普通車床溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 普通車床溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化二班 學(xué) 號(hào) 08102100238 學(xué)生姓名 卜 敏 指導(dǎo)教師 韓興本 2014年 5月普通車床溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：新技術(shù)的迅猛發(fā)展和客觀需求的多樣化，決定了車床要保證加工精度，效率和高度自動(dòng)化，使之能夠很方便的適應(yīng)加工任務(wù)的改變。因此，需要對(duì)車床進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變普通車床的生產(chǎn)效率，壽命短及質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。溜板箱是普通車床的重要組成部分，它的主要作用就是實(shí)現(xiàn)機(jī)床刀架的橫向及縱向進(jìn)給。溜板箱是將絲桿和光桿傳來的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱锇逑涞闹本€運(yùn)動(dòng)并帶刀架

2、進(jìn)給，控制刀架運(yùn)動(dòng)接觸、斷開和換向。本課題是通過對(duì)車床溜板箱系統(tǒng)中傳動(dòng)系統(tǒng)、操作裝置、布局及軸與齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到提升車床溜板箱性能，改善其系統(tǒng)零部件結(jié)構(gòu)，最終能使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最合理、性能最好。關(guān)鍵詞：車床、溜板箱、優(yōu)化設(shè)計(jì)Lathe apron Transmission Optimization DesignAbstract：Diversification of the rapid development of new technologies and the objective needs, determine the lathe to ensure accuracy, effici

3、ency and a high degree of automation, so that it can easily adapt to changes in the processing task. Therefore, the need to improve and optimize the design of the lathe, lathe productivity change, life is short and unstable quality and other issues. Apron is an important part lathe, its main role is

4、 to achieve horizontal and vertical turret machine tool feed. Apron is to screw and rod rotating spiral movement came into linear motion apron with a knife and feed control turret sports contacts, disconnect and commutation. This topic is through the lathe apron transmission system, operating system

5、, and optimizing the layout and design of the shaft gear, to enhance the performance of the lathe apron, improve the structure of its system components, and ultimately make the most of the structural design of products reasonable best performance.Key words： lathes、apron、 design optimization 目錄目錄第1章

6、緒論11.1 普通車床國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2 本文的研究?jī)?nèi)容與目的11.3 本文主要討論問題2第2章 普通車床系統(tǒng)分析32.1車床總體結(jié)構(gòu)分析32.2普通車床傳動(dòng)系統(tǒng)分析4第3章 溜板箱結(jié)構(gòu)分析63.1超越離合器63.2開合螺母機(jī)構(gòu)73.3十字手柄操縱機(jī)構(gòu)83.4過載保護(hù)機(jī)構(gòu)93.5互鎖機(jī)構(gòu)9第4章 溜板箱優(yōu)化設(shè)計(jì)114.1優(yōu)化設(shè)計(jì)理論介紹和總體方案設(shè)計(jì)114.2傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化134.2.1普通車床溜板箱傳動(dòng)分析134.2.2溜板箱傳動(dòng)優(yōu)化144.2.3進(jìn)給量的計(jì)算154.2.4 溜板箱中各齒輪尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算174.2.5 齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)194.2.6 XXV軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)224.3 操作裝置優(yōu)化

7、244.4 溜板箱布局優(yōu)化264.5 其他方面優(yōu)化274.5.1 安全防護(hù)裝置優(yōu)化284.5.2行程控制裝置優(yōu)化29結(jié)束語(yǔ)31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄34第1頁(yè)西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1 普通車床國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)床工具工業(yè)是國(guó)際公認(rèn)的基礎(chǔ)裝備制造業(yè)，是戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的脊柱產(chǎn)業(yè)。建國(guó)60年來，在黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的關(guān)懷下，中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)歷經(jīng)幾代人的拼搏，從無(wú)到有、從小到大，發(fā)生了天翻地覆的變化，如今發(fā)展成為產(chǎn)品布局合理、門類齊全、具有較大經(jīng)濟(jì)規(guī)模和較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力的產(chǎn)業(yè)。中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)用60年的時(shí)間追趕了世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家200余年發(fā)展的歷程，特別是改革開放后取得的舉世

8、矚目的高速發(fā)展。從1949年全國(guó)生產(chǎn)皮帶簡(jiǎn)易機(jī)床1600臺(tái)，發(fā)展到2008年金屬切削機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到61.7萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床12.2萬(wàn)臺(tái)。2008年中國(guó)成為世界第三機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)，機(jī)床出口居世界第六位。根據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)業(yè)與軟件開發(fā)業(yè)快速高效的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也將步入高速發(fā)展的隊(duì)列1。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床起步較晚，已經(jīng)由成長(zhǎng)期漸漸邁入成熟期，數(shù)控機(jī)床作為當(dāng)今社會(huì)制造業(yè)加工業(yè)的重要部分，主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)、國(guó)防制造業(yè)、造船工業(yè)、航天工業(yè)以及機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)等。從整體上講，我國(guó)機(jī)床工業(yè)技術(shù)水平低，重大技術(shù)裝備和關(guān)鍵產(chǎn)品遠(yuǎn)不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)床工業(yè)企業(yè)無(wú)論在產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平還是

9、在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力方面，均存在著階段性差距，而且還有進(jìn)一步拉大的趨勢(shì)。不少企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。一些基礎(chǔ)元器件和零部件的可靠性差，基礎(chǔ)機(jī)床的精度、效率較低。由于國(guó)產(chǎn)機(jī)床的質(zhì)量不能滿足用戶的需求，導(dǎo)致近幾年機(jī)床進(jìn)口驟增，進(jìn)出口逆差巨大，盡管國(guó)內(nèi)機(jī)床市場(chǎng)需求旺盛，但將近一半的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被外商占領(lǐng)了。目前高精尖產(chǎn)品市場(chǎng)被西方發(fā)達(dá)國(guó)家占領(lǐng)，大型、重型和普通機(jī)床市場(chǎng)被俄羅斯占領(lǐng)，普及型數(shù)控機(jī)床臺(tái)灣產(chǎn)品大量涌入。機(jī)床是人類進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的重要工具，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。普通機(jī)床經(jīng)歷了近兩百年的歷史。車床是機(jī)床的一種，使用車床的工人稱為“車工”，在機(jī)械加工行業(yè)中車床被認(rèn)為是所有設(shè)備

10、的工作“母機(jī)”。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，以圓柱體為主，是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車床引伸出來的。我國(guó)的車床工業(yè)，在解放后的50多年時(shí)間里，發(fā)展是很迅速的。我國(guó)的車床產(chǎn)量不斷上升。目前，一般通用車床以基本上滿足我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)的需要，并已有少量出口。我國(guó)生產(chǎn)的車床品種也日趨齊全，現(xiàn)在已經(jīng)具備較高的成套裝備現(xiàn)代化工廠的能力。目前我國(guó)已能生產(chǎn)從小型儀表車床到重型車床的各種各樣車床，也能生產(chǎn)出各種精密的，高自動(dòng)化的，高效率的車床和自動(dòng)線，我國(guó)車床的性能也在逐步提高，一些車床的性能已經(jīng)接近或達(dá)到了世界先進(jìn)水平。1.2 本文的研究

11、內(nèi)容與目的機(jī)械制造工業(yè)對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技發(fā)展有著無(wú)可替代的地位。機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中所起的作用越來越大。一方面，我國(guó)目前處于工業(yè)化中期過渡階段，機(jī)械、電子、運(yùn)輸、工程等一批以輕、重工業(yè)為基礎(chǔ)支撐的行業(yè)在市場(chǎng)上正在快速增長(zhǎng)，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)將會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2010 年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床全年增加 239 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) 56%，自 2005年以來，五年間數(shù)控機(jī)床年均增長(zhǎng)率為 30.2%。雖然機(jī)床數(shù)量在迅速增加，但仍難彌補(bǔ)企業(yè)需求的缺口，然而從國(guó)外購(gòu)置新型數(shù)控車床的價(jià)格又頗為昂貴，普通企業(yè)根本無(wú)法負(fù)擔(dān)。另一方面，國(guó)內(nèi)普通機(jī)床長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)作使用，同時(shí)又缺乏保養(yǎng)維修，使機(jī)床造成磨

12、損損壞，精度與工作效率受到嚴(yán)重影響。更有一大批車床都已經(jīng)超過其服役年限，甚至有不少企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)了一大批淘汰的老舊機(jī)床1。雖然一部分還能滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求，但大部分因缺少備件配件、相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等因素，造成了廉價(jià)購(gòu)進(jìn)卻只能閑置不能發(fā)揮其應(yīng)有作用的尷尬局面。 綜合上述問題，需要對(duì)普通車床進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變普通車床的生產(chǎn)效率，壽命短及質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。溜板箱是普通車床的重要組成部分，它的主要作用就是實(shí)現(xiàn)機(jī)床刀架的橫向及縱向進(jìn)給2。溜板箱是將絲桿和光桿傳來的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱锇逑涞闹本€運(yùn)動(dòng)并帶刀架進(jìn)給，控制刀架運(yùn)動(dòng)接觸、斷開和換向。本文針對(duì)溜板箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)更合理，成本更低，操作更簡(jiǎn)

13、單。1.3 本文主要討論問題普通車床的傳動(dòng)主要分為主傳動(dòng)，進(jìn)給傳動(dòng)和刀架移動(dòng)傳動(dòng)。溜板箱與進(jìn)給傳動(dòng)和刀架移動(dòng)傳動(dòng)都有關(guān)聯(lián)，是車床能夠進(jìn)行正常工作的重要部件。溜板箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，包含縱向和橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其反正向機(jī)構(gòu)、開合螺母機(jī)構(gòu)、快速移動(dòng)機(jī)構(gòu)、單向超越離合器、操縱機(jī)構(gòu)、手動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、讀數(shù)機(jī)構(gòu)、過載保護(hù)機(jī)構(gòu)、碰停機(jī)構(gòu)及連鎖機(jī)構(gòu)等2。本文涉及溜板箱的整體優(yōu)化，根據(jù)溜板箱的傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，主要對(duì)溜板箱的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)其整體布局，操作裝置，安全保護(hù)裝置及行程控制裝置進(jìn)行了必要的優(yōu)化。第 34 頁(yè)第2章 普通車床系統(tǒng)分析車床是目前機(jī)械制造業(yè)中使用最廣泛的一類金屬切削機(jī)床

14、，約占金屬切削機(jī)床總臺(tái)數(shù)的2030。它的類型很多，按其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可分為以下幾類：臥式車床；立式車床；轉(zhuǎn)塔車床；多刀車床；仿形車床；單軸自動(dòng)車床；多軸自動(dòng)車床，多軸半白動(dòng)車床；間輪車床、曲軸車床、凸輪棚車床；其他車床等。在大批量生產(chǎn)的工廠中還有各種各樣的專用車床。2.1車床總體結(jié)構(gòu)分析大多數(shù)臥式車床相似，主軸水平布置，以便于加工細(xì)長(zhǎng)的軸形工件。車床的主要組成部分及其相互位置如圖21所示。圖2.1普通車床外形圖(1)床身1 床身固定在空心的前床腿8和后床腿9上。床身上安裝和連接著機(jī)床的各主要部件，并帶有導(dǎo)軌，能夠保證各部件之間準(zhǔn)確的相對(duì)位置和移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)軌跡。(2)主軸箱2 主軸箱是車床

15、最重要的部件之一，裝有主鈾及變速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的箱形部件。它支承并傳動(dòng)主軸，通過卡盤等裝夾工件，使主韌帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。(3)床鞍3和刀架4 床鞍的底面有導(dǎo)軌，可沿床身上相配的導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，其頂部安裝有刀架。刀架用于裝夾刀具，是實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的工作部件。刀架6JL層組成，以實(shí)現(xiàn)縱向、橫向和斜向運(yùn)動(dòng)。(4)進(jìn)給箱5進(jìn)給箱固定在床身的左前側(cè)，內(nèi)部裝有道給變換機(jī)構(gòu)，用于改變被加工螺紋的導(dǎo)程或機(jī)動(dòng)進(jìn)給的進(jìn)給量，以及加工不同種類螺紋的變換。(5)溜板箱6 溜板箱同定在床鞍的底部，是一個(gè)驅(qū)動(dòng)刀架移動(dòng)的傳動(dòng)箱，它把進(jìn)給箱傳來的運(yùn)動(dòng)再傳給刀架，實(shí)現(xiàn)縱向和橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)或車螺紋。溜板箱上裝有

16、各種操縱手柄和按鈕。(6)尾座7 尾座安裝在床身尾部相配導(dǎo)軌的另一組導(dǎo)軌上，用手推動(dòng)可縱向調(diào)整位置，并可固定在床身上。它用于安裝頂尖，以支承細(xì)長(zhǎng)工件，或安漿鉆頭和鉸刀等孔加工刀具。2.2普通車床傳動(dòng)系統(tǒng)分析為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工過程中所需的各種運(yùn)動(dòng)，機(jī)床必須具有動(dòng)力源、執(zhí)行件和傳動(dòng)裝置3個(gè)基本部分3。1.動(dòng)力源。動(dòng)力源是提供動(dòng)力的裝置，如各種電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的主要來源。普通機(jī)床常用三相異班交流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，數(shù)控機(jī)床常用直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。2.執(zhí)行件。執(zhí)行件是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的部件，如主軸、刀架以及工作臺(tái)等成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，并保持準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。3.傳動(dòng)

17、裝置。傳動(dòng)裝置是傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置，通過它把動(dòng)力源的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行件或把一個(gè)執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)傳遞給另一個(gè)執(zhí)行件。傳動(dòng)裝置通常還包括用來改變傳動(dòng)比、改變運(yùn)動(dòng)方向和改變運(yùn)動(dòng)形式(從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng))等的機(jī)構(gòu)。動(dòng)力源傳動(dòng)裝置執(zhí)行件或執(zhí)行件傳動(dòng)裝置執(zhí)行件構(gòu)成了傳動(dòng)聯(lián)系。如圖2.2為普通車床傳動(dòng)系統(tǒng)框圖。圖2.2 普通車床傳動(dòng)系統(tǒng)框圖普通車床的運(yùn)動(dòng)分為：(1)工件的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)：是機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)切削最基本的運(yùn)動(dòng)。它的特點(diǎn)是速度較高及消耗的動(dòng)力較多。它的計(jì)算單位常用主軸轉(zhuǎn)速n(rmin)表示。它的功用是使刀具與工件間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。(2)刀具的移動(dòng)：是機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它的持點(diǎn)是速度較低及消耗的動(dòng)力較少。

18、它的計(jì)算單位常用進(jìn)給量f(mmr)表示、即主釉每轉(zhuǎn)的刀架移動(dòng)距離。它的功用是使毛坯上新的金屬層被不斷地投入切削，以便切削出整個(gè)加工表面。(3)切入運(yùn)動(dòng)：通常與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相垂直，一般內(nèi)由工人用手移動(dòng)刀把來完成。它的功用是將毛坯加丁到所需要的尺寸。(4)輔助運(yùn)動(dòng)：刀具與工件除工作運(yùn)動(dòng)以外，還要具有刀架縱向及橫向快速移動(dòng)等功能，以便實(shí)現(xiàn)快速趨近或返回。普通臥式車床的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2.3所示。一般分為主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，刀架快速移動(dòng)傳動(dòng)鏈4。圖2.3 普通車床傳動(dòng)系統(tǒng)圖1.主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩末端件是主電機(jī)和主軸，它的功能是把動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并

19、滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。2.進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)刀具縱向或橫向移動(dòng)的傳動(dòng)鏈。臥式車床在切削螺紋時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)莾?nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，主軸轉(zhuǎn)一周，刀架的移動(dòng)量應(yīng)等于螺紋導(dǎo)程。在切削圓柱面和端面時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)峭饴?lián)傳動(dòng)鏈，進(jìn)給量也是以工件每轉(zhuǎn)刀架的移動(dòng)量來計(jì)算的。3.刀架快速移動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)菫榱藴p輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及縮短輔助運(yùn)動(dòng)時(shí)間。如圖2.3是普通臥式車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力，經(jīng)變速箱通過帶傳 動(dòng)傳給主軸，更換變速箱和主軸箱外的手柄位置，得到不同的齒輪組嚙合，從而得到不同的主軸轉(zhuǎn)速。主軸通過卡盤帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通 過換向機(jī)構(gòu)、交換齒輪、進(jìn)給箱、光杠（或絲杠）傳給溜板箱，使

20、溜板箱帶動(dòng)刀架沿床身作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。第3章 溜板箱結(jié)構(gòu)分析溜板箱內(nèi)的主要結(jié)構(gòu)有縱向和橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其反正向機(jī)構(gòu)、開合螺母機(jī)構(gòu)、快速移動(dòng)機(jī)構(gòu)、單向超越離合器、操縱機(jī)構(gòu)、手動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、讀數(shù)機(jī)構(gòu)、過載保護(hù)機(jī)構(gòu)、碰停機(jī)構(gòu)及連鎖機(jī)構(gòu)等。溜板箱上的操縱手柄有：開合螺母手柄用于開合螺母操作，合上螺母可加工螺紋，支開螺母可普通進(jìn)給；十字操縱手柄用于操縱刀架的機(jī)動(dòng)進(jìn)給方向；大手輪用于控制床鞍的手動(dòng)縱向移動(dòng)。為操縱方便，溜板箱的右下方也裝有主軸換向操縱手柄。溜板箱結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。（a）(b)圖3.1 溜板箱結(jié)構(gòu)圖3.1超越離合器機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)，光杠運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪傳動(dòng)使蝸桿軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架快移時(shí)，快移電動(dòng)機(jī)的

21、運(yùn)動(dòng)經(jīng)一對(duì)齒輪直接傳給蝸桿軸X別，使之快速轉(zhuǎn)動(dòng)，假若沒有適當(dāng)?shù)拇胧?，使這兩種不同轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)同時(shí)傳到一根軸上，由于運(yùn)動(dòng)干涉就會(huì)損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為此采用了單向超越離合器。單向超越離合器由5種零件組成，如圖3.2所示，它們分別為：外面的齒輪套27、中間的星輪(或星形體)26、3個(gè)滾柱29、頂銷32和彈簧33。平時(shí)在彈簧、頂銷的作用下，滾柱停在楔縫中。機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)，由于齒輪套逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使?jié)L柱在楔縫中越擠越緊，即摩擦力作用使之自鎖，從而帶動(dòng)星輪并使蝸桿軸一起慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。如同時(shí)又接通快移電動(dòng)機(jī)，星輪就隨蝸桿軸立接進(jìn)行逆時(shí)針快速轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樗三X輪套的轉(zhuǎn)速高，迫使?jié)L柱從楔縫中滾出，則齒輪套的慢速轉(zhuǎn)動(dòng)便不能傳給星輪，

22、即斷開了慢速機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)快移電動(dòng)機(jī)一停止，如前所述又可恢復(fù)蝸桿軸的慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，即進(jìn)行機(jī)動(dòng)進(jìn)給。圖3.2 超越離合器單向超越離合器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單緊湊、使用方便、工作可靠。裝配和使用時(shí)應(yīng)注意轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如齒輪套轉(zhuǎn)向反了(主軸箱手柄位于左螺紋位置)，則會(huì)出現(xiàn)光杠空轉(zhuǎn)而溜板箱不動(dòng)的現(xiàn)象，這是因?yàn)辇X輪套具有單向“超越”性能，不能帶動(dòng)星輪。如果星輪轉(zhuǎn)向反了(快移電動(dòng)機(jī)接線錯(cuò)誤)，則它不起超越離合器作用，甚至要損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或快移電動(dòng)機(jī)5。3.2開合螺母機(jī)構(gòu)開合螺母機(jī)構(gòu)的功用是接通或斷開由絲杠傳來的運(yùn)動(dòng)。車削螺紋時(shí)，合上開合螺母，絲杠即通過開合螺母帶動(dòng)溜板箱和刀架縱向移動(dòng)。普通車削時(shí)，必須打開開合螺母。圖3.3

23、 開合螺母剖視圖如圖3.3所示，開合螺母由上、下兩個(gè)半螺母組成，兩個(gè)半螺母各帶一個(gè)銷柱，分別插在盤形凸輪的兩條曲線槽中。壓下或撿起操縱手柄，使凸輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，其曲線槽可使上、下半螺母合上或打開。兩半螺母沿溜板箱箱體的燕尾形導(dǎo)軌上下移動(dòng)，用以保證螺母與絲杠的正確嚙合位置，導(dǎo)軌的間隙靠鑲條調(diào)整。凸輪曲線槽有自鎖性能，即當(dāng)合上開合螺母后，不再繼續(xù)加力，開合螺母的銷柱也不會(huì)白行脫開那段曲線，以保證工作可靠。螺母閉合的位置要適當(dāng)，與絲杠的嚙合間隙不可過大或過小，可用螺釘調(diào)整限位銷釘?shù)纳斐鲩L(zhǎng)度來加以控制6。3.3十字手柄操縱機(jī)構(gòu)該操縱機(jī)構(gòu)可操縱刀架縱向、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)的正反向。位于溜板箱右部的操縱手

24、柄可在十字槽中向左右、前后方向扳動(dòng)(避免同時(shí)接通縱向和橫向運(yùn)動(dòng))，控制刀架的左移、有移、前移和后移，手柄頂端的點(diǎn)動(dòng)按鈕可啟動(dòng)刀架的快移，是一個(gè)形象化的單手柄集中操縱機(jī)構(gòu)，使用方便。如圖3.4所示是溜板箱操縱機(jī)構(gòu)的立體圖。手柄l在小間位置時(shí)，刀架不移動(dòng)。若手柄1向左或向有扳動(dòng)時(shí)，使操縱軸3向右或向左移動(dòng)，通過杠桿7和推桿8，使鼓形凸輪9轉(zhuǎn)動(dòng)，由于凸輪曲線槽的作用，使撥叉10隨軸移動(dòng)，因此可操縱齒形離合器M6向后或向前滑移，接通縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈，使刀架向左移動(dòng)或向有移動(dòng)。當(dāng)手柄1向前或向后扳動(dòng)時(shí)，可通過軸14使鼓形凸輪13轉(zhuǎn)動(dòng)(此時(shí)操縱軸3不動(dòng))，凸輪13上的棉線槽迫使杠桿12擺動(dòng)，通過撥叉11

25、可操縱齒形離合器M7向前或向后泄移，接通橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈，使刀架向前移動(dòng)或向后移動(dòng)。圖3.4溜板箱操縱機(jī)構(gòu)立體圖當(dāng)縱向和橫向某一運(yùn)動(dòng)接通時(shí)，按下手柄1上端的快速移動(dòng)按鈕，快壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，刀架就可以間相應(yīng)方向快速移動(dòng)，育到松開快速移動(dòng)按鈕時(shí)為止。為了避免同時(shí)接通縱向和橫向運(yùn)動(dòng)，在蓋2上開有十字形槽以限制手柄l的位置，他它不能同時(shí)接通縱向和橫向運(yùn)動(dòng)7。3.4過載保護(hù)機(jī)構(gòu)在機(jī)動(dòng)進(jìn)給過程中，當(dāng)進(jìn)給力過大或刀架移動(dòng)受到阻礙時(shí)，為了避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到損壞，需要設(shè)置過載保護(hù)裝置，以便使刀架在過載時(shí)自動(dòng)停止進(jìn)給。如圖3.5所示，該機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)端面凸輪式結(jié)合子組成的，屬于一種安全離合器。左邊結(jié)合子25與超越離合

26、器的星輪固定在一起，并空套在蝸桿軸上；右邊結(jié)合子24裝在蝸桿鈾的花鍵部位上，能在軸上滑移，靠彈簧力使之與左結(jié)合子緊貼在一起。安全離合器的工作原理如圖3.5所示，在正常機(jī)動(dòng)進(jìn)給肘，運(yùn)動(dòng)由超越離合器和左結(jié)合子25，靠端面凸輪帶動(dòng)右結(jié)合子24，使蝸桿軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)過載情況時(shí)，蝸桿軸的轉(zhuǎn)矩大增并超過許用值，左結(jié)合子25所傳遞的轉(zhuǎn)矩也隨之增大，以致在結(jié)合子凸輪端面處產(chǎn)生的軸向推力超過彈簧23的壓力，則推開有結(jié)合子24。此時(shí)，左結(jié)合子25繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而右結(jié)合子24卻不能被帶動(dòng)，在凸輪端四處打滑，因而斷開傳動(dòng)，刀架停止移動(dòng)。當(dāng)過載現(xiàn)象消除后，安全離合器又恢復(fù)到原先的正常狀態(tài)。圖3.5 安全離合器工作原理機(jī)

27、床許用的最大進(jìn)給力由彈簧力的大小來限定?？赏ㄟ^蝸桿軸左端的螺母調(diào)整。蝸桿軸兩端的圓錐滾子軸承均于承受徑向力和軸向力，而左端的推力球軸承是在過載打滑時(shí)起作用。過載保護(hù)機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。但結(jié)合了端而的磨損較大，過載保護(hù)性能本夠靈敏8。3.5互鎖機(jī)構(gòu)操縱車床時(shí)。合上開合螺母后，不允許內(nèi)接通進(jìn)給機(jī)動(dòng)系統(tǒng)；反之，接通機(jī)動(dòng)進(jìn)給后，就不允許再合上開合螺母。否則，溜板箱同時(shí)接通機(jī)動(dòng)進(jìn)給和升合螺母，就會(huì)損壞傳動(dòng)件和造成安全事故。因此，開合螺母手柄和十字操縱手柄之間，必須互相制約而不能同時(shí)動(dòng)作，故采用了互鎖機(jī)構(gòu)(又稱連鎖機(jī)構(gòu))?；ユi機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。加工、裝配比較困難，但工作比較可靠。互鎖機(jī)構(gòu)的原理圖如圖3

28、.6所示，圖3.6(a)所示為中間位置，這時(shí)機(jī)動(dòng)進(jìn)給末接通，開合螺母也處于脫開狀態(tài)，此時(shí)可任意壓下開合螺母手柄15或者扳動(dòng)十字操縱手柄。圖3.6 (b)所示為已壓下開合螺母手柄的情況，手柄軸4轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，它上面的凸肩旋入操縱軸14的槽中，卡住軸14，使其不得轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，凸肩又將銷子5壓進(jìn)操縱軸3的孔中，由于銷子5的另一半還留在固定套16里，故能卡住軸3不能軸向移動(dòng)(此時(shí)軸3的柱銷6被壓縮)。由此可見，合上開合螺母后，十字操縱手柄就被鎖住而不能扳動(dòng)，即可避免再接通機(jī)動(dòng)進(jìn)給。圖3.6 (c)所示為十字操縱手柄1向左(或向右)扳動(dòng)接通縱向進(jìn)給后，操縱軸3向由移動(dòng)，其上的圓孔隨之移開，此時(shí)開合螺

29、母手柄不能壓下，這是因?yàn)殇N子5被軸3頂住，不能下移，它的上面又卡在軸4凸肩的V形槽里，故能鎖住軸4，使其不得轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.6 (d)所示為十字操作手柄1向前(或向后)扳動(dòng)接通橫向進(jìn)給時(shí)，因操縱軸14轉(zhuǎn)動(dòng)，其上的長(zhǎng)槽隨之轉(zhuǎn)開，此時(shí)開合螺母手柄也不能壓下，這是因?yàn)檩S4上的凸肩被軸14頂住而不得轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢?，十字操縱手柄1動(dòng)作后，開合螺母手柄也被鎖住而不能扳動(dòng)，即可避免再接通螺紋系統(tǒng)9。圖3.6互鎖機(jī)構(gòu)的工作原理圖第4章 溜板箱優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1優(yōu)化設(shè)計(jì)理論介紹和總體方案設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化要求發(fā)展起來的一門科學(xué)，從優(yōu)化內(nèi)容上分，它包括機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)和形狀的優(yōu)化設(shè)

30、計(jì)等諸多方面。其目的是通過優(yōu)化方法確定機(jī)構(gòu)、零件、件乃至整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的最佳參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸，從而使機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到最佳性能。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有很多，針對(duì)不同的情況，可以對(duì)優(yōu)化的方法做如下的分類：1)按目標(biāo)函數(shù)的多少，可分為單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 。2)按維數(shù)可分為一維優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和多維優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。3)按約束情況可分為無(wú)約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。4)按尋優(yōu)途徑可分為數(shù)值法、圖解法、實(shí)驗(yàn)法和情況研究法。5)按優(yōu)化設(shè)計(jì)問題能否用數(shù)學(xué)模型表達(dá)可分為能用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的尋優(yōu)方法與不能用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的尋優(yōu)方法。優(yōu)化過程中設(shè)計(jì)的優(yōu)化三要素包括:1） 設(shè)計(jì)變量：設(shè)計(jì)變量是指在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行

31、選擇并最終必須確定的各項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)，在優(yōu)化過程中，這些參數(shù)就是自變量，一旦設(shè)計(jì)變量全部確定，設(shè)計(jì)方案也就完全確定了。設(shè)計(jì)變量的數(shù)目確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的維數(shù)，設(shè)計(jì)變量數(shù)目越多，設(shè)計(jì)空間的維數(shù)越大。優(yōu)化設(shè)計(jì)工作越復(fù)雜，同時(shí)效益也越顯著，因此在選擇設(shè)計(jì)變量時(shí)。必須兼顧優(yōu)化效果的顯著性和優(yōu)化過程的復(fù)雜性。2） 約束條件：約束條件是設(shè)計(jì)變量間或設(shè)計(jì)變量本身應(yīng)該遵循的限制條件，按表達(dá)方式可分為等式約束和不等式約束。按性質(zhì)分為性能約束和邊界約束，按作用可分為起作用約束和不起作用約束。針對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型要素的不同情況，可將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分類如下。約束條件的形式有顯約束和隱約束兩種，前者是對(duì)某個(gè)或某組設(shè)計(jì)變量的直接

32、限制，后者則是對(duì)某個(gè)或某組變量的間接限制。等式約束對(duì)設(shè)計(jì)變量的約束嚴(yán)格，起著降低設(shè)計(jì)變量自由度的作用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程就是在設(shè)計(jì)變量的允許范圍內(nèi)，找出一組優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量值，使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。3） 目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)反映設(shè)計(jì)變量間的相互關(guān)系，可以直接用來評(píng)價(jià)方案的好壞。根據(jù)其個(gè)數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)間題可分為單目標(biāo)優(yōu)化問題和多目標(biāo)優(yōu)化問題。在優(yōu)化問題中，按照目標(biāo)函數(shù)的數(shù)目，可以分為單目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化問題和多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化問題。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，最常見的是多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，一般而言，目標(biāo)函數(shù)越多，設(shè)計(jì)的綜合效果越好，但問題求解越復(fù)雜。在實(shí)際的設(shè)計(jì)問題中，常常會(huì)遇到在多目標(biāo)函數(shù)的某些目標(biāo)之間存在矛盾的情況，這就要

33、求設(shè)計(jì)者正確處理各目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)這類多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題的研究，至今還沒有單目標(biāo)函數(shù)那樣成熟，但有時(shí)可用一個(gè)目標(biāo)函數(shù)表示若干個(gè)所需追求目標(biāo)的加權(quán)和，從而把多目標(biāo)函數(shù)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)問題進(jìn)行求解。這時(shí)必須引入加權(quán)因子的概念，以平衡各項(xiàng)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性，以及它們?cè)诹烤V和量級(jí)上的差異。對(duì)于選定好的若干優(yōu)化方案，需要給出各個(gè)方案的優(yōu)劣，為確定不同方案之間的優(yōu)劣，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考量。1)可靠性：指在合理精度要求下 ,在一定時(shí)間內(nèi)求解各種不同類型問題的成功率 2)精 度：在保證功能的情況下，求取的各參數(shù)是收斂到了允許的誤差范圍。3)效 率：指對(duì)同一問題、統(tǒng)一精度要求和同一初始點(diǎn)的情

34、況下，所需的機(jī)時(shí)數(shù)或函數(shù)求值次數(shù) ，即相同條件下的計(jì)算成本。計(jì)算效率是影響計(jì)算成功主要因素之一 4)通用性：指是否有對(duì)函數(shù)性態(tài)的限制，占用內(nèi)存的限制等，方法的使用范圍及其對(duì)各類優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的適用性5)穩(wěn)定性：指方法的求解穩(wěn)定性6)全局收斂：指方法是否會(huì)陷入局部最優(yōu)。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的適應(yīng)性和收斂性影響計(jì)算效率，對(duì)整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要影響。實(shí)踐證明任何一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都不可能在計(jì)算全過程中均保持較好的收斂性7)初始條件敏感性：指初始條件對(duì)能否收斂到最優(yōu)的影響程度。如果即使從一個(gè)不好的初始點(diǎn)出發(fā)也能夠收斂到最優(yōu)解，則說明其初始條件敏感性低8)多變量敏感性：指設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)即維數(shù)的敏感程度，特別是對(duì)于直

35、接法求解的優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)變量過多將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算工作量加大，計(jì)算精度降低。9)約束敏感性：指對(duì)約束條件多少的敏感程度。約束條件過多導(dǎo)致設(shè)計(jì)空間減小，多變量敏感性加大，使計(jì)算過程的穩(wěn)定性降低本文在上述基本理論的要求下，對(duì)溜板箱的傳動(dòng)系統(tǒng)、操作裝置、布局、安全防護(hù)，行程控制等方面開展優(yōu)化。溜板箱優(yōu)化 傳動(dòng)優(yōu)化 操作裝置設(shè)計(jì) 布局設(shè)計(jì) 軸與齒輪優(yōu)化 其他設(shè)計(jì) 圖4.1 溜板箱優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖4.2傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化4.2.1普通車床溜板箱傳動(dòng)分析溜板箱的主要作用是將進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或快速電機(jī)傳給拖板和刀架，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向及正，反向機(jī)動(dòng)進(jìn)給或快速移動(dòng)。下圖為機(jī)床溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖，在圖4.2中，由于蝸桿6被傳動(dòng)系統(tǒng)的

36、其它零件遮蓋了，因此將它連同軸XXII，XXI，XX一起向左移出，以表示清楚。蝸桿7在移出圖上仍假想畫上，以便看清楚它與蝸桿的嚙合關(guān)系。圖4.2 溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)圖4.2，下面對(duì)溜板箱的機(jī)動(dòng)縱，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，手動(dòng)縱，橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及刀架的快速移動(dòng)的傳動(dòng)路線進(jìn)行介紹：（1）機(jī)動(dòng)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由光桿XX把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)傳入后經(jīng)齒輪副36/32和32/56，單向超越和離合器M8傳動(dòng)到軸XXII，由蝸桿和蝸輪副4/29傳到軸XXIII。撥動(dòng)牙嵌式離合器M6向前合上時(shí)，運(yùn)動(dòng)由齒輪副40/30和30/48經(jīng)過軸XXVII傳到軸XXIV，再經(jīng)過齒輪副28/80傳給軸XXV。該軸后面的小齒輪8與固定在床身的

37、齒條9嚙合，小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就使溜板箱帶動(dòng)刀架獲得向左的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)M6向后合上，運(yùn)動(dòng)由軸XXIII經(jīng)齒輪副40/48傳到軸XXIV，然后與上訴同樣路線，最后帶動(dòng)刀架獲得向右的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（2）機(jī)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)由光杠XX傳到軸XXIII以后，當(dāng)離合器M7向后合上時(shí)，運(yùn)動(dòng)由齒輪副40/48傳到軸XXVIII，再經(jīng)過齒輪副48/48和59/18傳動(dòng)橫向進(jìn)給絲杠XXX，從而使橫向拖板作向前的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)M7向上合上時(shí)，運(yùn)動(dòng)由軸XXIII經(jīng)齒輪副40/30和30/48經(jīng)過軸XXVII傳到軸XXVIII，然后與上述同樣路線使拖板作向后的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（3）手動(dòng)縱，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪1，經(jīng)過

38、齒輪副17/80傳動(dòng)軸XXV獲得縱向手動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)橫向進(jìn)給手輪，帶動(dòng)橫向進(jìn)給絲杠XXX轉(zhuǎn)動(dòng)，而獲得橫向手動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（4）刀架的快速移動(dòng) 刀架的快速移動(dòng)是使刀具快速接近或離開工件，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和縮短輔助時(shí)間。當(dāng)需要快速移動(dòng)時(shí)，接通快速電機(jī)（370瓦，2600轉(zhuǎn)/分），經(jīng)齒輪副13/29傳到軸XXII，由蝸桿副4/29可分別傳到刀架而獲得快速縱向移動(dòng)或橫向移動(dòng)。（5）縱向移動(dòng)刻度盤 縱向移動(dòng)刻度盤是用于記載刀架及溜板箱的縱向移動(dòng)量，它套裝在縱向移動(dòng)手輪軸XXVI的外面。當(dāng)?shù)都芸v向移動(dòng)時(shí)，軸XXV也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，于是經(jīng)齒輪副33/39及39/105傳動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)齒輪的刻度盤體5，靠螺釘2和彈子

39、帶動(dòng)刻度盤3轉(zhuǎn)動(dòng)。松開螺釘2，則刻度盤的鎖緊裝置松開，即可調(diào)整刻度盤的周向位置，調(diào)整好后，再用螺釘2緊固?？潭缺P每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車床按縱向移動(dòng)300mm，刻度盤圓周上共有300格，每格移動(dòng)量為1mm。4.2.2溜板箱傳動(dòng)優(yōu)化根據(jù)4.1.1分析的普通車床溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)分析，可以看到傳動(dòng)路線復(fù)雜，且操作也不易，在保證功能的前提下，對(duì)普通車床溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)作出優(yōu)化改造，如圖4.3所示，以下傳動(dòng)路線簡(jiǎn)單，同時(shí)保證功能，降低了成本，同時(shí)使車工在使用操作更簡(jiǎn)化。根據(jù)圖4.3，下面對(duì)優(yōu)化后的溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)的縱，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)路線進(jìn)行介紹：（1）機(jī)動(dòng)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由光桿把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)傳入后經(jīng)齒輪副33/89傳至蝸

40、桿和蝸輪副1/45，此時(shí)滑移齒輪副46/29斷開且撥動(dòng)牙嵌式離合器閉合，由蝸桿和蝸輪副1/45經(jīng)撥動(dòng)牙嵌式離合器傳至齒輪副21/76，由齒輪76軸帶動(dòng)16x2齒輪在齒條上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)溜板箱大拖板在車床縱向?qū)к壍囊苿?dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（2）手動(dòng)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)大手輪，帶動(dòng)齒輪副21/76轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)滑移齒輪副76/21斷開，由齒輪76軸帶動(dòng)16x2齒輪在齒條上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)溜板箱大拖板在車床縱向?qū)к壍囊苿?dòng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（3）機(jī)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由光桿把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)傳入后經(jīng)齒輪副33/89傳至蝸桿和蝸輪副1/45，此時(shí)滑移齒輪副46/29嚙合且撥動(dòng)牙嵌式離合器分離，由蝸桿和蝸輪副1/45經(jīng)齒輪

41、副46/29和齒輪副29/16帶動(dòng)橫向進(jìn)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)中拖板沿溜板箱上的導(dǎo)軌移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（4）手動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)小手輪，帶動(dòng)橫向進(jìn)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)溜板箱大拖板在車床橫向?qū)к壍囊苿?dòng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖4.3 溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化示意圖4.2.3進(jìn)給量的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)米制螺紋導(dǎo)程的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見表4-1：表4-1 標(biāo)準(zhǔn)米制螺紋導(dǎo)程的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)11.251.51.7522.252.533.544.555.56789101112可以看出，表中每一行都是按等差數(shù)列排列的，行與行之間成倍數(shù)關(guān)系。以車削米制螺紋為例，通過擴(kuò)大螺紋倍數(shù)，可以使標(biāo)準(zhǔn)螺紋導(dǎo)程最大值增大到192mm，擴(kuò)大倍數(shù)，基本組傳動(dòng)比，

42、增倍組傳動(dòng)比，擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程關(guān)系如下表4-2：表4-2 擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程關(guān)系擴(kuò)大倍數(shù)4 84 88增倍組傳動(dòng)比1/2 1/41 1/21基本組傳動(dòng)比導(dǎo)程6.5/77/71428568/71632649/71836729.5/710/720408011/722448812/7244896增倍組齒輪副為： i=18/45×15/48=1/8 i=28/35×15/48=1/4 i=18/45×35/28=1/2 i=28/35×35/28=1進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈為：主軸- （變向機(jī)構(gòu)） （交換齒輪）-光杠- （增倍機(jī)構(gòu)）-1.縱向進(jìn)給量當(dāng)運(yùn)動(dòng)由主軸經(jīng)正常導(dǎo)程的米制螺紋

43、傳動(dòng)時(shí)，可獲得正常的僅給量。這時(shí)運(yùn)動(dòng)平衡式子為：根據(jù)上式改變就可以得到從縱向進(jìn)給量S=0.011-3.6的所有正常進(jìn)給量。運(yùn)動(dòng)由主軸經(jīng)正常導(dǎo)程的英制螺紋傳動(dòng)路線時(shí)，就可以得到較大的縱向進(jìn)給量。運(yùn)動(dòng)經(jīng)由擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程機(jī)構(gòu)及英制螺紋傳動(dòng)路線，且主軸處于低轉(zhuǎn)速級(jí)時(shí)就可以獲得所有加大進(jìn)給量。運(yùn)動(dòng)經(jīng)由擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程機(jī)構(gòu)及米制螺紋傳動(dòng)路線，且主軸處于高轉(zhuǎn)速級(jí)時(shí)，調(diào)整就可以獲得各種細(xì)進(jìn)給量。2.橫向進(jìn)給量橫向進(jìn)給量的計(jì)算，除在溜板箱中的傳動(dòng)不同外，其余傳動(dòng)路線與縱向進(jìn)給量計(jì)算方法下同，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平衡式為：根據(jù)上式可以算出縱向進(jìn)給量確定后對(duì)應(yīng)的橫向進(jìn)給量，其中縱向傳動(dòng)絲杠導(dǎo)程為6mm，而橫向傳動(dòng)絲杠導(dǎo)程為4mm

44、。4.2.4 溜板箱中各齒輪尺寸設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)傳入動(dòng)力的順序依次計(jì)算各齒輪的尺寸同時(shí)定出模數(shù)。動(dòng)力由光杠經(jīng)齒輪副33/89傳入到蝸桿。由于本課題的優(yōu)化工作只是將已有的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，溜板箱中各齒輪還是按機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)10中的相關(guān)齒輪取相關(guān)參數(shù)。齒輪的厚度或齒寬b(612)m，取b10m11。 Ha*=1 C*=0.25 Z33取模數(shù)為1.5： d=mz=50 （式4.1） Da=(z+2ha*)m=52.5 （式4.2） Df=(z-2ha*-2c*)m=40.75 （式4.3）Z89取模數(shù)為1.5： d=mz=134 Da=(z+2ha*)m=136.5 Df=(z-2ha*-2c*)m=129

45、.75下面對(duì)蝸桿進(jìn)行設(shè)計(jì)：Z=1 m=2 f=1 Co=0.2 則 q=12所以 d1=mq=24 （式4.4） da1=d1+2ha1=d1+2m=28 （式4.5） df1= d1-2hf1=d1-2.4m=19.2 （式4.6）齒寬：當(dāng)z1=1時(shí),b1(11+0.06z2)m下面對(duì)蝸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)：Z=45 m=2 f=1 Co=0.2 2r=60 所以 d2=mz=90 （式4.7） da2=d2+2ha2= m(z2+2)=184 （式4.8）df2=d2-2hf2= m(z2-2.4)=175.2 （式4.9）齒寬：當(dāng)z13時(shí),b20.75da1傳動(dòng)經(jīng)蝸輪蝸桿傳至齒輪副46/29和29

46、/16，下面對(duì)這兩對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)：齒輪Z=46 m=1.75 取=6 所以 d=mz=80.5 da=(z+2)m=84 df=d-2.5m=76 b=×m=10.5齒輪Z=29 m=1.75 取=6 所以 d=mz=50.75 da=(z+2)m=54.25 df=d-2.5m=46.37 b=×m=10.5齒輪Z=16 m=1.75 取=6 所以 d=mz=28 da=(z+2)m=31.5 df=d-2.5m=23.6 b=×m=10.5下來經(jīng)離合器，傳動(dòng)由齒輪副20/76傳至齒輪齒條，同時(shí)齒輪Z76與手輪帶動(dòng)的齒輪Z21嚙合，下面進(jìn)行這三個(gè)齒輪的設(shè)計(jì)：齒輪

47、Z=20 m=1.75 取=6 所以 d=mz=35 da=(z+2)m=38.5 df=d-2.5m=30.6 b=×m=10.5齒輪Z=76 m=1.75 取=6 所以 d=mz=133 da=(z+2)m=136.5 df=d-2.5m=128.6 b=×m=10.5齒輪Z=21 m=1.75 取=6 所以 d=mz=36.75 da=(z+2)m=40.25 df=d-2.5m=32.37 b=×m=10.5下面對(duì)齒輪齒條的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)：齒輪Z=16 m=1.75 取b10m 所以 d=mz=28 da=(z+2)m=31.5 df=d-2.5m=23.6

48、根據(jù)以上的分析及設(shè)計(jì)計(jì)算繪制優(yōu)化后的溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)展開裝配圖如4.4所示：圖4.4溜板箱傳動(dòng)系統(tǒng)展開裝配圖1-半圓鍵 2-半圓鍵 3-緊定螺釘 4-向心球軸承 5-箱體 6-絲杠螺母 7-圓柱銷8-開槽沉頭螺釘 9-圓柱銷 10-鋼球 11-普通平鍵 12-手輪 13-半圓鍵4.2.5 齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型的建立一般包括三部分：(1)設(shè)計(jì)變量：一般選用齒輪傳動(dòng)的基本幾何參數(shù)或性能參數(shù)面包括：齒輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬系數(shù)、螺旋角、變位系數(shù)、和中心距分離系數(shù)等。(2)目標(biāo)函數(shù)：常見的目標(biāo)函數(shù)有體積(或者質(zhì)量)最小、承載能力最大、工作壽命最長(zhǎng)、振動(dòng)最小等。(3)約束條件：一般的滿足條件是

49、滿足接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度、齒數(shù)不少于發(fā)生根切的最小齒數(shù)、傳遞動(dòng)力的齒輪的模數(shù)不小于2mm，齒寬不引起過分的載荷分布不均現(xiàn)象、傳動(dòng)比誤差不大于給定的誤差設(shè)計(jì)要求等對(duì)XXV軸上齒數(shù)位21的齒輪做優(yōu)化設(shè)計(jì),與其嚙合的齒輪齒數(shù)為75。（1）設(shè)計(jì)變量齒輪Z=21 m=1.75 取=6 d=mz=36.75 da=(z+2)m=40.25 df=d-2.5m=32.37 b=×m=10.5（2）目標(biāo)函數(shù)根據(jù)一般的優(yōu)化方法可選擇的目標(biāo)來確定，在齒輪傳動(dòng)時(shí)，一般要求傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、節(jié)省材料、成本低。本文中選擇的優(yōu)化目標(biāo)是齒輪體積最小，可以用函數(shù)表示為： (式4.10) 則目標(biāo)函數(shù)確定

50、為： 其中：傳動(dòng)比。（3）確定約束條件約束條件是用來判定目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計(jì)變量取值的規(guī)定，齒輪傳動(dòng)中，約束條件包括邊界約束條件和性能約束條件。根據(jù)不發(fā)生根切的最小齒數(shù)來決定，斜齒輪按照當(dāng)量齒數(shù)來計(jì)算： （式4.11） 按照小齒輪齒數(shù)的一般取值范圍來確定邊界條件，斜齒輪按照當(dāng)量齒數(shù)來計(jì)算： 即： 根據(jù)齒輪齒寬系數(shù)的設(shè)計(jì)要求來確定小齒輪齒寬系數(shù)： 即： 根據(jù)螺旋角的設(shè)計(jì)要求確定螺旋角的邊界范圍，斜齒輪傳動(dòng)一般選擇的；螺旋角的范圍是： 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行約束： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 齒輪優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型可建立如下：()（4）MATLAB工具箱求解利用MATLAB工具箱中的fmincon函數(shù)求解，首先需編

51、寫M文件。代碼如下：functionc,ceq=mynas(x)c(1)=17-x(2)/cos(x(3)3;c(2)=x(2)/cos(x(3)3-40;c(3)=8112420*cos(x(3)3/ x(1)3*x(2)2* x(4)-490;c(4)=707879.071*cos(x(3)1.5 /x(1)*x(2)*sqrt(x(1)*x(2)*x(4)/cos(x(3)-1227;ceq=;隨后，在MATLAB主窗口中輸入：fun= '15*pi*x(4)*x(1)3*x(2)3/cos(x(3) 3'x0=4,13,20,1;A=0,0,0,-1;0,0,0,1;0

52、,0,-1,0;0,0,1,0;b=-0.4,1.2,-8,20;Aeq=;beq=;lb=;ub=;x,fval=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,mynas)圖4.5 MATLAB的優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化后的齒輪參數(shù)Z=19，m=1.5，對(duì)比原始設(shè)計(jì)，齒數(shù)與模數(shù)均減小，齒輪的重量也隨之減小16%，成本降低20%。4.2.6 XXV軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)已知XXV為21/76齒輪副所在軸d=30mm,軸長(zhǎng)l=420mm。軸傳遞的功率P=5KW，轉(zhuǎn)速n=500r/min。軸材料的密度=7800kg/,剪切彈性模量G=81Gpa,需用剪切力，單位長(zhǎng)度許用扭轉(zhuǎn)角?，F(xiàn)對(duì)該軸進(jìn)行優(yōu)化。（1） 設(shè)計(jì)變量根據(jù)軸結(jié)構(gòu)尺寸，直徑為d=32mm, L=420mm。由此，確定以下尺寸作為設(shè)計(jì)變量（2）目標(biāo)函數(shù)在設(shè)計(jì)或改造傳動(dòng)軸時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇不同的目標(biāo)函數(shù)。以下為兩種可供選擇的方案: (1)以傳動(dòng)