CA6140车床主传动系统操纵机构三维建模及动态演示

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格式说明

1、未加说明的所有数字、英文统一使用小四号Times New Roman，

未加说明的所有汉字统一使用小四号宋体；

2、正文段落行距统一为1.25行，各级标题间距根据相应的说明设置。

摘要

随着科学技术的不断发展，机械产品趋精密、复杂，改型也益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。但是，采用这种自动、高效的设备，需要很大的初期投资以及较长的生产准备周期，只有在大批量的生产条件（如汽车、拖拉机、家用电器等工业主要零件的生产）下、才会有显著的经济效益。车床变速操纵机构是车床主传动系统操纵机构中最重要的一个，其作用是根据工件加工工艺的要求，通过旋转变速操纵机构的操作手柄来得到满足当前加工工艺的速度。近年来，随着时代技术的进步，对车床主传动系统变速操纵机构的要求越来越高。众多车床设计工程师在改进车床变速操纵机构性能的研究中倾注了大量的心血，车床变速箱操纵机构加工技术得到了飞速的发展。车床变速箱操纵机构的零件质量的优劣直接影响到其他等零件的相互位置准确性及整个车床主轴箱体使用的灵活性和寿命。

本论文主要论述车床主传动系统变速操纵机构的三维设计，利用PRO/E软件，针对CA6140普通车床主传动系统变速操纵机构的结构特征，利用三维软件绘制三维装配图，和二维工程图，这样更加有利于加深对CA6140普通车床主传动系统变速操纵机构的结构的了解以及使学生们运用三维，二维设计软件的熟练程度更一步加强，为将来的工作和研究做准备。

关键词：机床，主传动系统，操纵机构，三维

ABSTRACT

Enable producing the target in process of production (such as raw materials, the blank, parts and so on ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector various processes of positioning, clamping scheme and the process step of the process, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process .This paper analyzes China's domestic and foreign institutions fried tea machine status, the prospect of the future to design a new type of small fried tea institutions. The machine body is small fry tea barrel by the rubbing, rubbing plates, pressure devices, gear box and electric motor. Bevel gear reducer and the link with Rotary, mainly rely on three rotating rod, so that kneading the bucket on the relative eccentricity of the fixed plate for rotary movement, tea, rub it in the barrel by the pressure plate cover and a fixed role on the edge of bone the rolling, until the completion of rolling operations. The rub is located in the bottom of the cone on the lid with edge of bone, so the barrel to ensure that the lower part of the normal kneading kneading tea is also a barrel on the upper part of the tea rubbing the implementation of rolling, kneading tea effectively improve efficiency, make more tea rub uniform, which can improve the quality and level of tea. The difference between the rolling machine is mainly reflected in the processing advantages: First, reduce the labor intensity of farmers, improve work efficiency; second strips rolled the high breakage rate of leaf cells moderately stable and reliable quality.

KEY WORDS：virtual auditory, kneading, neural network

目录

第一章绪论 (5)

1.1课题研究的背景 (6)

1.2选题的意义 (6)

1.3 CA6140卧式车床简介 (7)

1.3.1 CA6140卧式车床主传动系统的组成 (7)

第二章CA6140卧式普通车床主传动系统变速操纵机构的设计 (8)

2.1 链传动设计计算 (8)

2.2 传动齿轮的设计计算 (9)

2.3传动轴的设计计算 (9)

第三章主传动系统变速操纵机构中主要零件强度的校核 (10)

3.1 传动轴的强度校核 (11)

3.2传动齿轮的强度校核 (12)

第四章主传动系统变速操纵机构中主要零件的三维建模 (14)

4.1盘型凸轮的三维建模 (16)

4.2传动链轮的三维建模 (16)

4.3曲柄的三维建模 (18)

4.4花键轴的三维建模 (18)

4.5拨叉的三维建模 (19)

4.6操纵机构的三维建模 (20)

参考文献 (21)

致谢 (22)

毕业设计小结 (23)

第一章绪论

1.1课题研究的背景

机床设计和制造的发展速度是很快的。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计和制造水平，也将促进设计方法的现代化。

随着科学技术的不断发展，机械产品趋精密、复杂，改型也益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。但是，采用这种自动、高效的设备，需要很大的初期投资以及较长的生产准备周期，只有在大批量的生产条件（如汽车、拖拉机、家用电器等工业主要零件的生产）下、才会有显著的经济效益。

1.2选题意义

毕业设计是我们对大学四年所学知识的一次综合运用，也是学校对我们所掌握的知识的一次综合评审。旨在培养我们的设计实践能力和工作能力。利用所掌握的基本设计理论知识完成一次较全面的设计。因此在设计过程中，我们应该严格要求自己，客观实在的分析各个阶段的数据计算。按照指导教师的计划要求，完成此次毕业设计。毕业设计课题包含主要零件加工和典型夹具设计及机械加工工艺规程的制定几方面的内容。其目的是：

（1）具体应用、巩固加深和扩大本课题及有关所修课程的理论知识，生产知识，培养学生的实际设计能力，为以后的就业工作能力打下扎实的基础。

（2）通过拟定设计方案，结构方案，结合生产和使用条件，独立完成机械零件夹具设计及机械加工工艺规程设计，并全面考虑涉及内容及过程，熟悉和运用设计资料，如有关国家及行业标准，设计规范等，加深对机械夹具设计及制造的总体认识，培养我们全面考虑工程技术问题的独立工作能力。

1.3 CA6140卧式车床简介

CA6140型车床是我国自行设计的卧式车床,其外型结构由床身、主轴箱、变换齿轮箱、进给箱、溜板箱、滑板和床鞍、刀架、尾座及冷却、照明等部分组成。CA6140型车床通用性强，加工范围广，适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转表面，加工端面及加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹，还能进行钻孔、铰孔、滚花等工作。CA6140型卧式车床的万能性较大，但结构较复杂而且自动化程度低，在加工形状比较复杂的工件时，换刀较麻烦，加工过程中的辅助时间较多，所以适合于单件、小批生产及修理车间。作为主要的车削加工机床，CA6140

机床广泛的应用于机械加工行业中，针对CA6140机床的主轴箱进行设计，

设计的内容主要有机床主要参数的确定，传动方案和传动系统图的拟定，对主要零件进行了计算和验算，利用三维画图软件进行了零件的设计和处理。

CA6140型卧式车床工艺范围广,能完成多种加工工序,进行各种车削工作,

加工轴类、套筒类和盘类的回转表面，如车削内外圆柱面，圆锥面，环槽及成型回转面，车削端面及各种常用螺纹（主要有：公制（有称米制）、英制、模数制和径节制四种），还可以进行扩孔、钻孔、铰孔和滚花等工作。车床主轴三支承均用滚动轴承，进给系统用双轴滑移公用齿轮机构；纵向与横进给由十字手柄操作，并附有快速电动机。该机床刚性好，功率大，操作方便。

1.3.1 CA6140卧式车床主传动系统的组成

一般常规的卧式车床基本上都是由：主轴箱、刀架、尾座、右床腿、光杆、丝杠、溜班箱、左床腿、进给箱、挂论变速机构组成，其结构参考图如下：

第二章CA6140卧式普通车床主传动系统变速操纵机构的

设计

CA6140主传动系统变速操纵机构结构图如下：

2.1 链传动设计计算

(1)传动名义功率P_=0.5kW

(2)假定主动链轮转速n1=350r／min，从动链轮=350r／min

(3)中心距a=307mm左右

求设计功率P=K0 Pm=0.4×2= 0.8Kw，式中Ko为载荷修正系数

由设计功率0.8Kw 和n =1500r／min，查得节距P =9.525mm

（1）选择小链轮齿数

由小链轮转速n=350r/min，查表得小链轮最小许用齿数Z1=12，则大链轮齿

数Z2= i Z1，其中i=1，所以大小链轮齿数相等。

（2）确定链轮基圆直径 dI=z

p d sin 180

==42.736mm d2= z

p d sin 180

==42.736mm

（3）确定滚子链的节线长度L ，

L= 2acos ψ +π(d2+d1 )／2+πψ( d2-d1)／180

式中：ψ =sin-1 (d2-d1)/2a =0．218；12．6 (以a=100mm 代入) 则L =150.54 选择最接近计算值的标准 节线长(见表4)L=160.20mm ；

2.2 传动齿轮的设计计算

1初步计算 （1）材料选择

因传动尺寸已经在图纸上面有注明，批量较小，故齿轮用45#(调质），硬度241HB~286HB ，平均取为280HB,选齿轮精度为7级。

由文献[2]表3314--可知，

8.15"06'2222cos 20sin 12cos sin 22

12min =?==*o

a a h z δ （3.14）

式中，*a

h 齿顶高系数，1=*

a h 。

取小齿轮齿数301=z ，

8.493066.112=?==iz z （3.15）

取大齿轮齿数502=z 。

（3）根据工作条件的要求，大端模数为

12=m （3.16）

（4）齿轮分度圆的直径 10020511=?==mz d mm （3.17） 7517522=?==mz d mm （6）齿轮齿顶、齿根圆直径

由文献[3]表910-可知， 齿顶高

12121*

=?==m h h a a mm

（3.20）

齿顶圆直径

104

''06'2222cos 1223601cos 211=??+=+= δa h d a d mm （3.21）

130

''54'6767cos 1221202cos 222=??+=+= δa h d a d mm

（3.22）

齿根高

()

()4

.14122.01**

=?+=+=m c h h a f mm

（3.23）

齿轮基圆直径

95

28.05.013605.0111=?-=-=???

? ?????? ??R d m d φmm （3.24） 128

28.05.016005.0122=?-=-=???

? ?????? ??R d m d φmm （3.25） （7）齿宽

由文献[2]表3314--可知，， 96.9786.34928.0=?==R b R φmm

（3.26）

（8）节圆周速度

48.10106055636014.310603

311=???=?=n d v πm/s

（3.27）

其他齿轮的计算后的结果图纸上面已经有注明。

（1）初步确定轴的直径

45

3556551303000=?=≥n p

A d mm （3.32）

根据工作条件，取90=d mm

（2）传动轴受力分析

44

.51443601026.9225

11=??==m t d T F N （3.33）

54.1731062222cos 2044.5144cos '''1=??== tg tg F F t r δαN （3.34） 57.712062222sin 2044.5144062222sin ''''''=??== tg tg F F t a αN （3.35）

2.3 传动轴的设计计算

（3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力 ①垂直面支反力：

由∑=0

C

M

，得：

02570

32=--a

r BY F L F L R （3.36）

N

L F L F R a r BY 13.6295.7612/36057.7125.20254.17312/36023=?+?=+=

由

∑=0Y ，得：

67.236013.62954.1731=+=+=BY r CY

R

F R

N （3.37）

②水平面支反力：

由∑=0

C

M

，得：

032=-L F L R t BZ （3.38）

02

.13685.7615.20244.514423=?==L L F R t BZ N

由

∑=0Z ，得：

56.309902.136854.1731=+=+=BZ r CZ

R

F R

N （3.39）

（4）作弯矩图：

①垂直面弯矩Y M 图： C 点

495.4790825.76113.6292=?==L R M BY CY N ·mm （3.40）

②水平面弯矩Z M 图： C 点

675.4780355.20267.23602=?==L R M BZ CZ N ·mm （3.41）

图4.1 传动轴的受力简图

③合成弯矩M 图： C 点

153

.676785675.478035495.479082222

2=+=+=CZ CY M M M N ·mm （3.42）

（5）作转矩T 图：

6

102.3?=T N ·mm （6）校核轴的强度：

按弯扭合成应力校核轴的强度

校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C ）的强度。由文献[1，15-5]可知，取6.0=α，轴的计算应力

3.14150

1.0)1026.96.0(153.676785)(3

2522

32=???+=+=

W

T M c ασαMPa

（3.43）

选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献[1]表115-可知，[]601=-σMPa 。因此，

[]1-<σσca ，故安全。

（7）精确校核轴的疲劳强度 ①判断危险截面

从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV 和V 引起的应力集中最严重，而V 受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C 的应力最大，但应力集中不大，故C 面不用校核。只需校核截面V 。

②截面V 左侧

抗弯截面系数 2744001401.01.033=?==d W mm 3

（3.44）

抗扭截面系数 5488001402.02.03

3=?==d W T mm

3 （3.45） 截面V 左侧的弯矩M 为

628.6265705.761705

153.676785=?

=M Mpa （3.46）

截面V 上的扭矩T 为 3200001=T MPa

截面上的弯曲应 28.2274400628.626570===

W M b σMpa （3.47）

截面上的扭转切应力83

.554880032000001===T T W T τMPa （3.48）

轴的材料为45钢，调质处理。由文献[1]表115-可知，

640=B σMPa ，2751=-σMPa ，1551=-τMPa 。

由文献[1] 附表83-可知，用插入法求出

8

.2=σ

σ

εk ，24

.28.28.0=?=τ

τ

εk

轴按精车加工，由文献[1] 附图43-可知，表面质量系数为：

84.0==τσββ

轴未经表面强化处理，

1

=q β

固得综合系数为

99.2184.01

8.211

=-+

=-+

=

σ

σ

σ

σβεk K （3.49）

43.2184.01

24.211

=-+

=-+

=

τττ

τβ

ε

k K

由文献[1] §13-，§23-可知，碳钢的特性系数

2.0~1.0=σ? 取1.0=σ?

1

.0~05.0=τ? 取

05.0=τ?

所以轴在截面V 左侧的安全系数为

34

.4001.028.299.2275

1=?+?=+=

-m b K S σ?σσσσσ （3.50）

02

.192

83.505.02

83.543.2275

1=?

+?=+=

-m a K S τ?ττττστ （3.51）

5

.122.1702

.1934.4002

.1934.402

2

2

2

=>=+?=

+=

S S

S S S S ca τστσ （3.52）

故该轴在截面V 左侧的强度是足够的。 ③截面V 右侧

抗弯截面系数 2197001301.01.033=?==d W mm 3

抗扭截面系数 4394001302.02.033=?==d W T mm 3

截面V 左侧的弯矩M 为

628.6265705.761705

153.676785=?

=M MPa

截面V 上的扭矩T 为 3200000=T MPa

截面上的弯曲应力 85.2219700628

.626570===

W M b σMPa 截面上的扭转切应力 28

.743940032000001===T T W T τMPa

截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数

σα及τα按文献[1]附表23-查取。因

023.01303==d r ，08.1130140

==d D ，

05.2=σα，3.1=τα

又由文献[1]附图13-可得轴的材料的敏感系数为

83

.0=σq ，

87

.0=τq

故有效应力集中系数按文献[1，附43-]为 87.1)105.2(83.01)1(1=-?+=-+=σσσαq k （3.53）

26.1)13.1(87.01)1(1=-?+=-+=ττταq k

由文献[1]附图23-可得轴的截面形状系数为58.0=σ

ε

由文献[1]附图33-可得轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为

76.0=τε

综合系数为

41

.3184.01

58.087.111

=-+=

-+

=

σσσ

σβεk K 84

.1184.0176.026.111=-+=-+=ττττβεk K

所以轴在截面V 左侧的安全系数为

29

.2801.085.241.3275

1=?+?=+=

-m a K S σ?σσσσσ

96

.24283.505.0283.584.1275

1=?+?=+=-m a K S τ?ττττστ

5

.172.1896.2429.2896

.2429.282222=>=+?=+=S S S S S S ca τστσ

故该轴在截面V 左侧的强度是足够的。

第三章 主传动系统变速操纵机构中主要零件强度的校核

3.1 传动轴的强度校核

根据以上工况可知：

力：3

222280101866.630??===t T F N

d

径向力：221866.620679.3=?=??=r t F F tg tg N

求垂直面的支反力

332231123()1866.6287679.3(287252)

314.6287252-?+?-?+=

==+++r r V F l F l l F N

l l l

23121866.6314.6679.31501.9=+-=+-=V r V r F F F F N 计算垂直弯矩：

311314.628710902.9.-==??=aVm V M F l N m

[]3

11222()314.6(287252)679.325210396.-=-++=-?++??=aVn V r M F l l F l N m

求水平面的支承力：

332231123()90.2928739.6252665.9287252+?+?+?===+++t t H F l F l l F N

l l l

22311866.6679.3665.91879.31=+-=+-=H t t H F F F F N 计算、绘制水平面弯矩图：

311665.9287101911.3.-==??=aHm H M F l N m

[]3

21232()1879.31(287252)902.925210220.8.-=-++=-?++??=aHn H t M F l l F l N m

求危险截面当量弯矩：

从图可见，m-m,n-n 处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数0.6?=）

206.07.===e M N m

'e M

=226.5.==N m

计算危险截面处轴的直径：

n-n 截面:

28.5≥==d mm

m-m 截面:

29.7≥==d mm

由于4230==>

d d mm d ，所以该轴是安全的。 ④弯矩及轴的受力分析图如下

传动轴的弯矩简图

3.2 传动齿轮的强度校核

（Ⅰ）校核齿面接触疲劳强度

（1）接触应力的计算

由文献[4]表395-可知，齿面接触应力计算公式，即 u u bd KT Z Z R E

H H 1

)5.01(222

211+?-=φσ （3.28）

确定公式内的各计算数值 ①

计算载荷系数

电动机驱动，载荷平稳，由文献[4]表25-可知，取1=A K

平均分度圆直径 ()()95.31328.05.013605.0111=?-=-=R m d d φmm

平均分度圆圆周速度 14.960000

556

95.31314.3600001

1=??=

=

n d v m m πm/s

由文献[4] 图45-（a ）可知，按7405.2100

30

14.91001?=

z v m ，得24.1=V K ； 由文献[4] 图75-（b ）可知，按

272.0360

96.971==d b ，齿轮悬臂布置，21.1=βK ； 由文献[4]表45-可知，1.1=αK ；

65.11.121.124.11=???==αβK K K K K V A ② 由文献[1]表610-可知，弹性系数8.189=E Z ； ③

节点区域系数 49.220

cos 20sin 2

cos sin 2===

o

o H Z αα 计算得，

()32.10666.11

66.15.0136096.971026.965.128.18949.2222

5=+?-??????=R H φσMPa （1） 接触疲劳强度的许用应力

由文献[4] 表285-可知，许用接触应力计算公式，即 LVR W X N H H HP Z Z Z Z S min

lim

σσ=

（3.29） 确定公式内的各计算数值

①小齿轮的接触疲劳强度极限6001lim =H σMPa ②最小安全系数0.1min =H S

③由文献[1，10-13]可知，计算应力循环系数

81110461.924365513606060?=?????==h jL n N 由文献[1] 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 87.01=N Z ， ④尺寸系数1=X Z

⑤工作硬化系数，按11.11700

130

2.1=--

=HBS Z W

⑥润滑油膜影响系数，85.0=LVR Z 计算得， 7.44385.01.1187.01

600

=????=

HP σMPa （3）由于32.106=H σMPa 7.443=

由文献[4]表555-可知，弯曲应力计算公式，即 α

αφσS F R F Y Y m bd KT 211

)

5.01(2-=

（3.30） 确定公式内的各计算数值

① 由文献[1]表510-可知， 85.21=αF Y ， ② 由文献[1]表510-可知， 54.11=αS Y ，

计算得，

()85.4254.185.228.05.011236096.971026.965.122

5

1=???-??????=F σMPa （2）弯曲强度的齿根许用应力

由文献[4]表315-可知，齿根许用应力计算公式，即

X N F ST

F HP Y Y S Y min

lim σσ=

（3.31）

确定公式内的各计算数值 ①弯曲疲劳极限300lim =F σMPa ③ 齿轮的应力修正系数0.2=ST Y ④ 弯曲强度的最小安全系数4.1min =F S ⑤ 弯曲疲劳寿命系数

93.01=N Y ，96.02=N Y ④弯曲疲劳的尺寸系数85.0=X Y 计算得， MPa F 8.33885.093.04

.12

3001=???=

σ （3）由于85.421=F σMPa []8.3381=

第四章 主传动系统变速操纵机构中主要零件的三维建模

4.1盘型凸轮的三维建模

4.2传动链轮的三维建模

4.3曲柄的三维建模

4.4花键轴的三维建模

4.5拨叉的三维建模

4.6操纵机构的三维建模