普通車床傳動系統(tǒng)變速機構(gòu)的改進

郁冬

摘 要：本文結(jié)合CA6140車床實例，簡單介紹了CA6140車床的結(jié)構(gòu)組成，分析了機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計要求，針對主傳動系統(tǒng)進行改造設(shè)計，確定了CA6140車床傳動系統(tǒng)軸承部件。

關(guān)鍵詞：車床；傳動系統(tǒng)；變速機構(gòu)；改進

中圖分類號：TG511 文獻標識碼：A 文章編號：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型號機床產(chǎn)品屬于沈陽機床公司早期生產(chǎn)的一款非常典型的產(chǎn)品，在20世紀70年代投入生產(chǎn)，在當(dāng)時我國機械制造行業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛[1]。CA6140型號機床整體的結(jié)構(gòu)非常緊湊，其運行速率相對高、運行效率也非常高，擁有較好的精度，可以實現(xiàn)數(shù)字化的控制。CA6140型號機床擁有經(jīng)濟性、高效性、環(huán)保性等多方面的優(yōu)勢，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)相對復(fù)雜的軸類及盤類零部件產(chǎn)品的實際加工過程中。

1 主傳動系統(tǒng)改造設(shè)計

1.1 傳動形式的確定

采用集中傳動的方式情況下：在設(shè)計的傳動系統(tǒng)中，所有傳動結(jié)構(gòu)及變速機構(gòu)均設(shè)置于相同主軸箱中。

在進行中型機床設(shè)備及大型機床設(shè)備的設(shè)計過程中，更加適宜應(yīng)用此種傳動方式，特別是對CA6140型號機床設(shè)備而言，因為其整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以更加有利于進行集中操控，這樣便能夠有效降低生產(chǎn)成本。但當(dāng)傳動部件實際運轉(zhuǎn)時，會出現(xiàn)一定振動及發(fā)熱問題，這極易導(dǎo)致主軸結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問題，最終會導(dǎo)致工件的加工精度受到影響。

1.2 傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目

在對傳動鏈進行設(shè)計的過程中，選擇方案的原則是在確保達到性能要求基礎(chǔ)上盡可能確保更加經(jīng)濟[2]。符合機床設(shè)備要求的設(shè)計方案不止一種，開展傳動鏈設(shè)計工作過程中，需要結(jié)合經(jīng)濟性這一設(shè)計原則，確保設(shè)計方案為最優(yōu)方案。而通過利用轉(zhuǎn)速圖能夠較好地針對不同方案加以對比分析，同時還能為傳動系統(tǒng)設(shè)計給予一定參考。在對轉(zhuǎn)速圖進行擬定過程中，具體步驟如下。

首先需要設(shè)計相應(yīng)的傳動方案，在該方案中應(yīng)當(dāng)明確傳動具體方式及機床設(shè)備的開啟和停運操作等，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)的傳動及變速形式。

設(shè)計的傳動方案及具體形式在很大程度上會受到系統(tǒng)復(fù)雜情況的影響，同時也會受到設(shè)備性能要求的影響。所以，在進行傳動方案設(shè)計過程中，需要全方位針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行工藝及系統(tǒng)性能等進行考量。

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

因為受到整體結(jié)構(gòu)的制約，通常傳動副數(shù)選用2或者是選用3相對適宜，即對應(yīng)的變速級數(shù)Z屬于2及3對應(yīng)因子，可以得出：

Z=Za×3b （1）

而要想達到12級傳動的目標，設(shè)計的傳動系統(tǒng)中傳動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。

就以上的形式來看，若采用第①種及第②種形式，能夠節(jié)約1根傳動軸部件，但在相同的傳動組中會包含有4個不同的傳動副，如果采用四聯(lián)滑移齒輪，將導(dǎo)致傳動軸尺寸進一步增加。若是采用2個兩聯(lián)滑移齒輪，要求設(shè)計操作機構(gòu)應(yīng)當(dāng)互銷，這樣才能避免不同的滑移齒輪在同一時間內(nèi)進行嚙合，因此，這兩種形式通常不會被采用。

若采用第③種、第④種及第⑤種形式，傳動副具體設(shè)計過程，按照前多后少的原則第③種形式較為適宜，但此時對Ⅰ軸來說在進行換向操作過程中，應(yīng)當(dāng)利用雙向片式摩擦離合裝置，這樣才能保障Ⅰ軸所需的軸向長度相對小一些，也可以保障變速箱結(jié)構(gòu)的尺寸進一步減小。但因為第一傳動組中包含的傳動副數(shù)量應(yīng)當(dāng)少一些，適宜選擇2個傳動副，所以，此次設(shè)計的傳動形式以第④種形式最為適宜，即12=2×3×2。

1.3 傳動系統(tǒng)擴大順序的安排

設(shè)計的傳動形式具體組合為12=2×3×2，對應(yīng)的擴大順序也分為不同類型，具體如下：①12=21×32×26，②12=23×31×26。

若是選擇第①種類型，存在下列具體問題。

在第一變速組處在降速傳動情況下，因為摩擦離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。這會導(dǎo)致Ⅰ軸與Ⅱ軸所具有的中心距進一步增加，同時Ⅰ軸與Ⅱ軸所具有的中心距同樣會出現(xiàn)增大問題，將導(dǎo)致系統(tǒng)尺寸相對較大，因此，從實際情況來看，此種類型是不易采用的。

而選擇第②種類型，以上問題便能迎刃而解。

1.4 繪制轉(zhuǎn)速圖

設(shè)計的車床主傳動系統(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

在對機床設(shè)備的主軸部件變速傳動過程進行設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)防止從動齒輪部件的尺寸過大，這樣能確保變速箱結(jié)構(gòu)對應(yīng)尺寸不至于過大，通常會對降速傳動比加以限制，要求其最小值需要滿足[Umin≥1/4]。要想防止傳動誤差進一步擴大化并確保噪音更小，通常會對最大升速比值加以限制，要求其最大值需要滿足[Umax≤2]，所以能夠計算得到傳動組對應(yīng)變速范圍最大值為[r≤umax/umin=8]。

在CA6140型號車床設(shè)備中，主軸傳動系統(tǒng)包含了4個不同的傳動組，而其中一組屬于帶傳動。依照降速比的具體分配要求，要符合前慢后快這一要求，同時也要符合摩擦離合器裝置具體的運轉(zhuǎn)速率要求，以進一步對不同傳動組對應(yīng)的最小傳動比值加以計算。

CA6140型號車床主軸傳動系統(tǒng)共設(shè)有4個傳動組，其中有一個是帶傳動。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，確定各傳動組最小傳動比。

系統(tǒng)中總傳動比大小為：

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

[u總=u皮uaminubminucmin] （3）

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

[ucmin=1?4=11.414] （4）

12=23×31×26 （5）

在最后的一級中，具體間隔是6級。

[ucmin=uc2=1?4=14] （6）

[uc1=1?4×?6=?2=1.99] （7）

第二，中間軸結(jié)構(gòu)對應(yīng)傳動比的計算，能夠依照先快后慢的原則對最小傳動比進一步進行計算，依照基比指數(shù)進一步計算其余傳動比的大小。

Ⅱ～Ⅲ～Ⅳ軸所對應(yīng)的最小傳動比大小[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軸之間進行的傳動方式屬于升速傳動，應(yīng)進一步增加齒輪結(jié)構(gòu)外徑值，確保主動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，能夠計算得到皮帶輪對應(yīng)傳動比大小是：

[u皮=1?2.1=11.412.1=0.49] （14）

2 軸承的選擇

2.1 一般傳動軸上的軸承選擇

在此次設(shè)計過程中，設(shè)計的Ⅰ軸結(jié)構(gòu)中傳動部件對應(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，在實際裝配過程中希望能夠更加的便捷，有利于對軸承部件之間的間隙更好地進行調(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 主軸軸承的類型

對于主軸結(jié)構(gòu)來說，在設(shè)計前部軸承部件過程中，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)對應(yīng)的錐度相互匹配，軸向方向上的發(fā)生的移動屬于內(nèi)圈，筆者設(shè)計時將內(nèi)圈結(jié)構(gòu)進行脹大處理，這樣能夠有效避免間隙問題及預(yù)緊問題，在軸承結(jié)構(gòu)中采用的滾動體元件屬于滾子，其可以承載更大的徑向載荷作用，同時也擁有相對高轉(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)量相對較多，同時也具有較為優(yōu)良的剛性，溫升相對而言較低，但由于其承載軸向力作用相對較差，因此在實際中應(yīng)當(dāng)和可以承載相對大軸向作用力的軸承結(jié)構(gòu)一起應(yīng)用，這也使得設(shè)計的支承部件相對而言較為復(fù)雜。

3 結(jié)語

CA6140型車床中傳動系統(tǒng)設(shè)計和一般類型的機床及數(shù)控類型機床對比而言，車床所設(shè)計的傳動系統(tǒng)部件能夠確保機床加工工藝對應(yīng)范圍進一步擴大，還可以顯著降低機械加工工時定額，確保車床加工的效率進一步提升，同時能夠借助配掛齒輪確保擁有不同傳動比，使得機床的適用范圍進一步增加。

參考文獻：

[1]安海洋.Z310鉆床變速箱齒輪改造[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（7）：101-102.

[2]郭軍，肖宏松，王雷，等.數(shù)控機床主軸變速齒輪箱換擋互鎖機構(gòu)設(shè)計[J].金屬加工（冷加工），2017（7）：39-40.