1畢業(yè)設計(論文)說明書題 目：普通臥式車床主傳動系統(tǒng)的變速箱部件設計 系 別： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實 驗 研 究 ?工 程 設 計 ?工 程 技 術 研 究 ?軟 件 開 發(fā) ?應 用 研 究年 月 日摘 要隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。在搜索、查閱研究大量有關資料的基礎上，對機床自動化技術進行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統(tǒng)的設計。整個過程主要對C6140 車床主傳動進行設計。C6140 車床主傳動設計，主要包括三方面的設計，即：根據(jù)設計題目所給定的機床用途、規(guī)格、主軸極限轉速、轉速數(shù)列公比或級數(shù)，確定其他有關運動參數(shù)，選定主軸各級轉速值；通過分析比較，選擇傳動方案；擬定結構式或結構網(wǎng)，擬定轉速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機床類型和電動機功率，確定主軸及各傳動件的計算轉速，初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗算傳動件（傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承）的剛度、強度或壽命。最后，完成運動設計和動力設計后，要將主傳動方案“結構化” ，設計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側重進行傳動軸組件、主軸組件、變速機構、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設計。關鍵詞：C6140 車床；數(shù)控；傳動系統(tǒng)IAbstractWith the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe.CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme “structured“, design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design.Key words：lathe; CNC; transmission systemII目 錄摘 要 .IAbstract II目 錄 .III1 緒 論 11.1 數(shù)控技術的應用與發(fā)展 .11.1.1 數(shù)控機床與發(fā)展趨勢 .11.1.2 數(shù)控技術 .21.1.3 數(shù)控技術發(fā)展趨勢 .41.1.4 數(shù)控技術在機械工業(yè)中的進展 .61.2 數(shù)控 C6140 車床的工藝范圍及加工精度 71.2.1 工藝范圍 .71.2.2 加工精度 .71.3 本文的選題及主要研究內容 81.3.1 本文的選題 .81.3.2 主要研究內容 .82 主傳動系統(tǒng)參數(shù)計算 .92.1C6140 車床主參數(shù)和基本參數(shù) .92.2 擬定參數(shù)的步驟和方法 92.2.1 極限切削速度 Vmax、Vmin 92.2.2 主軸的極限轉速 .102.2.3 主電機功率—— 動力參數(shù)的確定 .102.2.4 確定結構式 11III2.2.5 確定結構網(wǎng) 112.2.6 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 112.3 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 123 傳動件的設計 133.1 帶輪的設計 133.2 傳動軸的直徑估算 153.2.1 確定各軸轉速 .163.2.2 傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 163.2.3 鍵的選擇 .173.3 傳動軸的校核 173.3.1 傳動軸的校核 .183.3.2 鍵的校核 .183.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 193.4.1 齒輪模數(shù)的確定： .193.4.2 齒寬的確定 .233.4.3 齒輪結構的設計 .243.5 帶輪結構設計 243.6 片式摩擦離合器的選擇和計算 253.7 齒輪校驗 283.7.1 校核 I 組變速組齒輪 .283.7.2 校核 II 組變速組齒輪 293.7.3 校核 III 組變速組齒輪 .313.8 軸承的選用與校核 323.8.1 各軸軸承的選用 .323.8.2 各軸軸承的校核 .32IV總結與展望 35參考文獻 36致 謝 .3701 緒 論1.1 數(shù)控技術的應用與發(fā)展1.1.1 數(shù)控機床與發(fā)展趨勢（1）數(shù)控機床：1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6 年后，即在 1952 年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。①數(shù)控（NC）階段（1952～1970 年）早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭“ 成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC） ，簡稱為數(shù)控（NC ） 。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即 1952 年的第一代--電子管；1959 年的第二代--晶體管；1965 年的第三代-- 小規(guī)模集成電路。②計算機數(shù)控（CNC）階段（1970 年～現(xiàn)在） 到 1970 年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC）階段（把計算機前面應有的“ 通用“兩個字省略了） 。到 1971 年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件-- 運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR） ，又可稱為中央處理單元（簡稱 CPU） 。到 1974 年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控） ，不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。 到了 1990 年，PC 機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階1段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段?？傊?，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970 年的第四代--小型計算機；1974 年的第五代--微處理器和 1990 年的第六代-- 基于 PC（國外稱為 PC-BASED） 。還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即 CNC）了，而我國仍習慣稱數(shù)控（NC ） 。所以我們日常講的“數(shù)控“ ，實質上已是指“計算機數(shù)控“ 了。1.1.2 數(shù)控技術隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展，機床數(shù)控技術有了長足的進步。近幾年一些相關技術的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進給伺服、超高速切削等技術的發(fā)展，以及對機械產(chǎn)品質量的要求越來越高等，加速了數(shù)控機床的發(fā)展。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。① 高速高效高精度高生產(chǎn)率。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進，主軸轉速和進給速度大大提高，減少了切削時間和非切削時間。加工中心的進給速度已達到 80m/min～120m/min，進給加速度達 9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時間小于 1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數(shù)量級通常為 10 μm，對精密零件要求為 1 μm，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對精度要求提高到 0.1 μm，有些零件甚至已達到 0.01 μm，高精密零件要求提高機床加工精度，包括采用溫度補償?shù)取ＮC電加工，其加工零件尺寸大小一般在 1mm 以下，表面粗糙度為納米數(shù)量級，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機床。②柔性化柔性化包括兩個方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是 DNC 系統(tǒng)的柔性，同一 DNC 系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮 DNC 系統(tǒng)的效能。③工藝復合化和多軸化數(shù)控機床的工藝復合化，是指工件在一臺機床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或旋轉工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機床，可完成鉆、鏜、銑、擴孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的2復合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術的進步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。④ 實時智能化早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能，則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)與人工智能已實現(xiàn)相互結合，人工智能正向著具有實時響應的更加復雜的應用領域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。⑤ 結構新型化20 世紀 90 年代一種完全不同于原來數(shù)控機床結構的新型數(shù)控機床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控機床被稱為“6 條腿”的加工中心或稱虛擬軸機床(有的還稱為并聯(lián)機床)，它能在沒有任何導軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮的“6 條腿”(伺服軸)支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結構復雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高 2～10 倍。這種數(shù)控機床的出現(xiàn)將給數(shù)控機床技術帶來重大變革和創(chuàng)新。⑥ 編程技術自動化隨著數(shù)控加工技術的迅速發(fā)展，設備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補手工編程和 NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設計(CAD)軟件為基礎，首先形成零件的圖形文件，然后再調用數(shù)控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內外先進的 CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的3圖形交互式軟件有 Master CAM、Cimatron、Pro/E 、UG、CAXA、Solid Works、CATIA 等。⑦ 集成化數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運行速度，應用平板顯示技術可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與 CRT 顯示器抗衡的新興顯示器，是 21 世紀顯示器主流。它應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格、改進性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。⑧ 開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結構，便于裁減、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、多媒體技術、網(wǎng)絡技術、CAD/CAM 、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡化。1.1.3 數(shù)控技術發(fā)展趨勢（1）數(shù)控技術裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)” 。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自4己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域:(1) 機械制造技術;(2) 信息處理、加工、傳輸技術;(3) 自動控制技術 ;(4)伺服驅動技術:(5)傳感器技術:(6)軟件技術等。（2）數(shù)控技術的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT 、汽車、輕工、醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。①高速、高精加工技術是裝備的新趨勢效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會(CIRP) 將其確定 21 世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國 CINCINNAT 工公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為 100m/min，加速度達 2g，主軸轉速已達 60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通5銑床加工需 8h;德國 DMG 公司的雙主軸 C6140 車床的主軸速度及加速度分別達12000r/mm在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 l0um 提高到 5} m，精密級加工中心則從 3}5um，提高到 1 一 1.5}m，并且超精密加工精度已開始進入納米級。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值己達 6000h 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。②智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等; 簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。③數(shù)控設備更注重安全性、操作性數(shù)控設備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。1.1.4 數(shù)控技術在機械工業(yè)中的進展近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。2001 年國內數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達 1. 8 萬臺，比上年增長 28. 5%，機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2000 年的 17. 4%提高到 2001 年的 22. 7%。2001 年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值己進入世界第 5 名，機床消費額在世界排名上升到第 3 位，達 47. 39 億美元，僅次于美國的 53. 67 億美元，消費額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 24. 06 億美元，比上年增長 27％。6近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控 C6140 車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。1.2 數(shù)控 C6140 車床的工藝范圍及加工精度1.2.1 工藝范圍數(shù)控 C6140 車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等回轉體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。1.2.2 加工精度由于數(shù)控 C6140 車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控C6140 車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通 C6140 車床要寬得多。1.精度要求高的回轉體零件由于數(shù)控 C6140 車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車代磨。2.表面粗糙度要求高的回轉體零件數(shù)控 C6140 車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控 C6140 車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。3.輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的回轉體零件由于數(shù)控 C6140 車床具有直線和圓弧插補功能，部分 C6140 車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的回轉體零件。4.帶特殊螺紋的回轉體零件普通 C6140 車床所能車削的螺紋類型相當有限，它只能車等導程的直、錐面公、7英制螺紋，而且一臺 C6140 車床只能限定加工若干導程的螺紋。而數(shù)控 C6140 車床不但能車削任何等導程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。1.3 本文的選題及主要研究內容1.3.1 本文的選題1、根據(jù)要求設計 C6140 混合雙公比 C6140 車床主傳動系統(tǒng)；2、要求設計 C6140車床主軸最高輸出轉速 nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉速 nmin=42.5r／min，電動機的額定功率 P=5.5KW，電動機的輸出轉速 n=1440r／min，分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉速段和高轉速段的公比為 φ1=1.26，中間轉速段公比為 φ2 =1.58。1.3.2 主要研究內容1、根據(jù)機床設計的一般原則對主傳動系統(tǒng)進行設計；2、結構式和轉速圖設計；3、主傳動系統(tǒng)圖繪制；4、齒輪嚙合動力學分析和運動仿真。82 主傳動系統(tǒng)參數(shù)計算2.1C6140 車床主參數(shù)和基本參數(shù)C6140 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：最高輸出轉速 nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉速 nmin=42.5r／min，電動機的額定功率 P=5.5KW，電動機的輸出轉速 n=1440r／min，分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉速段和高轉速段的公比為 φ1=1.26，中間轉速段公比為 φ2 =1.58。正轉最低轉速nmin( )mir正轉最高轉速Nmax( )inr電機功率N（kw）42.5 1440 5.52.2 擬定參數(shù)的步驟和方法2.2.1 極限切削速度 Vmax、Vmin根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：允許的切速極限參考值如下：表 2.1加 工 條 件 Vmax(m/min) Vmin(m/min)硬質合金刀具粗加工鑄鐵工件 30～50硬質合金刀具半精或精加工碳鋼工件150～300螺紋加工和鉸孔 3～8根據(jù)【1】 公式（3-2）因為已知 ， 78P 6.105.423minax??R???znR?公比 1=1.26 公比 2=1.58??式 Z= +1lgnR有上式當 1=1.26 時 Z1=16，Z2=9而取Z=12. 這樣使得設計的轉速在采用雙公比時有相應的級數(shù)空隙轉速。92.2.2 主軸的極限轉速在通用機床上，每級轉數(shù)使用的機會不大相同，經(jīng)常使用的轉速一般是在轉速范圍的中段，轉速范圍的高、低段使用較少，雙公比傳動就是針對這一情況而設計。主軸的轉速數(shù)列有兩個公比，轉速范圍中經(jīng)常使用的中段采用小公比，不經(jīng)常使用的高、低段用大公比。經(jīng)調整后的結構式為：12=2×3X2，在高低段出現(xiàn)4個轉速空檔。根據(jù)主變速傳動系統(tǒng)設計的一般原則：傳動副前多后少原則、傳動順序與擴大順序相一致的原則、變速組的降速要前慢后快和中間軸的轉速不宜超過電動機的轉速的原則，可知，傳動線要前密后疏，依次來安排各變速組的傳動順序。最終繪制的轉速圖見圖1，按照主傳動轉速圖以及齒輪齒數(shù)繪制的主傳動系統(tǒng)圖見圖2。2.2.3 主電機功率——動力參數(shù)的確定合理地確定電機功率 N，使機床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。根據(jù)題設條件電機功率為 5.5KW10可選取電機為 Y132S-4：額定功率為 5.5KW，滿載轉速為 1440r/min.2.2.4 確定結構式已知 Z= x3b2aa、b 為正整數(shù)，即 Z 應可以分解為 2 和 3 的因子，以便用 2、3 聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)變速。對于 Z=12 可按 Z=12 分解為：Z=2 5×32×26。2.2.5 確定結構網(wǎng)根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案Z=25×32×26。,易滿足要求，2.2.6 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）選擇電動機：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉速圖：（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 2-113：1-2 軸最小中心距：A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin(Zmax+2+D/m)2.3 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20,m 4??圖 3-3 主傳動系統(tǒng)圖（7）齒輪齒數(shù)的確定。變速組內取模數(shù)相等，據(jù)設計要求 Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表 4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒12數(shù)如表 2-2。3 傳動件的設計3.1 帶輪的設計三角帶傳動中，軸間距 A 可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結構簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。電動機轉速 n=1440r/min,傳遞功率 P=5.5kW,傳動比i=1440/850=1.69，假設兩班制，一天運轉 16 小時，工作年數(shù) 10 年。(1)、選擇三角帶的型號由濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 表 8-7 工作情況系數(shù) 查的共況系數(shù)156PAK=1.2。故根據(jù)濮良貴主編 《機械設計》( 第八版) 公式（8-21）AK 156)(.652.1kWPKAca???式中 P--電動機額定功率， --工作情況系數(shù) AK因此根據(jù) 、 由濮良貴主編 《機械設計》( 第八版) 圖 8-11 普通 V 帶輪型圖選ca1n 157P用 A 型。(2)、確定帶輪的基準直徑 ，?D?帶輪的直徑越小帶的彎曲應力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑 不宜過?D小，即 。查濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 表 8-8、圖 8-11 和 表minD?? 157P15P8-6 取主動小帶輪基準直徑 =125?由濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 公式(8-15a) 150P?????12nD式中：-小帶輪轉速， -大帶輪轉速， -帶的滑動系數(shù)，一般取 0.02。?n?n?13∴ ，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)mD5.207).1(258042 ????表 8-8 取圓整為 212mm。157P(3)、驗算帶速度 V，按濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 式（8-13 ）驗算帶的速度150P42.910625106?????nd∵ ，故帶速合適。smvs35?(4)、初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內選取： 根據(jù)濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 經(jīng)驗公式（ 8-20）152P)(2)(7.01021DAD???取 =600mm.(5)、三角帶的計算基準長度 ?L由濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 公式（8-22 ）計算帶輪的基準長度158P????0221042ADAL????20 153.4657.93m????由濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 表 8-2，圓整到標準的計算長度 146P18Lm?(6)、驗算三角帶的撓曲次數(shù)，符合要求。 01.340svuL??次(7)、確定實際中心距 A按濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 公式（8-23 ）計算實際中心距158P006072642m???????（ ）(8)、驗算小帶輪包角 1?14根據(jù)濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 公式（ 8-25）158P，故主動輪上包角合適。OOoAD209.73.518012 ??????(9)、確定三角帶根數(shù) Z根據(jù)濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 式（8-26 ）得158P0calpzk????查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 表 8-4d 由 i=1.8 和 得153 min140rn?= 0.15KW,0p查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 8-5， =0.98；查表濮良貴主編《機械設k?計》( 第八版)表 8-2，長度系數(shù) =1.01lk39.401.98)15.092.(????Z∴取 根5(10)、計算預緊力查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 8-3，q=0.1kg/m由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)式（8-27） 20)5.2(qvkvZpFca????其中： -帶的變速功率,KW；cav-帶速,m/s；q-每米帶的質量，kg/m；取 q=0.1kg/m。v = 1440r/min = 9.42m/s。NF 82.1564.90)98.52(4.90520 ??????⑾、計算作用在軸上的壓軸力ZQ 26.153.7sin2.1562sin10???傳動比查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 表 8-4a 由 和152PmD125?15得 = 1.92KW min140rn?0p3.2 傳動軸的直徑估算傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。3.2.1 確定各軸轉速 ⑴、確定主軸計算轉速：計算轉速 是傳動件能傳遞全部功率的最低轉速。各傳動件jn的計算轉速可以從轉速圖上，按主軸的計算轉速和相應的傳動關系確定。根據(jù)【1】表 3-10，主軸的計算轉速為 min/r5826.154n313zmi ??????j⑵、各變速軸的計算轉速： ①軸Ⅲ的計算轉速 為 212r/min；3j②軸Ⅱ的計算轉速 為 335r/min；2jn③軸Ⅰ的計算轉速 為 850r/min。1j⑷、核算主軸轉速誤差∵ min/14.5736/245/9/324/640 rn ?????實mi/12r標∴ %.102)157(%)( ????標 標實 n所以合適。3.2.2 傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑根據(jù)【5】公式（7-1） ， ，并查【5】表 7-13 得到 取 1.??mnPdj491?????16①Ⅰ軸的直徑：取 min/80,96.11rnj????ndj 3.2.5.5944???②Ⅱ軸的直徑：取 min/40,92.0.908.12 rnj?????mndj 61.34259.514 ????③Ⅲ軸的直徑：取 in/0,890323 rnj????ndj 25.4615.9.5144 ????其中：P-電動機額定功率（kW） ；-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；?-該傳動軸的計算轉速（ ） ；jnminr-傳動軸允許的扭轉角（ ） 。???o當軸上有鍵槽時，d 值應相應增大 4～5%;當軸為花鍵軸時，可將估算的 d 值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d 需乘以計算系數(shù) b，b 值見【5】表 7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：， 和 在后文給定， 軸采用光軸， 軸和 軸因為要安裝滑移齒輪m30????d???所以都采用花鍵軸。因為矩形花鍵定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按 規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表 5-3-19874?TGB30 的矩形花鍵的基本尺寸系列， 軸花鍵軸的規(guī)格 ；? 742368??為BDdN軸花鍵軸的規(guī)格 。? 842??為BDdN④各軸間的中心距的確定：；)(162)58(2)(1 mmzd?????；7??；)(08.4.15cos)6(oV??173.2.3 鍵的選擇查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 6-1 選擇軸 上的鍵，根據(jù)軸的直徑?，鍵的尺寸選擇 ，鍵的長度 L 取 22。主軸處鍵的選擇30~2?d 78?取鍵 高鍵 寬 hb同上，鍵的尺寸為 ，鍵的長度 L 取 100。162?取鍵 高鍵 寬3.3 傳動軸的校核需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通常可驗算傳動軸中點處撓度（誤差%3）.當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑 進1d行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑 或當量直徑 。一般將軸化為集中載荷下的1d2d簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表 7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加。3.3.1 傳動軸的校核①Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 NdTF mnPr 7.153)012/(86/2 860/9.905.96???? ???最大撓度： ????mEIbl3 4349222max1068. 10647.583????????18;6.39740614.;24mdII MPaEE?????軸 的 ；材 料 彈 性 模 量 ；式 中 ；查【1】表 3-12 許用撓度 ； ??y12。??所 以 合 格,yYB?②Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。3.3.2 鍵的校核鍵和軸的材料都是鋼，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 6-2 查的許用擠壓應力 ,取其中間值， 。鍵的工作長度MPap120~][?? MPap10][??，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度mbLl 68?。由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)式（6-1）可得hk5.37.5.0? PaPakldT pp 10][3.10216.203 ???????式 中 ： ；】 表鍵 【，弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應 力鍵 、 軸 、 輪 轂 三 者 中 最；鍵 的 直 徑 ， ；為 鍵 的 寬 度 ，為 鍵 的 公 稱 長 度 ，， 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 ， 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉 矩 264,][ ,,,5.0,;,p ?????? MPamd mbmLbll hkkN?可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為： 20319680??TGB鍵3.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核3.4.1 齒輪模數(shù)的確定：齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時，選擇負荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強度和齒輪彎曲疲勞強度條件按【5】表7-17 進行估算模數(shù) 和 ，并按其中較大者選取相近的標準模數(shù)，為簡化工藝變速HmF傳動系統(tǒng)內各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過 2～3 種模數(shù)。先計算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動，查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 10-8 齒輪精度選用 7 級精度，再由濮良貴主編《機械設19計》( 第八版)表 10-1 選擇小齒輪材料為 40C (調質)，硬度為 280HBS：r根據(jù)【5】表 7-17；有公式：①齒面接觸疲勞強度：32)1(1602???HPjmHznK??②齒輪彎曲疲勞強度：34FPjFz⑴、a 變速組：分別計算各齒輪模數(shù)，先計算最小齒數(shù) 28 的齒輪。①齒面接觸疲勞強度： 32)1(1602???HPjmHznK??其中: -公比 ； = 2；?P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.96 7.5=7.2KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允接觸應力 ， 由【5】圖 7-6 按 MQ 線查取;HP?lim9.HP?li-計算齒輪計算轉速;jnK-載荷系數(shù)取 1.2。=650MPa，limH?MPaPaHP589.065???∴ m14.302.71123 ???根據(jù)【6】表 10-4 將齒輪模數(shù)圓整為 4mm 。① 齒輪彎曲疲勞強度： 34FPjmFznK???其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.96 7.5=7.2KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允齒根應力 ， 由【5】圖 7-11 按 MQ 線查FP?lim4.FPli??；-計算齒輪計算轉速; jnK-載荷系數(shù)取 1.2。20，MPaF30lim??∴ FP42.1?∴ m1.87431?根據(jù)【6】表 10-4 將齒輪模數(shù)圓整為 2.5mm ?！?所以1FHm?41?于是變速組 a 的齒輪模數(shù)取 m = 4mm，b = 32mm。軸Ⅰ上主動輪齒輪的直徑：。；； ddaa 14035128421 ????軸Ⅱ上三聯(lián)從動輪齒輪的直徑分別為：；； aa 9656'2'1⑵、b 變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計算最小齒數(shù) 18 的齒輪。① 齒面接觸疲勞強度： 32)1(10???HPjmHznK??其中: -公比 ； =4；?P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.922 7.5=3.915KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允接觸應力 ， 由【5】圖 7-6 按 MQ 線查取;HP?lim9.HP?li-計算齒輪計算轉速;jnK-載荷系數(shù)取 1.2。=650MPa，limH?∴ MPaPaP589.065???∴ mH 24.50213.632 ???根據(jù)【6】表 10-4 將齒輪模數(shù)圓整為 5mm 。② 齒輪彎曲疲勞強度： 34FPjmFznK???其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.922 7.5=3.915KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b21-齒輪許允齒根應力 ， 由【5】圖 7-11 按 MQ 線查??；FP?lim4.1FP??li-計算齒輪計算轉速; jnK-載荷系數(shù)取 1.2。，MaF30lim?∴ PPFP42.1??∴ m01.38956432 ??根據(jù)【6】表 10-4 將齒輪模數(shù)圓整為 3mm ?！?所以2FHm?52于是變速組 b 的齒輪模數(shù)取 m = 5mm，b = 40mm。軸Ⅱ上主動輪齒輪的直徑：mddd bbb 254;150390185 32 ??????；軸Ⅲ上三聯(lián)從動輪齒輪的直徑分別為： mmbbb 63672'3'2'1 ；；⑶、c 變速組：為了使傳動平穩(wěn)，所以使用斜齒輪，取 ，螺旋角 。n5?o14??計算中心距 a， )(3.27814cos2)6(cos)(21zn?????∴圓整為 280mm。修正螺旋角 ，? oz 42.15802)6(ars2805)(ars1 ??因 值改變不多，所以參數(shù) ， ， 等值不必修正。???KHZ所以軸Ⅲ上兩聯(lián)動主動輪齒輪的直徑分別為：mdmd ococ 4.372.15s1.42.15s2????；軸Ⅳ上兩從動輪齒輪的直徑分別為：。； ococ 2.1864.s06.4.s86'2'1⑷、標準齒輪參數(shù)： **2h105???度 ， ，22從【7】表 5-1 查得以下公式齒頂圓直徑 ； mhzdaa)2+(=*1齒根圓直徑 ；cf ???分度圓直徑 ；z齒頂高 ；ha*=齒根高 ； mcf)+(齒輪的具體值見表表 3.1 齒輪尺寸表 （單位：mm）齒輪 齒數(shù)z模數(shù) nm分度圓直徑 d齒頂圓直徑 a齒根圓直徑 fd齒頂高 ah齒根高 f⒈ 24 4 96 104 86 4 5⒉ 60 4 240 248 2304 4 5⒊ 47 4 188 196 178 4 5⒋ 37 4 148 156 138 4 5⒌ 34 4 136 144 126 4 5⒍ 54 4 216 224 206 4 5⒎ 44 4 176 184 166 4 5⒏ 44 4 176 184 166 4 523⒐ 25 4 100 108 90 4 5⒑ 63 4 252 260 242 4 5⒒ 53 4 212 220 202 4 5⒓ 42 4 168 176 158 4 5⒔ 23 4 92 100 82 4 5⒕ 72 4 288 296 278 4 53.4.2 齒寬的確定由公式 得：)10~5(?mb?①Ⅰ軸主動輪齒輪 ；3248??②Ⅱ軸主動輪齒輪 ；?③Ⅲ軸主動輪齒輪 ；b0??一般一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設計上，應主動輪比從動輪齒寬大（5～10mm） 。所以： ， ，mb321?mb243?， ，40765 1098， 。121433.4.3 齒輪結構的設計通過齒輪傳動強度的計算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結構形式及尺寸大小，通常都由結構設計而定。當齒頂圓直徑 時，可以做成實心式結構的齒輪。當mda160?時，可做成腹板式結構，再考慮到加工問題，現(xiàn)決定把齒輪16050amd?8、12 和 14 做成腹板式結構。其余做成實心結構。根據(jù)濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖 10-39（a）