ⅠCA6140主軸箱設計摘要在我們的生活和生產中，人們使用形形色色的設備和機器。這些設備和機器是由不同種類的機械零件和大量的金屬零件組成的。隨著社會經濟的迅猛發(fā)展以及科研水平的提高，對于車床的規(guī)格要求越來越大，零件的精確度的要求越來越高，主軸轉速越來越快。其核心部件由有著將電動機動能、轉矩傳遞給主軸，從而實現(xiàn)材料成型運動的主軸箱組成的CA6140機床，是應用廣泛的金屬切削類機床。設計主要包括構思傳動方案以及繪制傳動系統(tǒng)圖，其中有軸承、齒輪、V帶各項參數(shù)設計及其驗算校核以確定合格。在此基礎上，加設主軸箱冷卻系統(tǒng)改進傳統(tǒng)設計格式。最后，確定了主軸箱的總體結構設計。此外，采用背輪機構，提高了主軸箱的調速范圍。選用變頻電機增加主軸的輸出等改進措施，提高機床主軸的工作穩(wěn)定性，從而增加機床的使用壽命。關鍵詞：車床；CA6140；主軸箱；傳動軸

ⅡABSTRACTInourdailylifeandproduction,peopleuseallkindsofequipmentandmachines.Theseequipmentsandmachinesarecomposedofdifferentkindsofmechanicalpartsandalargenumberofmetalparts.Withtherapiddevelopmentofsocialeconomyandtheimprovementofscientificresearchlevel,thespecificationrequirementsforlathesaregettinglargerandlarger,theprecisionrequirementsforpartsaregettinghigherandhigher,andthespindlespeedisgettingfasterandfaster.ItscorecomponentisaCA6140machinetoolcomposedofaspindleboxthattransfersthekineticenergyandtorqueofthemotortothespindle,thusrealizingmaterialformingmovement.Itisawidelyusedmetalcuttingmachinetool.Thedesignmainlyincludestheconceptionoftransmissionschemeandthedrawingoftransmissionsystemdiagram,includingthedesignandcheckingofvariousparametersofbearings,gearsandV-beltstodetermineeligibility.Onthisbasis,aspindleboxcoolingsystemisaddedtoimprovethetraditionaldesignformat.Finally,theoverallstructuraldesignofthespindleboxisdetermined.Inaddition,thebackwheelmechanismisadoptedtoimprovethespeedregulationrangeofthespindlebox.Thefrequencyconversionmotorisselectedtoincreasetheoutputofthespindleandotherimprovementmeasurestoimprovetheworkingstabilityofthespindleofthemachinetool,thusimprovingtheservicelifeofthemachinetool.Keywords:lathe;ca6140;spindlebox.;theshaft

Ⅲ目錄前言 前言伴隨科技的蓬勃發(fā)展，機械加工已成為一個國家機械制造及加工程度不可或缺的衡量維度。機械和電氣集成技術涉及許多門學科，如機械設計和電子加工，是現(xiàn)代工業(yè)眾所周知的基本技術之一，也是一個國家機械設備發(fā)展程度的重要指標。雖然這門學科專業(yè)受制于發(fā)展階段，許多原理還處于分析研究階段，并未系統(tǒng)化。但它是機械工業(yè)技術革命的先鋒，是經濟大國的又一體現(xiàn)。因此，應該看中該領域的研究，使這個課題大大地發(fā)展，直到慢慢縮減與世界發(fā)達國家的差距。

第1章研究的目的和意涵在當今社會的尋常生活中，人們使用各種各樣的輔助工具。這些產品設備由各工業(yè)零部件構成，其中大部分是金屬制作而成。因此，機械的設計生產在國一個國家經濟中占有不可忽視的地位。它不僅僅是一個國家經濟建設強有力的驅動力，也是量化綜合國力的一把尺子。我們國家想要實現(xiàn)工業(yè)、農業(yè)、國防、航天、科學技術的現(xiàn)代化，必須要有強勁有力的機械制造業(yè)。機床產業(yè)是機械工業(yè)部門的重要的關鍵點，為機械產業(yè)提供制造核心技術并開發(fā)一系列設備，機床的質量是衡量一個國家工業(yè)水平的尤為重要的參照指標。車床是廣泛用于切削加工的車削設備，約占切削機總數(shù)比的三成。車削主要用于使原始材料按照個人意愿或一些需求加工成型，并可以大規(guī)模批量生產。所以說，對于普通車床的主軸箱設計極其至關重要，不僅適用于我國當下的社會經濟形態(tài)，也是大幅度提高我國很多工業(yè)廠房生產設備自動化水平和精度的主要方式。在我們的國家，有很大的市場需求。機床的主軸箱的設計也包括機床的設計結構內容。另外，還有原材料成型的內容。雖然我沒有對機床設計過程進行系統(tǒng)的研究，但我明確這種相應的技術設計可以擴寬我的視野，提高動手能力，在機器制造過程中可以深刻體會原理概論。在設計這一課程時，不僅需要對CA6140的典型零部件和零部件的制造工藝有一個全面的了解，而且還需要對生產工藝給予應有的注意。CA6140車床作為主要的車削機床，其技術范圍廣泛，可加工各種金屬原材料并使其精致成型。選擇設計主軸箱的是由于其為該CA6140車床核心部分。1.1國內外設計研究現(xiàn)狀機械制造業(yè)現(xiàn)已屬于機械工業(yè)。這是一個生產機械設備，為全國上下提供技術裝備，為我國居民日常生活提供耐用消費品的工業(yè)部門。機械制造技術涉及到工程、動力、農業(yè)、化工機、紡織、工程、運輸?shù)雀鱾€領域。制造是將原有材料依照一定標準轉換成可以應用于特定領域的成品，利用主觀經驗和專業(yè)理論或客觀材料工具和行之有效方法投入市場的整個過程。大量的機器、機床、儀器和工具廣泛應用于人民生產生活的各種層次。機械工業(yè)提供著技術裝備。機械工業(yè)的發(fā)展直接影響到生產技術和工業(yè)生產、農業(yè)畜牧、運輸設施、科學研究、國防軍事等部各個層面的總體水平，從而影響到一國的綜合國家能力。因此，機械工業(yè)的生產水準是一個國家整體經濟實力和科學領域研究水平的主要指標之一。機械工業(yè)是國家發(fā)展的經濟基礎并且是支柱工業(yè)。因此，機械工業(yè)在國民經濟體中占有關鍵性地位。機械工業(yè)的生產能力和制造水平主要取決于機械制造設備的先進程度。制造業(yè)歷史悠久。也可以說，人類發(fā)展進程是生產進步的勞動成果。在人類發(fā)展的初期，為了生存的便利，通過對石頭進行各種加工，改變其形狀以便于使用。從此，進入了一個新的石器時代。隨后，以此可以加工各種簡單的實用工具，如陶器、銅器、鐵器的出現(xiàn)。如刀、槍、劍、戟、斧、鉞、鉤、叉，如銼子、剪刀、鋸子、錘子、罐子、壺子等。這些工具和工具的制造，主要圍繞著生命的需要和生死之戰(zhàn)展開。制造工藝簡單，制造規(guī)模和技術水平有限。這一階段屬于早期制造階段。隨著社會和技術發(fā)展，制造業(yè)的模式和范圍發(fā)生了重大變化。隨著技術的進步，文化物品、藝術作品、金銀首飾等都是根據(jù)主要基于手工藝技術、簡單圖案設計或大腦思維、操縱的技術制造的。簡單的動物力和機械工具，小工廠的生產方法，技術水平取決于生產經驗。這個階段屬于工藝品制造階段。在19世紀，蒸汽機和電動機驅動的機器被越來越廣泛地使用。這時，機械制造業(yè)開始起步，形成了規(guī)?；墓I(yè)生產方式，隨著社會的發(fā)展，科技的進步，物質的豐富，人們不斷地提到精神品質和物質需求。產品多樣化的需求越來越突出，市場競爭越來越激烈。在20世紀50年代，產品種類很少。為了提高生產效率和滿足市場需求，制造商廣泛使用自動機床、組合機床和專用生產線。1948年，美國帕森斯公司率先提出組建一臺數(shù)控加工車床以提升加工效率。第一個數(shù)控機床模型于1952年誕生由該公司發(fā)明。后來，通過生產經驗的累積，經過不斷設計改良，使數(shù)控車床更加人性化（縮減體積、便于操作、多樣化加工）。很快在社會經濟體占有一定市場，在實際的散裝生產中，這種生產方法使硬度基本上自動化，大幅度降低了生產成本，并大大提高了生產效率。在1980年代，一種以信息技術為基礎的新的制造設計引進了一系列新的制造系統(tǒng)理論，側重于制造系統(tǒng)的自動化和目標管理，如集成系統(tǒng)、計算機模擬等。兼顧設計、制造、管理、市場要求和現(xiàn)代技術。中國機械制造業(yè)是在新中國成立發(fā)展起來的，并迅速發(fā)展成為新的工業(yè)部門。但是，中國的機械制造技術還很落后，相對簡單的產品類別，甚至許多生產設備和技術水平還停留在六十年代和上世紀七十年代，我國有關機械制造領域技術的落后使得中國機械的發(fā)展水平裹步不前進而影響整個國家制造業(yè)的振興。因此，作為一個當代大學生，需要對于機械領域進行引領創(chuàng)新革命，致力于提高機械配備精度，從而在整體上提升性能指標。1.2研究設計內容車床成型件的運動是移動和旋轉。每個機床都存在應用于安裝機床主要軸承、傳動零部件和特殊附加裝置的主軸箱。主軸箱由多個齒輪構成并分級傳動，經此傳動藍圖，電動機的扭矩、力矩、轉矩會借助主軸箱內各個板塊的傳動齒輪和傳動軸傳遞給車床加工主軸，使主軸獲得按照一定個人要求的旋轉速度和運轉方向。由此可見，主軸箱傳動藍圖的設計和所包含零件的制作精度直接影響機床的性能。主軸箱內部展開圖如圖1-1所示，主軸箱的功能是將動力源的恒速轉換為主運動，即零件加工成型的執(zhí)行機構（主軸、工作臺、滑枕等）所需的各種參數(shù)；將機床工作時所需的各種參數(shù)按需求傳遞出去；實現(xiàn)零件加工成型的執(zhí)行機構的啟動、停車、換向和制動。因此，主軸箱是極其復雜的部件。本篇論文的設計主要包括：1.CA6140機床主軸箱主要參數(shù)的確定；2.構思傳動方案及規(guī)劃傳動系統(tǒng)圖(制定轉速圖、轉速計算及確定齒輪齒數(shù))；3.主要零部件計算校核(V帶、各級傳動軸、軸承、齒輪零件的設計校核)圖1.2CA6140主軸箱第2章傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定2.1擬定結構式在構思機床運動驅動系統(tǒng)時，我是根據(jù)工件的表面類型、切割運動來確定每個運動驅動通信的端部。然后以“驅動鏈”的形式逐一分析各成形運動。最后，切削成型運動主驅動系統(tǒng)通過滑動齒輪進行變速，可供參考的有三聯(lián)齒輪亦或是雙聯(lián)齒輪。如果遵循“傳動鏈順序與擴展組順序一致”的原則，會致使主軸箱箱體的外形將過大。因此，為了使車床整體的結構配置小巧緊密并且更經濟化，第一變速組我決定采用雙齒輪。雙向摩擦板離合器安裝在Ⅰ軸上，來實現(xiàn)正反轉，不過增加軸向尺寸。故采用傳動方案為：結構式：該傳輸模式存在六級重復。對于分級變速主傳動系統(tǒng)，應滿足下列基本設計要求：1.有一個完整的變速范圍和全系列轉速級數(shù)；2.本系統(tǒng)高效率傳遞轉矩；3.傳動系統(tǒng)需要剛度、硬度合格并在加工過程中產生極小的熱變形。設計時取級比指數(shù)為6，實現(xiàn)了6級轉速。在主軸正轉時從軸Ⅰ到軸Ⅱ通過雙聯(lián)滑移齒輪兩條傳動路線得到兩種轉速，從軸Ⅱ到軸Ⅲ通過三聯(lián)滑移齒輪的三條傳遞路線得到三種轉速，再從軸Ⅲ到主軸Ⅵ有五條傳遞路線，故從軸Ⅰ到主軸Ⅵ30級，但因為有重復轉速，故實際從軸Ⅰ到主軸Ⅵ有Z(轉速級數(shù))：同理主軸反轉的級數(shù)Z2.2計算轉速和齒輪齒數(shù)的確定電機軸功率：對于ca6140車床而言，如果功率太小（比如4kw電機）那么車削直徑100以上零件時功率就不夠用，吃刀量明顯變?。ǔ远鄷炣嚕┤绻螅ū热?30使用的12kw電機）功率太大如果吃刀量也大的話會損壞變速箱齒輪如果吃刀量小的話浪費電。這個要綜合考慮變速箱的承受能力以及車床的最大直徑使用功率。所以選擇7.5千瓦的電機是最合理的。為了更好的發(fā)揮電機的功用和壽命，我選擇加裝變頻器的變頻電機。其優(yōu)點：1.變頻電機有效減少能源消耗當電動機在正常運轉時，會產生不同頻率的波形電場，在非正弦交流電下促使電動機轉動。這種高頻率諧波會導致伺服電機本身的損耗，包括高頻電壓以較大的偏置電壓切割轉子帶，轉子的不規(guī)則運轉引起的巨大電能流失。因為平均AC感應電機是接近對應于旋轉同步速度的基頻。此外，還必須慎重考慮由于集膚效應造成的線圈的額外損耗。這些損失會使電動機產生大量的熱量，降低電動機的工作效率，同時也降低了電動機輸出功率，但如果采用變頻電機，則能夠有效避免這種多余損耗。2.變頻電機電磁噪聲與震動更小普通異步電動機由于電磁干擾，工作運轉，風扇散熱等因素引起的劇烈振動，進而加大了噪音使其變得極為刺耳嚴重影響身體健康。普通電動機會因為交流電產生的一定頻率的電場，與電動力內部線圈產生電場的頻率一致時，引起共振現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是產生噪音的主要原因。而變頻電機可以通過改變電場本身固有頻率，有效解決該問題。3.變頻電機使用壽命更長普通異步電機運行時，載頻約為幾干至十幾千赫。這就會使得電機直接受到峰值電壓的沖擊，電機接收到頻率波段參差不齊的電流，嚴重可燒毀電動機。而變頻電機利用變頻器將嘈雜的電流，進行過濾使其運行趨于穩(wěn)定。變頻電機工作頻率范圍廣，避免了電機振動部件的固有頻率，使使用壽命更長。4.變頻電機可以頻繁啟動，制動變頻電機，可以解決普通電機因頻繁起動和制動引起的機械結構和絕緣結構的疲勞和加速老化問題。不僅如此，還可以通過有效降低啟動瞬時電壓，從而避免因電壓過大或不穩(wěn)而燒毀電機。5.變頻電機可無級變速。無級調速是從min速度到max速度，或者從max速度到min速度，無間歇，是一氣呵成的。而且，交流有刷電機無法實現(xiàn)變速的效果。變頻電機借助變頻器，合理劃分電機轉速并且分配成多個檔位，可滿足實際需求。計算轉速的確定：（2·1）1.確定極限轉速：主軸最低轉速10r/min，最高轉速1400r/min，轉速調整范圍為==1402.確定公比：主軸轉速數(shù)列標準公比的取值范圍為1＜φ3.各級轉速的確定：4.主軸傳動結構式：5.傳動軸的數(shù)量：各傳動副的傳動比盡可能不超過極限傳動比。相應地提高中間軸的轉速，以減小驅動系統(tǒng)中大多數(shù)變速器的尺寸，因此電機到主軸的減速過程應按照“前后”分配原則進行，上一齒輪組速度較慢，下一齒輪組速度較快。這就是所謂的“慢進”原理。但是，請注意，中心軸的速度不應過高，否則可能會產生更大的振動、熱量和噪音。齒輪齒數(shù)的確定：在設計齒輪齒數(shù)時需要考慮以下幾點因素：1.如果齒輪太大，那么會因兩齒輪間隙突出而導致機床體型過大造成經濟損失，而且工人不便操作。所以，嚙合齒輪齒數(shù)和應盡量小。(Sz2.為了避免出現(xiàn)根切現(xiàn)象，則最小齒輪齒數(shù)≥17，但不包括變位齒輪；3.同一變速組齒輪的嚙合中心距必須相同，以便于促使兩齒輪嚙合正確;4.主軸旋轉期間的誤差必須在允許范圍內。為了使第二對齒輪有序進行嚙合，而不是在滑動齒輪與固定齒輪碰撞之后才可以脫離。對于三聯(lián)滑移齒輪來說，第一、第二齒數(shù)差≥4?；窘M傳動比，，根據(jù)傳動比為1.50和1.19數(shù)據(jù)，查表可以得出以下結果：從以上兩組中找出適合的數(shù)據(jù)：。取，根據(jù)《機械設計手冊》取小齒輪的齒數(shù)為：43，38；由此可得大齒輪的齒數(shù)結果為：56，51；即,，表2.2各軸齒輪副擴大組齒輪組基本組第一組齒輪ZZZZZZZZZZ齒數(shù)56385143394130502258齒數(shù)和9480齒輪組第二組第三組齒輪ZZZZZZZZZZ齒數(shù)5050208050502080齒數(shù)和1001002.3轉速圖的繪制主軸的各級轉速呈幾何級數(shù)變化，換句話說，基于一定公比排布以此類推。由于理論計算與實際情況多少有些出入，最終要按實際安排為準。圖2.3轉速圖主軸轉速：（2·2）Ⅴ軸有18級轉速，其中轉速,通過齒輪副傳動使主軸獲得50r/min的轉速，其中轉速為112r/min的Ⅴ軸即可獲得全部功率。以此類推各軸的轉速如表：表2.3各軸計算轉速轉速序號電動機ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ計算轉速（r/min）14508191120450450112502.4傳動裝置運動參數(shù)計算各軸功率計算：功率公式：（2·3）:聯(lián)軸器或帶傳動的功率；V帶傳動效率：；軸承的效率；；一軸的功率：二軸的功率：，，，三軸的功率：四軸的功率：五軸的功率：六軸的功率：各軸計算轉矩：電機軸扭矩：（2·4）一軸扭矩：二軸扭矩：三軸扭矩：四軸扭矩：五軸扭矩：六軸扭矩：圖2.4主軸箱傳動系統(tǒng)圖傳動路線如下:CA6140車床主軸變速箱的傳動路線有兩條：1）、電動機－－軸Ⅰ－－軸Ⅱ－－軸Ⅲ－－軸Ⅵ（主軸）2）、電動機－－軸Ⅰ－－軸Ⅱ－－軸Ⅲ－－軸Ⅳ－－軸Ⅴ－－軸Ⅵ（主軸）正轉轉速：傳動路線1軸Ⅰ－－軸Ⅱ2種轉速傳動路線1軸Ⅱ－－軸Ⅲ3種轉速軸Ⅲ－－軸Ⅵ（主軸）1種轉速軸Ⅰ－－軸Ⅱ2種轉速傳動路線2軸Ⅱ－－軸Ⅲ3種轉速傳動路線2軸Ⅲ－－軸Ⅴ3種轉速軸Ⅴ－－軸Ⅵ1種轉速反轉轉速：軸Ⅰ－－軸Ⅱ1種轉速傳動路線2軸Ⅱ－－軸Ⅲ3種轉速傳動路線2軸Ⅲ－－軸Ⅴ3種轉速軸Ⅴ－－軸Ⅵ1種轉速第3章主要零件的設計及其驗算3.1主軸箱的箱體的設計主軸箱進本組成為傳動軸、齒輪、啟停制動裝置、控制機構和潤滑裝置。它的作用不僅是支撐主軸部件，使主軸和工件達到所需的轉速，而且具有良好的機械傳動效率。其次，主軸箱中的傳動部件，如齒輪、軸等也必須有一定的強度和剛度要求。另外，機床工作時，其噪聲不宜過大，加工過程中的振動必須小。設計時應考慮工人的工作條件。除上述因素外，設計的啟閉機應便于工人操作。此外，設計的主軸箱還應滿足工件加工（尺寸誤差、形狀誤差等）的要求，并應便于維護，制造成本低，外形美觀。主軸箱的箱體一般采用中等強度的HT150及HT200等材料，本次設計所要采用的是HT20-40材料，其箱體的最小壁厚在鑄造時需按其外形輪廓尺寸(長×寬×高)。表3.1箱體壁厚長×寬×高(mm3壁厚(mm)由于箱體安裝軸承時，兩側存在軸承孔。這樣會削弱主軸箱的工作強度，降低箱體的扭轉和彎曲剛度?？梢酝ㄟ^在箱體兩側增加凸臺和加強筋來消除開孔所產生的弊端。此外，還應根據(jù)具體位置的工況，適當改變壁厚。變速箱的特點有：使機床產生運動；保證傳動精度；具有幾何精度；耐久性強；抗震降噪；變速箱傳動軸的要根據(jù)拆裝便捷進行排布，這樣易于調整維護。根據(jù)空間的三角形分布，運動性能，零件尺寸和機床形式，合理確定各傳動軸的位置。主軸箱起支撐、定位作用。在主軸箱上，軸承孔上的軸承裝配傳動軸，那么軸承孔的位置就顯得極其重要，直接影響著主軸箱的各項參數(shù)。在畢業(yè)論文的設計中，各軸在主箱中的裝配應考慮軸上裝配的齒輪是否相互干涉，齒輪是否嚙合相互干涉。根據(jù)每對齒輪的中心距和位移系數(shù)，確定箱體內各軸的安裝位置。由于機床類型不同，在床身上安裝箱體有兩種方式：臥式和立式。中小型車床一般選用臥式。主軸箱分為固定式和移動式兩種。CA6140主機箱為固定式，箱體位于床左上方，通過兩個支架固定。3.2傳動系統(tǒng)的I軸及軸上零件設計傳動軸的設計與驗算：1.傳動軸直徑的估算：（3·1）軸材料取45鋼，并對其進行調制處理。查《機械設計》表，取，取0.99，計算dmin=22.4mm，由此可以得出最小軸徑，取。2.傳動軸受力分析：傳動軸I的扭矩：T=83.11齒輪分度圓直徑：（3·2）查《機械設計》表取M=4齒輪在水平面上的受力：（3·3）齒輪在垂直面上的受力：圖3.2I軸裝配圖軸承反力：水平面：（3·4）垂直面：（3·5）齒輪處彎矩：（3·6）合成彎矩：根據(jù)軸的彎扭合成強度條件校核軸的強度：（3·7）軸為調質處理后的45鋼，所以取[σ]=60N/mm2，由σca交檢合格。普通V帶傳動的設計：本篇論文普通V帶選擇標準為：效率高（能傳遞最大功率）、耐用性（足夠的疲勞強度）、壽命長。計算功率PcaPca=K：工作情況系數(shù)，查《機械設計》表，查得；P所需傳遞的額定功率；代入數(shù)據(jù)得,P；帶速；此設計帶速合適。大帶輪基準直徑有關數(shù)據(jù)表明，如果擴大中心距的話，通過增大皮帶輪的包角，降低一定時間內的循環(huán)次數(shù)可延長滑輪的年限。但當中心距過大時，會引起皮帶輪劇烈振動，使皮帶喪失穩(wěn)定性，而且會使皮帶傳動產生多余尺寸。一般情況下初選帶傳動的中心距為：0.7(dd1選擇V帶的基準長度L,依據(jù)帶傳動總體尺寸的實際條件，結合式（3-6）初定中心距a0查表得,帶基準長度為7.0440實際中心距：（3·10）故。小帶輪包角:α=單根普通V帶的基本額定功率P0查《機械設計》，取P查《機械設計》表,得單根普通V帶額定功率的增量?P0=帶的根數(shù):（3·11）；；所以，?。粏胃鶐У某趵Γ海?·12）：每米帶長質量；查表，取代入數(shù)據(jù)得帶對軸壓力：（3·13）代數(shù)得圖3.2帶輪結構圖多片式摩擦離合器的設計機器運轉時，離合器可以隨時分離或組合變速箱系統(tǒng)。離合器特點有是:復合密切牢固，分離迅捷徹底；拆裝便捷使得維修方便；質量小；體積?。簧嵝院?，耐磨性好。離合器種類繁多，最為常見的鑲嵌式和摩擦式。摩擦片對數(shù)計算：Z≥2MnK/fb[P]（3·14）：摩擦離合器所傳遞的扭矩（）；＝＝（）；P：電動機的額定功率（）；：安裝離合器的傳動軸的計算轉速（）；；安全系數(shù)，一般?。耗Σ疗钠骄睆剑ǎ?：內外摩擦片的接觸寬度（）；：摩擦片許用壓強（）；（3·15），查《機械設計師手冊》表23-115，?。核俣刃拚禂?shù)＝×，?。航雍洗螖?shù)修正系數(shù)，：摩擦結合面數(shù)修正系數(shù)，得：可以利用空載功率損耗確定車床反向離合器所傳遞的扭矩一般取，對于摩擦片厚度一般取齒輪的設計與驗算圖3.2齒輪結構圖如圖為設計齒輪圖，計算齒輪，其他同理。在齒輪強度校核時，應選用同一模數(shù)嚙合齒輪副中載荷最大和最小的齒輪，依照齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度驗算。通常情況下，先對于齒面進行疲勞強度設計。其次，校核齒根彎曲疲勞強度。如若通過計算得出的彎曲應力大于合格規(guī)定的尺寸，那么可以對挑選出來的齒輪進行熱加工，若是如此仍然行不通，則另選材料，重新設計齒輪模數(shù)等參數(shù)。I軸上的齒輪進行淬火加工。電動機傳遞到軸I的理論轉速：校核齒輪，（3·16）結果得齒輪接觸疲勞強度校核條件：（3·17）齒根彎曲疲勞強度校核條件：（3·18）:彈性系數(shù)；：節(jié)點區(qū)域系數(shù)；：使用系數(shù)；：動載系數(shù)；：齒間載荷分配系數(shù)；：齒向載荷分配系數(shù)。滿足設計要求。校核齒面接觸疲勞強度：（3·19）齒向載荷分配系數(shù)，，載荷系數(shù)代入式得：,滿足設計要求。校核齒輪,,滿足要求；,滿足要求。軸承的疲勞強度校核本篇論文選擇的是用滾動軸承來運動傳遞，由于其會因磨損而導致疲勞損壞，所以為了保障安全運行，有必要對其進行疲勞壽命校核。（3·20）Lh為額定壽命次數(shù)，得:該軸承校檢合格。3.3傳動系統(tǒng)的Ⅱ軸及軸上零件設計傳動軸的設計驗算依照（3·2）式，可得軸直徑。軸Ⅱ我依然采用45鋼材料，并對其調質處理。查《機械設計》，取，得：dmin計算得出，為最小軸頸，圓整后令。為了能夠讓聯(lián)軸器準確安裝，Ⅰ-Ⅱ軸段右端必須預留出軸肩位置，故Ⅲ-Ⅳ的直徑預留量為30mm；軸Ⅰ-Ⅱ左端要在軸端進行擋圈定位，依據(jù)標準，選擇軸端擋圈直徑D=50mm。由于的長度比L1短一點，所以取lⅠ?由于滾動軸承在進行加工時，會受到軸向力以及徑向力。所以，我決定采用單列圓錐滾子軸承，選擇軸承編號33005.令裝配花鍵處的軸段為126mm，直徑為26mm。段的長度是10mm.得出軸的總長度是240mm。圖3.3Ⅱ軸結構圖在生產生活中，如果不是重載那么就沒有必要對其進行強度檢核，只需要對其進行簡單的剛度驗算就可以了?；ㄦI軸的抗彎斷面慣性矩（）（3·21）如果是傳動軸的計算彎曲載荷，那么就需要通過危險斷面之最大扭矩進行驗算：（3·22）齒輪的圓周力:（3·23）代入數(shù)據(jù)得：齒輪的徑向力：故符合條件?；ㄦI鍵側工作表面擠壓應力：（3·24）式中,：花鍵傳遞的最大轉矩（）；花鍵軸的大徑和小徑（）；花鍵工作長度；花鍵鍵數(shù)；載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；故花鍵軸合格。齒輪的設計與驗算對齒輪進行設計,如圖所示：圖3.3齒輪結構圖傳至Ⅱ軸時的最大轉速為：驗算392.25故齒輪符合強度要求。驗算22×2.25的齒輪,齒輪符合強度要求。驗算30×2.25齒輪:302.25齒輪采用整淬。，即該齒輪符合強度標準。軸組件的剛度驗算參照《機械原理》中的主軸組件柔度方程系，該方程式說明了在主軸端部時主軸和軸承的柔度為兩者相加，其極值方程：（3·25）式中：：合理跨距；：主軸懸伸梁；﹑：后﹑前支撐軸承剛度；（3·26）本篇論文采用的是滾動軸承，失效形式主要為因疲勞而導致磨損。為提高其安全系數(shù)，故應進行疲勞輕度驗算。其壽命計算結果為：該軸承符合標準。3.4傳動系統(tǒng)的Ⅲ軸及軸上零件設計1.傳動軸的設計與驗算傳動軸直徑估算：按（3?1）式，得出該軸的直徑。選擇Q235為軸的材料，進行調質處理。由《機械設計》表，查得，得：dmin計算得出，為最小軸頸，圓整后令。2.。為了使軸承能夠正確定向安裝，段右端預留出一個軸肩,所以Ⅱ-Ⅲ的估算長度約48mm;左端須進行軸端擋圈固定，為了能夠準確固定，最終尺寸取擋圈直徑50mm。圖3.4Ⅲ軸機構圖由于單列圓錐滾子軸承可同時承受軸向力和徑向力，而在進行車床加工時，又同時有這兩種力存在，所以我決定采用該軸承，取軸承編號33005。3.取安裝花鍵處的Ⅲ—Ⅳ段長度是166mm，直徑是46mm。為使套筒壓緊齒輪，?、簟醵蔚拈L度是10mm。樣為使安裝花鍵的Ⅴ—Ⅵ段的齒輪能準確貼合，取其長度為111mm。確定軸的總長度為378mm。花鍵軸：得，I為軸的抗彎斷面慣性矩（）在校核傳動軸的彎矩時，通常校核危險斷面。根據(jù)（3·22）式，齒輪上力的計算圓周力：徑向力：符合設計要求。由花鍵軸的側工作表面擠壓應力：故花鍵軸校核合格。齒輪的設計驗算選取齒輪齒數(shù)為50×2.5、63×3、44×2，按照從左到右排列。對三聯(lián)滑移齒輪進行淬火處理。軸Ⅲ的最大轉速：軸Ⅲ的傳動總效率：軸Ⅲ的傳動功率：軸Ⅲ的傳遞扭矩：=，，根據(jù)（3·17）式:根據(jù)（3·18）式：滿足設計要求。校核齒數(shù)為50×2.5的齒輪，根據(jù)（3·17）式：根據(jù)（3·18）式：滿足設計要求。軸組件的剛度驗算根據(jù)（3·20）式得:軸承的設計符合要求。3.5傳動系統(tǒng)的Ⅳ軸及軸上零件設計傳動軸的設計與驗算1.傳動軸直徑估算：依照上文（3?1）式，得出該軸的直徑。選擇Q235為軸的材料，進行調質處理。由《機械設計》表，查得，得：dmin計算得出，為最小軸頸，圓整后令。2.由于單列圓錐滾子軸承可同時承受軸向力和徑向力，而在進行車床加工時，又同時有這兩種力存在，所以我決定采用該軸承，其型號為30311。3.裝配花鍵的軸段長度為12.5mm，直徑為20mm。為了能夠使套筒貼合齒輪，令軸段段的長度為70.7mm。由于裝配花鍵的軸段的齒輪需要密切貼合定位，設計其長度為10mm。得出軸的總長度是193mm。圖3.5Ⅳ軸結構圖對于無重載的軸承本篇論文對其只驗算剛度。傳動軸軸慣性矩（）計算得出危險斷面上最大扭矩求得：齒輪的圓周力、徑向力分別是：滿足設計要求花鍵軸的鍵側擠壓應力的校核：因此，滿足設計要求齒輪的設計驗算選擇齒輪的齒數(shù)依次為：80×2.5、20×2.5、51×2.5、50×2.5圖3.5齒輪結構圖在齒輪強度校核時，應選用同一模數(shù)嚙合齒輪副中載荷最大和最小的齒輪齒，并根據(jù)齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度進行校核計算。一般高速齒輪按齒面消除疲勞強度校核，低速齒輪按齒根彎曲疲勞強度校核。圖3.5齒輪結構圖對于20×2.5齒數(shù)齒輪強度校核：此間，齒輪20×2.5進行淬火加工。對其進行強度校核：根據(jù)（3·17）式:此齒輪滿足設計要求。校核齒輪齒根彎曲疲勞強度:該設計齒輪符合設計標準。由此類推，校核齒數(shù)為50×2.5的齒輪，采用淬火處理：,因此本篇論文的齒輪符合設計的強度標準。軸組件的剛度驗算： 在生產生活中，如果不是重載那么就沒有必要對其進行強度檢核，只需要對其進行簡單的剛度驗算就可以了。本篇論文采用的是滾動軸承，失效形式主要為因疲勞而導致磨損。為提高其安全系數(shù)，故應進行疲勞輕度驗算。其壽命計算公式為：其額定壽命由公式（3·20）得:故軸承校核合格。3.6傳動系統(tǒng)的Ⅴ軸及軸上零件設計傳動軸的設計與驗算1.傳動軸直徑估算：依據(jù)（3?1）式，得出該軸的直徑。選擇Q345為軸的材料，進行調質處理。由《機械設計》表，查得，得：dmin計算得出，為最小軸頸，圓整后令。2.滾動軸承受到徑向和軸向的力，選擇單列圓錐滾子軸承，型號30307。3.段預計尺寸為166mm，直徑46mm。為了便于定向安裝以及套筒密切貼合齒輪，令軸段的長度是10mm。為了讓安裝花鍵的軸段的齒輪準確密封，采取段長為111mm。最終決定該軸段長為378mm。在生產生活中，如果不是重載那么就沒有必要對其進行強度檢核，只需要對其進行簡單的剛度驗算就可以了。軸的抗彎斷面慣性矩（）通常由危險斷面上的最大扭矩校核彎曲強度：齒輪受力計算圓周力：徑向力：如上，符合標準設計?；ㄦI應力計算：因此，設該花鍵符合標準。齒輪的設計驗算Ⅴ軸的最大轉速為：校核算齒輪齒數(shù)為26×4斜齒輪：符合設計的強度要求。校核齒根彎曲疲勞強度：,，得出，該設計齒輪符合本標準。舉一反三依次檢測齒輪齒數(shù)為80×25、50×2.5的齒輪。并對其進行調制處理軸組件的剛度驗算額定壽命由（3·20）式得:由此的得出，該設計軸承符合強度標準。3.7傳動系統(tǒng)的VI軸及軸上零件設計主軸的設計驗算1.主軸的設計原則:在進行零件加工時，符合一定的旋轉精確度；在長期使用時，具有充分的耐久和抗震能力；在長時間運轉時，不能超過規(guī)定的溫度；隨著時間的推移，以保持準確性。2.VI軸參數(shù)設計齒輪上的扭矩及受力分析：m取5估算軸徑：水平面及垂直面上的受力分析力：水平面：垂直面：軸承反力：齒輪所受彎矩：水平面：垂直面：總彎矩：校核軸的彎矩合成強度：引入軸截面引起的應力循環(huán)特性差異的系數(shù)，令，計算出:，根據(jù)以上計算，主軸的直徑為滿足設計條件，內徑：齒輪的驗算軸VI的最大轉速：傳遞總效率:傳遞功率:傳遞扭矩:校核齒輪齒數(shù)為58×2的齒輪：對其齒輪采用調質工藝。由（3·17）式、（3·18）式:，故符合標準。軸組件的剛度驗算在生產生活中，如果不是重載那么就沒有必要對其進行強度檢核，只需要對其進行簡單的剛度驗算就可以了。其額定壽命由公式（3·20）得:故軸承校核合格。第4章背輪設計目的在常規(guī)設計中，機床的所達到最高轉速為1400m/s。不過在金屬切削機床中，轉速越高切削效果越好，粗糙度就越低而相應的精確度就越高。如果說有兩個齒輪為減速輪，那么該齒輪的極限傳動比i=1/4。但是，如果采用背輪機構那么該齒輪極限降速傳動比i=1/4×1/4=1/16。由此可見其變速范圍為16級遠大于普通減速輪的極限速度范圍。所以，我決定采用背輪機構，以擴大主軸箱傳動系統(tǒng)的變速范圍。圖4背輪機構

第5章主軸箱熱管冷卻系統(tǒng)該機床主軸箱的冷卻系統(tǒng)由軸承套筒，冷卻器，風扇，冷凝管和相應接頭組成。冷凝管與冷卻器相連，由與金屬散熱性較好，所以冷卻器由金屬制成。為提高散熱效果，冷卻器中加裝風扇強制通風。這種冷卻系統(tǒng)的設計小巧實用、經濟實惠。而且，相應的增加了機床使用壽命，提高了零部件的加工精度。圖5主軸箱熱管冷卻系統(tǒng)主軸箱熱管冷卻系統(tǒng)是一個能量轉換的過程，由于主軸箱溫度的升高導致制冷劑液化或者汽化，同時會釋放出大量的熱，這些熱量通過散熱器和液流管散發(fā)到空氣中，制冷劑趨熱后溫度降低，再流入軸承套中，如此反復達到制冷效果。從而，避免了軸承因過熱而損壞。結論本次畢業(yè)設計是我們所有大學生在實踐中綜合應用學前知識的方法，這是我們向社會過渡的一個重要過程。通過傳達這種畢業(yè)理念，我深刻地意識到這一古老傳統(tǒng)的真正內涵。此間，本人參閱海量文獻，知識層面擴充受益匪淺?，F(xiàn)如今，已經奠定了基本的學識理論基礎。2019年10月，在與黃老師的交流探討下，擬定出我的論文題目，并得到黃老師的認定。編篡完開題報告后，便著手對論文進行策劃，面對浩如煙海的資料屬實有些不知所措。于是，我便準備了筆記，對于資料的搜尋面涵蓋了圖書館、互聯(lián)網包括向有關專業(yè)人士咨詢。學習的同時把有關知識點記錄下來，有利于我個人論文撰寫以及供后期參考。初期，我對論文進行了內容排布，大致確定了應該如何對其設計，同時表述些什么。如：該機床參數(shù)（軸、齒輪、V帶）的確定、傳動鏈和傳動圖、構思傳動方案。這使我的思路明晰起來，開始了接下來的創(chuàng)作。作為CA6140的主體的主軸箱，為其核心。該主軸箱的作用為：為材料加工成型提供所需動力；為材料工藝性供給旋轉精度及扭矩；有效改變進給量實現(xiàn)零件成型。主軸箱性能直接決定著機床的優(yōu)劣，所以自然要對其進行精準施策。設計過程中，我發(fā)現(xiàn)其計算公式繁多，零部件型號選擇復雜多變。本人秉承著深入淺出原則挑選零部件，根據(jù)計算數(shù)據(jù)自由選取。當然，考慮到經濟性，并沒有對材料過分執(zhí)著。隨著對設計的不斷延伸，逐步摸索出傳動軸的設計、選取及定位。使得我的論文大致成型。

隨著時間的推移，2020年4月中旬迎來了中期論文答辯，黃老師的指導使我受益不一而足。我在設計過程中的諸多不解之處，經過溝通，我茅塞頓開。例如：確定了我論文的寫作順序，不再是煩亂無章，規(guī)劃更為明朗，以至于能直接體現(xiàn)設計思路。傳動方案的巧妙構思，使得該機床適應性強、更為經濟化、并且運行穩(wěn)定。黃老師獨樹一幟的不吝教誨使我的論文煥然一新。我改進了插圖內容，改進了篇幅。刪繁就簡，取其精華，棄其糟粕。由于設計數(shù)據(jù)明確，在進行CAD繪制時又避免了制圖不完整標注尺寸不精確的缺陷。順便著手完成了V帶和齒輪的設計、選取和定位，及余下內容的構思設計。本設計所取得的成果：一、明確了該機床各項主要參數(shù)；如：軸、齒輪、v帶二、對于有關傳統(tǒng)設計的不足方面進行了創(chuàng)新改造。如：變頻電機、背輪結構、主軸箱冷卻系統(tǒng)三、以CAD圖紙的方式形象展示該設計內容淺談本次設計不足之處：由于本人才疏學淺，自然不能顧