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1、課程設(shè)計(jì)說明書
題 目 CA6140機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)
年 級 2 0 0 8級
學(xué) 號
姓 名
指 導(dǎo) 教 師
時(shí) 間 2011年9月23日
課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
一. 設(shè)計(jì)目的和要求
這次課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)方向課程中實(shí)踐性較強(qiáng)、綜合性突出的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，使該專業(yè)方向的學(xué)生在校期間最后一次（除畢業(yè)設(shè)計(jì)外）進(jìn)行的較長時(shí)間、較系統(tǒng)、較全面的工程設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練，在實(shí)現(xiàn)學(xué)生總體培養(yǎng)目標(biāo)中占有
2、特別重要的地位。對于樹立學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、可靠性、完整性意識，激發(fā)學(xué)生用依據(jù)理論結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)解決工程實(shí)踐問題的興趣，加深同學(xué)對課程所學(xué)內(nèi)容的綜合理解和掌握具有舉足輕重的作用和十分重要的意義。
本教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施目的是：
1、通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹立正確的現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)綜合運(yùn)用《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)》、《自動機(jī)械設(shè)計(jì)》課程和《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助分析/輔助制造（CAD/CAE/CAM）》、《有限元分析》、《優(yōu)化設(shè)計(jì)》、《可靠性設(shè)計(jì)》等其他先修課程的理論與生產(chǎn)實(shí)踐知識來分析和解決用計(jì)算技術(shù)對現(xiàn)代機(jī)械的進(jìn)行完整設(shè)計(jì)所涉問題的能力。
2、學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)
3、代機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握計(jì)算機(jī)輔助現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和所需技術(shù)和軟件。
3、用計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練：例如計(jì)算（Matlab）、分析（UG/Scinario、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析、結(jié)構(gòu)分析和參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊）、修正、繪圖（UG/Drafting/Assembly/FreeForm）、查閱資料和手冊、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
4、有條件的話，可熟悉現(xiàn)代設(shè)計(jì)中涉及的計(jì)算機(jī)技術(shù)（計(jì)算機(jī)輔助制造UG/Manufacturing）和其他流行CAD軟件（ANSYS、ADAMS、Pro/E）的使用操作，全面掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程。
課程設(shè)計(jì)教學(xué)的基本要求是：
1、能從機(jī)器功
4、能要求出發(fā)，制定或分析設(shè)計(jì)方案，合理的選擇電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和零件。
2、能按機(jī)器的工作狀況用Matlab分析和計(jì)算作用在零件的載荷，合理選擇零件材料，正確計(jì)算零件主要參數(shù)及尺寸。
3、能考慮制造工藝、安裝與調(diào)整、使用與維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性和安全性等問題，對機(jī)器和零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4、繪圖表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果，圖樣符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，尺寸及公差標(biāo)注完整、正確，技術(shù)要求合理、全面。
5、掌握使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制裝配圖（UG/Assembling）、零件圖（UG/Drafting）的方法。
6、進(jìn)行有限元分析（UG/Master FEM+或ANSYS）、機(jī)械運(yùn)動動態(tài)分析（U
5、G/Motion或ADAMS）或和機(jī)械結(jié)構(gòu)分析（UG/Structures或ADAMS）并對整個(gè)裝置進(jìn)行針對性分析并取得合理的改進(jìn)。
二、設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)和學(xué)分
學(xué)時(shí)：3周 學(xué)分：1.5
三、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
課程設(shè)計(jì)題目常以一般用途的機(jī)械裝置為主，也可以做其他設(shè)計(jì)題目，其他工作量相當(dāng)于C6140機(jī)床的主傳動部分設(shè)計(jì)。
每個(gè)學(xué)生應(yīng)相對獨(dú)立完成：確定機(jī)器或傳動裝置的總體方案，選定電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)，并完成其運(yùn)動學(xué)計(jì)算；進(jìn)行傳動零件以及軸、軸承、鍵聯(lián)接、聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇有關(guān)零、部件的規(guī)格；結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算，穿插進(jìn)行主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；用繪圖機(jī)器或傳動裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并綜合
6、考慮其潤滑與密封等問題；進(jìn)行軸的精確校核計(jì)算；用計(jì)算機(jī)繪圖軟件Ug繪制正式裝配圖和零件圖；用有限元分析模塊（UG/Motion 或ADAMS）和機(jī)械結(jié)構(gòu)分析模塊（UG/Structures或ADAMS）對整個(gè)裝置進(jìn)行分析并取得合理的改進(jìn)，整理、撰寫設(shè)計(jì)說明書；總結(jié)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯內(nèi)容。
設(shè)計(jì)題目可僅給機(jī)器所需實(shí)現(xiàn)的功能，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)傳動方案；亦可給定傳動方案，由學(xué)生分析后進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)生應(yīng)提交的設(shè)計(jì)成果包括：
1. 機(jī)器或部件正式計(jì)算機(jī)裝配圖1張（UG/Assembly），A0圖紙。
2. 零件工作圖3張（UG/Drafting），A2、A3或A4圖紙。通常為關(guān)鍵軸、關(guān)鍵零件工作圖。
7、
3. 有限元分析效果圖1張（UG/Master FEM+）
4. 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，說明書應(yīng)包括：確定裝置總體方案，運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)計(jì)算（Matlab程序），關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸、軸承、鍵聯(lián)接的校核計(jì)算（Matlab程序）等內(nèi)容。
四、設(shè)計(jì)的進(jìn)行方式
由指導(dǎo)老師給出設(shè)計(jì)課題，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)。在規(guī)定的地點(diǎn)由教師指導(dǎo)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。
五．設(shè)計(jì)時(shí)間安排
按以下進(jìn)程安排4周，共20天設(shè)計(jì)周期：
（1） 方案設(shè)計(jì)（含選電動機(jī)、傳動裝置的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)計(jì)算）（2天）；
（2） 傳動件設(shè)計(jì)（0、5-1天）；
（3） 裝配草圖設(shè)計(jì)（4-5天）；
（4） 裝配工作圖設(shè)計(jì)（
8、3、5-4、5天）；
（5） 零件工作圖設(shè)計(jì)（0、5天）；
（6） 有限元分析效果（3天）；
（7） 機(jī)械運(yùn)動動態(tài)分析圖（1、5-2天）；
（8） 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析圖（1、5-2）；
（9） 某個(gè)零部件的修正圖（0、5-1天）；
（10） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（1-2天）；
（11） 答辯（1天）。
設(shè)計(jì)過程中安排一次機(jī)床或成熟機(jī)械裝置裝拆試驗(yàn)和觀摩模型實(shí)物展覽室，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識；安排16-24學(xué)時(shí)集中講課，講解各軟件及其模塊的使用要點(diǎn)；其他時(shí)間采取集體輔導(dǎo)與個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合的指導(dǎo)方式。
其中講課、輔導(dǎo)穿插在各階段進(jìn)行。
9、
目錄
第一章 CA6140用途和規(guī)格
1.1車床的規(guī)格
CA6140車床可以加工各種軸類,套筒類和盤類工作；車削米制，英制，模數(shù)制，徑節(jié)制4種螺紋；還可以利用車床的尾座進(jìn)行鉆孔，擴(kuò)孔，套螺紋等。
1.2 車床的用途
主軸三支撐均采用滾動軸承；進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫向進(jìn)給由十字手柄操縱，并附有快速電機(jī)。該機(jī)床剛性好、功率大、操作方便。
10、
第二章 主要技術(shù)參數(shù)
工件最大回轉(zhuǎn)直徑：
在床面上………………………………………………………………400毫米
在床鞍上………………………………………………………………210毫米
工件最大長度（四種規(guī)格）………………………………………750、1000、1500、2000毫米
主軸孔徑……………………………………………………………… 48毫米
主軸前端孔錐度 …………………………………………………… 400毫米
主軸轉(zhuǎn)速范圍：
正傳（24級）…………………………………………………… 10~1400轉(zhuǎn)/分
反傳（12級）………
11、………………………………………… 14~1580轉(zhuǎn)/分
加工螺紋范圍：
公制（44種）………………………………………………………………………1~192毫米
英制（20種）…………………………………………………………………… 2~24牙/英寸
模數(shù)（39種）…………………………………………………………………… 0.25~48毫米
徑節(jié)（37種）……………………………………………………………………… 1~96徑節(jié)
進(jìn)給量范圍：
細(xì)化 0.028~0.054毫米/轉(zhuǎn)
縱向（64種）……………………………………… 正常 0.08~1.59 毫米/
12、轉(zhuǎn)
加大 1.71~6.33 毫米/轉(zhuǎn)
細(xì)化 0.014~0.027毫米/轉(zhuǎn)
橫向（64種）…………………………………… 正常 0.04~0.79 毫米/轉(zhuǎn)
加大 0.86~3.16 毫米/轉(zhuǎn)
刀架快速移動速度：
縱向………………………………………………………………… 4米/分
橫向…………………………………………………………………… 4米/分
主電機(jī)：
功率………………………………………………………… ……… 7.5千瓦
轉(zhuǎn)速………………………………………………………………… 1450轉(zhuǎn)/分
快速電機(jī)：
功率…………………
13、…………………………………………………… 370瓦
轉(zhuǎn)速…………………………………………………………………… 2600轉(zhuǎn)/分
冷卻泵：
功率……………………………………………………………………… 90瓦
流量…………………………………………………………………… 25升/分
工件最大長度為1000毫米的機(jī)床：
外形尺寸（長寬高）……………………………………………266810001190毫米
重量約…………………………………………………………………2000公斤
第三章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖
3-
14、1.確定極限轉(zhuǎn)速
已知主軸最低轉(zhuǎn)速為10mm/s,最高轉(zhuǎn)速為1400mm/s，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為
Rn=/=14
3-2.確定公比
選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為φ＝1.12
3-3.求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z
Z=lgRn/lgφ+1= lg14/lg1.12+1=24
3-4.確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式
24=2322
3-5.繪制轉(zhuǎn)速圖
（1）選定電動機(jī)
一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。Y系列電動機(jī)高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運(yùn)行安全可靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選
15、擇Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。
（2）分配總降速傳動比
總降速傳動比為uII=/=10/1500≈6.67 ,為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。
（3）確定傳動軸的軸數(shù)
傳動軸數(shù)＝變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=6
（4）繪制轉(zhuǎn)速圖
先按傳動軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距l(xiāng)gφ畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動機(jī)轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳
16、動間畫上u(k→k+1)min.再按結(jié)構(gòu)式的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。
圖3-5-1 CQ6123傳動系統(tǒng)
圖3-5-2 車削米制螺紋時(shí)傳動鏈的傳動路線
圖3-5-3 加工螺紋時(shí)的傳動路線
第4章 主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算
這次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，而本人主要擔(dān)任的設(shè)計(jì)任務(wù)是CA6140型普通車床主軸的設(shè)計(jì)與校核，內(nèi)容如下：
4-1建模
根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)進(jìn)行建模
圖4-1-1
圖4-1-2
4-2主軸抗震性的驗(yàn)算
（1）支撐
17、剛度，包括軸承的彈性變形和坐圈接觸變形。
向心推力球軸承：=（0.7~0.002）d
圓錐孔雙列向力短圓柱滾子軸承：
=（mm）
前軸承處d=100，，R=5400kgf，
所以：
=0.0108mm
=0.0251mm
坐圓外變形：
對于向心球軸承：D=150，d=100，b=60，取k=0.01
所以：
對于短圓柱滾子軸承：D=150，d=100，b=37，取k=0.01，R=12500kgf
所以：
所以軸承的徑向變形：
=
=+=0.05+0.053=0.103mm
支撐徑向剛度：
k=
（2）量主要支撐的剛度折算到切削點(diǎn)的變形
其中L=419mm，KA=121359.2kg/mm
所以：
（3）主軸本身引起的切削點(diǎn)的變形
其中：P=2940N，a=125mm，L=419mm，E=2107N/cm，D=91mm
I=0.05（D4-d4）=0.05（914-464）=3163377.25mm2
所以：
（4） 主軸部件剛度
（5） 驗(yàn)算抗振性
則：
所以：
所以主軸抗振性滿足要求。
第五章 運(yùn)動仿真和有限元分析
機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)CA6140機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)
