机械装备结构设计PPT完整全套教学课件

机械装备结构设计第1章绪论.pptx第2章典型加工工艺零件结构设计基本原则.ppt第3章机床传动系统结构设计.pptx第4章机床传动系统运动设计.pptx第5章主轴组件设计.pptx第6章支撑件与导轨设计.pptx第7章数控机床结构.pptx第8章机械装备结构优化设计方法.pptx全套PPT课件第1章绪论内容1.1机械装备结构设计的任务、内容及步骤1.2机械装备结构设计的基本要求1.3机械装备结构设计中的力学准则1.4机械装备结构设计的发展1.机械装备结构设计的任务、内容及步骤机械装备总体设计的基础上，根据已确定的功能原理方案，决定机械装备中零件的形状、材料、尺寸、加工方法和装配形式等关键因素，即把机构系统转化为机械的实体系统，以实现机械装备所要求的功能。将抽象的机械工作原理具体化为构件或零部件的技术图样的过程，用技术图纸来体现装备结构设计的结果。1.机械装备结构设计的任务、内容及步骤传动系统图主轴箱1.机械装备结构设计的任务、内容及步骤（2）机械装备结构设计的过程明确设计要求实现主要功能的方案设计关键功能部件初步结构设计辅助部件初步结构设计部件或整体设计方案确定零部件结构详细结构设计发现问题完成装配图若干个方案，评估比较计算、制图及部分实验或仿真评估、比较、最优化、决策工程图绘制1.机械装备结构设计的任务、内容及步骤2.机械装备结构设计的基本要求功能要求使用要求制造要求经济性及绿色环保要求传递运动和动力承载能力其他功能强度刚度稳定性疲劳寿命便于制造便于装配和拆卸便于回收再利用材料用量少价廉的材料简单的制造工艺维护和修理人工少有利于环境保护人机学要求安全可靠准确省力简单方便操作舒适3.机械装备结构设计中的力学准则（1）均匀受载准则满应力准则结构中各构件至少在一种工况下达到其许用应力。使结构在满足强度条件下，达到材料最大利用率，即得到结构质量最小的设计。等强度结构3.机械装备结构设计中的力学准则（2）力流路径最短准则结构支撑刚度随力流路径增大而减小3.机械装备结构设计中的力学准则（3）减小应力集中过渡圆角卸荷槽3.机械装备结构设计中的力学准则（4）变形协调准则3.机械装备结构设计中的力学准则（5）附加力自平衡准则3.机械装备结构设计中的力学准则（6）受冲击载荷结构柔性准则（7）热变形自由准则第2章典型加工工艺零件结构设计基本原则学习达成度要求针对具体的制造工艺，掌握该工艺零件结构设计的基本原则初步具备不同加工工艺下的零件结构设计能力引言机械零件是构成机械装备的单元，可以由不同的制造工艺进程成形，成形工艺不同则对应有不同的结构设计。本章结合各种加工方法的工艺特点，总结零件结构设计中应遵循的基本原则。主要内容2.1金属切削件结构设计基本原则2.2铸件结构设计基本原则2.3焊接件结构设计基本原则2.4金属塑性成形零件结构设计基本原则2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则1.考虑刀具在加工过程中的位置，便于加工过程进行1）磨削退刀槽实例2）方便加工实例

2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则1.考虑刀具在加工过程中的位置，便于加工过程进行3）螺纹退刀槽实例4）丝锥退刀槽2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则1.考虑刀具在加工过程中的位置，便于加工过程进行5）插床退刀槽6）插齿机退刀槽2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则1.考虑刀具在加工过程中的位置，便于加工过程进行7）钻孔时工件与钻床主轴不能干涉2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则2.加工表面的设计应采用最高生产率的工艺方法

1）加工面垂直于定位面2）加工面高于非加工面2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则2.加工表面的设计应采用最高生产率的工艺方法

3）避免加工斜孔

4）盲孔的一般形状2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则2.加工表面的设计应采用最高生产率的工艺方法

5）轴端削扁的一般形式6）减小加工面2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.1考虑加工工艺性时应注意的原则2.加工表面的设计应采用最高生产率的工艺方法

7）减少刀具规格8）便于安装2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.2保证零件加工精度方面应注意的原则1.保证零件上所有的垂直度、同心度、平行度等技术要求相关连的表面，能够在一次装卡中加工出来。2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.2保证零件加工精度方面应注意的原则2.保证零件具有足够的刚性。

示例：减小夹紧和切削时变形2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.2保证零件加工精度方面应注意的原则3.被加工面应尽可能有均匀的尺寸。示例：加工面均匀2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.2保证零件加工精度方面应注意的原则4.孔加工时应避免使钻头沿着斜面上切入。

1）避免斜面钻孔2）避免钻头钻出时变形2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.2保证零件加工精度方面应注意的原则4.孔加工时应避免使钻头沿着斜面上切入。

3）避免钻头在钻削过程中变形2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.3考虑装配工艺性时应注意的原则1.便于装配

1）避免两个面同时接触2）减少装配接触面积2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.3考虑装配工艺性时应注意的原则1.便于装配3）棱边锐角应倒角，避免装配时碰坏螺纹端部2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.3考虑装配工艺性时应注意的原则2.便于拆卸

1）轴肩不可过高2）轴上开着力槽2.1金属切削件结构设计基本原则2.1.3考虑装配工艺性时应注意的原则2.便于拆卸

3）顶升螺钉方便拆卸2.2铸件结构设计基本原则2.2.1考虑铸造工艺过程简化的原则1.铸件的外形应力求简单，造型时便于起模。示例：减少型芯的设计2.2铸件结构设计基本原则2.2.1考虑铸造工艺过程简化的原则2.铸件设计时应考虑到使分型面最少和分型面形状最简单(单一平面)。1）端盖减少分型面数量2）阀体变为一个分型面2.2铸件结构设计基本原则2.2.1考虑铸造工艺过程简化的原则3.设计铸件上的凸台、凸起、筋条及法兰时应便于起模，尽量避免和减少活块模或型芯。示例：箱体上凸台应便于起模2.2铸件结构设计基本原则2.2.1考虑铸造工艺过程简化的原则4.设计有型芯的铸件时，必须考虑到铸型装配中安放型芯的可能性、方便性、稳固性、排气性和清理方便。示例：型芯应便于安放和定位：2.2铸件结构设计基本原则2.2.1考虑铸造工艺过程简化的原则5.顺着起模方向的不加工表面，尽可能给出结构斜度。示例：应有拨模斜度2.2铸件结构设计基本原则2.2.2减少铸件缺陷应注意的原则1.考虑合金的流动性，限定铸件的最小壁厚。2.考虑合金的冷却与收缩，力求设计均匀适当的壁厚。

1）铸件壁厚应均匀2）铸件截面应对称2.2铸件结构设计基本原则2.2.2减少铸件缺陷应注意的原则2.考虑合金的冷却与收缩，力求设计均匀适当的壁厚。

3）易变形处应有加强筋4）减少材料聚积5）避免材料堆积2.2铸件结构设计基本原则2.2.2减少铸件缺陷应注意的原则3.考虑液态金属结晶的方向性和金属冷却时的收缩等，应完全不用尖角转弯，而用圆角连接。各种结构下的圆角连接参见下图：2.2铸件结构设计基本原则2.2.2减少铸件缺陷应注意的原则4.对于热裂、冷裂倾向较大的合金或铸件，应使铸件在冷却时能自由收缩，不受阻碍。示例：铸件应能自由收缩2.2铸件结构设计基本原则2.2.2减少铸件缺陷应注意的原则5.考虑排除合金中非金属夹杂物，铸件应尽量避免有过大的水平面。示例：避免大水平面2.2铸件结构设计基本原则2.2.2减少铸件缺陷应注意的原则6.考虑不同合金铸造性能的差异，合理设计铸件形状。

铸件结构设计除了以上原则外，还应该考虑其受力状态。因为其材料的抗压强度远远大于其抗拉强度，因此，在结构设计时应最好使其处于受压状态。2.3焊接件结构设计基本原则2.3.1便于施焊应注意的原则焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种型式，如下图所示：a)平焊b)横焊c)立焊d)仰焊焊缝应便于焊接：2.3焊接件结构设计基本原则2.3.2减少焊接应力和变形应注意的原则1.尽量减少焊缝数量2.尽可能分散布置焊缝2.3焊接件结构设计基本原则2.3.2减少焊接应力和变形应注意的原则3.尽可能对称分布焊缝2.3焊接件结构设计基本原则2.3.3焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位2.3焊接件结构设计基本原则2.3.4焊缝应尽量避开机械加工面2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.1金属塑性成形的分类按照成形的特点，一般将塑性成形分为块料成形（又称体积成形）和板料成形两大类，每类又包括多种加工方法，形成各自的工艺领域。2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.2自由锻件零件设计基本原则1.必须避免锻件带有锥形或楔形2.避免两个圆柱形表面或一个圆柱形表面和棱柱形表面交接2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.2自由锻件零件设计基本原则3.不允许有加强筋4.不允许在基体上或者叉形零件内部有凸台2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.2自由锻件零件设计基本原则5.当零件具有骤变横截面尺寸或复杂的形状或长柄时，必须设法改成几个简单的部分组合或焊接而成。2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则1.冲压件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。冲裁件形状对工艺性的影响示例图：2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则2.冲压件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便模具加工，减少热处理开裂，减少冲压时夹角处的崩刃和快速磨损。冲裁件的圆角图：2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则冲裁最小圆角半径表：(mm)零件种类黄铜、铝合金钢软钢备注落料交角≥90°0.18t0.35t0.25t＞0.25交角＜90°0.35t0.70t0.5t＞0.5冲孔交角≥90°0.2t0.45t0.3t＞0.3交角＜90°0.4t0.9t0.6t＞0.6注：t为结构厚度。2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则3.尽量避免冲压件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小，应使它们的最小宽度b≥1.5t；冲压孔与孔、孔与零件边缘之间的壁厚，因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小，一般要求c≥1.5t，c'≥t，见图：2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则4.若在弯曲件或拉伸件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。示例：弯曲件的冲孔位置工艺图2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则5.冲孔时，应受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。不带保护套凸模冲孔的最小尺寸材料圆孔正方形孔矩形孔长圆形孔钢τ＞685MPad≥1.5tb≥1.35tb≥1.2tb≥1.1t钢τ≈390-685MPad≥1.3tb≥1.2tb≥1.0tb≥0.9t钢τ＜390MPad≥1.0tb≥0.9tb≥0.8tb≥0.7t黄铜、铜d≥0.9tb≥0.8tb≥0.7tb≥0.6t铝、锌d≥0.8tb≥0.7tb≥0.6tb≥0.5t注：t为结构厚度。2.4金属塑性成形零件结构设计原则2.4.3冲压件结构设计基本原则5.冲孔时，应受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。带保护套凸模冲孔的最小尺寸注：t为结构厚度。材

料圆

孔矩

形硬钢d≥0.5tb≥0.4t软钢及黄铜d≥0.35tb≥0.3t铝、锌d≥0.3tb≥0.28t思考与练习1.切削件考虑加工工艺性时结构设计通常应考虑哪些问题？2.切削件为了保证零件精度应注意哪些事项？3.铸件为减少铸造缺陷应遵循哪些原则？机械装备结构设计

第3章

机床传动系统

结构设计第3章机床传动系统结构设计学习成果达成要求1.了解典型传动及控制装置2.掌握机床结构设计的过程及图示表达3.CA6140主轴箱、进给箱、溜板箱的结构特点第3章机床传动系统结构设计3.1传动系统中的典型机构3.2CA6140车床传动系统结构设计传动系统中的典型机构1.离合器离合器作用：

使机械传动接通或分离，以实现设备的开停、变速、换向、制动和过载保护等。离合器种类：

啮合式离合器、摩擦式离合器、超越式离合器和安全离合器传动系统中的典型机构（1）啮合式离合器牙嵌式齿轮式传动系统中的典型机构（2）摩擦式离合器多片式传动系统中的典型机构（3）超越离合器单向超越离合器传动系统中的典型机构带拨爪心轴双向超越离合器传动系统中的典型机构(4)安全离合器传动系统中的典型机构2.变速传动机构滑移齿轮变速传动机构离合器变速传动机构传动系统中的典型机构传动系统中的典型机构离合器变速传动机构传动系统中的典型机构超速现象传动系统中的典型机构有级变速传动系统变速传动系统的级数=各变速组变速级数的乘积Z=3×2×2=12Z=2×2×4=16具有公用齿轮的有级变速传动系统单公用齿轮双公用齿轮

Z=3×2=6Z=3×2=6Z=3×3×2=18Z=3×3×2=18传动系统中的典型机构3.换向机构传动系统中的典型机构4.制动器（1）闸带式制动器优点：结构简单，轴向尺寸小，操纵方便。缺点：制动时有较大的单向压力。作用于松边，制动平稳，操纵力小传动系统中的典型机构（2）闸瓦式制动器优点：

结构较简单，

操纵较方便，

制动时间短。缺点：制动时有较大的单向压力

可改成双块闸瓦式制动器，但结构尺寸较大。传动系统中的典型机构（3）片式制动器优点:没有单向压力缺点:结构较复杂，

轴向尺寸较大。制动器安装的位置若电动机停止后才制动,则制动器可安装在传动链中

任何传动件上；

若电动机不停止运转，此时制动器必须安装在电动机

与运动执行件之间的传动链上。制动器与开停装置的操纵，需有可靠的连锁关系一般制动器安装在转速较高的传动件上，所需制动力

矩较小，尺寸也小制动力矩是需要调整的，因此制动器应装在箱体内偏

上方等易于调整操作的位置

传动系统中的典型机构5.操纵机构1）操纵机构的功用及要求1.作用(1)控制运动部件的开停、变速、换向等。(2)控制运动部件的运动分配和动作的执行顺序。(3)控制辅助运动，如送料、夹紧、定位等。2.要求(1)操纵省力、轻便。(2)操纵方便、便于记忆。(3)安全可靠。传动系统中的典型机构2）操纵机构的组成及形式传动系统中的典型机构3）操纵机构的分类（1）单独操纵结构摆动式移动式（2）集中操纵机构传动系统中的典型机构摆动式操纵结构(1)几何条件偏移量a=R﹣H则R=H+a因为R2=(H﹣a)2+(L/2)2

所以

一般要求a≤0.3h则传动系统中的典型机构移动式操纵机构传动系统中的典型机构6.保险装置（1）过载、事故保险装置

摩擦离合器

剪断销机械互锁机构（2）互锁装置CA6140车床传动系统结构分析主轴箱结构主要由传动及变速系统、操纵机构和主轴组件等组成。它的装配图包括展开图、各种向视图和剖面图。主轴箱展开图主轴箱外形图及剖面图CA6140车床传动系统结构分析CA6140车床传动系统结构分析（1）I轴卸荷机构将带轮上的重力及张力通过轴承支架法兰传递到箱体上CA6140车床传动系统结构分析（2）主轴换向及制动的操纵机构截取2图CA6140车床传动系统结构分析（3）Ⅱ、Ⅲ轴间的六速变速操纵机构CA6140车床传动系统结构分析（4）主轴组件插彩图CA6140车床传动系统结构分析主轴端部结构溜板箱结构溜板箱展开图溜板箱剖面图开合螺母结构纵、横向（机动进给）操纵机构互锁装置超越离合器与安全离合器的应用思考与练习1.传动系统中的典型机构分析2.传动系统图分析3.CA6140车床结构分析

第4章

机床传动系统

运动设计学习成果达成要求本章学习成果达成要求：机床的运动设计是使其能够实现各种切削加工的重要保障，是进行结构设计的基础。学生应达成的能力要求包括：1.掌握机床主运动设计的方法、原则和设计步骤；2.掌握CA6140车床主轴箱、进给箱、溜板箱的运动过程，读懂传动系统图。第4章机床传动系统运动设计

4.1主传动系统运动设计4.2主传动的几种特殊变速方式4.3计算转速的确定4.4CA6140卧式车床传动系统运动分析有级变速与无级变速有级变速传递功率大,变速范围广,传动比准确,工作可靠;但生产率有损失,传动不够平稳。在通用机床中有广泛应用。

无级变速可连续变速,易于自动化,有以下几种:1.机械无级变速器

2.液压无级变速装置

3.电气无级变速装置主传动系统的运动设计设计步骤1.确定运动设计的参数;2.拟定主传动系统的结构式或结构网,拟定转速图;3.计算齿轮齿数及带轮直径,并验算主轴的转速误差;4.绘制主传动系统图。主传动系统的运动设计1.转速图的概念2.转速图的基本原理：级比规律3.变速组的变速范围转速图1.转速图的概念:转速图由三线一点构成(1)传动轴格线：竖线(2)转速格线：横线(3)转速点：传动轴格线上的圆点(4)传动线：转速点之间的连线级比规律2.转速图的基本原理级比：变速组里相邻的传动比之比,φXi。级比指数：变速组内相邻传动线（比）之间拉开的格数，Xi。基本变速组：x0=1的变速组。扩大组：Xi>1

如上图：基本组x0=1P0=3

第一扩大组x1=3P1=3

第二扩大组x2=9P2=2P—传动副数级比规律如图：基本组:

x0=1P0=3第一扩大组:

x1=3P1=3第二扩大组:

x2=9P2=2P—传动副数级比规律设P0,P1,P2……分别为基本组、第一、第二……扩大组的传动副数，则各组的级比指数分别为：基本组X0=1

第一扩大组X1=P0

第二扩大组X2=P0·P1

第三扩大组X3=P0·P1·P2

第j扩大组XJ=P0·P1·P2·····Pj-1

这样得到的传动系统，其转速数列是等比级数排列，称为常规传动系统。变速范围3.变速组的变速范围r=Umax/Umin

数格：变速组内从一点出发画出的几根传动线中，最上一根与最下一根之间拉来开的格数。计算：rj=φ

主轴变速范围Rn=nmax/nminRn=r0·r1·r2······rj

主轴转速级数Z=P0·P1·P2····PjP0P1P2···Pj-1（Pj-1）结构式结构式12=31·23·2612=32·21·26

运动设计的一般原则1.变速组中的极限传动比及变速范围的限制条件极限传动比：umin≥1/4umax≤2变速范围：主传动rmax≤8~10

（直齿轮8，斜齿轮10）进给传动rmax≤14运动设计的一般原则2.减少传动件尺寸的原则（1）变速组的传动副要“前多后少”（2）变速组的传动线要“前密后疏”（3）变速组的降速要“前慢后快”

总结设计要点：一个规律，两个限制，

三前原则。转速图设计实例设计步骤：（1）确定变速组数目（2）确定变速组的排列（前多后少）（3）确定扩大组（4）确定是否增加定比降速组转速图设计实例已知主轴转速n=30~1500r/min，转速级数Z=18,公比Φ=1.26，电机转速n0=1440r/min。（1）确定变速组和传动副数目

Z=18=3x3x2（2）确定传动顺序方案各变速组传动方案有：18=3x3x218=3x2x318=2x3x3

遵守传动副“前多后少”原则

选18=3x3x2的方案转速图设计实例（3）确定扩大顺序方案根据“前密后疏”原则，应使扩大顺序与传动顺序一致故选用18=31·33·29结构式方案。检查最后扩大组的变速范围：

r2=φ=1.26=1.26=8，合乎要求x2（p2-1）9x（2-1）9转速图设计实例（4）拟定转速图

1）定比传动总降速比umin=30/1440=1/48，为使中间两个变速组做到，降速缓慢以利于减少变速箱的径向尺寸，故在Ⅰ—Ⅱ轴间增加一对降速传动齿轮（26/54），也有利于设计变形机床。

2）分配降速比

a.在主轴Ⅴ上标出18级转速：总降速比ut=1/φb.决定Ⅳ、Ⅴ轴之间的最小降速比：最后一个变速组的降速传动比取1/4。转速图设计实例按公比φ=1.26，查表可知1.26=4，即从E点向上数六格。

c.决定其余变速组的最小传动比：根据降速前慢后快的原则

Ⅲ-Ⅳ轴间变速组取u=1/φⅡ-Ⅲ轴间取u=1/φⅠ-Ⅱ轴间取u=1/φ3）画出各变速组其他传动线4）画出全部传动线转速图设计实例齿轮齿数的确定1.确定齿轮齿数应注意的问题（1）齿数和不应过大，一般推荐100~120

（2）齿数和不宜过小，一般取最小18~20

（3）转速误差=---------≤10（φ-1）%

超差后调整齿数调整最后一对变速组内齿轮齿数的确定（1）计算法（2）查表法n标-n实n标主传动的几种特殊变速方式1.扩大变速范围的传动系统（1）增加变速组（2）采用背轮机构（3）采用分支传动主传动的几种特殊变速方式2.采用混合公比的变速方式φ1，φ1按对称型分布（P0=2）常规X0=1混合公比X0≠1，X0=1+X0’

选择X0’的注意点：X0’为偶数

X0’

的范围2≤X0’＜Z-1φ1≤8（P0=2）

Rn=φ1(Z-1)+X0’1+X0’主传动的几种特殊变速方式3.交换齿轮传动系统4.多速电动机传动系统5.采用公用齿轮传动系统计算转速的确定计算转速nc：传递全部功率时的最低转速计算转速的确定轴号ⅠⅡⅢⅣⅤ计算转速nc144070030011895齿轮序号Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9计算转速nc1440700700475700375700300300齿轮序号Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16Z17Z18计算转速nc47530023530011811823537595CA6140卧式车床传动系统运动分析主传动系统主传动系统主传动主轴转速级数和各级转速主轴正转的理论转速级数Z理论=2×3×2×2＋2×3＝30（种）反转的理论转速级数Z理论=3×2×2＋3＝15（种）主轴正转的实际转速级数Z实际=2×3×（2×2-1）＋2×3＝24（种）反转的实际转速级数Z实际=3×（2×2-1）＋3＝12（种）主轴转速计算：n主=n电×u定×uⅠ-Ⅱ×uⅡ-Ⅲ……刀架的传动（1）刀架传动系统的组成进给箱传动系统刀架传动系统的组成扩大螺距传动组Z58齿轮在左位时螺距扩大4倍或16倍变换左右螺纹传动组挂轮传动组X—63/100-Ⅻ-100/75—ⅩⅢX—64/100-Ⅻ-100/97—ⅩⅢ刀架传动系统的组成基本变速组ubl=26/28=6.5/7ub2=28/28=7/7ub3=32/28=8/7ub4=36/28=9/7ub5=19/14=9.5/7ub6=20/14=10/7ub7=33/21=11/7ub8=36/21=12/7增倍变速组

1/8、1/4、1/2和1四种传动比刀架传动系统的组成（2）车螺纹时刀架的传动CA6140车床可以车削标准螺距的螺纹、非标准螺距的螺纹和螺距较精确的螺纹螺纹分为米制（公制）螺纹、英制螺纹、模数螺纹和径节螺纹4种传动路线主轴

换向

挂轮

进给箱M5(右)丝杠螺母副(P=12mm)刀架四种螺纹的传动特征四种螺纹的传动平衡式车削米制螺纹

T=7u基×u倍（mm）车削模数螺纹

1×u×T0=K×π×m

m=7ub×ud/4K车削英制螺纹螺距Pa与a之间的关系为：Pa=1/a(英寸)=25.4/a(mm),a=7K×ub/4ud车削径节螺纹径节螺纹的螺距PDP为与DP之间的关系PDP=π/DP(英寸)=25.4π/DP(mm)溜板箱传动系统车圆柱面及端面时的进给传动CA6140车床刀架传动路线思考与练习1.CA6140车床传动系统分析2.机床主运动设计第5章主轴组件设计学习成果达成要求具备主轴组件的支承定位方式及结构的设计能力具备对主轴组件的结构特点进行正确分析的能力初步掌握主轴端部及主轴结构参数的设计能力主要内容5.1主轴组件概述5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.4主轴结构设计5.5主轴组件结构实例5.1主轴组件概述5.1.1主轴组件的功用、组成和特点5.1.2对主轴组件的基本要求1）旋转精度主轴前端安装基面上径向、端面跳动和轴向窜动大小5.1主轴组件概述2）

刚度

抵抗外载荷的能力3）温升（精密机床要严格控制）影响：主轴热变形、轴承间隙改变、润滑变差措施：改善散热，改进润滑强制润滑、恒温油箱、动压轴承5.1主轴组件概述5）精度保持性4）

抗振性5.1主轴组件概述5.1.3主轴的传动方式1）

齿轮传动

结构简单，传递扭矩较大，中等转速。2）

带传动

转速较高，传动平稳，成本较低。

3）

调速电机直接驱动

可无级调速，结构简单，可提高刚度。5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2.1主轴组件常用滚动轴承滚动轴承的优点转速和载荷变化范围大无间隙，有利于旋转精度和刚度摩擦系数小润滑方便标准件，可外购滚动轴承的缺点滚动体数目有限刚度可变阻尼特性差径向尺寸大1）滚动轴承的优缺点5.2主轴组件常用轴承结构及选型2）滚动轴承的常用型号及结构（1）

球轴承深沟：纯径向，刚度和承载能力较差，主轴中较少用角接触：轴向、径向，速度较高，若单向双个可提高刚度推力：纯轴向，轴向受力最好，但允许速度较低5.2主轴组件常用轴承结构及选型（2）圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承径向载荷（3）圆锥滚子轴承

轴向、径向，承载能力和刚度均较高，

但允许速度较低单列圆锥滚子轴承双列圆锥滚子轴承Gamet轴承滚子中空，利于冷却散热；

弹簧自动补偿磨损间隙，不能承受轴向力，只能径向5.2主轴组件常用轴承结构及选型3）滚动轴承的配置原则（1）刚度（承载能力）承受径向力：滚柱、多列球、单列球承受轴向力：推力球、滚锥、角接触球（2）转速要求（极限转速）承受径向力：球、滚柱、滚锥承受轴向力：角接触、推力球、滚锥（3）适应精度要求(承受轴向力的轴承）5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2主轴组件常用轴承结构及选型4）滚动轴承的预紧和间隙调整（1）滚动轴承的预紧5.2主轴组件常用轴承结构及选型（2）滚动轴承的间隙调整原理轴承内外圈产生相对的轴向位移，消除径向间隙，并能保持在调整好的位置上调整方法螺纹调整法修磨隔套法自动调整法（弹簧）油压套筒5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2主轴组件常用轴承结构及选型（3）调整螺母的防松5.2主轴组件常用轴承结构及选型5）滚动轴承的公差等级根据尺寸公差和旋转精度，可分为2、4、5、6（6x)、0级前轴承对旋转精度影响大，前轴承精度大于后轴承5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2.2主轴组件常用滑动轴承滑动轴承气体轴承液体轴承静压轴承动静压轴承动压轴承单油楔轴承多油楔轴承5.2主轴组件常用轴承结构及选型一、液体动压轴承一定速度的轴带动一定粘度的油从楔形空间流动，将轴浮起，油膜承受载荷。压力油膜形成条件有一定粘度的油有转速v>v临界有楔形空间单油楔，多油楔5.2主轴组件常用轴承结构及选型1）液体动压轴承一定速度的轴带动一定粘度的油从楔形空间流动，将轴浮起，油膜承受载荷。压力油膜形成条件有一定粘度的油有转速v>v临界有楔形空间单油楔，多油楔5.2主轴组件常用轴承结构及选型（1）短三瓦滑动轴承

一般磨床结构简单、制造方便抗振性好转向单一，不能反转5.2主轴组件常用轴承结构及选型（2）固定多油楔轴承适用高精度磨床性能稳定，加工较难转向单一，不能反转5.2主轴组件常用轴承结构及选型2）液体静压轴承通入压力油速度、方向适应性强承载能力强摩擦小旋转精度高抗振性好要配供油系统3）空气静压轴承5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.3.1轴支承定位方式的设计原则设计对象：轴承的选型和布局

箱体及轴上定位件的结构等设计原则：轴相对于箱体在轴向、径向的定位及固定

兼顾装卸、润滑和密封5.3轴支承定位方式及结构设计原则1）轴向静定不能静不定，即轴向不能欠定位不能超静定，即轴向不能过定位具有轴向刚体位移消除轴向刚体位移5.3轴支承定位方式及结构设计原则过定位结构消除过定位结构轴承轴向支承方式（两支承）一端定位支承方式（固定—松弛支承方式）两端定位—调隙支承方式两端定位—游隙支承方式5.3轴支承定位方式及结构设计原则（1）一端定位支承方式（固定——松弛支承方式）两个方向的轴向定位约束安置在一个轴承上，

另一个轴承在轴向可自由移动理想的静定状态5.3轴支承定位方式及结构设计原则（2）两端定位——调隙支承方式两个方向的轴向定位约束分别安置在轴两端的轴承上两个圆锥滚子或角接触轴承可调隙，传动精度高无刚体位移（无静不定）

有附加轴向力（有超静定）短轴、轴向力5.3轴支承定位方式及结构设计原则（3）两端定位——游隙支承方式两个方向的轴向定位约束分别安置在轴两端的轴承上其中一个支承（外圈）有一定的轴向间隙有刚体位移（有静不定），最大值可控

有条件附加轴向力（有条件超静定）轴向支承精度不高5.3轴支承定位方式及结构设计原则轴支承三种方式的组合5.3轴支承定位方式及结构设计原则2）各支承方式对比5.3轴支承定位方式及结构设计原则3）特殊情况单向受力轴支承结构5.3轴支承定位方式及结构设计原则单方向轴向刚体位移5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.3.2轴支承结构设计原则1）固定端支承必须能承受双向轴向力可单独做固定支承不可单独做固定支承5.3轴支承定位方式及结构设计原则2）固定端轴承的内外圈必须四面定位5.3轴支承定位方式及结构设计原则3）松弛轴承保证轴的自由伸缩5.3轴支承定位方式及结构设计原则4）两端定位——调隙轴支承中设计调隙机构5.3轴支承定位方式及结构设计原则5）便于轴承的装卸5.3轴支承定位方式及结构设计原则6）避免“双重配合”5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.3.3其它轴支承结构设计（三支承）主轴刚度较差辅助支承——浮动，放在中或后，深沟球或圆柱

滚子轴承外圈与轴承孔的配合松1～2级5.4主轴结构设计5.4.1主轴端部结构轴上零件、阶梯轴考虑刚度5.4主轴结构设计5.4.2主轴结构参数设计1）主轴直径的选择前轴径D1

和后轴径D2

查表：根据主电机功率、主参数确定前轴径D1

D2≥（0.7~0.8）D12）主轴内孔直径d

d/D=0.55～0.65D—平均直径3）

主轴前端悬伸量a和支承跨距L

a值越小越好5.4主轴结构设计5.4.3主轴传动件的布局5.4主轴结构设计5.5主轴组件结构实例5.5.1中速、重载主轴组件1）C7620型多刀半自动车床主轴组件支承方式调隙方法力的传递向左：轴上轴肩—推力球轴承—法兰—箱体向右：轴—螺母1—套筒—甩油环—圆锥滚子轴承内圈—滚子—圆锥滚子外圈—法兰—箱体5.5主轴组件结构实例2）X52K型立式铣床主轴组件向上：轴上轴肩—圆柱滚子轴承内圈—长套筒—

角接触球轴承内圈—短套筒2—角接触内圈

—滚动体—外圈—端盖—箱体向下：轴—螺母1—套筒—角接触球内圈—套筒

—内圈—滚动体—外圈—箱体5.5主轴组件结构实例3）T649型卧式铣镗床主轴组件5.5主轴组件结构实例5.5.2高速、轻载主轴组件5.5主轴组件结构实例5.5.3以轴向力为主的主轴组件5.5主轴组件结构实例5.5.4三支承主轴组件1）CW6163型普通车床主轴组件5.5主轴组件结构实例2）CK6150型数控车床主轴组件作业P107第4题——第10题第6章支撑件与导轨设计本章学习成果达成要求能针对具体的机械装备，设计、选择合理的支承件结构；能够结合设计条件，正确地选择导轨结构及其组合形式。支承件与导轨设计6.1支承件的设计要求与材料6.1.1支承件的设计要求

（1）足够的静刚度和较高的固有频率支撑件的静刚度包括整体刚度、局部刚度和接触刚度。支承件与导轨设计(a)床身导轨刚度

机床支撑件局部变形图(b)主轴箱主轴支撑部位刚度(c)摇臂钻床摇臂和立柱刚度局部刚度：支承件与导轨设计接触刚度：支承件与导轨设计6.1支承件的设计要求与材料6.1.1支承件的设计要求

（2）良好的动态特性

（3）热稳定性好

（4）结构性好支承件与导轨设计6.1.2支承件的材料

1、铸铁支承件的材料一般可选HT100、HT150、HT200、HT250、HT300等，还可以用QT450-10、QT800-02等2、钢板和型钢多用在大型、重型机床和自制设备等小批生产中

支撑件与导轨设计6.1.2支承件的材料3、铝合金常用牌号有ZAlSi7Mg、ZAlSi2Cu2Mgl等4、预应力钢筋混凝土主要为床身、立柱、底座等5、非金属材料非金属材料主要有混凝土、天然花岗岩等

支承件与导轨设计6.2支承件的结构设计6.2.1支承件的静力分析

（1）中、小型机床

（2）精密和高精密机床

（3）大型机床支承件与导轨设计6.2.2支承件的形状选择原则

（1）空心截面的惯性矩比实心的大。（2）方形截面的抗弯刚度比圆形的大，而抗扭刚度则较低。（3）不封闭的截面比封闭的截面，刚度显著下降。支承件与导轨设计6.2.3提高支承件刚度的措施

（1）隔板和加强肋支承件与导轨设计6.2.3提高支承件刚度的措施

（1）隔板和加强肋支承件与导轨设计6.2.3提高支承件刚度的措施

（1）隔板和加强肋支承件与导轨设计6.2.3各类支承件结构设计要点

（1）隔板和加强肋（2）提高接触刚度支承件与导轨设计6.2.3提高支承件刚度的措施

（1）卧式车身支承件与导轨设计6.2.3提高支承件刚度的措施

（2）立柱（3）横梁支承件与导轨设计6.2.3提高支承件刚度的措施

（4）工作台（5）底座底座一般应做成空心的箱形，内有隔板以提高刚度。支承件与导轨设计6.3导轨的分类、要求及材料6.3.1导轨的分类

1.按运动轨迹分（1）直线运动导轨（2）圆周运动导轨2.按运动性质分（1）主运动导轨（2）进给运动导轨（3）调整导轨3.按摩擦性质分（1）滑动导轨①液体静压导轨②液体动压导轨③混合摩擦导轨（2）滚动导轨支承件与导轨设计6.3导轨的分类、要求及材料6.3.1导轨的分类

4.按受力情况分（1）开式导轨（2）闭式导轨支承件与导轨设计6.3导轨的分类、要求及材料6.3.2对导轨的基本要求

1.导向精度2.耐磨性3.低速运行平稳性4.刚度6.3.3导轨的材料及热处理

1.铸铁导轨2.镶钢导轨3.塑料导轨支承件与导轨设计6.4滑动导轨6.4.1滑动导轨的结构

1.直线滑动导轨的截面形状支承件与导轨设计2.直线滑动导轨的组合形式支承件与导轨设计

3.圆周运动导轨支承件与导轨设计6.4.1滑动导轨的间隙调节装置

1）间隙调整方法（2）镶条支承件与导轨设计6.4.1滑动导轨的间隙调节装置

2）镶条的安放位置和导向面的选择从提高刚度考虑，镶条应该放在不受力或受力较小的一侧，但调整镶条后，运动部件有较大的侧移，影响加工精度。对于精密机床因导轨受力小，要求加工精度高，镶条应放在受力的一侧，或两边都放镶条；而对于普通机床，镶条应放在不受力的一侧。支承件与导轨设计6.5滚动导轨滚动导轨的优点：

（1）运动灵敏度高，滚动导轨的摩擦系数小（0.0025~0.005），动、静摩擦系数很接近，故一般滚动导轨在低速移动时，没有爬行现象。（2）定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差为0.1~0.2µm。普通滑动导轨为10~20µm。（3）所需牵引力小，移动轻便。（4）滚动导轨的磨损小，精度保持性好。钢制淬硬导轨具有较高的耐磨性，修理周期间隔可达10~15年。（5）润滑系统简单，有时可用油脂润滑，维修方便（只需更换滚动体）。

滚动导轨的缺点：但滚动导轨抗振性差，对防护要求也较高。滚动体与导轨是点线接触，接触应力较大，故一般滚动体和导轨需淬火处理。对滚动体的精度和导轨平面度要求高。与普通滑动导轨相比，滚动导轨结构复杂，制造比较困难，成本较高。支承件与导轨设计6.5滚动导轨6.5.1滚动导轨的结构形式

直线运动导轨支承件与导轨设计6.5滚动导轨6.5.1滚动导轨的结构形式

圆周运动导轨支承件与导轨设计6.5滚动导轨6.5.2滚动导轨的预紧

思考与练习1.提高支承件本身刚度应采取什么措施？2.下列导轨选择是否合理，为什么？（1）卧式车床的床鞍导轨采用V形导轨与矩形导轨结合；（2）龙门刨床的工作台导轨采用双山形导轨组合；（3）拉床采用圆柱形导轨；（4）铣床工作台导轨采用滚动导轨；（5）组合钻床动力部件的导轨采用静压导轨。3.试述：（1）导轨导向面的选择原则；（2）直线运动滑动导轨间隙的调整方法及应用场合。

第7章数控机床结构本章学习成果达成要求了解数控机床工作原理和结构特点，能区别于普通机床，针对具体设计问题，提出合理的数控机床机械结构设计要点。掌握常用的主轴滚动轴承的结构、预紧及典型应用，能针对具体的数控机床设计问题，合理设计其主轴组件；掌握滚珠丝杆螺母副的优缺点及适用场所，能针对具体设计问题，选择合适的滚珠丝杆螺母副。数控机床结构7.1数控机床结构概述

（1）支承件的高刚度化（2）传动机构简约化（3）传动元件精密化（4）辅助操作自动化7.17.1.1数控机床机械结构的特点

数控机床结构7.1.2数控机床机械结构设计的目的和要求

数控机床机械结构的设计目的（1）自动保证稳定的加工精度（2）提高加工能力和切削效率（3）提高使用效率与部件。数控机床结构7.1.2数控机床机械结构设计的目的和要求

数控机床的设计要求（1）提高数控机床构件的刚度数控机床结构7.1.2数控机床机械结构设计的目的和要求

数控机床的设计要求（2）增强数控机床结构的抗振性a)减少机床的内部振源b)提高静刚度c)提高阻尼比（3）减小机床的热变形a)控制热源和发热量b)加强冷却散热c)改进机床布局和结构形式d)恒温处理e)采用热变形补偿装置数控机床结构（1）较高的主轴转速和较宽的调速范围（2）较高的精度和较大的刚度（3）良好的抗振性和热稳定性（4）数控机床主轴具有特有的刀具安装结构7.2主传动系统及结构

7.2.1主传动方式

数控机床结构电主轴结构

数控机床结构7.2.2主轴部件的结构

主轴部件作为数控机床的一个关键部件，它包括主轴、主轴的支承、安装在主轴上的传动件和密封件等数控机床结构7.2.3主轴部件的支承

数控机床结构7.2.4主轴的准停装置

数控机床结构7.2.5主轴的自动换刀装置

数控机床结构卸荷结构

数控机床结构（1）尽量减小运动件的摩擦阻力（2）提高传动精度和刚度（3）减小各运动部件的惯量（4）系统要有适度的阻尼（5）稳定性好、寿命长7.3进给传动系统及结构

7.3.1齿轮传动副

齿轮副传动的传动级数和转