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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 題目：臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B100205 姓 名 黃仁奕 學(xué) 號(hào) B10020509 導(dǎo) 師 姚慧 2013年 12月3日 - 7 - 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況） 1.1題目背景、研究意義 現(xiàn)代臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但要滿足動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求，還要盡量設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動(dòng)系統(tǒng)。天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CW61100E型臥式車床是國內(nèi)該系列的代表性產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)和功能都已經(jīng)比較完善。但是隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品在某些功能方面已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。[1] 1.2國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1.2.1國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀： 近年來我國企業(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)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。[2] 與國外的數(shù)控機(jī)床相比，我國數(shù)控機(jī)床還存在以下幾方面的問題： 產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性及服務(wù)等能力不強(qiáng)。國產(chǎn)機(jī)床在質(zhì)量、交貨期和服務(wù)等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。在質(zhì)量方面，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)MTBF與國際先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)相差較大。國產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心的MTBF與國際上先進(jìn)水平也有較大差距。 自主創(chuàng)新能力不足。長(zhǎng)期以來，我國機(jī)床制造業(yè)的基礎(chǔ)、共性技術(shù)研究工作主要在行業(yè)性的研究院所進(jìn)行。能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新投入不足，引進(jìn)消化吸收能力差，低水平生產(chǎn)能力過剩，自主創(chuàng)新能力不高，缺乏優(yōu)秀技術(shù)人才。雖然國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對(duì)基礎(chǔ)共性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，企業(yè)的市場(chǎng)響應(yīng)速度慢。 功能部件發(fā)展滯后。機(jī)床是由各種功能部件（主軸單元及主軸頭、滾珠絲杠副、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控伺服系統(tǒng)等）在床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架上集裝而成的，功能部件是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)與數(shù)控機(jī)床功能部件的發(fā)展是相互依賴、共同發(fā)展的，所以功能部件的創(chuàng)新也深深地影響著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。我國數(shù)控機(jī)床功能部件已有一定規(guī)模，電主軸、主軸單元、數(shù)控系統(tǒng)等也有專門的制造廠家，其中個(gè)別產(chǎn)品的制造水平接近國際先進(jìn)水平。但整體上，我國機(jī)床功能部件發(fā)展緩慢、品種少、產(chǎn)業(yè)化程度低，精度指標(biāo)和性能指標(biāo)的綜合情況還不過硬。目前，滾珠絲杠、數(shù)控刀架、電主軸等功能部件僅能滿足中低檔數(shù)控機(jī)床的配套需要。衡量數(shù)控機(jī)床水平的高檔數(shù)控系統(tǒng)、高速精密電主軸、高速滾動(dòng)功能部件等還依賴進(jìn)口。[3] 1.2.2數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)： 高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。[4]主要表現(xiàn)在： 1. 機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟；被更多人接受，復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢(shì)。 2.智能化技術(shù)有新突破數(shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。 3.機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。 4.精密加工技術(shù)已從原來的絲級(jí)（0.01mm）提升到目前的微米級(jí)（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右；從這些事實(shí)技術(shù)可以看出整個(gè)機(jī)加工進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。 5.功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。[5] 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1本課題研究的主要內(nèi)容 （1）針對(duì)CW61100E型臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設(shè)計(jì)其主傳動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和分析； （2）繪制該傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖和關(guān)鍵零部件圖。 2.2研究方案 機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，在機(jī)床傳動(dòng)中實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)變速的方法有電氣傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)的變速運(yùn)動(dòng)，還有機(jī)械變速等多種形式。 機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛，主要是指利用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞。圖1所示為機(jī)械傳動(dòng)形式。 圖 1 機(jī)械傳動(dòng)形式 1-交流電動(dòng)機(jī)；2-變速機(jī)構(gòu)；3-主軸 機(jī)械傳動(dòng)主要由以下幾部分組成: (l)定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu):具有固定傳動(dòng)比或固定傳動(dòng)關(guān)系的傳功機(jī)構(gòu)，如帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、螺桿傳動(dòng)。 (2)變速機(jī)構(gòu)：改變機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。如滑動(dòng)齒輪變速機(jī)構(gòu)、離合器式齒輪變速機(jī)構(gòu)等。 (3)換向機(jī)構(gòu)：變換機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)構(gòu)。為了滿足加工的不同需要(例如車螺紋時(shí)刀具的進(jìn)給和返回，車右旋螺紋和左旋螺紋等)。機(jī)床的主傳動(dòng)部件和進(jìn)給傳動(dòng)部件往往需要正、反向的運(yùn)動(dòng)?？梢灾苯永秒妱?dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機(jī)構(gòu)等。 (4)操縱機(jī)構(gòu)：用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件變速、換向、啟動(dòng)、停止、制動(dòng)及調(diào)整的機(jī)構(gòu)。常見的操縱機(jī)構(gòu)包括乎柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。 (5)箱體及其他裝置箱體用以支承和連接各機(jī)構(gòu)，并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常工作，還要設(shè)有開停裝置、制動(dòng)裝置、潤滑與密封裝置等。 液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式，它通過能量轉(zhuǎn)換裝置（液壓泵），將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，然后通過封閉管道、控制元件等，由另一能量裝置（液壓缸、液壓馬達(dá)）將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載和實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖2所示為液壓傳動(dòng)形式。 圖 2 液壓傳動(dòng)形式 1-交流電動(dòng)機(jī)；2-油泵；3-油箱；4-液壓控制裝置；5-液動(dòng)機(jī)；6-主軸 液壓傳動(dòng)主要由以下幾部分組成: (1)動(dòng)力元件—油泵。其作用是將電動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，是能量轉(zhuǎn)換裝置(能源)。 (2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—油缸或油馬達(dá)。其作用是把油泵輸人的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑考臋C(jī)械能.它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置(液動(dòng)機(jī))。 (3)控制元件—各種閥。其作用是控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量(速度)及流動(dòng)方向。 (4)輔助裝置—油箱、油管、濾油器、壓力表等。其作用是創(chuàng)造必要的條件，以保證液壓系統(tǒng)正常工作。 (5)工作介質(zhì)—礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。 機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)相比較，其主要優(yōu)點(diǎn)如下: (l)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，適用于定比傳動(dòng); (2)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。能傳遞較大的扭矩; (3)故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。 因此，機(jī)械傳動(dòng)主要用于速度不太高的有級(jí)變速傳動(dòng)中。根據(jù)CW61100E臥式機(jī)床的要求，選擇機(jī)械傳動(dòng)方式。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖3所示。 圖 3 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1-交流電動(dòng)機(jī)；2-帶傳動(dòng)；3-齒輪變速機(jī)構(gòu)； I、II、III-傳動(dòng)軸；IV-主軸 機(jī)床的動(dòng)力由交流電動(dòng)機(jī)提供，經(jīng)過V帶傳動(dòng)至變速箱內(nèi)，箱內(nèi)變速機(jī)構(gòu)由多根傳動(dòng)軸及多組齒輪副組成，動(dòng)力經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)傳遞至主軸輸出。 2.3研究方法與措施 1.參數(shù)擬定：根據(jù)機(jī)床類型，規(guī)格和其他特點(diǎn)，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合世界條件和情況，并與同類機(jī)床對(duì)比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速和，公比（或級(jí)數(shù)Z），主傳動(dòng)電機(jī)功率N。 2.傳動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)擬定的參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖的分析，確定轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)方案和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)圖，計(jì)算各轉(zhuǎn)動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。 3.動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)：估算齒輸模數(shù)m和直徑d，選擇和計(jì)算反向離合器，制動(dòng)器。將各傳動(dòng)件及其它零件在展開圖和剖面圖上做初步的安排，布置和設(shè)計(jì)。 4.軸和軸承的驗(yàn)算：在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對(duì)一根傳動(dòng)軸的剛度和該軸系的軸承的壽命進(jìn)行驗(yàn)算。 5.主軸變速箱裝配設(shè)計(jì)：主軸變速箱裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進(jìn)行設(shè)計(jì)和會(huì)制的。圖上各零件要表達(dá)清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。 3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作。 3.1的難點(diǎn)與重點(diǎn) 在進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)各主要技術(shù)參數(shù)和特性參數(shù)較高、低檔減速比、主軸額定轉(zhuǎn)速、功率損失等進(jìn)行計(jì)算, 對(duì)這些參數(shù)的相互關(guān)系和相互影響以及對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)行分析。我們自己資料比較少，因?yàn)橐ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)和圖書館來查找相關(guān)資料。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)通常是根據(jù)機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)和要求，擬定主軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖，可能會(huì)遇到齒輪的布置不合理，滑移齒輪的結(jié)構(gòu)形式不當(dāng)?shù)?，因此，要從幾分設(shè)計(jì)方案中選出最佳方案，然后計(jì)算齒輪的齒數(shù)及皮帶輪直徑等，最后繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 3.2前期已展開工作 通過查找資料，已經(jīng)了解CW61100E臥式機(jī)床主要參數(shù)和規(guī)格，確定傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)，為下一步的設(shè)計(jì)計(jì)算以及繪制裝配圖做好準(zhǔn)備。 4.本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫） （1）1—3周：調(diào)研并收集資料； （2）4—6周：確定該主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)； （3）7—11周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算； （4）12—15周：完成該主傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖； （5）16-18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯。 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻(xiàn) [1] 王宏 張永生 李采芝 安波. 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Compared with other kinds of machine tools, lathe is the most widely used in production. This paper introduces the process and current situation of the development of CNC machine tools in China, and analyzes its existing problems; the development trend of NC machine tool was discussed; and the CW61100E CNC lathe spindle box transmission system design and calculation. The spindle box is composed of hollow spindle mounted in precision bearings and a set of transmission gears. Spindle CNC lathe can get any speed in speed range, to meet the machining requirements. At present, the development trend of NC lathe is stepless speed change through the electrical and mechanical equipment. Variable frequency motor through the belt drive and gear to provide power for the spindle. Usually the frequency control of motor speed range of 3 - 5, to meet the requirements of spindle speed; series gear extends the range of gear transmission. The design of the original belt wheel not unloading structure to belt wheel unloading structure, the input shaft with only by the shaft torque, radial force on the drive to the lathe body, improve the stress conditions of the input shaft. Key Words: spindle box, stepless speed regulation, transmission system 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 65 頁 目錄 摘要 ............................................................................................................................................................2 ABSTRACT...............................................................................................................................................3 1 緒論 ........................................................................................................................................................6 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................................................................7 2.1 機(jī)床的主參數(shù) .................................................................................................................................7 2.2 主運(yùn)動(dòng)參數(shù) .....................................................................................................................................7 1.3 切削力的計(jì)算 .................................................................................................................................8 3 主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 ..........................................................................................................................10 3.1 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定、計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 ...................................................10 3.2 主電動(dòng)機(jī)的選擇 ...........................................................................................................................11 4 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................13 4.1 主變速方案擬定 ...........................................................................................................................13 4.2 變速結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 .......................................................................................................13 4.2.1 確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 ...........................................................................13 4.2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 .......................................................................................................................14 4.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 .......................................................................................................................14 4.2.4 結(jié)構(gòu)式的擬定 .......................................................................................................................14 4.2.5 確定各變速組變速副齒數(shù) ...................................................................................................15 5 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................16 5.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................16 5.2 選擇帶型 .......................................................................................................................................17 5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 ...............................................................................................17 5.4 確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角 .......................................................................18 5.5 確定帶的根數(shù) Z ............................................................................................................................19 5.6 確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 ...............................................................................................................19 5.7 確定帶的張緊裝置 .......................................................................................................................20 5.8 計(jì)算壓軸力 ...................................................................................................................................20 5.9 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 ...............................................................................................22 5.9.1 齒輪模數(shù)的確定 ...................................................................................................................22 5.9.2 齒寬的確定 ...........................................................................................................................26 5.9.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................26 5.10 傳動(dòng)軸的直徑估算 .....................................................................................................................27 5.10.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 .....................................................................................................................27 5.10.2 傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 ..........................................................................28 5.10.3 鍵的選擇 .............................................................................................................................29 5.11 傳動(dòng)軸的校核 .............................................................................................................................29 5.11.1 傳動(dòng)軸的校核 .....................................................................................................................29 5.11.2 鍵的校核 .............................................................................................................................30 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 65 頁 5.12 摩擦離合器的選擇和計(jì)算 .........................................................................................................30 5.13 齒輪校驗(yàn) .....................................................................................................................................33 5.13.1 校核 a 變速組齒輪 .............................................................................................................34 5.13.2 校核 b 變速組齒輪 .............................................................................................................35 5.13.3 校核 c 變速組齒輪 .............................................................................................................36 5.14 軸承的選用與校核 .....................................................................................................................38 5.14.1 各軸軸承的選用 .................................................................................................................38 5.14.2 各軸軸承的校核 .................................................................................................................38 5.15 主軸組件設(shè)計(jì) .............................................................................................................................39 6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................................50 6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 ...........................................................................................50 6.2 展開圖及其布置 ...........................................................................................................................50 6.3 I 軸（輸入軸）的設(shè)計(jì) .................................................................................................................51 6.4 齒輪塊設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................52 6.5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................53 6.6 主軸組件設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................54 6.6.1 各部分尺寸的選擇 ...............................................................................................................54 6.6.2 主軸材料和熱處理 ...............................................................................................................55 6.6.3 主軸軸承 ...............................................................................................................................55 6.6.4 主軸與齒輪的連接 ...............................................................................................................57 6.6.5 潤滑與密封 .........................................................................................................................57 6.6.6 其他問題 ...............................................................................................................................58 7 總結(jié)和展望 ..........................................................................................................................................59 7.1 本文工作總結(jié) ...............................................................................................................................59 7.2 課題展望 .......................................................................................................................................60 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................................64 致 謝 ......................................................................................................................................................65 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 65 頁 1 緒論 機(jī)床技術(shù)參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)，他們是運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)， 影響到機(jī)床是否滿足所需要的基本功能要求，參數(shù)擬定就是機(jī)床性能設(shè)計(jì)。主 參數(shù)是直接反映機(jī)床的加工能力、決定和影響其他基本參數(shù)的依據(jù)，如車床的 最大加工直徑，一般在設(shè)計(jì)題目中給定，基本參數(shù)是一些加工件尺寸、機(jī)床結(jié) 構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù)，可歸納為尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。 通用車床工藝范圍廣，所加工的工件形狀、尺寸和材料各不相同，有粗加 工又有精加工；用硬質(zhì)合金刀具又用高速鋼刀具。因此，必須對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床 工藝范圍和使用情況做全面的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)，依據(jù)某些典型工藝和加工對(duì)象，兼 顧其他的可能工藝加工的要求，擬定機(jī)床技術(shù)參數(shù)，擬定參數(shù)時(shí)，要考慮機(jī)床 發(fā)展趨勢(shì)和同國內(nèi)外同類機(jī)床的對(duì)比，使擬定的參數(shù)最大限度地適應(yīng)各種不同 的工藝要求和達(dá)到機(jī)床加工能力下經(jīng)濟(jì)合理。 機(jī)床主傳動(dòng)系因機(jī)床的類型、性能、規(guī)格和尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的 要求也不一樣。設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系時(shí)最基本的原則就是以最經(jīng)濟(jì)、合理的方式 滿足既定的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行具體分析，一般應(yīng)滿足的基本 要求有：滿足機(jī)床使用性能要求。首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，如機(jī)床主軸油 足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)；滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力的要求。主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 能提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動(dòng)效率；滿足機(jī)床工作性能要求。主 傳動(dòng)中所有零部件有足夠的剛度、精度和抗震性，熱變形特性穩(wěn)定；滿足產(chǎn)品 的經(jīng)濟(jì)性要求。傳動(dòng)鏈盡可能簡(jiǎn)短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)約材料，降低成本。 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 65 頁 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 機(jī)床的主參數(shù) 如表 1 所示： 床身最大回轉(zhuǎn)直徑 1000mm 最小加工工件直徑 100mm 頂尖間最大工件長(zhǎng)度 1500-16000mm 刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑 630mm 頂尖間最大工件重量 6000kg 表 1 2.2 主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)典型加工條件，當(dāng)工件直徑為 800～1000mm 時(shí)，極限切削 速度 取 200m/s。 最小切削速度 按典型加工的兩種情況取不同的數(shù)值: ① 高速鋼車刀精車絲杠=1.5m/s; ② 高速鋼車刀低速車削盤類零件，=8m/s 。 主軸轉(zhuǎn)速確定: 由以上典型加工條件, 確定本機(jī)床主要加工直徑范圍為 100～600mm。主軸 轉(zhuǎn)速與切削速度的關(guān)系: , v 為切削速度max10ax=dinVn??min10in=daxV?? 式中的 或，不是該機(jī)床可能加工的最小或最大直徑，而是機(jī)床全部工藝范 圍內(nèi)可以用最大切削速度來加工時(shí)的最小工件直徑和用最小切削速度來加工時(shí) 的最大工件直徑, 這樣才能得出合理的極限轉(zhuǎn)速值。 取max10ax102=637/mindinVnr????ax640/minr? 主軸最低轉(zhuǎn)速： 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 65 頁 情況①時(shí)， min10in10.5=48/mindaxVr???? ② i 8.2/i63 取 mini4./inar 主軸的轉(zhuǎn)速范圍為 4-640r/min 變速范圍，符合普通車床 Rn 為 40～200 的變速范圍, 且 Rn 值較大, 表 明本機(jī)床有良好的加工工藝性能。 1.3 切削力的計(jì)算 由于切削過程的復(fù)雜性，并且影響它的因素又多，因此目前尚未導(dǎo)出簡(jiǎn)便 計(jì)算進(jìn)給力、徑向力、切削力 的理論公式，一般都是通過大量實(shí)驗(yàn)，由測(cè)力儀 得到切削力后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立經(jīng)驗(yàn)公式。在建立經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，大多數(shù)都是 將背吃刀量、進(jìn)給量及切削速度這三個(gè)主要因素作為可變因素，而其它影響因 素則用修正系數(shù)間接計(jì)算，從而得出、、 三個(gè)分力的計(jì)算公式: FX=Pαafkfvr·kvFz·krFz·kaFz·kvbFz·khFz·kuFz·kbr1Fz Fy =PαfkfFy·kvFy·krFy·kaFy·kvbFy·khFy·kuFy·kbr1Fy Fz =PαfkfFx·kvFx·krFx·kaFx·kvbFx·khFx·kuFx·kbr1Fx 式中及下列各參數(shù)均是以實(shí)驗(yàn)條件得出, 切削深度、進(jìn)給量、切削速度以實(shí)驗(yàn) 條件中最大值計(jì)算, 而不是本機(jī)床實(shí)際所加工最大允許量, 詳見《機(jī)床設(shè)計(jì)手 冊(cè)》: P——單位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2; ——切削深度, 1～5mm, 取 αp=5mm; F——進(jìn)給量, 0.1～0.5mm/r, 取 f=0.5mm/r; v——切削速度, 90～105m/min, 取 v=105m/min。 以上取值及各修正系數(shù)源于《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》。 經(jīng)計(jì)算：=586.3kgf 據(jù)手冊(cè)，=0.35～0.5，取=0.43 =0.35～0.5，取=0.43 則=252kgf; =252kgf 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 65 頁 總切削 F=++=1090.5kgf=10697.8N 機(jī)床切削總功率: V/1000=10697.8×105 /(60×1000)=18.7kW 按上面所列式求得切削功率后, 還需考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率, 機(jī)床的電機(jī)功率為 ≥Pc/ηm, 式中 ηm 為機(jī)床的傳動(dòng)效率, 一般取為 0.75～0.85, 取 0.85 計(jì)算, 計(jì)算得≥=22kW。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P178 可得，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y180L-4，滿載 時(shí)，其轉(zhuǎn)速為 1470r/min。 3 主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 3.1 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定、計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 主運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍的確定 （本小節(jié)公式除非特別說明，均出自資料[12]） ∵數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速范圍 4～640r/min 則數(shù)控車床總變速范圍 maxin160nR?? 估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，由于采用的是無級(jí)調(diào)速，所以采用以下的公式： (2.3)0.30.3maxini64())2r/i??計(jì) （ 因?yàn)閿?shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大于計(jì)算轉(zhuǎn)速的實(shí)際值同時(shí)為了便于計(jì)算 故?。?20r/i計(jì) 主軸的恒功率變速范圍 max64032npR??計(jì) 電機(jī)的恒功率變速范圍 d281p 由于 Rnp>>Rdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串 聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。 取 ，則 對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒6f?dp?7.1lgZnp?f? 線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取 Z=4 故前面?zhèn)鲃?dòng)比分配可取。 取 Z=4, ，計(jì)算出變速齒輪箱公比 ，則??4d1a,zfpzfpR??? 25.?ff?， 取 變速箱有四種傳動(dòng)比： ????；1/8.2/1.??；44 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 65 頁 ????；81.2//41./??；4 由圖 2 主軸功率特性圖中可以看出，當(dāng)主軸在 640～40r/min 的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，功 率段 abcde 恒功率輸出，可以實(shí)現(xiàn)恒功率不停車無級(jí)調(diào)速，故此車床用于加工 盤類零件時(shí)，可以恒線速度切削，嚴(yán)格保證加工質(zhì)量，但以上設(shè)計(jì)沒有考慮系 統(tǒng)內(nèi)傳動(dòng)元件造成的功率損失。 3.2 主電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)前面的切削計(jì)算，選擇 22KW 的 Y180L-4 型三相異步電動(dòng)機(jī)，參數(shù)如下圖表 Y180L-4 型三相異步電動(dòng)機(jī) 產(chǎn)品型號(hào)：Y180L-4 型 Y180L-4 型三相異步電動(dòng)機(jī)使用條件： 環(huán)境溫度：-15℃＜θ＜40℃ 海拔：不超過 1000m 額定電壓：380V，可選 220-760V 之間任何電壓值 額定頻率：50Hz、60Hz 防護(hù)等級(jí)：IP44、IP54、IP55 絕緣等級(jí)：B 級(jí)、F 級(jí)、H 級(jí) 冷卻方式：ICO141 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 65 頁 工作方式：S1 連接方式：3KW 及以下 Y 接法、4KW 及以上為△接法 Y180L-4 型三相異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn) Y180L-4 型三相異步電動(dòng)機(jī)功率：11KW 電壓：380V 電流：21.8A 絕緣：B 噪 音：87 dB(A) 轉(zhuǎn)速 2900 r/min 是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，是 全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的基本系列，它同時(shí)是符合 JB/T9616-1999 和 IEC34-1 標(biāo)準(zhǔn)的有 關(guān)規(guī)定， 具有國際互換的特點(diǎn)。 Y180L-4 型三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場(chǎng) 合和無特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌 機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。 4 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1 主變速方案擬定 擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè) 變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同 特點(diǎn)的變速型式、變速類型。 變速方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此， 確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。 變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分 離變速；擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型 式；變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。 顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計(jì)中，我們 采用集中變速型式的主軸變速箱。 4.2 變速結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的變速不失為有用的方法， 但對(duì)于分析復(fù)雜的變速并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效。 4.2.1 確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 數(shù)為 Z 的變速系統(tǒng)由若干個(gè)順序的變速組組成，各變速組分別有 、?Z ……個(gè)變速副。即 ? ??321Z? 取 Z=4, ，計(jì)算出變速齒輪箱公比 ，則??4d1a,zfpzfpR?? 25.?ff?， 取 變速箱有四種傳動(dòng)比： ????；1/8.2/1.??；44????；.//./ ；121?? 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 65 頁 由圖 2 主軸功率特性圖中可以看出，當(dāng)主軸在 640～40r/min 的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，功 率段 abcde 恒功率輸出，可以實(shí)現(xiàn)恒功率不停車無級(jí)調(diào)速，故此車床用于加工 盤類零件時(shí)，可以恒線速度切削，嚴(yán)格保證加工質(zhì)量，但以上設(shè)計(jì)沒有考慮系 統(tǒng)內(nèi)傳動(dòng)元件造成的功率損失。 4.2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 根據(jù)中間變速軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下： 4.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動(dòng)系中各個(gè)變速組變速范圍的乘積，即： inR?210? 檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠?他變速組的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過 極限值，其他變速組就不會(huì)超過極限值。 ??122???PXR? 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 65 頁 4.2.4 結(jié)構(gòu)式的擬定 繪制轉(zhuǎn)速圖 ⑴、選擇 Y132S-4 型 Y 系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。 ⑵、分配總降速變速比 4.2.5 確定各變速組變速副齒數(shù) 齒輪齒數(shù)的確定，當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于 定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪 的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和 及zS 小齒輪的齒數(shù)可以從【1】表 3-9 中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于 18～20。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒 輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于 4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。 根據(jù)【1】 ,查表 3-9 各種常用變速比的使用齒數(shù)。94P 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 65 頁 5 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 5.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸出功率 P=22kW,轉(zhuǎn)速 n1=1470r/min,n2=900r/min 計(jì)算設(shè)計(jì)功率 Pd edAdPK? 表 4 工作情況系數(shù) AK 原動(dòng)機(jī) ⅰ類 ⅱ類 一天工作時(shí)間/h 工作機(jī) 10? 10~16 16?0?10~16 16? 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機(jī)；離心式水泵； 通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（ ） ；離心式壓縮機(jī)；7.5kW? 輕型運(yùn)輸機(jī) 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷 變動(dòng)小 帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、 谷物） ，通風(fēng)機(jī) （ ） ；發(fā)電機(jī)；旋7.5k? 轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床； 剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)； 振動(dòng)篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷 變動(dòng)較 大 螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料 機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)； 鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和 木工機(jī)械；紡織機(jī)械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷 變動(dòng)很 大 破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等） ； 球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)； 挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī) 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 65 頁 根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時(shí)） ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 296表 4， 取 KA＝1.1。即 1.24.kWdAedPK??? 5.2 選擇帶型 普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率 Pd 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P297 圖 13－11 選取。 根據(jù)算出的 Pd＝24.2kW 及小帶輪轉(zhuǎn)速 n1＝1470r/min ，查圖得： dd=80～100 可知應(yīng)選取 A 型 V 帶。 5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 298表 13－7 查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為 80～100mm 則取 dd1=100mm> ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得） 表 3 V 帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 mind 槽型 Y Z A B C D Emind 20 50 75 125 200 355 50021 2470=1.63,=10.631.9dd??所 以 臥式車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 65 頁 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準(zhǔn)直徑” ，得 =160mm2d ① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （ 為彈性滑21160=.365()(2%)di?????誤 ? 動(dòng)率） 誤差 符合要求1.6325.0%10.581i?????誤 ＜ ② 帶速 147v=.3/6dnms? 滿足 5m/s

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