機械設計課程設計CA6140機床主軸箱設計

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1、課程設計說明書 題 目 CA6140機床主軸箱設計 年 級 2 0 0 8級 學 號 姓 名 指 導 教 師 時 間 2011年9月23日 課程設計任務書 一. 設計目的和要求 這次課程設計是機械設計專業(yè)方向課程中實踐性較強、綜合性突出的重要教學環(huán)節(jié)，使該專業(yè)方向的學生在校期間最后一次（除畢業(yè)設計外）進行的較長時間、較系統(tǒng)、較全面的工程設計能力訓練，在實現(xiàn)學生總體培養(yǎng)目標中占有

2、特別重要的地位。對于樹立學生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生設計的系統(tǒng)性、可靠性、完整性意識，激發(fā)學生用依據(jù)理論結(jié)合計算機技術(shù)解決工程實踐問題的興趣，加深同學對課程所學內(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。 本教學環(huán)節(jié)的實施目的是： 1、通過課程設計實踐，樹立正確的現(xiàn)代的機械設計思想，培養(yǎng)綜合運用《機械設計》、《現(xiàn)代設計方法學》、《自動機械設計》課程和《計算機輔助設計/輔助分析/輔助制造（CAD/CAE/CAM）》、《有限元分析》、《優(yōu)化設計》、《可靠性設計》等其他先修課程的理論與生產(chǎn)實踐知識來分析和解決用計算技術(shù)對現(xiàn)代機械的進行完整設計所涉問題的能力。 2、學習用計算機技術(shù)進行現(xiàn)

3、代機械設計的一般方法，掌握計算機輔助現(xiàn)代機械設計的一般規(guī)律和所需技術(shù)和軟件。 3、用計算機進行現(xiàn)代機械設計基本技能的訓練：例如計算（Matlab）、分析（UG/Scinario、有限元分析、機構(gòu)運動分析、結(jié)構(gòu)分析和參數(shù)化設計模塊）、修正、繪圖（UG/Drafting/Assembly/FreeForm）、查閱資料和手冊、運用標準和規(guī)范。 4、有條件的話，可熟悉現(xiàn)代設計中涉及的計算機技術(shù)（計算機輔助制造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)代計算機輔助機械設計的全過程。 課程設計教學的基本要求是： 1、能從機器功

4、能要求出發(fā)，制定或分析設計方案，合理的選擇電動機、傳動機構(gòu)和零件。 2、能按機器的工作狀況用Matlab分析和計算作用在零件的載荷，合理選擇零件材料，正確計算零件主要參數(shù)及尺寸。 3、能考慮制造工藝、安裝與調(diào)整、使用與維護、經(jīng)濟性和安全性等問題，對機器和零件進行結(jié)構(gòu)設計。 4、繪圖表達設計結(jié)果，圖樣符合國家制圖標準，尺寸及公差標注完整、正確，技術(shù)要求合理、全面。 5、掌握使用計算機進行設計計算和使用計算機進行結(jié)構(gòu)設計并繪制裝配圖（UG/Assembling）、零件圖（UG/Drafting）的方法。 6、進行有限元分析（UG/Master FEM+或ANSYS）、機械運動動態(tài)分析（U

5、G/Motion或ADAMS）或和機械結(jié)構(gòu)分析（UG/Structures或ADAMS）并對整個裝置進行針對性分析并取得合理的改進。 二、設計學時和學分 學時：3周 學分：1.5 三、設計的主要內(nèi)容 課程設計題目常以一般用途的機械裝置為主，也可以做其他設計題目，其他工作量相當于C6140機床的主傳動部分設計。 每個學生應相對獨立完成：確定機器或傳動裝置的總體方案，選定電動機和傳動機構(gòu)，并完成其運動學計算；進行傳動零件以及軸、軸承、鍵聯(lián)接、聯(lián)軸器的設計計算，選擇有關零、部件的規(guī)格；結(jié)合設計計算，穿插進行主要零件的結(jié)構(gòu)設計；用繪圖機器或傳動裝置的總體結(jié)構(gòu)設計并綜合

6、考慮其潤滑與密封等問題；進行軸的精確校核計算；用計算機繪圖軟件Ug繪制正式裝配圖和零件圖；用有限元分析模塊（UG/Motion 或ADAMS）和機械結(jié)構(gòu)分析模塊（UG/Structures或ADAMS）對整個裝置進行分析并取得合理的改進，整理、撰寫設計說明書；總結(jié)設計，準備答辯內(nèi)容。 設計題目可僅給機器所需實現(xiàn)的功能，由學生自行設計傳動方案；亦可給定傳動方案，由學生分析后進行設計。學生應提交的設計成果包括： 1. 機器或部件正式計算機裝配圖1張（UG/Assembly），A0圖紙。 2. 零件工作圖3張（UG/Drafting），A2、A3或A4圖紙。通常為關鍵軸、關鍵零件工作圖。

7、 3. 有限元分析效果圖1張（UG/Master FEM+） 4. 設計計算說明書一份，說明書應包括：確定裝置總體方案，運動學、動力學計算（Matlab程序），關鍵零件的設計計算，軸、軸承、鍵聯(lián)接的校核計算（Matlab程序）等內(nèi)容。 四、設計的進行方式 由指導老師給出設計課題，學生在規(guī)定時間內(nèi)。在規(guī)定的地點由教師指導獨立完成設計。 五．設計時間安排 按以下進程安排4周，共20天設計周期： （1） 方案設計（含選電動機、傳動裝置的運動學、動力學計算）（2天）； （2） 傳動件設計（0、5-1天）； （3） 裝配草圖設計（4-5天）； （4） 裝配工作圖設計（

8、3、5-4、5天）； （5） 零件工作圖設計（0、5天）； （6） 有限元分析效果（3天）； （7） 機械運動動態(tài)分析圖（1、5-2天）； （8） 機械結(jié)構(gòu)分析圖（1、5-2）； （9） 某個零部件的修正圖（0、5-1天）； （10） 編寫設計計算說明書（1-2天）； （11） 答辯（1天）。 設計過程中安排一次機床或成熟機械裝置裝拆試驗和觀摩模型實物展覽室，進一步增強學生的感性認識；安排16-24學時集中講課，講解各軟件及其模塊的使用要點；其他時間采取集體輔導與個別指導相結(jié)合的指導方式。 其中講課、輔導穿插在各階段進行。

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行鉆孔，擴孔，套螺紋等。 1.2 車床的用途 主軸三支撐均采用滾動軸承；進給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機構(gòu)；縱向與橫向進給由十字手柄操縱，并附有快速電機。該機床剛性好、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) 進給量范圍： 細化 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： 功率………………………………………………………… ……… 7.5千瓦 轉(zhuǎn)速………………………………………………………………… 1450轉(zhuǎn)/分 快速電機： 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 一般金屬切削機床的驅(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。Y系列電動機高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。根據(jù)機床所需功率選

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)列符合標準或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔總降速傳動比。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 車削米制螺紋時傳動鏈的傳動路線 圖3-5-3 加工螺紋時的傳動路線 第4章 主要設計零件的計算和驗算 這次課程設計內(nèi)容很多，而本人主要擔任的設計任務是CA6140型普通車床主軸的設計與校核，內(nèi)容如下： 4-1建模 根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)進行建模 圖4-1-1 圖4-1-2 4-2主軸抗震性的驗算 （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的變形 其中L=419mm，KA=121359.2kg/mm 所以： （3）主軸本身引起的切削點的變形 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） 驗算抗振性 則： 所以： 所以主軸抗振性滿足要求。 第五章 運動仿真和有限元分析