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1、CA6140车床主传动系统设计毕 业 设 计 (论 文)专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 课 题 CA6140车床主传动系统设计 指导教师 2012 年 1 月 5 日摘要CA6140车床是主要的车削加工机床，广泛应用于是机械加工行业中。本论文针对CA6140车床的主传动系统进行了设计，设计的内容包括以下三个方面：1、根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。2、根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传
2、动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。3、完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。【关键词】CA6140车床、主传动系统、变速系统、主轴组件。目录目录41、绪论102设计计算112.1普通车床的规格112.1.1车床的规格系列和用处112.1.2 操作性能要求113.主动参数参数的拟定113.1 确定传动公比113.2 主电动机的选择124.变速结
3、构的设计134.1 主变速方案拟定134.2 变速结构式、结构网的选择134.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目134.2.2 变速式的拟定144.2.3 结构式的拟定144.2.4 结构网的拟定154.2.5 结构式的拟定154.2.6 结构式的拟定154.2.7 确定各变速组变速副齿数174.2.8 绘制变速系统图185.结构设计195.1 结构设计的内容、技术要求和方案195.2 展开图及其布置195.3 I轴（输入轴）的设计205.4 齿轮块设计205.5 传动轴的设计215.6 主轴组件设计225.6.1 各部分尺寸的选择225.6.2 主轴材料和热处理235.6.3 主轴轴
4、承235.6.4 主轴与齿轮的连接245.6.5 润滑与密封255.6.6 其他问题256.传动件的设计256.1 带轮的设计256.2 传动轴的直径估算286.2.1 确定各轴转速286.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径296.2.3 键的选择306.3 传动轴的校核306.3.1 传动轴的校核316.3.2 键的校核316.4 各变速组齿轮模数的确定和校核326.4.1 齿轮模数的确定：326.4.2 齿宽的确定366.4.3 齿轮结构的设计，376.5 带轮结构设计386.6 片式摩擦离合器的选择和计算396.7 齿轮校验41齿轮强度校核416.7.1 校核a变速组齿轮426.7
5、.2 校核b变速组齿轮436.7.3 校核c变速组齿轮446.8 轴承的选用与校核466.8.1 各轴轴承的选用466.8.2 各轴轴承的校核467.主轴组件设计477.1 主轴的基本尺寸确定487.1.1 外径尺寸D487.1.2 主轴孔径d487.1.3 主轴悬伸量a497.1.4 支撑跨距L507.1.5 主轴最佳跨距的确定517.2 主轴刚度验算537.2.1 主轴前支撑转角的验算；537.2.2 主轴前端位移的验算；558.总结58参考文献60致 谢611、绪论机床技术参数分为主参数和基本参数，它们是运动传动和结构设计的依据。主参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依
6、据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。机床技术参数影响到机床的基本功能要求。CA6140车床是我国设计制造的典型的卧式车床，在我国机械制造类工厂中应用极其广泛。CA6140车床工艺范围广，适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面。也适用于车削端面及各种常用螺纹，还可以进行钻孔、扩孔、滚花、攻螺纹和套螺纹等加工。CA6140型卧式车床的万能性较大，但结构复杂而且自动化程度低，在加工形状比较复杂的工件时，换刀较麻烦，加工过程中辅助时间较长，生产率低，适用于单件、小批生产及修理车间。
7、机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。本论文从资料查阅总体设计模块设计撰写论文历时三个月，具体流
8、程如下：资料查阅、熟悉课题绘制装配草图各零部件的尺寸确定校核各零件的强度绘制装配图和部分零件图撰写论文、外文翻译。2设计计算2.1 CA6140车床的规格2.1.1车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型号作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是CA6140型车床主传动系统的设计。主要用于加工回转体。CA6140型车床的主要参数是床身上最大工件回转直径，第二参数是最大工件长度，主参数数值相同的卧式车床，往往有几种不同的第二参数，以便满足加工不同长度工件，CA6140型车床的主参数是400mm，第二参数有：750、1000、1500、2000mm四种
9、。表1.1 CA6140车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表工件最大回转直径(mm)最高转速( )最低转速( )电机功率P（kW）电机转速N(r/min)公比转速级数Z400200033.57.514401.26182.1.2 操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置2）手动操纵双向片式摩擦离合器实现主轴的正反转及停止运动要求3）主轴的变速由变速手柄完成3.主动参数参数的拟定3.1 确定传动公比根据【1】表3-5 标准公比。这里我们取标准公比系列=1.26.因为=1.26=1.064，根据【1】表3-6标准数列。首先找到最小极限转速33.5，再每跳过3个数（1.261.06）取一个转速，即可得到公比
10、为1.26的数列：40，50，63，80，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000.3.2 主电动机的选择合理的确定电机功率P，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。现在以常见的中碳钢为工件材料，取45号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度=3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm25mm。刀具几何参数：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm。现以确定粗车是的切削用量为设计： 确定背吃刀量和进给量f，根据【2】表8-50，取4
11、mm，f取0.6。 确定切削速度，参【2】表8-57，取V=1.7。 机床功率的计算，主切削力的计算 根据【2】-表8-59和表8-60，主切削力的计算公式及有关参数：F=9.81 =9.8127040.920.95 =3242（N）切削功率的计算 =32421.7=5.5（kW）依照一般情况，取机床变速效率=0.8.=6.86(kW)根据【3】表12-1 Y系列（IP44）电动机的技术数据,Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B级绝缘，工业环境温度不超过+40，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压
12、380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。根据以上要求，我们选取Y132M-4型三相异步电动机，额定功率7.5kW,满载转速1440，额定转矩2.2，质量81kg。至此，可得到上表1.1中的车床参数。4.变速结构的设计4.1 主变速方案拟定拟订传动方案的基本原则，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，在进行传动方案的可能分析时，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的比较，并为进一步确定传动系统图提供方便。拟订主运动转速图可以按照以下步骤进行：拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、
13、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中变速型式的主轴变速箱。4.2 变速结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简
14、单的串联式的变速不失为有用的方法，但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。4.2.1 变速式的拟订级数为Z的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有、个变速副。即 变速副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子： ，可以有三种方案： 上面三个方案，从电动机到主轴一般是降速传动组，故应把传动副较大的传动组放在前面接近电动机处，使其转速高，从而扭矩比较小，尺寸也可以少一些，因此取18=332方案比较好。4.2.2 结构式的拟定对于18=332传动式，具体的内容如下：传动齿轮数目：2(3+3+2)+22+1=21个轴向尺寸：19b传动轴数目：6根操纵机构：两个三联滑移齿轮，一个双联滑移齿轮选择传动组结构式的时候，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴上装有摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以2为宜，本次设计中就是采用的2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。主轴对于加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主
