CW61100E型臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計含6張CAD圖,cw61100e,臥式,車床,傳動系統(tǒng),結構設計,cad
XXXXXX
XX設計（XX）中期報告
題目：臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計
系 別
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
導 師
20XX年3月10日
1.設計（論文）進展狀況
本設計已經完成以下內容：
（1）對于在開題答辯中，老師對我的主傳動系統(tǒng)的設計方案和整體結構，開題報告中提出的相關問題，我修改了部分設計，并通過了指導老師的檢查；完善了開題報告的內容和格式。
（2）根據結構布置的相關規(guī)定、規(guī)范和原則，確定該主傳動系統(tǒng)的設計方案和整體結構，完成了總體設計。
（3）完成了傳動部分的計算。
1.1機床的主參數如表1所示：
床身最大回轉直徑
1000mm
最小加工工件直徑
100mm
頂尖間最大工件長度
1500-16000mm
刀架上最大回轉直徑
630mm
頂尖間最大工件重量
6000kg
表1
1.2主運動參數:
據機床設計手冊典型加工條件，當工件直徑為800～1000mm時，極限切削速度 取100m/s。
最小切削速度 按典型加工的兩種情況取不同的數值:
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 。
主軸轉速確定:
由以上典型加工條件, 確定本機床主要加工直徑范圍為100～600mm。主軸轉速與切削速度的關系:
, v 為切削速度
式中的 或，不是該機床可能加工的最小或最大直徑，而是機床全部工藝范圍內可以用最大切削速度來加工時的最小工件直徑和用最小切削速度來加工時的最大工件直徑, 這樣才能得出合理的極限轉速值。
取
主軸最低轉速：
①
② 取
變速范圍，符合普通車床Rn 為40～200 的變速范圍, 且Rn 值較大, 表明本機床有良好的加工工藝性能。
1.3切削力的計算
由于切削過程的復雜性，并且影響它的因素又多，因此目前尚未導出簡便計算進給力、徑向力、切削力 的理論公式，一般都是通過大量實驗，由測力儀得到切削力后進行數據處理，建立經驗公式。在建立經驗公式時，大多數都是將背吃刀量、進給量及切削速度這三個主要因素作為可變因素，而其它影響因素則用修正系數間接計算，從而得出、、 三個分力的計算公式:
=Pαafkfvr·kvFz·krFz·kaFz·kvbFz·khFz·kuFz·kbr1Fz
=PαfkfFy·kvFy·krFy·kaFy·kvbFy·khFy·kuFy·kbr1Fy
=PαfkfFx·kvFx·krFx·kaFx·kvbFx·khFx·kuFx·kbr1Fx
式中及下列各參數均是以實驗條件得出, 切削深度、進給量、切削速度以實驗條件中最大值計算, 而不是本機床實際所加工最大允許量, 詳見《機床設計手冊》:
P——單位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2;
——切削深度, 1～5mm, 取 αp=5mm;
F——進給量, 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源于《機床設計手冊》。
經計算：=586.3kgf
據手冊，=0.35～0.5，取=0.43
=0.35～0.5，取=0.43
則=252kgf; =252kgf
總切削F=++=1090.5kgf=10697.8N
機床切削總功率: V/1000=10697.8×105 /(60×1000)=18.7kW
按上面所列式求得切削功率后, 還需考慮機床的傳動效率, 機床的電機功率為
≥Pc/ηm, 式中ηm 為機床的傳動效率, 一般取為0.75～0.85, 取0.85 計算, 計算得≥=22kW。
查《機械設計課程設計指導書》P178可得，選擇電動機型號為Y200L2-6，滿載時，其轉速為970r/min。
2.存在問題及解決措施
存在的問題：在選擇變速組中方案，擬定轉速圖中還有所欠缺，在本設計里選用了一部分非標準件，在綜合考慮結構和經濟等方面還是有所欠缺。我會認真的參考資料積極地和同學討論，向老師請教。還有就是繪圖時不能完全按照設計計算結果畫出相一致的圖。
解決措施：繼續(xù)完善設計方案，從圖中改進，優(yōu)化設計，以求更加精確。
3.后期工作安排
對傳動系統(tǒng)的結構進行優(yōu)化改進，改進中期設計中存在的缺點，如合理地分配各傳動副的傳動比，采用合理的齒輪塊結構。
第6-7周：初步完成傳動系統(tǒng)的結構設計和外文翻譯；準備中期檢查報告，并進行中期答辯；
第8-15周：完成主傳動系統(tǒng)的總體設計，完成裝配圖及零件圖；
第16-18周：完成論文撰寫，準備答辯。
指導教師簽字：
年 月 日
設計（XX）任務書
院（系） 專業(yè) 班 姓名 學號
1.畢業(yè)設計（論文）題目： 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計
2.題目背景和意義：
現代臥式車床主傳動系統(tǒng)設計不但要滿足動力參數和運動參數的要求，還要盡量設計出結構簡單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動系統(tǒng)。天水星火機床有限責任公司生產的CW61100E型臥式車床是國內該系列的代表性產品,其結構和功能都已經比較完善。但是隨著科學技術的迅猛發(fā)展,產品在某些功能方面已經不能適應市場的需求，因此對其進行改進勢在必行。
3.設計(論文)的主要內容（理工科含技術指標）：
（1）針對CW61100E型臥式車床主傳動系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設計其主傳動系統(tǒng)，并進行相應的計算和分析； （2）繪制該傳動系統(tǒng)的裝配圖和關鍵零部件圖。
4.設計的基本要求及進度安排（含起始時間、設計地點）：
（1）1—3周：調研并收集資料；（2）3—6周：確定該主傳動系統(tǒng)的設計方案和整體結構；（3）7—11周：完成該主傳動系統(tǒng)的結構設計計算；（4）12—15周：完成該主傳動系統(tǒng)的裝配圖（5）16-18周：完成論文撰寫，準備答辯。
5.畢業(yè)設計（論文）的工作量要求 畢業(yè)設計論文一篇，不少于10000字；
① 實驗（時數）*或實習（天數）： 2周
② 圖紙（幅面和張數）*： 機構裝配圖，A0圖紙（折合）2張；
③ 其他要求： 外文翻譯不少于1000字，參考文獻不少于15篇。
指導教師簽名： 年 月 日
學生簽名： 年 月 日
系（教研室）主任審批： 年 月 日
說明：1本表一式二份，一份由學生裝訂入附件冊，一份教師自留。
畢I-2
2 帶*項可根據學科特點選填。
XX
XX設計(XX)開題報告
題目：臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計
系 別
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
導 師
20XX年 12月3日
- 7 -
1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）
1.1題目背景、研究意義
現代臥式車床主傳動系統(tǒng)設計不但要滿足動力參數和運動參數的要求，還要盡量設計出結構簡單、工藝性好、工作平穩(wěn)的傳動系統(tǒng)。天水星火機床有限責任公司生產的CW61100E型臥式車床是國內該系列的代表性產品，其結構和功能都已經比較完善。但是隨著科學技術的迅猛發(fā)展，產品在某些功能方面已經不能適應市場的需求，因此對其進行改進勢在必行。[1]
1.2國內外相關研究情況
1.2.1國內外數控機床現狀：
近年來我國企業(yè)的數控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。[2]
與國外的數控機床相比，我國數控機床還存在以下幾方面的問題：
產品質量、可靠性及服務等能力不強。國產機床在質量、交貨期和服務等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。在質量方面，國產數控系統(tǒng)的可靠性指標MTBF與國際先進數控系統(tǒng)相差較大。國產數控車床、加工中心的MTBF與國際上先進水平也有較大差距。
自主創(chuàng)新能力不足。長期以來，我國機床制造業(yè)的基礎、共性技術研究工作主要在行業(yè)性的研究院所進行。能力薄弱，技術創(chuàng)新投入不足，引進消化吸收能力差，低水平生產能力過剩，自主創(chuàng)新能力不高，缺乏優(yōu)秀技術人才。雖然國產數控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技術，但缺乏對基礎共性技術的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，企業(yè)的市場響應速度慢。
功能部件發(fā)展滯后。機床是由各種功能部件（主軸單元及主軸頭、滾珠絲杠副、回轉工作臺和數控伺服系統(tǒng)等）在床身、立柱等基礎機架上集裝而成的，功能部件是數控機床的重要組成部分。數控機床整體技術與數控機床功能部件的發(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控機床的發(fā)展。我國數控機床功能部件已有一定規(guī)模，電主軸、主軸單元、數控系統(tǒng)等也有專門的制造廠家，其中個別產品的制造水平接近國際先進水平。但整體上，我國機床功能部件發(fā)展緩慢、品種少、產業(yè)化程度低，精度指標和性能指標的綜合情況還不過硬。目前，滾珠絲杠、數控刀架、電主軸等功能部件僅能滿足中低檔數控機床的配套需要。衡量數控機床水平的高檔數控系統(tǒng)、高速精密電主軸、高速滾動功能部件等還依賴進口。[3]
1.2.2數控機床發(fā)展趨勢：
高速、精密、復合、智能和綠色是數控機床技術發(fā)展的總趨勢。[4]主要表現在：
1. 機床復合技術進一步擴展隨著數控機床技術進步，復合加工技術日趨成熟；被更多人接受，復合加工機床發(fā)展正呈現多樣化的態(tài)勢。
2.智能化技術有新突破數控機床的智能化技術有新的突破，在數控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現。
3.機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。
4.精密加工技術已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右；從這些事實技術可以看出整個機加工進入亞微米、納米級超精加工時代。
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，并取得成熟的應用。[5]
2.本課題研究的主要內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容
（1）針對CW61100E型臥式車床主傳動系統(tǒng)的要求，分析其功能和原理，設計其主傳動系統(tǒng)，并進行相應的計算和分析；
（2）繪制該傳動系統(tǒng)的裝配圖和關鍵零部件圖。
2.2研究方案
機床的主傳動系統(tǒng)用于實現機床的主運動，在機床傳動中實現主運動變速的方法有電氣傳動和液壓傳動的變速運動，還有機械變速等多種形式。
機械傳動在機械工程中應用非常廣泛，主要是指利用機械方式傳遞動力和運動的傳遞。圖1所示為機械傳動形式。
圖 1 機械傳動形式
1-交流電動機；2-變速機構；3-主軸
機械傳動主要由以下幾部分組成:
(l)定比傳動機構:具有固定傳動比或固定傳動關系的傳功機構，如帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪齒條傳動、螺桿傳動。
(2)變速機構：改變機床部件運動的機構。如滑動齒輪變速機構、離合器式齒輪變速機構等。
(3)換向機構：變換機床部件運動方向的機構。為了滿足加工的不同需要(例如車螺紋時刀具的進給和返回，車右旋螺紋和左旋螺紋等)。機床的主傳動部件和進給傳動部件往往需要正、反向的運動?？梢灾苯永秒妱訖C反轉，也可以利用齒輪換向機構等。
(4)操縱機構：用來實現機床運動部件變速、換向、啟動、停止、制動及調整的機構。常見的操縱機構包括乎柄、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構，并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動機構的正常工作，還要設有開停裝置、制動裝置、潤滑與密封裝置等。
液壓傳動是以液體作為工作介質來進行能量傳遞的一種傳動形式，它通過能量轉換裝置（液壓泵），將原動機（電動機）的機械能轉變?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）將液體的壓力能轉變?yōu)闄C械能，以驅動負載和實現執(zhí)行機構所需的直線或旋轉運動。圖2所示為液壓傳動形式。
圖 2 液壓傳動形式
1-交流電動機；2-油泵；3-油箱；4-液壓控制裝置；5-液動機；6-主軸
液壓傳動主要由以下幾部分組成:
(1)動力元件—油泵。其作用是將電動機輸入的機械能轉換為液體的壓力能，是能量轉換裝置(能源)。
(2)執(zhí)行機構—油缸或油馬達。其作用是把油泵輸人的液體壓力能轉變?yōu)楣ぷ鞑考臋C械能.它也是一種能量轉換裝置(液動機)。
(3)控制元件—各種閥。其作用是控制和調節(jié)油液的壓力、流量(速度)及流動方向。
(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—礦物油。它是傳遞能量的介質。
機械傳動與液壓傳動相比較，其主要優(yōu)點如下:
(l)傳動比準確，適用于定比傳動;
(2)實現回轉運動的結構簡單。能傳遞較大的扭矩;
(3)故障容易發(fā)現，便于維修。
因此，機械傳動主要用于速度不太高的有級變速傳動中。根據CW61100E臥式機床的要求，選擇機械傳動方式。傳動簡圖如圖3所示。
圖 3 傳動簡圖
1-交流電動機；2-帶傳動；3-齒輪變速機構；
I、II、III-傳動軸；IV-主軸
機床的動力由交流電動機提供，經過V帶傳動至變速箱內，箱內變速機構由多根傳動軸及多組齒輪副組成，動力經過變速機構傳遞至主軸輸出。
2.3研究方法與措施
1.參數擬定：根據機床類型，規(guī)格和其他特點，了解典型工藝的切削用量，結合世界條件和情況，并與同類機床對比分析后確定：極限轉速和，公比（或級數Z），主傳動電機功率N。
2.傳動設計：根據擬定的參數，通過結構網和轉速圖的分析，確定轉動結構方案和轉動系統(tǒng)圖，計算各轉動副的傳動比及齒輪的齒數，并驗算主軸的轉速誤差。
3.動力計算和結構草圖設計：估算齒輸模數m和直徑d，選擇和計算反向離合器，制動器。將各傳動件及其它零件在展開圖和剖面圖上做初步的安排，布置和設計。
4.軸和軸承的驗算：在結構草圖的基礎上，對一根傳動軸的剛度和該軸系的軸承的壽命進行驗算。
5.主軸變速箱裝配設計：主軸變速箱裝配圖是以結構草圖為“底稿”，進行設計和會制的。圖上各零件要表達清楚，并標注尺寸和配合。
3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作。
3.1的難點與重點
在進行主傳動系統(tǒng)設計時需要對各主要技術參數和特性參數較高、低檔減速比、主軸額定轉速、功率損失等進行計算, 對這些參數的相互關系和相互影響以及對結構性能的影響進行分析。我們自己資料比較少，因為要通過互聯(lián)網和圖書館來查找相關資料。
主傳動系統(tǒng)的運動設計通常是根據機床的主要技術參數和要求，擬定主軸傳動轉速圖，可能會遇到齒輪的布置不合理，滑移齒輪的結構形式不當等，因此，要從幾分設計方案中選出最佳方案，然后計算齒輪的齒數及皮帶輪直徑等，最后繪制傳動系統(tǒng)圖。
3.2前期已展開工作
通過查找資料，已經了解CW61100E臥式機床主要參數和規(guī)格，確定傳動系統(tǒng)的設計方案和整體結構，為下一步的設計計算以及繪制裝配圖做好準備。
4.本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
（1）1—3周：調研并收集資料；
（2）4—6周：確定該主傳動系統(tǒng)的設計方案和整體結構；
（3）7—11周：完成該主傳動系統(tǒng)的結構設計計算；
（4）12—15周：完成該主傳動系統(tǒng)的裝配圖；
（5）16-18周：完成論文撰寫，準備答辯。
指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）：
指導教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領導： 年 月 日
參考文獻
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XXXXXX XX 設計（XX） 題目：臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 系 別 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 導 師 20XX 年 4 月 10 日 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 2 頁 共 63 頁 摘要 數控車床不僅能夠車外圓還能用于鏜孔、車端面、鉆孔與鉸孔。與其他種 類的機床相比，車床在生產中使用最廣。 本論文首先介紹了我國數控機床發(fā)展的過程與現狀 ,并分析了其存在的問 題 ;對數控機床的發(fā)展趨勢進行了探討；并對 CW61100E 數控車床主軸箱傳動 系統(tǒng)進行了設計與計算。 主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。數控車床 主軸可以獲得在調速范圍內的任意速度，以滿足加工切削要求。 目前，數控車床的發(fā)展趨勢是通過電氣與機械裝置進行無級變速。變頻電 機通過帶傳動和變速齒輪為主軸提供動力。通常變頻電機調速范圍 35，難以 滿足主軸變速要求；串聯(lián)變速齒輪則擴大了齒輪的變速范圍 。 本設計將原來的帶輪不卸荷結構變?yōu)榱藥л喰逗山Y構，使輸入軸在帶處只 受轉矩，將軸上的徑向力傳動到車床機體上,改善了輸入軸的受力情況。 關鍵詞：主軸箱，無級調速，傳動系統(tǒng) Abstract CNC lathe can not only outside the circle can be used for boring, facing, drilling and reaming. 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 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 4 頁 共 63 頁 目錄 摘要 ............................................................................................................................................................2 ABSTRACT...............................................................................................................................................3 1 緒論 ........................................................................................................................................................6 2 設計計算 ................................................................................................................................................7 2.1 機床的主參數 .................................................................................................................................7 2.2 主運動參數 .....................................................................................................................................7 1.3 切削力的計算 .................................................................................................................................8 3 主動參數參數的擬定 ..........................................................................................................................10 3.1 主運動調速范圍的確定、計算各軸計算轉速、功率和轉矩 ...................................................10 3.2 主電動機的選擇 ...........................................................................................................................11 4 變速結構的設計 ..................................................................................................................................13 4.1 主變速方案擬定 ...........................................................................................................................13 4.2 變速結構式、結構網的選擇 .......................................................................................................13 4.2.1 確定變速組及各變速組中變速副的數目 ...........................................................................13 4.2.2 結構網的擬定 .......................................................................................................................14 4.2.3 結構式的擬定 .......................................................................................................................14 4.2.4 結構式的擬定 .......................................................................................................................14 4.2.5 確定各變速組變速副齒數 ...................................................................................................15 5 傳動件的設計 ......................................................................................................................................16 5.1 帶傳動設計 ...................................................................................................................................16 5.2 選擇帶型 .......................................................................................................................................17 5.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 ...............................................................................................17 5.4 確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角 .......................................................................18 5.5 確定帶的根數 Z ............................................................................................................................19 5.6 確定帶輪的結構和尺寸 ...............................................................................................................19 5.7 確定帶的張緊裝置 .......................................................................................................................20 5.8 計算壓軸力 ...................................................................................................................................20 5.9 各變速組齒輪模數的確定和校核 ...............................................................................................22 5.9.1 齒輪模數的確定 ...................................................................................................................22 5.9.2 齒寬的確定 ...........................................................................................................................26 5.9.3 齒輪結構的設計 ...................................................................................................................26 5.10 傳動軸的直徑估算 .....................................................................................................................27 5.10.1 確定各軸轉速 .....................................................................................................................27 5.10.2 傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 ..........................................................................28 5.10.3 鍵的選擇 .............................................................................................................................29 5.11 傳動軸的校核 .............................................................................................................................29 5.11.1 傳動軸的校核 .....................................................................................................................29 5.11.2 鍵的校核 .............................................................................................................................30 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 5 頁 共 63 頁 5.12 摩擦離合器的選擇和計算 .........................................................................................................30 5.13 齒輪校驗 .....................................................................................................................................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 主軸組件設計 .............................................................................................................................39 6 結構設計 ..............................................................................................................................................50 6.1 結構設計的內容、技術要求和方案 ...........................................................................................50 6.2 展開圖及其布置 ...........................................................................................................................50 6.3 I 軸（輸入軸）的設計 .................................................................................................................51 6.4 齒輪塊設計 ...................................................................................................................................52 6.5 傳動軸的設計 ...............................................................................................................................53 6.6 主軸組件設計 ...............................................................................................................................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 總結和展望 ..........................................................................................................................................59 7.1 本文工作總結 ...............................................................................................................................59 7.2 課題展望 .......................................................................................................................................60 參考文獻 ..................................................................................................................................................61 致 謝 ......................................................................................................................................................63 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 6 頁 共 63 頁 1 緒論 機床技術參數有主參數和基本參數，他們是運動傳動和結構設計的依據， 影響到機床是否滿足所需要的基本功能要求，參數擬定就是機床性能設計。主 參數是直接反映機床的加工能力、決定和影響其他基本參數的依據，如車床的 最大加工直徑，一般在設計題目中給定，基本參數是一些加工件尺寸、機床結 構、運動和動力特性有關的參數，可歸納為尺寸參數、運動參數和動力參數。 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；用硬質合金刀具又用高速鋼刀具。因此，必須對所設計的機床 工藝范圍和使用情況做全面的調研和統(tǒng)計，依據某些典型工藝和加工對象，兼 顧其他的可能工藝加工的要求，擬定機床技術參數，擬定參數時，要考慮機床 發(fā)展趨勢和同國內外同類機床的對比，使擬定的參數最大限度地適應各種不同 的工藝要求和達到機床加工能力下經濟合理。 機床主傳動系因機床的類型、性能、規(guī)格和尺寸等因素的不同，應滿足的 要求也不一樣。設計機床主傳動系時最基本的原則就是以最經濟、合理的方式 滿足既定的要求。在設計時應結合具體機床進行具體分析，一般應滿足的基本 要求有：滿足機床使用性能要求。首先應滿足機床的運動特性，如機床主軸油 足夠的轉速范圍和轉速級數；滿足機床傳遞動力的要求。主電動機和傳動機構 能提供足夠的功率和轉矩，具有較高的傳動效率；滿足機床工作性能要求。主 傳動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；滿足產品 的經濟性要求。傳動鏈盡可能簡短，零件數目要少，以便節(jié)約材料，降低成本。 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 7 頁 共 63 頁 2 設計計算 2.1 機床的主參數 如表 1 所示： 床身最大回轉直徑 1000mm 最小加工工件直徑 100mm 頂尖間最大工件長度 1500-16000mm 刀架上最大回轉直徑 630mm 頂尖間最大工件重量 6000kg 表 1 2.2 主運動參數 據機床設計手冊典型加工條件，當工件直徑為 8001000mm 時，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值: 高速鋼車刀精車絲杠=1.5m/s; 高速鋼車刀低速車削盤類零件，=8m/s 。 主軸轉速確定: 由以上典型加工條件, 確定本機床主要加工直徑范圍為 100600mm。主軸 轉速與切削速度的關系: , v 為切削速度max10ax=dinVnmin10in=daxV 式中的 或，不是該機床可能加工的最小或最大直徑，而是機床全部工藝范 圍內可以用最大切削速度來加工時的最小工件直徑和用最小切削速度來加工時 的最大工件直徑, 這樣才能得出合理的極限轉速值。 取max10ax102=637/mindinVnrax640/minr 主軸最低轉速： 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 8 頁 共 63 頁 情況時， min10in10.5=48/mindaxVr i 8.2/i63 取 mini4./inar 主軸的轉速范圍為 4-640r/min 變速范圍，符合普通車床 Rn 為 40200 的變速范圍, 且 Rn 值較大, 表 明本機床有良好的加工工藝性能。 1.3 切削力的計算 由于切削過程的復雜性，并且影響它的因素又多，因此目前尚未導出簡便 計算進給力、徑向力、切削力 的理論公式，一般都是通過大量實驗，由測力儀 得到切削力后進行數據處理，建立經驗公式。在建立經驗公式時，大多數都是 將背吃刀量、進給量及切削速度這三個主要因素作為可變因素，而其它影響因 素則用修正系數間接計算，從而得出、、 三個分力的計算公式: FX=PafkfvrkvFzkrFzkaFzkvbFzkhFzkuFzkbr1Fz Fy =PfkfFykvFykrFykaFykvbFykhFykuFykbr1Fy Fz =PfkfFxkvFxkrFxkaFxkvbFxkhFxkuFxkbr1Fx 式中及下列各參數均是以實驗條件得出, 切削深度、進給量、切削速度以實驗 條件中最大值計算, 而不是本機床實際所加工最大允許量, 詳見機床設計手 冊: P單位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2; 切削深度, 15mm, 取 p=5mm; F進給量, 0.10.5mm/r, 取 f=0.5mm/r; v切削速度, 90105m/min, 取 v=105m/min。 以上取值及各修正系數源于機床設計手冊。 經計算：=586.3kgf 據手冊，=0.350.5，取=0.43 =0.350.5，取=0.43 則=252kgf; =252kgf 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 9 頁 共 63 頁 總切削 F=++=1090.5kgf=10697.8N 機床切削總功率: V/1000=10697.8105 /(601000)=18.7kW 按上面所列式求得切削功率后, 還需考慮機床的傳動效率, 機床的電機功率為 Pc/m, 式中 m 為機床的傳動效率, 一般取為 0.750.85, 取 0.85 計算, 計算得=22kW。 查機械設計課程設計指導書P178 可得，選擇電動機型號為 Y180L-4，滿載 時，其轉速為 1470r/min。 3 主動參數參數的擬定 3.1 主運動調速范圍的確定、計算各軸計算轉速、功率和轉矩 主運動調速范圍的確定 （本小節(jié)公式除非特別說明，均出自資料12） 數控車床主軸轉速范圍 4640r/min 則數控車床總變速范圍 maxin160nR 估算主軸的計算轉速，由于采用的是無級調速，所以采用以下的公式： (2.3)0.30.3maxini64())2r/i計 （ 因為數控機床主軸的變速范圍大于計算轉速的實際值同時為了便于計算 故?。?20r/i計 主軸的恒功率變速范圍 max64032npR計 電機的恒功率變速范圍 d281p 由于 RnpRdp，電動機直接驅動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串 聯(lián)一個有級變速箱，以滿足主軸的恒功率調速范圍。 取 ，則 對于數控車床，為了加工端面時滿足恒6fdp7.1lgZnpf 線速度切削的要求，應使轉速有一些重復，故取 Z=4 故前面?zhèn)鲃颖确峙淇扇 ?取 Z=4, ，計算出變速齒輪箱公比 ，則4d1a,zfpzfpR 25.ff， 取 變速箱有四種傳動比： ；1/8.2/1.；44 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 11 頁 共 63 頁 ；81.2//41./；4 由圖 2 主軸功率特性圖中可以看出，當主軸在 64040r/min 的轉速范圍內，功 率段 abcde 恒功率輸出，可以實現恒功率不停車無級調速，故此車床用于加工 盤類零件時，可以恒線速度切削，嚴格保證加工質量，但以上設計沒有考慮系 統(tǒng)內傳動元件造成的功率損失。 3.2 主電動機的選擇 根據前面的切削計算，選擇 22KW 的 Y180L-4 型三相異步電動機，參數如下圖表 Y180L-4 型三相異步電動機 產品型號：Y180L-4 型 Y180L-4 型三相異步電動機使用條件： 環(huán)境溫度：-1540 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 防護等級：IP44、IP54、IP55 絕緣等級：B 級、F 級、H 級 冷卻方式：ICO141 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 12 頁 共 63 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 型三相異步電動機特點 Y180L-4 型三相異步電動機功率：11KW 電壓：380V 電流：21.8A 絕緣：B 噪 音：87 dB(A) 轉速 2900 r/min 是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機，是 全國統(tǒng)一設計的基本系列，它同時是符合 JB/T9616-1999 和 IEC34-1 標準的有 關規(guī)定， 具有國際互換的特點。 Y180L-4 型三相異步電動機廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場 合和無特殊要求的機械設備上，如金屬切削機床、泵、風機、運輸機械、攪拌 機、農業(yè)機械和食品機械等。 4 變速結構的設計 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、操縱等整個 變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機構以及組成、安排不同 特點的變速型式、變速類型。 變速方案和型式與結構的復雜程度密切相關，和工作性能也有關系。因此， 確定變速方案和型式，要從結構、工藝、性能及經濟等多方面統(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；擴大變速范圍可用增加變速組數，也可采用背輪結構、分支變速等型 式；變速箱上既可用多速電機，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。此次設計中，我們 采用集中變速型式的主軸變速箱。 4.2 變速結構式、結構網的選擇 結構式、結構網對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的變速不失為有用的方法， 但對于分析復雜的變速并想由此導出實際的方案，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目 數為 Z 的變速系統(tǒng)由若干個順序的變速組組成，各變速組分別有 、Z 個變速副。即 321Z 取 Z=4, ，計算出變速齒輪箱公比 ，則4d1a,zfpzfpR 25.ff， 取 變速箱有四種傳動比： ；1/8.2/1.；44；.//./ ；121 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 14 頁 共 63 頁 由圖 2 主軸功率特性圖中可以看出，當主軸在 64040r/min 的轉速范圍內，功 率段 abcde 恒功率輸出，可以實現恒功率不停車無級調速，故此車床用于加工 盤類零件時，可以恒線速度切削，嚴格保證加工質量，但以上設計沒有考慮系 統(tǒng)內傳動元件造成的功率損失。 4.2.2 結構網的擬定 根據中間變速軸變速范圍小的原則選擇結構網。從而確定結構網如下： 4.2.3 結構式的擬定 主軸的變速范圍應等于住變速傳動系中各個變速組變速范圍的乘積，即： inR210 檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴大組。因為其 他變速組的變速范圍都比最后擴大組的小，只要最后擴大組的變速范圍不超過 極限值，其他變速組就不會超過極限值。 122PXR 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 15 頁 共 63 頁 4.2.4 結構式的擬定 繪制轉速圖 、選擇 Y132S-4 型 Y 系列籠式三相異步電動機。 、分配總降速變速比 4.2.5 確定各變速組變速副齒數 齒輪齒數的確定，當各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數。對于 定比傳動的齒輪齒數可依據機械設計手冊推薦的方法確定。對于變速組內齒輪 的齒數，如傳動比是標準公比的整數次方時，變速組內每對齒輪的齒數和 及zS 小齒輪的齒數可以從【1】表 3-9 中選取。一般在主傳動中，最小齒數應大于 1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應檢查滑移齒輪之間的齒數關系：三聯(lián)滑移齒 輪的最大齒輪之間的齒數差應大于或等于 4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。 根據【1】 ,查表 3-9 各種常用變速比的使用齒數。94P 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 16 頁 共 63 頁 5 傳動件的設計 5.1 帶傳動設計 輸出功率 P=22kW,轉速 n1=1470r/min,n2=900r/min 計算設計功率 Pd edAdPK 表 4 工作情況系數 AK 原動機 類 類 一天工作時間/h工作機 10 1016 160 1016 16 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機；離心式水泵； 通風機和鼓風機（ ） ；離心式壓縮機；7.5kW 輕型運輸機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷 變動小 帶式運輸機（運送砂石、 谷物） ，通風機 （ ） ；發(fā)電機；旋7.5k 轉式水泵；金屬切削機床； 剪床；壓力機；印刷機； 振動篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷 變動較 大 螺旋式運輸機；斗式上料 機；往復式水泵和壓縮機； 鍛錘；磨粉機；鋸木機和 木工機械；紡織機械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷 變動很 破碎機（旋轉式、顎式等） ； 球磨機；棒磨機；起重機； 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 17 頁 共 63 頁 大 挖掘機；橡膠輥壓機 根據 V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時） ，查機械設計P 296表 4， 取 KA1.1。即 1.24.kWdAedPK 5.2 選擇帶型 普通 V 帶的帶型根據傳動的設計功率 Pd 和小帶輪的轉速 n1 按機械設計 P297 圖 1311 選取。 根據算出的 Pd24.2kW 及小帶輪轉速 n11470r/min ，查圖得： dd=80100 可知應選取 A 型 V 帶。 5.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 由機械設計P 298表 137 查得，小帶輪基準直徑為 80100mm 則取 dd1=100mm ddmin.=75 mm（d d1根據 P295表 13-4 查得） 表 3 V 帶帶輪最小基準直徑 mind 槽型 Y Z A B C D Emind 20 50 75 125 200 355 500 臥式車床主傳動系統(tǒng)的結構設計 第 18 頁 共 63 頁 21 2470=1.63,=10.631.m9d di所 以 由機械設計P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準直徑” ，得 =160mm2d 誤差驗算傳動比： （ 為彈性滑21160=.365()(2%)di誤 動率） 誤差 符合要求1.6325.0%10.581i誤 帶速 147v=.3/6dnms 滿足 5m/s
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