CA6140普通车床主轴变速箱设计及主轴箱设计说明书范文.docx
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CA6140普通车床主轴变速箱设计及主轴箱设计说明书范文
CA6140普通车床主轴变速箱设计及主轴箱设计说明书范文
1绪论................................................1
1.1课题研究背景及选题意义..................................................................................1
1.1.1课题的背景...............................................................................................1
1.1.2课题的目的..............................................................................................31.2完成的内容.........................................................................................................3
2参数拟定...........................................4
2.1主电机动力参数的确定.......................................................................................4
2.2运动设计............................................................................................................4
2.2.1确定主轴极限转速...................................................................................42.2.2确定转速范围
Rn定公比确定主轴转速数例:
..........................................5
3传动设计...........................................5
3.1传动方案拟定.....................................................................................................5
3.1.1传动组和传动副数的确定...........................................................................63.2传动结构式的选择..............................................................................................6
3.2.1基本组和扩大组的确定............................................................................63.2.2分配总降速比..........................................................................................73.3带轮直径和齿轮齿数的确定及转速图拟定...........................................................8
3.3.1确定皮带轮动直径....................................................................................83.3.2确定齿轮齿数..........................................................................................93.3.3画出转速图如下：
.................................................................................103.3.4验算转速误差..........................................................................................103.4齿轮的计算转速的确定及传动系统的拟定的计算转速........................................12
3.4.1确定各轴和齿轮.....................................................................................123.4.2由转速图拟定传动系统图.......................................................................13
4传动件的估算和验算.................................14
4.1齿轮模数的估算和设计......................................................................................14
4.1.1计算各轴传动的功率..............................................................................14
4.1.2计算传动轴齿轮模数..............................................................................144.1.3计算各轴之间的中心距..........................................................................164.2三角带传动的计算............................................................................................174.2.1计算皮带尺寸.........................................................................................174.3传动轴的估算和齿轮尺寸的计算.......................................................................18
4.3.1确定各轴的直径.....................................................................................184.3.2计算各齿轮的尺寸.................................................................................18
5各部件结构设计.....................................21
5.1皮带轮及齿轮块设计.........................................................................................215.1.1皮带及皮带轮的设计..............................................................................215.1.2齿轮及齿轮块设计.................................................................................215.2轴承的选择及箱体设计.....................................................................................21
5.2.1各轴承的选择.........................................................................................215.2.2主轴及箱体设计.....................................................................................215.3密封结构及润滑................................................................................................22
6主轴组件的验算.....................................23
6.1验算主轴轴端的位移
ya.....................................................................................23
6.2前轴承的转角及寿命的验算..............................................................................25
6.2.1验算前轴承处的转角
Q........................................................................25
6.2.2验算前支系寿命.....................................................................................25
6.3箱体设计..........................................................................................................26
总结.................................................26致谢.................................................27
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摘要
本文用简明的语言有侧重的介绍了普通数控机床中CA6140主轴的设计改造过程，先通过研究背景及选题意义的介绍，来引出本设计的意义。
然后分别从参数拟定、传动设计、传动件的估算和验算、各部件结构设计和主轴组件的验算5个部分来进行设计的。
以齿轮、带轮、皮带轮、轴承、箱体等的参数设计为重点。
关键词：
数控；齿轮；结构设计；箱体
1绪论
1.1课题研究背景及选题意义1.1.1课题的背景
随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。
为此，许多企采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。
但是，采用这种自动、高效的设备，需要很大的初期投资以及较长的生产准备周期，只有在大批量的生产条件（如汽车、拖拉机、家用电器等工业主要零件的生产）下、才会有显著的经济效益。
在机械制造工业中，单件、小批量生产的零件约占机械、加工的70%～80%。
科学技术的进步和机械产品市场竞争的日益激烈，致使机械产品不改型、更新换代、批量相对减少，质量要求越来越高。
采用专用的自动化机床加工这类零件就显得横不合理，而且调整或改装专用的“刚性”自动化生产线投资大、周期长，有时从技术上甚至是不可能实现的。
采用各类仿型机床，虽然可以部分地解决小批量复杂的加工，但在更新零件时需制造靠模和调整机床，生产准备周期长，而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。
为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适于产品频繁变化“柔性”自动化机床。
随着计算机科学技术的发展，1952年，美国帕森斯公司（Paron）和麻省理工学院（MIT）合作，研制成功里世界上第一台以数字计算机为基础的数字控制（numericalcontrol，简称NC）3坐标直线插补铣床，从而机械制造业进入了一个新阶段
①数字控制的概念
GB8129-1997中对NC的定义为：
用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自控制，
②数控机床（NCmachinetool）
若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。
③数控系统
在数控机床行业中，数控系统是指计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。
有时则指其中的计算机数字控制装置。
为区别起见将其中的计算机数字控制装置称数控装置。
2）计算机数控的发展
从第一台数控机床问世至今的40多年中，随着微电子技术的不断发展，数控装置也在不断地更新换代，先后经历里电子管（1952年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理计算机（1974年）等五代数控系统。
3）我国数控机床现况
我国研究数控技术源于1958年，几十年来经过了发展、停滞、引进技术等几个阶段。
1985年以后，我国的数控机床在引进、消化国外技术的基础上，进行了大量的开发工作。
到1989年底，我国数控机床的可供品种已超过300种，一些较高档次的数控系统，如五轴联动的数控系统、分辨率为0.O2um的高精度车床用数控系统、数字仿真的数控系统、为柔性制造单元配套的数控系统，也陆续开发出来，并制造出了样机。
我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术），已达到国外先进水平。
目前，已新开发出数控系统80种。
自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。
例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1μm当量的超精密数控系统、数控仿形系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。
尤其是基于PC机的开放式
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智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能，既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。
我国数控机床市场广阔,自2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国,虽然我们已经取得不可否认的成就,但我国数控机床核心技术90%仍需进口,我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。
1.1.2课题的目的
机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及专业课的基础上，结合机床
主传动部件（主轴变速箱）设计计算进行集合训练。
1.掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数拟定，传动设计，零件计算，结构设计等，培养结构分析和设计的能力。
编写技术文件等。
1.2完成的内容
机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练
1.参数拟定
根据机床类型，规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合世界条件和情况，并与同类机床对比分析后确定：
极限转速nma某和nmin，公比（或级数Z），主传动电机功率N。
2.动设计
根据拟定的参数，通过结构网和转速图的分析，确定转动结构方案和转动系统图，计算各转动副的传动比及齿轮的齿数，并验算主轴的转速误差。
3.动力计算和结构草图设计
估算齿输模数m和直径d，选择和计算反向离合器，制动器。
将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排，布置和设计。
4.轴和轴承的验算
在结构草图的基础上，对一根传动轴的刚度（学时充裕时，也可以对该轴的强度进行验算）和该轴系的轴承的寿命进行验算。
5.主轴变速箱装配设计
主轴变速箱装配图是以结构草图为“底稿”，进行设计和会制的。
图上各零件要表达清楚，并标注尺寸和配合。
6.设计计算说明书
应包括参数，运动设计的分析和拟定，轴和轴承的验算等，此外，还应对重要结构的选择和分析做必要的说明。
3
2参数拟定
机床（机器）设计的初始，首先需要确定有关参数，他们是传动设计和机构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求。
因此，参数拟定是机床设计中的重要环节[2]。
2.1主电机动力参数的确定
根据估算法来确定主电机功率
已知给出CＡ6140普通车床由推存数据可知：
切深ap（t）mm为3.5进给量f（）mm/为0.35切削速度为90r/min功率估算法的计算公式.
1.主切削力Fz=1900aPf0.75N=19003.50.350.75=3026.06N2.切削功率N切=3.估算重电机功率N=
FZ61200kw=
3026.0690612004.450.8=4.45Kw
N切总切0.8kw=
5.56wN值为5.56kW按我国生产的电机在Y系列的额定功率选取如下；
同步转速1500n/min轴径mm电机型号额定功率kw满载转速n/min38mm
Y132S-45.51440
2.2运动设计
2.2.1确定主轴极限转速：
计算车床主轴极限转速是加工直径，按经验分别取（0.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。
主轴极限转速应为：
nma某1000ma某（0.1~0.2）D=1400n/min
nmin=
1000min0.45~0.5D=31.5n/min
在nmin中考虑车螺纹和较孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取
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0.1D和50mm左右。
最后确定nmin，nma某时，还应与同类型车床进行对比。
2.2.2确定转速范围Rn定公比确定主轴转速数例:
nma某nminZ1转速范围:
Rn140031.5121=44.44
Rn11Rn44.441.41
由Rn=44.44，=1.41标准数列表给出了以=1.066的从1～10000的数值，因=1.41=1.066，从表中找到nma某=1400，每隔5个数值取出一个数，得：
1400，1000，710，500，355，250，180，125，90，63，45，31.5共12级.
3传动设计
3.1传动方案拟定
拟定传动链的基本原则，就是以最经济的办法满足对机床既定的要求。
可以满足同样要求的方案可能有很多，在进行传动链的可能分析时，应根据经济合理的原则，选出最好的方案。
转速图有助于各种方案比较，并为进一步确定传动系统图提供方便。
拟定主运动转速图应按下列步聚进行。
拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停，换向，制动，操纵等整个传动系统的确定。
传动型式则指传动和变速的元件，机构以及其组成，安排不同特点的传动形式，变速类型。
传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关。
因此，确定传动方案和形式，要从结构，工艺，性能及经济性等多方面统一考虑。
传动方案有多种，传动型式更是式样众多，比如：
传动型式上有集中传动的主轴变速箱，分离传动的主轴箱与变速箱；扩大变速范围可以用增加传动组数，也可用齿轮结构，分支传动等型式；变速型式上既可用多速电机，也可用交换齿轮，滑移齿轮，公用齿轮等。
显然，可能的方案很多，优化的方案也因条件而导。
对于教学训练来讲，不必强调在方案上一定要有独特之一，但一定要学会分式几种现有的方案，型式，然后按照设计的具体要求，具体条件选择合理可取的方案和形式[1][2]。
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3.1.1传动组和传动副数的确定
可能的方案有：
12=4某3,12=3某4,12=2某3某2,12=2某2某3
12=3某2某2
在上列两行方案中第一行方案有时可以省掉一根轴.
缺点是有一个传动组内有四个传动副.如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互销以防止两个滑移齿轮同时啮合，所以一般少用.
第二行的三个方案可根据下述原则比较：
从电动机到主轴，一般降速传动组故应把传动副较的传动组放在前面接近电动机处，使其转速较高，从而扭矩较小，尺寸也就可以少些.这就是前多后少：
原则从这个角度考虑以取12=3某2某2方案为好
3.2传动结构式的选择3.2.1基本组和扩大组的确定
根据前松后紧的原则，有了以上基础可确定结构式：
保只有一对齿论12=312326
传动副数分别及2，3，2的三个传动组方案12级转速传动位传动组安排有232或322或223。
从电动机到主轴一般为降速传动，转速较高，转矩小，尺寸也小，将使小尺寸零件多些，大尺寸零件小些，节省材料这是前多后小的段则。
主轴对加工精度，表面粗糙度的影响大，因此主轴上的齿轮小为好，最后各传动组传动副也选用从以上角度考虑，最后选用322其本组和扩大组的确定。
对于12=232或者12=322等传动，均有：
3某2=6种可能排列，根据实现传动的可能结构和综合效果的分析，选择其中一，二种作为设计方案。
根据前松后紧之原则确定了以上结构式。
传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致，也可以不一致，结构式：
12=312326的传动中，扩大顺序也传动顺序一致，称为顺序扩大传动：
而12=312326的传动，扩大顺序也传动顺序就不一致。
2.主轴转速级数Z和公比
已知：
nma某nminRn
Rnz1直Z=a3b
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a，b为正数，即Z应可分解为2和3的因子，以便用2，3联滑移齿轮实现变速。
如取4或5的因子，则要用2个相互连锁的滑动齿轮，以确轮联合，这种传动由于结构复杂，很小采用。
普通型和轻型车床系列，结构较简单，转速级数Z=8～18级为于。
由于Z为2和3的因子积，而又为标准数列，因此，如果按串联传动设计时，在定后，Rn值已定，应适当地变动nma某或nmin，以符合z1Rn关系。
这样，就确定了主传动部件（主轴变速箱）的运动参数nma某，nmin，z，并与同类型车床进行类比分析。
nma某nmin的
3.2.2分配总降速比
分配降速比时，应注意传动比的取值范围：
齿轮传动副中最大传动比
uma某2，最小传动比umin14
传动比过大，引起振动和噪音，传动比过小，
使动齿轮与传动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞大。
（1）确定皮带转动的转动比范围
i=1～2.5。
取i=1.8
由于主电机额定转速1440r/min，可知第Ⅰ轴的转速n1=14400.5=710r/min
（2）确定最末一级传动比总的转动比为：
最小传动比14i总=
Nnmin144031.545.7
i总i皮iaminibminicmin
icmin=
14
12=312326最末一级间的数相隔6极（总6）：
icmin6
2i62=
1141
3ic1=21.4121.99ic2=
4
（3）中间轴传动比
可按先慢后快原则，确定最小传动比，根据级此指数确定其他转动比：
7
Ⅱ～Ⅲ～Ⅳ轴小传动比为∵iaminibminic
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