PAGE３６PAGE０臥式車床CA6140機械傳動系統(tǒng)課程設計前言在現(xiàn)在機械制造工業(yè)中，切削加工仍然是將金屬毛坯加工成規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的主要加工方法。所以金屬切削機床是加工機器零件的主要設備，它所擔負的工作量在一般生產(chǎn)中占制造機器總工作量的40%～60%，一個國家機床工業(yè)的技術水平標志著自身裝備國民經(jīng)濟的能力，體現(xiàn)著一個國家的生產(chǎn)實力，反映著機械工業(yè)發(fā)展的水平。因此機床工業(yè)部門必須首先為各機械制造廠提供先進的、現(xiàn)代化的機床裝備，實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟現(xiàn)代化所具備的條件。顯然，金屬切削機床在我國社會主義建設中起著重大的作用。金屬切削機床的設計就是為切削加工設計出既經(jīng)濟而且滿足加工要求的車床，CA6140車床加工范圍廣，能夠滿足各方面加工的需要，在這種車床的主傳動中，采用齒輪傳動，因為齒輪傳動效率高，如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%，這對大功率傳動十分重要，因為即使效率提高1%，也有很大的經(jīng)濟意義。而且結(jié)構(gòu)緊湊工作可靠壽命長，傳動比穩(wěn)定，在齒輪設計中，應該首先考慮齒輪的工作條件和用途，使所設計的齒輪滿足工作的需要，根據(jù)齒輪的工作條件，得出齒輪最可能的失效形式，然后進行校核，如齒根強度計算和接觸疲勞強度校核，使其在有效工作期內(nèi)安全可靠，在國內(nèi)外齒輪的設計中，如何提高設計效率是普遍面臨的問題，所以為提高設計效率，人們借助與計算機軟件UG軟件，它提供了功能強大的參數(shù)化設計平臺。目錄前言 1第1章機床的概述 41.1機床的作用和用途 41.1.1金屬切削機床的作用： 41.1.2機床的用途： 41.2機床的規(guī)格 4第2章機床的主傳動設計 72.1主傳動系統(tǒng) 72.1.1傳動關系的確定 72.1.2各種轉(zhuǎn)速的傳動計算 82.1.3主傳動系統(tǒng)圖及傳動內(nèi)部的結(jié)構(gòu) 92.1.4設計機床的主傳動的基本要求 112.2主運動參數(shù)的選定 122.2.1確定最低和最高轉(zhuǎn)速 122.2.2確定其他參數(shù) 13第3章機床傳動裝置的運動及參數(shù)的設計 133.1繪制轉(zhuǎn)速圖 143.1.1各軸轉(zhuǎn)速 143.1.2各軸輸入功率 143.1.3確定各軸的計算轉(zhuǎn)速 153.1.4各齒輪的計算轉(zhuǎn)速 153.1.5各軸的轉(zhuǎn)矩 153.1.6轉(zhuǎn)速圖 163.2動力設計 173.2.1帶傳動設計 17第4章齒輪的設計 19 4.1齒輪設計的意義 194.1.1車床齒輪的設計目的和方法 194.1.2齒輪傳動的優(yōu)點 204.2各齒輪的實效形式以及設計準則204.2.1齒輪的實效形式 204.2.2齒輪材料 214.3齒輪的強度計算推理方法 224.3.1齒輪的受力分析 224.3.2齒根彎曲疲勞強度計算 234.4主軸箱的各傳動組模數(shù)的確定與校核 274.4.1主軸模數(shù)的確定與校核 274.4.2傳動組a中齒輪的模數(shù)的確定 314.4.3其他齒輪模數(shù)的估算 32第5章軸的設計 325.1確定軸的各種參數(shù) 325.1.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 325.1.2求作用在軸上的力 325.1.3初步確定軸的最小直徑 335.1.4軸的結(jié)構(gòu)設計 335.1.5軸的校核 34第6章離合器的設計 356.1確定軸的各種參數(shù) 35謝辭 36參考文獻 37第1章機床的概述§1.1MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc機床的作用和用途§1.1.1金屬切削機床的作用在一般機械制造廠的主要技術裝備中，若按臺數(shù)來計算，機床占60%～80%，它包括金屬切削機床、木工機床、鍛壓機床和特種加工機床等。金屬切削機床是利用刀具對金屬工件進行切削加工的機器。因為它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”或“工具機”，人們習慣上稱為機床。在現(xiàn)在機械制造工業(yè)中，切削加工仍然是將金屬毛坯加工成規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的主要加工方法。所以金屬切削機床是加工機器零件的主要設備，它所擔負的工作量在一般生產(chǎn)中占制造機器總工作量的40%～60%，一個國家機床工業(yè)的技術水平標志著自身裝備國民經(jīng)濟的能力，體現(xiàn)著一個國家的生產(chǎn)實力，反映著機械工業(yè)發(fā)展的水平。因此機床工業(yè)部門必須首先為各機械制造廠提供先進的、現(xiàn)代化的機床裝備，實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟現(xiàn)代化才具備條件。顯然，金屬切削機床在我國社會主義建設中起著重大的作用?！?.1.2機床的用途普通車床的萬能性大,它適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面,如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成形表面;車削端面及加工各種常用的公制、英制(時制)、模數(shù)制和徑節(jié)制螺紋;在普通車床上還能作鉆孔、擴孔、鉸孔、滾花等工作。§1.2機床的規(guī)格床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑:400mm馬鞍內(nèi)有效長度:210mm最大工作長度:750mm最大車削長度:650mm主軸中心至床身平面導軌距離:205mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑:200mm主軸孔前端錐度:莫氏6號主軸轉(zhuǎn)速:正轉(zhuǎn)種數(shù):24種正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)范圍:10-1400轉(zhuǎn)/分反轉(zhuǎn)種數(shù):12種反轉(zhuǎn)種數(shù)范圍:14-1580轉(zhuǎn)/分主軸孔徑:48mm進給量:縱向及橫向進給量種數(shù):各64種主軸每轉(zhuǎn)刀架的縱向標準進給量:0.08-5.9mm/r主軸每轉(zhuǎn)刀架的縱向小進給量:0.028-0.054mm/r主軸每轉(zhuǎn)刀架的縱向加大進給量:0.74-6.33mm/r主軸每轉(zhuǎn)刀架的橫向標準進給量:0.04-0.079mm/r主軸每轉(zhuǎn)刀架的橫向小進給量:0.014-0.027mm/r主軸每轉(zhuǎn)刀架的橫向加大進給量:0.36-3.16mm/r刀架縱向的快速移動速度:5m/min刀架橫向的快速移動速度:25m/min車削螺紋范圍:公制螺紋種數(shù):44種公制螺紋范圍:1-192mm英制螺紋種數(shù):10種英制螺紋范圍:2-24牙/對模數(shù)螺紋種數(shù):39種模數(shù)螺紋范圍:0.25-48mm徑節(jié)螺紋種數(shù):37種徑節(jié)螺紋范圍:1-96mm下刀架最大行程:260mm上刀架最大行程:150mm刀架轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)角度:+/-90主軸中心線至刀具支承面的距離:25mm刀桿截面尺寸:25×25mm床尾主軸直徑:75mm床尾主軸最大行程:150mm床尾主軸孔錐度:莫氏5號絲杠螺距:12mm主電機型號:Y132M-4功率:7.5千瓦轉(zhuǎn)數(shù):1440轉(zhuǎn)/分冷卻電泵型號:DBC-52功率:90瓦流量:25公升/分第2章機床的主傳動設計§2.1MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc主傳動系統(tǒng)§2.1.1傳動關系的確定工件夾緊在卡盤上,或裝于兩頂尖間,由電動機經(jīng)傳動系統(tǒng)使之旋轉(zhuǎn),電動機的動力由三角皮帶傳到床頭箱1軸,再經(jīng)齒輪傳到主軸.改變主軸轉(zhuǎn)速是用手柄使齒輪在軸上滑移，依此改變傳動比，得到主軸的各種不同的轉(zhuǎn)速。主傳動系統(tǒng)路線如圖2-1所示。由傳動路線可以看出,主軸正轉(zhuǎn)時,利用各滑動齒輪軸向位置的各種不同組合,共可得2×3×(1+2×2)=30種傳動主軸的路線,但實際主軸只能得到2×3×(1+3)=6+18=24級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。這是因為,從軸Ⅲ開始由低速路線傳動時,雖然有24種不同的傳動路線,但實際上主軸只能得到18級轉(zhuǎn)速。因為在軸Ⅲ軸到軸Ⅴ間的4條傳動路線的傳動比為：=×==×=×==×=1其中和基本上相同，所以實際上只有三種不同的傳動比。因此軸Ⅲ的六種轉(zhuǎn)速，通過低速路線傳動，使主軸獲得的實際轉(zhuǎn)速級數(shù)，計算步驟是6×2×1+6=18種。主軸高速轉(zhuǎn)速可應用下列運算平衡式進行計算：＝××(１－ε)×××式中:—主軸轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)—電動機轉(zhuǎn)速,n電=1440轉(zhuǎn)/分D—主動皮帶輪直徑,D=130毫米D'—被動皮帶輪直徑,D=230毫米ε—三角帶傳動的滑動系數(shù),可近似取ε=0.02,而1-ε=0.98—由軸Ⅰ到軸Ⅱ的主動齒輪齒數(shù)'—由軸Ⅰ到軸Ⅱ的被動齒輪齒數(shù)—由軸Ⅱ到軸Ⅲ的主動齒輪齒數(shù)—由軸Ⅱ到軸Ⅲ的被動齒輪齒數(shù)—由軸Ⅲ到軸Ⅵ的主動齒輪齒數(shù)—由軸Ⅲ動軸Ⅵ的被動齒輪齒數(shù)應用上述運動平衡式,可以計算出主軸正轉(zhuǎn)時的24級轉(zhuǎn)速為10～1400r/min,同理,也可計算出主軸反轉(zhuǎn)時12級轉(zhuǎn)速14～1580r/min。CA6140型車床中,主軸反轉(zhuǎn)通常不是用于切削,主要是用于車螺紋時的退回刀架(在不斷開主軸和刀架間傳動鏈的情況下,使刀架退回到起始位置,以便進行下一次走刀)，為了節(jié)省退刀的時間，所以主軸反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速比正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高?！?.1.2各種轉(zhuǎn)速的傳動計算主軸的24級轉(zhuǎn)速計算如下，式子中1440為電機的轉(zhuǎn)速，130和230分別為電機輪子和皮帶輪的直徑，其它的數(shù)為齒輪齒數(shù)，得到的數(shù)為主軸的各種轉(zhuǎn)速。(1)1440××××××=10r/min(2)1440××××××=12.5r/min(3)1440××××××=16r/min(4)1440××××××=20r/min(5)1440××××××=255r/min(6)1440××××××=32r/min(7)1440××××××=40r/min(8)1440××××××=50r/min(9)1440××××××=63r/min(10)1440××××××=80r/min(11)1440××××××=100r/min(12)1440××××××=125r/min(13)1440××××××=160r/min(14)1440××××××=200r/min(15)1440××××××=250r/min(16)1440××××××=320r/min(17)1440××××××=400r/min(18)1440××××=450r/min(19)1440××××××=500r/min(20)1440××××=560r/min(21)1440××××=710r/min(22)1440××××=900r/min(23)1440××××=1120r/min(24)1440××××=1400r/min§2.1.3主傳動系統(tǒng)圖及傳動內(nèi)部的結(jié)構(gòu)下圖2-1是CA6140臥式車床主轉(zhuǎn)動系統(tǒng)圖,主傳動系統(tǒng)安裝在車床的主軸箱中,主傳動系統(tǒng)的功能是將電動機的恒定轉(zhuǎn)速改變?yōu)樗璧闹鬏S各級轉(zhuǎn)速,在實現(xiàn)變速的同時,還要傳遞扭矩,為了滿足工作性能的要求,主傳動系統(tǒng)包含下列幾個組成部分：一、固定傳動比結(jié)構(gòu)常采用帶,齒輪或鏈傳動,用來作為連接電動機和變速箱傳動件,或者作為變速箱內(nèi)兩軸間的傳動件,以達到升降速的目的,也可能由于結(jié)構(gòu)方面的原因,需要采用固定傳動比結(jié)構(gòu)。二、變速機構(gòu)一般采用各種型式的齒輪變速機構(gòu),它由兩軸間的幾對齒輪所組成,或由幾根軸間的若干齒輪副所組成,CA6140型車床主傳動系統(tǒng)中的Ⅰ至Ⅵ軸之間有雙聯(lián)齒輪或三聯(lián)齒輪,它們之間互相串聯(lián)即可組成24級轉(zhuǎn)速。三、主軸部件包含主軸,主軸支承和安裝在主軸上的傳動件。主軸部件是主軸箱最重要的部分，由主軸、主軸軸承和主軸上的傳動件、密封件等組成。主軸前端可安裝卡盤，用以夾持工件，并由其帶動旋轉(zhuǎn)。主軸的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性等對工件的加工精度和表面粗糙度有直接影響，因此對主軸部件的要求較高。CA6140型車床的主軸是一個空心階梯軸。其內(nèi)孔是用于通過棒料或卸下頂尖時所用的鐵棒，也可用于通過氣動、液壓或電動夾緊驅(qū)動裝置的傳動桿。主軸前端有精密的莫氏錐孔，用來安裝頂尖或心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工件轉(zhuǎn)動。主軸后端的錐孔是工藝孔。主軸的軸承的潤滑都是由潤滑油泵供油，潤滑油通過進油孔對軸承進行充分潤滑，并帶走軸承運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，前后軸承均采用了油溝式密封裝置。主軸旋轉(zhuǎn)時，依靠離心力的作用，把經(jīng)過軸承向外流出的潤滑油甩到軸承端蓋的接油槽里，然后經(jīng)回油孔流回主軸箱。主軸上裝有三個齒輪，前端處為斜齒圓柱齒輪，可使主軸傳動平穩(wěn)，傳動時齒輪作用在主軸上的軸向力與進給力方向相反，因此可減少主軸前支承所承受的軸向力。主軸前端安裝卡盤、撥盤或其它夾具的部分有多種結(jié)構(gòu)形式。四、開停裝置機床主運動需要經(jīng)常啟動的停止,大多數(shù)采用離合器(不開停電機)的方法實現(xiàn),有時也直接采用開停電動機方法實現(xiàn),CA6140車床的主運動是在I軸上采用片式摩擦離合器來實現(xiàn)主運動的啟動和停止。五、制動裝置為了使主運動的執(zhí)行件(主軸)能在停車后盡快地停止運動,以節(jié)省輔助時間,有必要采用制動裝置,CA6140型車床采用摩擦式帶式制動器。六、換向裝置有些車床在工作過程中需要經(jīng)常不停地改變主軸的旋轉(zhuǎn)方向,CA6140型車床在I軸上裝有摩擦離合器。七、操縱機構(gòu)機床的開停、變速、制動、換向需要借助相應的操縱機構(gòu)來實現(xiàn)。八、潤滑機構(gòu)機床變速箱多采用集中潤滑的方法,通過油泵把油池中的潤滑油送到各個需要的位置,以后油液流回油池,CA6140型車床的潤滑系統(tǒng)是把油泵油箱放在床腿上,采用箱外循環(huán),散熱條件好。下頁圖2-1為車床的主傳動系統(tǒng)圖，從圖中可以看出齒輪之間的傳動關系，清楚明白的了解到如何通過齒輪來變速的。圖2-1CA6140機床的主傳動系統(tǒng)§2.1.4設計機床的主傳動的基本要求1、機床的末端執(zhí)行件(如主軸)應有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和變速級數(shù)；2、機床的動力源和傳動機構(gòu)需要能夠輸出和傳遞足夠的功率和扭矩,并有較高的傳動效率；3、機床的傳動機構(gòu)特別是末端執(zhí)行件,必須有足夠的精度,剛度,抗振性能和較小的熱變形；4、機床的自動化程度和生產(chǎn)率的要求應該合理的滿足；5、機床的操作和控制要靈活,安全可靠,噪聲要小,維修方便,機床的制造要方便,成本要便宜。§2.2主運動參數(shù)的選定§2.2.1確定最低和最高轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)式主運動的機床其主運動參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速,對于專用機床和組合機床用于完成特定的工序,通常主軸只須一種固定轉(zhuǎn)速。n=(1000v)/(πd)式中:n-主軸轉(zhuǎn)速(r/min)v-切削速度(m/min)d-工件或刀具直徑(mm)最低(nmin)和最高(nmax)轉(zhuǎn)速的確定分析在所設計的機床上可能進行的工序,從中選擇要求教高,最底轉(zhuǎn)速的典型工序。按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑,計算出、及主軸變速范圍：==式中的vmax、vmin可根據(jù)切削用量手冊,現(xiàn)有機床使用情況調(diào)查或者切削實驗確定,通用機床的dmax和dmin并不是指機床上可能加工的最大和最小直徑,而是指實際使用情況下,采用vmax(或vmin)時常用的經(jīng)濟加工直徑,對于通用機床,一般取：由公式可知：式中各量為：D-機床能加工的最大直徑(mm)K-系數(shù)Rd-計算直徑范圍對于CA6140型機床,?。篕=0.5vmax=120m/min=5m/minRd=0.25則==1528.6r/min===16r/min故可取為1400r/min，而取為10r/min。§2.2.2確定其他參數(shù)一、公比考慮到機床為中型生產(chǎn)用的通用機床，應使機床的速度損失小些和結(jié)構(gòu)不至于過于復雜，公比應取中等值，參考資料選定CA6140車床的ψ值為1.26。主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z的確定：故：選擇z=24，即變速級別為24級。三、選定電動機采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機，Y系列電動機高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠、其型號為Y132M-4,功率為7.5千瓦，轉(zhuǎn)速為1440r/min。第3章機床傳動裝置的運動及參數(shù)的設計§3.1繪制轉(zhuǎn)速圖§3.1.1各軸轉(zhuǎn)速在九根軸中，電動機為0軸，其余八軸按傳動順序依次設為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ等軸之間的傳動組分別設為a、b、c、d、e、f。個軸轉(zhuǎn)速：=1400r/min§3.1.2各軸輸入功率按照電動機的額定功率計算各軸輸入功率，即:==7.5kw==7.50.96=7.2kw其中：-為傳動帶效率-分別為各軸承的傳動效率§3.1.3確定各軸的計算轉(zhuǎn)速：軸I的計算轉(zhuǎn)速為820r/min;軸II計算轉(zhuǎn)速為900r/min;軸III的計算轉(zhuǎn)速為320r/min;軸IV的計算轉(zhuǎn)速為100r/min;軸V的計算轉(zhuǎn)速為80r/min;軸VI計算轉(zhuǎn)速為20r/min;§3.1.4各齒輪的計算轉(zhuǎn)速：個傳動組轉(zhuǎn)速為:a1400r/minb900r/minc500r/mind315r/min e200r/min f 63r/min§3.1.5各軸的轉(zhuǎn)矩 §3.1.6轉(zhuǎn)速圖1、豎線代表傳動軸圖中七等間距相等的豎線,分別用軸號"電,Ⅰ，Ⅱ,Ⅲ，Ⅳ,Ⅴ，Ⅵ"表示,在圖中,各傳動軸按照運動傳遞的順序(從電動機到主軸)從左到右順序的排列。2、橫線(縱向坐標)代表轉(zhuǎn)速值圖中縱向坐標表示轉(zhuǎn)速的大小,所以,其中間距相等的橫線代表各種不同的轉(zhuǎn)速,圖中的23條橫線由下至上依次表示由低至高的各級轉(zhuǎn)速。CA6140型車床的主軸轉(zhuǎn)速基本上是按ψ=1.26的等比數(shù)列排列的,所以圖中的橫線是ψ=1.26畫出來的,即橫線之間的距離代表距離為lg1.26。3、圖中豎線上的圓點(豎線與斜線的交點)表示傳動軸實際中應有的轉(zhuǎn)速。4、圖中豎線之間的連線代表傳動副,連線的傾斜程度代表此傳動副的傳動比。圖3-1CA6140機床的主運動轉(zhuǎn)速圖§3.2動力設計§3.2.1帶傳動設計由于電動機的型號及參數(shù)為：型號：Y132M-4功率：P=7.5kw轉(zhuǎn)速：n=1400r/min帶輪傳動比：i=兩班制，每天運轉(zhuǎn)16個小時，工作年數(shù)20年。1.確定計算功率取，則2.選取V帶型：為B型帶3.專用帶輪：驗算帶速其中:-小帶輪轉(zhuǎn)速r/min-小帶輪直徑mm故合適。4.確定帶傳動的中心距和帶的基準長度設中心距為，則0.55（）a2()于是0.55x360a2x360取=400mm帶長查表取相近的基準長度，。帶傳動實際中心距5.驗算小帶輪的包角.一般小帶輪的包角不應小于。。合適。6.確定帶的根數(shù)其中：-時傳遞功率的增量；-按小輪包角，查得的包角系數(shù)；-長度系數(shù)；為避免V型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數(shù)不大于10。圓整后取z=4(根)。7.計算帶的張緊力其中：-帶的傳動功率,KW；v-帶速,m/s；q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.17kg/m。v=970r/min=6.4m/s。8.計算作用在軸上的壓軸力第4章齒輪的設計§4.1齒輪設計的意義§4.1.1車床齒輪的設計目的和方法在主軸箱的傳動中用到齒輪，齒輪在傳動中起到關鍵的橋梁作用，也就是說齒輪設計的好壞關系到主傳動的成敗，也就是床頭箱設計的核心，在齒輪的設計中，首先應該了解到齒輪的主要失效形式以及設計齒輪的準則，使其滿足工作條件的要求而且要經(jīng)久耐用，然后要選擇齒輪材料以及各種材料的性能和硬度剛度等性質(zhì)，以及所要采取的熱處理方法，因為合適的熱處理能夠提高材料的各種特性，而且簡要了解齒輪的各種加工方法，以便為主軸箱齒輪選擇合適的加工方法。齒輪最容易發(fā)生齒根折斷和疲勞失效，故推導出兩種失效的計算方法，以便為后面齒輪的設計找出理論依據(jù)。在最后具體設計主軸箱的齒輪，使設計的齒輪既滿足要求，又不浪費材料，方面合理?！?.1.2齒輪傳動的優(yōu)點齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一,型式很多,應用廣泛,傳動的功率可達近十萬千瓦,圓周速度可達200m/s。齒輪傳動的主要特點有: 1、效率高,在常用的機械傳動中,以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%.這對大功率傳動十分重要,因為即使效率只提高1%,也有很大的經(jīng)濟意義。2、結(jié)構(gòu)緊湊,在同樣的使用條件下,齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。3、工作可靠,壽命長。設計制造正確合理,使用維護良好的齒輪傳動,工作十分可靠,壽命可達一、二十年,這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。4、傳動比穩(wěn)定。傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的最基本的要求。齒輪傳動獲得廣泛應用,也就是由于這一基本原因。根據(jù)以上齒輪傳動的優(yōu)點，結(jié)合CA6140車床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，故CA6140車床采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊而且傳動效率高?！?.2齒輪的失效形式以及設計準則§4.2.1齒輪的失效形式1、輪齒折斷2、齒面磨損3、齒面點蝕4、齒面膠合5、塑性變形§4.2.2齒輪材料一、鋼-最常用的齒輪材料，可通過熱處理改善機械性能1、鍛鋼

軟齒面齒輪（HBS≤350）：如45、40Cr熱處理，正火調(diào)質(zhì)，加工方法，熱處理后精切齒形→8、7級，適合于對精度、強度和速度要求不高的齒輪傳動。

硬齒面齒輪（HBS>350）（是發(fā)展趨勢）：20Cr，20CrMnTi，40Cr，30CrMoAlA，表面淬火，滲碳淬火，氮化和氰化，先切齒→表面硬化→磨齒精切齒形→5、6級，適合于高速、重載及精密機械（如精密機床、航空發(fā)動機等）。2、鑄鋼—用于尺寸較大齒輪，需正火和退火以消除鑄造應力，強度稍低。二、鑄鐵—脆、機械強度，抗沖擊和耐磨性較差，但抗膠合和點蝕能力較強，用于工作平穩(wěn)、低速和小功率場合。

鑄鐵分為：灰鑄鐵；球墨鑄鐵—有較好的機械性能和耐磨性。三、非金屬材料—工程塑料（ABS、尼龍、取勝酰銨）、夾布膠木。

適于高速、輕載和精度不高的傳動中，特點是噪音較低，無需潤滑。在某些低速和儀器儀表中還用銅合金和鋁合金作齒輪材料（具有耐腐蝕、自潤滑等特性）?！?.2.3齒輪材料的選擇原則1、材料應有足夠的強度，且外硬內(nèi)韌；

2、合理選擇材料配對，軟齒面齒輪要求HBS1=HBS2+35～50；

3、考慮加工工藝?！?.2.4齒輪的具體制造方法制造齒輪的方法很多，除鑄造法，熱扎法，沖壓法之外，切削齒輪的方法按形成齒形的原理可分為兩大類：仿形法（也稱成形法）和范成法（也稱展成法，創(chuàng)成法）用仿行法加工齒輪時，可用盤形或指形齒輪銑刀在普通銑床上加工，也可用成形刀具在刨床上刨削，或在插床上插削.通常仿行法加工齒輪生產(chǎn)率低，精度也低，但此法加工時運動很簡單，不需要專門的機床，故適用于單件小批生產(chǎn)和精度要求不高的齒輪。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用范成法加工齒輪，這種方法是利用齒輪嚙合原理進行的，把嚙合中的一個齒輪做成刀具來加工另外一個齒輪，因而用一把刀具模數(shù)相同而齒數(shù)不同的任意齒輪。用范成法加工齒輪的加工精度和生產(chǎn)率也比較高。根據(jù)齒輪的加工方法以及CA6140車床齒輪的結(jié)構(gòu)特點，所以車床齒輪的加工應該采用范成法加工齒輪，即是把嚙合中的一個齒輪做成刀具來加工另外一個齒輪，這種方法加工效率高，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。故采用這種方法。§4.3齒輪的強度計算推理方法§4.3.1齒輪的受力分析齒輪傳動的強度計算時，首先要知道齒輪上所受的力，這就需要對齒輪傳動作受力分析。當然，對齒輪傳動進行受力分析也是計算安裝齒輪的軸及軸承時所必須的。齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計算齒輪受力時，可不予考慮.沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷Fn垂直于齒面，為了計算方便，將法向載荷Fn（單位為N）在節(jié)點P處分解為兩個相互垂直的分力，即圓周力Ft與徑向力Fr（單位均為N），如下圖3-4表示圖3-4齒輪受力分析由上圖3-4得：Ft=2T1/d1Fr=FttanαFn=Ft/cosα（3-1）式中T1-小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N.mm；d1-小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑，單位為mm；α-嚙合角，對標準齒輪，α=20度；以上分析是主動輪齒輪上的力，從動輪齒輪上的各力分別與其大小相等，方向相反。§4.3.2齒根彎曲疲勞強度計算輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱.當齒輪在齒頂處嚙合時，處于雙對嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂雖然最大，但力并不是最大，因此彎矩并不是最大.根據(jù)分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在齒輪嚙合點位于單對齒嚙合區(qū)最高點時。因此，齒根彎曲強度也應按載荷作用于單對齒嚙合區(qū)最高點來計算。由于這種方法比較復雜，通常只用于高精度的齒輪傳動（如6級以上的齒輪傳動）。對于制造精度較低的齒輪傳動（如7，8，9級精度），由于制造誤差大，實際上多由在齒頂處嚙合的齒輪分擔較多的載荷，為便于計算，通常按全部載荷作用于齒頂來計算齒根的彎曲強度。當然，采用這種方法，齒輪的彎曲強度比較富裕。圖3-5齒頂嚙合受載情況圖3-6齒輪根部的應力圖如圖3-6所示,假設齒輪為一懸臂梁,則單位齒寬(b=1)時齒根危險截面的彎曲應力σFo===取h=khm,s=ksm,并將式(pca=kp=kFn/L)及式(3-1)代入上式,對直齒圓柱齒輪,齒面上的接觸線長L即為齒寬b(mm),得=令Y=Y是一個量綱為一的系數(shù),只與齒輪的齒廓形狀有關,而與齒輪的齒的大小(模數(shù)m)無關。因此,稱為齒形系數(shù).S值或h值小的齒輪,YFa的值要小些,YFa值小的齒輪抗彎曲強度高。載荷作用于齒頂時的齒頂系數(shù)YFa可查下表10-5。齒根危險截面的彎曲應力為=上式中的σFo僅為齒根危險截面處的理論彎曲應力，實際計算時，還應計入齒根危險截面處的過渡圓角所引起的應力集中作用以及彎曲應力以外的其他應力對齒根應力的影響,因而得齒根危險截面的彎曲強度條件式為σF=×Ysa=≤[σF](3-2)式中Ysa為作用于齒頂時的應力校正系數(shù)=b/d1稱為齒寬系數(shù)并將Ft=2T1/d1及m=d1/z1帶入(3-2)式得σF=≤[σF]于是得m≥§4.3.3齒面接觸疲勞強度計算—防止疲勞點蝕圖3-7齒面接觸疲勞強度計算力學模型一、計算依據(jù)：節(jié)點處的接觸應力不超過接觸疲勞極限應力σH≤[σ]H二、接觸疲勞強度公式

1、接觸應力計算原始公式：赫茲公式σH=式中q=—其中b為單位寬度的載荷，N/mmE—綜合彈性模量，N/mm，=+ρ—綜合曲率半徑，mm，=+推導過程：齒輪節(jié)點處各相應值分析如下：單位寬度的計算載荷q====N/mm節(jié)點處綜合曲率半徑==若大小輪齒數(shù)比u=,d=uxd,d=則：=α=20°一對鋼齒輪E1=E2=2.06×10N/mm即得σH=N/mm式中各符號的含義和單位σH—齒面最大接觸應力，N/mma—中心距，mm；K—載荷系數(shù)；T1—小輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，N/mm；B—齒寬，mmu—大小齒輪齒數(shù)比+用于外嚙合；-用于內(nèi)嚙合2、接觸疲勞許用應力=N/mm3、接觸疲勞強度公式校核公式σH=≤[σH]≤N/mm引入齒寬系數(shù)=b/a，得設計公式a≥(u+/-1)（mm）4、公式使用時的注意點上式只適用于一對鋼制齒輪，若為鋼對鑄鐵或一對鑄鐵齒輪，系數(shù)33應分別改為285和250。一對齒輪嚙合，兩齒面接觸應力相等，但兩輪的許用接觸應力σH可能不同，計算時應代入[σH]1與[σH]2中之較小值。三、齒面接觸疲勞強度的途徑

1、加大中心距；

2、增大齒寬；

3、選強度較高的材料，提高材料表面硬度。四、齒輪傳動要點

1、分析失效，確定設計準則；

2、合理選擇齒輪副的材料；

3、用經(jīng)驗法、分析法或計算法確定各參數(shù)，并保證傳動參數(shù)滿足運動要求、幾何關系及強度要求。

4、注意齒輪的結(jié)構(gòu)和使用維護問題?！?.4主軸箱的各傳動組模數(shù)的確定與校核§4.4.1主軸模數(shù)的確定與校核選材料，齒輪類型，精度等級,齒數(shù)及傳動比1）選擇齒輪材料為40Cr,調(diào)質(zhì)滲碳淬火處理，齒面硬度達到50-60HRC。2）斜齒圓柱齒輪傳動3）參考書籍及考慮機床的工作情況，選擇齒輪的精度為6級4）=26=58傳動比i=2.25)初選螺旋角先按齒面接觸強度設計d1t≥1.選載荷系數(shù)=1.62.小齒輪傳動轉(zhuǎn)矩3.選取φdφd為齒寬系數(shù)，它的值為齒輪寬度與齒輪的分度圓之比。機床或汽車變速器齒輪：φd=0.1-0.4取φd=0.24.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)為=189.85.由圖10-21e按齒面硬度查得小齒輪的接觸強度極限為：=1500Mpa大齒輪的接觸疲勞極限為=1300Mpa,6.由式子N=60njLh計算應力循環(huán)次數(shù)：N1=60=60×22×1×2x8x300x20=1.26×N2==7.由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù):=0.92=0.968.選取區(qū)域系數(shù)9.查表得10.計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式子（10-12）得：==0.92×1500=1380Mpa==0.96×1300=1235Mpa =（+）/2=(1380+1235)/2=1307.5Mpa三、計算1、小齒輪分度圓直徑d1t,帶入[σH]中較小的值d1t≥代入數(shù)值得d1t≥80.3mm2、計算圓周速度v==0.85m/s3、計算齒寬bb=φdd1t=0.2×80.3mm=16mm4、計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)mt=d1t/z1=80.3/26=3.07mm齒高h=2.25mt=2.25mm×3.07=6.75mmb/h=2.35、計算動載系數(shù)KK為載荷系數(shù)，包括使用系數(shù)，動載系數(shù),齒間載荷分配系數(shù)，及齒向載荷分布系數(shù)，即K=參考文獻[7]，選取車床的為1.25。動載系數(shù)，根據(jù)參考書[7]中的圖，根據(jù)v=2.2m/s,7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)=1.10;斜齒輪，假設KAxFt/b＜100N/mm.由表10-3查得KHα=KFα=1.4。由表10-4查得6級精度KHβ=1.2由b/h=3.617，KHβ=1.15，查圖10-13得KFβ=1.16，故載荷系數(shù)K==2.756、按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得d1=d1t=80.3×=99.8mm7、計算模數(shù)mm=d1/z1=99.8/26=3.8mm四、按齒根彎曲強度設計1.由上面的齒根彎曲強度的推導得≥1)計算載荷系數(shù)K==1.25x1.1x1.4x1.05=2.022)由圖10-20d查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=900Mpa;大齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE2=600Mpa；3)由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.92;KFN2=0.96;計算彎曲疲勞許用應力4)取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,由式（10-12）得===591.13Mpa===411.4Mpa5)計算大小齒輪的并加以比較==0.00702==0.00964大齒輪的數(shù)值大2、設計計算代入上面較大的數(shù)值得≥=4.0對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取齒輪模數(shù)為m=4.0mm，分度圓直徑為d=mz=26x4=104mm.這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費?！?.4.2傳動組a中齒輪的模數(shù)的確定按齒根彎曲疲勞強度計算，則設計公式為≥一．確定公式中各參數(shù)值1.計算小齒輪轉(zhuǎn)矩=N.M2.選取齒寬系數(shù)=0.33.應力循環(huán)次數(shù)查表10-18【15】彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.84=0.904.有圖10-20c【15】查得齒輪彎曲疲勞極限有齒數(shù)為=56=38=400Mpa=600Mpa5.計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4.===360Mpa===257Mpa6.計算載荷系數(shù)K=1.25x1.18x1x1.2=1.777.查取齒形系數(shù)=2.30=2.428.查取應力校正系數(shù)=1.71=1.669.計算大、小齒輪的并加以比較==小齒輪的數(shù)值大。二.設計計算圓整后模數(shù)為m=2.25mm§4.4.3其它齒輪模數(shù)的估算a:m=2.25mmb:mm故取m=2.25mmc:故取m=2.5mmd:取m=2.5mme:取m=4.0mmf:取m=3.0mm g:取m=2.0mm第5章軸的設計§5.1確定軸的各種參數(shù)§5.1.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有上題可知：=5.25kw=63r/min=876N.m§5.1.2求作用在軸上的力齒輪分度圓直徑為 而圓