CA6140车床主轴箱的设计

东华理工大学长江学院毕业设计题 目 CA6140车床主轴箱的设计 英文题目 CA6140 the design of the lathe spindle box 学生姓名： 杨裕阳 申请学位门类： 工学学士 学 号： 09315231 专 业： 机械电子工程 系 别： 机械工程系 指导教师： 赵杰 职称： 讲师 二零一三 年五月 二十八 日摘 要 主轴箱在整个机床中属于相对重要部件，通过其内部的齿轮传动可以实现多级变速,从而人们需要的速度可以从最后传到主轴的速度的到。通常主轴箱传动系统的性能直接影响机床的性能。 本设计介绍普通机床中CA6140主轴的设计过程，文章先简要介绍了车床的发展历史和现状，分析了主轴箱中各个重要部件结构原理和其在做主轴箱里的作用。详细介绍了CA6140里的齿轮、轴、主轴和轴承等零件的整个设计过程。具体内容包括选取满足要求相应的功率电机和各个零件的整体结构设计，其中包括材料的定选尺寸的合理安排以及加工需求。对于轴和齿轮零件运用的有关公式，进行合理的分析对相对较危险的部位进行作图、计算和查表，进行各种校核。最终对各个零部件进行参数拟定、传动设计、传动件的估算和验算、各部件结构设计，绘制零件图和装配图。关键词：主轴箱； 计算； 结构设计；轴 ABSTRACTThroughout the machine tool spindle box is a relatively important component through its internal gears can achieve multi-speed, the speed of which people need to be reached from the last to the spindle speed. Typically headstock drive performance directly affects the performance of the machine. This design introduces ordinary machine tool spindle CA6140 design process, the article briefly describes the history and current status of the lathe analyzed headstock various important parts of the structure principle and its role in doing the spindle box. Details of the CA6140 in the gears, shafts, spindles and bearings and other parts of the entire design process. Specific content includes selected meet the requirements of the corresponding power motors and various parts of the overall structural design, including materials, given the reasonable arrangement and size selection processing needs. For shaft and gear parts using the relevant formula, a reasonable analysis relatively dangerous parts of the mapping, calculation and look-up table, a variety of checking. Parameters for the various parts of the final formulation, transmission design, transmission parts estimating and checking each component structural design, drawing parts and assembly drawings.Keywords: Headstock; computing; structural design; axis 目 录绪论11.1普通车床发展史11.2发展趋势22. CA6140主轴箱工作原理42.1机床的结构42.2主轴箱的主要构造53. 传动方案拟定和总体布局93.1变速组和传动副数的确定93.2传动比的分配94. 各个零部件的选定114.1确定主轴的极限转速114.2电机的选择114.2.1计算转速范围和定公比并选出各级转速114.2.2电机选择114.3带轮直径和齿轮齿数的确定124.3.1确定皮带轮直径124.3.2齿轮齿数的确定124.3.3计算各轴传动的功率154.4主轴箱的传动系统165. 各零部件校核验算175.1各轴验算转速误差175.2 V带的设计校核175.3 I轴上的零部件设计185.3.1 I轴上的齿轮设计185.3.2 I轴的设计校核225.3.3轴承的校核和键的选择245.5II轴上的齿轮设计265.5.1II轴上的齿轮设计265.5.2II轴选轴、键和轴承的选择295.6III轴上的个部件设计305.6.1III轴上的齿轮设计305.6.2III轴选轴、键和轴承的选择335.7IV轴主轴的选取345.8主轴箱的装配图及箱体的设计35结论38致 谢39参考文献40东华理工大学长江学院毕业设计 绪论绪论1.1普通车床发展史 普通车床技术性项目比较多，发展过程比较复杂着重的对各个方面分析，将对普通车床CA6140各个技术性能进行分析其中包括（切速、机床功率、自动化程度粗糙度）从1870年到今日切削速度从最初的十几米/分发展的两千多米/分左右。此期间切削刀具是在不断随着科技发展而发展着，从1870年出现碳素工具钢先后出现了高速钢、硬质合金、陶瓷刀具和硬质合金涂层刀具到今日的金刚石及立方氮化硼。由于普通车床需要人为操控，切速一旦过高，进给速度不断加快加快，使操作者心理压力过高，甚至达到无法控制车床加工的程度影响工作效率和工作安全。再考虑到普通车床经挤性，目前其主轴的最高转速要求并不高，主要原因并不是转速越高越好。现代车床主要加大主传动功率，从而以此来提高切削金属量，加大切除量。 提高自动化是今后普通车床的主要发展趋势，提高了自动化可以改善普通车床性能，和缩短非工作的时间，而最终的目的是有效地改善的生产效率以及保证工件质量，能提高生产效率的方法主要有（1）增加刀具的往复速度，减少移动过程中浪费的时间一般纵向移动速度为，横向速度。以后或许会达到以上。（2）减少装工件时间，随着科技的发展如今常用的有电气、液压等自动卡盘卡头方便装工件。（3）现在多数车床都采用电气准停机构准停精度可达（4）增加附件，可以提高自动化程度，还可增大万能性，扩大其工件的工艺的可靠性。（5）可增加检测，如果在精车过程中加入检测，（通常是机床与计数器与千分尺组合起来）让操作者能在切削加工中直接读出工件的直径与长度,缩短了检测时间可大大减少废品的产生。（6） 数控机床加工零件是按事先编号的程序加工的。操作者减少繁琐的人为操作，从而改善人们的工作强度，改善工作环境。如今的加工精度相比60年代要改善的好多。圆度加工精度目前可达0.8um，加工钢件的表面粗糙度达Ra0.80.4um。现在的数控机床是由数字指令进行操控加工，脉冲当量就可达到，就会对装置引起的误差进行补偿，从而成就了数控机床具有较高的精度和稳定性。因此可得,将来普通车床加工精度不断提高与表面粗糙度不断降低是很好的发展方向。60年代以后,加工精度得到了飞跃的发展。然而就势而言，发展到一定的高度时成本就会很高影响性价比。如今该项是正在经历平缓发展期。尽管如此它任然是发展主流。普通车床最重要的安全防护装置更加完善了，它不仅起到保护操作者安全作用，同时也有装饰机床的外观,美化作用。安全问题对操作着大功率高转速的普车的操作者更为重要。如西德VDF公司在其Due系列普车设计中，充分考虑了安全操作，其“三杠”采用全封闭的柔性钢罩，刀架的透明安全防护罩，大型防屑后挡板;超载时安全切断，工程塑料制做的手轮与手把，表而上分布着细微的凹凸点，可防打滑，便于调整等等。苏联16K20普车也设有防屑后挡板，刀架上的透明防护罩，卡盘防护罩及用于丝杠、光杠的半圆形防护第等等。我国沈阳机床三厂的SK360普车也加设了防屑后挡板,不仅起到安全防护作月，也修饰了机床的外观。采用安全防护的还有广州机床厂的C6146A。噪声问题是一直是机床改造的热门问题，它会涉及操作人员的工作状况和市场竞争力。我国按沈阳车床研究所在南京召集的17个车床厂代表会上所草拟的车床小400500系列年代水平暂行规定：七十年代车床噪声为80分贝，实际目前其合格品是82分贝，达到80分贝却认为是一级品。我们还应积极创造条件，降低噪声。在国外：日本山崎的Mazak车床噪声为79分贝，西德DuE系列普车，既使在不理想的条件，也不超过80分贝。产品质量，包括硬件设施质量和外部感官质量，外观颜色对我们外观的质量有很大的影响，在如今国际机床市场竞争激烈，其外观造型和颜色显得越来越重要。车床已发送到简洁明快的色彩，优雅，大方与当代的方向发展的趋势，是人们所喜爱，具有鲜明的色彩感，沈阳机床已形成的外观艺术设计工作室，如彩色CA6240B车床，大面积使用高上亮度和纯度，低奶白色，下部采用高纯度，低明度的橙色，高纯度的黑色，使得CA6210B颜色活泼大方，时代感很受外商喜爱，并通过对国外产品的对比，并选择了根据民族习惯和地区，来配相应的颜色。卧式车床主要是加有回转中心且工件并不大的直径、盘类等零件，所以用卧式布局。由于大部分人都是右手的操作，主轴箱就应该分布在左上部。合理布置操作位置、尽量减少操作手柄，操作部件尽量集中，移动次数，减少操作使操作者方便，减少疲劳，缩短切削时间。床身高度布局，车床高度或因不同高度的操作者可以调整根据车床的高度，可调节车床高度也是一种发展趋势。床表面的形式设计和床体制造成倾斜的形式，使操作者可以更好的观察刀具切削工件而且不需要弯腰。改善操作者的工作强度。1.2发展趋势普通车床是机床切削加工中比计较常用之一,其历史悠久,应用很广,占切削加工中的主流。 数控车床（CNC），相比普车，其主要构件并没有太大的改动，唯一有本质区别的是两者之间的进给系统的结构。数控机床是采用伺服电机经滚珠丝杆，传动到滑板和刀架实现纵向和横向进给运动。可得数控机床进给传动系统结构更简单。 数控车床的加工范围与普通车床相差无几，最大的区别是输入程序数控机床能自动加工并能完成，所以更适合加工形状复杂的零件。 但是,从60年代后期,数控车床较多采用后,普通车床的产地与产量发生了变化,总的说:工业发达国家在劳动工资日益高涨、劳工问题日趋严重的压力下,其机床厂多转产技术密集的数控机床,而把劳动密集的普通机床转嫁给劳力便宜的第三世界发展中国家或地区去生产。那些工业发达国家对普通机床的需要反而要依赖进口了,主要是从第三世界国家或地区进口。尽管普通车床目前不如最为盛行的五十年代,在机床总数中的比重处于下降的趋势。由此可得,数控车床在未来的几年或者几十年内还不能完全取代普通车床。有不少加工工艺目前还不宜用数控机床来代替。即使工业发达国家的一些大厂家所用设备中,普通机床仍占绝大多数。如无明显经济效益,它一般是不会轻易用数控机床来更新普通机床的。数控车床能够更好地提高生产效率,数控车床只有不断地提高自动化才能更有竞争力,普通车床只有提升加工精度才能有跟好的竞争力。随着科学的不断发展人们的要求也不断的提高人们需要更高的精度，只有，探求更深入的科学研究，更加彻底地分析的以往经验，只有这样才能提成高设计和制造水平。数控机床起源于美国，1948 年，只是提出了用计算机操控机床的想法。1952 年第一台三坐标数控铣床诞生。直到50年代末，第二代由由晶体管原件电路组成数控机床诞生，相比之下有了全方面的提升。1965年第三代由集成电路做数控系统数控机床。随着计算机快速发展，第四、第五代数控系统相继诞生，第五代计算机室微型计算机数控系统，它可以又计算机控制。以此看出数控机床正在飞跃的发展。40东华理工大学长江学院毕业设计 2. CA6140主轴箱工作原理2. CA6140主轴箱工作原理2.1机床的结构机床结构主要结构如图2-1图2-11-主轴箱 2-刀架 3-尾座 4-床身 5-右床腿 6-光杆7-丝杆 8-溜板箱9-左床腿 10-进给箱11-挂轮变速机构主轴箱主轴箱是位于车床的左上部，内部结构主要是主轴和变速传动机构。主轴前端部分是用来装夹夹具的。主轴箱主要负责把电机的动力经过主轴箱内的传动变速机构使主轴运动。刀架刀架沿着刀架导轨在床身上实现纵向移动。刀架部件是个多层机构组成的，它能实现装夹车刀，能使车刀纵向，横向和斜向移动。尾座尾座位于车床的右上端上，使其沿着导轨移动改变位置。它可根据不同需要可安装如钻头、顶尖、绞刀等。进给箱进给箱位于车床的左端。最主要是用于设定进给量而加工螺纹。溜板箱溜板箱与刀架的最下层纵向溜板相连，与刀架一起作纵向运动，功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，到刀架实现纵向和横向进给，或快速运动，或车螺纹。溜板箱上装有各种手柄和按钮。床身固定在左右床脚上。在床身上安装着车床的各个主要部件，使它们在工作时保持准确的相对位置或运动轨迹。CA6140型卧式车由主传动系统和进给运动系统如图2-2，电动机直接控制主换向机构，主变速机构控制主轴。主换向机构常用在车螺纹切换刀具。进给传动从主轴开始，到给换向机构、挂轮再由挂轮到进给变换机构到转换机构，再由转向机构到光杠最后到达刀架；或者由丝杠最后到达刀架。车左旋和右旋的主要由进给换向机构来决定。挂轮配合进给变换机构可以确定螺距，转换机构可以调节进给方向，通过电机可以使刀架快速移动。 图2-2 CA6140卧式车床内部传动框图主传动系统的主要设计内容：主轴拥有安全的转速范围，能够实现多级变速。且满足运动的开停、有级变速、正反向互换和制停。主轴箱还必须满足机床的动力要求必须达到一定的功率，以便元件和机床结构能够达到相应的强度和刚度要求。主轴箱的只有达到了一定的精度才能减少变形和降低噪音，尽量实现高效率传动以便满足工作需求。主轴箱为了满足更好的使用要求还必须有较好的较灵活的操控能力，便于维修和调整，必须保证有良好的密封和润滑效果。主轴箱结构必须越简单越好，使其有跟好地工艺性而且满足经济要求。2.2主轴箱的主要构造机床主轴箱内部结构比较复杂零部件较多卸荷带轮：这种带轮把径向载荷变向的传给箱体双向多片摩擦离合器：实现主轴转向变换功能的主要结构之一。被动摩擦片处于两个反向旋转的主动摩擦片之间，当同不同的主动摩擦片结合时就实现主轴转向变换，处于分离状态时主轴停止。摩擦离合器保护机构防止过载。万一机床过载时摩擦片就会与离合器发生打滑以让工作停止以防止机床遭到不必要的损坏，由传递的转矩来确定。制动器安装在在轴IV上，与离合器松开的时候制动主轴，可以减短辅助时间。制动器的结构见图2-3和2-4.制动盘由钢制成的，与轴IV花键联接。周边围着制动带15。制动带是一条钢带，内侧有一层酚醛石棉以增加摩擦。制动带的是一端与杠杆连接，另一端通过调节螺钉13等与箱体相连。为了操纵方便并避免出错，制动器和摩擦离合器共用一套操纵机构，也由手柄18操纵。当离合器脱开时，齿条22处于中间位置。 这时齿条轴22上的凸起正处于与杠杆14下端相接触的位置，使杠杆14向逆时针方向摆动，将制动带拉紧。齿条轴22凸起的左、右边都是凹槽。左、右离合器中任一个接合时，杠杆14都按顺时针方向摆动，使制动带放松。制动带的拉紧程度由调节螺钉13调整。调整后应检查在压紧离合器时制动带是否松开。图2-3制动机构图2-4变速操纵结构轴II上的双联滑移齿轮和轴III上的三联滑移齿轮用一个手柄 操纵。图2-5是其操纵机构，变速手柄每转一转，变换全部6种转速，故手柄共均布的6个位置。图2-5 变速操纵结构变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链转动轴4。轴4上装有盘形凸轮3和曲柄2。凸轮3上有一个条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮上有16六个变速位置。图2-6变速机构如图2-6所示。位置1、2、3，杠杆5上端的滚子处于凸轮槽曲线的大半径圆弧处。 杠杆5经拨叉6将轴II上的双联滑移齿轮移向左端位置。位置4、5、6则将双联滑移齿轮移向右端位置。曲柄2随轴4转动，带动拨叉1拨动轴III上的三联齿轮，使它处于左、中、右三个位置。顺次地转动手柄，就可使两个滑移齿轮的位置实现6个组合，使轴III得到6种转速。东华理工大学长江学院毕业设计 3. 传动方案拟定和总体布局3. 传动方案拟定和总体布局3.1变速组和传动副数的确定 主轴箱变速可能的方案有：(a)12=43 , (b) 12=34 (c)12=232 , (d)12=223 ，(e)12=322在上列方案中(a)(b)可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传动副. 就必须用四联滑移齿轮，就会使轴横向尺寸非常大；或是用两个双联滑移齿轮，则两两会发生干涉，所以不推荐使用。C、d、e三个方案选择原则方案：从电动机到主轴，一般降速传动组故应把传动副较的传动组放在前面接近电动机处，使其转速较高，从而扭矩较小，尺寸也就可以少些. 这就前密后疏原则从这个角度考虑以取= 方案为好。结构网或结构式的选择：(a) (b) (c)(d) (e) (f)为了让传动结构紧密，尺寸尽量要小，在外界各种因素都满足要求的前提下电机到主轴总的趋势是降速趋势，所以要按前慢后快的原则即选：其传动系统结构网如图3-1 图3-1 传动系统结构网图3.2传动比的分配分配降速比时，应注意传动比的取值范围：齿轮传动副中最大传动比2， 最小传动比 导致传动比太大 ，使振动、噪音等负面影响加大，传动比过小，使传动齿轮之间的直径相差悬殊，从而使结构太大。确定皮带转动的转动比范围 =取 = 由于主电机额定转速 ， 可知第轴的转速=确定主轴上的总传动比： =最小传动比 =主轴上的齿轮数相隔6极（总 ）则：=中间轴的传动比的确定，可按先缓后急原则，先确定最小传动比，然后根据级此指数确定其他转动比：轴小传动比为 =取=轴传动比为取=由此可得和轴的传动比。东华理工大学长江学院毕业设计 4. 各个零部件的选定4. 各个零部件的选定4.1确定主轴的极限转速主轴的极限转速极限切削速度和式中 D机床加工最大直径 K系数卧式车床K=0.5 （）=取标准列数值=4.2电机的选择4.2.1计算转速范围和定公比并选出各级转速=由上得选12级变速，并算出各级转速数列：31.8 ，45 ，63 ，90 ，125 ，180 ，250 ，355 ，500 ，710 ，1000 ，1440 4.2.2电机选择 电机选择一个合理的功率很有必要既要保证不过载和功率不足且还要满足工作需求。普通卧式CA6140车床典型切削条件如下：刀具材料：YT15工件材料：45号钢切削方式：车削外圆查数控机床系统设计可知：若以切深 进给量切削速度 为例则车床的主切削力车床的切削功率主电机功率综上所得可选电机Y132S-4 额定功率 ，满载转速4.3带轮直径和齿轮齿数的确定4.3.1确定皮带轮直径设计功率 ： 其中：（工况系数取1.2） (所需传递功率） 可初选带为B型，查表：带轮的最小基准直径，所以取：大轮直径 取0.01 4.3.2齿轮齿数的确定在同一变速组内各齿轮副受力和速度相差无几，为了方便维修制造一般模数相同。而得 式中 分别为任一齿轮副主齿轮和被动齿轮的齿数 任一齿轮副的传动比 任一传动比次数和由上式可得： 确定齿数的注意事项：1. 尽量减小齿数和601002. 避免根切18203. 三联齿轮（如图3-2）图4-1 三联齿轮+4. 实际传动比与理论传动比不超过5. 齿轮在轴上的分布（如图3-3）6.如图4-2齿轮分布由于传动比已知，可算出适用齿数，且两轴之间啮合的齿轮齿数和相同。轴1和轴2啮合齿轮选取如表4-1：表4-1 60 . 62 . 64 . 66 . 68 . 70 . 72 . 74 . 76 . 78 60 . 63 . 65 . 67 . 68 . 70 . 72 . 73 . 75 . 77 60 . 63 . 66 . 69 . 72 . 75 . 78 由上表可得=72，则小齿轮齿数为36 . 30 . 24 大齿轮齿数为36 . 42 . 48轴2和轴3啮合齿轮选取如表4-2：表4-2 60 . 62 . 64 . 66 . 68 . 70 . 72 . 74 . 76 . 78 . 80 . 84 . 8661 . 65 . 68 . 69 . 72 . 73 . 76 . 77 . 80 . 84 . 85 . 88由上表可得可取72 . 76 . 80 . 84轴3和轴4啮合齿轮选取：=1.99 =4 由于传动比最大故小齿轮选18大齿轮72两齿轮的相同可得另外一对齿轮齿数为30 . 60为了使轴3上的齿轮和轴2上的齿轮碰撞，故取84轴2和轴3啮合处的小齿轮为22 . 42 大齿轮为42 . 6212级变级转速图如图4-3图4-3转速图4.3.3计算各轴传动的功率 其中： 传动轴输入功率 电机额定功率 工作情况系统第一根轴 =第二根轴 =第三根轴 =第四根轴 =4.4主轴箱的传动系统由电机传出动力经过I、II、III、IV上的不同齿轮啮合组合即可得到不同转速最终传到主轴IV。如图4-4图4-4传动系东华理工大学长江学院毕业设计 5. 各个零部件校核验算5. 各零部件校核验算5.1各轴验算转速误差由于理论值和实际值难以保持一致，初步验算主轴转速看误差是否会过大不符合设计要求。由公式： =表5-1 n理 n实际 1400 1417 0.0130.041 1000 1012 0.01230.041 710 708.5 0.01210.041 500 503.1 0.01620.041 355 359.1 0.0110.041 250 250.98 0.0280.041 180 178.1 0.0180.041 125 126.62 0.0140.041 90 88.61 0.01580.041 63 62.52 0.0190.041 45 44.59 0.0150.041 31.8 31.5 0.0120.041由表5-1可得转速误差均符合要求5.2 V带的设计校核已知已选用B型带轮，和大小带轮直径确定V带速度： =在范围内，带速适合。确定中心距和带的基准长度。初选中心距，符合 带长 =2004取2000，实际长度 (是修正值取44）实际长度=2044实际中心距 其中 ,带人数据的验算小带轮包角; =在要求范围内，包角合适确定带的根数z:,查表机械设计5-2的 因，查表机械设计5-3得 因，查表机械设计5-4得因， 查表机械设计5-5得得： =2.43取=3根。5.3 I轴上的零部件设计5.3.1 I轴上的齿轮设计（1）分析要求 齿数比：u=i=2 I轴的转矩： 根据转速图可知I的最高转速为 第一根轴上传递的功率 =圆周速度估计：属于中等速度速，中度载荷载。（2）材料选择、热处理方式选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。（3）初选齿数：小齿轮齿数24，大齿轮齿数48（4）初算小齿轮分度圆直径 根据： 确定公式内的各计算数值 ：试选载荷系数由机械设计表3-6选取齿宽系数由机械设计表3-2查得材料的弹性影响系数由机械设计图3-16按齿面硬度查得： 小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限;计算应力循环次：N一般机床工作时间小时。机床工作时间t=20000h=由图3-18查得其接触疲劳寿命系数,取失效概率为1%，安全系数S=1，得：接触疲劳许用应力= = 小齿轮分度圆直径，代入中较小的值：（5）计算圆周速度（6）计算齿宽b：（7）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 （8）计算载荷系数根据V=2.1m/s，7级精度，查表机械设计3-1得动载系数，直齿轮，假设。由表机械设计3-1查得 将数据代入得： 由，查图10-13得；故载荷系数： (9) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径(10) 按齿根弯曲强度设计由机械设计图5-17查得 小齿轮的弯曲疲劳强度极限； 大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由机械设计图3-19查得弯曲疲劳寿命系数。计算弯曲疲劳许用应力查机械设计表3-4取=1.4计算载荷系数K： 由机械设计图3-14查得齿形系数 由机械设计图3-15查得应力校正系数（11）计算大小齿轮两者比较：取数值大的计算（12）齿轮模数的计算 按表3-7，取标准模数（13）计算齿轮齿数： 小齿轮齿数取大齿轮齿数（14）齿轮的几何计算计算此轮分度圆直径： 大齿轮 小齿轮 。 计算中心距： 计算齿宽 取大齿轮的齿宽 （13）验算 比较得故该齿轮符合要求。5.3.2 I轴的设计校核选轴的材料： 轴的材料选择45号钢，经调质处理。由机械设计表6-1查得： 抗拉强度 屈服点 弯曲疲劳极限 剪切疲劳极限 由机械设计6-4查得：=初选直径： = , =故轴取=轴上受力分析。轴传递的转矩： =齿轮的圆周力： =径向力： =由于是直齿轮所以无轴向力计算作用于轴上的支反力。水平面支反力为; =垂直面内支反力： =分别作出垂直面和水平面上的弯矩图并合成： = =校核轴的强度转矩按脉动循环变化计算，取=0.6，则=查机械设计附表8，抗弯矩截面模量=强度校核： = =显然 故安全。图5-1 I的结构分析（1） 按安全系数校核判断危险截面截面a-a的应力集中，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面。疲劳强度校核：a- a截面得应力扭转应力幅 =弯曲平均应力 =扭转平均应力 =材料的疲劳极限：根据=, =查机械设计表6-1得 = =a- a截面应力集中系数：查机械设计附表1得 =表面状态系数及尺寸系数：查机械设计附表5，附表4得 =(, =) = =分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数： = = = =故安全。轴I主要设计如图5-15.3.3轴承的校核和键的选择轴承部件承受载荷的示意图如图5-1，轴承转速,受力情况如图所示，要求轴承的预期计算寿为。根据实际情况，初选6206型深沟球轴承，其代号为6217。查机械设计课程设计表12-5得 由机械设计课程设计表8-8查得由机械设计课程设计表8-5查得1、 分析轴承的受载荷情况 为I轴作用在一对轴承上的载荷为齿轮对轴的压力2、 计算当量动载荷由机械设计公式（8-7a）知,可由来计算轴承大当量动载荷。载荷系数；表示轴承的径向载荷（N）；表示轴承的轴向载荷（N）；X径向动载荷系数，是实际径向载荷转化为当量动载荷的修正系数；Y轴向动载荷系数，是实际轴向载荷转化为当量动载荷的修正系数。因为此处这对深沟球轴承只承受纯径向载荷，所以1、 计算轴承的寿命，所以用轴承1来计算轴承的寿命：=30000h键的选择I轴齿轮与轴连接查机械设计手册选花键型号为： a-a处花键图5-2I轴的结构5.5II轴上的齿轮设计5.5.1II轴上的齿轮设计（1）分析要求 齿数比：u=i=2.81 I轴的转矩：= 根据转速图可知I的最高转速为 第一根轴上传递的功率 =圆周速度估计：属于中等速，中度载荷载（2）材料选择、热处理方式选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。（3）初选齿数：小齿轮齿数22，大齿轮齿数62（4）初算小齿轮分度圆直径 根据： 确定公式内的各计算数值 ：试选载荷系数由机械设计表3-6选取齿宽系数由机械设计表3-2查得材料的弹性影响系数由机械设计图3-16按齿面硬度查得： 小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限;计算应力循环次：N一般机床工作时间1500020000小时。机床工作时间t=20000h=由机械设计图3-18查得接触疲劳寿命系数,取失效概率为1%，安全系数S=1，得：接触疲劳许用应力= = 小齿轮分度圆直径，代入中较小的值：（5）计算圆周速度（6）计算齿宽b：（7）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 （8）计算载荷系数根据V=1.68m/s，7级精度，查机械设计表3-1得动载系数，直齿轮，假设。由机械设计表3-1查得 将数据代入得： 由，查图10-13得；故载荷系数： (9) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径(10) 按齿根弯曲强度设计由机械设计图5-17查得 小齿轮的弯曲疲劳强度极限； 大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由机械设计图3-19查得弯曲疲劳寿命系数。计算弯曲疲劳许用应力查机械设计表3-4取=1.4计算载荷系数K： 由机械设计图3-14查得齿形系数 由机械设计图3-15查得应力校正系数（11）计算大小齿轮并加以比较： 取数值大的计算（12）齿轮模数的计算 按表3-7，取标准模数（13）计算齿轮齿数： 小齿轮齿数取大齿轮齿数（14）齿轮的几何计算计算此轮分度圆直径： 大齿轮 小齿轮 。 计算中心距： 计算齿宽 取大齿轮的齿宽 （13）验算 比较得故该齿轮符合要求。5.5.2II轴选轴、键和轴承的选择轴的材料选择45号钢，经调质处理。由机械设计表6-1查得： 抗拉强度 屈服点 弯曲疲劳极限 剪切疲劳极限 由机械设计6-4查得：=初选直径： = , =故轴取=轴II设计如图5-3由于第一根轴第二根轴，且 ，轴径确定的公式可知：转速越小轴径越大，所以只要满足转速小的地方的轴径要求，整个轴都可以满足要求。键的选择II轴齿轮与轴连接查机械设计手册选花键型号为：如图a,b处均有花键 图5-3 II轴的结构轴承的选择：根据实际情况，查机械设计课程设计选6207和6208型深沟球轴承。5.6III轴上的个部件设计5.6.1III轴上的齿轮设计（1）分析要求 齿数比：u=i=4 I轴的转矩：= 根据转速图可知I的最高转速为 第一根轴上传递的功率 =圆周速度估计：属于中等转速，中度载荷载（2）材料选择、热处理方式选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。（3）初选齿数：小齿轮齿数18，大齿轮齿数72（4）初算小齿轮分度圆直径 根据： 确定公式内的各计算数值 ：试选载荷系数由机械设计表3-6选取齿宽系数由机械设计表3-2查得材料的弹性影响系数由机械设计图3-16按齿面硬度查得： 小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限;计算应力循环次：N一般机床工作时间1500020000小时。机床工作时间t=20000h=由机械设计图3-18查得接触疲劳寿命系数,取失效概率为1%，安全系数S=1，得：接触疲劳许用应力= = 小齿轮分度圆直径，代入中较小的值：（5）计算圆周速度（6）计算齿宽b：（7）计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 （8）计算载荷系数根据V=2.25m/s，7级精度，查机械设计表3-1得动载系数，直齿轮，假设。由机械设计表3-1查得 将数据代入得： 由，查机械设计图10-13得；故载荷系数： (9) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径(10) 按齿根弯曲强度设计由机械设计图5-17查得 小齿轮的弯曲疲劳强度极限； 大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由机械设计图3-19查得弯曲疲劳寿命系数。计算弯曲疲劳许用应力查机械设计表3-4取=1.4计算载荷系数K： 由机械设计图3-14查得齿形系数 由机械设计图3-15查得应力校正系数（11）计算大小齿轮并加以比较： 7 2取数值大的计算（12）齿轮模数的计算 按机械设计表3-7，取标准模数（13）计算齿轮齿数： 小齿轮齿数取大齿轮齿数（14）齿轮的几何计算计算此轮分度圆直径： 大齿轮 小齿轮 。 计算中心距： 计算齿宽 取大齿轮的齿宽 （13）验算 比较得故该齿轮符合要求。5.6.2III轴选轴、键和轴承的选择 轴的材料选择45号钢，经调质处理。由机械设计表6-1查得： 抗拉强度 屈服点 弯曲疲劳极限 剪切疲劳极限 由机械设计6-4查得：=初选直径： = , =故轴取=由于第一根轴第二根轴，且 ，轴径确定的公式可知：转速越小轴径越大，所以只要满足转速小的地方的轴径要求，整个轴都可以满足要求。轴III设计如图5-4III轴齿轮与轴连接查机械设计手册b处选花键型号为：另外a处选普通平键由于轴直径=，选宽=键高=长度=如图5-4 图5-4 III轴结构图轴承的选择根据实际情况，查机械设计课程设计选6209型深沟球轴承。5.7IV轴主轴的选取由数控机床系统设计表4-4查得： 前轴颈= 后轴颈=根结构，定悬伸长=主轴最大输出转矩： =最大回转直径为最大加工直径的60%即。故半径为 总切削力： 暂时取，即暂取求支反力： 取前后刚度： 最佳跨距： 前，后轴颈的平均值，主轴内孔直径故惯性距; 则： =0.085查数控机床系统设计线图4-23得： 故最佳跨距=主轴设计如图5-5图5-5 主轴结构图轴承选3182100系列双列圆柱滚子轴承选普通平键长，宽， 高5.8主轴箱的装配图及箱体的设计图5-6装配图主轴箱的动力元件是由三相异步电动机通过皮带将动力传到皮带轮1，皮带轮通过键连接将动力传至轴2如图5-6所示，轴2 将动力传至齿轮3，齿轮3通过与齿轮6啮合将动力传至轴4即可得到3种不同的转速，齿轮5与齿轮8啮合将动力传至轴7又可得到两种不同的转速，齿轮9与齿轮10啮合就可将动力传至主轴11，此时主轴就可的到=种不同转速即可完成12级变速。关于箱体设计从以下几点介绍：1、速箱体的壁厚：为了减轻机床重量，在保证进给箱足够刚度的情况下，变速箱应取较小的壁厚。因为进给箱外形轮廓尺寸由车床型号确定大约取LBH（长宽高）为668560400所以壁厚取30。其中轴承端盖上选有M8螺钉，故在其断面均有直径为8的螺纹孔。2、进给箱在机床上安装方式：为了便于操纵，我们将进给箱直接安装在床身左边，在主轴箱的前下方，它的安装精度直接影响机床的加工精度。3、变速箱体上齿轮轴孔坐标计算：无主轴的变速箱体，首先，根据有关要求确定运动输入孔与输出孔的坐标，再依次计算其他齿轮轴孔的坐标。因为滑移齿轮轴上的最大齿轮直径已知，箱体高度已知，厚度已知，故可确定靠近箱盖的轴的纵坐标，横坐标在齿轮与箱体间隙允许的情况下向车身靠近，第二根轴和第三根轴与第一根轴的中心距一定，排列按直线方式，故可得出个孔坐标。同时由轴的支撑情况，轴上零件尺寸等可得出箱 内支撑板孔径坐标。4、变速箱体的技术要求：为了保证机床变速箱内个传动件的正常工作和工作精度，在变速箱体零件图上应提出如下一些技术要求。变速箱体各加工表面的直线度和平面度导轨面：6或7级精度 基准面：6或7级精度结合面：8级精度，至于孔的坐标公差可由机床设计手册所得。东华理工大学长江学院毕业设计 结论结论普通机床CA6140主轴的设计过程，在此过程中先介绍本课题的历史发展历程和设计的意义，以及未来的发展趋势以及主轴箱中各个重要部件结构原理和其在做主轴箱里的作用。详细介绍了CA6140里的齿轮、轴、主轴和轴承等零件的整个设计过程。在本文中首先要完成的是CA6140主轴箱中的传动系统的合理设计以便能够满足其变速要求，就可选取相应的功率电机和各个零件的整体结构设计，其中包括材料的定选尺寸的合理安排以及加工需求。对于轴和齿轮零件运用的有关公式，进行合理的分析对相对较危险的部位进行作图、计算和查表，进行各种校核。最终对各个零部件进行参数拟定、传动设计、传动件的估算和验算、各部件结构设计。以及绘制零件图和装配图。东华理工大学长江学院毕业设计 致谢致 谢能完成本次设计是在我们的导师赵杰老师的认真的教导下进行的。在设计过程中遇到过自己能解决和好多不能解决的种种问题，但是在赵老师的悉心指导下解决了各种难题。在此过程中花费了赵老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师用心的教学态度，都将使学生受益终生！ 还要感谢和我的室友的几位同学，是他们在我平时设计中与我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的改正问题把后面设计顺利的进行下去，没有他们的帮助我不可能这样顺利地完成设计，在此表示深深的感谢。东华理工大学长江学院毕业设计 参考文献参考文献1 顾袭棠. 金属切割机床. 上海: 上海科技出版社, 2000.2 白恩远. 现代数控机床伺服及检测技术. 北京: 国防工业出版社, 2002.3 王润孝. 机床数控原理与系统. 西安: 西北工业大学出版社, 2000.4 李善术. 数控机床及其应用. 北京: 机械工业出版社, 2002.5 Shiley J E. Mechanical Engineering DesignM. New York: McGraw-Hill, 1983. 6 Shiley J