毕业设计（论文）-车床主传动系统三维设计及装配运动仿真论文.doc

车床主传动系统三维设计及装配运动仿真学 院机电工程学院专 业机械制造及自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师沈阳航空航天大学2014年6月沈阳航空航天大学毕业设计（论文）摘 要本设计主要是对车床主轴箱的传动系统按设计要求进行合理设计，绘制二维图纸，建立三维模型，并根据参考文献的方法对主轴箱传动系统参数进行优化设计。通过运用Solidworks对主轴箱部分进行三维建模，加深对主轴箱工作原理的理解。通过查阅有关资料，了解了国标的改动史，增进了对国标的认识。在对主轴箱传动系统进行优化设计以传动链中传动齿轮的体积和最小为优化目标，进行主轴箱传动系统优化设计。利用机械优化设计方法对此机床的主传动系统进行改造设计，其体积明显减小，结构更加紧凑，技术经济性进一步提高。关键词： 主轴箱；三维建模；传动；优化设计Three dimensional design andassembly motionlathe main drivesystem simulationAbstractThe design of the maintransmission systemoflathe headstockwasdesigned according to the requirement of design,2Ddrawing,3D model is established, and according tothe method for referenceon the transmissionsystem parametersto optimize the design ofspindlebox.Through the use of Solidworksthree-dimensional modelingof the spindle boxpart,deepen the under standing of the working principlesof the spindle box.Through access to relevant information.In this process,the national standerchanginghistory,enhance the understandingof GB.Thespindlebox drive systemoptimized design to the transmissionchaingearvolume and minimumas the optimization objectives, optimizationdesign of spindlebox drive system.The use of mechanical optimizationdesignof main drive systemdesign methodof thismachine,its volume is reduced obviously,more compact structure,technology and economyto further improveKeywords: Spindle box;3D modeling;transmission;optimization design目 录1 绪论11.1 课题意义和目的11.2 软件介绍11.3 车床简介22 机床总体设计及传动件结构尺寸计算32.1 机床总体设计32.1.1 机床参数32.1.2 机床布局42.1.3 拟定结构式42.1.4 绘制转速图62.2 确定传动路径及传动图72.2.1 确定齿轮齿数72.2.2 确定带轮直径72.2.3 验算主轴转速误差82.2.4 绘制传动系统图92.3 估算传动件参数，确定其结构尺寸102.3.1 确定传动件计算转速102.3.2 确定主轴支承轴颈尺寸102.3.3 估算传动轴直径102.3.4 估算传动齿轮模数102.3.5 离合器选择与计算122.3.6 普通V带的选择与计算123 结构设计143.1 带轮设计143.2 主轴换向与制动机构设计143.3 齿轮块设计143.4 轴承的选择143.5 主轴组件153.6 操纵机构153.7 润滑系统设计153.8 密封装置设计153.9 主轴箱箱体设计154 传动件验算164.1 验算轴的弯曲刚度165 绘制正式装配图236 三维建模及装配、运动仿真256.1 软件界面介绍256.2 零件及箱体建模286.3 装配示例346.4 主传动箱的装配376.5 建模装配总结406.6 爆炸及仿真运动407 总结与体会43参考文献44致 谢45附录 论文所用公式46附录新旧标准的对照更新47IV沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题意义和目的本课题名称是：车床主轴箱传动系统进行三维建模及优化设计，通过建立三维模型可以更加充分了解机床的工作原理并加深对机械设计、制造及工艺的理解，锻炼理论联系实际能力。通过对标注的更新，加深了对公差与配合的理解及实际应用。通过对主轴传动系统的优化，将所得结果与原参数进行比较，可知，理论上的优化是可行的。将结果对比，分析计算可以看出, 利用机械优化设计方法对此机床的主传动系统进行改造设计, 将所得的结果与常规设计方法的设计结果相比较, 可以看出其体积明显减小, 结构更加紧凑, 技术经济性进一步提高。充分了解机床的工作原理，建立三维模型。加深对机械设计、制造及工艺的理解，锻炼理论联系实际能力。优化设计,加深对机械优化设计的理解和实际应用能力。通过本次毕设，将更加深入地了解车床主轴箱的工作原理。本次毕设，大量地运用了SolidWorks软件进行三维建模，通过对主轴箱里面的零件的建模和最后的组装，更加熟练地掌握SolidWorks。通过毕设所指定的参考资料，对传动系统参数进行优化设计，以达到效益最佳化。本次毕设，所选研究对象是车床主轴箱。通过查阅资料，对比和更深入理解其工作原理，对专业知识起到一个温故知新的作用。除了三维建模，还要绘制二维图纸，更加熟练掌握绘图技术。1.2 软件介绍本课题对车床主轴箱的传动部分进行三维建模，运用的软件是Solidworks。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。1.3 车床简介普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杆、丝杠和床身。主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量。一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的。在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杆。溜板箱：是车床进给运动操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。机床组成如图1.1所示尾座卡盘主轴箱刀架挂轮箱进给箱左床腿床身右床腿溜板箱图1.1 CA6140机床2 机床总体设计及传动件结构尺寸计算2.1 机床总体设计2.1.1 机床参数(1) 尺寸参数机床最大回转直径：400mm刀架最大回转直径：210mm主轴通口直径：50mm（由1表2.2-1查得）主轴前锥孔：莫氏6号（由1附表2.4-12查得）最大加工工件长度：1000mm(2) 运动参数车削速度范围： Vmax = 1400 rpm，Vmin = 31.5 rpm转速公比： = 1.41 转速级数：Z=+1=+1=12(3) 动力参数电机额定转速n：n=1440r/min电动机功率P：P=4kW选择电动及型号:Y112M-4；P=4kW；n=1440r/min2.1.2 机床布局(1) 确定结构方案1）主轴传动系统采用普通V带、齿轮传动。2）传动形式采用集中传动。3）主轴换向、制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器。4）变速系统采用多联滑移齿轮变速。5）润滑系统采用飞溅油润滑。(2) 布局采用卧式车床常规布局型式。机床主要由主轴箱、床鞍、刀架，尾架，进给箱，溜板箱，床身等6个部件组成。主轴箱进给箱床鞍 床身尾座刀架溜板箱图2.1 机床布局2.1.3 拟定结构式(1) 确定变速组传动副数目实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：1）12=3 4 2）12=4 33）12=3 2 2 4）12=2 3 25）12=2 2 3方案1）2）可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有四个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。根据传动副数目分配应“钱多后少”的原则，方案3）是可取的。但是，由于主轴换向采用双向片式摩擦离合器结构，致使轴尺寸加大、此方案也不宜采用，而应选用方案4）。(2) 确定变速组扩大顺序12=2 3 2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可有以下六种形式：1）12=2 3 2 2）12=2 3 23）12=2 3 2 4）12=2 3 25）12=2 3 2 6）12=2 3 2根据级比指数分配要“前密后疏”的原则，应选用第一种方案。然而，对于我们所设计的结构，将会出现两个问题： a) b) c)图2.2 方案比较 第一变速组采用降速传动（图2.1a）时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得轴上的齿轮直径不能太小，轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使-轴间的中心距也会加大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。 如果第一变速组采用升速传动（图2.1b）,则轴至主轴间的降速传动只能由后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的极限值，常常需要增加一个定比降速传动组，是系统结构复杂。这种传动也不是理想的。如果采用方案3）即12=2 3 2，则可解决了上述存在的问题（见图2.1c）。其结构网如图2.3所示。 2 3 2图2.3 结构网2.1.4 绘制转速图(1) 验算传动组变速范围第二扩大组的变速范围是 r=1.41=8符合设计原则要求(2) 分配将速比该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。 u总= =45.7 x=11.12 =*(3) 绘制转速图(r/min)1440r/min图2.4 转 速 图2.2 确定传动路径及传动图2.2.1 确定齿轮齿数利用查表法由1表（2.3-3）求出个传动组齿轮齿数（表2.1）表2.4 各传动组齿轮齿数2.2.2 确定带轮直径由1表2.4-3，图2.4-1中，查取小带轮基准直径： d=100mm大带轮直径由公式d= d u (1-)求得： d=100 1.41 0.95=196.8mm2.2.3 验算主轴转速误差主轴各级实际转速值用下式计算： n实=n (1-) u u u=695.06 u u u式中u，u，u分别为第一、二、三变速组齿轮传动比。装素误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示： =10（-1）%=4.1%表2.5 转 速 误 差 表转速误差满足要求。2.2.4 绘制传动系统图图2.5 传动系统图2.3 估算传动件参数，确定其结构尺寸2.3.1 确定传动件计算转速表2.7 传动件计算转速2.3.2 确定主轴支承轴颈尺寸参照1表2.3-2选取前支承轴颈直径： D= 90 mm后支承轴直径： D=（0.70.85）D=6376.5mm 选取 D= 75 mm2.3.3 估算传动轴直径表2.8 估算传动轴直径2.3.4 估算传动齿轮模数根据1表2.4-17计算各传动组最小齿轮的模数：表2.9 估算齿轮模数2.3.5 离合器选择与计算根据轻型车床工作特点，选择片式摩擦离合器。通过查1表2.4-34、表2.4-35、表2.4-36、表2.4-37和计算得：表2.10 摩擦离合器片数计算 轴向压紧力Q=p bk=1.133.1454181.35=4656N2.3.6 普通V带的选择与计算表2.11 普通V带的传动计算（所用图表出自1）3 结构设计3.1 带轮设计根据V带计算，选用4根A型V带。由于轴安装摩擦离合器及传动齿轮，为了适应他们的工作条件，保证加工精度，采用了1图2.5-4所示的卸荷带轮结构。3.2 主轴换向与制动机构设计本机床属于万能型的轻型机床，适用于机械加工车间和维修车间。主轴换向比较频繁，采用双向片式摩擦离合器。这种离合器结构简单。工作原理是，移动滑套，钢球沿斜面向中心移动并使滑块，螺母左移或（反向滑块螺母右移），压紧摩擦片，实现离合器啮合。摩擦片间间隙可通过防松销，螺母来进行调整。制动器采用1表2.5-1所示的带式制动器，并根据制动器设计原则，将其放置在靠近主轴较高转速的轴上。为了保证离合器与制动器的联锁运动，采用一个操作手柄控制。3.3 齿轮块设计机床的变速系统采用了滑移齿轮变速机构。根据各传动组的工作特点，第一扩大组的滑移齿轮采用了1表2.5-4c所示的销钉连接装配式结构。基本组采用了1表2.5-3所示的整体式滑移齿轮。第二扩大组，由于传递转矩较大，则采用了1表2.5-4a所示的键连接装配式齿轮。所有滑移齿轮与传动轴件均采用花键连接。从工艺角度考虑，其他固定齿轮（主轴上的齿轮除外）也采用花键连接。由于主轴直径交大，为了降低加工陈本而采用了单键连接。轴间传动齿轮精度为877-8b，轴间齿轮精度为766-7b。3.4 轴承的选择为了装配方便，轴上的传动件（齿轮、摩擦离合器等）的外径均小于箱体左侧支撑孔直径，并采用0000型向心球轴承。为了便于装配和轴承间隙调整，、轴均采用了27000E型圆锥滚子轴承。轴上的齿轮受力小，线速度较低，采用了衬套式滑动轴承。3.5 主轴组件本车床位普通精度级的轻型车床，为了简化结构、主轴采用了轴向后端定位的两支承主轴组件。前支承采用3182000型双列圆柱滚子轴承和8000型单向推力球轴承，后支承采用3182000型双列圆柱滚子轴承。为了保证主轴的回转精度，主轴前后轴承均用压块式防松螺母调整轴承的间隙。主轴前端采用短圆锥定心结构形式。前轴承为C级精度，后轴承为D级精度。3.6 操纵机构为了适应不同的加工状态，主轴的转速经常需要调整。根据各滑移齿轮变速传动组的特点，分别采用了集中变速操纵机构和单独操纵机构。对于变速频率较高的基本组和第一扩大组采用了1图2.5-16b、图2.5-17所示的变速机构。其中：R=e=L=30；e=42.7。而第二扩大组及轴间滑移齿轮则采用1图3.5-12所示的摆移式操纵机构。3.7 润滑系统设计主轴箱内采用飞溅式润滑。油面高度为65mm左右，甩油轮浸油深度为10mm左右。润滑油型号为：HJ30。卸荷皮带轮轴承采用脂润滑方式。润滑脂型号为：钙质润滑脂。3.8 密封装置设计轴轴颈较小，线速度较低，为了保证密封效果，采用皮碗式接触密封。而主轴直径大，线速度较高，则采用了非接触式密封。卸荷皮带轮的润滑采用毛毡式密封，以防止外界杂物进入。3.9 主轴箱箱体设计箱体外形采取了各面间直角连接方式，使箱体线条简单、明快。主轴箱采用了箱体底面和两个导向块为定位安装面，并用螺钉和压板固定。安装简单、定位可靠。4 传动件验算验算轴的弯曲刚度、花键的挤压应力、齿轮模数及轴承寿命。4.1 验算轴的弯曲刚度(1) 受力分析通常，选择主轴处于计算转速时，齿轮的啮合位置为计算时的位置。图6、7、8、9、10分别是、轴齿轮轴向位置示图。图4.1 轴齿轮轴向位置图4.2 轴齿轮轴向位置图4.3 轴齿轮轴向位置图4.4 轴齿轮轴向位置图4.5 轴齿轮轴向位置图4.6 轴各传动力角度关系图4.6中，F1为齿轮Z4上所受的切向力Ft1，径向力Fr1的和向力。F2为齿轮Z7上受的切向力Ft，径向力Fr2的合力。各传动力空间角度如图4.6所示。根据表4.1公式计算齿轮受力。表4.2 齿轮受力计算T=Ft=F=d=zm传递功率PkW转速nr/min传动转矩TN.mm齿轮压力角齿面摩擦角齿轮Z4齿轮Z7切向力Ft1N合力F1NF1在X轴投影Fx1NF1在Z轴投影Fz1N分度圆直径d1mm分度圆直径d2mm切向力Ft2N合力F2NF2在X轴投影Fx2NF2在Z轴投影Fz2N3.82118030916.1206772.9859.9117851.98084754.5839.5-464.6-699.2(2) 计算挠度、倾角从表4.1计算结果看出，轴在X、Z两个平面上均受到两个方向相反力的作用。根据轴向位置图，分别计算出各平面挠度、倾角，然后进行合成。根据1表2.4-14，表2.4-15计算结果如下：表4.3 挠度、倾角计算计算简图计算内容计算公式计算过程许用值结论a=68b=202c=102.5f=167.5l=270E=2.1n=l-x=151.25I=公式见附录Xoy平面内挠度公式y=151.255.71011768(270-151.25-68)-464.6102.5(270-151.25-102.5)=-0.0131zoy平面内挠度公式y=151.255.710851.968(270-151.25-68)-699.2102.5(270-151.25-102.5)=-0.00175挠度合成公式y=0.03合格左支撑Xoy平面力作用下倾角公式=6.710151.2568202(270+202)-464.6102.5(270+167.5)=-1.4310zoy平面力作用下倾角公式=5.710851.968202(270+202)-699.2102.5167.5(270+167.5)=1.5310倾角合成公式=1.29100.0006合格右支撑Xoy平面力作用下倾角公式=-5.710151.2568202(270+68)-464.6102.5167.5(270+102.5)=1.2910zoy平面力作用下倾角公式=-5.710851.968202(270+68)-699.2102.5167.5(270+102.5)=2.9410倾角合成公式=1.75100.0006合格(3) 验算花键键侧挤压应力表4.4 键侧挤压应力计算计算公式最大转矩TN.mm花键轴小径dmm花键轴大径Dmm花键数N载荷系数k工作长度l许用挤压应力MPa计算挤压应力MPa结论T=85837.6323880.870303.65合格(4) 验算齿轮模数表4.5 齿轮模数验算验算公式按齿面接触疲劳强度m=267按轮齿弯曲疲劳强度m=267序号计算内容计算用表或公式计算过程结果名称符号单位1齿数z1表6272使用系数K1表2.4-191.13功率利用系数K1表2.4-200.8K1表2.4-200.794转速变化系数K1表2.4-210.95K1表2.4-210.965工作用量系数KK= K K KK=0.80.951.270.96KK= K K KK=0.790.961.67取16工作期限系数KK（K）=K=1.27KK=1.677名义切向力FNF=1.910F=1.9101.7108分度圆圆周速度m/s=33.39动轻系数KK=1+(+K)K=1+（+0.0192）1.1710齿向轻荷分布系数KK=1+K+KK=1+0.2+0.161.3611齿向轻荷分配系数K1表2.4-261.1K1.112节点区域系数Z1图2.4-42.513弹性系数Z19014重合度及螺旋角系数Z1图2.4-50.915许用接触应力N/mm=mZ=12000.89106816复合齿形系数Y1图2.4-10、图3.4-114.4717重合度螺旋角系数Y1图2.4-120.718许用齿根应力N/mm=1.3m=1.3446.5558019接触强度模数mmm将各参数值带入验算公式1.9720弯曲强度模数mmm1.94经验算证明所选模数合格。(5) 滚动轴承验算根据表4.2、表4.3所示的受力状态，分别计算出左（A端）、右（B端）两支撑端支反力。在xoy平面内： R=200.7N R=146.9N在zoy平面内：R=-203.6NR=50.9N左、右端支反力：R=285.9NR=155.5N两端支撑轴承受力状态相同、左端受力大，所以只验算左端轴承。计算公式疲劳寿命验算L=500（）（h）静负荷验算C=KFC(N)序号计算内容计算用表或公式计算过程结果名称符号单位1额定动负荷CN查轴承手册212002速度系数ff=f=0.463使用系数K1表2.4-191.14功率利用系数K1表2.4-200.85转速变化系数K1表2.4-210.966齿轮轮换工作系数K1表2.4-270.757当量动负荷FN已计算求得285.98许用寿命Th100009寿命指数3.3310额定寿命Lh将上述参数代入公式计算得L=2.5810T合格11额定静负荷CN查有关参数2020012安全系数K1表2.4-321.213当量静负荷FNF=F已计算求得285.914静负荷CNC=KFC=1.2285.9=343C合格5 绘制正式装配图经验算证明，所选的传动件参数及结构设计全部合格。在修改已绘制的结构草图基础上，绘制正式装配图及主轴零件图，详见图：普通车床主轴箱图、主轴箱展开图及主轴零件图。图5.1 主轴箱展开图A0图5.2 车床主轴箱图A0图5.3 主轴零件图A06 三维建模及装配、运动仿真本章需要根据所绘图纸使用Solidworks软件对主轴箱进行三维建模，装配及运动仿真,从而加深对主轴箱传动路线及工作原理的理解，直观的观察主轴箱的运动，对于教学及及工业仿真都有重要的帮助作用。6.1 软件界面介绍图6.1 SolidWorks建模界面1.菜单栏：SolidWorks 2008隐藏了主菜单，当用户单击菜单栏，将显示SolidWorks菜单，主菜单中包含了几乎所有的SolidWorks命令。2.前导视图工具栏：位于文件窗口的顶部居中位置，这里为用户提供了常用的操纵视图的工具栏，如放大、缩小、视图方位等。3.SolidWorks搜索工具：使用SolidWorks搜索工具可以对当前电脑、局域网、甚至互联网进行文件搜索，以便于查找可用于设计的文件。4.帮助和弹出式工具栏：单击打开SolidWorks帮助文件，单击显示SolidWorks的【帮助】主菜单。SolidWorks提供了一种弹出式的工具栏，如果一个工具按钮旁边附加有下箭头形式的按钮，则单击下箭头，可弹出一组工具，便于用户选择使用。5.任务窗格和切换按钮：任务窗格是与管理SolidWorks文件有关的一个工作窗口。通过任务窗格，用户可以查找和使用SolidWorks文件。另外，某些SolidWorks集成插件也使用任务窗格作为其界面的组织形式，如PhotoWorks。6.SolidWorks状态栏：提示当前的操作状态，并提示操作步骤。7.快捷栏（快捷工具栏）：当用户处于不同的工作环境下，例如，在零件、装配体、工程图或草图绘制状态下，按下S键可弹出快捷栏。快捷栏为用户提供了最常见的操作命令，这是SolidWorks 2008用户界面中的一个亮点。由于快捷栏是通过按S键打开的，因此，快捷工具栏也可以称为S工具栏。8.SolidWorks文件窗口和图形区域：SolidWorks是多窗口操作软件，可以分别打开不同文件进行操作。用户的大部分操作是在图形区域完成的。9.文件窗口的左侧区域：每个文件窗口中，除了包含图形区域外，在文件窗口的左侧为SolidWorks文件的管理区域，也称为左侧区域。左侧区域包括FeatureManager设计树（图1的序号11）、PropertyManager属性管理器、ConfigurationManager配置管理器和其他插件管理区（例如PhotoWorks渲染管理器），用户可以通过左侧窗口顶部的标签（如图1的序号13）进行切换。10. 关联工具栏：关联工具栏是SolidWorks 2008用户见面的另一大改进，当用户在图形区域或FeatureManager设计树中选择某对象（基准面、模型表面、边线、特征）时，系统将自动弹出关联工具栏，从而可以便于用户非常方便地确定所选对象的操作。213图6.2 SolidWorks装配界面1.菜单栏，该区域为主要装配选项菜单区域，运用该区域菜单键可以进行包括插入零部件、设定配合关系、移动旋转、显示隐藏零部件等装配过程中用到的大部分操作。2.零部件导航器，在该区域可以对零部件进行单独编辑操作。3.装配主视窗，可以查看或进行零部件位置、配合状态的更改等操作。321图6.3 仿真运动界面1.零部件动画导航器，在该区域可以查看各零部件的运动属性。2.运动管理器，该区域可以按帧察看或者更改零部件的运动状态和属性。3.运动部件视窗，可以查看和检查各部件的运动状态，直观了解仿真过程。6.2 零件及箱体建模(1) 部分零件建模过程一轴建模过程：轴类零件主要建模方式为拉伸和旋转，对于有花键的轴类来说只能使用拉伸为主要的建模方式。所以一轴主要采用拉伸方式建模。由一端开始分段拉伸直至做出整个一轴。之后再在螺纹处进行螺纹制作。图6.4 左侧螺纹处拉伸由一轴左侧起分段进行拉伸，首先是左侧与皮带轮接触部分的拉伸。图6.5 皮带轮法兰盘处花键的拉伸一轴与法兰盘接触部分的花键，该处花键向一轴传递了皮带轮的转矩，同样使用拉伸完成。图6.6 摩擦离合器处花键的拉伸该处为一轴传动的主要部分，主要是一轴与内摩擦片的花键结构进行传动，该处花键结构使用拉伸完成。图6.7 右侧末端拉伸该处为安装搅油叶片的部分，使用拉伸完成。至此一轴建模完毕。图6.8 一轴建模完毕Z14齿轮的建模过程：齿轮同样是回转类零件但是对于特殊的有键槽和花间的齿轮来说同样以拉伸为主要建模方式。Z14齿轮在建模过程中同样要用到旋转切除和倒圆角命令。由于Solidworks中有标准零件库所以可以调用零件库中的标注齿轮再加以修改。图6.9 主体部分拉伸首先调用标准齿轮，进行主体部分的拉伸。图6.10 缺口切除该处切口目的是便于安装和防止齿轮啮合时产生干涉。图6.11 键槽的生成此处键槽既可以在圆周表面绘制键槽截面图形进行固定深度的切除来形成键槽，也可以进行薄壁切除再倒圆角的方式来形成键槽，我选用的是后者。图6.12 生成花键选用内壁转化实体引用，并合理运用圆周阵列可以简化绘图步骤提高建模效率。至此Z14齿轮建模完成。(2) 主要零件展示 1轴 2轴 3轴 主轴 皮带轮 箱体 摩擦离合器内摩擦片 摩擦离合器外摩擦片 摩擦离合器推环 Z1 Z2 Z36.3 装配示例（1） 一轴装配体装配过程由于该机床有12级转速故其传动路线就有12条，然而时间有限只能模拟其中一条传动路线，所以我选择了一轴摩擦离合器左侧摩擦片被压紧时的一条传动路线进行装配和仿真模拟。因此在装配时需要根据它的传动路线来设定各个零件的配合关系。图6.13 摩擦离合器推环的配合关系摩擦离合器左侧推环与钢球为相切配合与一轴为花键配合。因为设定传动路线为正传一条，所以摩擦离合器装配状态为左侧摩擦片接触配合，模拟主轴正传状态下离合器工作状态。图6.14 摩擦离合器套筒配合关系摩擦离合器套筒内壁与一轴为同轴心，锥形内壁与左侧钢球相切配合，也是模拟摩擦离合器的工作状态。图6.15 左侧推环配合状态因为模拟左侧摩擦离合器为压紧状态，所以左侧推环配合状态为：与钢球相切，与内摩擦片接触，与一轴同轴心花键配合。图6.16 左侧外摩擦片配合状态左侧外摩擦片与内摩擦片接触配合，与主轴同轴心配合，与齿轮套有重合面配合以传递转矩。图6.17 右侧外摩擦片配合关系从图中可以很明显的看出，右侧摩擦片间并未接触为非接触配合，所以在传动时右侧外摩擦片不会受到内摩擦片的摩擦力，进而也不会有转矩传递到右侧齿轮上，齿轮就不会转动。与设定的传动路线相符。图6.18 一轴装配体至此整个一轴的装配就完成了，再加入与轴相配合的轴承就可以装入箱体，再在轴端装入皮带轮装配体，以及加入与二轴的配合关系就可以将一轴定位在箱体中。6.4 主传动箱的装配以同样的方式可以完成皮带轮，二轴，三轴，主轴等部件的装配工作。图6.19 皮带轮装配体剖面图图中左侧法兰盘为花键结构，皮带轮将转矩传递给法兰盘，法兰盘通过花键将转矩传递给一轴。图6.20 二轴装配体该轴为传动轴，上有双联滑移齿轮和三联滑移齿轮各一组，负责主要的变速传动。图6.21 三轴装配体该轴只有一对双联滑移齿轮和三个固定齿轮，主要给主轴传递动力。图6.22 主轴装配体该轴没有滑移齿轮，主要接受来自3轴的动力进行旋转加工，固定加工件使被加工件旋转进行切削加工，还能安装各种卡盘卡具以加工更多种类型工件。在装配完各个轴后就可以进行主轴箱的装配了。逐步加入轴承、挡圈等零件，对各轴之间的齿轮转动进行约束后就完成了整个主轴箱的装配了。在此需要说明各轴间的齿轮需要正确安装并选择正确的机械配合才能使齿轮能够传动转矩。图6.23 主传动箱装配体至此完成了整个传动箱的装配，装配是否成功，是否有干涉，能否进行仿真运动，这都要进行模拟运动来检验。装配体与实物对比：图6.24 主传动箱装配体图6.25 主传动箱实物图6.5 建模装配总结在装配过程中零件的约束表现了零件的装配关系，所以当缺少约束或者有多余约束的时候往往会在仿真运动时表现为运动混乱，或者不运动。这时再进行约束检查就会耗费大量的时间和精力，因此在装配时就要十分认真仔细的以实际装配过程为基础进行零件约束。虽然零件约束很重要但也只是整个建模过程中的一部分而已，在整个建模过程中，必须以标准的2维图纸为依据，才能做出标准的符合设计要求的零部件。而标准的零部件又需要标准、有序的约束条件，定位零件在装配体中的位置，经过正确约束的装配体才是进行爆炸拆解仿真运动的基础。所以在整个的3维建模过程中不能有一点的疏忽大意。6.6 爆炸及仿真运动(1) 功能简介运动算例是装配体模型运动的图形模拟，并可将注入光源和相机透视图之类的视觉属性融合到运动算例中。可从运动算例使用MotionManager运动管理器，此为基于时间线的界面，包括有以下运动算例工具：1）动画（可在核心solidworks内使用）：可使用动画来演示装配体的运动，例如：添加马达来驱动装配体一个或多个零件的运动；使用设定键码点在不同时间规定装配体零部件的位置。2）基本运动（可在核心solidworks内使用）：可使用基本运动在装配体上模仿马达、弹簧、碰撞，以及引力，基本运动在计算运动时考虑到质量。3）运动分析（可在solidworks premium的solidworks motion插件中使用）：可使用运动分析装配体上精确模拟和分析运动单元的效果（包括力、弹簧、阻尼，以及摩擦）。运动分析使用计算能力强大的动力求解器，在计算中考虑到材料属性和质量及惯性。Solidworks motion插件不仅可以快速的生成旋转动画和爆炸动画，还可以生成基于物理规律的运动模拟动画，其制作出的丰富的动画效果足以演示产品的外观性能，从而增强设计者与企业之间的交流。装配完成后需要进行爆炸，以直观了解装配件的安装拆解过程，这样对于机床的构造安装过程就会有更加深刻而具体的了解。图6.26 一轴爆炸图图6.27 皮带轮爆炸图在爆炸试图之后需要设定装配体的模拟运动，首先需要选定源动件，按照机床主传动箱的传动路线，设定皮带轮为源动件是合适的。图6.28 设定源动件再经过键码设定，转换视角，逐步隐藏箱体和轴类零件等操作就可以做出最终的模拟运动动画，在模拟运动中逐步隐藏箱体和轴类零件，就会更加清晰明了的展现主轴箱的传动路经。这样的模拟运动，在教学上可使学生更加直观的感受到机床主轴箱传动的运动形式及传动路径。在工业上经过进一步的加工成完整机床后，可以进行零件的仿真加工，这样节省成本，提高效率，可以直观的看到零件的加工过程。缩短零件的制造周期。爆炸及仿真运动详见视频。7 总结与体会机床的主轴箱是机床的动力源，是将动力和运动传递给机床主轴的基本环节，其机构复杂而巧妙。通过对其主轴部分进行三维建模，更加深入地了解了机床的工作原理，并为今后从事机床这方面的工作打下了良好的基础，对熟悉运用solidworks起到了巩固的作用。本次毕设我主要是做了三方面的工作：主传动箱二维设计计算，三维建模，三维装配和模拟运动。由于本次毕业设计题目取自教学实践中，所以在二维部分的设计计算上没有太大的难度，主要以CA6140主传动箱为基础进行了传动设计。在主轴传动系统三维建模及转给和模拟运动中，遇到的困难是最大的。由于零件过多所以建模过程十分漫长，建模后的装配过程中也或多或少的出现了各种问题。装配过程中我认识到虽然是模拟装配，但是也要以实际装配过程为基础，只有这样才能避免在仿真运动时出现错误。虽然其中有些地方还是做得不够好，但自己从中学到了很多以前未学到的知识，苦中有乐。本次毕设具有很强的实用性，在教学上可使学生更加直观的感受到机床主轴箱传动的运动形式及传动路径。在工业上经过进一步的加工成完整机床后，可以进行零件的仿真加工，这样节省成本，提高效率，可以直观的看到零件的加工过程。缩短零件的制造周期。Solidworks的熟练使用对我今后的工作发展都会有莫大的帮助，在信息社会的今天三维、仿真、越发成为了制造业发展改革的趋势，也是我们这些制造专业学生必不可少的工作技能之一。 参考文献1 李洪.机械设计制造工艺金属切削机床设计指导.沈阳：东北工学院出版社，1989.2 东北大学机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册（上、下册）.北京：冶金工业出版社，1995.3 徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社，1991.4 实用机械设计手册编写组.实用机械设计手册（上、下册）.北京：机械工业出版社，1998.5 李洪.实用机床设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.6 范云涨，陈兆年.金属切削机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，1995.7 陈超祥，叶修梓。Solidworks高级教程简编。北京：机械工业出版社，2010.8 王平。Solidworks快速入门与应用。北京：电子工业出版社，2010.9 范崇洛。机械加工工艺学 东南大学出版社 200910 胡兆国。机械加工基础 西南交大出版社、 2007 11 傅水根。机械制造工艺学基础 清华大学出版社 201112 冯辛安。机械制造装备设计 机械工业出版设 200413 王春福。机床夹具设计手册 上海科学技术出版社 2000 14 机床夹具设计手册编委会主编 机械工业出版社 200915 W Shen.D.H. 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