普通車床傳動系統變速機構的改進
2019-4-22 來源：江蘇省靖江中等專業學校 作者：郁 冬
摘 要：本文結合CA6140車床實例，簡單介紹了CA6140車床的結構組成，分析了機床主傳動系統設計要求，針對主傳動系統進行改造設計，確定了CA6140車床傳動系統軸承部件。
關鍵詞：車床；傳動系統；變速機構；改進
CA6140型號機床產品屬于沈陽機床公司早期生產的一款非常典型的產品，在20世紀70年代投入生產，在當時我國機械制造行業中的應用極為廣泛。CA6140型號機床整體的結構非常緊湊，其運行速率相對高、運行效率也非常高，擁有較好的精度，可以實現數字化的控制。CA6140型號機床擁有經濟性、高效性、環保性等多方面的優勢，因此，其在很多領域中均得以廣泛應用，主要應用在一些結構相對復雜的軸類及盤類零部件產品的實際加工過程中。
1、主傳動系統改造設計
1.1 傳動形式的確定
采用集中傳動的方式情況下：在設計的傳動系統中，所有傳動結構及變速機構均設置于相同主軸箱中。在進行中型機床設備及大型機床設備的設計過程中，更加適宜應用此種傳動方式，特別是對CA6140型號機床設備而言，因為其整體結構更加緊湊，所以更加有利于進行集中操控，這樣便能夠有效降低生產成本。但當傳動部件實際運轉時，會出現一定振動及發熱問題，這極易導致主軸結構出現變形問題，最終會導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目
在對傳動鏈進行設計的過程中，選擇方案的原則是在確保達到性能要求基礎上盡可能確保更加經濟。符合機床設備要求的設計方案不止一種，開展傳動鏈設計工作過程中，需要結合經濟性這一設計原則，確保設計方案為最優方案。而通過利用轉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設計給予一定參考。在對轉速圖進行擬定過程中，具體步驟如下。
首先需要設計相應的傳動方案，在該方案中應當明確傳動具體方式及機床設備的開啟和停運操作等，還應當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部件及變速部件具體組成特征及結構特征，采用相應的傳動及變速形式。
設計的傳動方案及具體形式在很大程度上會受到系統復雜情況的影響，同時也會受到設備性能要求的影響。所以，在進行傳動方案設計過程中，需要全方位針對系統結構、運行工藝及系統性能等進行考量。
若是傳動系統的級數是Z，其包含有不同的傳動組，其中傳動副為Z1、Z2、Z3、Z4……，則Z=Z1Z2Z3Z4……。
因為受到整體結構的制約，通常傳動副數選用2或者是選用3相對適宜，即對應的變速級數Z屬于2及3對應因子，可以得出：
而要想達到12級傳動的目標，設計的傳動系統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，如果采用四聯滑移齒輪，將導致傳動軸尺寸進一步增加。若是采用2個兩聯滑移齒輪，要求設計操作機構應當互銷，這樣才能避免不同的滑移齒輪在同一時間內進行嚙合，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，應當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構的尺寸進一步減小。但因為第一傳動組中包含的傳動副數量應當少一些，適宜選擇2個傳動副，所以，此次設計的傳動形式以第④種形式最為適宜，即12=2×3×2。
1.3 傳動系統擴大順序的安排
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軸結構上相應齒輪尺寸應當稍大一些，相應的Ⅱ軸結構上相應齒輪尺寸需要按照倍數增加。這會導致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增大問題，將導致系統尺寸相對較大，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 繪制轉速圖
設計的車床主傳動系統轉速具體結構示意圖，如圖1所示。
圖1轉速結構網
1.5 分配降速比
在對機床設備的主軸部件變速傳動過程進行設計的過程中，應當防止從動齒輪部件的尺寸過大，這樣能確保變速箱結構對應尺寸不至于過大，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變速范圍最大值為r≤umax/umin=8。
在CA6140型號車床設備中，主軸傳動系統包含了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速率要求，以進一步對不同傳動組對應的最小傳動比值加以計算。
CA6140型號車床主軸傳動系統共設有4個傳動組，其中有一個是帶傳動。根據降速比分配應“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。
系統中總傳動比大小為：
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最小值應當較主軸結構中齒輪部件降速傳動比更大，這樣才可以有效發揮出飛輪功能。因此，對變速組結構而言，其所擁有的降速傳動比對應最小值應當選擇極限值1/4，對應公比為Φ=1.41，1.414=4。
在最后的一級中，具體間隔是6級。
第二，中間軸結構對應傳動比的計算，能夠依照先快后慢的原則對最小傳動比進一步進行計算，依照基比指數進一步計算其余傳動比的大小。
Ⅰ~Ⅱ軸之間進行的傳動方式屬于升速傳動，應進一步增加齒輪結構外徑值，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構尺寸更大。
所以，能夠計算得到皮帶輪對應傳動比大小是：
2、軸承的選擇
2.1 一般傳動軸上的軸承選擇
在此次設計過程中，設計的Ⅰ軸結構中傳動部件對應外徑尺寸均要較左側位置處支承孔結構直徑值要小，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整。Ⅱ軸結構及Ⅲ軸結構中應用到的軸承部件，全部是圓錐滾子軸承部件。
2.2 主軸軸承的類型
對于主軸結構來說，在設計前部軸承部件過程中，所選用的軸承結構屬于雙列圓柱型滾子軸承部件，在軸承的內部孔面上存在一定的錐度，這一錐度恰好與主軸結構對應的錐度相互匹配，軸向方向上的發生的移動屬于內圈，筆者設計時將內圈結構進行脹大處理，這樣能夠有效避免間隙問題及預緊問題，在軸承結構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速值，在軸承結構中一共設置有兩列滾子元件，其排列形式屬于交叉形式，設置的滾子元件數量相對較多，同時也具有較為優良的剛性，溫升相對而言較低，但由于其承載軸向力作用相對較差，因此在實際中應當和可以承載相對大軸向作用力的軸承結構一起應用，這也使得設計的支承部件相對而言較為復雜。
3、結語
CA6140型車床中傳動系統設計和一般類型的機床及數控類型機床對比而言，車床所設計的傳動系統部件能夠確保機床加工工藝對應范圍進一步擴大，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。
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