CA6140型车床螺纹进给传动系统数字化建模设计

第 1 页 共 46 页摘要CA6140 型普通车床广泛应用于现代机械制造加工领域各方面，是产量最大、使用最广的机床。分析 CA6140 型普通车床的传动系统时，应根据被加工工件的形状确定机床需要那些运动，实现各个运动的执行件和运动源是什么，进而分析机床需要有那些传动链。首先找到传动链所联系的两个端件（运动源和某一执行件，或者一个执行件和另一个执行件） ，然后按照运动传递顺序从一个端件向另一个端件依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系，查明该传动链的传动路线以及变速，换向，接通和断开的工作原理。CA6140 车床包括以下几个传动链：主运动传动链、车螺纹传动链、机动进给运动传动链和刀架快速运动传动链。近几年来，CA6140 车床的各项技术发展较快，唯有进给机构变化较小，研究车床进给传动系统对于开发出性能价格比更好、适销对路的车床具有重要意义。关键词：车床、车螺纹、变速系统、传动系统。第 2 页 共 46 页目录摘要 .2目录 .3第一章 绪论 .41.1 CA6140 车床简介 .41.2 CA6140 车床车螺纹传动链概述 .9第二章 螺纹进给传动系统设计 .112.1 螺纹进给传动机构 .112.2 确定螺纹进给传动系统齿数比 .162.3 增倍机构及移换机构设计 .172.4 螺纹进给传动系统工作过程 .202.5 车削圆柱面和端面工作过程 .28第三章 螺纹进给传动系统主要零部件的设计及校核 .293.1 轴的设计和布置 .293.2 轴上轴承的选择及密封润滑方式的选择 .313.3 齿轮强度校核的方法 .333.4 齿轮的强度校核 .37总结与展望 .41致谢 .43参考文献 .44第 3 页 共 46 页第一章 绪论1.1 CA6140 车床简介车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥表面、成型回转表面等） ，回转体的端面、螺纹等，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、螺杆，车削定型表面，并可用钻头、铰刀等进行加工。车床的类型很多，主要有卧式车床、立式车床、转塔车床和仿形车床等。卧式车床主要由床身、主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、光杠和丝杠等部分组成，如图 3-1 所示。车床的主运动为工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转，其承受车削加工时的主要切削功率。车削加工时，应根据被加工工件材料、刀具种类、工件尺寸、工艺要求等来选择不同的切削速度。这要要求主轴能在相当大的范围内调速，对于卧式车床，调速范围一般大于 70。车削加工时，一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乞乱扣，要反转退刀，再纵向进刀继续加工，这就要求主轴具有正、反转。车床的进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向直线运动。其运动方式有手动或机动两种。加工螺纹时，工件的旋转速度与刀具的进给速度应有严格的比例关系。为此，车床溜板箱与主轴箱之间通第 4 页 共 46 页过齿轮传动来连接，而主运动与进给运动由一台电动机拖动。车床的辅助运动有刀架的快速移动，尾架的移动以及工件的夹紧与放松等。车床通常由一台主电动机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具进给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等，常采用单独电动机驱动。不同型号的车床，其主电动机的工作要求不同，因而由不同的控制电路构成，但是由于卧式车床运动变速是由机械系统完成的，且机床运动形式比较简单，因此相应的控制电路也比较简单。普通车床的运动形式主要有两种：一种是主运动，是指安装在主轴箱中的主轴带动工件的旋转运动；另一种是进给运动，是指溜板箱带动溜板和刀架带动刀具的直线运动。刀具安装在刀架上，与溜板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的传动和溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，使得需停车时不易立即停止转动，因而必须有停车制动的功能。较好的停车制动是采用电气制动。在加工的过程中，还需提供切削液，并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动。CA6140 车床型号的意义如下：CA6140 为我国自行设计制造的新型号普通车床，其主要结构及运动形式具有性能优越、结构先进、操作方便和外形美观等优点。下图是 CA6140 型普通车床的外形图。第 5 页 共 46 页CA6140 型普通车床外形图主轴箱；纵溜板；横溜板；转盘；方刀架；小溜板；尾座；床身；右床座；光杠；丝杠；溜板箱；左床座；进给箱；挂轮架；操纵手柄CA6140 型普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。车床的切削运动包括卡盘带动工件旋转的主运动和刀具的直线进给运动。车削速度是指工件与刀具接触点的相对速度。根据工件的材料性质、车刀材料及几何形状、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴有不同的切削速度。主轴变速是由主轴电动机经皮带传递到主轴变速箱来实现的。CA6140 型车床的主轴正转速度有 24 种（101400r/min） ，反转速度有 12 种（141580r/min） 。车床的进给运动是刀架带动刀具的直线运动。溜板箱把丝杠或光杠的转动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车刀做纵向或横向进给。车床的辅助运动为机床上除切削运动以外的其他一切必需的运动，如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。车床工作时，绝大部分功率消耗在主轴运动上，因此对电力拖动的控制提出以下要求： 主拖动电动机从经济性、可靠性考虑，一般选用笼型三相异步电动机，不进行电气调速（为满足调速要求，采用机械变速） 。 采用齿轮箱进行机械有级调速。为减小振动，主拖动电动机第 6 页 共 46 页通过几条三角皮带将动力传递到主轴箱。 为车削螺纹，主轴要求有正、反转。其正、反转的实现，可由主拖动电动机正、反转或采用机械方法来达到目的。对小型普通车床，一般采用电动机正、反转控制；对于中型普通车床（主拖动电动机容量较大） ，主轴正、反转则一般采用多片磨擦离合器来实现（电动机只作单向旋转） 。 主拖动电动机的启动、停止采用按钮操作。一般中小型电动机均采用直接启动（当电动机容量较大时，常用 减压起动） 。Y停车时为实现快速停车，一般采用机械或电气制动。 刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹加工的需要。这由机械传动保证，对电气方面无任何要求。 车削加工时，刀具及工件温度过高，有时需用冷却液进行冷却，因而应该配有冷却泵电动机拖动冷却泵输出冷却液，且冷却泵电动机与主轴电动机有着联锁关系，即要求在主拖动电动机启动后，冷却泵方可选择启动与否，而当主拖动电动机停止时，冷却泵应立即停止。为实现溜板箱的快速移动，由单独的快速移动电动机拖动，采用点动控制。必须有过载、短路、失压和欠压保护。具有安全可靠的局部照明和信息指示装置。第 7 页 共 46 页CA6140 型卧式车床的主要技术参数如下表所示。CA6140 型卧式车床的主要技术参数项目 单位 技术参数 项目 单位 技术参数在床身上 mm 400 主轴内孔锥度 6 号在刀架上 mm 210 主轴转速范围 r/mm101400 （24级）最大加工直径棒料 mm 46 纵向 mm/r 0.286.33（64 级）最大加工长度 mm 650、900、1400、1900进给量范围横向 mm/r 0.0143.16（64 级）中心高 mm 205 公制 mm 1192（44 种）顶尖距 mm 750、1000、1500、2000 英制 牙/in 224（ 20 种）纵向 mm 650、900、1400、1900 模数 mm 0.25 48（39种）横向 mm 320加工螺纹范围径节 牙/in 197（ 37 级）刀架最大行程刀具溜板 mm 140 主电机功率 kW 7.5第 8 页 共 46 页1.2 CA6140 车床车螺纹传动链概述为了便于了解和分析机床的传动情况，通常要应用传动系统图。传动系统图是指将传动原理图所表达的传动关系用一种简单的示意图表达出来的图形。传动系统图一般画在一个能反映机床外形和各主要部件相互位置的投影面上，并尽可能绘制在机床外形的轮廓线内。在图中，各传动元件是按照运动传递的先后顺序以展开图的形式画出来的。对于展开后失去联系的传动副，要用大括号或虚线连接起来，以表示它们的传动联系。在图中还须标出齿轮及涡轮的齿数、带轮直径、丝杠的导程和头数、电动机的转速和功率以及传动轴的编号等。分析传动系统时应先找到传动链的两个末端件，然后按照运动传递或联系顺序，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系。CA6140 型卧式车床的传动系统有主运动、进给运动和辅助运动等运动。其中，主运动是工件的旋转运动；进给运动有一般进给运动和螺纹进给运动两种，一般进给运动包括刀具的横向进给运动和纵向进给运动，螺纹进给运动是由工件与刀具组成的复合进给运动；辅助运动有刀架的快速移动等。由于 CA6140 型卧式车床的三种运动，相应的传动链有主运动传动链、进给运动传动链和快速移动传动链等，本文重点介绍进给运动传动链。车 削 圆 柱 面 和 端 面 时 ， 进 给 运 动 传 动 链 是 外 联 系 传 动 链 ， 进 给量 以 主 轴 每 旋 转 一 周 刀 架 的 移 动 量 计 算 ； 车 螺 纹 时 ， 进 给 运 动 传 动链 是 内 联 系 传 动 链 ， 主 轴 每 旋 转 一 周 刀 架 的 移 动 量 应 等 于 加 工 螺 纹的 导 程 。 因 此 ， 分 析 进 给 运 动 传 动 链 时 ， 一 般 把 主 轴 和 刀 架 作 为 其两 个 末 端 件 。运 动从主轴传至进给箱后，从进给箱传出的运动分为两条路线：一条路线是经丝杠 XIX 和溜板箱带动刀架纵向运动，这是车削螺纹传动链；另一条路线是经光杠 XX 和溜板箱带动刀架作纵向或横向的机动进给，这是进给传动链。第 9 页 共 46 页车螺纹时，主轴和刀架之间有严格的运动关系，传动链属于内联系传动链；车圆柱面和端面时，主轴和刀架之间无严格运动关系，属于外联系传动链。CA6140 的螺纹进给传动链任务：保证机床可车削公制、英制、模数和径节制四种标准螺纹；还可以车削大导程（螺距） ；非标准；较精密的螺纹。 这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。螺纹种类 螺距参数 螺距/mm 导程公制 螺距 P/mm P L=kP模数制 模数 m/mm mkmL英制 每英寸牙数 a/(牙*in-1) a/4.25a/4.25径节制 径节 DP/（牙*in-1） DPDP/.DPkL/.卧式车床传统的进给传动主要有双轴滑移和三轴滑移两种形式。所谓双轴滑移和三轴滑移都是针对进给箱的基本组而言。无论是双轴滑移和三轴滑移都有各自的优点，双轴滑移进给传动的优点是: 结构可靠, 操纵较方便, 螺纹种类齐全。缺点是: 基本组操纵机构复杂, 制造、装配比较困难; 传动件数量较多。三轴滑移进给传动的优点是: 用少量的齿轮就可以得到较多的传动比, 加工公制和英制螺纹时不必变换主、被动轴, 构造简单, 传动链刚性好。缺点是: 螺纹种类相对较少; 操纵机构复杂, 如将两只双联滑移齿轮集中操纵, 设计上难度大, 如分开操纵, 操作不方便, 且需要两套操纵机构, 成本也较高。双轴滑移、三轴滑移进给传动系统中, 一些特殊的英制螺纹利用搭配挂轮来实现。第 10 页 共 46 页第二章 螺纹进给传动系统设计2.1 螺纹进给传动机构CA6140 型卧式车床进给箱又叫走刀箱，它固定在床身左前面，内装有进给变速机构，用来变换进给量和各种螺纹的导程，进给运动链使刀架实现纵向或横向的进给运动及变速换向。进给链从主轴起经换向机构、挂轮、进给箱，再经光杠或丝杠，溜板箱最后至纵溜板或横溜板。电动机 主换向机构 主轴 刀 架车 纵图 1-1 CA6140 普通车床传动原理图普通车床的特有功能是车削一定范围内的各种螺纹，要求进给传动链的变速机构能严格准确地按照标准螺距数列来变化。所以普通车床进给传动链的变速机构（包括挂轮和进给箱的变速机构）主要是依据各种螺纹的标准螺距数列的有要求，同时兼顾到以便车削的进给量范围来设计的。车螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确移动被加工螺纹一个导程的距离，螺纹进给传动链的运动平衡式是： 丝主 轴丝主 轴 SiilSulPmac其中：u 为从主轴到丝杠之间的总传动比S 丝 为机床丝杠的导程，CA6140 型车床的 S=12mmP 为被加工螺纹的导程ic,为传动链中固定传动比ia为挂轮传动比挂轮 进给换向机构丝杠 螺母进给箱变速机构 转换机构光杠 转换机构第 11 页 共 46 页iu进给箱传动 m 机构传动比。CA6140 型车床具有切削公制螺纹、英制螺纹、模数螺纹和径节螺纹的功能。对于公制螺纹，公制螺纹是我国常用的螺纹，国标中对标准螺距已经作规定：标准米制螺纹导程 1 1.25 1.51.75 2 2.25 2.5 33.5 4 4.5 5 5.5 67 8 9 10 11 12其螺距数列特点是：A、螺纹螺距为分段等差数列B、段与段之间成倍数关系车削公制螺纹时，进给箱中的离合器 M3、M4 脱开，M5 接合。此时，运动由主轴经齿轮 ,轴至轴间左右螺纹换向机构，挂58轮 ， ，然后再经齿副 间的751063传 至 进 给 箱 的 轴 3625， 轴滑移齿轮变速机构（基本螺距机构） ，齿轮副 ，传至轴，接下去再经轴-间的两组滑移齿轮变速机构（增倍机构）和离合器 M5 传动丝杠旋转。合上溜板箱中的开合螺母，使其与丝杠啮合，便带动刀架纵向移动。车公制螺纹时已有传动链的传动路线表达式如下： （ 刀 架 ）丝 杠主 轴倍 基XVIM-Iu- XV2536-IuXI3625-I7106-3258 U 基为轴-间变速机构的可变传动比，共 8 种：21364092836、基 即：第 12 页 共 46 页75.6281基u728基u7823基u792364基u945基 1046基 17基 18基它们近似按照等差数列的规律排列，上述变速机构是获得各种导程的基本机构，故通常称其为基本螺距机构，或称基本组。U 倍为轴-间变速机构的可变传动比，共 4 种：128351倍u2183542倍u14853倍u815倍u它们按照倍数关系排列，这个变速机构用于扩大机床车削螺纹导程的种数，一般称其为增倍机构或增倍组。根据传动系统图或者传动链的传动路线表达式，可得出车削公制螺纹时的运动平衡式如下： 1253623657103581 倍基（ 主 轴 ） uuL将上式简化后得：倍基L选择 u 基 u 倍 之值，就可以得到各种标准米制螺纹的导程。根据u 基 u 倍 的最大值可知，CA6140 型卧式车床能加工米制螺纹的最大导程为 12mm。当需要车削导程更大的螺纹时，可使用扩大螺距传动路线。将 u 基和 u 倍的数值列如上式，可得 32 种导程值，其中符合标准的只有 20 种。在通常使用中的四种螺纹的螺距值之间有如下关系：公制和英制螺纹及模数和径节螺纹之间的倒数关系和特殊因子为 25.4；公制和模数螺纹及英寸和径节螺纹之间特殊因子为 。上述倒数关系和特殊因子 25.4 及 的关系都要在设计切螺纹系统时给予解决。现将车床上这四种螺纹所能加工的螺距 T 及其和公制螺纹的关系列于下表。第 13 页 共 46 页车床加工螺纹基本参数的排列规律倍比关系 公制及模数螺纹（T 及 m）1/32 0.25 1/16 0.5 0.75 1/8 1 1.25 1.5 1/4 1.75 2 2.25 2.5 3 2.751/2 3.5 4 4.5 5 6 5.51 7 8 9 10 12 11注： 内数值为模数螺纹所独有。车床加工英制及径节螺纹的基本参数排列倍比数 英制及径节螺纹8 (56) (64) (72) (80) (88) (96) 4 28 32 36 40 44 48 2 14 16 18 19 20 22 24 1 7 8 9 10 11 12 1/2 4 4.5 5 6 1/4 2 2.5 3 3.5注：（）内数值为径节螺纹独有。从表中可以看出这四种螺纹的基本参数有一个共同的变化特点，即在横行上是等差数列，而在纵行上按 2 倍的关系扩大或缩小，我们可以考虑到用车公制螺纹的基本组和扩大组来加工另外三种螺纹。我们只需改变公制螺纹传动链中的某个传动比，使平衡式左边产生一个特殊因子 ，以便在运动中与螺距 Tm=m 的因子 消去，第 14 页 共 46 页从而变换基本组和增倍组的传动比，就可以像公制螺纹那样，得到分段等差数列的模数系列。英制螺纹主要在采用英制的国家中广泛使用，我国一些管螺纹也采用英制螺纹，英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣（牙）数 a 表示（扣/英寸） 丝SumainP14.251为了加工出英制螺纹，就必须使机床丝杠满足上述公式，因此需要改变部分传动副的传动比，使其含有因子 25.4。英制螺纹和公制螺纹螺距数列有两点区别：a、英制螺纹每英寸牙数 a 换算成螺距 Ta=25.4/a(mm)后，a 在分母上如果将上述公制螺纹的基本组的主动与从动关系颠倒过来，即基本组的传动比变为 1/ij，那么就可以利用具有等差数列的传动比 ij 来得到参数 a 的等差数列；b、英制螺纹的螺距数值中有一个数字因子 25.4，因需要改变其中的某些传动比，使平衡式左边能产生一个因子 25.4，以便与英制平衡式 25.4 相抵消。此外，当英制螺纹要车制 a 分别为 3.25 和 19 时，公制螺纹的基本组少两个传动比，故在表 1.3-3 上加上 19 和 3.25 两个模数，它们仅仅为了与英寸与径节螺纹统一而列入的。故变为如下表所示：扩充螺纹参数的排列规律倍比关系 公制及模数螺纹2n-5 _ 0.5 _ _ _ _ _ _2n-4 _ 1 _ _ 1.25 _ 1.5 _2n-3 1.75 2 2.25 _ 2.5 2.75 3 3.252n-2 3.5 4 4.5 _ 5 5.5 6 _2n-1 7 8 9 _ 10 11 12 _2n _ _ _ 19 _ _ _ _径节螺纹的螺距 TDP=25.4/DP（mm） ，其中 DP 也是在分母上螺距中也有一个数字银子 25.4，这些和英制螺纹相似，故可采用英第 15 页 共 46 页制螺纹的传动路线。另外，还有一个因子 ，可以和模数螺纹一样用挂轮来解决。2.2 确定螺纹进给传动系统齿数比普通机床中的车螺纹系统有双轴滑移齿轮机构，摆移塔里齿轮机构和三轴滑移齿轮机构。我们选用双轴滑移齿轮机构。并且让基本组和扩大组的传动中心距相等。这样有利于减小进给箱的轴高尺寸。其简图如图（附后）由此可以看出，在这类切螺纹系统中，一般应包括下列组成部分：基本螺纹机构：用来实现表 2-3 中横行所代表的等差数列。增倍机构：用来实现表 2-3、表 2-4 中各纵行之间的 2n 关系，即 ud 通常取 2、1、1/4、1/8。扩大螺距机构：传动比为 ，用来扩大螺距。 通常取uc uc4、8、16、32 等。定比传动副：传动比为 t左右螺纹换向机构：传动比为 ur交换齿轮装置：传动比为 u移换机构：传动比为 用来实现倒数关系及特殊因子。i螺纹种类变换机构：传动比为 k上列各组成部分传统分布顺序如下：扩大螺距机构一般放在主要传动变速系统内，具体情况在CA6140 主轴箱内扩大螺纹导程机构的传动齿轮是住运动的传动齿轮。只有在主轴上的 合上，主轴处于低速状态时才使用扩大螺纹导程。Mz它的扩大倍数分别是 1、4、16 三种，传动路线如下:定比传动一般放在主轴或扩大螺距换向机构之前在主轴箱中。换向机构 ur在交换齿轮之前也在床头箱中。交换齿轮设置在床头箱与进给箱之间的交换齿轮上。第 16 页 共 46 页移换机构一般放在基本螺距机构前后二处。基本螺距机构一般放在第一移换机构之后，变换机构既可以放在基本螺距机构之前，也可以放在基本螺距之后。增倍机构的传统布局是放在基本螺距之后。现在，从表 1-3 排定的螺纹表中，取公制螺纹数列中的6.5、7、8、9、9.5、1.、11、12 为基准数列则：ubj= /G= ， 2， 3 /Gsminjsjmaxsj由 6.5、7、8、9、9.5、10、11、12 这个要求滑移齿轮能实现的基本螺纹参数查得机构方案编号为 411，为了使轴向尺寸较小选中心距为 63 毫米，同时，由双轴滑移齿轮机构推荐方案表查得G=7（由机床设计手册 P1402 查得）所以 =6.5/7、7/7、8/7、9/7、10/7、12/7 由此拟定传动系ub统转速草图如上。双轴滑移齿轮机构的设计原则是：一个滑移齿轮可以和两个齿数不同的齿轮啮合（如 Z 和 Z1、Z1）但必须采用变位齿轮，同时把两个相互接近的传动比划为一组，再根据中心上速比综合地计算啮合较好的变位齿轮的齿数和模数。总之,变位齿轮系数的选择对转动性能有着如下影响:齿轮正变位时齿根增厚,齿形系数加大,齿轮弯曲强度也相应增加,负变位时则反之,因此在分配变位系数时尽量使小齿轮变位系数大于大齿轮变位齿轮.在正角度变位传动中中心距增大,齿和角 大于分度圆压力角,提高了齿面接触强度,减少了点蚀的可能性,负角度变位时则反之.在正角度变位传动中,齿形曲率半径和齿和角增大,滑动比和压强降,齿面磨损及胶合响应减少,负角度变位则相反.正变位传动时重叠系数小,传动平稳性下降负角度变位则相反.2.3 增倍机构及移换机构设计增倍机构设计考虑原则主要有：根据和基本组同中心距取 A=63选用最常用的四速机构：三轴机构查机床设计手册P143 页表下 3-45，故选用序号为五的方案齿轮不用变位。第 17 页 共 46 页见图 Z 13=28，Z 14=35，Z 15=18，Z 16=45，Z 17=15，Z =48，Z =281819移换机构主要用于和交换齿轮（一般防于交换齿轮之前）配合来实现因传动比都是为了用于实现倒数关系以及特殊因子 25.4 和 ，以解决各种螺纹种类交换问题，一般来说，用的最多的方案就是用移换机构来解决倒数关系和特殊因子 25.4。而用交换齿轮来解决特殊因子这样可以简化调整即加工常用的公制和模数螺距时，不需要改变交换齿轮，只有在加工不常用的英制和径节螺纹时才能改变交换齿轮。当螺纹种类机构的传动比为 则因特传动比 Us为U =U U U U sftjk由此可列出螺纹系数的运动平衡式：1（主轴转一转）U U U U =S(mm)sbdc其中 T 为丝杠导程、S 为工作导程所以 U=S/(U U U T)bdc令 U =1,U =1,U =1 时的螺纹参数分别为 t0,m0,n0,p0bdc则： U =t0/T=1/Kst tU =m0/T=1/K mmU =25.4/(n0T)=25.4/Ksn nU =25.4/(p0T)=25.4/Kp pK ,K ,K ,K 为各种螺纹相应的因特系数tmnp且 K =T/t0,K =Tm0,K =n0T,K =P0Tt np脚标 t，m，n，p 分别表示用于加工公制模数、英寸、径节螺纹的设计加工公制和英制螺纹时的交换齿轮传动比为 U ，加工英制ctn和径节螺纹时移换机构的传动比为 U ，加工公制和模数螺纹时的移inp换机构的传动比为 U ，则：itm加工公制螺纹时的因特传动比：U =U U U U stfrctnitr加工英制螺纹时的因特传动比：U =U U U Usnfrctnip两式相除得：U /U =U /Ustinitr将式 2.4-3 中的 U 及 U 代入上式中得st第 18 页 共 46 页U /U =25.4/t0noinpitm在绝大多数机床中 U 和 U 都按以下两种方案分配：inpitm当 u =1/uint时，u /u =u u =25.4/n0t0 inpiitinpi故 u =sqrt（n 0t0/25.4）itu =sqrt（25.4/（n 0t0） ）inp（c）当 u =1 时，u /u =u =25.4/（n 0t0）itinpitinp本机床中从两轴滑移传动齿轮比设计及表 2-3 和 2-4 可知：t0=7mm，m 0=1.75，n 0=1.25t/in，p 0=7由式（2.4-7）u =sqrt25.4/（n 0t0）ip=sqrt（25.44/49）由机械设计手册P1435 表 7.3-46 查取 25.4/36 由平方因子组成的近似值，故取方案 69.即：25.4=（3 272）/5 4 n=+0.063所以 25.4=（3 2T2）/5 436=（3 2722232）/5 4代入式（2.4-8）得 u =sqrt（2 234722/（5 472） ）inp=36/25u =25/36int根据 u 的值查表 7.3-48 选用序号为 6 的方案即公制螺纹经itm过三对齿轮传动：u =25/3625/3626/25=25/36=Z9/Z10Z20Z12Z12/Z11itu =36/25=Z21/Z11inp仅一对齿轮传动在双轴滑移齿轮机构中往往取 u fut=1 由式（2.4-4）和（2.4-5）可得 u =u /u =r /uctnstitmsnipu =u /u =u /u cmpsnitmpi当 u =1/u 时将 u =sqrt=25.4/（n 0t0）和iitinu =25.4/（n 0T）代入式 2.4-9 得：snu =u /u =25.4/（n 0T）sqrt（25.4/n 0t0）ctsip=sqrt（25.4t 0）/n 0T2）第 19 页 共 46 页由式（2.4-10）得：u =u /u =（m 0/T）/（u /u ）cmpsnitmstctn=（m 0/T）/（t 0/T）u =m 0/t0ut ctn又因为 u =25/36、u =36/25 将其代入式（2.4-9）及it inp（2.4-10）u =（7/12）/（25/36）=21/25ctnu =25 /（712）25.4/36mp已知： =7 /48= =25/36 /scmpuituctt=7/12= =36/25ittntp=25.4/21= =25/36snuipct ctnp=25.4/84= =36/25inummpu得出： =7 /4836/25cmt=7/1225/36tpu=25.4/2125/36ctn=25.4 /8425/36mp查表 7.3-47 的 /4 近似因子值及相对误差 表，取齿轮变位量较小的近似因子组：=25/9721/25=100/9764/10036/25cmpu而 =63/7525/36=100/7563/10025/36ctn所以交换齿轮 =63， =64， =100， =75， =9721Z223Z2425Z至此整个进给箱齿轮传动设计全完毕，具体传动图如下。2.4 螺纹进给传动系统工作过程由上述传动方案设计可知：普通机床上的进给运动为刀架的移动，它由主轴传来，当车削第 20 页 共 46 页螺纹时，运动经进给箱通过丝杠、螺母传动刀架；一般车削时，运动经过进给箱通过光杠及溜板箱用齿轮齿条传动刀架。前者被称为螺纹车削传动路线，后者被称为一般车削传动路线。进给运动传动链，车削螺纹传动路线车削螺纹时传动链的运动平衡式为:l(主轴) *u*L 丝 =L 工式中:u-从主轴倒丝杆之间的总传动比L 丝-机床丝杆的导程,CA6140 型车床的 L 丝=12mmL 工-被加工螺纹的导程(mm)进给箱中离合器 和 脱开， 接合。挂轮架齿数为 633M4510075。运动进入进给箱后，经移换机构的齿轮副 传至轴，再经362过双轴滑移变速机构齿轮副 、 、 、 、 、 及 中的149201823任一对传至，然后再由移换机构的齿轮副 传至轴，5接下来再经轴间的两组滑移齿轮变速机构，最后经离合器 传至丝杠。溜板箱中的开合螺母闭合，带动刀架。5M车削米制螺纹时传动链的传动路线表达式如下：（右螺纹）3主轴 5825 (左螺纹)31492036 1063753625213625第 21 页 共 46 页286328352841 丝杠刀架85M5其中轴之间的变速机构可变换 8 种不同的传动比：、= = = =1基i28675.5基i1497.= = = =基 6基 20= = = =3基i 7基i3= = = =4基 286798基 21即 = ， =6.5，7，8，9，9.5，10，11，12。这些传动比ji基 7sj的分母相同，分子则除 6.5 和 9.5 用于其他种类的螺纹外，其余按等差数排列，相当于米制螺纹导程标准的最后一行。这套变速机构称为基本组。轴间的变速机构可变换 4 种传动比：= = = =1倍i45813倍i5182= = = =12倍 34倍第 22 页 共 46 页它们用以实现螺纹导程标准中行与行之间的倍数关系，称为增倍组。基本组、增倍组和移换机构组成进给变速机构。它和挂轮一起组成换置器官。车米制（右旋）螺纹的运动平衡式为：S=1 12主 轴 ）(58310675362基i5236倍im式中 基本组的传动比；基i增倍组的传动比。倍化简得:=7u 基 u 倍通过扩大导程传动路线可将正常螺纹导程扩大 4 倍或 16 倍.CA6140 型车床车削大导程米制螺纹时,最大螺纹导程为 192mm.CA6140 车床车削公制螺纹螺距表1 4 16 4 16 16 16增倍组传动比 基本组传动比 814543228351835281 217.6281基u基1.75 3.5 7 14 28 56 1123基1 2 4 8 16 32 64 128792864基u4.5 9 18 36 72 1445.15基9.5046基1.25 2.5 5 10 20 40 80 160723基u2.75 5.5 11 22 44 88 17618基1.5 3 6 12 24 48 96 192模数螺纹主要是米制蜗杆，有时某些特殊丝杠的导程也是模数制的，米制蜗杆的齿距为 ，所以模数螺纹的导程为mT，这里 K 为螺纹的线数。mKTSm模数 m 的标准值也是按分段等差数列的规律排列的。与米制螺纹不同的是，在模数螺纹导程 中含有特殊因子 。为此，KSm第 23 页 共 46 页车削模数螺纹时，挂轮需换为 。其余部分的传动路线与车削971064米制螺纹是完全相同的。运动平衡式： 581(主 轴 ）rmS mii125362365971043倍基CA6140 车床车削模数螺纹模数表1 4164 16 16 16增倍组传动比基本组传动比81454322835281 217.62851基u3.25 6.5 13 26基1.75 3.5 7 14 283基0.25 0.5 1 2 4 8 16 32792864基u2.25 4.5 9 18 365.15基 046基1.25 2.5 5 10 20 407237基u2.75 5.5 11 22 4418基1.5 3 6 12 24 48英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣数 （扣/英寸）表示，因此a英制螺纹的导程 英寸。由于这台机床的丝杠是米制螺纹，被加aS1工的英制螺纹也应该换算成以毫米为单位的相应导程值，即：)(4.25)(mina的标准值也是按分段等差数列的规律排列的，所以英制螺纹a导程的分母为分段等差数列。此外，还有特殊因子 25.4。车削英制第 24 页 共 46 页螺纹时，应对传动路线作如下两点变动：将基本两轴（轴和轴）的住，被动关系对调，使轴变为主动轴，轴变为被动轴，就可使分母为等差数列。在传动链中实现特殊因子 25.4。为此，将进给箱中的离合器 和 接合， 脱开，轴左3M54端的滑移齿轮 25 移至左面位置，与固定在轴上的齿轮 36 啮合。运动由轴经 先传到轴，然后传至轴，再经齿轮副3传至轴。其余部分的传动 路线与车削米制螺纹时相同。2536车削英制螺纹的运动平衡式： miiSra 12536103581( 倍基主 轴 ）其中 4.2760=aS4.25基倍i.7故 ）（ 扣倍基 ini/改变 和 ，就可以车削出各种标准的英制螺纹。基i倍i表 2-8 CA6140 车床车削英制螺纹牙数表增倍组的传动比基本组的传动比81454153221835183575.6281基u基14 7 3.53基16 8 4 2792864基u18 9 4.55.15基19第 25 页 共 46 页710426基u20 10 537基11218基24 12 6 3车削径节螺纹主要用于车削英制蜗杆，它是用径节 DP 来表示的。径节 DP=z/D（z-齿数，D-分度圆直径，英寸） ，即蜗轮或齿轮折算到每一英寸分度圆直径上的齿数。所以英制涡杆的轴向齿距即径节的导程： DPp)(4.25mDPin径节 DP 也是分段等差数列的规律排列的，所以径节螺纹导程系列排列的规律与英制螺纹一样，只是含有特殊因子 25.4 。车削径节螺纹时，传动路线与车削英制螺纹时完全相同，但是挂轮需换成 ，它和移换机构轴间的齿轮副 组合，得到传106497 2536动比值： = 106497253684.表 2-8 CA6140 车床车削径节螺纹径节表增倍组的传动比基本组的传动比814541352183518357.6281基u基56 28 14 73基64 32 16 8792864基u72 36 18 95.15基 046基80 40 20 10第 26 页 共 46 页71237基u88 44 22 1168基96 48 24 12综上所述：车削米制和模数螺纹时，使轴主动，轴被动；车削英制和径节螺纹时，使轴主动，轴被动。主动轴与被动轴的对调是通过轴左端齿轮 25 和轴左端齿轮 25 的移动分别与轴右端的两个齿轮 36 啮合来实现。这两个齿轮由同一个操纵机构控制，使它们反向联动，以保证其中一个在左边位置时，另一个在右边位置。轴间的齿轮副 、离合器 、轴36253M间的齿轮 25-36-25（这个齿轮 36 是空套在轴上的）和轴间的齿轮 36-25（这个齿轮 36 是固定在轴上的）称为移换机构。车削米制螺纹和英制螺纹时，挂轮架齿轮 6310075。车削模数螺纹和径节螺纹（米制和英制蜗杆）时，挂轮为 6410097。当需要车削标准螺纹时，用进给变速机构无法得到要求的导程。这时，必须将离合器 、 、 全部接合，把轴3M45、和丝杠联成一体，使运动由挂轮直接传到丝杠。被加工螺纹的导程 S 依靠调整挂轮的传动比 来实现。挂u此时运动平衡式为：S=1r 12主 轴 ）(583挂u将上式简化后，得到挂轮的换算公式： 挂u= =S/12badc为综合分析和比较车削上述各种螺纹时的传动路线，把 CA6140型车床进给运动链中加工螺纹时的传动路线表达式归纳总结如下： 58主轴 （正常导程） - 260545826第 27 页 共 46 页208（扩大导程）（右螺纹）3 （左螺纹）25 - - -1063736基i3625（米、英制螺纹） （公制及模书螺纹） - 倍i 合- -1064973M基i125（模数、径节螺纹） （英制及径节螺纹） 合 合badc34M 合52.5 车削圆柱面和端面工作过程车削圆柱面和端面时，运动从进给箱经光杠输入溜板箱，经转换 机构实现纵向进给（车削圆柱面）或横向进给，这时进给箱中离合器 脱开。使轴的齿轮 28 与轴左端的齿轮 56 相啮合，5M运动由主轴经正常导程的英制螺纹传动路线时，可得到从 0.861.59mm/r 的 8 种图套的纵向进给量。当运动由主轴经正常导程的米制螺纹传动路线时，可获得正窗进给量。运动经扩大螺纹导程机构及英制螺纹传动路线时，且主轴处于 10-125r/min 的 12 级低转速时，可获得从 1.71-6.33min/r 的 16 种加大进给量。运动经由扩大螺纹导程机构及米螺纹传动路线，主轴处于 450-1400r/min（其中 500r/min）处于的 6 级高转速，且当 u 倍调整为1/8 时，可获得从 0.0280.054mm/r 的 8 中进给量。其传动路线表达式如下:第 28 页 共 46 页第 29 页 共 46 页第三章 螺纹进给传动系统主要零部件的设计及校核3.1 轴的设计和布置轴的设计中主要考虑两方面：1.轴的位置确定：即要根据箱大小布置，众中间传动由轴的位置动力输入轴、输出轴确定。结构设计：根据轴的功能，轴上零件的安装情况，在进给箱设计中主要2.是根据轴上齿轮，轴承的安装情况来进行结构设计。轴径计算：轴径计算应该根据轴的受载情况，传动精度等特点进行。一般是估计轴的直径，然后根据轴的弯矩及扭矩图进行轴的刚度和疲劳强度的校核。在 CA6140 型进给箱传动轴设计中，由于传动受力由到家切削或车削时受力通过溜板箱传给丝杠，然后由一系列齿轮作用到传动轴上。期间有力的损失等，传力复杂，同时考虑到大多数机械中轴的安全系数很大，有的甚至高大 50 倍以上，于是在设计中传动用类比法取轴径。首先，在根据传动的要求，根据箱体轴输入两轴， ，轴输出的特点将这三根固定下来，采用各轴轴心成一条坚线的方法，这样便于不止操纵机构，便于装配调整和维修。在确定运动输入轴的位置时（轴）：轴上装有换向离合器，为了便于装配，调整和维修以及便于运动输入，将它布置的靠近箱盖便于接近处。机床总体布局对变速箱的形状，尺寸作了大致规定，从主轴箱传动到进给箱越短，便于操纵机构的布置，同时也有利于增加机床外观布局的协调性，不至于使运动链太长，所以将变速箱上的进给箱输入输出布置的主轴的前方。中间传动轴设计满足的要求装有离合器的轴：为了便于装卸、高速、操纵和维修制动装置，应该尽量将该轴布置的靠近箱盖处。装有交换齿轮和制动装置的轴也要靠近箱盖处。转动轴的轴向固定第 30 页 共 46 页传入轴用衬套和螺纹透盖一端固定方式，这样传动轴组装时从箱体的一端装入，装配工艺好，但要一个较复杂的衬套，轴受力时允许轴少量移动，因而避免了因热膨胀而产生的弯曲变形，缺点是不能预加载荷，轴承磨损后不能调整间隙，不能采用分离型向心推力轴承，双端均用深沟球轴承；中间轴（带滑移齿轮）用带肩套的一端固定方式，特点是：箱体孔加工工艺好，但只能用承受单向力。其应用和输入轴一样轴承不能预加载荷，轴承磨损后不能高速间隙，不能采用分离型向心推力球轴承，两端均用深沟球轴承：装有滑动齿轮的轴：采用三支撑传动轴的轴固定方式，两端固定均用球轴承，中支撑浮动，轴受力或受热后引用轴向移动由轴承间隙补偿，其轴向间隙可调；装有固定齿轮轴采用轴承盖端面两端固定方式，特点是刮轴承盖的端面，确定轴的轴向位置并调整轴承间隙，结构简单，但调整不方便，且对轴承盖端面平行度要求较高，应用时可调整间隙和预加载荷，当正向安装单列向心推力球轴承或圆锥滚子轴承时，热膨胀后轴承间隙减小，磨损和发热量反向时，轴承间隙增加，旋转精度比较低；装有空套齿轮的轴用轴承盖端面两端固定方法选用单列圆锥滚子轴承；与丝杠和光杠相连的轴用带肩衬套和螺纹透盖一端固定方法。轴上零件的固定方法齿轮、轴承的固定可采用轴肩、套筒、弹性挡圈紧固螺钉等方式固定，一般轴承如上的轴承采用轴肩定位，特点是简单可靠，能保证零件紧靠定位面在靠近轴端并固定齿轮用套筒或弹性档圈固定。用套筒定位时，定位可靠简单，因没有槽，但重量及件数增加，常用语零件距离不大的轴径，用弹性档圈固定位子时，结构工艺性好，但应力集中较大，削弱了轴的疲劳强度，所以用于轴向力小，防止轴向移动的场合，如用于轴上的轴承，轴 Z=35 齿轮，轴上的 Z=25 齿轮用紧固螺钉定位主要用语轴上的固定变位第 31 页 共 46 页齿轮，优点是结构简单可间作周向固定，用于作用力小的零件，可用钢丝防松。轴的轴向固定大多先