改 進(jìn)性能 減小組件尺寸 提高系統(tǒng)的可靠性 開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計(jì)算機(jī)組成的總線式 模塊化 開放 嵌入式體系結(jié)構(gòu) 便于裁減 擴(kuò) 展和升級(jí) 可組成不同檔次 不同類型 不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng) 閉環(huán)控制模式是 針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的 由于制造過程是一個(gè)有 多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程 包括諸如加工尺寸 形狀 振動(dòng) 噪聲 溫度和熱變形等各種變化因素 因此 要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化 必須采用多變 量的閉環(huán)控制 在實(shí)時(shí)加工過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過程變量 在加工過程中采用開放式 通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式 易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù) 多媒體技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技 術(shù) CAD CAM 伺服控制 自適應(yīng)控制 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償 動(dòng)態(tài)仿真 等高新技術(shù)融于一體 構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系 從而實(shí)現(xiàn)集成化 智能化 網(wǎng)絡(luò)化 1 1 3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 1 數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn) 代化程度 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè) 如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè) 生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè) 航空 航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè) 的使能技術(shù)和最基本的裝備 馬克思 曾經(jīng)說過 各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別 不在于生產(chǎn)什么 而在于怎樣生產(chǎn) 用什么勞動(dòng)資 料生產(chǎn) 制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料 而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng) 今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù) 當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù) 以提 高制造能力和水平 提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力 此外世界上各工業(yè) 發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資 不僅采取重大措施來發(fā)展自 5 己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè) 而且在 高精尖 數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國實(shí)行封鎖 和限制政策 總之 大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國 家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展 提高綜合國力和國家地位的重要途徑 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù) 數(shù)控裝備是以數(shù) 控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品 即所謂的數(shù)字化裝備 其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域 1 機(jī)械制造技術(shù) 2 信息處理 加工 傳輸技術(shù) 3 自動(dòng)控制技術(shù) 4 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 5 傳感器技術(shù) 6 軟件技術(shù)等 2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 使制造業(yè)成為工業(yè)化的 象征 而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行 業(yè) IT 汽車 輕工 醫(yī)療等 的發(fā)展起著越來越重要的作用 因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備 的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì) 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看 其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面 高速 高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢(shì) 效率 質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體 高速 高精加工技術(shù)可極大地提高效率 提 高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 為此日本先端技術(shù)研究會(huì) 將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一 國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì) CIRP 將其確定 21 世紀(jì)的中心研 究方向之一 在轎車工業(yè)領(lǐng)域 年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 輛 而且多品種加工是轎車裝 備必須解決的重點(diǎn)問題之一 在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域 其加工的零部件多為薄壁和薄筋 剛度很差 材料為鋁或鋁合金 只有在高切削速度和切削力很小的情況下 才能對(duì)這 些筋 壁進(jìn)行加工 近來采用大型整體鋁合金坯料 掏空 的方法來制造機(jī)翼 機(jī)身 等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘 螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝 使構(gòu)件的強(qiáng) 度 剛度和可靠性得到提高 這些都對(duì)加工裝備提出了高速 高精和高柔性的要求 目前高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m min 甚至更高 空運(yùn)行速度可達(dá) 100m min 左右 目前世界上許多汽車廠 包括我國的上海通用汽車公司 己經(jīng)采用以高速加工 中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床 美國 CINCINNAT 工公司的 HyperMach 機(jī)床進(jìn) 給速度最大達(dá) 60m min 快速為 100m min 加速度達(dá) 2g 主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 60000r min 加工一薄壁飛機(jī)零件 只用 30min 而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h 在普通 6 銑床加工需 8h 德國 DMG 公司的雙主軸 CA6140 車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12000r mm 在加工精度方面 近 10 年來 普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 l0um 提高到 5 m 精密級(jí)加工中心則從 3 5um 提高到 1 一 1 5 m 并且超精密加工精度已開始進(jìn)入 納米級(jí) 在可靠性方面 國外數(shù)控裝置的 MTBF 值己達(dá) 6000h 以上 伺服系統(tǒng)的 MTBF 值 達(dá)到 30000h 以上 表現(xiàn)出非常高的可靠性 為了實(shí)現(xiàn)高速 高精加工 與之配套的功 能部件如電主軸 直線電機(jī)得到 了快速的發(fā)展 應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大 智能化 開放式 網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中 的各個(gè)方面 為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 如加工過程的自適應(yīng)控制 工 藝參數(shù)自動(dòng)生成 為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化 如前饋控制 電機(jī)參數(shù)的 自適應(yīng)運(yùn)算 自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型 自整定等 簡(jiǎn)化編程 簡(jiǎn)化操作方面的智能 化 如智能化的自動(dòng)編程 智能化的人機(jī)界面等 還有智能診斷 智能監(jiān)控方面的內(nèi)容 方便系統(tǒng)的診斷及維修等 數(shù)控設(shè)備更注重安全性 操作性 數(shù)控設(shè)備是集機(jī)電一體化的產(chǎn)品 由于其自動(dòng)化程度高 所以對(duì)其安全性和可操 作性有了更高的要求 1 1 4 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升 在大中企業(yè)已有較多 的使用 在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用 2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1 8 萬臺(tái) 比上年增長(zhǎng) 28 5 機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值 數(shù)控化率從 2000 年的 17 4 提高到 2001 年的 22 7 2001 年 我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第 5 名 機(jī)床消費(fèi)額在世界 排名上升到第 3 位 達(dá) 47 39 億美元 僅次于美國的 53 67 億美元 消費(fèi) 額比上一年增長(zhǎng) 25 但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求 使我國機(jī)床的 進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì) 2001 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第 2 位 達(dá) 24 06 億美元 比上 年增長(zhǎng) 27 7 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控 CA6140 車床 數(shù)控磨床 數(shù)控特 種加工機(jī)床 數(shù)控剪板機(jī) 數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī) 數(shù)控壓鑄機(jī)等 普通機(jī)床有鉆床 鋸床 插床 拉床 組合機(jī)床 液壓壓力機(jī) 木工機(jī)床等 出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為 主 1 2 數(shù)控 CA6140 車床的工藝范圍及加工精度 1 2 1 工藝范圍 數(shù)控 CA6140 車床是一種高精度 高效率的自動(dòng)化機(jī)床 也是使用數(shù)量最多的數(shù) 控機(jī)床 約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的 25 它主要用于精度要求高 表面粗糙度好 輪廓形 狀復(fù)雜的軸類 盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工 能夠通過程序控制自動(dòng)完成園柱面 圓錐 面 圓弧面和各種螺紋的切削加工 并能進(jìn)行切槽 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔等加工 1 2 2 加工精度 由于數(shù)控 CA6140 車床具有加工精度高 能作直線和圓弧插補(bǔ)功能 有些數(shù)控 CA6140 車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn) 所 以它的工藝范圍要比普通 CA6140 車床要寬得多 1 精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件 由于數(shù)控 CA6140 車床剛性好 制造和對(duì)刀精度高 以及能方便和精確地進(jìn)行人 工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償 所以能加工精度要求高的零件 甚至可以以車代磨 2 表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件 數(shù)控 CA6140 車床具有恒線速切削功能 能加工出表面粗糙度小的均勻的零件 使用恒線速切削功能 就可選用最佳速度來切削錐面和端面 使切削后的工件表面粗 糙度既小又一致 數(shù)控 CA6140 車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件 粗糙 度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量 要求小的部位選用小的進(jìn)給量 3 輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件 由于數(shù)控 CA6140 車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能 部分 CA6140 車床數(shù)控裝置還 有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能 所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的 的回轉(zhuǎn)體零件 4 帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件 普通 CA6140 車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限 它只能車等導(dǎo)程的直 錐面公 8 英制螺紋 而且一臺(tái) CA6140 車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋 而數(shù)控 CA6140 車 床不但能車削任何等導(dǎo)程的直 錐面螺紋和端面螺紋 而且能車變螺距螺紋 還可以 車高精度螺紋 1 3 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容 1 3 1 本文的選題 1 根據(jù)要求設(shè)計(jì) CA6140 混合雙公比 CA6140 車床主傳動(dòng)系統(tǒng) 2 要求設(shè)計(jì) CA6140 車床主軸最高輸出轉(zhuǎn)速 nmax 1320r min 主軸最低輸出轉(zhuǎn)速 nmin 42 5r min 電動(dòng)機(jī)的額定功率 P 5 5KW 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 n 1440r min 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)具有混合雙公比 低轉(zhuǎn)速段和高轉(zhuǎn)速段的公比為 1 1 26 中間 轉(zhuǎn)速段公比為 2 1 58 1 3 2 主要研究?jī)?nèi)容 1 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的一般原則對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) 2 結(jié)構(gòu)式和轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì) 3 主 傳動(dòng)系統(tǒng)圖繪制 4 齒輪嚙合動(dòng)力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)仿真 9 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 2 1CA6140 車床主參數(shù)和基本參數(shù) CA6140 車床的主參數(shù) 規(guī)格尺寸 和基本參數(shù)如下 最高輸出轉(zhuǎn)速 nmax 1320r min 主軸最低輸出轉(zhuǎn)速 nmin 42 5r min 電動(dòng)機(jī)的額 定功率 P 5 5KW 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 n 1440r min 分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)具有混合雙 公比 低轉(zhuǎn)速段和高轉(zhuǎn)速段的公比為 1 1 26 中間轉(zhuǎn)速段公比為 2 1 58 正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速 nmin mir 正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速 Nmax inr 電機(jī)功率 N kw 42 5 1440 5 5 2 2 擬定參數(shù)的步驟和方法 2 2 1 極限切削速度 Vmax Vmin 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 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) 1 公式 3 2 因?yàn)橐阎?78P 6 105 423minax R znR 公比 1 1 26 公比 2 1 58 10 式 Z 1 lgnR 有上式當(dāng) 1 1 26 時(shí) Z1 16 Z2 9 而取Z 12 這樣使得設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速在采用雙公比時(shí)有相應(yīng)的級(jí)數(shù)空隙轉(zhuǎn)速 2 2 2 主軸的極限轉(zhuǎn)速 在通用機(jī)床上 每級(jí)轉(zhuǎn)數(shù)使用的機(jī)會(huì)不大相同 經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速一般是在轉(zhuǎn)速范 圍的中段 轉(zhuǎn)速范圍的高 低段使用較少 雙公比傳動(dòng)就是針對(duì)這一情況而設(shè)計(jì) 主 軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列有兩個(gè)公比 轉(zhuǎn)速范圍中經(jīng)常使用的中段采用小公比 不經(jīng)常使用的高 低 段用大公比 經(jīng)調(diào)整后的結(jié)構(gòu)式為 12 2 5 32X26 在高低段出現(xiàn)4個(gè)轉(zhuǎn)速空檔 根據(jù)主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則 傳動(dòng)副前多后少原則 傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相 一致的原則 變速組的降速要前慢后快和中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的原則 可知 傳動(dòng)線要前密后疏 依次來安排各變速組的傳動(dòng)順序 最終繪制的轉(zhuǎn)速圖見圖 1 按照主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖以及齒輪齒數(shù)繪制的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖見圖2 11 2 2 3 主電機(jī)功率 動(dòng)力參數(shù)的確定 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 根據(jù)題設(shè)條件電機(jī)功率為 5 5KW 可選取電機(jī)為 Y132S 4 額定功率為 5 5KW 滿載轉(zhuǎn)速為 1440r min 2 2 4 確定結(jié)構(gòu)式 已知 Z x3b2a a b 為正整數(shù) 即 Z 應(yīng)可以分解為 2 和 3 的因子 以便用 2 3 聯(lián)滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變 速 對(duì)于 Z 12 可按 Z 12 分解為 Z 2 5 32 26 2 2 5 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 根據(jù) 前多后少 先降后升 前密后疏 結(jié)構(gòu)緊湊的原則 選取傳動(dòng)方案 Z 25 32 26 易滿足要求 2 2 6 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 1 選擇電動(dòng)機(jī) 采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī) 2 繪制轉(zhuǎn)速圖 12 3 畫主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù) 畫主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖 2 3 1 2 軸最小中心距 A 1 2min 1 2 Zmaxm 2m D 軸最小齒數(shù)和 S zmin Zmax 2 D m 2 3 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) 1 Sz 100 120 中型機(jī)床 Sz 70 100 2 直齒圓柱齒輪 Zmin 18 20 m 4 13 圖 3 3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 7 齒輪齒數(shù)的確定 變速組內(nèi)取模數(shù)相等 據(jù)設(shè)計(jì)要求 Zmin 18 20 齒數(shù)和 Sz 100 120 由表 4 1 根據(jù)各變速組公比 可得各傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù) 各齒輪齒 數(shù)如表 2 2 14 3 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 3 1 帶輪的設(shè)計(jì) 三角帶傳動(dòng)中 軸間距 A 可以加大 由于是摩擦傳遞 帶與輪槽間會(huì)有打滑 宜 可緩和沖擊及隔離振動(dòng) 使傳動(dòng)平穩(wěn) 帶輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但尺寸大 機(jī)床中常用作電 機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 1440r min 傳遞功率 P 5 5kW 傳動(dòng)比 i 1440 850 1 69 假設(shè)兩班制 一天運(yùn)轉(zhuǎn) 16 小時(shí) 工作年數(shù) 10 年 1 選擇三角帶的型號(hào) 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 7 工作情況系數(shù) 查的共況系數(shù)156PAK 1 2 故根據(jù)濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 公式 8 21 AK 156 652 1kWPKAca 式中 P 電動(dòng)機(jī)額定功率 工作情況系數(shù) AK 因此根據(jù) 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 8 11 普通 V 帶輪型圖選ca1n 157P 用 A 型 2 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 D 帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大 為提高帶的壽命 小帶輪的直徑 不宜過 D 小 即 查濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 8 圖 8 11 和 表minD 157P15P 8 6 取主動(dòng)小帶輪基準(zhǔn)直徑 125 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 公式 8 15a 150P 12nD 式中 小帶輪轉(zhuǎn)速 大帶輪轉(zhuǎn)速 帶的滑動(dòng)系數(shù) 一般取 0 02 n n 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 mD5 207 1 258042 表 8 8 取圓整為 212mm 157P 3 驗(yàn)算帶速度 V 按濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 式 8 13 驗(yàn)算帶的速度150P 15 42 910625106 ndV 故帶速合適 smvs35 4 初定中心距 帶輪的中心距 通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定 一般可在下列范圍內(nèi)選取 根據(jù)濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 經(jīng)驗(yàn)公式 8 20 152P 2 7 01021DAD 取 600mm 5 三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 公式 8 22 計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度158P 0 221042ADAL 20 153 4657 93m 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 2 圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 146P18Lm 6 驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) 符合要求 01 340svuL 次 7 確定實(shí)際中心距 A 按濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 公式 8 23 計(jì)算實(shí)際中心距158P006072642m 8 驗(yàn)算小帶輪包角 1 根據(jù)濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 公式 8 25 158P 故主動(dòng)輪上包角合適 OOoAD209 73 580121 9 確定三角帶根數(shù) Z 根據(jù)濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 式 8 26 得158P 16 0calpzk 查表濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 4d 由 i 1 8 和 得153Pmin140rn 0 15KW 0p 查表濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 5 0 98 查表濮良貴主編 機(jī)械設(shè)k 計(jì) 第八版 表 8 2 長(zhǎng)度系數(shù) 1 01lk 39 401 98 15 092 Z 取 根5 10 計(jì)算預(yù)緊力 查濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 3 q 0 1kg m 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 式 8 27 20 5 2 qvkvZpFca 其中 帶的變速功率 KW ca v 帶速 m s q 每米帶的質(zhì)量 kg m 取 q 0 1kg m v 1440r min 9 42m s NF 82 1564 90 98 52 4 90520 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 ZQ 26 153 7sin2 1562sin10 傳動(dòng)比 查表濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 4a 由 和152PmD125 得 1 92KW min140rn 0p 3 2 傳動(dòng)軸的直徑估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外 還應(yīng)滿足剛度的要求 強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷 和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高 不允許有較大變形 17 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 可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度 剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形 因此 必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度 3 2 1 確定各軸轉(zhuǎn)速 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 計(jì)算轉(zhuǎn)速 是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速 各傳動(dòng)件jn 的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上 按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定 根據(jù) 1 表 3 10 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 min r5826 154n313zmi j 各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 212r min 3j 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 335r min 2jn 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 850r min 1j 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 min 14 5736 245 9 324 640 rn 實(shí) mi 12r標(biāo) 102 157 標(biāo) 標(biāo)實(shí) n 所以合適 3 2 2 傳動(dòng)軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 根據(jù) 5 公式 7 1 并查 5 表 7 13 得到 取 1 mnPdj491 軸的直徑 取 i 80 6 11rj ndj 3 29 5 5944 軸的直徑 取 min 40 92 0 08 12 rnj 18 mndj 61 34092 51 594 軸的直徑 取 in 0 8 323 rnj ndj 25 461095 9 5144 其中 P 電動(dòng)機(jī)額定功率 kW 從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積 該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 jnminr 傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角 o 當(dāng)軸上有鍵槽時(shí) d 值應(yīng)相應(yīng)增大 4 5 當(dāng)軸為花鍵軸時(shí) 可將估算的 d 值減小 7 為花鍵軸的小徑 空心軸時(shí) d 需乘以計(jì)算系數(shù) b b 值見 5 表 7 12 和 為由 鍵槽并且軸 為空心軸 和 為花鍵軸 根據(jù)以上原則各軸的直徑取值 和 在后文給定 軸采用光軸 軸和 軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪m30 d 所以都采用花鍵軸 因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高 定心穩(wěn)定性好 能用磨削的方法消除 熱處理變形 定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度 故我采用矩形花鍵 連接 按 規(guī)定 矩形花鍵的定心方式為小徑定心 查 15 表 5 3 19874 TGB 30 的矩形花鍵的基本尺寸系列 軸花鍵軸的規(guī)格 742368 為BDdN 軸花鍵軸的規(guī)格 842 為BDdN 各軸間的中心距的確定 162 58 2 1 mmzd 7 08 4 15cos 6 oV 3 2 3 鍵的選擇 查濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 6 1 選擇軸 上的鍵 根據(jù)軸的直徑 鍵的尺寸選擇 鍵的長(zhǎng)度 L 取 22 主軸處鍵的選擇30 2 d 78 取鍵 高鍵 寬 hb 同上 鍵的尺寸為 鍵的長(zhǎng)度 L 取 100 162 取鍵 高鍵 寬 19 3 3 傳動(dòng)軸的校核 需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗(yàn)算傾角時(shí) 若支撐類型相同則只需 驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角 當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí) 則齒輪處傾 角不必驗(yàn)算 驗(yàn)算撓度時(shí) 要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處 但通常可驗(yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處 撓度 誤差 3 當(dāng)軸的各段直徑相差不大 計(jì)算精度要求不高時(shí) 可看做等直徑 采用平均直徑 進(jìn)1d 行計(jì)算 計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度 花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算 彎 曲剛度驗(yàn)算 的剛度時(shí)可采用平均直徑 或當(dāng)量直徑 一般將軸化為集中載荷下的1d2d 簡(jiǎn)支梁 其撓度和傾角計(jì)算公式見 5 表 7 15 分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度 和傾角 然后疊加 注意方向符號(hào) 在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加 不在同一平面上進(jìn) 行向量疊加 3 3 1 傳動(dòng)軸的校核 軸的校核 通過受力分析 在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中 中間的兩對(duì)齒輪對(duì) 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 NdTF mnPr 7 153 012 86 2 860 9 905 96 最大撓度 mEIbl3 4349222max1068 10647 583 6 39740614 24mdII MPaEE 軸 的 材 料 彈 性 模 量 式 中 查 1 表 3 12 許用撓度 y12 所 以 合 格 yYB 軸 軸的校核同上 20 3 3 2 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 6 2 查的許用擠 壓應(yīng)力 取其中間值 鍵的工作長(zhǎng)度MPap120 MPap10 鍵與輪榖鍵槽的接觸高度mbLl 68 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 式 6 1 可得hk5 37 5 0 PaPakldT pp 10 3 10216 203 式 中 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應(yīng) 力鍵 軸 輪 轂 三 者 中 最 鍵 的 直 徑 為 鍵 的 寬 度 為 鍵 的 公 稱 長(zhǎng) 度 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長(zhǎng) 度 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 264 5 0 p MPamd mbmLbll hkkN 可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了 鍵的標(biāo)記為 20319680 TGB鍵 3 4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 3 4 1 齒輪模數(shù)的確定 齒輪模數(shù)的估算 通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù) 如齒輪材料相同時(shí) 選擇負(fù)荷最重的小齒輪 根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按 5 表 7 17 進(jìn)行估算模數(shù) 和 并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 為簡(jiǎn)化工藝變速HmF 傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣 通常不超過 2 3 種模數(shù) 先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù) 齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng) 查濮良貴主 編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 8 齒輪精度選用 7 級(jí)精度 再由濮良貴主編 機(jī)械設(shè) 計(jì) 第八版 表 10 1 選擇小齒輪材料為 40C 調(diào)質(zhì) 硬度為 280HBS r 根據(jù) 5 表 7 17 有公式 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 32 1 1602 HPjmHznK 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 34FPjFz a 變速組 分別計(jì)算各齒輪模數(shù) 先計(jì)算最小齒數(shù) 28 的齒輪 21 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 32 1 1602 HPjmHznK 其中 公比 2 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 96 7 5 7 2KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允接觸應(yīng)力 由 5 圖 7 6 按 MQ 線查取 HP lim9 HP li 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 650MPa limH MPaPaHP589 065 m14 302 71123 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 4mm 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 34FPjmFznK 其中 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 96 7 5 7 2KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允齒根應(yīng)力 由 5 圖 7 11 按 MQ 線查FP lim4 FPli 取 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 MPaF30lim FP42 1 m1 87431 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 2 5mm 所以1FHm 41 于是變速組 a 的齒輪模數(shù)取 m 4mm b 32mm 22 軸 上主動(dòng)輪齒輪的直徑 mdmdaa 14035128421 軸 上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 aa 9656 2 1 b 變速組 確定軸 上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù) 先計(jì)算最小齒數(shù) 18 的齒輪 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 32 1 10 HPjmHznK 其中 公比 4 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 922 7 5 3 915KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允接觸應(yīng)力 由 5 圖 7 6 按 MQ 線查取 HP lim9 HP li 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 650MPa limH MPaPaP589 065 mH 24 50213 632 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 5mm 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 34FPjmFznK 其中 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 922 7 5 3 915KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允齒根應(yīng)力 由 5 圖 7 11 按 MQ 線查取 FP lim4 FPli 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 MaF30lim PPFP42 1 m01 38956432 23 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 3mm 所以2FHm 52 于是變速組 b 的齒輪模數(shù)取 m 5mm b 40mm 軸 上主動(dòng)輪齒輪的直徑 mddd bbb 254 150390185 32 軸 上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 mmbbb 63672 3 2 1 c 變速組 為了使傳動(dòng)平穩(wěn) 所以使用斜齒輪 取 螺旋角 n5 o14 計(jì)算中心距 a 3 27814cos2 6 cos 21zn 圓整為 280mm 修正螺旋角 oz 42 15802 6 ars2805 ars1 因 值改變不多 所以參數(shù) 等值不必修正 KHZ 所以軸 上兩聯(lián)動(dòng)主動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 mdmd ococ 4 372 15s1 42 15s2 軸 上兩從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 ococ 2 1864 s06 4 s86 2 1 標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù) 2h105 度 從 7 表 5 1 查得以下公式 齒頂圓直徑 mzdaa 1 齒根圓直徑 chf 2 分度圓直徑 z 齒頂高 ha 齒根高 mcf 齒輪的具體值見表 24 表 3 1 齒輪尺寸表 單位 mm 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) nm分度圓 直徑 d 齒頂圓 直徑 a 齒根圓 直徑 fd 齒頂高 ah齒根高 f 24 4 96 104 86 4 5 60 4 240 248 2304 4 5 47 4 188 196 178 4 5 37 4 148 156 138 4 5 34 4 136 144 126 4 5 54 4 216 224 206 4 5 44 4 176 184 166 4 5 44 4 176 184 166 4 5 25 4 100 108 90 4 5 63 4 252 260 242 4 5 53 4 212 220 202 4 5 42 4 168 176 158 4 5 23 4 92 100 82 4 5 72 4 288 296 278 4 5 25 3 4 2 齒寬的確定 由公式 得 10 5 mb 軸主動(dòng)輪齒輪 3248 軸主動(dòng)輪齒輪 軸主動(dòng)輪齒輪 b0 一般一對(duì)嚙合齒輪 為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小 而增大輪齒的載荷 設(shè)計(jì)上 應(yīng)主動(dòng)輪比從動(dòng)輪齒寬大 5 10mm 所以 mb321 mb243 40765 1098 12143 3 4 3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 通過齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算 只能確定出齒輪的主要尺寸 如齒數(shù) 模數(shù) 齒寬 螺旋角 分度圓直徑等 而齒圈 輪輻 輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小 通常都由結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)而定 當(dāng)齒頂圓直徑 時(shí) 可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的齒輪 當(dāng)mda160 時(shí) 可做成腹板式結(jié)構(gòu) 再考慮到加工問題 現(xiàn)決定把齒輪16050amd 8 12 和 14 做成腹板式結(jié)構(gòu) 其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu) 根據(jù)濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第 八版 圖 10 39 a 3 5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶輪的材料 常用的 V 帶輪材料為 HT150 或 HT200 轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接 而成 小功略時(shí)采用鑄鋁或塑料 帶輪結(jié)構(gòu)形式 V 帶輪由輪緣 輪輻和輪轂組成 根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式 濮良貴 主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 8 14a 腹板式 濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 8 14b 孔板式 濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 8 14c 橢圓輪輻式 濮 良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 8 14d V 帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān) 當(dāng)帶 輪基準(zhǔn)直徑 d 為安裝帶輪的軸的直徑 mm 時(shí) 可以采用實(shí)心式 當(dāng)d5 2 26 可以采用腹板式 時(shí)可以采用孔板式 md30 mdDmd10 301 同 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 可以采用輪輻式 帶輪寬度 fezB78925 2 1 分度圓直徑 d4 D 90mm 是深溝球軸承 6210 軸承外徑 其他尺寸見帶輪零件圖 V 帶輪的輪槽與所選的 V 帶型號(hào)向?qū)?yīng) 見濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 8 10mm d 與 相對(duì)應(yīng)得 槽 型 dbminahinfeminfo32 o4o36 o8 A 11 0 2 75 8 7 3 015 9 18 1 V 帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形 使 V 帶工作面夾角發(fā)生變化 為了使 V 帶的 工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合 將 V 帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于 o40 V 帶安裝到輪槽中以后 一般不應(yīng)該超出帶輪外圓 也不應(yīng)該與輪槽底部接觸 為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度 minifah和 輪槽工作表面的粗糙度為 2 36 1R或 V 帶輪的技術(shù)要求 鑄造 焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣 腹板 輪輻及輪轂上不允許有傻眼 裂縫 縮 孔及氣泡 鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下 允許對(duì)輪緣 凸臺(tái) 腹板及輪轂的 表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ) 轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡 反之做動(dòng)平衡 其他條件 參見 中的規(guī)定 921 357 TGB 3 6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛 因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開 具有 結(jié)合平穩(wěn) 沒有沖擊 結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn) 部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 多用于機(jī)床主傳動(dòng) 按扭矩選擇 即 根據(jù) 15 和 14 表 6 3 20 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 tcT mNt 86 09 608 5790 27 查 15 表 6 3 21 得 4 1 mNTc 23 860 摩擦盤工作面的平均直徑 PDdDP 817 4 5 212 式中 d 為軸的直徑 摩擦盤工作面的外直徑 1mP25 0825 1 摩擦盤工作面的內(nèi)直徑 DdP7 61 7 02 摩擦盤寬度 b m25 02 5 21 摩擦面對(duì)數(shù) m 查 15 表 6 3 17 摩擦副材料為淬火鋼 對(duì)偶材料為淬火鋼 摩 擦因數(shù)取 0 08 許用壓強(qiáng)取 許用溫度 120 21cN m78 610 8 75 60 1 4 3213 81 221 PcDTz 圓整為 7 摩擦面片數(shù) z 7 1 8 摩擦片脫開時(shí)所需的間隙 因?yàn)椴捎脻袷剿?5 0 2 許用傳遞轉(zhuǎn)矩 cpTcTvPcp KmD 121 8 mNTcp 2 1345 6318 008 7654 3 因?yàn)?snvm49 30860 1 6 8 1TvKK 壓緊力 Q 28 NmDTQpc 2 491708 132 摩擦面壓強(qiáng) p p 421 22109 65 3 cmNcp Tc需 傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 365 表工 作 儲(chǔ) 備 系 數(shù) 見 6 11 m 干 式摩 擦 面 對(duì) 數(shù) 通 常 濕 式外 摩 擦 盤 數(shù)1i內(nèi) 摩 擦 盤 數(shù) 2 1mizz21 摩 擦 盤 總 數(shù) 7365 表摩 擦 因 數(shù) 查 cp2 表查 許 用 壓 強(qiáng) N211 表摩 擦 片 修 正 系 數(shù) 見 K365 表速 度 修 正 系 數(shù) 見 v 表 結(jié) 合 次 數(shù) 修 正 系 數(shù) 見T 根據(jù) 14 表 22 7 7 選用帶滾動(dòng)軸承的多片雙聯(lián)摩擦離合器 因?yàn)榘惭b在箱內(nèi) 所以采取濕式 結(jié)構(gòu)形式見 14 表 22 7 7 圖 a 表 5 2 特征參數(shù) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2mkg 圖 號(hào) 許用轉(zhuǎn)距 mNT 重量 kg 內(nèi)部 外部 接合 力 N 脫開 力 N 圖 a 120 4 7 0 0035 0 0050 170 100 表 5 3 主要尺寸 圖 許用轉(zhuǎn)矩 D maxA B c maxE F G 29 號(hào) mNT 閉 式 開 式 圖 a 120 18 32 108 100 18 32 60 45 70 表 5 4 主要尺寸 圖 號(hào) H J 1l2L 12L3R S a 1s 圖 a 85 47 51 81 152 65 64 35 10 20 11 3 7 齒輪校驗(yàn) 在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí) 選相同模數(shù)中承受載荷最大 齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接 觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算 這里要驗(yàn)算的是齒輪 1 齒輪 5 齒輪 11 這三個(gè)齒輪 齒輪強(qiáng)度校核 計(jì)算公式 彎曲疲勞強(qiáng)度 FSaFtbmYK 接觸疲勞強(qiáng)度 HtEHubdKFZ 5 21 3 7 1 校核 I 組變速組齒輪 彎曲疲勞強(qiáng)度 校核齒數(shù)為 28 的齒輪 確定各項(xiàng)參數(shù) FSaFtFbmY 2 n 800r min kWP 796 0 1086 2 7105 9 15 56 mNnT 確定動(dòng)載系數(shù) VK smdv 6 410682106 齒輪精度為 7 級(jí) 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 10 8 查得動(dòng)載系數(shù) 由濮良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 使用系數(shù) 8 vK 0 1 AK mb4