毕业设计ca6140型卧式车床设计

1、概论机械工业肩负着为国家经济各部门提供各种先进装备的任务，而机床工业则是机械工业的重要组成部分，是为机械工业提供制造技术和装备的工业。机床的拥有量，产量，品质和质量，是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。因此机床工业在国名经济中占有及其重要地位。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”。在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。Solidworks是美国Solidworks公司推出的适用于Win

2、dows环境的三维机械设计软件，它的基本设计思想是：用数值参数和几何约束来控制3D几何体建模过程，生成3D零件和装配体模型。与其他三维软件相比，在Windows平台下Solidworks面世最早，以其有较高的性价比和很快的发展速度赢得了众多用户。Solidworks在设计性能上保持“功能强”和“效率高”等优点的同时，在操作风格上又具备“入门易”和“见效快”等特点，还能够很方便地与其他CAD软件交换数据。这一切，尤其对学过用过AutoCAD二维绘图用户来说，的确是个不小的福音。 两者结合将使CA6140车床主轴箱更直观，更好的被进行改造与优化。第1章 绪 论1.1 机械制造装备的重要地位制造业是

3、一个国家经济发展的重要支柱，是国民经济的主要来源，可以说，制造业的发展水平是一个国家或地区经济实力，科技水平和综合国力的重要标志之一。机械制造业是制造业核心，是向其它部门提供工具、仪器及各种制造装备的部门。机械制造业的生产能力和制造水平是衡量一个国家工业水平的标志之一。因此，机械制造业在国民经济中占据着重要地位。而机械制造业的生产能力和水平主要取决于机械制造装备的先进程度。随着科学技术的迅速发展，机械制造生产模式发生了巨大的演变。19实际20年代制造业开始起家，二次世界大战期间，大规模竣工生产，使得制造业得到了飞速发展。20世纪50年代，产品品种单一，为了提高生产率，满足市场需要，广泛采取自动

4、机床，组合机床和专门生产线。再打批量生产条件下，这种生产方式可以实现刚性自动化，大幅度降低成本，极大提高劳动生产率。20世纪70年代后期，社会需求日益多样化，市场竞争日益激烈，为了在竞争中求的生存和发展，生产企业不仅要求提高产品质量，而且频繁的改变，以满足市场不断地发展。数控机床就是在这样的背景下发展起来的，它极其有效的为单件小批量生产地精密复杂零件提供了自动加工手段。20世纪70年代初研制出计算机数控（CNC），是数控机床得到了迅速的发展和普及。 20世纪80年代初，市场上出现了更多系统化，规模化更大的柔性制造系统(FMC).它是采用一组数控机床和其它自动化的工艺装备，由计算机控制系统和物料

5、储运系统有机结合的整体。FMS既是自动化，有事柔性的，比单台数控机床的经济效益有大幅度提高，特别 用于中小批量生产。 随着计算机辅助技术向智能化，网络化和集成化方向发展，为了充分利用企业的软硬件资源，发挥企业的整体效益，国外20世纪80年代出现了一种新的生产模式CIMS。CIMS技术的出现使机械制造自动化水平开始有系统自动化向综合自动化方向发展。 20世纪90年代，随着信息技术的发展，快速响应为市场制造发展的重要方向。为加快响应市场，相继提出了精良生产(LP)，敏捷制造（AM），虚拟制造，精良-敏捷-柔性生产系统等许多新的生产模式和新的理念。 我国的机械制造业是在1949年建国后建立和发展起来

6、的，已成为一个规模宏大，门类齐全的工业部门。但是我国的机械制造装配水平还很落后，产品种类少，档次低，多数装备还处于6070年代水平。机械制造水平落后，又严重影响了机械制造业，及其整个制造业的振兴。因此我们必须深入广泛的开展科学研究和技术革命，把学习外国的先进技术和自己的创新结合起来，迅速提高我国机械制造装备产品的技术水平和国际竞争力。1.2 机械制造装备类型 机械制造装备包括：加工装备、工艺装备、仓储输送装备和辅助装备四种类型。 1.2.1 加工装备 （1）金属切削机床 机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床共分11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机

7、床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉 、锯床和其他机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系列。 除了上述基本分类方法，还有其他的分类方法。按照万能性能程度，机床可分为：通用车床、专门化机床、专用机床；按照机床的工作精度，可以分为普通精度机床、精密机床和高精度机床；按照重量和尺寸，可以分仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。按照机床主要器官的数目，可分为单轴、多轴、单刀、多刀机床等。按照自动化程度的不同，可分为普通、半自动和自动机床。 自动机床具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能够连续地自动加工出工件。半自动机床也有完整的自动工作

8、循环，但装卸工件还需要人工完成，因此不能连续地加工。 （2）特种加工机床 电加工机床：是直接利用电能对工件进行加工的机床主要有电火花加工机床、电火花线切割机床和电解加工机床。 声波加工机床：是利用工具端面做超声频振动，通过工作液中的悬浮磨料对工件进行加工和剖磨实现加工的。 激光加工机床：采用激光能量对材料惊醒加工的设备。 电子束加工机床：加工范围光，可对任何金属导体、半导体盒非半导体材料进行加工。 （3）锻压机床 锻锤是利用锻头与砧座之间撞击能量对金属进行压力加工。曲柄液压机是锻压生产中广泛应用的一种锻压机床，它可以用于板料冲击、冷热加工等。 1.2.2工艺装备 （1）刀具 切削加工时，能从工

9、件上切除多余材料或切断材料的工具，称之为刀具。 （2）夹具 在机械制造各行业的攻击过程中广发应用各种不同的用语使用工件正确的位置，然后使工件夹紧的工艺装备，统称夹具。 （3）模具 在工业声场中，用各种压力机和压力机上的压力工具。通过压力把金属盒非金属制出所需形状和制品。这种专用工具成模具。 （4）量具 以固定型式复现量值的计量器。 1.2.3输送机仓储装备 （1）物料输送装置（有三种形式）： 重力输送装置：靠工件自身重力或退力，使工件在滚道上前行实现输送。 强制输送装置：由链条式输送带，链板式输送带带动工件或随行夹具；采用输送机械手柄在两工位之间输送工件。 步伐式输送装置：自动线中最常用的是步

10、伐式输送装置，其作用是在自动线上输送工件和随性夹具。 （2）仓储 仓储是用于存储原料，外购器材，半成品，成品，工具，胎夹模具，托盘，分别归厂和车间管理。 1.2.4辅助装置 辅助装置包括清洗机，排屑和计量等装备。1.3 机床设计概论 机床设计的基本要求及评价指标： (1)工艺范围 机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围（包括加工法，工件类型，加工表面形状，尺寸等）的加工功能，因此也可以把工艺范围称之为机床的加工功能。 （2）精度 加工中保证被加工工件达到要求的精度，和表面粗糙度。 （3）生产率与生产自动化生产率的要求根据生产纲领决定，常用单位时间机床所能加工出的工件数量表示。机

11、床自动化有半自动化和全自动化之分。 （4）可靠度可靠度是在规定条件下和规定时间内，机床完成规定的能力及其稳定性。 (5)宜人性 造型与色彩。 噪音，一般机器允许噪音不大于85dB，精密机床不大于75dB。 (6)成本 价值=功能 /成本1.4 机床的型号编制机床的品种规格繁多，为了便于区别、使用、管理，必须对机床加以分类，并编制型号。机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型、通用和机构特性、主要技术参数等。我国的机床型号由汉语拼音和阿拉伯数字按一定规律组合而成。本次设计机床型号：CA6140 。C：类别代号（车床类）；A：结构特性代号（结构不同）；6：组别代号（落地及卧式车床组）；1：系

12、别代号（卧式车床系）；40：主要参数（最大车削直径400mm）。1.5 CA6140型卧式车床简介（1）工艺范围CA6140型卧式车床的工艺范围很广，它适应于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型面；车削端面及各种常用螺纹，；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工艺。CA6140型卧式车的万能性较大，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，换刀比较麻烦，加工过程中辅助时间比较长，生产率低，适应于单件、小批生产及维修车间。（2）机床的布局及主要技术指标卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，故采用卧式布局。主轴水平安装，刀具在水平面

13、内作纵、横向进给运动。机床的主要部件有：主轴箱、刀架、尾座、床身、床腿、光杠、丝杠、溜板箱、进给箱、挂轮变速机构。机床的主要技术性能：床身上最大工件回转直径 400mm最大工件长度 750；1000；1500；2000mm刀架上最大工件回转直径 210mm主轴转速： 正转 24级 101400r/min 反转 12级 141580 r/min进给量: 纵向 64级 0.0286.33mm/r 横向 64级 0.0143.16 mm/r车削螺纹范围：米制螺纹 44种 P=1192mm 英制螺纹 20种 =224/牙 模数螺纹 39种 m=0.2548mm 径节螺纹 37种 DP=196牙/in主

14、电机功率： 7.5kW（3）6140的主轴箱在机床当中，主轴箱是一个非常重要的传动部分，主轴箱中各个传动部件的结构和装配关系，除要求要保证运动参数外，还要有较高的传动效率，传动件要有足够的强度和刚度、噪声要低、振动要小、操作方便，还要有良好的工艺性、便于检修、成本较低、防尘、防漏、外形美观。同时，机床主轴箱还是一个比较复杂的传动部件，其中有主轴，变速机构，操纵机构和润滑系统等。图1-1就为主轴箱的展开图。图1-1 主轴箱展开图 1.5.1 传动路线主运动传动链的末端是主电动机和主轴，运动由电动机经V带轮传至主轴箱中的轴。在轴上装有双向多片摩擦离合器，使主轴正传、反转、或停止。它就是传动中的主换

15、向机构，另外，摩擦离合器它还能起到过载保护作用（当机床过载时，摩擦片打滑，就可避免损坏机床）。当压紧离合器左部的摩擦片时，轴的运动经齿轮副5（参看图1-1）和轴双向滑移齿轮或齿轮副6和双向滑移齿轮传给轴，使轴获得两种转速。压紧右部摩擦片时，经齿轮14、轴上的空套齿轮传给轴上的最右端的固定齿轮。这时轴至轴间多一个中间齿轮（空套齿轮），故轴的转向与经摩擦离合器左部传动相反。反转转速只有一种。当离合器处于中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧。轴的运动不能传至轴，主轴停转。轴的运动可通过轴、间三对齿轮的任一对传至轴，故轴装转共23=6种转速。运动由轴传往主轴有两条路线，分别是高速传动路线和低速传动路线

16、。（1）高速传动路线：主轴上的滑移齿轮移到左端，使之与轴上的右端齿轮啮合。运动有轴的运动经这两个齿轮直接传给主轴，得到6种高转速。（2）低速传动路线：主轴上的滑移齿轮移到右端，使主轴上的齿式离合器啮合。轴的运动经44号轴（参看图1-1）和轴大齿轮或经轴43号齿轮与IV齿数为50的齿轮啮合，传给轴、又经齿轮副齿数为20与80和51与50传给轴，在经齿轮副齿数26与58和齿式离合器传至主轴，是主轴得到低转速。这些所提到的滑移齿轮副就是传动框图中的主变速机构。 1.5.2 转速级数和转速由传动系统图和传动路线可以看出，主轴正传时，可以23=6种高转速和2322=24种低转速。轴之间的4条传动路线的传

17、动比为：i=20/8020/80=1/16j=20/8051/501/4k=50/5020/80=1/4m=50/5051/501式中，j和k基本相同，所以实际上只有3种不同的传动比。因此，运动经由低速这条传动路线时，主轴实际上只能得到23（22-1）=18级转速。加上由高速路线传动获得的6级转速，主轴总共可获得231+(22-1)=6+18=24级转速。同理，主轴反转时，有31+（22-1）=12级转速。主轴的各级转速，可根据各滑移齿轮啮合状态求得，同理还可以计算出主轴正转时的24级转速；反转时的12级转速，主轴反转通常不是用于切削，而是用于车削螺纹时，切削完一刀后使车刀沿螺旋线退回，所以转

18、速较高以节约辅助时间。1.6 SolidWorks 三维机械设计系统（1）功能介绍高品质的、易学易用的三维CAD系统功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。如果你熟悉微软的Windows系统，那你基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使你能在比较短的时间内完成大型装配设计。Solid

19、Works资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，你能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，设计过程最简便、最方便的莫过于 SolidWorks了。就象美国著名咨询公司Daratech所评论的那样：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在无与伦比的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘帖），使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百

20、可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。（2）发展趋势SolidWorks现已被法国Dassault Systemes公司收购，作为其中端主流市场的主打品牌。主要竞争对手有：UGS公司的UG，PTC公司的PRO/E。但随着达索(Dassault Systemes)公司技术的迅猛发展和逐渐完美，SolidWorks2007特别是最新的08已经不在是以前的侧重中低端,而且兼顾高端,FEA软件cosmosworks完美嵌入,使SW在有限元分析领域独占熬头。实际应用：在实际使用中SolidWorks2008开机速度比较缓慢，可能导致计算机卡死，运算速度和内存使用负荷增加。第2章 机床总体

21、方案设计2.1 主要技术参数的确定机床主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数及动力参数。（1）主参数和尺寸参数机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作性能的一种参数。尺寸参数是指机床的主要结构尺寸参数。选择的机床型号是CA6140，车床的最大加工直径是400mm。正转 24级反转 12级反转范围 141580转/分主传动三角带型号 B-2570 B2134根数 4（2）运动参数主轴转数的合理安排根据,在已知变速范围内若采用有级变速，则应进行转速分级。所谓分级即在变速范围内确定中间各级转数。目前，多数机床主轴转数是按等比级数排列，其公比为。则转速排列为，

22、，。主轴转速排列是等比级数规律分布，主要原因是在转速范围转速相对损失均匀，如在加工中某一工序要求的合理转速为n,而在Z级转速中没有这个最佳转速，它是处于和之间，若采用，比转速高，由于过高的切削速度会使刀具耐用度下降。为了不降低刀具耐用度，一般选用，将造成转速损失，其转速损失为，当趋近于时，仍选用为使用转速。产生的最大相对转速损失率为对于普通机床，如果认为每级转速的使用机会相同，那么应使为一定值，即或=可见任意两级转速之间的关系是=变速范围、公比和级数z之间的关系= 两边取对数，可写成 z=1+lg/lg已知z=24 =140 得=1.23查表得 =1.26标准公差范围表如下：1.061.121

23、.261.411.581.782125.7%16%21%29%37%44%50%与1.06关系2.2 机床主传动系统设计 2.2.1 概述（！）动力参数及运动参数机床电机的功率为7.5KW,选择 J04-52-4-D型电机（2）主传动系统的分类 按原动机类型可分为交流电机驱动、直流电机驱动，本次设计选择交流电机驱动。按传动装置可分为：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置，本次设计选择机械传动装置。按变速连续性可分为：有级变速传动、无级变速传动，本次设计选用有级变速传动。（3）主传动系统传动方式 集中传动：主传动系统的全部传动和变速机构集中装在同一主轴箱内，称为集中传动方式。分散传动：主传动

24、系统中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，称为分离传动方式。本次设计选用集中传动方式。 2.2.2 结构网及结构式选择结构网与转速图的主要区别是，结构网只表示传动比相对关系，而不表示传动比和转速的绝对值。在结构网上代表传动比的射线常画成对称形式，所以结构网可以是转速的一种形式，它只规定传动比相对关系，不规定绝对值。变速组级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线比值，用表示，为级比指数，它相当于上述相邻两传动线与被传动轴交点之间相距的格数。设计时要使主轴转速为连续等比数列。由于本次设计的24级转速不能为同一等比数列，故采用分支传动。分

25、支传动式由若干变速组串联，再增加并联分之的传动形式，也是一种扩大变速范围的常见方法。其传动分为高级速和低级速，高级速有6级转速，低速级有18级转速。高速级和低速级分别遵守级比规律，在连续等比数列中，必须有一个变速组，其级比指数为1，因此该变速组称为基本组。后面变速组因起扩大作用，所以称为扩大组。高速级和低速级的前两个扩大组一致，则低速级的扩大组分别为：第一扩大组级比指数，第二扩大组级比指数 ，第三扩大组级比指数。但由于主传动任意传动组的最大变速范围一般为则第三扩大组的级比指数超出范围是不允许的，将这个扩大组的变速范围缩小到许用的极限值，即因此，第三扩大组的级比指数=6（6级重复），第i个扩大组

26、级比指数综上所述，我们可以看出结构式简单、直观，能清楚的显示出变速传动系统中主轴转速级数Z，各变速组的传动顺序、传动副数和各变速组的级比指数，其一般表达式为：根据传动副的“前紧后松”原则：主传动变速系统中从电机到主轴通常为降速传动，接近电动机的传动件转速较高，扭矩较小，尺寸小些，常把传动副较多的变速组安排在惯量，所以选择Z=18=24-6=2322根据传动副的“前紧后松“原则：在设计主传动变速系统时，尽可能做到变速组的传动顺序与扩大顺序相一致。这样个变速组的变速范围是逐步增大，在转速图上表现为传动顺序前面的变速组传动比线分布紧密，后面的变速组连线分布疏松，这样可使前面的各轴转速范围较小，相当于

27、提高轴的最低转速和降低它的最高转速，前者可以减少传动件尺寸，后者可以降低噪声和振动。根据：级比 Xi:特性指数Pi：传动副数= =2=23=6=（232）-6=6（6级重复）所以结构式为：18= 有结构式可以画出结构网：（同理可以得出告诉级的6级结构图）2.3 转速图拟定 2.3.1 拟定转速图一般原则（1）传动副“前多后少”原则（2）传动顺序与扩大顺序相一致原则（3）确定各变速组的变速范围及极限传动比原则 （i=0、1、2、3j）变速组中最大与最小传动比的比值，称为该变速组的变速范围。= i=0、1、2j 依次为基本组，第一，二,j扩大组由此可见，式中xi(pi-1)就是变速组中最大传动比的

28、传动线与最小传动比传动线所拉开的格数。设计机床主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸够大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比u主min1/4；为避免扩大传动误差，减小振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大边速比u主max2.主传动各变速组的最大变速范围为R主max=u主max/u主min（22.5）/0.25=810主轴的变速范围应等于主传动变速系统中各个变速组变速范围乘积=检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其它变速组的变速范围都比最后扩大组小，只要最后扩大组的变速不超过极限值，其它变速组更不会超过极限值。 其最后扩大组变速范围R3=4 由此的=1.26其它变速

29、组的变速范围肯定也符合要求。（4）分配传动比原则a)各个传动副的传动比应尽可能不超过极限传动比u主min和u主maxb）各中间传动轴的最低转速适当高些。因为中间传动轴的轴速高，则在一定条件下，传递扭矩小，相应的传动件的尺寸也小，因此，按传动顺序的个变速组的最小传动比应采用递减的原则，既要求（5）降低噪声考虑原则a）简化机床传动系统，减小传动齿轮对数。b)避免较大的变速传动。c)适当降低齿轮圆周运动速度（6）为减少空载功率损失应考虑原则 2.3.2 拟定转速图(1)确定变速组数目大多数机床广发应用滑移齿轮变速方式，为满足结构设计和操纵方便要求，通常采用三联或双联齿轮，因此18级转速需要四个变速组

30、，即18=2322-6（6级重复）（2）确定变速组排列方案：遵守前多后少原则，选择18=2322-6方案，但考虑到反转，采用18=2322-6（3）确定基本组合扩大组基本组： x=1 p0 =2第一扩大组 =2 =3第二扩大组 =6 =2第三扩大组 =6 =2（4）画出各变速组其它连线01间为带传动得AB线：轴之间为基本组有三对齿轮传动，级比指数为=1，各相距1格，向上取,传动比为1/，1/,1/,轴之间为第一扩大组，有两对齿轮传动，级比指数为=3，向上相距3格取，传动比为：，1/，1/.间为第二扩大组，有两对齿轮传动，级比指数为=9，传动比为，1/。 变速组连线画出全部连线2.4 计算转速和

31、齿轮齿数的确定 2.4.1 计算转速的确定（1）主轴计算转数由（2）各传动轴计算转速轴共有18级转速，其中转速112r/min,通过斜齿轮使主轴获得转速：50r/min.即主轴的计算转速，能传递全部功率，故轴112r/min转速也能传递全部功率，是计算转速。轴共有12级转速，其中转速450通过两联齿轮的一组使轴获得112的计算转速，均能传递全部功率，故轴的450转速也能传递全部功率，是计算转速。其余依次类推，各轴计算转矩如下：转速序号电动机计算转速（）1450819112045045011250各齿轮计算转速：各变速组内一般只计算组内最小的，也是强度最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮计算转速。

32、齿轮的计算转速：齿轮23装在轴上，从转速图可看出23共有18级转速，经齿轮副23-24传到主轴得到18级转速，但其中11级能够传递全部功率，其中最低转速为112r/min,即为齿轮23的计算转速。齿轮24的计算转速：24装在主轴上，共有18，其中只有50-500，能传递全部功率，故齿轮24的计算转速为50。传递全部功率，故齿轮21的计算转速为450。其余依次类推，各齿轮的计算转矩如下：齿轮序号1234567891011计算转速80511208059009009009005601120450450齿轮序号1213141516171819202122计算转速45045011211211245011

33、235645011250 2.4.2 齿轮齿数的确定机床转速图拟定后，则各变速组的传动比，也就确定了。可进一步确定格变速组中传动副的齿轮齿数，皮带轮的直径，在确定齿数时要注意一下几点：齿轮的齿数和SZ不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大。一般推荐齿数和SZ100-200，常选在100以内。同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保持相等。最小齿轮应保证不产生根切，对于标准齿轮，其最小齿数（变为齿轮除外）。应保证最小齿轮的齿数装在轴上或轴套上具有足够的强度。保证主轴的转速误差在规定的范围内。应保证转速图上传动比的要求。所确定的齿轮齿数之比为实际传动比，它与理论传动比一般存在误差，因而造成主轴

34、转速的误差，只要转速误差不超过是允许的，即。式中：主轴实际转速，n：主轴标准转速，：选用的公比。三联滑移齿轮通过的条件，变速组内有三对传动副时应检查滑移齿轮齿数之间的关系，以确定其左右滑移时能顺利通过，最大与次大的齿数差应大于4.基本组的传动比 ，查传动比为1.50和1.19的两行，有数字者即为可行的方案。结果如下： =，86，87，88，90，92，94，96，97，98，99，100，=1.19 =90，92，94，98，99，100在以上两组可以挑出：=90，92，94，98，99，100。我们取=94，从表中可查出小齿轮齿数分别为43，38；则可确定大齿轮齿数分别为：94-38=56，

35、94-43=51；即，=51/43。同理求各扩大组组中齿轮齿数如下表齿轮组基本组第一扩大组齿轮齿数56385143394130502258齿数和9480齿轮组第二扩大组第三扩大组齿轮齿数5050208050502080齿数和100100第3章 动力计算及参数计算3.1 传动装置运动参数计算 3.1.1 各轴功率计算电机轴功率：第一轴功率： 联轴器或带传动功率；V带传动：轴承效率；第二轴功率：，第三轴功率：第四轴功率：第五轴功率：第六轴功率： 3.1.2 各轴扭矩计算电机轴扭矩：第一轴扭矩第二轴扭矩：第三轴扭矩：第四轴扭矩：第五轴扭矩：第六轴扭矩：轴号转速N(r/min)扭矩T(N .m)输出功

36、率P(KW)电机轴145049.747.51轴80584.567.1282轴112058.416.843轴450139.506.574轴450133.956.315轴112516.806.066轴501111.625.823.2 齿轮参数的确定 3.2.1-轴齿轮计算（1）选择齿轮材料查表小齿轮选用45#调质大齿轮选用45#调质（2）按齿面接触疲劳强度计算确定齿轮传动精度等级：按，估取圆周速度V=4.5m/s,照表8-14选取小轮分度圆直径d1,由公式齿宽系数查表10-7按齿轮相对轴承为非对称布置，取小齿轮齿数，大齿轮齿数齿数比u=56/38=1.47传动比误差：小轮转矩：载荷系数：使用系数：

37、查表10-2动载荷系数查表10-8的初始值齿向载荷分布系数查表10-4齿向载荷分配系数由式及=0得则载荷系数K的初值为1.86弹性系数查表10-6，影响系数查图10-30（=0）HBS1=245275HBSHBS2=245275HBSV=4.5m/s,公差组8级=0.4 合适重合度系数 图10-26（）需用接触应力 由式（10-12）得接触疲劳极限应力 查图10-21应力循环次数由式10-13得按一般可靠度取故的设计初值dit代入公式计算为齿轮模数，查表小轮分度圆直径的参数圆整值为圆角速度，与估取=4.5m/s很相近，对其取值影响不大，不必修正。 中心距齿宽大齿宽小齿宽(3)齿根弯曲疲劳强度计

38、算由式10-5得齿形系数查图10-5得小轮大轮重合度系数由式得许用弯曲应力：弯曲疲劳极限查图10-20弯曲寿命系数查图10-18尺寸系数查图安全系数查表则3.2.2-轴之间齿轮计算（1）选择齿轮材料查表8-17 小齿轮选用45#调质大齿轮选用45#调质齿面接触疲劳强度计算确定齿轮传动精度等级，估取圆周速速，参照表选取小轮直径，由公式得齿宽系数查表10-7，按齿轮相对轴承为非对称布置，取 小齿轮齿数大齿轮齿数齿数比： 传动比误差：小轮转矩载荷系数使用系数查表10-2动载荷系数查表10-8的初值齿向载荷系数由式及得载荷系数K的初值弹性系数查表10-6接点影响系数图10-30重合度系数 查图10-2

39、6许用接触应力由式10-12得接触疲劳极限应力查图10-21应力循环次数由式10-13得接触安全强度系数，查图，按一般可靠度取故d1的设计初值dit代入公式为54.7mm.小轮分度圆直径的参数圆整圆角速度与估取很相近，对取值影响不大，不必修正，中心距齿宽 大齿宽 小齿宽 （3）齿根弯曲疲劳强度计算由式齿形系数查图10-5， 小轮，大轮应力修正系数查图8-67小轮，大轮重合度系数由式许用弯曲应力由式弯曲疲劳极限查图1020弯曲寿命系数查图10-28尺寸系数查图安全系数查表则 3.2.3-轴齿轮计算（1）选择齿轮材料查表 小齿轮选用45调质大齿轮选用45调质（2）齿面接触疲劳强度计算确定齿轮传动精

40、度等级，估取圆周速度，参照表选取小轮分度圆直径，由公式 齿宽系数查表10-7，按齿轮相对轴承为非对称布置，取小齿轮齿数大齿轮齿数齿数比传动比误差小轮转矩载荷系数使用系数查表10-2动载荷系数查表10-8齿向载荷分布系数查表10-4齿向载荷分配系数由式及得=1.66查表10-3得载荷系数的初值弹性系数查表10-6接点影响系数查图1030重合度系数查图10-26许用接触应力由式10-12得接触疲劳极限应力，应力循环次数由式10-13得查图10-19得接触强度寿命系数，硬化系数查图及说明接触强度安全系数，查图8-27，按一般可靠度取故（3）齿根弯曲疲劳强度计算由式10-5得，满足要求级公差组8级=0

41、.4合适K=1.43满足要求级公差组8级合适M=2.5mmK=1.41满足要求齿数（Z）分度圆直径(mm)齿根圆直径80齿顶圆直径第一组齿轮3885.579.8759056126120.375130.54396.7591.125101.551114.75109.125119.25第二组齿轮225548.756058145138.751503997.591.25102.541102.596.25107.5307568.758050125118.75130第三组齿轮205043.755580200193.7520550125118.7513050125118.75130第四组齿轮205043.75

42、5580200193.7520550125118.7513050125118.75130第五组齿轮26113.12103.12121.558234.32224.32242.32第六组齿轮63189181.519550150142.5156选其中两个齿轮的实体图为如下：3.3 带传动设计计算确定设计功率： 根据工作条件，原动机与工作机类型选择工况系数=1.1，然后确定设计功率， ， 确定带型 确定小带轮基准直径小带轮基准直径，验算带的速度 初定中心距 （6）确定V带长度 从表3-7确定相似的基准长度确定实际中心距验算小带轮包角 确定 V带根数 计算拉应力 计算作用在轴上的压力 3.4 离合器设计

43、计算离合器在机器运行过程中可将出动系统随时结合和分离。也能完成启动，停车，换向，变速，定向及过载保护。对离合器的要求是，结合平稳，分离迅速，工作可靠，操纵省力方便，尺寸小，重量轻。计算项目符号计算公式结果摩擦面平均值Dm71mm摩擦面平均圆周速度V摩擦面对数YY应取为偶数K：工作储备系数K=1.3T :传递的转距摩擦系数0.12取1内外摩擦片总数Z轴向压紧力Q离合器的类型：操纵离合器：机械式，汽动式，液压式，电磁式。摩擦式-如圆盘，圆锥，弹簧，气胎离合器。本次设计采用机械片式摩擦离合器，采用凸二式外摩擦片。第4章 轴的设计4.1 各轴尺寸计算（1）轴的设计计算初步估计轴径已知：传递功率，最小直

44、径。选用45#钢作为轴的材料，A取110，得 查机械手册标准选用8*32*38*6的花键。 制出定位轴肩：取轴肩高度h=4mm，所以一轴的直径为32+8=40 mm.选用208型号的深沟球轴承，内径为40mm。I轴的实体图如下：（2）轴结构设计及说明初定轴径：因为有键槽，轴径增大3%-5%，A取110，左右两端留有退刀槽，选用圆锥滚子轴承，内径为25mm .查机械手册按标准采用6*28*32*7的花键，所以轴径为32mm . 选用轴的材料为45#钢，并且调治到。II轴的实体图如下：（3）轴的节构设计初定直径：有两个键槽时，直径增加7%-10%。选用45#钢，A取110，查机械手册按标准选用6*

45、28*32*7的化键。采用圆锥滚子轴承，型号为7209E,内径为45 mm. 轴肩升高2.5mm，故轴径为50mm。III轴的实体图如下：（4）轴的结构设计初定轴径：因为有键槽，所以轴径增大3%-5%，A取110，左右两端留有退刀槽，选用圆锥滚子轴承，内径为30mm.查机械手册按标准采用8*38*42*8的花键。作为中间轴，它要实现4级变速，需要两组滑移齿轮，则该轴应设计成阶梯状，较小轴径处采用8*32*38*6的花键。故轴直径为42mm。选用轴的材料为45#钢。IV轴的实体图如下：（5）轴的计算及说明初定轴径：因为有键槽，轴径增加3%-5%，A取110，查机械设计手册按标准采用8*46*50

46、*6的花键。采用圆锥滚子轴承，内径为35mm。轴肩身高8mm，故直径为50mm。选用45#钢为轴的材料。V轴的实体图如下：（6）轴的结构设计初定轴径：因为有键槽，轴径增加3%-5%，A取110，为了便于加工较长的工件，主轴设计成空心轴，对于空心轴，需将式中计算值再乘以b ,b取1.05，故，取70mm .选用45#钢。VI轴的实体图如下：4.2 轴的校核 4.2.1 I轴的强度校核（1）计算作用在齿轮上的力圆周力：径向力：齿轮分度圆直径：齿轮在水平面上的力: 齿轮在垂直面上的力：（2）轴承反力水平面： 垂直面： 求齿轮处弯矩 (4) 合成弯矩M (5)按弯矩合成强度校核轴的强度 4.2.2主轴

47、的设计和校核（1）主轴组件的设计和要求旋转精度的要求;主轴组件应具有一定的刚度；因在切削运动中有强迫震动和自激震动，故应具有一定抗震性；必须控制温升和热变形；应具有长期保持原有精度的能力（2）主轴计算及校核作用在左齿轮上的力 初步估算直径 齿轮处弯矩按弯矩合成强度校核轴的强度考虑弯矩和扭矩在轴截面引起的应力循环特性差异的系数，取 综上，主轴径选择100mm合格，内径.第5章 典型零件加工工艺生产实际中，零件的结构千差万别，但其基本几何构成不外是外圆、内孔、平面、螺纹、齿面、曲面等。很少有零件是由单一典型表面所构成，往往是由一些典型表面复合而成，其加工方法较单一典型表面加工复杂，是典型表面加工方

48、法的综合应用。下面介绍轴类零件、齿轮零件的典型加工工艺。5.1 轴类零件加工 5.1.1 轴类零件的功用、结构特点（1）功用 轴类零件是机械加工中经常遇到的零件之一，在机器中，主要用来支承传动零件如齿轮、带轮，传递运动与扭矩，如机床主轴；有的用来装卡工件，如心轴。图51 轴的种类(a) 光轴 (b) 空心轴 (c) 半轴 (d) 阶梯轴 (e) 花键轴(f) 十字轴 (g) 偏心轴 (h) 曲轴 (i) 凸轮轴 （2） 结构特点 轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、键槽、横向孔、沟槽等表面构成。按其结构特点分类有：光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、半

49、轴、凸轮轴、偏心轴、十字轴和花键轴等）四类。如图5-1所示。若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d12）和挠性轴（L/d12）两类。 5.1.2 轴类零件的主要技术要求(1) 加工精度 尺寸精度 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6IT9。 形状精度 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 相互位置精度 包括内、外

50、表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。(2) 表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.21.6m，传动件配合轴颈为0.43.2m。 5.1.3 轴类零件的材料、毛坯及热处理(1) 轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。(2) 轴类毛坯 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀

51、分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。(3) 轴类零件的热处理锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。图52 CA6140车床的主轴简图调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。 5.1.4 车床主轴的加工工艺1CA6140车床主轴技术要求及功用 图5-2为CA6140车床主轴零件简图。由零件简图可知，该主轴呈阶梯状，其上有安装支承轴承、传动件的圆柱、圆锥面，安装滑动齿轮的花键，安装卡

52、盘及顶尖的内外圆锥面，联接紧固螺母的螺旋面，通过棒料的深孔等。下面分别介绍主轴各主要部分的作用及技术要求：(1) 支承轴颈 主轴二个支承轴颈A、B圆度公差为0.005mm，径向跳动公差为0.005mm；而支承轴颈112锥面的接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4m；支承轴颈尺寸精度为IT5。因为主轴支承轴颈是用来安装支承轴承，是主轴部件的装配基准面，所以它的制造精度直接影响到主轴部件的回转精度。(2) 端部锥孔 主轴端部内锥孔（莫氏6号）对支承轴颈A、B的跳动在轴端面处公差为0.005mm，离轴端面300mm处公差为0.01 mm；锥面接触率70%；表面粗糙度Ra为0.4m；硬度要求4550HR

53、C。该锥孔是用来安装顶尖或工具锥柄的，其轴心线必须与两个支承轴颈的轴心线严格同轴，否则会使工件（或工具）产生同轴度误差。(3) 端部短锥和端面 头部短锥C和端面D对主轴二个支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.008mm；表面粗糙度Ra为0.8m。它是安装卡盘的定位面。为保证卡盘的定心精度，该圆锥面必须与支承轴颈同轴，而端面必须与主轴的回转中心垂直。 (4) 空套齿轮轴颈 空套齿轮轴颈对支承轴颈A、B的径向圆跳动公差为0.015 mm。由于该轴颈是与齿轮孔相配合的表面，对支承轴颈应有一定的同轴度要求，否则引起主轴传动啮合不良，当主轴转速很高时，还会影响齿轮传动平稳性并产生噪声。(5) 螺纹 主轴

54、上螺旋面的误差是造成压紧螺母端面跳动的原因之一，所以应控制螺纹的加工精度。当主轴上压紧螺母的端面跳动过大时，会使被压紧的滚动轴承内环的轴心线产生倾斜，从而引起主轴的径向圆跳动。2主轴加工的要点与措施图5-3 组合磨削主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度，主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度以及它们对支承轴颈的位置精度。主轴支承轴颈的尺寸精度、形状精度以及表面粗糙度要求，可以采用精密磨削方法保证。磨削前应提高精基准的精度。保证主轴前端内、外锥面的形状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。为了保证外锥面相对支承轴颈的位置精度，以及支承轴颈之间的位置精度

55、，通常采用组合磨削法，在一次装夹中加工这些表面，如图5-3所示。机床上有两个独立的砂轮架，精磨在两个工位上进行，工位精磨前、后轴颈锥面，工位用角度成形砂轮，磨削主轴前端支承面和短锥面。主轴锥孔相对于支承轴颈的位置精度是靠采用支承轴颈A、B作为定位基准，而让被加工主轴装夹在磨床工作台上加工来保证。以支承轴颈作为定位基准加工内锥面，符合基准重合原则。在精磨前端锥孔之前，应使作为定位基准的支承轴颈A、B达到一定的精度。主轴锥孔的磨削一般采用专用夹具，如图5-4所示。夹具由底座1、支架2及浮动夹头3三部分组成，两个支架固定在底座上，作为工件定位基准面的两段轴颈放在支架的两个V形块上，V形块镶有硬质合金

56、，以提高耐磨性，并减少对工件轴颈的划痕，工件的中心高应正好等于磨头砂轮轴的中心高，否则将会使锥孔母线呈双曲线，影响内锥孔的接触精度。后端的浮动卡头用锥柄装在磨床主轴的锥孔内，工件尾端插于弹性套内，用弹簧将浮动卡头外壳连同工件向左拉，通过钢球压向镶有硬质合金的锥柄端面，限制工件的轴向窜动。采用这种联接方式，可以保证工件支承轴颈的定位精度不受内圆磨床主轴回转误差的影响，也可减少机床本身振动对加工质量的影响。主轴外圆表面的加工，应该以顶尖孔作为统一的定位基准。但在主轴的加工过程中，随着通孔的加工，作为定位基准面的中心孔消失，工艺上常采用带有中心孔的锥堵塞到主轴两端孔中，如图5-4所示，让锥堵的顶尖孔

57、起附加定位基准的作用。图54 锥堵与锥套心轴a) 锥堵 b) 锥套心轴3CA6140车床主轴加工定位基准的选择主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。为了保证支承轴颈与主轴内锥面的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准面。如车小端120锥孔和大端莫氏6号内锥孔时， 以

58、与前支承轴颈相邻而它们又是用同一基准加工出来的外圆柱面为定位基准面（因支承轴颈系外锥面不便装夹）；在精车各外圆（包括两个支承轴颈）时，以前、后锥孔内所配锥堵的顶尖孔为定位基面；在粗磨莫氏6号内锥孔时，又以两圆柱面为定位基准面；粗、精磨两个支承轴颈的112锥面时，再次用锥堵顶尖孔定位；最后精磨莫氏6号锥孔时，直接以精磨后的前支承轴颈和另一圆柱面定位。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。4CA6140车床主轴主要加工表面加工工序安排CA6140车床主轴主要加工表面是75h5、80h5、90g5、105h5轴颈，两支承轴颈及大头锥孔。它们加工的尺寸精度在IT5IT6之间，表面粗糙度Ra为

59、0.40.8m。主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等）；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等）。在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车调质（预备热处理）半精车精车淬火-回火（最终热处理）粗磨精磨。综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下：外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半精加工过的外圆表面定位）锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工后配锥堵）外

60、圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。图55 磨主轴锥孔夹具1弹簧 2钢球 3浮动夹头 4弹性套内 5支架 6底座当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的主要表面。对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。主轴螺