车床主传动系统三维设计及装配运动仿真论文.doc

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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

Threedimensionaldesignand assemblymotion lathemaindrive systemsimulation

Abstract

Thedesignofthemain transmissionsystem of latheheadstock was designedaccordingtotherequirementofdesign, 2D drawing, 3Dmodelisestablished,andaccordingto themethodforreference onthetransmission systemparameters tooptimizethedesignof spindle box. ThroughtheuseofSolidworks three-dimensionalmodeling ofthespindlebox part, deepentheunderstandingoftheworkingprinciples ofthespindlebox. Throughaccesstorelevantinformation. Inthisprocess, thenationalstander changing history, enhancetheunderstanding ofGB. The spindle boxdrivesystem optimizeddesigntothetransmission chain gear volumeandminimum astheoptimizationobjectives,optimization designofspindle boxdrivesystem. Theuseofmechanicaloptimization design ofmaindrivesystem designmethod ofthis machine, itsvolumeisreducedobviously, morecompactstructure, technologyandeconomy tofurtherimprove

Keywords:

Spindlebox; 3Dmodeling; transmission; optimizationdesign

目录

1绪论 1

1.1课题意义和目的 1

1.2软件介绍 1

1.3车床简介 2

2机床总体设计及传动件结构尺寸计算 3

2.1机床总体设计 3

2.1.1机床参数 3

2.1.2机床布局 4

2.1.3拟定结构式 4

2.1.4绘制转速图 6

2.2确定传动路径及传动图 7

2.2.1确定齿轮齿数 7

2.2.2确定带轮直径 7

2.2.3验算主轴转速误差 8

2.2.4绘制传动系统图 9

2.3估算传动件参数，确定其结构尺寸 10

2.3.1确定传动件计算转速 10

2.3.2确定主轴支承轴颈尺寸 10

2.3.3估算传动轴直径 10

2.3.4估算传动齿轮模数 10

2.3.5离合器选择与计算 12

2.3.6普通V带的选择与计算 12

3结构设计 14

3.1带轮设计 14

3.2主轴换向与制动机构设计 14

3.3齿轮块设计 14

3.4轴承的选择 14

3.5主轴组件 15

3.6操纵机构 15

3.7润滑系统设计 15

3.8密封装置设计 15

3.9主轴箱箱体设计 15

4传动件验算 16

4.1验算轴的弯曲刚度 16

5绘制正式装配图 23

6三维建模及装配、运动仿真 25

6.1软件界面介绍 25

6.2零件及箱体建模 28

6.3装配示例 34

6.4主传动箱的装配 37

6.5建模装配总结 40

6.6爆炸及仿真运动 40

7总结与体会 43

参考文献 44

致谢 45

附录Ⅰ论文所用公式 46

附录Ⅱ新旧标准的对照更新 47

IV

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1.1CA6140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=1400rpm，Vmin=31.5rpm

转速公比：

φ=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/min

2.1.2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=3×42）12=4×3

3）12=3×2×24）12=2×3×2

5）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Ⅰ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=2×3×22）12=2×3×2

3）12=2×3×24）12=2×3×2

5）12=2×3×26）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

①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