毕业设计（论文）-立式枪管珩磨机设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景 立式枪管珩磨机是枪支生产企业中的一种特殊的机械加工设备， 主要用于枪管内孔的最终加工工序，加工后内孔的表面粗糙度能够达 到 0.40.32m。近几十年来，枪管内孔的加工设备发展迅速，例如枪 钻机、铰孔机、镗床等，但这些加工设备加工的孔径表面精度不如珩 磨机的加工精度高，这将影响枪支的使用寿命，也会限制枪支零件的 通用性和标准性。最重要的是，这样的产品质量不能够占领市场。众 所周知，精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术，是现代高 科技产业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展方向。故此 类技术的发展是就具有了现实意义，而珩磨技术属于精密加工技术的 一种形式。同时，枪管内孔加工设备的设计和制造水平，能够代表枪 支生产领域的技术水平，对于提高我国警、军的战斗力和保障力，都 有极其重要的影响。因此，发展立式枪管珩磨机就显得十分重要了。 1.2 磨削加工技术发展概况 珩磨工艺是磨削加工的一种特殊形式，它随着磨削技术的发展不 断的发展起来，那就简单介绍一下磨削加工技术发展情况。 磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法。用磨料去除材料的加 工是人类最早使用的生产技术方法。18 世纪中期出现第一台外圆磨床， 用石英石、石榴石等天然磨料敲凿成磨具，进而用天然磨料和粘土烧 结成砂轮，随后又研制成功平面磨床，应用磨削技术逐渐形成。1901 年以后，相继发明人工熔炼的氧化铝（刚玉）、碳化硅磨料。20 世纪 40 年代末期，人造金刚石问世。1957 年研制成功立方氮化硼、超硬磨 料人造金刚石砂轮与立方氮化硼砂轮的应用及磨削技术的发展，使磨 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 2 削加工精度及加工效率不断提高，磨削加工应用范围日益扩大1。 解放前，我国磨床工业及磨料工业几乎是一片空白。上海牙中机 器厂（今上海第三机床厂）于 1944 年制造出我国第一台外圆磨床。解 放后，我国相继建立了现代的磨床、磨料、磨具制造厂及专业研究所， 造就了一大批从事磨床设计制造、磨料磨具研究、制造的专业科学技 术队伍。1955 年以前，试制并生产了黑、绿色碳化硅和白、棕色的刚 玉，陆续开发了各种磨具。1963 年成功地合成出我国第一颗人造金刚 石，1966 年投入批量生产。1967 年研制成功立方氮化硼相继面世。与 此同时，我国磨床工业经历了 50 年代初的测绘、仿制阶段，50 年代末 期开始自行设计。改革开放推动了磨床工业的巨大发展。现在我国已 能设计制造高精度、高效率、机电一体化的磨床。 当今高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业 发达国家发展很快，如德国的 aachen 大学、bremm 大学、美国的 connecticut 大学等，有的在实验室完成了为 s v 250m/s、350m/s、400m/s 的实验。 我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史，在 70 年代末期便 进行了 80 m/s、120 m/s 的磨削工艺实验；前几年，也计划开展 250m/s 的磨削研究，但因技术尚未成熟，这方面的研究开展得很少2。 1.3 磨削加工方法与分类 根据加工对象的工艺目的和要求不同，磨削加工已发展为多种加 工形式的加工工艺。通常按工具类型进行分类，可分为使用固定磨料 加工及使用自由磨粒加工两大类，如表 1-1 所示。 磨削加工方法虽然众多，但从磨削区的基本情况来看，大致可分 为 2 类： 1)恒压力磨削 所谓恒压力磨削是指控制切入压力为定值的磨削，即通过控制磨 头重量、杠杆、人力、液压、气动及电器系统来控制砂轮对工件的压 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 3 力。 2)定压给磨削 所谓定进给磨削是指控制切入进给速度谓恒值的磨削。 图 1-11 磨削加工方法分类 固 结 磨 具 振动磨削 砂轮磨削 珩 磨 超精磨削 电解磨削 固 定 磨 粒 加 工 涂附磨 具加工 砂带磨削 叶轮磨削 磨削加工 自 由（游 离） 磨 粒 加 工 研 磨 抛 光 滚 磨 喷射加工 磨料流加工 弹性发射 1.4 磨削加工技术发展趋势 磨削加工是机械制造中重要的加工工艺。随着机械产品精度、可 靠性和寿命的重要不断提高，高硬度、高强度、高耐磨性、高功能性 的新型材料的应用增多，给磨削加工提出了许多新问题，诸如材料的 磨削加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自动化等问 题逐待解决。当前，磨削加工技术正朝着使用超硬磨料磨具，开发精 密及超精密磨削，高速，高效磨削工艺及研制高精度、高刚度的自动 化磨床的方向发展3。 1.4.1 磨削理论与工艺研究深入发展 根据物理学、数学、弹塑性力学、断裂力学、摩擦学、切削学、 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 4 计算机科学、信息论和控制论等基础科学、研究磨削过程的机理、磨 屑的形成、磨削力、磨削功率，磨削温度、磨削热、磨削去温度的分 布与传散以及磨削区接触弧长等问题。通过实验考察、理论分析、模 拟与仿真、建立数学模型4，确立合理地切削规范与磨削用量，揭示磨 削过程诸现象的本质5，总结出磨削过程中的规律，用于指导生产实际。 随着材料科学的发展，新型工程材料的大量出现与在工程上的使 用。磨料磨具行业研究和开发新型磨料、磨具，特别是研究和开发超 硬超微细磨料及其磨具的制造技术，以适应超精密磨削、超高速磨削； 从事磨削工艺技术人员的研究则集中在砂轮的磨损、砂轮地貌、砂轮 修整技术及砂轮磨损的监测与控制。一些新型难加工材料如陶瓷、 pebn、pcd 等，用传统磨削工艺很难进行加工，瑞士 agathon 公司的 d.kramer 等人研究一种新的可控电化学工艺再现修整金属结合剂砂轮 的方法ecd 法，提供了磨削这类难加工材料的新途径，磨削工件 的质量也有很大提高。 当前精密磨削是指被加工零件的加工精度达 10.1m，表面粗糙度 ra 为 0.20.01m 的加工技术。超精密磨削的加工精度小于 0.1m，表 面粗糙度 ra0.025m，磨床定位精度的分辨率和重复精度小于 0.01m。现在超精密磨削正从微米、亚微米（10.1m）的加工向纳米 (1010m)加工发展。用磨具进行磨削和用磨粒进行研磨和抛光是 23 实现精密及超精密加工的主要途径。 1.4.2 磨削自动化和智能化 随着机械制造业向着 fms(柔性制造系统）、cims（计算机集成 制造系统)、ims（智能制造系统）高度自动化方向发展，对磨削加工 提出了自动化的要求6。cnc 磨床的发展较 cnc 车床、铣床等起步较 晚。20 世纪 80 年代、90 年代是数控磨床迅速发展和进入普及使用时 期。80 年代后期瑞士斯都德（studer）公司开发了 s45-6 型磨削加工中 心（gc），美、日、德亦相继开发了外圆磨削加工中心（egc）、内 圆磨削加工中心（igc）、坐标磨削加工中心（jgc），无心磨削加工 中心（cgc）、平面磨削加工中心（sgc）、工具磨削加工中心 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 5 （tgc）。cnc 磨床具有砂轮与工件自动交换装置（atc、awc）及 amn，可实现 fms 化。 20 世纪 90 年代，日本公布了关于磨削加工智能化研究成果。日本 mazak 公司于 2006 年 9 月首次展出智能机床，向未来理想的“适应控 制”机床方面大大前进了一步。 1.4.3 磨削工艺过程监控与检测技术 实现磨削加工计算机控制与智能化，对磨削过程进行监控是一个 重要问题。解决磨削过程诸现象的信号识别、信号采集、信号数据处 理、反馈与补偿，需要高灵敏度的传感器，还需要有专家系统或智能 系统及软件设计等技术的支撑，对砂轮的磨损与破损情况采用声放射 监控系统。由于磨削过程复杂性，目前磨削过程的监控系统在理论上 及实用性方面尚有许多问题没有解决。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 6 第 2 章 珩磨工艺分析 珩磨工艺是磨削加工的一种特殊形式，又是精加工中的一种高效 加工方法。这种工艺不仅能去除较大的加工余量，而且是一种提高零 件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的有效加工方法。 2.1 珩磨加工特点 珩磨加工与一般切削加工相比有下列特点: 1.可获得高的加工精度 珩磨可以在较短的时间内经济地获得较高的形状精度及尺寸精度。 加工直径小于 50mm 的孔时，其圆柱度可达 0.5m，轴心直线度可达 1m；加工 50200mm 的孔时，其圆柱度误差在 35m 之间；孔深 在 300400mm 时，圆柱度可达 10m 以下。经珩磨加工的内孔，尺寸 精度可达 it6it7，但珩磨加工不能提高被加工孔的位置精度。 2.可获得高的表面质量 1)珩磨的加工表面具有交叉网纹，有利于润滑油的储存及油膜的保 持，能承受搅得的载荷，工件耐磨性好。 2)珩磨表面粗糙度 ra 值通常可达 0.80.1m，最高可达 0.1m 以 下。 3)珩磨加工表面几乎没有热损失、变质层、嵌砂或冷硬现象。但存 在高的残余应力。这些都有利于零件使用寿命的提高。 3.加工范围广 珩磨能加工各种内孔（通孔、盲孔、多台阶孔、圆锥孔、椭圆孔 和余摆线孔等）、平面、外圆柱表面、球面、齿轮表面、发电机曲线 表面等；能加工的孔径范围为 22000mm，孔深最大为 24000mm， 长径比 l/d 约为 1/（50300） ；几乎能加工所有工业用材料。 4.具有较高的生产率，对机床精度的要求低 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 7 珩磨是大面积多刃切削加工，因而具有较高的材料切除率，如珩 磨直径为 100mm 左右的缸套孔，其材料切除率可达 300500mm /s。 3 2.2 珩磨加工的工作原理 珩磨是利用安装在珩磨头圆周上的若干砂条（油石），由张开机 构将砂条沿径向张开，使其压向工件的孔壁；与此同时，使珩磨头 （或工件）作旋转运动和直线往复运动，对孔进行低速磨削和摩擦抛 光。旋转及往复运动的结果是，油石上的磨粒在孔的表面上的切削轨 迹呈交叉而又不重复的网纹7。因而获得表面粗糙度较小的加工表面。 径向加压运动是油石的进给运动，加压运动愈大，进给量就愈大。 2.3 珩磨石油 珩磨前正确地选择油石是保证顺利完成珩磨工艺的重要条件之一。 油石的特性和砂轮一样，也是用磨粒、粒度、硬度、结合剂等几个参 数来表示的。 1.珩磨油石的磨料 珩磨油石的磨粒是油石的一个重要性能，它直接影响到珩磨加工 的表面质量和生产率。生产中使用的珩磨油石主要有白刚玉、棕刚玉、 黑色碳化硅和绿色碳化硅等，使用人造金刚石、立方氮化硼做珩磨油 石的磨粒。 2.珩磨油石的粒度 珩磨油石的粒度的粗细直接影响加工表面的表面粗糙度和生产率。 因此一般根据生产率与表面粗糙度决定珩磨油石的粒度。一般粗珩选 用 80 180 ，半精珩选用 180 280 ，精珩选用以上 w40。根据实际 # 生产中，要求枪管加工后的表面粗糙度为 0.40.32m，表 8.21选用粒 度 w50 的普通珩磨油石。 3.珩磨油石的硬度 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 8 珩磨油石的硬度取决于珩磨金属的硬度，从油石的自锐性出发， 珩磨硬的金属要选用较软的油石；珩磨软金属则要选择较硬的油石。 油石硬度的高低，是指结合剂对磨粒粘结能力的强弱，它与磨粒本身 的硬度高低无关。 4.珩磨油石的规格及数量 珩磨油石的规格是指油石的形状和尺寸。珩磨孔径为 18.3mm，因 此表 8.51选用普通油石截面 bhl4mm3mm50mm。 2.4 切削液 珩磨中应使用切削液，目的是吸收热量，冷却工件和油石；冲刷 工件和油石表面，冲走脱落磨粒、碎末和磨屑，以免堵塞油石；在油 石和工件接触表面形成一层油膜，改善工作状况。由枪管材料决定选 用油剂，其中煤油占 85%，硫化矿物油占 15%。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 9 第 3 章 总体设计方案 3.1 设计思路阐述 首先，确定总体方案，实现枪管内孔珩磨加工所需要的运动。初 步确定珩磨工艺所需的基本的设计数据。由珩磨加工所需的力与速度， 确定加工所需功率，综合考虑各传动部件和执行机构的功率，反推出 电动机所要提供的功率值。为能够使机床的结构简单，选用三个电动 机分别实现往复的直线运动和旋转运动，其中旋转运动由两个相同的 电动机带动。为了能达到这个目标，待确定电动机后，设计内容包括： 1.根据运动形式计算各传动件的运动参数等。选择零部件的尺寸， 设计计算零部件的尺寸大小； 2.根据实际需要，合理布局各个执行部件，进行机架设计； 3.电气控制部分设计。 3.2 实现往复的直线运动 在往复的直线运动中，通常采用曲柄滑块机构和凸轮机构，但考 虑到枪管长度为 450mm650mm，加工长度较大，凸轮的升程和回程都 要大于 650mm，使得凸轮的尺寸过大，在设计计算与制造上都带来很 大的困难，同时工作过程中凸轮磨损大，精确度要求很难得到保证， 故在本设计中采用曲柄滑块机构来实现。由于珩磨加工与一般切削加 工相比精确度要求很高，因此枪管的往复的直线运动要有严格的直线 度要求。采用曲柄滑块机构能够很容易地确保磨具直线度的要求，同 时曲柄滑块机构结构简单，设计加工制造都较容易。（如图 3-1） 由于枪管长度为 450mm650mm，滑块的实际的最大行程应大于 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 10 650mm，才能够实现加工长度。由于滑块运动的距离大，能量损失较 高，因此在设计曲柄时，将曲柄设计成飞轮的形式。第一，飞轮在运 动中，工作平稳，增加了运动的平稳性；第二，飞轮具有蓄能的作用。 根据飞轮的这一特点，在电动机选择时，可以不必选择较大功率的电 动机。 图 3-1 曲柄滑块机构 3.3 实现珩磨头连接杆的旋转运动 珩磨头连接杆的旋转运动是由额外的电动机带动的，通常在机械 传动中，常采用带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动及其它们之间 组合形式来实现旋转运动。在实际机床工作中，可观察到电动机主轴 与连接杆主轴是两相交轴，对于两相交轴传动的特点，最常用圆锥齿 轮传动。圆锥齿轮承载能力较好，轴向力较大，对安装误差和变形很 敏感，但圆锥齿轮制造不容易，同时具有因齿轮错位而造成“咬死”的可 能性。如果采用多极传动，来实现旋转运动，一方面使传动效率变得 较低，功率损失大，另一方面各传动机构难免存在一些缺点和不足， 影响工件的加工质量。 由于磨具的转速约为 6580r/min 转速较低，而此部分的运动并不 影响其它传动系统，为了减少功率的损失，选择交流伺服电动机较为 合适，同时使电工动机输出轴通过联轴器直接带动磨具作旋转运动。 由于机床同时对两根枪管进行珩磨，因此将两个交流伺服电动机并排 安装，分别带动两根磨具作旋转运动。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 11 3.4 减速部分的设计方案 由于电动机输出的转速太高，要通过减速器减速后，才能够带动 飞轮的转动。第一级减速，选用带传动。因为带传动具有结构简单、 传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点。重要的是带传动具有过载 保护功能。在机器的工作中出现意外过载或卡死时，发生打滑现象， 从而起到很好的过载保护功能。带传动减速后，通过一个二级齿轮减 速器，将转速降到工作速度。因为没有轴向载荷，可以直接选用结构 简单、使用广泛的展开式二级直齿圆柱齿轮减速器。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 12 第 4 章 电动机的选择 为了保证工作机正常工作，并具有一定过载保护能力的前提下， 尽量选择容量较小，通用性较强，电能消耗低的型号。综合考虑工作 情况和经济性要求。 4.1 实现往复直线运动的电动机 4.1.1 选择电动机的类型 按已知工作要求和条件选用 y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼 三相异步电动机。 4.1.2 选择电动机的容量 珩磨时，轴向力为： f=sq (4-1)wcwc 其中:珩磨轴向系数，一般取 0.050.078，这里取 0.06。wc s磨条工作面积，由于深孔珩磨油石长度一般大于 150mm, 则 s=。0143655 . 0 25 . 0 0183 . 0 q磨条对零件表面的单位压力，范围为 1.22.8105pa， 取 2.5105pa。 则 n 5 0.060.0143652.5 10215.25 wc f 取轴向珩磨平均速度为 1m/s，即m/s，1 wc v 则工作机所需功率 p为： wc kw 1 215.25 1 2.1525 10 10001000 wc wc wc fv p 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 13 电动机的输出功率 p 为： 0 0 22 1234 2 wc p p 其中：为带传动效率；96 . 0 1 为齿轮联轴器传动效率； 2 0.98 为二级直齿减速器传动效率 3 0.97 为滑动轴承传动效率 4 0.98 故有 22 0.96 0.98 0.970.980.85 kw 1 0 2.1525 10 20.51 0.85 p 由于工作机对运动轨迹的精度要求高，飞轮具有调节曲柄滑块速 度波动的能力，因此可以选则较大功率的电动机来完成运动精度要求。 4.1.3 确定电动机的转速 在曲柄滑块运动中，曲柄的旋转角速度约为 3rad/s，即 rad/s=r/min=28.66r/min3 3 60 2 可取r/min，则r/min。3030n 带传动比范围为，展开式二级圆柱齿轮传动比范围 1 2 6i 则总传动比范围为：。可见 2 7.1 50i 2 7.1 6 5014.2 300i 电动机转速可选范围为： r/min(14.2 300)30(426 9000)nin 综合以上，从电动机产品列表中选择电动机型号为：y100l-6，其 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 14 主要参数如下： 表 4-1 电机参数列表 额定 功 率 额定 电 流 转 速效 率功率因数 cos 堵 转 转 矩 堵 转 电 流 1.5kw4.0a940r/min77.5%0.7430.48nm24a 4.2 实现旋转运动的伺服电动机 4.2.1 确定伺服电动机的功率 珩磨时，圆周力为 f=sq （4-2）kwwc 其中：圆周力计算系数，一般取 0.20.38，这里取 0.3。 wk 故 fwk=sq nwk 53 0.3 0.0143655 2.5 101.077 10 由于磨具的旋转转速为 n=6580r/min， 则圆周速度为 /60 wk vd n 3.140.0183 (65 80)/60 m/s(0.0622505 0.076616) 珩磨功率为: 1000 wkwk fv p w k 3 1.077 10(0.0622505 0.076616) 1000 kw(0.067 0.082) 伺服电动机输出功率为： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 15 1 5 2 wk p p 其中：为联轴器的传动效率 5 0.98 故有 kw 1 0.067 0.082 2 0.98 p (0.137 0.167) 4.2.2 确定伺服电动机 选用体积小、重量轻、各项指标都比较接近工作机的工作要求， 能够减少能量的损耗。从交流伺服电动机列表中，选择 sd 系列交流伺 服电动机，其具体参数如下: 表 4-2 伺服电机参数 型号额 定 频 率 额定励 磁电压 最大输 出功率 空 载 转 速 总长机壳 外 径 轴径 sd7550hz110v10w75r/min97.5557 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 16 第 5 章 主传动系统设计 曲柄轴 图 5-1 主传动系统传动简图 5.1 各级传动参数的确定 5.1.1 计算传动装置的总传动比并分配传动比 1.总传动比 为：i 3 . 31 30 940 n n i m 2.分配各级传动比 （5-1） 12 ii i a 为了使 v 带传动的外部尺寸不致过大，根据 v 带传动比范围 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 17 ，取，则。 1 2 6i 1 3i 2 1 31.3 10.44 3 i i i 考虑润滑条件，为使二级齿轮减速器的两个大齿轮直径相近，取 两级传动比关系为：。 2122 1.4ii 故 212 1.41.4 10.443.82ii 2 22 21 10.44 2.73 3.82 i i i 5.1.2 计算传动装置的运动和动力参数 1.各轴的转速 轴 r/min 1 940 m nn 轴 r/min 2 /940/3313.3 m nni 1 轴 r/min 3121 /313.3/3.8282.02nni 轴 r/min 3 4 22 82.02 30.00 2.73 n n i 曲柄轴 r/min 4 30.00nn 曲 2.各轴的输入功率 轴 kw 10 1.5pp 轴 kw 211 1.50.961.44pp 轴 kw 32 1.440.980.971.37pp 43 轴 kw 43 1.40.980.971.30pp 43 曲柄轴 kw 4 1.300.981.28pp 2曲 3.各轴扭矩 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 18 轴 nm 0 10 1.5 9550955015.24 940 m p tt n 轴 nm 2 2 2 1.44 9550955043.89 313.3 p t n 轴 nm 3 3 3 1.37 95509550159.52 82.02 p t n 轴 nm 4 4 4 1.30 95509550413.83 30 p t n 曲柄轴 nm 1.28 95509550407.47 30 p t n 曲 曲 曲 5.2 v 带传动设计 5.2.1 设计准则 带传动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带传动的设 计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和 寿命。 5.2.2 原始数据机设计内容 设计带传动时，给定的原始数据有传递功率 p=1.5kw，转速 n1=940r/min，n2=313.3r/min，一天运转时间10h，传动位置要求及工 作条件等。 设计内容包括：确定带的截型、长度、根数、传动中心距、带轮 基准直径及结构尺寸等。 5.2.3 设计步骤 1.确定计算功率 pca 表 8-69查得工况系数 ka=1.1， 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 19 故 kw 1 1.1 1.51.65 caa pkp 2.选择带型 根据计算功率 pca和小带轮转速 n ,由图 8-89带型为普通 v 带，a 1 型。 3.确定带轮的基准直径 d d1和 d d2 1)初选带轮基准直径 d d1 根据 v 带截型，表 8-39及表 8-79，选取 d d1=90mm， 则大带轮基准直径 d d2 mm d211 3 90270 d did 根据表 8-79选取 d d2 =280mm。 2)验算 v 带的速度 v1 m/s25m/s 11 1 60 1000 d dn v 90940 60 1000 4.43 带的速度合适。 3)确定 v 带的基准长度 ld和传动中心距 a 根据 )(2)(7 . 0 21021dddd ddadd 0 0.7 (90280)2 (90280)a 0 259740a 初步确定中心距 a0=500mm。 计算所需皮带基准长度 d l 2 / 21 12 0 () 2() 24 d dodd dd ladd a 2 (28090) 2 500(90280) 24 500 1599mm 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 20 表 8-29选带的基准长度mm。1600 d l 计算实际中心距为： mm / 0 2 dd ll aa 16001599 500501 2 考虑安装调整和补偿预紧力需要，中心距变动范围为： mm min 0.0155010.015 1600477 d aal mm max 0.035010.03 1600549 d aal 4)验算主动轮上的包角。 1 120 0 21 1 18057.5o dd dd a 28090 18057.5158.2 501 ooo 小带轮上的包角合适。 5)确定带的根数 z （5-2） l ca kkpp p z )( 00 其中：包角系数，表 8-89查得 k95 . 0 k 长度系数，表 8-29查得 l k0.99 l k 单根 v 带基本额定功率，表 8-5a9查得kw 0 p 0 0.78p 计入传动比的影响时，单根 v 带额定功率增量。表 8-5b9得 0 p kw 0 0.11p 代入数据得： =1.97 1.65 (0.780.11) 0.95 0.99 z 取 z=2 根。 6)确定带的预紧力 0 f 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 21 单根 v 带所需的预紧力为 （5-3） 2 0 2.5 500(1) ca p fqv v z k 其中: q传动带单位长度的质量，表 8-49查得 q=0.10kg/m。 代入数据得: =153.9n 2 0 1.652.5 500(1)0.10 4.43 4.43 20.95 f 7)计算作用在轴上的力 fp n 1 0 2sin 2 p fzf 0 158.2 22 153.9sin()604.5 2 8)带轮结构尺寸确定 由电动机 y100l-6 可知，输出轴直径 d=28mm,长度 e=60mm， 0.009 0.004 键槽宽 f=8mm，键槽深 dg=2824=4mm,槽毂高 h=7mm。确定小 带轮的结构尺寸，如图 5-2。 图 5-2 小带轮 5.3 减速器设计 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 22 5.3.1 确定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.根据设计传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2.立式珩磨机为枪管内孔加工中一般性工作机器，由于 v 带传动 减速，因此齿轮减速系统速度并不高，故选用 7 级精度（gb10095- 88）。 3.材料选择 表 10-19选择小齿轮材料 40gr（调质），硬度 280hbs。大齿轮材 料 45 钢（调质），硬度 240hbs，二者材料硬度差 40hbs。 4.选小齿轮齿数 z1=24，大齿轮齿数，64.922486 . 3 12 izz 取 93。 5.3.2 设计与校核 由设计计算公式进行试算，即 （5- 2 121 3 1 21 1 2.32() te t dh k tiz d i 4） 1.确定公式内的计算数值 1)选载荷系数 kt=1.3。 2)计算小齿轮传递的转矩 11 t nmm 4 112 43.894.389 10ttn m 3)表 10-79选取齿宽系数1 d 4)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 mpa；大齿轮接触疲劳强度极限mpa。 lim1 600 h lim2 550 h 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 23 5)表 10-69查得材料的弹性影响系数mpa1/2。189.8 e z 6)由，计算齿轮的工作应力循环次数。 111 60 h nn jl 其中：齿轮的转速，r/min 11 n 112 313.3nn j齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数，取1j 齿轮的工作寿命，h h l 4 10365259.125 10 h l 故 n 111 60 h nn jl 49 60313.3 1 9.125 101.715 10 n 1 2 21 n n i 9 8 1.715 10 4.49 10 3.82 7)表 10-199查得接触疲劳寿命系数，。 1 0.90 hn k 2 0.95 hn k 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1,故有 mpa 2lim2 2 0.95 550522.5 hnh h k mpa s 2.计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 t d1 h 2 121 3 1 21 1 2.32() te t dh k tiz d i 4 2 3 1.34.389 103.821189.8 2.32() 13.82522.5 mm49.14 2)计算圆周速度 v m/s 1 49.14313.3 0.806 60 100060 1000 t d n v 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 24 3)计算齿宽 b mm 1 1 49.1449.14 dt bd 4)计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mm t m 1 1 49.14 2.0475 24 t t d m z 齿高 h mm2.252.252.04754.607 t hm 比值 b h/49.14/4.60710.67b h 5)计算载荷系数 根据 v=0.806m/s,7 级精度，由表 10-89查得动载荷系数 kv=1.04； 假设直齿轮 kaft/b100n/m，由表 10-39查得；表 10-291.1 hf kk 查得使用系数，表 10-49查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对1.25 a k 称布置时， bk ddh 322 1023 . 0 )6 . 01 (18 . 0 12 . 1 代入数据得： 223 1.120.18 (1 0.6 1 ) 10.23 1049.14 h k 1.419 由 b/h=10.67,由图 10-139查得；1.419 h k 1.38 f k 故载荷系数 avhh kk k kk 1.25 1.04 1.1 1.4192.03 6)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 mm 3 11 / tt ddk k 3 49.142.03/1.357.01 7)计算模数 m mm 11 /57.01/242.38mdz 3.按齿根弯曲强度校核 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 25 1)图 10-20c9查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限mpa； 1 500 fe 大齿轮的弯曲疲劳强度极限mpa。 2 380 fe 2)图 10-189查得弯曲疲劳寿命系数，。 1 0.85 fn k 2 0.88 fn k 3)计算弯曲疲劳许用应力 根据实际需要，取弯曲疲劳安全系数 s=1.4， 故 mpa 11 1 0.85 500 303.57 1.4 fnfe f k s mpa 22 2 0.88 380 238.86 1.4 fnfe f k s 4)计算载荷系数 k avff kk k kk 1.25 1.04 1.1 1.381.97 5)查取齿形系数， 1 2.65 fa y 2 2.224 fa y 6)查取应力校正系数， 1 1.58 sa y 2 1.762 sa y 7)计算大、小齿轮的并加以比较 fasa yy 11 2.65 1.584.187 fasa yy 22 2.224 1.7623.919 fasa yy 故小齿轮数值较大。 8)校核 （5-5） tfasa f kfy y bm 其中：n 311 1 224.389 1.54 10 57.01 t t f d 代入数据得： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 26 3 1.97 1.54 104.187 108.61 2.38 49.14 f mpa 2 f 综上所述，减速器中齿轮以齿面接触疲劳强度为主，校核齿根弯 曲疲劳强度，因此取标准值 m=2.5mm。 小齿轮齿数 取 1 1 57.01 22.8 2.5 d z m 1 23z 大齿轮齿数 取. 2211 3.82 2388zi z 2 88z 4.几何尺寸计算 1)计算分度圆直径 mm 11 232.557.5dz m mm 22 882.5220dz m 2)计算中心距 mm 12 ()/2(57.5220)/2138.75add 3)计算齿轮宽度 mm 1 1 57.557.5 d bd 取 b2=58mm，b1=63mm。 5.计算齿数 z3、z4及其几何尺寸 令 z3=40，则，取， 43 22 40 2.73109.2zz i 4 110z 其分度圆直径 mm 33 2.540100dmz mm 44 2.5 110275dmz 齿宽 b mm 3 1 100100 d bd 取 b4=100mm，b3=105mm。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 27 把各个齿轮的参数列入表 5-2。 5.3.3 轴的设计 1.初步试算轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢，调质处理，表 15-39查得， 0 126 103a 取。 0 115a 轴传递的功率为 1.44kw,转速为 313.1r/min,则 mm 2 3 3 min 20 2 1.44 11519.12 313.1 p da n 轴传递的功率为 1.37kw,转速为 82.02r/min,则 mm 3 3 3 min30 3 1.37 11529.4 82.02 p da n 轴传递的功率为 1.30kw,转速为 30r/min,则 mm 4 3 3 min 40 4 1.30 11540.4 30 p da n 表 5-1 齿轮参数 名 称代 号z1z2z3z4 模 数 压力角 m 2.5 20o 齿 数 分度圆直径 z d/mm 23 57.5 88 220 40 100 110 275 齿顶高ha/mm 5 . 25 . 21 * mha 齿根高hf/mm 125 . 3 5 . 2)25 . 0 1 ()( * mcha 齿全高h/mm 625 . 5 fa hh 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 28 62.5 51.25 54.027 225 213.75 235.04 105 93.75 106.43 280 268.75 292.68 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿 厚 齿槽宽 齿 距 基圆齿距 顶 隙 da/mm df/mm db/mm s/mm e/mm p/mm pb/mm c 3.925 3.925 7.85 8.35 0.625 标准中心距 传动比 a/mm i 138.75 3.82 187.5 2.73 由于机床传动的功率很小，在按扭转强度条件计算出的轴的最小 直径都很小。考虑到实际情况，因此可对轴的结构尺寸进行适当放大。 2.轴的结构设计 1)拟定轴零件的装配方案 图 5-3 轴的装配方案 2)根据轴向定位的要求州的各段直径 （1）为了满足大带轮的轴向定位要求，-段右端需要制出一个 轴肩，取大带轮的轴径为 d-=35mm。 （2）初步选择滚动轴承 因轴承不承受轴向力的作用，故可以选择深沟球轴承，从轴承产 品列表中选取深沟球轴承尺寸系列中的 6008 号，其基本尺寸为 40mm 68mm 15mm,因此 d-=40mm。ddt （3）取齿轮距箱体壁之间的距离 a=16mm。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 29 3.轴上零件的周向定位 齿轮、带轮与轴的周向定位均采用平键联接。带轮与轴配合处， 平键截面10mm 8mm 33mm。为了保证齿轮与轴配合有良好bhl 的对中性，故选择齿轮与轴配合为 h7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是 借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 4.确定轴上圆角和倒角尺寸 表 15-29，取轴端倒角为，除轴环两侧圆角半径为 2mm。1.6 45 5.确定轴，轴的装配方案 图 5-4 轴装配方案 图 5-5 轴装配方案 6.确定轴、轴、轴的各段直径和长度 表 5-2 轴段直径 单位：mm - 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 30 35 45 70 40 50 75 57.5 61 83 40 50 80 45 7060 表 5-3 轴段长度 单位：mm - 48 45 59 220 100 95 63 30 15 42 54 93 47 26140 7.按弯扭合成应力校核轴的强度 1)作出轴的计算简图 1 1 11 8418855 2 2 1 1 1 1 1 1 图 5-6 轴的简力图 2)确定数值 nm 112 43.89tt n 11 1 1 2243.89 1526.6 0.0575 t t f d n 11 tan201526.6tan20555.64 oo rt ff 3)列水平面 h 的静力学方程 n1n21hht fff n1n2 18855 hh ff 解得：n；n n1 345.53 h f n2 1181.07 h f 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 31 水平面 h 弯矩图为： 64.96 1 1 1 1 4)列垂直面 v 的静力学方程 nv1nv2r1 0fff nv1nv2 139.550.5ff 解得：n；n nv1 147.68f nv2 407.96f 垂直面 v 弯矩图为： 23.64 1 1 1 1 5)绘制总弯矩图和扭矩图 根据公式 （5-6） 22 hv mmm 总弯矩图为： 69.13 1 1 1 1 扭矩图为： 43.98 1 1 11 6)校核轴的强度 由图显示只要校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，即截 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 32 面，并取，计算应力得： 1 c0.6 22 11 () ca mt w mpa 22 3 69130(0.643980) 17.26 0.1 35 mpa 1 60 故安全满足强度要求。 5.3.4 减速器的润滑与密封 1.齿轮传动的润滑 低速级齿轮的圆周速度为： m/s 444 20.275 230 0.43 2260260 s ddn v 因为齿轮转速小，宜采用浸油润滑，即将齿轮浸入油中。当传动 件回转时，粘在上面的油液被带至啮合面进行润滑，同时油池中的油 也被甩上箱壁，借以散热10。由于0.5m/s，浸油深度 s v ，取mm。 4 11 ()2 63 s hd 4 11 27527.5 1010 s hd 浸油润滑时，为了避免大齿轮回转时将油底部的沉积物搅起，大 齿轮齿顶圆到油池底面的距离不应小于 3050mm，为了能够使二级齿 轮都能够浸在油中润滑，因此，这个距离可取 65mm。 2.滚动轴承的润滑 由于进入油池的传动零件的圆周速度 v1.52m/s 时，采用飞溅润 滑效果不大，为了保证轴承的用油量，用刮油板装置将油从浸油的旋 转零件上刮下来，将刮下来的油经输油沟流入轴承。 刮油板装置中，固定的刮油板与传动零件的轮缘间应保持 0.5mm 的间隙，因此传动零件轮缘的端面跳动就应小于 0.5mm。 3.密封 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸齐齐哈尔大学毕业设计（论文）用纸 33 润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，而密封的目的是防止外部灰 尘、水分等进入轴承，也阻止润滑剂的流失。 1)机体与机盖间的密封 为了保证机盖与机座联接处的密封可靠，应使联接处凸缘有足够 的强度，联接表面应精刨，其表面粗糙度不大于 ra6.3，也可在机座凸 缘上铣出回油沟，使渗入联接面的油重新流入箱底。此外，凸缘联接 螺栓之间的距离一般为 150200mm，且均称布置，以保证剖分面的密 封性。 2)轴承与机座间的密封 滚动轴承密封方法的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封 表面的圆周速度等有关，此处采用接触式密封。 5.3.5 减速器附件 1.检查孔与检查孔盖 为检查传动件的啮合情况，接触斑点，侧隙和向向内倾注润滑油， 在传动件啮合区上方的箱盖上开设检查孔。检查孔应有足够的大小，