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CA6140车床的传动系统

2.2 CA6140型普通车床的传动系统

分析机床的传动系统时，应根据被加工工件的形状确定机床需要哪些运动，实现各个运动的执行件和运动源是什么，进而分析机床需要有哪些传动链。方法是：首先找到传动链所联系的两个端件(运动源和某一执行件，或者一个执行件和另一执行件)，然后按照运动传递顺序从一个端件向另一端件依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系，查明该传动链的传动路线以及变速、换向、接通和断开的工作原理。

机床运动计算按每一传动链分别进行，一般步骤为：

(1) 确定传动链的两端件，如电动机—主轴，主轴—刀架等；

(2) 根据传动链两端件的运动关系，确定它们的计算位移，即在指定的同一时间间隔内两端件的位移量。例如，车床螺纹进给传动链的计算位移为：主轴转一转，刀架移动工件螺纹一个导程L(单位为mm)；

(3) 根据计算位移以及相应传动链中各个顺序排列的传动副的传动比，列写运动平衡式；

(4) 根据运动平衡式，计算出执行件的运动速度(转速、进给量等)或位移量，或者整理出换置机构的换置公式，然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数，或确定对其他变速机构的调整要求。

图2.4为CA6140型卧式车床的传动系统图，它是反映机床全部运动传递关系的示意图。

图2.4 CA6140型卧式车床的传动系统图

2.2.1 主运动传动链

1．传动路线

主运动传动链的作用是把电动机的运动传给主轴，使主轴带动工件实现主运动。主运动由电动机经三角皮带传至主轴箱中的轴Ⅰ。在轴Ⅰ上装有双向多片式摩擦离合器M 1，M 1的作用是使主轴(轴Ⅵ)正转、反转或停止。M 1左、右两部分，分别与空套在轴Ⅰ上的两个齿轮连在一起。当压紧离合器M 1左部的摩擦片时，轴Ⅰ的运动经M 1左部的摩

擦片及齿轮副5638或51

传给轴Ⅱ。当压紧离合器M 1右部分的摩擦片时，轴Ⅰ的运动经M 1

右部的摩擦片及齿轮Z 50 传给轴Ⅶ上的空套齿轮Z 34，然后再传给轴Ⅱ上的齿轮Z 30，使轴Ⅱ转动。这时，由轴Ⅰ传到轴Ⅱ的运动多经过了一个中间齿轮Z 34，因此，轴Ⅱ的转动方向与经离合器M 1左部传动时的转动方向相反。运动经离合器M 1 的左部传动时，使主轴正转；

运动经M 1的右部传动时，则使主轴反转。轴Ⅱ的运动可分别通过三对齿轮副2258、3050、

传给轴Ⅲ。运动由轴Ⅲ到主轴有两种不同的传动路线：

(1) 当主轴需要高速运转时(n 主=450～1400r/min )，应将主轴上的滑移齿轮Z 50移到左端位置(与轴Ⅲ上的齿轮Z 63啮合)，轴Ⅲ的运动经齿轮副

直接传给主轴； (2) 当主轴需要中低速运转时(n 主=10～500r/min )，应将主轴上的滑轮齿轮Z 50移到右

端位置，使齿式离合器M 2啮合。于是，轴Ⅲ上的运动经齿轮副2080或5050

传给轴Ⅳ，然后再由轴Ⅳ经齿轮副

2080或5150、2658

及齿式离合器M 2传给主轴。主运动传动链的运动路线表达式如下：

()56383941151()130432223058 1450r/min

7.5kW 305034

5013430()632502020

808026585051

5050 ()

() () n N M M M φφ==??????????

????????????????????????????????正转反转左电动机右左2 () ()M ??

???????????主轴右 2．主轴转速计算

主轴的转速可应用下列运动平衡式计算。

(1)d

n n d

ε=?-电主轴u Ⅰ—Ⅱ、u Ⅱ—Ⅲ、u Ⅲ—Ⅵ

式中：n 主——主轴转速，r/min ；

n 电——电动机转速，r/min ；

Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅰ

d ——主动皮带轮直径，mm ； d '——被动皮带轮直径，mm ；

ε——三角带传动的滑动系数，ε=0.02；

u Ⅰ—Ⅱ、u Ⅱ—Ⅲ、u Ⅲ—Ⅵ——分别为Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅵ间传动比。

由传动路线表达式可知，主轴正转转速级数为23(122)30??+?=级，但在Ⅲ轴、

Ⅴ轴之间4种传动比分别为：

u 1=5050?2080=14 u 2=2080?2080=116 u 3=5050?5051≈1 u 4=2080?5150≈14 u 1≈u 4故实际的级数为2?3?(1+3)=24级；同理，主轴反转转速级数为12级。

由于反转时Ⅰ—Ⅱ之间的传动比(u =5034?3430=53)大于正转时的传动比(u =5143或5638

)故反转转速高于正转转速。主轴反转通常不用于车削，主要用于车螺纹时退回刀架等。图2.5为CA6140型卧式车床主运动的转速图。

图2.5 CA6140型卧式车床主运动转速图

2.2.2 进给运动传动链

1．螺纹进给传动链

车削螺纹时，主轴回转与刀具纵向进给必须保证严格的运动关系：主轴每转一转，刀具移动一个螺纹导程。其运动平衡式为：

1L U L -=??工丝主轴主轴丝杠式中：L 工——螺纹导程，mm ；

1主轴 ——指主轴每转一转；

U -主轴丝杠——主轴至丝杠之间的总传动比；

L 丝 ——机床丝杠导程，mm 。

要车削不同标准和不同导程的螺纹，只需改变传动比，即改变传动路线或更换齿轮。 CA6140型卧式车床可车削公制、英制、模数、径节4种螺纹，也可车大导程、非标准及较精密螺纹，或上述各种左、右螺纹。

加工螺纹时，主轴Ⅵ的运动经5858传至轴Ⅸ，再经3333(右螺纹)或3325?25

(左螺纹)传至

轴XI 及挂轮。挂轮架的三组挂轮分别为：63100?10075(车公制、英制螺纹)、64100?100

(车模数、径节螺纹)、a b ?c

(车非标准和较精密螺纹)。车公制和模数制螺纹时M 3、M 4分离，

M 5接合；车英制螺纹和径节螺纹时M 3、M 5接合，M 4分离； M 3、M 4、 M 5同时接合，便可车非标准和较精密螺纹，根据螺纹导程大小配换挂轮；车大导程螺纹，只需将轴Ⅸ右端的滑移齿轮Z 58向右移动，使之与轴Ⅷ上的Z 26齿轮啮合。

下面我们具体介绍不同螺纹的传动路线及运动平衡式。 (1) 车公制螺纹传动路线表达式为：

主轴VI —5858—IX —333333252533()

()???????

右左—XI —

63100?10075—XII —2536—XIII —U X Ⅲ—XIV —XIV —2536?36

25—XV —??????45183528—XVI —?

?????48152835

—XVII —M 5—XVIII(丝杠)—刀架

u X Ⅲ—XIV 的传动比共有8种，这8种传动比近似为等差级数，是获得各种螺纹导程的基

本机构，又称基本组u 基。1u 基=2628=6.57，2u 基=2828=77，3u 基=3228=87.7，4u 基=3628=9

，

5u 基=1914=9.57，6u 基=2014=107，7u 基=3321=117，8u 基=3621=127。u XV —XVII 的传动比共有4种，

这4种传动比按倍数关系排列，可将由基本组获得的导程值成倍扩大或缩小，又称增倍组u

倍。1u 倍=2835?3528=1，2u 倍=1845?3528=12，3u 倍=2835?1548=14，4u 倍=1845?1548=1

车削公制螺纹(右旋)的运动平衡式为：

1L =?工主轴5858?3333?63100?10075?2536?u 基?2536?36

?u 倍?12

式中：L 工——螺纹导程(单头螺纹为P 工)，mm ；

u 基——轴X Ⅲ—XIV 间基本组的传动比； u 倍——轴XV —XVII 间增倍组的传动比。

将上式简化后得 7L u u =工基倍

普通螺纹的螺距数列是分段的等差数列，每段又是公比为2的等比数列，将基本组与增倍组串联使用，就可车出不同导程(或螺距)的螺纹，如表2.2所示。

表2.2 CA6140型车床公制螺纹表

(2) 车英制螺纹传动路线表达式为：

主轴—5858—IX —333333252533()

()???????右左—XI —

63100?10075—XII —M 3—XIV —1u 基—XIII —3625—XV —u 倍—XVII —M 5—XVIII(丝杠) —刀架

英制螺纹的螺距参数以每英寸长度上的螺纹牙数a (牙/in )表示。为使计算方便，将英

制导程换算为米制导程。车削英制螺纹的运动平衡式为：

25.41k L a ==工主轴?

5858?3333?63100?10075? 1u 基?36

25?u 倍?12 式中：k ——螺纹线数。

由于63100?10075?3625≈25.4

，代入上式化简可得： 25.4k L a ==

工25.421?u u 倍基?12=425.47

??u u 倍

基 a =

74k u u 倍

基

当k =1时，a 值与u 基、u 倍的关系见表2.3。

表2.3 CA6140型车床英制螺纹表

)牙in 48154518=?

(3) 车模数螺纹

传动路线表达式为：

主轴VI—58

—IX—

3325

2533

()

右

左

—XI—

64100

10097

?—XII—

—XIII—u XⅢ—XIV—XIV

—2536

3625

?—XV—

—XVI—

—XVII—M5—XVIII (丝杠)—刀架

模数螺纹主要用于米制蜗杆，其螺距参数用模数m表示，车削模数螺纹的运动平衡

式为：

π=1

L kP k m

==?工主轴58336410025

58331009736

?????u

基

2536

3625

??u

倍

?12

式中：k——螺纹线数；

P——螺纹螺距，mm；

由于

64100257

100973648

??≈，代入上式有：

π=

L k m

工

77π

π12

484

u u u u

??=

基基

倍倍

所以m=7

u u

基倍

当k=1时，模数值m与u

基、u

倍

的关系见表2.4。

表2.4 CA6140型车床模数螺纹表

(4) 车径节螺纹

传动路线表达式为：

主轴VI—58

—IX—

3325

2533

()

右

(左)

—XI—

64100

10097

?—XII—M3—XIV—

基

—XIII—

—XV—u

倍—XVII—M

—XVIII (丝杠) —刀架

径节螺纹用在英制蜗杆中，其螺距参数用径节DP(牙/in )来表示，径节表示齿轮或蜗杆1in 分度圆直径上的齿数，所以英制蜗杆的轴向齿距(径节螺纹的螺距)

P为：

DP π25.4

(in)π

DP DP

==(mm)

则螺纹的导程为DP 25.4π1k

L kP DP

===?工主轴

5833641001361258331009725u u ???????倍基由于

641003625.4π

100972584

??≈

，代入上式有： 25.4π25.4π25.4π12847u u k L DP u u ==??=

倍

倍工基基

所以7u DP k

u =基

倍

当k =1时，DP 值与u 基、u 倍的关系见表2.5。

表2.5 CA6140型车床径节螺纹表

由上述可见，CA6140型卧式车床通过两组不同传动比的挂轮、基本组、增倍组以及轴XII 、轴XV 上两个滑移齿轮Z 25的移动(通常称这两滑移齿轮及有关的离合器为移换机构)加工出四种不同的标准螺纹。表2.6列出了加工四种螺纹时，进给传动链中各机构的工作状态。

表2.6 CA61400型车床车制各种螺纹的工作调整

(5) 车削非标准螺距螺纹和较精密螺纹

在加工非标准螺纹和精密螺纹时，M 3、M 4、M 5全部啮合，运动由主轴经挂轮通过XII 轴、XIV 轴、XVII 轴直接传给丝杠。被加工螺纹的导程通过调整挂轮的传动比来实现。这时，传动路线缩短，传动误差减小，螺纹精度可以得到较大提高。