机械设计课程设计CA6140机床主轴箱设计

课程设计说明书题 目 CA6140机床主轴箱设计年 级 2 0 0 8级 学 号 姓 名 指 导 教 师 时 间 2011年9月23日课程设计任务书一. 设计目的和要求这次课程设计是机械设计专业方向课程中实践性较强、综合性突出的重要教学环节，使该专业方向的学生在校期间最后一次（除毕业设计外）进行的较长时间、较系统、较全面的工程设计能力训练，在实现学生总体培养目标中占有特别重要的地位。对于树立学生的创新精神，培养学生设计的系统性、可靠性、完整性意识，激发学生用依据理论结合计算机技术解决工程实践问题的兴趣，加深同学对课程所学内容的综合理解和掌握具有举足轻重的作用和十分重要的意义。本教学环节的实施目的是：1、通过课程设计实践，树立正确的现代的机械设计思想，培养综合运用机械设计、现代设计方法学、自动机械设计课程和计算机辅助设计/辅助分析/辅助制造（CAD/CAE/CAM）、有限元分析、优化设计、可靠性设计等其他先修课程的理论与生产实践知识来分析和解决用计算技术对现代机械的进行完整设计所涉问题的能力。2、学习用计算机技术进行现代机械设计的一般方法，掌握计算机辅助现代机械设计的一般规律和所需技术和软件。3、用计算机进行现代机械设计基本技能的训练：例如计算（Matlab）、分析（UG/Scinario、有限元分析、机构运动分析、结构分析和参数化设计模块）、修正、绘图（UG/Drafting/Assembly/FreeForm）、查阅资料和手册、运用标准和规范。4、有条件的话，可熟悉现代设计中涉及的计算机技术（计算机辅助制造UG/Manufacturing）和其他流行CAD软件（ANSYS、ADAMS、Pro/E）的使用操作，全面掌握现代计算机辅助机械设计的全过程。课程设计教学的基本要求是：1、能从机器功能要求出发，制定或分析设计方案，合理的选择电动机、传动机构和零件。2、能按机器的工作状况用Matlab分析和计算作用在零件的载荷，合理选择零件材料，正确计算零件主要参数及尺寸。3、能考虑制造工艺、安装与调整、使用与维护、经济性和安全性等问题，对机器和零件进行结构设计。4、绘图表达设计结果，图样符合国家制图标准，尺寸及公差标注完整、正确，技术要求合理、全面。5、掌握使用计算机进行设计计算和使用计算机进行结构设计并绘制装配图（UG/Assembling）、零件图（UG/Drafting）的方法。6、进行有限元分析（UG/Master FEM+或ANSYS）、机械运动动态分析（UG/Motion或ADAMS）或和机械结构分析（UG/Structures或ADAMS）并对整个装置进行针对性分析并取得合理的改进。二、设计学时和学分 学时：3周 学分：1.5三、设计的主要内容 课程设计题目常以一般用途的机械装置为主，也可以做其他设计题目，其他工作量相当于C6140机床的主传动部分设计。 每个学生应相对独立完成：确定机器或传动装置的总体方案，选定电动机和传动机构，并完成其运动学计算；进行传动零件以及轴、轴承、键联接、联轴器的设计计算，选择有关零、部件的规格；结合设计计算，穿插进行主要零件的结构设计；用绘图机器或传动装置的总体结构设计并综合考虑其润滑与密封等问题；进行轴的精确校核计算；用计算机绘图软件Ug绘制正式装配图和零件图；用有限元分析模块（UG/Motion 或ADAMS）和机械结构分析模块（UG/Structures或ADAMS）对整个装置进行分析并取得合理的改进，整理、撰写设计说明书；总结设计，准备答辩内容。 设计题目可仅给机器所需实现的功能，由学生自行设计传动方案；亦可给定传动方案，由学生分析后进行设计。学生应提交的设计成果包括：1. 机器或部件正式计算机装配图1张（UG/Assembly），A0图纸。2. 零件工作图3张（UG/Drafting），A2、A3或A4图纸。通常为关键轴、关键零件工作图。3. 有限元分析效果图1张（UG/Master FEM+）4. 设计计算说明书一份，说明书应包括：确定装置总体方案，运动学、动力学计算（Matlab程序），关键零件的设计计算，轴、轴承、键联接的校核计算（Matlab程序）等内容。四、设计的进行方式 由指导老师给出设计课题，学生在规定时间内。在规定的地点由教师指导独立完成设计。五设计时间安排 按以下进程安排4周，共20天设计周期：（1） 方案设计（含选电动机、传动装置的运动学、动力学计算）（2天）；（2） 传动件设计（0、5-1天）；（3） 装配草图设计（4-5天）；（4） 装配工作图设计（3、5-4、5天）；（5） 零件工作图设计（0、5天）；（6） 有限元分析效果（3天）；（7） 机械运动动态分析图（1、5-2天）；（8） 机械结构分析图（1、5-2）；（9） 某个零部件的修正图（0、5-1天）；（10） 编写设计计算说明书（1-2天）；（11） 答辩（1天）。设计过程中安排一次机床或成熟机械装置装拆试验和观摩模型实物展览室，进一步增强学生的感性认识；安排16-24学时集中讲课，讲解各软件及其模块的使用要点；其他时间采取集体辅导与个别指导相结合的指导方式。其中讲课、辅导穿插在各阶段进行。目录第一章 CA6140用途和规格1.1车床的规格CA6140车床可以加工各种轴类,套筒类和盘类工作；车削米制，英制，模数制，径节制4种螺纹；还可以利用车床的尾座进行钻孔，扩孔，套螺纹等。1.2 车床的用途 主轴三支撑均采用滚动轴承；进给系统用双轴滑移共用齿轮机构；纵向与横向进给由十字手柄操纵，并附有快速电机。该机床刚性好、功率大、操作方便。第二章 主要技术参数工件最大回转直径： 在床面上400毫米 在床鞍上210毫米工件最大长度（四种规格）750、1000、1500、2000毫米主轴孔径 48毫米主轴前端孔锥度 400毫米主轴转速范围： 正传（24级） 101400转/分 反传（12级） 141580转/分加工螺纹范围： 公制（44种）1192毫米 英制（20种） 224牙/英寸 模数（39种） 0.2548毫米 径节（37种） 196径节进给量范围：细化 0.0280.054毫米/转纵向（64种） 正常 0.081.59 毫米/转加大 1.716.33 毫米/转细化 0.0140.027毫米/转横向（64种） 正常 0.040.79 毫米/转加大 0.863.16 毫米/转刀架快速移动速度： 纵向 4米/分横向 4米/分主电机： 功率 7.5千瓦 转速 1450转/分快速电机： 功率 370瓦 转速 2600转/分冷却泵： 功率 90瓦 流量 25升/分工件最大长度为1000毫米的机床： 外形尺寸（长宽高）266810001190毫米 重量约2000公斤第三章 传动方案和传动系统图3-1.确定极限转速 已知主轴最低转速为10mm/s,最高转速为1400mm/s，转速调整范围为 Rn=/=143-2.确定公比 选定主轴转速数列的公比为1.123-3.求出主轴转速级数Z Z=lgRn/lg+1= lg14/lg1.12+1=243-4.确定结构网或结构式 24=23223-5.绘制转速图 （1）选定电动机 一般金属切削机床的驱动，如无特殊性能要求，多采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列电动机高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。根据机床所需功率选择Y160M-4，其同步转速为1500r/min。 （2）分配总降速传动比 总降速传动比为uII=/=10/15006.67 ,为主轴最低转速，考虑是否需要增加定比传动副，以使转速数列符合标准或有利于减少齿轮和及径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。 （3）确定传动轴的轴数 传动轴数变速组数+定比传动副数+1=6 （4）绘制转速图先按传动轴数及主轴转速级数格距lg画出网格，用以绘制转速图。在转速图上，先分配从电动机转速到主轴最低转速的总降速比，在串联的双轴传动间画上u(kk+1)min.再按结构式的级比分配规律画上各变速组的传动比射线，从而确定了各传动副的传动比。图3-5-1 CQ6123传动系统图3-5-2 车削米制螺纹时传动链的传动路线图3-5-3 加工螺纹时的传动路线第4章 主要设计零件的计算和验算 这次课程设计内容很多，而本人主要担任的设计任务是CA6140型普通车床主轴的设计与校核，内容如下：4-1建模根据图纸数据进行建模图4-1-1图4-1-24-2主轴抗震性的验算（1）支撑刚度，包括轴承的弹性变形和坐圈接触变形。向心推力球轴承：=（0.70.002）d圆锥孔双列向力短圆柱滚子轴承：=（mm）前轴承处d=100，R=5400kgf，所以：=0.0108mm=0.0251mm坐圆外变形：对于向心球轴承：D=150，d=100，b=60，取k=0.01所以：对于短圆柱滚子轴承：D=150，d=100，b=37，取k=0.01，R=12500kgf所以：所以轴承的径向变形：=+=0.05+0.053=0.103mm支撑径向刚度：k=（2）量主要支撑的刚度折算到切削点的变形其中L=419mm，KA=121359.2kg/mm所以：（3）主轴本身引起的切削点的变形其中：P=2940N，a=125mm，L=419mm，E=2107N/cm，D=91mmI=0.05（D4-d4）=0.05（914-464）=3163377.25mm2所以：（4） 主轴部件刚度（5） 验算抗振性则：所以：所以主轴抗振性满足要求。第五章 运动仿真和有限元分析