CA6140床頭箱設(shè)計(jì).doc

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課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程名稱： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方向課程設(shè)計(jì) 題 目：CA6140車(chē)床箱體設(shè)計(jì)﹑分析﹑優(yōu)化﹑仿真 機(jī)械工程 學(xué)院（系）機(jī)械設(shè)計(jì) 專業(yè) 班 級(jí)： 機(jī) 自 0806 學(xué) 號(hào)： 0401080625 學(xué)生姓名： 劉體歡 指導(dǎo)教師： 何雪明 2011年 9月 《現(xiàn)代機(jī)械CAD》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一. 設(shè)計(jì)目的和要求 《現(xiàn)代機(jī)械CAD》課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)方向課程中實(shí)踐性較強(qiáng)、綜合性突出的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，使該專業(yè)方向的學(xué)生在校期間最后一次（除畢業(yè)設(shè)計(jì)外）進(jìn)行的較長(zhǎng)時(shí)間、較系統(tǒng)、較全面的工程設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練，在實(shí)現(xiàn)學(xué)生總體培養(yǎng)目標(biāo)中占有特別重要的地位。對(duì)于樹(shù)立學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、可靠性、完整性意識(shí)，激發(fā)學(xué)生用依據(jù)理論結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)解決工程實(shí)踐問(wèn)題的興趣，加深同學(xué)對(duì)課程所學(xué)內(nèi)容的綜合理解和掌握具有舉足輕重的作用和十分重要的意義。 本教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施目的是： 1、通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹(shù)立正確的現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)綜合運(yùn)用《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)》、《自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)》課程和《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助分析/輔助制造（CAD/CAE/CAM）》、《有限元分析》、《優(yōu)化設(shè)計(jì)》、《可靠性設(shè)計(jì)》等其他先修課程的理論與生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)來(lái)分析和解決用計(jì)算技術(shù)對(duì)現(xiàn)代機(jī)械的進(jìn)行完整設(shè)計(jì)所涉問(wèn)題的能力。 2、學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握計(jì)算機(jī)輔助現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和所需技術(shù)和軟件。 3、用計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練：例如計(jì)算（Matlab）、分析（UG/Scinario、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、結(jié)構(gòu)分析和參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊）、修正、繪圖（UG/Drafting/Assembly/FreeForm）、查閱資料和手冊(cè)、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 4、有條件的話，可熟悉現(xiàn)代設(shè)計(jì)中涉及的計(jì)算機(jī)技術(shù)（計(jì)算機(jī)輔助制造UG/Manufacturing）和其他流行CAD軟件（ANSYS、ADAMS、Pro/E）的使用操作，全面掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)的全過(guò)程。 課程設(shè)計(jì)教學(xué)的基本要求是： 1、能從機(jī)器功能要求出發(fā)，制定或分析設(shè)計(jì)方案，合理的選擇電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和零件。 2、能按機(jī)器的工作狀況用Matlab分析和計(jì)算作用在零件的載荷，合理選擇零件材料，正確計(jì)算零件主要參數(shù)及尺寸。 3、能考慮制造工藝、安裝與調(diào)整、使用與維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性和安全性等問(wèn)題，對(duì)機(jī)器和零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4、繪圖表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果，圖樣符合國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)，尺寸及公差標(biāo)注完整、正確，技術(shù)要求合理、全面。 5、掌握使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制裝配圖（UG/Assembling）、零件圖（UG/Drafting）的方法。 6、進(jìn)行有限元分析（UG/Master FEM+或ANSYS）、機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)分析（UG/Motion或ADAMS）或和機(jī)械結(jié)構(gòu)分析（UG/Structures或ADAMS）并對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行針對(duì)性分析并取得合理的改進(jìn)。 二、設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)和學(xué)分 學(xué)時(shí)：3周 學(xué)分：1.5 三、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 課程設(shè)計(jì)題目常以一般用途的機(jī)械裝置為主，也可以做其他設(shè)計(jì)題目，其他工作量相當(dāng)于C6140機(jī)床的主傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)。 每個(gè)學(xué)生應(yīng)相對(duì)獨(dú)立完成：確定機(jī)器或傳動(dòng)裝置的總體方案，選定電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并完成其運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算；進(jìn)行傳動(dòng)零件以及軸、軸承、鍵聯(lián)接、聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇有關(guān)零、部件的規(guī)格；結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算，穿插進(jìn)行主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；用繪圖機(jī)器或傳動(dòng)裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并綜合考慮其潤(rùn)滑與密封等問(wèn)題；進(jìn)行軸的精確校核計(jì)算；用計(jì)算機(jī)繪圖軟件（Ug或Pro/E）繪制正式裝配圖和零件圖；用有限元分析模塊（UG/Motion 或ADAMS）和機(jī)械結(jié)構(gòu)分析模塊（UG/Structures或ADAMS）對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行分析并取得合理的改進(jìn)，整理、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；總結(jié)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯內(nèi)容。 設(shè)計(jì)題目可僅給機(jī)器所需實(shí)現(xiàn)的功能，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案；亦可給定傳動(dòng)方案，由學(xué)生分析后進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)生應(yīng)提交的設(shè)計(jì)成果包括： 1. 機(jī)器或部件正式計(jì)算機(jī)裝配圖1張（UG/Assembly），A0圖紙。 2. 零件工作圖3張（UG/Drafting），A2、A3或A4圖紙。通常為關(guān)鍵軸、關(guān)鍵零件工作圖。 3. 有限元分析效果圖1張（UG/Master FEM+） 4. 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份，說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括：確定裝置總體方案，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算（Matlab程序），關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸、軸承、鍵聯(lián)接的校核計(jì)算（Matlab程序）等內(nèi)容。 四、設(shè)計(jì)的進(jìn)行方式 由指導(dǎo)老師給出設(shè)計(jì)課題，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)。在規(guī)定的地點(diǎn)由教師指導(dǎo)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。 五．設(shè)計(jì)時(shí)間安排 按以下進(jìn)程安排4周，共20天設(shè)計(jì)周期： （1） 方案設(shè)計(jì)（含選電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算）（2天）； （2） 傳動(dòng)件設(shè)計(jì)（0.5-1天）； （3） 裝配草圖設(shè)計(jì)（4-5天）； （4） 裝配工作圖設(shè)計(jì)（3、5-4、5天）； （5） 零件工作圖設(shè)計(jì)（0、5天）； （6） 有限元分析效果（3天）； （7） 機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)分析圖（1、5-2天）； （8） 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析圖（1、5-2）； （9） 某個(gè)零部件的修正圖（0、5-1天）； （10） 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（1-2天）； （11） 答辯（1天）。 設(shè)計(jì)過(guò)程中安排一次機(jī)床或成熟機(jī)械裝置裝拆試驗(yàn)和觀摩模型實(shí)物展覽室，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)；安排16-24學(xué)時(shí)集中講課，講解各軟件及其模塊的使用要點(diǎn)；其他時(shí)間采取集體輔導(dǎo)與個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合的指導(dǎo)方式。 其中講課、輔導(dǎo)穿插在各階段進(jìn)行。 目 錄 第一章 機(jī)床的規(guī)格和用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第二章 機(jī)床主要參數(shù)的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6-7 第三章 傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7-10 第四章 主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10-21 第五章 運(yùn)動(dòng)仿真及有限元分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21-27 第六章 操縱機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)及潤(rùn)滑、調(diào)整的明．．．．．．．．．．．．．．．．．27-30 第七章 設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)和設(shè)計(jì)體會(huì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 第八章 參考資料編目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30-31 第一章 機(jī)床的規(guī)格和用途 CA6140機(jī)床可進(jìn)行各種車(chē)削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。 主軸三支撐均采用滾動(dòng)軸承；進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫向進(jìn)給由十字手柄操縱，并附有快速電機(jī)。該機(jī)床剛性好、功率大、操作方便。 第二章 主要技術(shù)參數(shù) 工件最大回轉(zhuǎn)直徑： 在床面上………………………………………………………………………………400毫米 在床鞍上………………………………………………………………………………210毫米 工件最大長(zhǎng)度（四種規(guī)格）………………………………………750、1000、1500、2000毫米 主軸孔徑…………………………………………………………………………………… 48毫米 主軸前端孔錐度 ………………………………………………………………………… 400毫米 主軸轉(zhuǎn)速范圍： 正傳（24級(jí)）………………………………………………………………… 10~1400轉(zhuǎn)/分 反傳（12級(jí)）………………………………………………………………… 14~1580轉(zhuǎn)/分 加工螺紋范圍： 公制（44種）………………………………………………………………………1~192毫米 英制（20種）…………………………………………………………………… 2~24牙/英寸 模數(shù)（39種）…………………………………………………………………… 0.25~48毫米 徑節(jié)（37種）……………………………………………………………………… 1~96徑節(jié) 進(jìn)給量范圍： 細(xì)化 0.028~0.054毫米/轉(zhuǎn) 縱向（64種）………………………………………………… 正常 0.08~1.59 毫米/轉(zhuǎn) 加大 1.71~6.33 毫米/轉(zhuǎn) 細(xì)化 0.014~0.027毫米/轉(zhuǎn) 橫向（64種）………………………………………………… 正常 0.04~0.79 毫米/轉(zhuǎn) 加大 0.86~3.16 毫米/轉(zhuǎn) 刀架快速移動(dòng)速度： 縱向…………………………………………………………………………………… 4米/分 橫向…………………………………………………………………………………… 4米/分 主電機(jī)： 功率…………………………………………………………………………………… 7.5千瓦 轉(zhuǎn)速………………………………………………………………………………… 1450轉(zhuǎn)/分 快速電機(jī)： 功率……………………………………………………………………………………… 370瓦 轉(zhuǎn)速………………………………………………………………………………… 2600轉(zhuǎn)/分 冷卻泵： 功率……………………………………………………………………………………… 90瓦 流量…………………………………………………………………………………… 25升/分 工件最大長(zhǎng)度為1000毫米的機(jī)床： 外形尺寸（長(zhǎng)寬高）……………………………………………266810001190毫米 重量約…………………………………………………………………………………2000公斤 第三章 傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 1.確定極限轉(zhuǎn)速 已知主軸最低轉(zhuǎn)速nmin為10mm/s,最高轉(zhuǎn)速nmax為1400mm/s，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 Rn=nmax/nmin=14 2.確定公比 選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為φ＝1.12 3.求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z Z=lgRn/lgφ+1= lg14/lg1.12+1=24 4.確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 24=2322 5.繪制轉(zhuǎn)速圖 （1）選定電動(dòng)機(jī) 一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，如無(wú)特殊性能要求，多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。Y系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。 （2）分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比為uII=nmin/nd=10/1500≈6.6710－3,nmin為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動(dòng)比。然后，將總降速傳動(dòng)比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動(dòng)比。 （3）確定傳動(dòng)軸的軸數(shù) 傳動(dòng)軸數(shù)＝變速組數(shù)+定比傳動(dòng)副數(shù)+1=6 （4）繪制轉(zhuǎn)速圖 先按傳動(dòng)軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)格距l(xiāng)gφ畫(huà)出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動(dòng)間畫(huà)上u(k→k+1)min.再按結(jié)構(gòu)式的級(jí)比分配規(guī)律畫(huà)上各變速組的傳動(dòng)比射線，從而確定了各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。 第四章 主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算 本人主要擔(dān)任的設(shè)計(jì)任務(wù)為CA6140型普通車(chē)床Ⅲ軸及軸上零件設(shè)計(jì)，包括了軸以及齒輪軸承的設(shè)計(jì)與校核，先選擇部分分析如下。 4.1齒輪的驗(yàn)算 驗(yàn)算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。 對(duì)硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為 （MPa）≤[] （4-1） 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為 （4-2） 式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=； -電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）； -從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的齒輪的機(jī)械效率； -齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）; m-初算的齒輪模數(shù)（mm）; B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)； u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號(hào)用于外嚙合，“-”號(hào)用于內(nèi)嚙合； -壽命系數(shù)： -工作期限系數(shù)： T-齒輪在機(jī)床工作期限（）內(nèi)的總工作時(shí)間（h），對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為T(mén)=/P，P為變速組的傳動(dòng)副數(shù)； -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）; -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見(jiàn)《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》） m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2； —功率利用系數(shù)，查表3-3； —材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4； —的極限值，見(jiàn)表3-5，當(dāng)≥時(shí)，則取=；當(dāng)＜時(shí)，取=； —工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取=1.2~1.6； —?jiǎng)虞d荷系數(shù)，查表3-6； —齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9； Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8； []—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9； []—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。 如果驗(yàn)算結(jié)果或不合格時(shí)，可以改變初算時(shí)選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時(shí)，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。 三軸上的三聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理 傳至三軸時(shí)的最大轉(zhuǎn)速為： N==5.42kw 在三聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為412.25，且齒寬為B=12mm u=1.05 =≤[]=1250MP 故三聯(lián)滑移齒輪符合標(biāo)準(zhǔn) 驗(yàn)算502.5的齒輪： 502.5齒輪采用整淬 N==5.1kw B=15mm u=1 =≤[]=1250MP 故此齒輪合格 驗(yàn)算633的齒輪： 633齒輪采用整淬 N==5.1kw B=10mm u=4 =≤[]=1250MP 故此齒輪合格 驗(yàn)算442齒輪： 442齒輪采用整淬 N==5.1kw B=10mm u=1 =≤[]=1250MP 故此齒輪合格 圖4-1 4.2 傳動(dòng)軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)算 4.2.1傳動(dòng)軸的優(yōu)化 在滿足設(shè)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，盡量降低軸的成本，其中最重要的方法之一就是降低軸的質(zhì)量，因此就需要我們進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 由傳動(dòng)軸上彎曲載荷的計(jì)算，一般由危險(xiǎn)斷面上的最大扭矩求得： 式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）; —該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。 以傳動(dòng)軸的質(zhì)量最小作為目標(biāo)函數(shù)，在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下追求質(zhì)量最小。軸所選用的材料20CrMnMo的密度 為 目標(biāo)函數(shù)建立如下： 約束條件如下： （1） 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度約束條件 要使軸正常工作，其工作應(yīng)力必須須小于許用應(yīng)力，即 式中T-----傳動(dòng)軸的最大扭矩，給定 因此軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度所決定的約束條件為 即 （2） 扭轉(zhuǎn)剛度度約束條件 根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度，要求扭轉(zhuǎn)變形小于許用值，即 式中 因此扭轉(zhuǎn)剛度所決定的約束條件為 （3） 幾何約束條件 建立數(shù)學(xué)模型如下： 在LINGO中輸入代碼并得到結(jié)果： 圖4-2 因此 選取a=5mm，d=30mm 4.2.2傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 對(duì)于傳動(dòng)軸，除重載軸外，一般無(wú)須進(jìn)行強(qiáng)度校核，只進(jìn)行剛度驗(yàn)算。 軸的抗彎斷面慣性矩（） 花鍵軸 = 式中 d—花鍵軸的小徑（mm）； i—花軸的大徑（mm）； b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)； 傳動(dòng)軸上彎曲載荷的計(jì)算，一般由危險(xiǎn)斷面上的最大扭矩求得： = 式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）; —該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。 傳動(dòng)軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力： 式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。 齒輪的徑向力： 式中 α—為齒輪的嚙合角； ρ—齒面摩擦角； β—齒輪的螺旋角； =27.86mm 符合校驗(yàn)條件 花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算 花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為： 式中 —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（）； D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L—花鍵工作長(zhǎng)度； N—花鍵鍵數(shù)； K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8； 故此三軸花鍵軸校核合格 圖4-3 4.3 軸組件的剛度驗(yàn)算 兩支撐主軸組件的合理跨距 主軸組件的跨距對(duì)其剛度的影響很大，在繪制主軸組件的結(jié)構(gòu)草圖后，可以對(duì)合理跨距L。進(jìn)行計(jì)算，以便修改草圖，當(dāng)跨距遠(yuǎn)大于L。時(shí)，應(yīng)考慮采用三支撐結(jié)構(gòu)。 《機(jī)床設(shè)計(jì)》的教科書(shū)中的主軸組件柔度方程系在主軸端部C點(diǎn)家在時(shí)主軸和軸承兩相柔度的迭加，其極值方程為： 式中 L?！侠砜缇?； C —主軸懸伸梁； ﹑—后﹑前支撐軸承剛度 該一元三次方程求解可得為一實(shí)根： 機(jī)床傳動(dòng)軸用滾動(dòng)軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。其額定壽命的計(jì)算公式為： C—滾動(dòng)軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊(cè)》或《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查取，單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）； —速度系數(shù)， 為滾動(dòng)軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/mm） —壽命系數(shù)， —壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3，對(duì)滾子軸承=； 工作情況系數(shù)，對(duì)輕度沖擊和振動(dòng)的機(jī)床（車(chē)床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床），； —功率利用系數(shù)，查表3—3； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3—2； —齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》； P—當(dāng)量動(dòng)載荷，按《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。 故軸承校核合格 第五章 運(yùn)動(dòng)仿真及有限元分析 整體運(yùn)動(dòng)仿真如下： 圖5-1 對(duì)齒輪進(jìn)行簡(jiǎn)化，應(yīng)用UG軟件進(jìn)行靜力學(xué)分析，結(jié)果如下： 齒輪受力變形圖和節(jié)點(diǎn)云彩圖（X和Y方向） 圖5-2 圖5-3 第六章 操縱機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)及潤(rùn)滑、調(diào)整的說(shuō)明 一．機(jī)床的操縱機(jī)構(gòu)用于控制機(jī)床各執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)、變速、換向等。隨著機(jī)床的自動(dòng)化，操縱機(jī)構(gòu)越來(lái)越簡(jiǎn)化。操縱機(jī)構(gòu)不直接參與機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)床的精度和剛度無(wú)直接影響，但對(duì)機(jī)性能的發(fā)揮和操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度有一定的影響。因此對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的要求是：輕便省力，操作方便，便于記憶，安全可靠。操縱機(jī)構(gòu)一般是由三個(gè)部分組成的：（1）操作件，包括手柄、手輪等，見(jiàn)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》。（2）傳動(dòng)裝置，包括機(jī)械的、電力的、液壓的、氣動(dòng)的數(shù)種。在機(jī)械傳動(dòng)裝置中常用的有杠桿、齒輪齒條和凸輪機(jī)構(gòu)等。（3）執(zhí)行件，如撥塊、滑塊和銷子等。在機(jī)床課程設(shè)計(jì)中，常用的有擺動(dòng)式操縱機(jī)構(gòu)、移動(dòng)式操縱機(jī)構(gòu)和凸輪操縱機(jī)構(gòu)等。 二．制動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用制動(dòng)器。制動(dòng)器的作用，是在機(jī)床停車(chē)時(shí)使執(zhí)行件及其傳動(dòng)鏈迅速停止運(yùn)動(dòng)。它的工作原理是利用摩擦力矩使機(jī)件的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。機(jī)床的制動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足如下要求：（1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小。為此制動(dòng)器應(yīng)盡量裝在高速軸上。（2）制動(dòng)時(shí)間在可能條件下應(yīng)該盡量短些。但也不是越短越好。如果制動(dòng)時(shí)間太短，則有可能因制動(dòng)力矩太大而損壞機(jī)件。例如打掉齒輪，扭壞軸等。（3）要保證使用安全。為此，制動(dòng)機(jī)構(gòu)與開(kāi)停機(jī)構(gòu)必須互鎖。即離合器脫開(kāi)時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)制動(dòng)；接通離合器前，制動(dòng)器必須先斷開(kāi)。最簡(jiǎn)單的互鎖方法是用同一個(gè)操縱機(jī)構(gòu)，同時(shí)操縱離合器和制動(dòng)器。 三．潤(rùn)滑包括變速箱的潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑液壓泵的選用 1．變速箱的潤(rùn)滑方式主要有飛濺潤(rùn)滑和循環(huán)潤(rùn)滑 飛濺潤(rùn)滑，通過(guò)濺油輪和濺油齒輪，將潤(rùn)滑油甩至需潤(rùn)滑的部位，或經(jīng)箱壁流到需潤(rùn)滑的部位。濺油輪應(yīng)該安裝在變速箱內(nèi)接近油面部位的轉(zhuǎn)速不變或變化范圍較小的軸上。濺油輪的圓周速度在3-12.5m/s為宜，浸入油面的深度通常為12-25mm。如采用齒輪濺油，則浸入油面的深度通常為2-3倍齒高。飛濺潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是攪油起泡影響潤(rùn)滑效果，并增加變速箱內(nèi)的發(fā)熱量和增大噪音。因此，只在要求不高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的情況下才有應(yīng)用。 循環(huán)潤(rùn)滑又可分體內(nèi)循環(huán)和體外循環(huán)潤(rùn)滑兩種。采用體內(nèi)循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)變速箱兼作潤(rùn)滑油箱，各潤(rùn)滑元件均在變速箱體內(nèi)，因而結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但摩擦產(chǎn)生的熱量仍留在變速箱體內(nèi)。常用于較簡(jiǎn)單的變速箱。采用體內(nèi)循環(huán)潤(rùn)滑方式時(shí)，應(yīng)該盡量使傳動(dòng)件不浸入油內(nèi)。 體外循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)，油箱、濾油器、潤(rùn)滑泵等潤(rùn)滑元件均在變速箱外。其優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑油可以把熱量帶出變速箱，在油箱內(nèi)冷卻。這種辦法可以使變速箱的溫升較低，但結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些。 2．潤(rùn)滑油泵的選用 潤(rùn)滑液壓泵可以從《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》中選取，有齒輪液壓泵、柱塞液壓泵和葉片液壓泵等。 3．防漏和密封 機(jī)床漏油分三等：滲油、滴油和流油。固定聯(lián)接的部位每半小時(shí)滴一滴為滲油?；顒?dòng)聯(lián)接的部位每五分鐘滴一滴為滲油，每2-3min滴一滴為滴油，每分鐘滴5滴為流油。防止漏油的辦法是堵和引，不堵就流出去了，只堵不引，等油積累多了也會(huì)滲出，要把堵住的油引回油池，就不會(huì)漏出體外了。 四．在課程設(shè)計(jì)中常會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，通過(guò)調(diào)整消除影響。以下舉幾個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤。 1．滑移齒輪運(yùn)動(dòng)干涉：在設(shè)計(jì)中有時(shí)為了縮短軸向尺寸，將固定齒輪之間所需要的間距取小了，使滑移齒輪不能實(shí)現(xiàn)正常的滑移。設(shè)計(jì)時(shí)要注意畫(huà)出運(yùn)動(dòng)極限的想象位置，以便檢查是否會(huì)發(fā)生干涉，或是在齒輪兩端倒圓角。同時(shí)滑移齒輪和軸承的干涉問(wèn)題也要注意，適當(dāng)在兩者間留下空隙。 2．操縱機(jī)構(gòu)的干涉：如撥叉和撥塊間的干涉，可以通過(guò)其他組成零件的適當(dāng)修改達(dá)到好的效果。對(duì)于在操縱過(guò)程中，滑移齒輪有越程的操縱機(jī)構(gòu)，還要考慮到滑移齒輪的極限位置，以免滑移齒輪與其他零件產(chǎn)生干涉。 3．展開(kāi)圖與剖視圖的對(duì)應(yīng)檢查：主要是檢查各零件之間的相對(duì)位置是否可行。 4．安裝和拆卸：在主軸箱中，Ⅰ軸通常是先在外面裝好，然后整個(gè)組件裝入箱體。 5．軸的定位不足與超定位：裝入箱體的軸要軸向固定，即限制向兩端移動(dòng)的自由度。如有一側(cè)未限制，則軸將發(fā)生竄動(dòng)，這是不允許的。但是，一側(cè)有兩處或兩處以上的限制稱為超定位，也是不允許的。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的軸，一般易于判斷。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)就較易發(fā)生超定位現(xiàn)象。 第七章 課程設(shè)計(jì)體會(huì) 歷經(jīng)三周的課程設(shè)計(jì)—CA6140車(chē)床主軸箱體及其傳動(dòng)間運(yùn)動(dòng)仿真，以及有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡管分配到42個(gè)人后的工作量并不是很大，但彼此之間的交流讓我們?cè)O(shè)計(jì)感到非常充實(shí)，并且從中學(xué)到許多知識(shí)。但是，因?yàn)槭欠止ず献?，所以每個(gè)人畫(huà)的零件的尺寸在配合處存在很大的誤差，這個(gè)最后的裝配帶來(lái)了很大的困難，但最后經(jīng)過(guò)一次次的商討，確定統(tǒng)一的尺寸還是解決了這個(gè)難題。還有應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)軸零件進(jìn)行尺寸優(yōu)化。這次設(shè)計(jì)在開(kāi)始的時(shí)候我們存在不少困難：在缺少設(shè)計(jì)圖紙的情況下靠組員之間的默契配合對(duì)唯一一張裝配圖進(jìn)行測(cè)繪再應(yīng)用三維建模軟件UG畫(huà)出三維實(shí)體模型進(jìn)行裝配，之后再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。在這次設(shè)計(jì)之中，我們存在了許多不足，時(shí)間主要花在了實(shí)體建模和仿真的構(gòu)建上。還有分析軟件 -ANSYS 應(yīng)用的并不不是那么得心應(yīng)手，還存在了很大的問(wèn)題。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，分析起來(lái)充滿了實(shí)際的困難。 第八章 參考資料編目 [1]. 任殿閣，張佩勤 。機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)。遼寧科學(xué)技術(shù)出版社。1991年9月 [2]. 東南大學(xué)機(jī)械學(xué)學(xué)科組 鄭文緯 吳克堅(jiān)。機(jī)械原理。高等教育出版社。1997年7月 [3]. 付鐵。計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程。北京理工大學(xué)出版社。 [4]. 查康 楊萬(wàn)能 麥燦基 王玉海 董敏。產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)白金案例。山東電子音響出版社。2005年1月 [5]. 方世杰 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