CA6140床頭箱設(shè)計(jì)

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1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 課程名稱： 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方向課程設(shè)計(jì) 目：CA6140車床箱體設(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： 文U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 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)于樹立學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué) 生設(shè)計(jì)的

2、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

3、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/Scinari。、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/Free Form） x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

4、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/MastcrFEM+或ANSYS)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)分析 (U

5、G/Motion 或 ADAMS)或和機(jī)械結(jié)構(gòu)分析(UG/Structurcs 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

6、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/Structurcs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、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；總結(jié)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)缶答辯內(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

7、、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)明書一份，說(shuō)明書應(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)（45天）； （4）裝配工作圖設(shè)計(jì)（

8、3、5-4、5天）; （5）零件工作圖設(shè)計(jì)（（）、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） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書（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

9、參數(shù)的確定 6-7 第三章傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 7-1（） 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 27-3() 第七章設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)和設(shè)計(jì)體會(huì) 3() 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 4

10、00毫米 在床鞍上 210毫米 工件最大長(zhǎng)度(四種規(guī)格) 750、100()、1500、2000亳米 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)） 10740（）轉(zhuǎn)/分 反傳（12級(jí)） 147580轉(zhuǎn)/分 加工螺紋范圍： 公制（44種） 1792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： J細(xì)化0.028?0.054毫米/轉(zhuǎn) 縱向（64種） I■正常0.087.59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（

11、64種） 正常0.04?0.79亳米/轉(zhuǎn) 加大（）.86?3.16亳米/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 145（）轉(zhuǎn)/分 快速電機(jī): 功率 370瓦 轉(zhuǎn)速 2600轉(zhuǎn)/分 冷卻泵： 功率 9()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)X寬X高) 2668X1000 XI 19()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tlmax為1400mm/s,轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 Rii=n.max

12、/nmin= 14 2 .確定公比 選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為y=L12 3 .求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z Z=lgRii/lgcp+l= lgl4/lgl.12+1=24 4 .確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 24=2X3X2X2 5 .繪制轉(zhuǎn)速圖 (0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Y160M4,其同步轉(zhuǎn)速為1500r/mino (2)分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比為Un=nmin/nd=l()/1500 = 6.67Xl()7,nm

13、in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 g L450 爾 速 C6L40主軸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖 先按傳動(dòng)軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)格距回畫出網(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)間畫上U(k-k+l)min.再按結(jié)構(gòu) 式的級(jí)比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動(dòng)比射線，從而確定了各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。 H2X

14、2X2 傳動(dòng)系統(tǒng)可用傳動(dòng)路線表達(dá)式表示如下: 主電動(dòng)機(jī)一招黜一1一 j 7.5kW \ \ 1450r/min/ M］（左） （正轉(zhuǎn)） 56| 38 : 51： 43； Mi （右）50 q 34 （反轉(zhuǎn)）一藥一劃一 39 41 30 50 22 -58 J 63 50 VI （主軸） -v-1|-m2 （右移） 20-805150 N

15、 ■ 、 .?A 1 2(一805050 J ; > Js 車削米制螺紋時(shí)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下: 右螺紋 33 — 皆一炮一||一" -33 左螺紋 33 YT 25 25 比 33 嚼嚼 18x35 —X YU-M5一絲杠X區(qū)一刀架 45 28 28x15 35 48 18 J5 .45X48J 加工螺紋時(shí)的傳動(dòng)路線表達(dá)式歸納總結(jié)如下: 主軸口 -I （正常導(dǎo)程） （擴(kuò)大導(dǎo)程） 更一xn 100刈 100 （米、英制螺紋） 64 w 100 礪一刈一可 （模數(shù)、徑節(jié)螺紋） ac

16、 bd 58 58 5CI 50 80 20 —nr_世_in―彷 11 44 VU 58 75 XI 133 25 33 （左螺紋） 25y1V ? v v 25 36 36 一那一z基—XV一定一石］ （公制及模數(shù)螺紋） 合一XV一」一娜巖 1基 25 （英制及徑節(jié)螺紋） —" Mj 合 XV - （非標(biāo)準(zhǔn)螺紋） X VI -i偌 Mi合 合一XK 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型普通車床in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

17、 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) <[aj (4-1) o _ 2081xl03 /（〃1國(guó)&舄不 Zm X uBnj 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為 208 lx 1(/&K2K3 KsN Zn^BYn. (MR/) W 1aH.] (4-2) 式中N-齒輪傳遞功率（KW）, N= 電動(dòng)機(jī)顫定功率（KVT）； 丁從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的齒輪的機(jī)械效率; 叫

18、-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，”號(hào)用于外嚙合，“」號(hào)用于內(nèi)嚙合; K5-壽命系數(shù): K『-工作期限系數(shù): 憶 60巾 ”hr T-齒輪在機(jī)床工作期限(八)內(nèi)的總工作時(shí)間(h),對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取 G=15()0()-2()0()()h,同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為T=G/P, P為變速 組的傳動(dòng)副數(shù); 齒輪的最低轉(zhuǎn)速(r/min); 品-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1 (以下均參見《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》) m一疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； K〃一速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2

19、; 心一功率利用系數(shù)，查表3-3； K。一材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4; Ks 一的極限值 % , % 見表3-5,當(dāng)Ks ＞舄皿時(shí),則取Ks = 皿；當(dāng)K$ V降而”時(shí), 匕一工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取K|=1.27.6; & 一動(dòng)載荷系數(shù)，查表3-6; a—齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9; Y一標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8; [5]一許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9； ”馬一許用彎曲應(yīng)力（MPa）,查表3-9。 如果驗(yàn)算結(jié)果。/或8.不合梏時(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

20、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： 130 56 39 nz = 1450x x — x — = 1148.86/7 min 230 38 41 n = 122x —x —x 0.98 x 0.997 = 0.723 230 38 41 N= N] ? rj =5.42kw \ =/：3 = 1148.86/7 min 在三聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為41X2.25,且齒寬為B=12mm u=1.05 =1189Mp < [a ,] = 1250MP 2081 xlO5 /(1.05 +1)>1.2>1.3<1.04<3.72<5.42 41x2.25

21、V 1.05e20el 148.86 故三聯(lián)滑移齒輪符合標(biāo)準(zhǔn) 驗(yàn)算50X2.5的齒輪： 50X2.5齒輪采用整淬 n) =/:3 = 1148.86/7 min n = 122x —x —x 0.98 x 0.997 x 0.972 = 0.680 230 38 41 N二N] 二5.lkw B=15mm u=l 2081 xlO3 /(l + r)4.244.04<3.72>5.1 ?…小 c ： = J =910MP & [o J =⑵OMP 50x2.5 V M5>1148.86 - 故此齒輪合格 驗(yàn)算63義3的齒輪： 63X3齒輪采用整淬 \ =n3 = 1

22、148.86,7 min 130 56 39 7 7 n = x — x — x0.98x0.99 x0.97- = 0.680 230 38 41 N= N] 二5.lkw B=10mm u=4 = 558MP<[a.]=1250MP _ 2081xl03 14 + l)?L2?l?L04?3?7251 0 廠 63x3 V 4404148.86 故此齒輪合格 驗(yàn)算44X2齒輪： 44X2齒輪采用整淬 n) =/:3 = 1148.86/7 min n = 122x —x —x0.98x0.997 x0.972 = 0.680 230 38 41 N=Nd >r|

23、 =5.1kw B=10mm u=l o f 二 2081X103 呼巫巫叵亙=1239Mp < [。下 1250MP 44x2 V bl5>l 148.86 yJ 故此齒輪合格 巳-已 X 45 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： M y = 955 x 104〉(N ? mm ) = 955 x 104 x "2 = 4 51 x 10, N ? mm :， \

24、1148.86 式中N一該軸傳遞的最大功率(kw); 七一該軸的計(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 20CrMnM。的密度 為 pul.SxlO^kg/mnd 目標(biāo)函數(shù)建立如下：/(〃,，/) = (23 —a)x中(手尸+。平(\)2 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)軸的懸大扭矩，給定了 = 4,51 x IO,N ?帆加 % ——軸的抗扭截面模量，對(duì)實(shí)心軸叫=16mm3 [r]——軸的許用抗扭應(yīng)力，取舊= 250M

25、P” 因此抽的扭桀強(qiáng)度所決定的約束條件為 16T 「j fln 16x4.51xl04 c-c/c 一r- r <0 即 ；--250 <0 血 3 L J 3.14x1 （2）扭轉(zhuǎn)剛度度約束條件 根據(jù)扭靠剛度，要求扭轉(zhuǎn)變形小于許用值，即 式中 6---單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角 [句…仍勺許用值網(wǎng)=1/〃皿 G = 7.9 x 1 OloPa = 7.9xlO4?// mm Jp---軸的抗扭截面模量，X右心軸 J p = M / 32 因此扭靠剛度所決定的約束條件為 32T 180 r i 八 Hn 32x4.51x10" 180 ,八 rxax 6>|<0 即 :

26、rxax 1 <0 G血3 7T l」 7.9x104x3.14x^73 3.14 （3）幾何約束條件 2mm

27、 g5(x) = 30-x2 <0 8gW = x2 -35<0 在UNGO中輸入代碼并得到結(jié)果: ? LINGO Model - UNGO1 Model: min=(23-xl)*7.8*10"(-6)*3.14*17.5^2+xl*7.8*10^(-6)*3.14*(x2/2)-2; 16*4.51*10^4/(3.14*x2A3)-250<=0; 32*4.51*10A4*xl*180/(7.9*10A4*3.14*x2^3*3.14>-l<=0; @bnd(2FxlF5); @bnd(30,x2,35); End 回 Solution Report - UNGO

28、1 Local opcirrkal solution iound. 0.1625656 20 Objective value; Extended solver step5; local solver icexations; Vaxiafcle XI X2 Value 5.000000 30.00000 Reduced Cosr -0.1989975E-02 0.1836300E-02 Dual Price -1.000000 0.000000 0.000000 Row Slack or Surplus 1 0.1625656 2 241.4886

29、3 0.9382384 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 r 7rd4+b.N(D-d)(D + d)2 z 4 1 = ——— (〃〃〃)= 64 / x 324 + 6 x 8?(36 - 32)?(36 + 32)2 64 = 6.534xl(T〃〃〃" 式中d一花鍵軸的小徑(mm)； i一花軸的大徑(mm)； b、N一花鍵軸鍵寬，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

30、： =955xlO4 — (Nemm) = 955xlO4x =4.51xl04 N.mm b, n/ 1148.86 式中N—該軸傳遞的最大功率(kw); 一該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)o 徑向力，齒輪的圓周力 傳動(dòng)軸上的彎矩載荷有輸入用矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、 Pf: /；=^L(N)=2-451-1()- = 1.804x103N D 50 式中D一齒輪節(jié)圓直徑(mm) ,D=mZ。 齒輪的徑向力匕： Pt.=月?fg(a + p)/cos0(N) =902N 式中a一為齒輪的嚙合角； 9—齒面摩擦角； 8—齒輪的螺旋角； ,Um2+(ut/ d >

31、J- mm =27.86mm V 。啊 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: a. jy 8M“max (D-cPyNK 式中叫鵬一花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩(N.mm ); D、d一花鍵軸的大徑和小徑(mm)； L一花鍵工作長(zhǎng)度； N一花鍵鍵數(shù)； K一載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7?().8; 8<4,51xl04 方—(362-32〉116?8?0.7 =2.04A/P" < ah. =20(MPa) 故此三軸花鍵軸校核合格 C A 6 1 4 0床頭箱閂地零件國(guó) B-B c-c 技求要求

32、 】?；ń▊?cè)財(cái)定心亙徑中心弟的不平行度允差。.03/ 1 00 , ?；ㄕQ不等分累相誤差和避對(duì)定心直徑中心緩的偏移允差。。亳米。 。材料為45羽，風(fēng)處理T235 。側(cè)創(chuàng)角N 圖4-3 43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 Lo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)。 6風(fēng) 6EI CRC Cr n n \ =0 《機(jī)床設(shè)計(jì)》的教科書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。一合理跨距; C 一主軸懸伸梁;

33、 g、Cg—后、前支撐軸承剛度 該一元三次方程求解可得為一實(shí)根: , I12EI r g、/ 、 1^7 c= I nEI {mm} 「哈了 并且左=(1 +器) 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： Lh = 500(—%—y>[T](h) K fbKNKlP 或按計(jì)算負(fù)荷Cj的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： Cj=}fFK、,KnKlP[C](N) 1 n 式中Ln-額定壽命(h); Cj一計(jì)算動(dòng)載荷； T—工作期限(h),對(duì)一般機(jī)床取10000—15000小時(shí)。 C一滾動(dòng)軸承的頡定負(fù)載(N),根據(jù)《軸承手冊(cè)》或

34、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查取，單位用 (kgO應(yīng)換算成(N)； /“一速度系數(shù)，fn = 明為滾動(dòng)軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/mm) ，一壽命系數(shù)，工，=禹。等于軸承的工作期限； 一壽命系數(shù)，對(duì)球軸承=3,對(duì)滾子軸承二，； 。一工作情況系數(shù)，對(duì)輕度沖擊和振動(dòng)的機(jī)床(車床、銃床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī) 床)，4=1.1-1.3； Kn —功率利用系數(shù)，查表3—3 ； K” 一速度轉(zhuǎn)化系數(shù),查表3—2; K,一齒輪輪換工作系數(shù)，2《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)》。 4 = 24863/7 > [T] 4,2 = 32003/2 > [T] 2^3=19852/1 >[T

35、] 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

36、，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《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)床停車時(shí)使執(zhí)行件及 其

37、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)與開停機(jī)構(gòu)必須互鎖。 即離合器脫開時(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。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

38、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)

39、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

40、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 .展開圖與剖

41、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)一CA6140車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

42、實(shí)，并且從中學(xué)到許多知識(shí)。但是，因?yàn)槭?分工合作，所以每個(gè)人畫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

43、難。 第八章參考資料編目 [11.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。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社。2003年3月 [6] .曹桃 高學(xué)滿。金屬切削機(jī)床掛圖。上海交通大學(xué)出版社。1984年8月 [7] .宋寶玉。簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社。2(X)8年8月 [8] .華東紡織工學(xué)院哈爾濱工業(yè)大學(xué)天津大學(xué)。機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)。上?？茖W(xué)技術(shù) 出版社。 [9] .陳易新。金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。機(jī)械工業(yè)出版社。1985年11月 [101.戴曙。金屬切削機(jī)床。機(jī)械工業(yè)出版社。2000年5月 [11] .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社。1986年12月 [12] .周四新。PROE實(shí)用設(shè)計(jì)百例。清華大學(xué)出版社。2005年3月 [131.翁世修 王良申。金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。上海交通大學(xué)出版社。1987年8 月 [14] .邱宣懷。機(jī)械設(shè)計(jì)。高等教育出版社。2004年5月