郁冬

摘 要：本文結(jié)合CA6140車(chē)床實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹了CA6140車(chē)床的結(jié)構(gòu)組成，分析了機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，針對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，確定了CA6140車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)軸承部件。

關(guān)鍵詞：車(chē)床；傳動(dòng)系統(tǒng)；變速機(jī)構(gòu)；改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）19-0060-03

Improvement of Transmission Mechanism of General Lathe Drive System

YU Dong

Abstract： This paper combined the example of CA6140 lathe， introduceed the structure of CA6140 lathe， the designed requirements， the machine tool main drive system were analyzed for retrofit design of the main transmission system， transmission system determines the CA6140 lathe bearing parts.

Keywords： lathe；transmission system；variable speed mechanism；improve

CA6140型號(hào)機(jī)床產(chǎn)品屬于沈陽(yáng)機(jī)床公司早期生產(chǎn)的一款非常典型的產(chǎn)品，在20世紀(jì)70年代投入生產(chǎn)，在當(dāng)時(shí)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛[1]。CA6140型號(hào)機(jī)床整體的結(jié)構(gòu)非常緊湊，其運(yùn)行速率相對(duì)高、運(yùn)行效率也非常高，擁有較好的精度，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的控制。CA6140型號(hào)機(jī)床擁有經(jīng)濟(jì)性、高效性、環(huán)保性等多方面的優(yōu)勢(shì)，因此，其在很多領(lǐng)域中均得以廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用在一些結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的軸類(lèi)及盤(pán)類(lèi)零部件產(chǎn)品的實(shí)際加工過(guò)程中。

1 主傳動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

1.1 傳動(dòng)形式的確定

采用集中傳動(dòng)的方式情況下：在設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，所有傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及變速機(jī)構(gòu)均設(shè)置于相同主軸箱中。

在進(jìn)行中型機(jī)床設(shè)備及大型機(jī)床設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，更加適宜應(yīng)用此種傳動(dòng)方式，特別是對(duì)CA6140型號(hào)機(jī)床設(shè)備而言，因?yàn)槠湔w結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以更加有利于進(jìn)行集中操控，這樣便能夠有效降低生產(chǎn)成本。但當(dāng)傳動(dòng)部件實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定振動(dòng)及發(fā)熱問(wèn)題，這極易導(dǎo)致主軸結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問(wèn)題，最終會(huì)導(dǎo)致工件的加工精度受到影響。

1.2 傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目

在對(duì)傳動(dòng)鏈進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，選擇方案的原則是在確保達(dá)到性能要求基礎(chǔ)上盡可能確保更加經(jīng)濟(jì)[2]。符合機(jī)床設(shè)備要求的設(shè)計(jì)方案不止一種，開(kāi)展傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性這一設(shè)計(jì)原則，確保設(shè)計(jì)方案為最優(yōu)方案。而通過(guò)利用轉(zhuǎn)速圖能夠較好地針對(duì)不同方案加以對(duì)比分析，同時(shí)還能為傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)給予一定參考。在對(duì)轉(zhuǎn)速圖進(jìn)行擬定過(guò)程中，具體步驟如下。

首先需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳動(dòng)方案，在該方案中應(yīng)當(dāng)明確傳動(dòng)具體方式及機(jī)床設(shè)備的開(kāi)啟和停運(yùn)操作等，還應(yīng)當(dāng)明確換向操作的方式及具體操縱方式。傳動(dòng)形式指的是依照不同傳統(tǒng)部件及變速部件具體組成特征及結(jié)構(gòu)特征，采用相應(yīng)的傳動(dòng)及變速形式。

設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案及具體形式在很大程度上會(huì)受到系統(tǒng)復(fù)雜情況的影響，同時(shí)也會(huì)受到設(shè)備性能要求的影響。所以，在進(jìn)行傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要全方位針對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工藝及系統(tǒng)性能等進(jìn)行考量。

若是傳動(dòng)系統(tǒng)的級(jí)數(shù)是Z，其包含有不同的傳動(dòng)組，其中傳動(dòng)副為Z1、Z2、Z3、Z4……，則Z=Z1Z2Z3Z4……。

因?yàn)槭艿秸w結(jié)構(gòu)的制約，通常傳動(dòng)副數(shù)選用2或者是選用3相對(duì)適宜，即對(duì)應(yīng)的變速級(jí)數(shù)Z屬于2及3對(duì)應(yīng)因子，可以得出：

Z=Za×3b （1）

而要想達(dá)到12級(jí)傳動(dòng)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)副不同組合形式有很多，具體如下：①12=3×4，②12=4×3，③12=3×2×2，④12=2×3×2，⑤12=2×2×3等。

就以上的形式來(lái)看，若采用第①種及第②種形式，能夠節(jié)約1根傳動(dòng)軸部件，但在相同的傳動(dòng)組中會(huì)包含有4個(gè)不同的傳動(dòng)副，如果采用四聯(lián)滑移齒輪，將導(dǎo)致傳動(dòng)軸尺寸進(jìn)一步增加。若是采用2個(gè)兩聯(lián)滑移齒輪，要求設(shè)計(jì)操作機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)互銷(xiāo)，這樣才能避免不同的滑移齒輪在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行嚙合，因此，這兩種形式通常不會(huì)被采用。

若采用第③種、第④種及第⑤種形式，傳動(dòng)副具體設(shè)計(jì)過(guò)程，按照前多后少的原則第③種形式較為適宜，但此時(shí)對(duì)Ⅰ軸來(lái)說(shuō)在進(jìn)行換向操作過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)利用雙向片式摩擦離合裝置，這樣才能保障Ⅰ軸所需的軸向長(zhǎng)度相對(duì)小一些，也可以保障變速箱結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)一步減小。但因?yàn)榈谝粋鲃?dòng)組中包含的傳動(dòng)副數(shù)量應(yīng)當(dāng)少一些，適宜選擇2個(gè)傳動(dòng)副，所以，此次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式以第④種形式最為適宜，即12=2×3×2。

1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)擴(kuò)大順序的安排

設(shè)計(jì)的傳動(dòng)形式具體組合為12=2×3×2，對(duì)應(yīng)的擴(kuò)大順序也分為不同類(lèi)型，具體如下：①12=21×32×26，②12=23×31×26。

若是選擇第①種類(lèi)型，存在下列具體問(wèn)題。

在第一變速組處在降速傳動(dòng)情況下，因?yàn)槟Σ岭x合器裝置自身尺寸的制約，要求在Ⅰ軸結(jié)構(gòu)上相應(yīng)齒輪尺寸應(yīng)當(dāng)稍大一些，相應(yīng)的Ⅱ軸結(jié)構(gòu)上相應(yīng)齒輪尺寸需要按照倍數(shù)增加。這會(huì)導(dǎo)致Ⅰ軸與Ⅱ軸所具有的中心距進(jìn)一步增加，同時(shí)Ⅰ軸與Ⅱ軸所具有的中心距同樣會(huì)出現(xiàn)增大問(wèn)題，將導(dǎo)致系統(tǒng)尺寸相對(duì)較大，因此，從實(shí)際情況來(lái)看，此種類(lèi)型是不易采用的。

而選擇第②種類(lèi)型，以上問(wèn)題便能迎刃而解。

1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖

設(shè)計(jì)的車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速具體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

1.5 分配降速比

在對(duì)機(jī)床設(shè)備的主軸部件變速傳動(dòng)過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)防止從動(dòng)齒輪部件的尺寸過(guò)大，這樣能確保變速箱結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)尺寸不至于過(guò)大，通常會(huì)對(duì)降速傳動(dòng)比加以限制，要求其最小值需要滿足[Umin≥1/4]。要想防止傳動(dòng)誤差進(jìn)一步擴(kuò)大化并確保噪音更小，通常會(huì)對(duì)最大升速比值加以限制，要求其最大值需要滿足[Umax≤2]，所以能夠計(jì)算得到傳動(dòng)組對(duì)應(yīng)變速范圍最大值為[r≤umax/umin=8]。

在CA6140型號(hào)車(chē)床設(shè)備中，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)包含了4個(gè)不同的傳動(dòng)組，而其中一組屬于帶傳動(dòng)。依照降速比的具體分配要求，要符合前慢后快這一要求，同時(shí)也要符合摩擦離合器裝置具體的運(yùn)轉(zhuǎn)速率要求，以進(jìn)一步對(duì)不同傳動(dòng)組對(duì)應(yīng)的最小傳動(dòng)比值加以計(jì)算。

CA6140型號(hào)車(chē)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)共設(shè)有4個(gè)傳動(dòng)組，其中有一個(gè)是帶傳動(dòng)。根據(jù)降速比分配應(yīng)“前慢后快”的原則及摩擦離合器的工作速度要求，確定各傳動(dòng)組最小傳動(dòng)比。

系統(tǒng)中總傳動(dòng)比大小為：

[u總=nminn電=31.51 440=145.7=11.4111.1] （2）

[u總=u皮uaminubminucmin] （3）

第一，對(duì)決定軸Ⅲ軸及Ⅳ軸而言，其所擁有的降速傳動(dòng)比對(duì)應(yīng)最小值應(yīng)當(dāng)較主軸結(jié)構(gòu)中齒輪部件降速傳動(dòng)比更大，這樣才可以有效發(fā)揮出飛輪功能。因此，對(duì)變速組結(jié)構(gòu)而言，其所擁有的降速傳動(dòng)比對(duì)應(yīng)最小值應(yīng)當(dāng)選擇極限值1/4，對(duì)應(yīng)公比為[Φ=1.41]，1.414=4。

[ucmin=1?4=11.414] （4）

12=23×31×26 （5）

在最后的一級(jí)中，具體間隔是6級(jí)。

[ucmin=uc2=1?4=14] （6）

[uc1=1?4×?6=?2=1.99] （7）

第二，中間軸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)傳動(dòng)比的計(jì)算，能夠依照先快后慢的原則對(duì)最小傳動(dòng)比進(jìn)一步進(jìn)行計(jì)算，依照基比指數(shù)進(jìn)一步計(jì)算其余傳動(dòng)比的大小。

Ⅱ～Ⅲ～Ⅳ軸所對(duì)應(yīng)的最小傳動(dòng)比大小[uamin≥ubmin≥ucmin]

由于[ucmin=1?4]，則可得：

[ubmin=ub3=1?3=11.413] （8）

[ub1=1?2×?=1?=11.41=0.71] （9）

[ub2=1?3×?=1?2=0.5] （10）

Ⅰ～Ⅱ軸之間進(jìn)行的傳動(dòng)方式屬于升速傳動(dòng)，應(yīng)進(jìn)一步增加齒輪結(jié)構(gòu)外徑值，確保主動(dòng)輪的齒根所擁有直徑大小能夠較離合器裝置的外轂結(jié)構(gòu)尺寸更大。

[uamin=1?2=11.412=12] （11）

[ua1=1?2×?3=?=1.41] （12）

[ua2=uamin=1?2=11.412=12] （13）

所以，能夠計(jì)算得到皮帶輪對(duì)應(yīng)傳動(dòng)比大小是：

[u皮=1?2.1=11.412.1=0.49] （14）

2 軸承的選擇

2.1 一般傳動(dòng)軸上的軸承選擇

在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)的Ⅰ軸結(jié)構(gòu)中傳動(dòng)部件對(duì)應(yīng)外徑尺寸均要較左側(cè)位置處支承孔結(jié)構(gòu)直徑值要小，而且全部是利用深溝球軸承部件，在實(shí)際裝配過(guò)程中希望能夠更加的便捷，有利于對(duì)軸承部件之間的間隙更好地進(jìn)行調(diào)整。Ⅱ軸結(jié)構(gòu)及Ⅲ軸結(jié)構(gòu)中應(yīng)用到的軸承部件，全部是圓錐滾子軸承部件。

2.2 主軸軸承的類(lèi)型

對(duì)于主軸結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)前部軸承部件過(guò)程中，所選用的軸承結(jié)構(gòu)屬于雙列圓柱型滾子軸承部件，在軸承的內(nèi)部孔面上存在一定的錐度，這一錐度恰好與主軸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的錐度相互匹配，軸向方向上的發(fā)生的移動(dòng)屬于內(nèi)圈，筆者設(shè)計(jì)時(shí)將內(nèi)圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行脹大處理，這樣能夠有效避免間隙問(wèn)題及預(yù)緊問(wèn)題，在軸承結(jié)構(gòu)中采用的滾動(dòng)體元件屬于滾子，其可以承載更大的徑向載荷作用，同時(shí)也擁有相對(duì)高轉(zhuǎn)速值，在軸承結(jié)構(gòu)中一共設(shè)置有兩列滾子元件，其排列形式屬于交叉形式，設(shè)置的滾子元件數(shù)量相對(duì)較多，同時(shí)也具有較為優(yōu)良的剛性，溫升相對(duì)而言較低，但由于其承載軸向力作用相對(duì)較差，因此在實(shí)際中應(yīng)當(dāng)和可以承載相對(duì)大軸向作用力的軸承結(jié)構(gòu)一起應(yīng)用，這也使得設(shè)計(jì)的支承部件相對(duì)而言較為復(fù)雜。

3 結(jié)語(yǔ)

CA6140型車(chē)床中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和一般類(lèi)型的機(jī)床及數(shù)控類(lèi)型機(jī)床對(duì)比而言，車(chē)床所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)部件能夠確保機(jī)床加工工藝對(duì)應(yīng)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，還可以顯著降低機(jī)械加工工時(shí)定額，確保車(chē)床加工的效率進(jìn)一步提升，同時(shí)能夠借助配掛齒輪確保擁有不同傳動(dòng)比，使得機(jī)床的適用范圍進(jìn)一步增加。

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