CA6140車床主軸箱的畢業(yè)設(shè)計(jì)含圖

1CA6140 車床主軸箱的設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 陳曉娟 （ 2120601006）摘要：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，本設(shè)計(jì)主要針對(duì) CA6140 機(jī)床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文首先闡述了該車床的結(jié)構(gòu)，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際情況，考慮到經(jīng)濟(jì)性和效率性等相關(guān)因素，對(duì)車床主軸箱進(jìn)行了合理構(gòu)思,通過比較兩種傳動(dòng)方案，優(yōu)選了電機(jī)，采用二級(jí)減速結(jié)構(gòu)最終完成了 CA6140 機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì)。本文還著重對(duì)減速結(jié)構(gòu)中主要零件進(jìn)行了計(jì)算和校核，其結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：CA6140 車床、主軸箱、傳動(dòng)。The design of the CA6140 lathe main axle boxSchool of mechanical and electrical engineering Major in mechanical design and manufacturing and automation Chenxiaojuan(21206071006)Abstract：As a major turning processing machine, the CA6140 machine is widely used in mechanical processing industry, this design mainly for CA6140 lathe spindle box design. This paper first describes the structure of the lathe, according to the actual situation, considering the economy and efficiency of relevant factors, has the advantages of reasonable design of lathe spindle box, through the comparison of two transmission scheme, the optimization of the motor, the second level speed reducer finally completed the CA6140 lathe headstock design. This paper also focuses on the major part in the structure of the deceleration were calculated and checked, and the results meet the design requirements.Key words:CA6140 lathe、 spindle box 、 transmission。 1 引言1.1 課題設(shè)計(jì)的目的與意義：通過機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動(dòng)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、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。通過分析研究現(xiàn)有的 CA6140 車床主軸箱規(guī)格和用途、主要參數(shù)、采用功能原理設(shè)2計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品盡量達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、操作方便、成本低廉的要求。1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：介紹車床的演變發(fā)展過程、CA6140 車床的功能用途、優(yōu)越性和發(fā)展趨勢。完成了運(yùn)動(dòng)方案的確定和機(jī)構(gòu)化設(shè)計(jì)，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，機(jī)構(gòu)的零件圖2.CA6140 車床主軸箱傳動(dòng)方案擬定2.1 確定結(jié)構(gòu)方案：確定極限轉(zhuǎn)速已知主軸最低轉(zhuǎn)速 為 10mm/s,最高轉(zhuǎn)速 為 1400mm/s，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為min maxn= / =14nRmaxi確定公比選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為 1.12求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z由圖 1-2 及系統(tǒng)傳動(dòng)路線可以看出，當(dāng)主軸正轉(zhuǎn)時(shí)，由第一條傳動(dòng)路線（-軸）使主軸獲得 23=6 級(jí)正轉(zhuǎn)，由第二條路線（-軸）又使主軸獲得 2322=24 級(jí)正轉(zhuǎn)，這樣可獲得 30 級(jí)正轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，可獲得3+322=15 級(jí)反轉(zhuǎn)。但由于軸-間的四種傳動(dòng)比為:150U250184U3205184U420186U其中 和 基本相等，所以實(shí)際上主軸只能獲得 23（221）=18 級(jí)正轉(zhuǎn)，這23樣主軸實(shí)際獲得 6+18=24 級(jí)正轉(zhuǎn)。同理主軸只有 3+3（221）=12 級(jí)反轉(zhuǎn)。確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式由公式 Z= （ ） （ ） （ ） （4-aP1Xb2cP3X1）其中 Z 為主軸轉(zhuǎn)速級(jí)， 為按傳動(dòng)順序的各變速組傳動(dòng)副數(shù)， 為各變速組的級(jí)比指i iX數(shù)。故結(jié)構(gòu)式 24=2322故確定結(jié)構(gòu)方案為： 在分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)床所加工工件表面的類型、切削運(yùn)動(dòng)，確定各運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)聯(lián)系的端件；然后以傳動(dòng)鏈的形式將每個(gè)成形運(yùn)動(dòng)逐一分析；最后根3據(jù)表面成形運(yùn)動(dòng)主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該采用滑移齒輪來進(jìn)行變速，采用三聯(lián)齒輪或者是雙聯(lián)齒輪， 由于機(jī)床需要采用正反轉(zhuǎn)，所以需要將雙向摩擦片式離合器裝配到軸上，因此會(huì)產(chǎn)生軸向尺寸較長的現(xiàn)象。如果按“傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序一致的原則”，會(huì)使箱體的體積過大。因此為了使機(jī)床整體結(jié)構(gòu)布局看上去更加緊、合理，第一變速組需要采用雙聯(lián)齒輪。2.2 傳動(dòng)方案擬定：當(dāng)雙向多片摩擦離合器 M1 左結(jié)合時(shí)，軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng) M1 左部的摩擦片及齒輪副或 傳給軸。當(dāng) M1 右結(jié)合時(shí)軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng) M1 右部摩擦片及齒輪 Z50 傳給軸563814上的齒輪 Z34，然后傳給軸上的齒輪 Z30。軸的運(yùn)動(dòng)分別可分別通過三對(duì)齒輪副、 、 傳給軸。20591軸的運(yùn)動(dòng)可分為兩路傳給主軸：（1）當(dāng)主軸上的滑動(dòng)齒輪 Z50 處于左端位置時(shí)，軸運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副 直接傳6350給主軸，使主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）當(dāng)主軸上的滑動(dòng)齒輪 Z50 處于左端位置時(shí)，使齒輪式離合器 M2 接合，則軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)-的背輪機(jī)構(gòu)傳給主軸，使主軸獲得中低轉(zhuǎn)速。故采用傳動(dòng)方案為：主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用 V 帶、齒輪傳動(dòng)；4傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)；主軸換向制動(dòng)采用雙向片式摩擦離合器和帶式制動(dòng)器；變速系統(tǒng)采用雙聯(lián)滑移齒輪變速。2.3 傳動(dòng)比分配：由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 Nm 和主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 N，可得裝置總傳動(dòng)比為：Ia=Nm/N=1450/819=1.77由式：基本組傳動(dòng)比 ，1.50ai21.9ai分配總降速傳動(dòng)比：總降速傳動(dòng)比為 = / =10/14406.6710 3 ， 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮u mind min是否需要增加定比傳動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動(dòng)比。然后，將總降速傳動(dòng)比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動(dòng)比。3 電動(dòng)機(jī)的選擇2.1 工件參數(shù)2.1.1 工件的最大回轉(zhuǎn)直徑在床面上400 毫米在床鞍上210 毫米工件最大長度(四種規(guī)格)750、1000、1500、2000 毫米2.2 主軸參數(shù)2.2.1 主軸轉(zhuǎn)速范圍正傳（24 級(jí)）10-1400 轉(zhuǎn)/分反轉(zhuǎn)（24 級(jí)）14-1580 轉(zhuǎn)/分2.2.2 主軸其他參數(shù)主軸孔徑.48 毫米主軸前段孔錐度400 毫米2.3 加工螺紋范圍公制（44 種）1-192 毫米英制（20 種）2-24 牙/英寸模數(shù)（39 種）0.25-48 毫米徑節(jié)（37 種）.1-96 徑節(jié)2.4 進(jìn)給量范圍細(xì)化 0.028-0.054 毫米/轉(zhuǎn)縱向（64 種） 正常 0.08-1.59 毫米/轉(zhuǎn)5加大 1.71-6.33 毫米/轉(zhuǎn)細(xì)化 0.014-0.027 毫米/轉(zhuǎn)橫向（64 種） 正常 0.04-0.79 毫米/轉(zhuǎn)加大 0.86-3.16 毫米/轉(zhuǎn)2.5 刀具快速移動(dòng)速度縱向4 米/分橫向4 米/分2.6 電機(jī)冷卻泵參數(shù)2.6.1 主電機(jī)功率7.5 千瓦轉(zhuǎn)速1450 轉(zhuǎn)/分2.6.2 快速電機(jī)功率370 瓦轉(zhuǎn)速2600 轉(zhuǎn)/分2.6.3 冷卻泵功率90 瓦流量 25 升/分2.7 重量及外形尺寸工件最大長度為 1000 毫米的機(jī)床外形尺寸（長寬高）266810001190 毫米重量約 2000 公斤2.8 選定電動(dòng)機(jī)一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，如無特殊性能要求，多采用 Y 系列封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。Y 系列電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、起動(dòng)性能好、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。因主電機(jī)功率要求為 7.5 千瓦轉(zhuǎn)速 1400r/min，故選擇 Y132M-4，其同步轉(zhuǎn)速為1440r/min。第 4 章 主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算4.1 主軸箱的箱體主軸箱中有主軸、變速機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。主軸箱除應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動(dòng)效率，傳動(dòng)件具有足夠的強(qiáng)度或剛度，噪聲較低，振動(dòng)要小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。6箱體材料以中等強(qiáng)度的灰鑄鐵 HT150 及 HT200 為最廣泛,本設(shè)計(jì)選用材料為 HT20-40.箱體鑄造時(shí)的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸(長寬高),按下表選取.表 5-1長寬高( )3m壁厚(mm)500 500 300-800 500 500 10-15 800 800 500 12-20由于箱體軸承孔的影響將使扭轉(zhuǎn)剛度下降 10%-20%，彎曲剛度下降更多，為彌補(bǔ)開口削弱的剛度，常用凸臺(tái)和加強(qiáng)筋；并根據(jù)結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取 25mm 左右，后支承壁取 22mm 左右，軸承孔處的凸臺(tái)應(yīng)滿足安裝調(diào)整軸承的需求。箱體在主軸箱中起支承和定位的作用。CA6140 主軸箱中共有 15 根軸，軸的定位要靠箱體上安裝空的位置來保證，因此，箱體上安裝空的位置的確定很重要。本設(shè)計(jì)中各軸安裝孔的位置的確定主要考慮了齒輪之間的嚙合及相互干涉的問題，根據(jù)各對(duì)配合齒輪的中心距及變位系數(shù)，并參考有關(guān)資料，箱體上軸安裝空的位置確定如下：中心距(a)=1/2（d1+d2）+ym （式中 y 是中心距變動(dòng)系數(shù)）中心距-=（56+38）/22.25=105.75mm中心距-=（50+34）/22.25=94.5mm中心距-=（30+34）/22.25=72mm中心距-=（39+41）/22.25=90mm中心距-=（50+50）/22.5=125mm中心距-=（44+44）/22=88mm中心距-=（26+58）/24=168mm中心距-=（58+26）/22=84mm中心距-=（58+58）/22=116mm中心距-=（33+33）/22=66mm中心距-=（25+33）/22=58mm7綜合考慮其它因素后，將箱體上各軸安裝空的位置確定如下圖：圖 5-1上圖中 XIV、XV 軸的位置沒有表達(dá)清楚具體位置參見零件圖。設(shè)計(jì)的箱體外觀形狀如下圖：8圖 5-2箱體在床身上的安裝方式，機(jī)床類型不同，其主軸變速箱的定位安裝方式亦不同。有固定式、移動(dòng)式兩種。車床主軸箱為固定式變速箱，用箱體底部平面與底部突起的兩個(gè)小垂直面定位，用螺釘和壓板固定。本主軸箱箱體為一體式鑄造成型，留有安裝結(jié)構(gòu)，并對(duì)箱體的底部為安裝進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。箱體的顏色根據(jù)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)確定，并考慮機(jī)床實(shí)際使用地區(qū)人們心理上對(duì)顏色的喜好及風(fēng)俗。箱體中預(yù)留了潤滑油路的安裝空間和安裝螺紋孔及油溝，具體表達(dá)見箱體零件圖。4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的 I 軸及軸上零件設(shè)計(jì) 4.2.1 普通 V 帶傳動(dòng)的計(jì)算普通 V 帶的選擇應(yīng)保證帶傳動(dòng)不打滑的前提下能傳遞最大功率，同時(shí)要有足夠的疲勞強(qiáng)度，以滿足一定的使用壽命。設(shè)計(jì)功率 (kW） （5-1）PKAd工況系數(shù)，查機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)（任殿閣，張佩勤 主編）表 2-5，取 1.1；AK9故 1.2.dPkW小帶輪基準(zhǔn)直徑 為 130mm；1d帶速 ； （5-2）v 1/(60)9.86/dvnmsv大帶輪基準(zhǔn)直徑 為 230 mm；2d初選中心距 1000mm, 由機(jī)床總體布局確定。 過小，增加帶彎曲次數(shù)；0a0a0a過大，易引起振動(dòng)。0a帶基準(zhǔn)長度 （5-3）210120()2()7.54dddnLama查機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)（任殿閣，張佩勤 主編）表 2-7，取 2800mm;0dL帶撓曲次數(shù) 1000mv/ =7.04 40 ； （5-5）0d1s實(shí)際中心距 （5-6）2aAB（5-7）12()08.74ddL21()508d故 208.7.153am小帶輪包角 （5-8）211sin54.092da 單根 V 帶的基本額定功率 ,查機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)（任殿閣，張佩勤 主編）表 2-1P8，取 2.28kW；單根 V 帶的基本額定功率增量 （5-9）1()buKn彎曲影響系數(shù)，查表 2-9，取bK3.01傳動(dòng)比系數(shù)，