毕业设计（论文）-CA6140车床主传动系统操纵机构三维建模及动态演示（全套图纸）.pdf

机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 i 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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 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 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 ii 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 Chinas 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 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 iii 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 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论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 第二章第二章 CA6140 卧式普通车床主传动系统变速操纵机构的设计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 第四章第四章 主传动系统变速操纵机构中主主传动系统变速操纵机构中主要零件的三维建模要零件的三维建模 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 参考文献参考文献21 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 iv 致致 谢谢22 毕业设计小结毕业设计小结23 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 5 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。 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 6 （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： 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 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 CA6140 主传动系统变速操纵机构结构图如下： 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 8 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=350rmin，从动链轮 =350rmin (3)中心距 a=307mm 左右 求设计功率 P=K0 Pm=0.42= 0.8Kw，式中 Ko 为载荷修正系数 由设计功率 0.8Kw 和 n =1500rmin，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。 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 9 （2）确定链轮基圆直径 dI= z pd sin 180 =42.736mm d2= z pd sin 180 =42.736mm （3）确定滚子链的节线长度 L， L= 2acos +(d2+d1 )2+( d2- d1)180 式中： =sin- 1 (d2- d1)/2a =0218；126 (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 241HB286HB，平均取为 280HB,选齿轮精度为 7 级。 由文献2表 3314 可知， 8 . 15062222cos 20sin 12 cos sin 2 2 1 2 min = = oa a h z （3.14） 式中， a h 齿顶高系数， 1= a h 。 取小齿轮齿数 30 1= z ， 8 . 493066 . 1 12 = izz （3.15） 取大齿轮齿数 50 2 =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 100205 11 =mzd mm （3.17） 75175 22 =mzd mm （6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献3表 910 可知， 齿顶高 12121 * =mhh aa mm 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 10 （3.20） 齿顶圆直径 104 06 2222cos122360 1 cos2 11 =+=+= o a hd a d mm （3.21） 130 54 6767cos122120 2 cos2 22 =+=+= o a hd a d mm （3.22） 齿根高 ()() 4 . 14122 . 01 * =+=+=mchh af mm （3.23） 齿轮基圆直径 9528 . 0 5 . 013605 . 01 11 = R d m d mm （3.24） 12828 . 0 5 . 016005 . 01 22 = R d m d mm （3.25） （7）齿宽 由文献2表 3314 可知， 96.9786.34928 . 0 =Rb R mm （3.26） （8）节圆周速度 48.10 1060 55636014 . 3 1060 33 11 = = = nd v m/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 3 556 55 1303 0 0 0 = n p Ad mm （3.32） 根据工作条件，取 90=d mm （2）传动轴受力分析 44.5144 360 1026 . 9 22 5 1 1 = = m t d T F N （3.33） 54.1731062222cos2044.5144cos 1 = oo tgtgFF tr N （3.34） 57.712062222sin2044.5144062222sin = ooo tgtgFF ta N （3.35） 2.3 传动轴的设计计算 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 11 （3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力 垂直面支反力： 由 = 0 C M ，得： 0 2 570 32 = arBY FLFLR （3.36） N L FLF R ar BY 13.629 5 . 761 2/36057.7125 .20254.17312/360 2 3 = + = + = 由 = 0Y ，得： 67.236013.62954.1731=+=+= BYrCY RFR N （3.37） 水平面支反力： 由 = 0 C M ，得： 0 32 =LFLR tBZ （3.38） 02.1368 5 . 761 5 . 20244.5144 2 3 = = L LF R t BZ N 由 = 0Z ，得： 56.309902.136854.1731=+=+= BZrCZ RFR N （3.39） （4）作弯矩图： 垂直面弯矩 Y M 图： C 点 495.479082 5 . 76113.629 2 =LRM BYCY Nmm （3.40） 水平面弯矩 Z M 图： C 点 675.478035 5 . 20267.2360 2 =LRM BZCZ Nmm （3.41） 图 4.1 传动轴的受力简图 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 12 合成弯矩M图： C 点 153.676785675.478035495.479082 2222 =+=+= CZCY MMM Nmm （3.42） （5）作转矩 T 图： 6 102 . 3=T Nmm （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= ，轴的计算应力 3 . 14 1501 . 0 )1026 . 9 6 . 0(153.676785 )( 3 252 2 3 2 = + = + = W TM c MPa （3.43） 选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献1表 115 可知， 60 1 = MPa。因此， 1 = + = + =S SS SS Sca （3.52） 故该轴在截面 V 左侧的强度是足够的。 截面 V 右侧 抗弯截面系数 2197001301 . 01 . 0 33 =dW mm 3 抗扭截面系数 4394001302 . 02 . 0 33 =dWT mm 3 截面 V 左侧的弯矩 M 为 628.626570 5 . 761 705 153.676785=M MPa 截面 V 上的扭矩 T 为 3200000=T MPa 截面上的弯曲应力 85 . 2 219700 628.626570 = W M b MPa 截面上的扭转切应力 28 . 7 439400 3200000 1 = T T W T MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按文献1附表 23 查取。因 023 . 0 130 3 = d r ， 08 . 1 130 140 = d D ， 05 . 2 = ， 3 . 1= 又由文献1附图 13 可得轴的材料的敏感系数为 83 . 0 = q ， 87. 0= q 故有效应力集中系数按文献1，附 43 为 87 . 1 ) 105 . 2 (83 . 0 1) 1(1=+=+= qk （3.53） 26 . 1 ) 13 . 1 (87 . 0 1) 1(1=+=+= qk 由文献1附图 23 可得轴的截面形状系数为 58 . 0 = 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 = 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 14 综合系数为 41 . 3 1 84 . 0 1 58 . 0 87 . 1 1 1 =+=+= k K 84 . 1 1 84 . 0 1 76 . 0 26 . 1 1 1 =+=+= k K 所以轴在截面 V 左侧的安全系数为 29.28 01 . 085 . 2 41 . 3 275 1 = + = + = ma K S 96.24 2 83 . 5 05 . 0 2 83 . 5 84 . 1 275 1 = + = + = ma K S 5 . 172.18 96.2429.28 96.2429.28 2222 = + = + =S SS SS Sca 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 2 22 280 10 1866.6 30 = t T FN d 径向力： 22 1866.620679.3= = = rt FF tgtgN 求垂直面的支反力 3 3223 1 123 ()1866.6 287679.3 (287252) 314.6 287252 + = + rr V F lFll FN lll 2312 1866.6314.6679.31501.9=+=+= VrVr FFFFN 计算垂直弯矩： 3 11 314.6 287 10902.9. = aVmV MF lN m 3 1122 2 ()314.6 (287252)679.3 25210396. = += += aVnVr MFllF lN m 求水平面的支承力： 3 3223 1 123 ()90.29 28739.6 252 665.9 287252 + = + tt H F lFll FN lll 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 15 2231 1866.6679.3665.91879.31=+=+= HttH FFFFN 计算、绘制水平面弯矩图： 3 11 665.9 287 101911.3 . = aHmH MF lN m 3 2123 2 ()1879.31 (287252)902.9 25210220.8 . = += += aHnHt MFllF lN 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 = ） 2222 2 ()220.8(0.6 86.1)206.07.=+ =+= ean MMTN m e M = 2222 2 ()1911.3(0.6 86.1)226.5 .+ =+= am MTN m 计算危险截面处轴的直径： n- n 截面: 3 3 3 1 226.07 10 28.5 0.10.1 60 = e b M dmm m- m 截面: 3 3 3 1 226.5 10 29.7 0.10.1 60 = e b M dmm 由于 4 2 30=ddmmd ，所以该轴是安全的。 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 （）校核齿面接触疲劳强度 机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文机械设计制造及其自动化专业综合课程设计论文 16 （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 ZZ R EHH 1 )5 . 01 ( 2 2 22 1 1 + = （3.28） 确定公式内的各计算数值 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 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm ddmm 平均分度圆圆周速度 14 . 9 60000 55695.31314 . 3 60000 11 = = nd v m m m/s 由文献4 图45（a）可知，按7405 . 2 100 3014 . 9 100 1 = zvm ，得24 . 1 = V K； 由文献4 图75（b） 可知， 按272 . 0 360 96.97 1 = d b ， 齿轮悬臂布置，21 . 1 = K； 由文献4表45可知，1 . 1= K； 65 . 1 1 . 121 . 1 24 . 1 1= K KKKK VA 由文献1表610可知，弹性系数 8 . 189= E Z； 节点区域系数 49 . 2 20cos20sin 2 cossin 2 = oo H Z 计算得， () 32.106 66 . 1 166 . 1 5 . 0136096.97 1026 . 9 65 . 1 2 8 . 18949 . 2