CA6140车床主轴箱的传动系统设计另外有完整图纸

A6140车床主轴箱传动系统设计及仿真

摘 要:CA6140卧室车床属于通用的中型机床，其主要组成部分可概括为“三箱刀架尾座床身”。此毕业设计是对CA6140车床主轴箱的传动系统及仿真进行设计，设计的内容包括：主传动系统总体设计、机床主轴箱设计传动设计、动力计算。主传动系统总体设计包括主传动形式选择、主轴电机选择及功率计算；机床主轴箱设计传动设计:拟定主传动参数、结构网、转速图、确定齿轮齿数和带轮直径，主传动的转向与制动方式，画出主运动的传动系统图；动力计算，其中包括确定齿轮模数，轴的尺、轴承的形式和型号，以及其他有关的计算。我运用CAD完成了主轴箱的二维总装配图和几个轴上零件的装配图，运用Pro-E软件完成零件设计(轴、齿轮、箱体、轴承等并进行了虚拟装配和仿真，保存了仿真的视频格式并且在Pro-E5.0界面中让它运行起来。 关键词：CA6140机床;主轴箱;零件传动

Design and Simulation of CA6140 lathe main spindle box

drive system

Abstract：CA6140 lathe is a versatile medium-sized bedrooms machine, the main

components can be summarized as \turret tailstock bed.\This graduation project is a drive system and simulation CA6140 lathe headstock design, the design includes: overall design of the main drive system, the spindle box design transmission design, dynamic calculation. The overall design of main drive system includes a main form of transmission choice, selection and spindle motor power calculation; spindle box design transmission design: Preparation of the main transmission parameters, network structure, speed diagram, determine the diameter of the pulley and gear, main drive and steering system dynamic way, to draw the main motion drive system diagram; dynamic calculation, including the identification of the gear module, feet, bearing forms and models, as well as other relevant calculation axis. I use CAD finished headstock assembly drawing two-dimensional assembly drawing and parts of several axes, the use of Pro-E design software to complete parts (shafts, gears, box, bearings and virtual assembly simulation and save simulation video formats and let the Pro-E5.0 interface up and running.

Keywords: CA6140 machine; headstock; transmission parts

1、 绪论

1简介主题

1.1金属切削机床国内外研究现状

金属切削机床是采用切削工具，去除工件上多余的金属它是制造机器的机器，通常称之为“机床”。

金属切削机床是人类在长期的生产实践中，生产的不断改进的基础上进行改造而发展起来的。最早的机床它是依靠双手工作。最早的加工对象是木料。后来慢慢地加工别的种类的东西，出现了依赖人的体力劳动，使工件往复转动的原始机床。当金属成为新的加工对象时，钻孔和车床得都需要增加动力，水力，风力和畜力的驱动机成为当时的主流。 18世纪，出现了蒸汽机，它可以为提供能量，从而使生产技术已经发生了革命性的变化。近年来，随着一些先进技术的开发并应用于机床，机床发展进入了一个新的时代。高效率高速高精度，柔性自动化智能化已经成为当代机床的发展趋势，更好的造福于人类和社会发展。

近年来，机器的发展的主流是数控机床。数控机床，需要很少的人工操作，主要是靠编辑好的数控程序，来完成机械零件的加工。因此，机床的柔性自动化系统大大增加了。数控机床的柔性化，使得机床的生产效率提高，生产的废品量下降，已经从小批量生产进入大批量的生产的量。当然，修改方便，轻松实现产品的升级换代，也是数控机床成为大批量机械加工的一个重要原因[4]。 1.1.2国内机床行业与国外差距

中国机床当前已经取得了很大成绩，但与世界先进水平相比，还有较大的差异。主要差别在：精确度、稳定性、可靠性等；机床的复合性能差距较大，目前市场上的五轴联动加工中心多用于航天航空核电等，数控系统的差距，数控系统是数控机床的核心；其他关键配套件差距。

在技术水平方面有很明显的性能差距，在高端数控机床的落后最主要还是在主要功能零部件上的技术落后，一台机床上最主要的组成部分是什么——丝杠、导轨、伺服电机、力矩电机、电主轴、编码器，这些主要功能部件大部

分我们还不能支持使用国产的。机械零部件是一方面，但是要完全靠机械部分来提高整体精度和可要性，那么要求越高成本可能要成倍增加，所以要靠控制部分——数控系统、伺服驱动来实现精确控制，我们在高档数控系统及伺服驱动控制方面的落后也会直接制约高端机床的发展【7,8】。 1.2 CA6140机器的说明

CA614车床可进行各种工作，加工公制，英制，模数和径节螺纹。

三个主轴支撑的滚动轴承;进料系统常见的是双轴滑移齿轮机构，用十字手柄操作纵向和横向的进给，具有快速电机。机器刚性强，功率大，操作方便。 主要技术参数如下：

工件最大回转直径

Dmax(mm)

最高转速 nmax(rmin)

1400

最低转速

电机功率 P（kW）

公比 Φ

转速级数

Z

nmin(rmin)

10

400 11 1.12 24

1.3 CA6140主轴箱 1.3.1 主轴箱的功用

主轴箱功能是支撑主轴和推动其旋转，并使其启动，停止和转动方向的其他功能【7,8】。

1.3.2 主轴箱组成及特点

（1）制动器及操纵机构 制动装置的功用是在车床停机过程中，克服主轴箱内各运动件的旋转惯性，使主轴迅速停止转动，以缩短辅助时间。

（2）主轴部件 主轴是车床的关键部分，在工作时承受很大的切削抗力。工件的精度和表面粗糙度，在很大程度上决定于主轴部件的刚度和回转精度。 （3）卸荷带轮装置 卸荷带轮装置是带轮传动中产生的拉力，通过轴承、法兰盘传给主轴箱的结构。

（4）摩擦离合器 主轴箱内的双向机械多片式摩擦离合器，它具有左、右两组由若干内、外摩擦片交叠组成的摩擦片组。

（5）主轴变速操纵机构 该机构主要用来控制箱内一根轴上的双联滑移齿轮和另一根轴上的三联滑移齿轮。

（6）主轴箱中各传动件的润滑 主轴箱的润滑是由专门的润滑系统提供的。CA6140型车床主轴箱润滑的特点是箱体外循环。油液将主轴箱中摩擦所产生的热量带至箱体外的油箱中，冷却后再流入箱体，因此就可以减少主轴箱的热变形，以提高机床的加工精度[11-15]。 1.4 选题依据

通过四年的大学学习，我对机械专业的知识有了不少的了解。故此在毕业设计选题时选择了CA6140车床主轴箱的传动系统设计及仿真这个题目，该设计包括机床结构和机床设计方面内容，让我能够把大学所学的知识系统地运用起来。虽然自己没有系统的学习过机床设计方面的课程，但我对该设计的仿真那一方面很感兴趣，我相信通过自己查找文献资料和动手操作，一定能够做好该毕业设计，并且扩大我的知识面。 1.5 本设计的意义和应用价值

CA6140型普通车床目前在实际加工中有着广泛的应用，其有较好的生产率和一定的使用性能，通过对机床主轴箱传动系统的了解，有利于我们正确的认识和操作机床，正确的使用机床参数，以及举一反三，通过对c6140机床的了解，有利于我们刚好的了解同一类车床的组成及操作,我认为选择该课题意义匪浅。 1.6 研究内容及方法 1.6.1 研究内容

根据任务书给定的设计参数确定传动方案、传动系统图，确定各传动齿轮的参数，传动比等，同时要考虑到传动效率等问题。另还要对主要零件进行计算、研究，对主轴刚度、强度等进行计算和验算。 1.6.2 研究方法

（1）确定传动方案和传动系统图

根据CA6140车床主轴箱结构及给定的设计参数，确定主轴箱的结构、转速图，最终确定系统的传动结构、传动系统图。

（2）进行主轴箱内各结构计算及校核,完成主轴箱箱体和各传动轴轴上的零件

计算及校核。

2 传动方案及传动系统图的拟定

（1）确定极限转速 已知主轴的最低转速整范围为

nmin?10mm/s，最高转速

nmax?1400mm/s，转速调

Rn?nmax/nmin?14 2-1

（2）确定公比

选定主轴转速数列的公比为φ＝1.12

（3）求出主轴转速级数Z

Z?lgRn/lg??1?lg14/lg1.12?1?24 2-2

（4）确定结构式

24?2?3?2?2

（5）绘制转速图 2.1 电动机的选择

一般车床若无特殊要求，多采用Y系列封闭式三相异步电动机，根据原则条件选择Y-132M-4型Y系列笼式三相异步电动机。再结合讲师所给CA6140车床主轴箱的设计任务书可选择电动机参数如下：

功率： 7.5 Kw 满载转速： 1450 r/min

2.2 传动路线及转速图的拟定 （1）分配总降速传动比

Un?nmin/nd?10/1450?6.67?10?3nmin总降速传动比为,为主轴最低转速，

考虑是否需要增加定比传动副，以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮和径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。 （2）确定传动轴的轴数

传动轴数＝变速组数+定比传动副数+1=6 2-3

（3）绘制转速图

先按传动轴数及主轴转速级数格距lgφ画出网格，用以绘制转速图。在转速图上，先分配从电动机转速到主轴最低转速的总降速比，在串联的双轴传动间画上U(k?k?1)min。再按结构式的级比分配规律画上各变速组的传动比射线，从而确定了各传动副的传动比。本设计转速的公比近为φ=1.25，查机械设计手册的公比推荐值，最后取φ=1.26，于是拟订出转速图如图2.1所示。 （4）确定系统传动方案图

主轴箱系统传动方案图如图2.2所示。

（5）传动路线的拟定 （a） 主传动系统传动路线

运动由电动机经V带传至主轴箱中的轴I，轴I上装有双向多片式摩擦离合

M1M1器，它的作用是使主轴正传、反转或停止。当压紧

M1左部摩擦片时，轴的

M1运动经及相应的齿轮副传给轴II，这时主轴正转。当压紧

M1右部摩擦片时，

轴I的运动经及相应的齿轮副传给轴VII，再传到轴II，这时由于增加了一

M1次外啮合，而使主轴反转。当处于中间位置时，主轴停止。轴II运动通过

齿轮传至轴III。再由轴III不同的齿轮副传至主轴VI。主轴传动系统结构表达式如下：

????20???39??56??20?????????????26?38??80??80?41?M1??????????IV????V??M2????130???22??50?58?51??51?电动机-?I????II????III??????VI(主轴)???????23058435050??????????????30??63?5034??M1??VII???50????M2????3430???50?

Wd=7.5kwn=1450r/min

根据以上的确定，可以初步定出的传动系统图，如图2.3所示。 （b) 车削米制螺纹时传动链的传动路线

1450r/min11808/39506551/43

063/51440r/min1120900电动机轴

图2.1 CA6140转速图

增加了一次外啮合，而使主轴反转。当

II运动通过齿轮传至轴III。再由轴III不同的齿轮副传至主轴VI。主轴传动

0230/1339/4130/50112050/5051/50904800228/571070856057045050045040036032025020020/8016012510080635020/80403225201612.510

图2.2 主轴箱传动系统图

M1处于中间位置时，主轴停止。轴

系统结构表达式如下：

????20???39??56??20???????41???26?38???80???80???M1??????????IV????V??M2????130???22??50?58?51??51?电动机-?I????II????III??????VI(主轴)???????23058435050????????????30??????503463M??VII???M??1??50???2??3430???50?

Wd=7.5kwn=1450r/min

根据以上的确定，可以初步定出的传动系统图，如图2.3所示。

|2μ30565180512230635026203843394150205850805050587.5kw1450r/min|μ图2.3 CA6140车床主传动系统图

（b) 车削米制螺纹时传动链的传动路线

?19??14????20??14??36????21??33??33?右螺纹??????586310025?33??21?主轴?VI??IX????XIII??XIV??????X?58?33??25?XI?2533?左螺纹??1007536????2835??35?28??18??XV?2536??35?4528?36?25?XVI??15??XVIII?Ms?丝杠XIX?刀架?28???3548???1815??45?48?? （c) 加工螺纹时的传动路线表达式可归纳如下：

?26???28??28??28????36??28????32??28??

?58?正常螺纹???58??33???右螺纹???33??????50?主轴VI????IX??????588044263325??50??V??IV????IV??VIII????XI??左螺纹???25??26204458?33???80????20???????632536???25100??XIV?i?XV???XII?基????36?3625?10075?????????米、英制螺纹???????公制及模数螺纹??????XIII????XVI?i倍?136100?64???M3合?XV??XIV???X????XII???i25????10097基????????模数、径节螺纹??英制及径节螺纹???????????ac???XIII?M3合?XV?M4合??bd??XVIII?M5合-XIX

3 主轴箱主要零件的设计及校核

3.1 主轴箱箱体尺寸的确定

箱体材料以中等强度的灰铸铁HT150及HT200为最广泛,本设计选用材料为HT20-40.箱体铸造时的最小壁厚根据其外形轮廓尺寸(长×宽×高),按表3.1选取。

表3.1 轮廓尺寸

长×宽×高(mm3) < 500 × 500 × 300 > 500 × 500 × 300-800 × 500 × 500 > 800 × 800 × 500 壁厚(mm) 8-12 10-15 12-20 由于箱体轴承孔的影响将使扭转刚度下降10%-20%，弯曲刚度下降更多，为弥补开口削弱的刚度，常用凸台和加强筋；并根据结构需要适当增加壁厚。如中型车床的前支承壁一般取25mm左右，后支承壁取22mm左右，轴承孔处的凸台应

满足安装调整轴承的需求。

箱体在主轴箱中起支承和定位的作用。CA6140主轴箱中共有15根轴，轴的定位要靠箱体上安装空的位置来保证，因此，箱体上安装空的位置的确定很重要。本设计中各轴安装孔的位置的确定主要考虑了齿轮之间的啮合及相互干涉的问题，根据各对配合齿轮的中心距及变位系数，并参考有关资料，箱体上轴安装空的位置确定如下：

中心距（3.1）

?a????d1?d2???ym?2? （其中y是中心距变动系数）

?56?38????2.25?105.752?中心距Ⅰ-Ⅱ= ?(mm)

（3.2）

?50?34????2.25?94.52?中心距Ⅰ-Ⅶ= ?(mm)

（3.3）

?30?34????2.25?72中心距Ⅱ-Ⅶ=?2?(mm)

（3.4）

?39?41????2.25?902?中心距Ⅱ-Ⅲ=?(mm)

（3.5）

?50?50????2.5?1252?中心距Ⅲ-Ⅳ=?（mm）

（3.6）

?44?44????2?88中心距Ⅴ-Ⅷ=?2?（mm）

（3.7）

?26?54????4?1682?中心距Ⅴ-Ⅵ=?（mm）

（3.8）

?58?26????2?82中心距Ⅷ-Ⅸ=?2?（mm）

（3.9）

?58?58????2?1162?中心距Ⅸ-Ⅵ=?（mm）

（3.10）

?33?33????2?66中心距Ⅸ-Ⅹ=?2?（mm）

（3.11）

?25?33????2?58中心距Ⅸ-Ⅺ=?2?（mm）

（3.12）

综合考虑其它因素后，将箱体上各轴安装空的位置确定如图3.1所示

图3.1 主轴箱箱体各轴安装位置示意图

3.2 传动轴Ⅰ各主要零件的设计 3.2.1 轴径的估算

d?(100~120)3参考《实用机床设计手册》表3.10—2得：

Pnc（3.13），查《实

用机床设计手册》表1.1—10得：

i0?iV带?230130

?V带d?1053=0.96 ， 取

Pnc 由转速图可得：

n1?∴ 转速：

nd1450??819.565i0230/130(r/min)

效率： 功率：

?01??V带?0.96

(kw)

P1?Pd??01?7.5?0.96?7.2d1?105?3∴

P7.21?105?3?21.67n1819.565(mm) 取

d1min?22mm

3.2.2 V带轮的设计

（1）计算（3.14）

V带功率

pca

pca=

kA?P

查《机械设计》表8—7 得

pcakA=1.1 P=7.5 kw

所以 =

kA?P=7.5 ? 1.1 = 8.25 (kw)

（2）选择V带的类型

pca根据计算功率及小带轮转速

n1?1450r/miin，由《机械设计》图8—11，

选取普通V带带型：A型 （112～140mm） （3）确定带轮的基准直径

dd并验算带速V

（a）初选小带轮的基准直径dd1

根据V带的带型，参考《机械设计》表8—6、8—8定小带轮的的基准直径dd1，应使dd1≥

?dd?min，取dd1=132mm， 适当整圆成dd1=130(mm)

（b）验算带速V

V??dd1n160?1000?3.14?130?1450?10.016660?1000

（3.15） 取V=10m/s

（c)计算大带轮的基准直径

23由转速图中，带轮传动比得i=13 ,再根据表8—8适当整圆 得 dd2?i?dd1?23?132?233.5413 进行适当整圆得dd2=230(mm)

（4）确定中心距

a，并选择V带的基准长度La0

d

（a）根据带传动的总体尺寸的限制条件或中心距的要求，结合《机械设计》中式（8—20）初定中心距即

0.7(dd1dd2)?a0?2(dd1dd2)++

0.7?360?a0?2?360Ld0 取

a0=450(mm)

（b)计算相应的带长

Ld0?2a0

?+

2(dd1+

(dd2?dd1)2dd2)?4a0

（3.16）

1002900??360??1470.756?147124?450=(mm)

?带的基准长度

Ld根据

Ld0由《机械设计》表8—2选取

Ld=1600 (mm)

（c)计算中心距

a及其变动范围

a?a0?传动的实际中心距近似为

Ld?Ld02

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