便携式研磨机论文

便携式研磨机学 生：指导教师： 教学单位：摘要研磨是一种非常重要的精密加工方法，许多人从事研磨加工技术的研究，目的都是进一步提高研磨加工效率和加工精度，降低加工成本。研磨机是保证高精度加工的重要条件，但是目前研磨机的生产者和研制者对设备的用户考虑得还不够全面。为了满足用户的生产实际要求，本文是将现有的大型高速研磨机进行了小型化。本文所设计的研磨机结构简单，易于携带。此研磨机制作成本低，并且既能满足研磨加工要求，又能达到便于携带的目的。本文主要是合理的设计了便携式高速研磨机的结构，使其具有足够的刚度、强度和稳定性，从而避免研磨机在高速运行中出现振动现象。并且对机床的主要零部件进行了强度校核及刚度校核。还设计了机床的电气系统、磨具、冷却液的选用及输送装置以及加压系统。关键词：便携、研磨机、高速、设计AbstractGrinding is a very important method of precision machining.Many grinding are involved in processing technology, are designed to further improve the processing efficiency of grinding and processing accuracy, reduce processing costs. Grinder is to ensure that an important condition for high-precision processing, but the grinder developer, producer and user of the equipment was also not comprehensive enough to consider. In order to meet the practical requirements of the users production, this article is to extend the current large-scale high-speed grinding machine of a small-scale. In this paper, the design of the grinding machine by simple structure, easy to carry. This low-cost production of grinding machines and polishing process that meets the requirements, while maintaining the purpose of easy to carry. In this paper, it is reasonable to design a portable high-speed grinding machine structure, it has sufficient rigidity, strength and stability, so as to avoid running at a high speed grinder vibration phenomenon emerged. And the main components of the machine to check the strength and stiffness verification. Also designed a machine electrical systems, abrasives, the choice of coolant and transmission devices, as well as pressurized systems.Keywords: portable, grinding machines, high-speed, design前言研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。因此，研磨机是保证研磨加工的重要条件，为此人们专门研究了各种不同的研磨机。目前国内生产高速研磨机的厂家不少，但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。目前国内对研磨机的研究主要有：2MM8470型精密双面研磨机的研制、斜面研磨机、球面研磨机、平面研磨机、ZML系列振动研磨机、CYJ-1型气门研磨机的设计和DF_4型机车柴油机气门座研磨机改造探讨等。除此之外，还有一些研究研磨机控制和仿真方面的。如：基于ADAMS和UG的光纤研磨机研磨轨迹仿真、基于虚拟制造技术的便携式数控冰刀研磨机的研究和X61 1112K-1型数控精密研磨机等。而国外则较重视磨料性能的改进，以及丸片制作技术的研究，如探讨如何避免丸片的脱层及裂缝，避免丸片中混入空气，提高磨料和结合剂的均匀性等。为了更好地改善固着磨料研磨效果，提高丸片质量，日本东京大学有人还研究了利用电泳沉积法制造高质量、细磨粒丸片。采用他们研制的丸片加工硅片，已加工表面质量得到了很大改善。国外还有人采用金刚石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。随着国内的生产技术及质量的提升，生产厂家使用的设备及刀具的精密度也日益提高，原本手工研磨的技术随着时代的转变，造成研磨技术的断层，单价昂贵的钻头、铣刀等刀具重复使用率大大的下降，无形中造成刀具成本的增加。为了改变这一现象，必需从研磨机入手。而便携式研磨机，汇集专家智能，体现出轻便、简单、快速、精准的设计理论，基本上满足了现在生产厂家的相关需求，也解决各企业、公司及厂家老总在成本、时间、效率、质量上的困扰。机器取代人力是工业革命的结果，也是工业现代化的必然性。现在如此，将来也会如此。因此，本文研究的便携式研磨机就能很好地解决这一问题。它能在生产设备的使用现场进行试配性的修复加工，以保证所修复的工件能与现场的生产设备相匹配。这既能有效地保证加工精度和加工尺寸的要求，又能显著地减少修复时间、降低生产成本。并且，本文研制的便携式高速研磨机体积小、价格低、携带方便，就使得企业积极购买，用于研磨加工件的修复，从而降低生产费用，为企业节约大量的资金。因此说本文研究的便携式高速研磨机具有较好的应用前景。第一章 绪论1.1 研究现状及发展研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。因此，研磨机是保证研磨加工的重要条件，为此人们专门研究了各种不同的研磨机。目前国内生产高速研磨机的厂家不少，但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。1.1.1 便携式研磨机的简介现在，对刀具等物件的磨削一般分为人工和机械加工研磨机。人工方法无非就是将磨石固定，将工件放在磨石上磨削，或将工件固定，用磨石磨工件，用这种方法生产出的产品技术含量低，自动化程度不高，工件的研磨质量完全取决于操作者的熟练程度，严重影响工件研磨的效率和质量，更是对人力的一种浪费。显然，这是不可取的。图11为冰刀的手工研磨。图11 冰刀的手工研磨研磨机虽也是上述两种研磨方式，或两者相混合，但其动力来源却不一样，且能添加其他先进技术，如加入自动控制，从而实现自动化。但是，一般研磨机虽然具有机械化、自动化，但由于体积较大，质量重，在携带过程中有诸多不便。为此，就有必要研究一种新型研磨机，不仅能实现机械化、自动化，更能满足携带方便这一要求。而便携式研磨机则能满足这点。它集中了两者优点于一身，不仅能对小型物件进行高效率、高精度加工，而且，携带方便，且对铣刀、钻头等刀具的加工再利用尤为有利。这不仅是为了与世界竞争，更是对资源的重复利用、避免不必要的浪费。图22为滚筒研磨机。图12 滚筒研磨机1.1.2 国内外研究情况随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。研磨机是超精密加工中的一种重要加工方法，它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。并且加工材料广，几乎可以加工任何固态材料。近年来，随着人们对产品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工质量高再次受到人们的关注因此国内有很多厂家设计、生产研磨机。但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。其优点是加工精度高，加工材料范围广。为满足这个复杂多变市场的需求，当前研磨机正向高精度研磨方向发展，加工精度也在不断地提高,可以说中国的研磨机行业已逐渐走向成熟期。通过中国知识网，了解到，目前国内对研磨机的研究主要有：2MM8470型精密双面研磨机的研制、斜面研磨机、球面研磨机、平面研磨机、ZML系列振动研磨机、CYJ-1型气门研磨机的设计和DF_4型机车柴油机气门座研磨机改造探讨等。除此之外，还有一些研究研磨机控制和仿真方面的。如：基于ADAMS和UG的光纤研磨机研磨轨迹仿真、基于虚拟制造技术的便携式数控冰刀研磨机的研究和X61 1112K-1型数控精密研磨机等。对于国外，有关研磨冰刀的机器，已有手工和数控两种商品化的产品。例如美国的WISSOTA 公司是生产手工冰刀研磨机的著名厂家，图13是该公司手工冰刀研磨机产品。 图13手工冰刀研磨机 图14数控冰刀研磨机Cag One 公司也提供一系列手工和数控冰刀研磨机，其产品如图14所示。另外还有日本研究的数控研磨机，日开发出两种胶辊研磨机，德国制备微型刨花的研磨机等。目前，国外较重视磨料性能的改进，以及丸片制作技术的研究，如探讨如何避免丸片的脱层及裂缝，避免丸片中混入空气，提高磨料和结合剂的均匀性等。为了更好地改善固着磨料研磨效果，提高丸片质量，日本东京大学有人还研究了利用电泳沉积法制造高质量、细磨粒丸片。采用他们研制的丸片加工硅片，已加工表面质量得到了很大改善。国外还有人采用金刚石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。1.2 研究目的和意义自科技革命以来，人类开始不断地研究、改进机械，目的就是用最先进、最方便的机械来代替人类的劳动。正如上海全镒机电有限公司的赵长明打的这样一个比喻：人类发明了机械交通工具后，一旦拥有了，现在离家出远门就不再会有人愿意走路或者骑马了。同样的道理，一旦习惯使用研磨机来研磨钻头、铣刀等刀具和工件，也不会有人用手工来磨钻头、铣刀等工件。这样一台不仅可以为企业节省生产成本，也可以为老板解决头痛的人事问题的机械，就更不会被企业所拒绝。随着国内的生产技术及质量的提升，生产厂家使用的设备及刀具的精密度也日益提高，原本手工研磨的技术随着时代的转变，造成研磨技术的断层，单价昂贵的钻头、铣刀等刀具重复使用率大大的下降，无形中造成刀具成本的增加。为了改变这一现象，必需从研磨机入手。而便携式研磨机，汇集专家智能，体现出轻便、简单、快速、精准的设计理论，基本上满足了现在生产厂家的相关需求，也解决各企业、公司及厂家老总在成本、时间、效率、质量上的困扰。机器取代人力是工业革命的结果，也是工业现代化的必然性。现在如此，将来也会如此。便携式研磨机的市场是不可限量的，尤其在国内这个正处于萌芽阶段的发展时期，正是占有市场的大好时机。以全局看来，现在的中国市场日趋与国际接轨，整个大陆的五金制造业明显感受到了与国外同行的差距，压力不断的增加，而在生产外销方面不断增长的同时，急需各生产厂家改走高品质的路线，因此他们不得不趋附于“精细”这一块。动作迅速的各大厂家也已经在开始着手准备，那么根据以往习惯，将会有很多小厂家跟风而至。对于这样的情况，国内市场中的大部分产品已经无法满足客户高品质、高精准度需求，而携带式钻头、铣刀等刀具和工件研磨机刚好填补了这个空缺。本文是将现有的高速研磨机进行小型化，以满足用户的生产实际要求。目前的高速研磨机的体积和重量较大，这些设备一般都固定安装在加工车间里进行研磨加工。这就是说，工件只能在车间里加工，但是事实上，有些工件最好是在工件的使用现场进行加工。比如在生产设备维修时，某一工件需要研磨修复时，人们非常希望在生产设备的使用现场进行试配性的修复加工，以保证所修复的工件能与现场的生产设备相匹配。这既能有效地保证加工精度和加工尺寸的要求，又能显著地减少修复时间、降低生产成本。特别是大企业的生产设备每年都要进行大修，在设备大修期问全部生产线都要停产。由于停产给企业带来的损失很大，所以企业对设备大修时间控制很严，希望设备大修的时间短。如果能在设备现场维修有关零部件就可以显著地减少大修时间。本文研究的便携式研磨机就能很好地解决这一问题。便携式高速研磨机应用范围很广，它既可以替代原有的普通研磨机，用于企业进行生产加工，而且由于它还具有体积小、重量轻，易于携带等优点，还可以直接应用到用于有关产品的维修和修复，这就使它的应用范围扩大了很多。因为应用研磨加工的产品的用户非常多，以往由于研磨机体积较大、价格较高，使用研磨加工产品的企业一般都不购买研磨机，对研磨加工的产品只是从外面购进，用坏后就买新的产品更换。而本文研制的便携式高速研磨机体积小、价格低、携带方便，就使得企业积极购买，用于研磨加工件的修复，从而降低生产费用，为企业节约大量的资金。因此说本文研究的便携式高速研磨机具有较好的应用前景。1.3 便携式研磨机要求解决的主要问题研磨机是保证零件精度的重要机械，因此国内有很多厂家设计、生产研磨机。但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。目前国内外生产的研磨机基本上都是中大型的，且国内外的高速研磨机的发展方向主要是进一步提高研磨加工质量和加工效率，提高研磨机的自动化程度，以减轻操作者的劳动强度。而对维修设备现场使用的便携式研磨机还没有人进行研究和开发。这表明研磨机的生产者和研制者对设备的用户考虑得还不够全面，对于小型便携式高速研磨机的研究有限。而目前便携式的研磨机只有专门维修阀门的维修机具。所以，本文就是根据不同用户的需要研制一种便于携带的高速研磨机。经过多方查询和对市场的充分调查、考虑，觉得对研磨机的研究有如下几点要求：一、目前市面上销售的携带钻头、铣刀研磨机，可使研磨后的钻头、铣刀同心度可达0.01mm ，高精准度全球独一无二，属于世界领先水平，其技术含量高，不易仿造，有不被取代的优势。二、为求产品高精准度，且长时间使用之后依然精准，产品采用高质量、高成本的材料生产，所以故障率低、精准度高。三、产品设计符合人性需求即符合市场需求，操作简单、快速的特性让使用者能迅速上手，而且人人都能非常轻易地磨出一根超标的精准钻头、铣刀。四、产品有市场需求即有市场发展性，钻头、铣刀研磨机将是未来生产厂家不可缺少好帮手，销售市场的普及性，是代理产品时必须要考虑的要件。五、售出产品后将会永久性获利。该产品并不是一次性产品，但专用机器只能配备专用的砂轮，这也是携带式研磨机先进技术的核心部分之一，如果换作其他砂轮，精准度将绝对没有保证，而砂轮是一种耗材，需要不定时地更换。而对于便携式研磨机，则除了要尽量满足上述要求外，还应多加一条：即满足体积小，重量轻，以便于携带，能满足必要的加工要求。本文主要是将现有的大型研磨机进行小型化，使其既能满足研磨加工要求，又能达到便于携带的目的。本文主要目的是设计出能便于携带的研磨机。另外，经研究发现，目前国内外研磨加工普遍采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨，存在的缺点主要有：1磨料散置于磨盘上，为避免磨料飞溅，磨盘转速不能太高，因此加工效率低：2磨料与从工件上磨下的碎屑混淆在一起，不能充分发挥切削作用，而且还要与这些碎屑一起被清洗掉，浪费能源、浪费磨料：3磨料在磨盘上是随机分布的，其分布密度不均，造成对工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制：特别是磨料与工件问的相对运动具有随机性，这也增加了工件面形精度的不确定因素：4在研磨加工中要严格控制冷却液的流量，以避免冲走磨料，这使得冷却效果变差，容易引起工件升温，造成加工精度下降：5大颗粒磨料起主要切削作用，易划伤工件表面，所以对磨料尺寸均匀性要求高：6磨料能嵌入软材质的工件表面，影响工件的使用性能：7在研磨中磨料之间相互切削，浪费磨料：8磨盘磨损后修整难，需要三个磨盘对研：9各道工序问清洗工件要严格：10工人劳动强度大，对工人操作技术水平要求高。因此，本次设计主要解决的问题如下：1合理地设计研磨机的结构，以保证研磨机具有足够的刚度、强度和稳定性，从而避免研磨机在运行过程中出现振动现象：2压力可调的工件加压方式。3、夹具位置的可调节性。4、为了改变研磨技术，现采用固着磨料研磨。固着磨料高速研磨是将散粒的磨料固结起来，制成专用磨具，在高速研磨机上进行研磨的方法，所用的专用磨具是根据工件的要求，用不同的磨料制成丸片，再用丸片制成不同形状的磨具，设计过程中主要避免的是：使磨具能达到均匀磨损，从而避免了磨具修整的麻烦，降低磨具的损耗，提高加工效率，保证工件的加工精度和质量。本文的主要技术指标是：体积小，体积在006以内，高度最小为2mm。第二章 机械系统的设计研磨机是为了保证工件的加工质量和精度，本文研究的研磨机是便携式，因此，研磨机的质量要轻，结构简单，易于制作。在这一章，主要是为了介绍研磨机的工作原理及各系统的机械设计，并对主要零部件进行强度校核。2.1 便携式研磨机的总体结构设计本文设计的研磨机主要是对圆柱形及方形零件进行平面加工，故根据加工工件尺寸、精度、材料以及工件加工的工艺性，确定本文设计的便携式高速研磨机床样机的性能参数如下：1体积小、重量轻，体积在006以内，高度大于2mm；2研磨速度高，研磨机主轴转速可达140r/min；3电机功率90w。2.2 电动机的选择根据要求选择电动机型号为：YS5624三相异步电动机，安装形式为IMB14，如图21所示：图21（电动机安装形式）其外形尺寸如表1：表1（电动机外形尺寸）所选的电动机是奉化溪口微型电机有限公司生产的YS5624型三相异步电动机。该系列电动机是最新设计的全封闭式微型三相异步电动机，具有结构简单，运行可靠、维护方便、技术经济指标优异等特点，广泛适用于各种小型机床，医疗器械，电子仪器及家用电器等。该电动机的额定转速是1400r/min，功率是90w。效率为58%，功率因素是0.61，启动转矩为2.2Nm，最大转矩为2.4Nm，堵转电流为6.0A。电机外壳采用了高热导率的铝合金材料，机壳采用增强散热筋，使电机具备更强的冷却能力，电机绕组温升大为降低。电机可在工作环境下维持良好的运行性能；精确的动平衡校正及专用的低噪声轴承，使电机运转更加平稳、静音；优质的原材料以及先进的加工、装配工艺，完善的测试设备确保了电机的优越性能。电机工作噪声由通风噪声、电磁噪声和机械噪声组成。通风噪声包括风扇和转子旋转形成的气体涡流噪声，电磁噪声是由电机气隙中定、转子磁场相互作用产生的径向力，使定子铁心和机座周期性变形而引起振动产生的噪声，机械噪声包括由转子机械不平衡引起的离心力所产生的机械振动噪声和轴承振动噪声。电机采用精确的动平衡校正及专低噪声轴承使得电机噪声远低于国标限值。 1电动机 2大、小带轮 3小齿轮 4大齿轮 5砂轮 6工件7夹具 8丝杆 9手轮 10压杆 11转台 12定位销图22 研磨机的传动结构简图传统的慢速研磨机转速为40-60r/min。本文研究的研磨机，选择的电动机转速为1400r/min，经减速器减速后，主轴的转速为140r/min。与传统研磨机相比，转速有所提高，加工效率也随之明显提高。2.3 机械传动的选择机械传动中，常见的传动类型有链传动、齿轮传动和带传动等。链传动的优点：能够保证准确的平均传动比，压轴力较小；传递功率大，过载能力强；能在低速重载下高温条件下及尘土大的情况下较好工作；传动效率高；在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构紧凑。缺点是：只能实现平行轴间链轮的同相传动；工作中有冲击和噪声，磨损发生跳齿；运转时，不能保持恒定的瞬时的传动比；不宜用在载荷变化较大、高速和急速反向的传动中。链条的铰链磨损后，使节距变大造成脱节。安装和维护要求较高。齿轮传动的优点是：能保证瞬时传动比恒定，平稳性高，传递运动准确可靠。传递的功率和速度范围较大。结构紧凑，工作可靠，可实现较大的传动比。传动效率高，使用寿命长。缺点是：制造，安装要求较高。带传动优点是：结构简单，适宜用于两轴中心距较大的场合；造价低廉；带富有弹性，能缓冲吸振，传动平稳无噪声。缺点是：传动带需张紧在带轮上，对轴和轴承的压力较大。传动效率低(一般094096)。由于设计要求传动稳定，并且尽可能结构简单、制作成本低。所以选择带传动。在带传动中，常用的有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动。其中普通V带应用最广。传动类型选择V带传动，V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，所以在相同的张紧力下，V带传动能产生更大的摩擦力。而且V带允许的传动比较大，结构较紧凑，以及V带已经标准化和大量生产。带的种类选择普通V带，其当量摩擦系数大，工作面与轮槽粘附性好，允许包角小，适用于小功率传动。由机械设计课程设计手册中表2-4查得：V带传动；滚动轴承；圆柱齿轮传动。设：电动机轴为0轴，小齿轮轴为1轴，大齿轮轴为2轴，则：通过查机械设计课程设计手册中表21，取带轮间的传动比为：；齿轮间的传动比为：2.3.1 计算传动装置分配各级转速及运动和动力参数根据所选传动比，可计算出： 故：按电动机额定功率计算各轴输入功率，即各轴转矩：2.3.2 带传动的设计计算（1）确定计算功率由机械设计中表87查得：工作情况系数故：Z型带的截面图如图23所示其中节宽：顶宽：高度：图23 Z型带的截面图（2）选择带型根据、由机械设计中图811选用Z型带（3）确定带轮的基准直径并验算带速根据要求，查机械设计中表86和表88，初选小带轮的基准直径故： 带速大带轮的直径：（4）确定V带的中心距和基准长度由 得：故，初定中心距其基准长度由机械设计零件设计手册中表3.57选择带的基准长度为故：实际中心距，中心距的变化范围为97mm112mm（5）验算小带轮上的包角由式：可知，小带轮上的包角大于大带轮上的包角又由式：可知，小带轮上的总摩擦力小于大带轮上的总摩擦力，因此，打滑只能在小带轮上产生故，应求小带轮的包角：（6）计算带的根数计算单根V带的额定功率：由，查机械零件设计手册中表3.58，得： 查机械设计中表85得：查机械设计零件设计手册中表3.57得：于是 故，取1根带（7）计算单根V带的初拉力的最小值由机械设计中表83查得，Z型带的单位长度质量故，应使带的实际拉力（8）计算压轴力压轴力的最小值为：（9）带轮的结构设计设计带轮应满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布均匀。首先选择带轮结构形式。V带轮典型结构有实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式。由于轴的直径较小，故选择实心式。由于前面所选带型为Z型，与之相配带轮的槽型也是Z型。其结构图如图24所示。其基本尺寸如下： 轮缘宽，节宽顶宽，故，图24 小带轮的结构图图25 大带轮的结构图对于大带轮，因为：，带为Z型故，采用Y实心带轮，查机械设计课程设计手册轮缘宽B=14mm，轮毂长度L=14mm，其结构图如图25所示。其主要尺寸如下：节宽顶宽；2.3.3 齿轮传动设计为了达到既定的转速，因此，在此应添加一减速装置。一般情况下选用齿轮传动，因为齿轮传动具有以下特点：A、效率高。在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高；B、结构紧凑。在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸比较小；C、工作可靠，寿命长。设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这是其他机械传动所不能比拟的；D、传动比稳定。传动比稳定往往是对传动性能的基本要求，齿轮传动就有这一点。但，齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过打的场合，刚好满足研磨机要求，故选择齿轮传动。为了减少造价，采用直齿圆柱齿轮。（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数根据传动方案及性价比，选择直齿圆柱齿轮传动；由于转速较高，故选用6级精度；由机械设计中表101，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS；初选小齿轮齿数，则大齿轮齿数。（2）按齿面接触强度设计由式：进行试算。确定公式内各计算数值选择载荷系数由2.3.1中计算可知，小齿轮转矩查机械设计，由表107得：。由表106得：材料的弹性影响系数；由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限由计算应力循环次数：由机械设计中图1019取接触疲劳寿命系数：取安全系数为，则：计算计算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值，得：计算圆周速度：计算齿宽：计算齿宽和齿高之比：模数：齿高 故，齿宽与齿高之比：根据、六级精度，查机械设计中图108得，动载荷系数因为是直齿轮，所以，由表102得，使用系数查机械设计零件设计手册，由表 得：故，载荷系数由机械设计图1020C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由图1018取弯曲疲劳寿命系数，取安全系数所以：查机械设计表105得： 计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大，所以：对比计算结构，由齿面接触强度计算的模数大于由齿跟弯曲疲劳计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关可取弯曲强度算得的模数，取，按接触强度计算的分度圆直径取，则取则，大齿轮的齿数 这样设计出来的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。设计分度圆直径： 计算中心距：计算齿轮宽度：取（3）对齿轮进行结构设计由于小齿轮的分度圆直径，故采用齿轮轴，其总长度为。其结构图如图26。由于是标准圆柱齿轮，所以，取。为了保证合理、足够的齿顶间隙，取。模数大，取小的倍数，顶隙不至于过大；模数小，取大的倍数，顶隙不至于太小。齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径：图26 齿轮轴的结构图由于大齿轮；故应采用实心式齿轮。其结构图如图27所示。查机械设计课程设计手册表92，取由于也是标准圆柱齿轮，所以，取，则：齿顶高：齿根高： 齿顶圆直径：齿根圆直径：图27 大齿轮结构图2.3.4 对输出轴的设计计算由前面的计算可知， 所以，作用在大齿轮上的力：由于是标准直齿圆柱齿轮，所以，所以， 支反力a、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据机械设计中表153，取，于是可计算出轴的最小直径： 输出轴的最小直径显然是安装磨盘处轴的直径，取。b、轴的结构设计根据要求，初步拟定轴的结果，及与各零件的装配方案，如图28，为轴的水平放置图。图28 轴的结构与装配水平放置图磨盘与轴直接连接，为了满足定位要求，在1-2轴段的右端制出一轴肩，故取，为了满足其周向定位要求，防止其出现脱轴现象，磨盘与轴采用销定位。在此处，选择普通圆锥销。因为普通圆柱销具有以下特点：（1）、主要用于定位，也可用于固定零件、传递动力；（2）、便于安装，定位精度高； （3）、在受横向力时能自锁。圆锥销的结构图如图29。其主要尺寸如下： 故，取，销长。图29 圆锥销结构图c、初步选择滚动轴承参照工作要求，并根据，由轴承产品目录，初步选取0基本游隙组。由上海列力轴承公司的产品，选择轴承为60/22，右端滚动轴承采用轴肩定位，故取。轴承的结构图（图210）及主要尺寸如下：图210轴承的结构图外径 内径 宽度 取安装齿轮处的轴段45的直径，齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽带，故取。齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环出的直径。轴环宽带，故取。d、轴上零件的定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接，按由机械设计中表61查得：平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为e、校核轴的强度从上海列力轴承公司的产品资料中，查得，轴承宽度，根据做出的轴的结构简图，确定支撑点位置，作出简支梁的轴的受力图，如图211所示。作为简支梁的支撑跨距。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，图212所示。图211轴的受力图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面，其弯矩和扭矩计算如下：由前面的计算可知，扭矩进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即图28所示的危险截面C）的强度。由前面计算的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前面已选定轴的材料为45号钢，调质处理，由机械设计表151查得，因为，故安全。图212弯矩图和扭矩图f、精确校核轴的疲劳强度i、判断危险截面截面A，2，3，B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A，1，2，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面4和5处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面5的应力集中的影响和截面4的相近，但截面5不受扭矩作用，同时轴径较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面4和7显然更不必校核。由于键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面4左右即可。ii、截面4左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面4左侧的弯矩M为 截面4上的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计表151查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按机械设计附表32查取。因，.经插值后可查得，又由机械设计附图31可得轴的材料的敏感性系数为，故有效应力集中系数 由机械设计附图32查得尺寸系数；由附图33查得扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由机械设计附图34的表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则可得综合系数为：又由机械设计的三章一节和二节得碳钢的特性系数 ，取 ，取于是，计算安全系数值，得故，可知其安全。iii、截面4右侧抗弯截面系数W按机械设计表154中的公式计算。抗扭截面系数 弯矩及弯曲应力为 扭矩及扭转切应力为 过盈配合出的，由机械设计附表38用插值法求出，并取，于是得 轴按磨削加工，由机械设计附图34得表面质量系数为 故得综合系数 所以轴在截面4右侧的安全系数为 故该轴在截面4右侧的强度也是足够的。因为在加工过程中无瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故不用进行静强度校核。2.3.5 对传动轴的设计对于齿轮轴，材料选择也是45号钢，调质处理。由前面计算可知，取，于是得图213轴承的结构图最小轴为安装大带轮处，初步确定轴12段的直径为，轴的结构图如图26所示。根据带轮的尺寸，配合电动机的参数，取。由于此处传递功率不大，故带轮与轴的轴向及周向固定采用键与轴、轮紧配合即可，选择键的主要尺寸为：，取键长。因轴的尺寸较小，故选择微型轴承。根据尺寸信息及轴在工作过程中的受力情况，查上海列力轴承公司的产品数据信息，选择轴承的型号为6000zz。图213为该轴承的结构图，其主要尺寸为，因此取确定，。右端轴承与轴之间的轴向定位采用轴肩定位，故确定。参照此轴承参数及工作要求，确定。滚动轴承与轴的周向定位由过渡配合来保证，此处选轴的直径尺寸公差为m6。左端两段尺寸分别于右端23，34段相同，定位及配合方式也选择一样。图214 输出轴的受力分析图图215 输出轴的弯矩及扭矩图根据输出轴的结构简图，做出轴的计算简图（图214所示）。由上面的可确定轴承的支点位置。因此，作简支梁的轴的轴的支撑跨距，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图（图215所示）。从齿轮轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面A是轴的危险截面。由2.3.1中的计算结果可知，已知小齿轮的分度圆直径为，故：由于是标准圆柱齿轮，故，所以，其中，为圆周力，为径向力。由此可得，支反力故，弯矩扭矩在校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面A）的强度。由于轴式单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为 前面已选定轴的材料为45号钢，调质处理，由机械设计表151查得。因此，故安全。输出轴各段的截面只受扭转作用，虽然有过渡配合所引起的应力集中会削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按照扭转强度较为宽裕确定的，所以对轴的各段都无需进行校核。2.4 压杆及丝杠的设计在大型研磨机床中是利用气动压头通过高压空气的压力来实行加压。高压空气通过汽缸推动活塞带动压力头移动。而压力的大小则通过调压系统的调压阀来控制。这种加压方式对压力的控制比较准确。但是整个系统所占空间较大，又要有压缩空气源不适合在便携式研磨机中使用。本文采用丝杠，通过旋转丝杠，通过丝杠的上下移动来对零件进行加压，如图216所示。图216 加压装置丝杠通过压杆上面的螺旋孔，因此，要求螺旋孔与丝杠配合，用内、外螺纹组成的螺旋副来传递运动和动力，其下面连接夹具。为了便于操作，丝杆上端加一手轮，手轮与丝杠采用螺钉固定。这种传动具有结构简单、降速比大、省力、能自锁、工作平稳、无噪音，定位精确等优点。在研磨过程中，丝杆通过手轮的选择而上下移动，使工件靠向磨具，并压紧。这样一是限制工件的移动，只允许工件绕压头中心回转；二是对工件施加研磨压力。在此，选择丝杠的导程为2mm。为了精确加工过程对研磨量的确定，在压杆上刻一100小格的圆盘，即手轮没旋转一小格，零件下移0.02mm，丝杠公称直径为8mm，外径为8.2mm。为了便于装卸零件，将右侧的立柱做成可旋转式。为了便于压杆旋转，立柱与机床的连接处加一滚动轴承，并做成一转台。工作时，为了使转台固定而不产生偏移、转动及不稳定等因素，在立柱右侧加一固定装置。固定方式采用销定位。普通圆柱销主要用于定位，也可用于连接，故此处选择定位销为普通圆柱销，其示意图如下（图217所示）。其主要尺寸为： 。图217普通圆柱销2.4.1 压杆、立柱及转台的设计为了使压杆做旋转运动，在车床顶端靠边部分加工出一环形凸台，其主要尺寸有，外径，内径，高度。在环形凸台内装一滚动轴承，根据凸台尺寸，选择上海列力公司生产的滚动轴承，选择型号为60/22，其结构及主要尺寸见图10。滚动轴承与凸台的周向固定采用过渡配合来保证，其轴向定位采用端盖来固定，端盖通过螺钉再固定到转台。轴承端盖和轴承座间放置垫片。这样可以在安装时通过调整垫片的厚度，使轴承外圈与端盖间留有很小的轴向间隙，以适当补偿轴受热伸长。现根据轴承的尺寸，确定立柱的直径为，高度初步确定为。由于要求质量较小，故压杆材料采用硬铝，考虑到磨盘的圆心距立柱圆心的距离为以及整机的尺寸，故决定压杆的总长度为140mm。根据压杆的受力情况，初步确定压杆高度为8mm；根据立柱的直径参数，确定压杆的宽度为22mm。由于立柱与轴承配合，故立柱可绕轴承中心左右旋转，从而带动压杆旋转。这样，零件就可以很方便地进行装、卸。为了使零件受力均衡，压杆必需与研磨面平行。工作时，为了使立柱稳定，不出现摆动现象，在立柱上应设计一固定装置。因为选择的是普通圆柱销固定，故在凸台旁边还应加工一定位孔。根据销的尺寸，定位孔直径为5mm，其他尺寸为：，。2.4.2 研磨时的操作首先，将取掉定位销，将压杆旋转一定角度，以方便装卸零件；其次，装上零件，并将压杆旋转至固定位置，插上定位销，使立柱固定。在研磨开始时，先施加较小的力即初压(低压)磨合，即当零件与磨具快要接触时，手轮旋转要放慢，使零件缓慢与磨具接触。因为在加工开始时，由于工件表面不平整，如果直接将研磨工作压力加到工件上，则工件凸起处与磨具间的局部压力特别大，摩擦阻力大，造成工件自转不灵活，而且容易使工件把磨具上的丸片撞变形，甚至打落，有时工件甚至还会被甩脱，造成危险。初压磨合一段预定时间后，即可提高工作压力，施加较大的力，此阶段手轮旋转速度可以适当加快，但仍应该慢速旋转。这样可以提高研磨加工效率，不会对磨具产生大的冲击而损害磨具。接近完工时，再进行低压研磨，即在结束时，再次缓慢旋转手轮，使零件慢慢离开磨具，这样可使工件在较低的加工压力下进行研磨，这样有利于降低工件的表面粗糙度值。在磨料粒度较粗时，这种采用高低压加工的方法对降低工件表面粗糙度值尤为有效。第三章 其它部分的设计本章主要对其它系统及需要补充系统的设计。主要有润滑及冷却装置、磨具、夹具的设计及电路的设计。3.1 润滑装置的设计齿轮在传动时，相啮合的齿面间有相对滑动，因此就要产生摩擦和磨损，增加动力消耗，降低传动效率。在此，由于转速较高，就更需要考虑齿轮的润滑。齿轮啮合面间加注润滑剂，可以避免金属直接接触，减少摩擦损失，还可以散热及防锈蚀。因此，对齿轮传动进行适当的润滑，可以改善齿轮的工作状况，确保运转正常及预期的寿命。3.1.1 齿轮的润滑方式开式及半开式齿轮传动，或速度较低的闭式齿轮传动，通常用人工做周期性加油润滑，所用润滑剂为润滑油或润滑脂。通用的闭式齿轮传动，其润滑方式根据齿轮的圆周速度大小而定。当齿轮的圆周速度时，常将大齿轮的轮齿浸入油池中进行润滑（如图31所示）。齿轮浸入油中的深度可视齿轮的圆周速度大小而定，对圆柱齿轮通常不宜超过一个吃高，但一般亦不应小于10mm；对锥齿轮应浸入全齿宽，至少要浸入齿宽的一半。在多级齿轮传动中，可借带油轮将油带到未浸入油池内的齿轮的齿面上。图31单级圆柱齿轮减速器的浸油润滑当齿轮的圆周速度时，应采用喷油润滑。即由油泵或中心供油处以一定的压力供油，借喷嘴将润滑油喷到齿轮的齿面上。但对于立时齿轮传动，为了润滑，即使圆周速度，也可采用喷油润滑。图32喷油润滑当时，喷嘴位于轮齿啮入边或啮出边均可；当时，喷嘴应位于轮齿啮出的一边，以便借润滑油及时冷却刚好啮合过得齿轮，同时也对齿轮进行润滑。对于本文研究的研磨机，通过计算得其速度 但由于研磨机的齿轮是立式传动，故不能用浸油润滑，只能采用喷油润滑。在两齿轮中间方向的箱体上开一小孔，安装一喷嘴。喷嘴直径为4mm，长度为50mm。喷油装置的安装: 喷头的安装。在回梭链保护板上钻两个直径4mm 的孔,右边的孔再用直径8 mm 的钻头钻通,以便喷头通过，左边的孔用丝锥加工M5的内螺孔，然后将喷头一套固定在箱体上的孔上,让喷头的孔中心对准回齿轮中心；油箱及电磁阀的安装。油箱采用分离式，可自动携带。工作时，将油箱安装在箱体的侧板上,并用支架固定好,然后将直径4mm 的塑料管一头插在油箱连接头上,另一头插在清洁喷油部件的连接头上,再将电磁阀直接插在油箱的插头上,并用M3 28的螺钉固定,电磁阀两根接线与织机控制箱连接；压缩空气的来源及其连接。用直径4 mm 的塑料管一头插在油管的接头上,另一头插在GS润滑系统测气压的接头上,使用压力为0.4 MPa0.7 MPa 之间,压力的大小跟加油的量有关；喷油和间歇时间的控制。控制的间隔时间从1 min6 min,喷油时间从1 s10 s,一般间隔调至3 min左右,喷油时间为2 s左