C6140普通車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
C6140普通車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),c6140,普通,車(chē)床,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì)
四川大學(xué)錦城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)
題 目：c6140普通車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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職 稱(chēng)：
題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 ¨工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā) ¨應(yīng)用研究
年 月 日
39
摘 要
隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來(lái)越高，加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來(lái)越高。在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)過(guò)程主要對(duì)CA6140車(chē)床主傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
CA6140車(chē)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，即：根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值；通過(guò)分析比較，選擇傳動(dòng)方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類(lèi)型和電動(dòng)機(jī)功率，確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、主軸、齒輪、滾動(dòng)軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后，要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤(rùn)滑與密封、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：CA6140車(chē)床；數(shù)控；傳動(dòng)系統(tǒng)
Abstract
With 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 system
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒 論 1
1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1
1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì) 1
1.1.2數(shù)控技術(shù) 2
1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 4
1.1.4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 6
1.2數(shù)控CA6140車(chē)床的工藝范圍及加工精度 7
1.2.1工藝范圍 7
1.2.2加工精度 7
1.3本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容 8
1.3.1本文的選題 8
1.3.2主要研究?jī)?nèi)容 8
2 主傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 9
2.1CA6140車(chē)床主參數(shù)和基本參數(shù) 9
2.2擬定參數(shù)的步驟和方法 9
2.2.1 極限切削速度Vmax、Vmin 9
2.2.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速 10
2.2.3 主電機(jī)功率——?jiǎng)恿?shù)的確定 10
2.2.4確定結(jié)構(gòu)式 11
2.2.5確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 11
2.2.6繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 11
2.3 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) 12
3 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 13
3.1 帶輪的設(shè)計(jì) 13
3.2 傳動(dòng)軸的直徑估算 15
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 16
3.2.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 16
3.2.3 鍵的選擇 17
3.3 傳動(dòng)軸的校核 17
3.3.1 傳動(dòng)軸的校核 18
3.3.2 鍵的校核 18
3.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 19
3.4.1 齒輪模數(shù)的確定： 19
3.4.2 齒寬的確定 23
3.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
3.5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
3.6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 25
3.7 齒輪校驗(yàn) 28
3.7.1 校核I組變速組齒輪 28
3.7.2 校核II組變速組齒輪 29
3.7.3 校核III組變速組齒輪 31
3.8 軸承的選用與校核 32
3.8.1 各軸軸承的選用 32
3.8.2 各軸軸承的校核 32
總結(jié)與展望 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
1 緒 論
1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì)
（1）數(shù)控機(jī)床：1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類(lèi)創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類(lèi)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類(lèi)進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。
6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。
①數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）
早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺(tái)機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)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(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）
到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件--運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱(chēng)之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱(chēng)為中央處理單元（簡(jiǎn)稱(chēng)CPU）。
到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱(chēng)之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)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(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控。
到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿(mǎn)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(jìn)入了基于PC的階段。
總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國(guó)外稱(chēng)為PC-BASED）。
還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱(chēng)數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。
1.1.2數(shù)控技術(shù)
隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)控制、精密檢測(cè)及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。近幾年一些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進(jìn)給伺服、超高速切削等技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高等，加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(jìn)，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大大提高，減少了切削時(shí)間和非切削時(shí)間。加工中心的進(jìn)給速度已達(dá)到80m/min～120m/min，進(jìn)給加速度達(dá)9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時(shí)間小于1s。高加工精度。以前汽車(chē)零件精度的數(shù)量級(jí)通常為10 μm，對(duì)精密零件要求為1 μm，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對(duì)精度要求提高到0.1 μm，有些零件甚至已達(dá)到0.01 μm，高精密零件要求提高機(jī)床加工精度，包括采用溫度補(bǔ)償?shù)?。微機(jī)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(jí)，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機(jī)床。
②柔性化
柔性化包括兩個(gè)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(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，便于不同用戶(hù)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(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。
③工藝復(fù)合化和多軸化
數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化，是指工件在一臺(tái)機(jī)床上裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機(jī)床，可完成鉆、鏜、銑、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復(fù)合數(shù)控加工中心，以及車(chē)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(shù)的進(jìn)步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動(dòng)控制功能。
④ 實(shí)時(shí)智能化
早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能，則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種智能行為?？茖W(xué)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)與人工智能已實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)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(dá)到最佳控制的目的。
⑤ 結(jié)構(gòu)新型化
20 世紀(jì)90 年代一種完全不同于原來(lái)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床被開(kāi)發(fā)成功。這種新型數(shù)控機(jī)床被稱(chēng)為“6條腿”的加工中心或稱(chēng)虛擬軸機(jī)床(有的還稱(chēng)為并聯(lián)機(jī)床)，它能在沒(méi)有任何導(dǎo)軌和滑臺(tái)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(tái)和安裝工件的下平臺(tái)相連。它可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)床的出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來(lái)重大變革和創(chuàng)新。
⑥ 編程技術(shù)自動(dòng)化
隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備類(lèi)型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復(fù)雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對(duì)加工過(guò)程的直觀檢查。為彌補(bǔ)手工編程和NC 語(yǔ)言編程的不足，近年來(lái)開(kāi)發(fā)出多種自動(dòng)編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動(dòng)編程系統(tǒng)、會(huì)話(huà)式自動(dòng)編程系統(tǒng)、語(yǔ)音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動(dòng)編制加工程序，同時(shí)可動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點(diǎn)是速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便，已成為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有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(yùn)行速度，應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質(zhì)量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)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(jì)顯示器主流。它應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融于一體,通過(guò)提高集成電路密度，減小互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格、改進(jìn)性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。
⑧ 開(kāi)放式閉環(huán)控制模式
采用通用計(jì)算機(jī)組成的總線式、模塊化、開(kāi)放、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁減、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類(lèi)型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是一個(gè)有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量。在加工過(guò)程中采用開(kāi)放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
（1）數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)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(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1)機(jī)械制造技術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動(dòng)控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù):(5)傳感器技術(shù):(6)軟件技術(shù)等。
（2）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@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(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。
①高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢(shì)
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)將其確定21世紀(jì)的中心研究方向之一。
在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)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(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)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(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車(chē)廠，包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)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(jī)床。美國(guó)CINCINNAT工公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h;德國(guó)DMG公司的雙主軸CA6140車(chē)床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000r/mm
在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由l0um提高到5} m，精密級(jí)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(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)。
在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值己達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)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(jī)得到
了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
②智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)
21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等;簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
③數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性
數(shù)控設(shè)備是集機(jī)電一體化的產(chǎn)品，由于其自動(dòng)化程度高，所以對(duì)其安全性和可操作性有了更高的要求。
1.1.4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展
近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)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(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。
2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1. 8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28. 5%，機(jī)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(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界
排名上升到第3位，達(dá)47. 39億美元，僅次于美國(guó)的53. 67億美元，消費(fèi)
額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24. 06億美元，比上年增長(zhǎng)27％。
近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控CA6140車(chē)床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。
1.2數(shù)控CA6140車(chē)床的工藝范圍及加工精度
1.2.1工藝范圍
數(shù)控CA6140車(chē)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)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(fù)雜的軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過(guò)程序控制自動(dòng)完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。
1.2.2加工精度
由于數(shù)控CA6140車(chē)床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控CA6140車(chē)床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過(guò)程中具有自動(dòng)變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通CA6140車(chē)床要寬得多。
1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控CA6140車(chē)床剛性好，制造和對(duì)刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車(chē)代磨。
2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
數(shù)控CA6140車(chē)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(lái)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CA6140車(chē)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(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。
3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控CA6140車(chē)床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分CA6140車(chē)床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。
4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件
普通CA6140車(chē)床所能車(chē)削的螺紋類(lèi)型相當(dāng)有限，它只能車(chē)等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺(tái)CA6140車(chē)床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控CA6140車(chē)床不但能車(chē)削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車(chē)變螺距螺紋，還可以車(chē)高精度螺紋。
1.3本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容
1.3.1本文的選題
1、根據(jù)要求設(shè)計(jì)CA6140混合雙公比CA6140車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)；2、要求設(shè)計(jì)CA6140車(chē)床主軸最高輸出轉(zhuǎn)速nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉(zhuǎn)速nmin=42.5r／min，電動(dòng)機(jī)的額定功率P=5.5KW，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速n=1440r／min，分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉(zhuǎn)速段和高轉(zhuǎn)速段的公比為φ1=1.26，中間轉(zhuǎn)速段公比為φ2 =1.58。
1.3.2主要研究?jī)?nèi)容
1、根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的一般原則對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；2、結(jié)構(gòu)式和轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì)；3、主傳動(dòng)系統(tǒng)圖繪制；4、齒輪嚙合動(dòng)力學(xué)分析和運(yùn)動(dòng)仿真。
2 主傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算
2.1CA6140車(chē)床主參數(shù)和基本參數(shù)
CA6140車(chē)床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：
最高輸出轉(zhuǎn)速nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉(zhuǎn)速nmin=42.5r／min，電動(dòng)機(jī)的額定功率P=5.5KW，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速n=1440r／min，分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉(zhuǎn)速段和高轉(zhuǎn)速段的公比為φ1=1.26，中間轉(zhuǎn)速段公比為φ2 =1.58。
正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速
nmin( )
正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速
Nmax( )
電機(jī)功率
N（kw）
42.5
1440
5.5
2.2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(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件
30～50
硬質(zhì)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?yàn)橐阎? ，
公比1=1.26 公比2=1.58
式Z=+1
有上式當(dāng)1=1.26時(shí)Z1=16，Z2=9
而取Z=12. 這樣使得設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速在采用雙公比時(shí)有相應(yīng)的級(jí)數(shù)空隙轉(zhuǎn)速。
2.2.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速
在通用機(jī)床上，每級(jí)轉(zhuǎn)數(shù)使用的機(jī)會(huì)不大相同，經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速一般是在轉(zhuǎn)速范圍的中段，轉(zhuǎn)速范圍的高、低段使用較少，雙公比傳動(dòng)就是針對(duì)這一情況而設(shè)計(jì)。主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列有兩個(gè)公比，轉(zhuǎn)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(diào)整后的結(jié)構(gòu)式為：12=25×32X26，在高低段出現(xiàn)4個(gè)轉(zhuǎn)速空檔。
根據(jù)主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：傳動(dòng)副前多后少原則、傳動(dòng)順序與擴(kuò)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(zhuǎn)速不宜超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的原則，可知，傳動(dòng)線要前密后疏，依次來(lái)安排各變速組的傳動(dòng)順序。最終繪制的轉(zhuǎn)速圖見(jiàn)圖1，按照主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖以及齒輪齒數(shù)繪制的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。
2.2.3 主電機(jī)功率——?jiǎng)恿?shù)的確定
合理地確定電機(jī)功率N，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其性能，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。
根據(jù)題設(shè)條件電機(jī)功率為5.5KW
可選取電機(jī)為Y132S-4：額定功率為5.5KW，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為1440r/min.
2.2.4確定結(jié)構(gòu)式
已知Z=x3b
a、b為正整數(shù)，即Z應(yīng)可以分解為2和3的因子，以便用2、3聯(lián)滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變速。
對(duì)于Z=12可按Z=12分解為：Z=25×32×26。
2.2.5確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)
根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動(dòng)方案Z=25×32×26。,易滿(mǎn)足要求，
2.2.6繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（1）選擇電動(dòng)機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：
（3）畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖2-3：
1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
2.3 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù)
(1)Sz100-120,中型機(jī)床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20,m4
圖3-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（7）齒輪齒數(shù)的確定。變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。
3 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)
3.1 帶輪的設(shè)計(jì)
三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=5.5kW,傳動(dòng)比i=1440/850=1.69，假設(shè)兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。
(1)、選擇三角帶的型號(hào)
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-7工作情況系數(shù)查的共況系數(shù)=1.2。故根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)公式（8-21）
式中P--電動(dòng)機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù)
因此根據(jù)、由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版) 圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。
(2)、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，
帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過(guò)小，即。查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-8、圖8-11和表8-6取主動(dòng)小帶輪基準(zhǔn)直徑=125
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)公式(8-15a)
式中：
-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.02。
∴，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-8取圓整為212mm。
(3)、驗(yàn)算帶速度V，
按濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
∵，故帶速合適。
(4)、初定中心距
帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)經(jīng)驗(yàn)公式（8-20）
取=600mm.
(5)、三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度
(6)、驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù)
，符合要求。
(7)、確定實(shí)際中心距
按濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距
(8)、驗(yàn)算小帶輪包角
根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)公式（8-25）
，故主動(dòng)輪上包角合適。
(9)、確定三角帶根數(shù)
根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)式（8-26）得
查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-4d由 i=1.8和得= 0.15KW,
查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-5，=0.98；查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-2，長(zhǎng)度系數(shù)=1.01
∴取 根
(10)、計(jì)算預(yù)緊力
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-3，q=0.1kg/m
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)式（8-27）
其中： -帶的變速功率,KW；
v-帶速,m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。
v = 1440r/min = 9.42m/s。
⑾、計(jì)算作用在軸上的壓軸力
傳動(dòng)比
查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-4a由和得= 1.92KW
3.2 傳動(dòng)軸的直徑估算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足剛度的要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)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(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過(guò)大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴、確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。
根據(jù)【1】表3-10，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
⑵、各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：
①軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為212r/min；
②軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為335r/min；
③軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為850r/min。
⑷、核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
3.2.2傳動(dòng)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.
①Ⅰ軸的直徑：取
②Ⅱ軸的直徑：取
③Ⅲ軸的直徑：取
其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；
-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積；
-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）；
-傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。
當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見(jiàn)【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?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI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5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
④各軸間的中心距的確定：
；
；
；
3.2.3 鍵的選擇
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 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(zhǎng)度L取22。主軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長(zhǎng)度L取100。
3.3 傳動(dòng)軸的校核
需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類(lèi)型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見(jiàn)【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(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
3.3.1 傳動(dòng)軸的校核
①Ⅰ軸的校核：通過(guò)受力分析，在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
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(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)式（6-1）可得
可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
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(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時(shí)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按【5】表7-17進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡(jiǎn)化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過(guò)2～3種模數(shù)。
先計(jì)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(dòng)，查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-8齒輪精度選用7級(jí)精度，再由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS：
根據(jù)【5】表7-17；有公式：
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
⑴、a變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)28的齒輪。
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； = 2；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取;
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
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(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查?。?
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。
∵所以
于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 4mm，b = 32mm。
軸Ⅰ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：
。
軸Ⅱ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑵、b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)18的齒輪。
① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； =4；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9227.5=3.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取;
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
∴
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(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.9227.5=3.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查?。?
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。
∵所以
于是變速組b的齒輪模數(shù)取m = 5mm，b = 40mm。
軸Ⅱ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：
軸Ⅲ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑶、c變速組：
為了使傳動(dòng)平穩(wěn)，所以使用斜齒輪，取，螺旋角。
計(jì)算中心距a，
∴圓整為280mm。
修正螺旋角，
因值改變不多，所以參數(shù)，，等值不必修正。
所以軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)主動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
軸Ⅳ上兩從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑷、標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)：
從【7】表5-1查得以下公式
齒頂圓直徑 ；
齒根圓直徑；
分度圓直徑 ；
齒頂高 ；
齒根高 ；
齒輪的具體值見(jiàn)表
表3.1齒輪尺寸表 （單位：mm）
齒輪
齒數(shù)
z
模數(shù)
分度圓直徑d
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂高
齒根高
⒈
24
4
96
104
86
4
5
⒉
60
4
240
248
2304
4
5
⒊
47
4
188
196
178
4
5
⒋
37
4
148
156
138
4
5
⒌
34
4
136
144
126
4
5
⒍
54
4
216
224
206
4
5
⒎
44
4
176
184
166
4
5
⒏
44
4
176
184
166
4
5
⒐
25
4
100
108
90
4
5
⒑
63
4
252
260
242
4
5
⒒
53
4
212
220
202
4
5
⒓
42
4
168
176
158
4
5
⒔
23
4
92
100
82
4
5
⒕
72
4
288
296
278
4
5
3.4.2 齒寬的確定
由公式得：
①Ⅰ軸主動(dòng)輪齒輪；
②Ⅱ軸主動(dòng)輪齒輪；
③Ⅲ軸主動(dòng)輪齒輪；
一般一對(duì)嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)主動(dòng)輪比從動(dòng)輪齒寬大（5～10mm）。
所以：， ，
，，
，。
3.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
通過(guò)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)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(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。當(dāng)齒頂圓直徑時(shí)，可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)時(shí)，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問(wèn)題，現(xiàn)決定把齒輪8、12和14做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-39（a）
3.5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
⑴、帶輪的材料
常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時(shí)采用鑄鋁或塑料。
⑵、帶輪結(jié)構(gòu)形式
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖8-14a）、腹板式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖8-14b）、孔板式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖8-14c）、橢圓輪輻式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖8-14d）。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)?？梢圆捎脤?shí)心式，當(dāng)可以采用腹板式，時(shí)可以采用孔板式，當(dāng)時(shí)，可以采用輪輻式。
帶輪寬度：。
分度圓直徑： 。
D=90mm是深溝球軸承6210軸承外徑，其他尺寸見(jiàn)帶輪零件圖。
V帶輪的輪槽與所選的V帶型號(hào)向?qū)?yīng)，見(jiàn)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表8-10mm
槽型
與相對(duì)應(yīng)得
A
11.0
2.75
8.7
9
—
—
V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。
V帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。
輪槽工作表面的粗糙度為。
⑷、V帶輪的技術(shù)要求
鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有傻眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對(duì)輪緣、凸臺(tái)、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動(dòng)平衡。其他條件參見(jiàn)中的規(guī)定。
3.6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算
片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開(kāi)，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒(méi)有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。
按扭矩選擇，即： 根據(jù)【15】和【14】表6-3-20，
①計(jì)算轉(zhuǎn)矩，
查【15】表6-3-21得
∴
②摩擦盤(pán)工作面的平均直徑
式中d為軸的直徑。
③摩擦盤(pán)工作面的外直徑
④摩擦盤(pán)工作面的內(nèi)直徑
⑤摩擦盤(pán)寬度b
⑥摩擦面對(duì)數(shù)m，查【15】表6-3-17，摩擦副材料為淬火鋼，對(duì)偶材料為淬火鋼，摩擦因數(shù)取0.08，許用壓強(qiáng)取，許用溫度<120℃.
∴m圓整為7.
∴摩擦面片數(shù)z=7+1=8.
⑦摩擦片脫開(kāi)時(shí)所需的間隙，因?yàn)椴捎脻袷剿?
⑧許用傳遞轉(zhuǎn)矩
因?yàn)?
⑨壓緊力Q
⑩摩擦面壓強(qiáng)p
根據(jù)【14】表22.7-7選用帶滾動(dòng)軸承的多片雙聯(lián)摩擦離合器，因?yàn)榘惭b在箱內(nèi)，所以采取濕式。結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)【14】表22.7-7圖（a）。
表5.2
特征參數(shù)
圖
號(hào)
許用轉(zhuǎn)距
重量/kg
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/
接合
力/N
脫開(kāi)
力/N
內(nèi)部
外部
圖a
120
4.7
0.0035
0.0050
170
100
表5.3
主要尺寸
圖
號(hào)
許用轉(zhuǎn)矩
D
A
B
c
E
F
G
閉
式
開(kāi)
式
圖a
120
18
32
-
108
100
18
32
60
45
70
表5.4
主要尺寸
圖
號(hào)
H
J
L
R
S
a
圖a
85
47
51
81
152
65
64
35
-
10
20
11
3.7 齒輪校驗(yàn)
在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪1，齒輪5，齒輪11這三個(gè)齒輪。
齒輪強(qiáng)度校核：計(jì)算公式：①?gòu)澢趶?qiáng)度;
②接觸疲勞強(qiáng)度
3.7.1 校核I組變速組齒輪
①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為28的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、 ,n=800r/min,
⑵、確定動(dòng)載系數(shù)
∵
齒輪精度為7級(jí)，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)使用系數(shù)。
⑶、。
⑷、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-4，得非對(duì)稱(chēng)齒向載荷分配系數(shù)；
,
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-13得
⑸、確定齒間載荷分配系數(shù):
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-2查的使用，
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹、確定載荷系數(shù):
⑺、 查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
；
⑻、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-18查得 壽命系數(shù),取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強(qiáng)度
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-6得
⑶、查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-21（d）得，
故齒輪1合適。
3.7.2 校核II組變速組齒輪
①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為18的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、,n=400r/min,
⑵、確定動(dòng)載系數(shù)：
齒輪精度為7級(jí)，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
⑶、
⑷、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-4，插值法得非對(duì)稱(chēng)齒向載荷分配系數(shù)
,查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-13得
⑸、確定齒間載荷分配系數(shù):
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-2查的使用 ；
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹、確定動(dòng)載系數(shù):
⑺、查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表 10-5齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
、
⑻、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-18查得 壽命系數(shù),疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強(qiáng)度
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表10-6得
⑶、查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)圖10-21（d）得，
故齒輪8合適。
3.7.3 校核III組變
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