毕业设计（论文）-珩齿加工机床珩磨头部分的设计【全套图纸】.doc

1 概论全套图纸，加1538937061.1 齿轮加工1.1.1齿轮制造的现状及发展趋势齿轮传动具有恒功率输出，效率高，寿命长，可靠性高等优点。因此，齿轮传动广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中。齿轮制造技术是获得优质齿轮的关键。齿轮加工的工艺概括起来有齿坯的加工，齿形加工，热处理，热处理后精加工四个阶段。齿轮加工必须保证加工基准面的精度，热处理直接决定轮齿的内在质量，这是保证加工和热处理后精加工的关键所在。在齿轮加工工艺上，对软齿面和中硬齿面（300400HBS），一般工艺方法为调质后滚齿或插齿，对批量大要求精度高，采用滚齿活茶匙后，再进行剃齿或珩齿加工。对于硬齿面齿轮，一般先滚齿或插齿，有时还剃齿，热处理后精整基准面，轮齿变形大时，进行磨齿，轮齿变形小时，且精度要求在7级及其以上的齿轮，热处理后可采用珩齿或研齿。近年来，由于电子计算机的应用，促进了齿轮制造技术的发展。应用计算机编制工艺过程进行质量控制可使制造质量稳定可靠。1.1.2齿轮加工的方法 滚齿这是目前应用最广泛的齿轮加工方法，可加工渐开线齿轮，圆弧齿轮，摆线齿轮等。滚齿加工精度一般可达到四级到七级。表面粗糙度。目前滚齿的先进技术有： 多头滚刀滚齿； 滚齿机数控化或普通滚齿机安装数显装置； 硬齿面滚齿技术； 大型齿轮滚齿技术。 插齿和梳齿插齿特别适合于加工内齿轮和多联齿轮，插齿速度可达到10002500次/分冲程数。加工精度可达到56级。插齿是用齿条刀插削圆柱齿轮，加工精度高，可达到DIN5级。实践证明，当齿轮模数大于1012mm时，梳齿生产效率比滚齿高。 剃齿剃齿是一种高效齿轮精加工方法。剃齿精度可达到5级，和磨齿相比，剃齿具有效率高，成本低，齿面无烧伤和裂纹等优点。对角剃齿法和径向剃齿法还可用于带台阶齿轮的精加工。 珩齿珩齿是一种后齿轮表面光整加工技术，可有效的改善齿面质量，粗糙度由减小到以下。珩齿方法有齿轮型珩轮，外啮合珩齿，蜗杆式珩轮珩齿和内啮合珩齿。 磨齿磨齿是获得高精度齿轮最有效和最可靠的方法。目前碟形砂轮和大平面砂轮磨齿精度可达DIN2级，蜗杆砂轮磨齿精度可达DIN34级，锥形砂轮磨齿精度可达DIN45级。 研齿为了改善齿面粗糙度，可采用研齿。研齿时，必须用齿轮专用研磨剂，以避免磨伤齿面。表面粗糙度可达。1.2 珩磨加工1.2.1 珩磨加工原理珩磨加工由张开机构将安装在机床主轴珩磨头上的若干根珩磨油石，以一定压力通过面接触方式压在工件表面上，同时使研磨头与工件作相对旋转和往复运动来实现。研磨头与机床主轴或研磨头夹具之间均采用浮动连接，并以工作孔壁作导轨面，故加工精度受机床本身精度影响比较小。研磨加工原理类似三块平板的互研原理。在研磨过程中，将油石切削面与被加工孔表面，可看成三块表面互相研磨修整。欲达到三块平板互研的目的，需要油石与工件看作两个面并需要保证在每个往复运动中其任意一根油石的每个磨粒在孔壁上的运功轨迹不重复。因此需将研磨头的每分钟转数与往复之比选为非整数值。即在圆周上与原始位置应有一个角位移a值。研磨头在做旋转和往复运动中，因油石切削面与加工面形成相互交叉而又不重要的相互修整，故能使加工面达到精确表面，并形成切削交叉网纹。1.2.2 珩磨加工的特点 加工精度高； 表面质量好； 加工表面使用寿命长； 切削效率高； 加工范围广。1.2.3 珩磨进给方式 手动进给； 定压进给：分为一次定压进给，二次定压进给，多次定压进给； 定量进给：连续定量进给，脉冲间断定量进给； 复合进给。1.2.4 珩磨头 磨料 要求其结晶构造完整，不含有杂质。 粒度 要求其粒度均匀，油石粒度越粗切削效率越高，珩磨表面粗糙度越大。 硬度 再保证自锐条件下，要求有较高的耐用度，硬度应该准确均一，在一组油石内各点硬度偏差要求在一小级之内，精密珩磨类油石则要求小于半小级。如果硬度过高，则自锐性差，易使工件变形；如果硬度过低，则使用寿命低，表面粗糙度高。 组织和浓度 珩磨为面接触，热敏感性强，一般选用疏松组织，当接触面大，材料硬度低，韧性大并且是粗珩时应选用松一些的。2 珩齿加工珩齿加工是近年发展起来的一种齿轮精加工方法.珩齿是对热处理后的齿轮进行精加工的方法之一.在珩轮与被啮合齿轮的“自由啮合”过程中,借齿面间的压力和相对滑动来进行切削.珩齿用于轮齿表面的光整加工，可有效的改善齿面的质量，齿面粗糙度由减小到以下，某些珩齿方法还能在一定程度上提高齿轮的精度，由于效率高，成本低，齿无烧伤，所以广泛用于7级以下精度的硬齿面的齿轮加工。2.1 珩齿原理 珩齿相当于一对交错轴斜齿轮传动，将其中一个斜齿轮换成珩磨轮，则另一个斜齿轮就是被加工的齿轮。珩齿是自由啮合展成加工。珩磨轮本身是一个含有磨料的塑料斜齿轮，其齿面上均匀密布着磨粒，每一颗磨粒相当于一个刀刃，在珩齿的过程中，当两者以一定的转速旋转时，由于齿面啮合点之间产生相对滑动，凝固在珩磨轮表面的磨粒便按一定的轨迹从被加工齿轮的表面划过。在外加珩削压力的作用下，磨粒切入金属层，磨粒极细的切屑，形成切削，最后达到所要求的齿厚和精度。为了珩出整个齿宽，齿轮的轴必须作往复直线运动。珩齿时珩削速度就是珩磨轮与齿轮轮齿啮合点的相对滑动速度。由于啮合接触点是变化的，所以沿齿廓各点的珩削速度也是变化的。珩削速度是随着轴交角的增大而增大。当被珩齿轮的螺旋角为一定时，则珩削速度随着珩磨轮螺旋角的增大而增大。当珩磨轮的螺旋角接近90时，则珩磨轮变成蜗杆形状，这是斜齿轮的一个特例。如，蜗杆珩磨轮珩齿就是利用这一原理加工的。此时珩削速度达到最大值。在选取珩磨轮螺旋角时，应避免使珩削速度等于零。一般来说，外齿珩磨轮的螺旋角取1015，内啮合珩磨轮螺旋角取37，蜗杆珩磨轮的螺旋角取89。2.2 珩齿加工的方法 珩齿加工相当于一对空间交错斜齿轮传动，由于珩磨轮可以做成内外斜齿轮形状，也可以做成蜗杆形状，而被加工齿轮可以是直齿轮，斜齿轮，内齿轮和外齿轮等，珩磨轮与被加工齿轮的不同啮合方式，则形成不同的加工方法： 按珩磨轮的形状分为： 齿轮状珩磨轮珩磨法 蜗杆状珩磨轮珩磨法 按啮合方式分为： 内啮合珩磨法 外啮合珩磨法 按两轴的状态分为： 平面轴珩磨法（珩磨时珩磨轮轮轴与工件轴平行） 交叉轴珩磨法（珩磨时珩磨轮轮轴与工件轴交叉） 按珩磨时的啮合间隙分为： 单面有间隙珩磨法 双面无间隙珩磨法 按珩磨的压力分为： 定压珩磨法 变压珩磨法2.3 珩齿机 除专用的珩齿机床外，还可以利用剃齿机，一般普通车床等旧机床进行改装成珩齿机。本次毕业设计的目的就是利用普通车床进行改装，最终改成珩齿机床。2.3.1 精度要求珩齿夹具的精度，直接影响珩齿后齿轮的精度，尤其是影响齿向精度。对珩齿夹具的精度要求，可按磨齿夹具的要求，即：定位表面的径向圆周跳动不大于5端面跳动应不大于3，珩齿心轴的中心孔应进行研磨，表面粗糙度要求达到，着色面积不少于85，同时，要求珩齿心轴与珩轮孔的配合间隙要小。2.3.2 珩齿夹具 普通型珩齿夹具 采用螺母压紧的珩齿心轴，为保证螺纹节线与心轴轴线平行，应将螺纹进行磨削。这种夹具制造容易，但是装卸工件时间较长，在单件小批量生产中应用甚广。 快速型珩齿夹具 快速型珩齿夹具是利用珩齿顶尖座的压力（或弹簧力）压紧的，这种夹具制造困难，但是可缩短工件的装卸时间，提高生产效率，用于大批量生产。 大型珩齿夹具 比较大，且较重的盘状齿轮，宜放在立式珩齿机上加工。夹具安装在珩齿轮机的工作台上，须调整找正定位表面的径向跳动和端面圆跳动，使其在允差范围内。2.4 珩磨轮2.4.1 珩磨轮的结构珩轮按齿轮结构可分为带齿芯和不带齿芯的两种.如下图:模数小的齿轮由于轮齿小采用不带齿芯的结构；带齿芯的珩磨轮的结构由齿部和芯部组成，具体分析如下： 齿部的齿形 齿轮状珩磨轮为渐开线齿形；蜗杆状珩磨轮为法向直廓蜗杆齿形。 芯部的安装尺寸 外齿珩磨轮为直孔，孔径63.5mm。蜗杆状珩磨轮为锥孔，锥度为1：5，大端直径为60mm。内齿珩磨轮为外圆定位，直径大小按珩磨轮大小确定。2.4.2 珩磨轮的材料 珩轮齿圈材料的基本成分有磨料粘结剂和固化剂等。(1) 磨料:磨料在砂轮中起切削作用,常用的磨料有氧化铝和碳化硅,粒度在60# 240#间,一般采用80# 150#粒度.用不同粒度的磨料按一定比例混合运用,可以得到粒度最紧密的排列.细粒度磨料(如320#)的加入,不仅取代单纯的填充剂,而且可起研磨作用。(2) 粘结剂:粘结剂是珩轮齿圈材料的基体,起固定磨料和使珩轮成型的作用.目前多采用环氧树脂,它具有高的结合性能,收缩变形小,耐腐蚀.但它是热塑性树脂,受热后会变软成流体,故需加固化剂使固化成型。(3) 常用的固化剂是乙二胺.乙二胺可在常温下使环氧树脂固化。此外,为了降低环氧树脂的粘度,易于混料和浇注,常用苯二甲酸二丁脂等稀释剂.为了增加珩轮的韧性,往往加入尼龙丝玻璃丝等增韧剂.有时加入少量二硫化钼可以提高珩轮的切削能力及耐用度。2.4.3 珩轮的制造珩轮的制造需要预先做一个“母轮”，精度要求与被珩齿轮相同，用这母轮浇注一内齿模具，如下图：再由此内齿模具来浇注珩轮，这时只要在原来放母轮的位置放上珩轮的轮坯就行。浇注出的珩轮精度，一般比母轮降低半级到一级左右。2.5 加工余量的确定珩齿加工已经不再是紧以改善齿面的表面粗糙度为目的，而是作为齿形精加工的独立工序而存在，必须留有足够的加工余量。余量太少，齿形误差未能得到修正；余量太大，珩磨时间就会太长，珩磨轮磨损就会变大。由于对珩齿前齿轮精度有一定的要求，所以加工余量不宜过大。珩齿加工余量 （mm）工件模数齿厚余量（公法线长度）12.50.020.042.540.030.05460.040.062.6 珩齿操作的调整根据珩磨轮与被珩齿轮的螺旋角调整交角，使珩磨的螺旋齿向与被珩齿轮的齿向平行。2.6.1 齿宽中心平面与珩磨轮中心共面的调整将工件定位尺寸安装在机床的固定位置上，这是定位尺的0点对着珩磨轮头架的回转轴线，然后把被珩齿轮安装在左右顶端上，使定位尺与齿轮的外圆相接近，调整左右顶尖座的位置，使齿宽的中心平面对准定位尺的0点。这时，齿轮端面所对定位尺的读书，正好等于齿宽的一半，最后，通过首件试珩，再精调左右顶尖座，使齿宽中心平面与珩磨轮的中心平面精确共面。2.6.2 齿轮与珩磨轮中心的调整点动径向进给按钮，使珩磨轮快速移近被加工齿轮，转动珩磨轮，使轮齿对准被珩齿轮的齿槽，然后转动径向进给手轮，直至两轮齿接触且无间隙为止（使齿面的初压力为20公斤左右）。松开进给刻度盘紧固螺钉，将零件对正指针刻线，并锁紧刻度盘。2.6.3 轴向进给和行程长度的调整轴向进给量的选择，是通过选择交换齿轮来实现的，按进给量与交换齿轮的关系，便可找到所需要的交换齿轮，点动轴向进给按钮。也就是齿轮右端面对准定位尺读数等于b1/2的刻线，此时移动左挡块压紧行程开关。再点动轴向进给按钮，这时工作台返回行程，当齿轮左端面所对定位尺的读书等于H值时停止，这时移动右挡块压紧行程开关。最后通过首件试行，再精调左右挡块的位置。2.6.4 齿向修行机构的调整 齿向修形有两种：一是对轮齿的一端进行齿厚修薄；二是对轮齿的整个齿宽进行鼓形修整。2.7 实现齿向修形有三种方法2.7.1 采用齿向修形控制工作台在轴向进给运动时，改变珩磨轮与被加工齿轮的中心距。2.7.2 通过工作台摇摆运动机构控制珩磨轮与齿轮的中心距，这种装置只能进行鼓形修整，而不能进行两端齿厚修薄的齿向修行。2.7.3 采用简易程控装置控制工作台轴向进给阻力大小来实现修形的Y4732型珩齿机有一套鼓形齿附件，可实现上述两种齿向修形。齿向修形加工的原理是：当珩磨轮在齿长方向上的不同位置时，用改变阻尼力的大小来控制珩削量的大小。改机床采用珩粉离合器做阻尼，阻尼力的大小是用简易程控的办法，控制磁粉离合器电源的电压变化来实现的。电压高，阻尼力小。从而珩出两端修薄或鼓形的齿向。调整的方法是：根据齿轮齿向修形量的大小，选择步行器的步数，同时选择好第一步阻尼力的大小，把所需要的步数和电压用插塞插在程控板上，整个程控板可通过控制阻尼力的大小来实现。2.8 珩齿的误差分析珩齿时常见的误差，产生的原因及消除的方法如下： 压力角误差产生原因： 珩磨轮齿形角偏大或偏小；消除方法： 减小珩磨轮齿形角或增大珩磨轮螺距。 齿形不对称产生原因： 珩磨轮螺纹齿形面向右偏斜；消除方法： 重磨珩磨轮齿形面。 齿形上齿面局部凹下产生原因： 珩磨轮下齿面未修准齿高有效高度不足；消除方法： 精修珩磨轮齿形面。 齿形下齿面局部凸起产生原因： 珩磨轮齿顶棱角磨损或珩磨轮齿厚太厚，下齿面珩不到位；消除方法： 精修珩磨轮齿形面或修薄珩磨轮齿厚。 齿形中凹产生原因： 齿数少重合度小；消除方法： 对珩磨轮齿形进行中凹修形。 齿向呈锥形产生原因： 齿轮轴线与轴向运动方向不平行；消除方法： 调整两顶尖中心连线对导轨的平行度。 齿向不对称产生原因： 珩磨轮齿向与被珩齿轮齿向不平行（在平行与展成方向的平面中）；消除方法： 调整轴交角或调整两顶尖中心连线对导轨的平行度。 齿的两端或一端凸起产生原因： 行程长度不足；消除方法： 调整行程长度。 齿的两端或一端凹下产生原因： 行程长度太大；消除方法； 调整行程长度。 齿向逐渐变化产生原因： 齿端面与内孔不垂直或珩齿夹具支靠端面不垂直；消除方法： 修磨齿轮或夹具的定位基准。 齿向有规则的大波纹产生原因： 轴向进给量太大；消除方法： 减小轴向进给量。2.9 珩齿的特点应当指出,虽然珩齿的运动和剃齿大体相同,珩轮的结构和剃齿刀比较相似,但是珩齿过程的本质和剃齿是不相同的,其特点如下: (1) 珩轮的齿面上均匀密布着磨粒,各磨粒间以粘结剂相隔.珩磨速度远比磨削时低.因此,珩齿切削过程的本质是低速磨削研磨和抛光的的综合过程。(2) 珩轮的磨粒可以看成是十分接近的连续的切削刃,珩齿的过程可以接近于连续挤压的过程.因此,珩磨后齿面上的切削纹路很细,光洁度比剃齿高,不会产生冷硬现象。(3) 珩轮弹性大,不能强行切下误差部分的金属,因此,珩齿修正误差的能力没有剃齿强.而另一方面,珩轮本身的误差,也就不会全部反映到齿轮上,因此珩轮的精度要求不高,而对珩前的齿轮则要求较高的精度.珩齿主要用于改善表面质量。(4) 珩齿时,齿面间除了沿齿向产生滑动切削外,沿渐开线方向的滑动使磨粒也能切削,于是就构成了齿面刀痕的复杂纹路,使齿面的光洁度提高。2.10 改装部分的组成改装主要由两部分组成.一是被珩齿轮的安装部分,有心轴、垫片、螺母等零件组成。心轴插入车床主轴锥孔里,用螺栓拉杆紧固。被珩齿轮安装在心轴上,用螺母拧紧;另一是珩磨头,它的滑座6安装在大拖板7上面的横向燕尾形导轨上,因此珩磨头既可以随大拖板作纵向进给运动,又可在横向进给的丝杆螺母作用下作横向进给运动。2.11 珩磨头的结构珩磨头主要由主轴、弹簧夹头、胎盖、压盘、摩擦盘、偏心盘、心轴、弹簧、壳体、滑座等零件组成。珩磨轮主要由齿部和芯部组成。齿部主要用于珩磨工件，芯部用于支撑齿部。胎盖由支撑珩磨头和传递珩磨轮转动的动力。弹簧夹头将珩磨轮转动的动力传给胎盖。螺母、垫片、小盘等将珩磨轮固定在胎盖上。压盘连接胎盖和摩擦盘。摩擦盘将珩磨轮的转动传给偏心盘，进而实现主轴的轴向直线往复运动。心轴安装在箱体上，心轴上安装着偏心盘。偏心盘和摩擦盘、弹簧一起实现主轴的沿其轴线作直线往复运动，进而实现珩磨轮的沿其轴线作直线往复运动。主轴主轴上面安装着胎盖、压盘、摩擦盘及弹簧等，它能作直线往复运动，进而实现珩磨轮的直线往复运动。弹簧和摩擦盘、偏心盘一起配合实现主轴沿轴线作直线往复运动。弹簧端部的螺母、垫片限制弹簧端部的大垫片的位置，实际上即是用来调节弹簧的工作长度，即调节弹簧的工作弹力。轴套主轴作直线往复运动时，会有摩擦力，轴套可以减小这个摩擦力，并且保护主轴，使主轴免于发生变形。箱体箱体由箱座和箱盖组成，起着支撑主轴和主轴上各零部件的作用。为了装拆方便，常采用部分式结构，箱座和箱体用螺钉连接成整体。窥视孔开在箱盖顶部，用来观察、检修箱体内部构件运动，润滑情况等。底座、滑座底座上固定着箱体，同时底座与滑座配合，能实现珩磨架的转动。定位轴用来准确确定底座和滑座的相对位置。2.12 珩磨头的工作原理珩磨头结构是根据上述珩磨原理设计与制造的。有主轴1，弹簧夹头4，胎盖5，压盘6，摩擦盘7，偏心盘8，心轴11，弹簧14，壳体18，滑座29等零部件组成。如下图所示：珩齿加工时，珩轮与工件啮合，于是珩轮在工件的带动下旋转,其动力通过弹簧夹头4传给胎盖5.由于胎盖5压盘6摩擦盘7之间均是用螺钉连接,所以摩擦盘7等件随胎盖5一起转动.旋动弹簧调节螺母,可调节弹簧14作用在主轴1上的作用力。由图可以看出,摩擦盘7紧紧的压在偏心盘8上.因此,当摩擦盘7转动时,在摩擦力的作用下,偏心盘8绕心轴11转动,其外形轮廓上各点到心轴11圆心的尺寸不等,则使主轴1随着珩磨轮37的旋转二作轴向往复运动。也就是说,在珩齿加工中,珩磨轮既与工件啮合旋转,又沿着主轴1的轴向往复直线运动。应当指出,珩磨轮直线往复运动行程的大小，受偏心盘8的控制。当被珩齿轮的宽度不同时，偏心盘8的偏心距也应不同，所以偏心盘8是可更换件，对不同齿宽的齿轮，需换成偏心距相适应的偏心盘。为了减少不同尺寸偏心盘的数量，在生产中可按照下表中的情况使用。齿轮的宽度与偏心盘的偏心距（mm）齿轮的齿宽偏心距L偏心盘外径20以下31162030512230以上81302.13 偏心盘结构图偏心盘的结构图如下图所示：2.14使用方法及注意事项2.14.1 珩齿的方法常采用的是双面变压珩磨法：所谓“双面”是指珩磨齿的两侧面，在珩齿过程中需要工件作正反转动。所谓“变压”是珩轮沿轴线作直线往复运动，但径向运动不像剃齿那样在每一往复行程后有一次进给,而是按珩齿需要的初压力(一般为20公斤左右)调整好珩轮与工件的中心距,开车后一次进给到预定位置。珩齿开始时齿面压力较大,随后压力渐减(即所谓变压),直至接近消失时珩齿结束。珩轮的选用：珩轮分通用和专用两类。无特殊要求时，尽量选用通用珩轮。为了保证珩轮与被珩齿轮（即工件）能正确啮合，所选用珩轮的模数、压力角应与被珩齿轮相同。工件转速的选择：由于珩磨头的结构关系，珩轮的转速不宜过高，以左右为宜。2.14.2 工件与珩轮的回转轴线交叉角 的调整一个直齿圆柱齿轮和一个螺旋齿轮相啮合时（或两个螺旋角不等的螺旋齿轮相啮合时），两轮的回转轴线必须构成一个交叉角，要使两轮能正确啮合，交叉角必须适当。角的调整方法：首先松开底座30与滑座29紧固螺母，然后扳动珩磨头，使珩轮与工件能正确啮合后，再把紧固螺母拧紧便妥。2.15 珩齿的应用 本改装是在普通车床上进行的,珩齿主要用于除去齿轮热处理后的氧化皮及毛刺,可使光洁度提高，其次齿轮传动噪声也略有降低,生产率很高.但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定，有时甚至会使齿形误差有所增大。珩齿效果很大程度上决定于前一道工序加工的精度和热处理的变形量，一般可应用于加工68级精度的齿轮。下面的切削规范可作珩齿时参考：珩轮节圆处的切削速度为0.72.2米/秒，径向进给量一般按在35个纵向行程内珩去全部余量选取，而纵向进给量在0.050.65毫米/秒之间。珩齿余量一般为单面留0.010.015毫米。总之，珩齿由于其具有提高齿面光洁度、降低噪音、效率高、成本低、设备简单、操作方便等一系列优点，故是一种很好的齿轮精加工方法。3 珩磨头的设计3.1 基本参数的确定 3.1.1 珩磨轮的受力本齿轮珩磨头改装是在普通车床上进行的，主要用于除去齿轮热处理后的氧化皮及毛刺。改装主要由两部分组成.一是被珩齿轮的安装部分,有心轴、垫片、螺母等零件组成。心轴插入车床主轴锥孔里,用螺栓拉杆紧固。被珩齿轮安装在心轴上,用螺母拧紧；另一是珩磨头,它的滑座安装在大拖板上面的横向燕尾形导轨上,因此珩磨头既可以随大拖板作纵向进给运动,又可在横向进给的丝杆螺母作用下作横向进给运动。本改装采用了常见的“双面变压珩齿法”。珩轮与工件的啮合关系运动情况和剃齿大致相同:工件带动珩轮正反转动；珩轮沿轴线作直线往复运动。但径向运动不像剃齿那样在每一往复行程后有一次进给,而是按珩齿需要的初压力(一般为20公斤左右)调整好珩轮与工件的中心距,开车后一次进给到预定位置。珩齿开始时齿面压力较大,随后压力渐减(即所谓变压),直至接近消失时珩齿结束。3.1.2 珩磨轮、被珩齿轮的转速 珩磨轮的转速珩齿加工所用珩轮的外形结构和剃齿刀相似，珩轮材料是由磨料（有氧化铝和碳化硅,粒度在60 240号之间,一般采用80150号粒度）、树脂等组成。珩磨轮的结构由齿部和芯部组成。齿部用环氧树脂和磨料等混合浇铸成型，芯部用碳素钢、铸铁或工程塑料制成。 齿部的齿形 齿轮状珩磨轮为渐开线齿形；蜗杆状珩磨轮为法向直廓蜗杆齿形。 芯部的安装尺寸 外齿珩磨轮为直孔，孔径63.5mm。蜗杆状珩磨轮为锥孔，锥度为1：5，大端直径为60mm。内齿珩磨轮为外圆定位，直径大小按珩磨轮大小确定。由于珩齿加工的精度和光洁度要求及齿轮珩磨头的结构关系，珩磨轮的转速不宜过高，一般为。 被珩齿轮的转速： 式中工件转速珩轮转速工件齿数珩轮齿数所以： 或 因为珩轮和工件的齿数是已知的，所以利用上式可算出工件的转速。3.1.3 被珩齿轮的齿宽 被珩齿轮的齿宽是很多样的，但是生产中为了方便简洁，因此将它们制成了系列，常用的三种规格如下：20mm以下；2030mm；30mm以上； 现在取被珩齿轮的宽度为2030mm进行设计。 3.1.4 珩磨轮的螺旋角珩齿加工时珩磨轮的转速既不能太大也不能太小，而珩轮的螺旋角要合适才能使珩轮的转速不超过规定的要求。珩齿加工时啮合接触点是变化的，所有，沿齿廓各点的珩削速度也是变化的。现只需分析珩磨轮啮合节点处的珩削速度:式中： 珩轮的螺旋角，此处 被珩齿轮的螺旋角，此处； 两轮轴线的交角（当两轮的螺旋角方向相同时，取“”，相反时取“”）由上式可知，珩削速度是随着轴交角的增大而增大。当被珩齿轮的螺旋角为一定时，则随珩磨轮螺旋角的增大而增大；当珩磨轮的螺旋角接近90时，则珩磨轮变成蜗杆形状，这是斜齿轮的一个特例，蜗杆珩磨轮珩齿就是利用这一原理加工的。此时，珩削速度达到最大值；当时，是一对直齿圆柱传动。此时，珩削速度0；当时，是一对斜齿圆柱齿轮传动。此时，珩削速度0。在选取珩磨轮螺旋角时，应避免珩削速度等于零。一般来说，外齿珩磨轮的螺旋角1015；内齿珩磨轮的螺旋角37；蜗杆珩磨轮的螺旋角898910。珩轮的螺旋角一般在1015之间，取，左旋；被珩齿轮的螺旋角，被珩齿轮可以是直齿圆柱齿轮，也可以是斜齿轮，此处取0，右旋。珩轮与被珩齿轮的啮合关系有齿轮形珩轮外啮合珩齿，齿轮形珩轮啮合珩齿，蜗杆式珩轮珩齿三种，取珩轮与被珩齿轮的啮合关系是齿轮形珩轮外啮合。3.1.5 啮合节点P的珩削速度 进行珩齿加工时，珩轮和被珩齿轮的啮合接触点是变化的。珩齿时珩削速度就是珩磨轮与被珩齿轮齿面啮合点的相对滑动速度。所以沿齿廓各点的珩削速度也是变化的，现在只需分析啮合节点P的珩削速度。 由公式： 式中： 啮合节点P的珩削速度； 珩轮的法面模数。取4； 珩轮的转速； 珩轮的齿数；取52 1.6328 （m/s）又因为： 式中： 珩轮的螺旋角，此处 被珩齿轮的螺旋角，此处； 两轮轴线的交角（当两轮的螺旋角方向相同时，取“”，相反时取“”） 所以 有 由此可得。对于珩削速度的选择,可参阅下面摘自的珩削用量表: 珩齿方法内啮合珩齿外啮合珩齿珩削速度(m/s)0.31.50.72.2纵向进给量(mm/s)1000300050650径向进给量(mm/dst)0.010.040.010.04由表中数据可以看出，外啮合珩齿的珩削速度在0.72.2 m/s之间，上面计算出的1.6328（mm/s），符合这个范围要求，因此合理。珩削速度随着轴交角的增大而增大。当被珩齿轮的螺旋角为一定值是，则随着珩磨轮的螺旋角增大而增大。珩磨轮的纵向进给量在50650mm/s之间，取200mm/s。珩磨轮的径向进给量一般按照35个纵向行程内珩去除全部余量选取，珩齿余量一般为单面留0.010.015mm，取单面留0.015mm。3.1.6 珩轮架的最大回转角度 取珩轮架的最大回转角度为30。3.2 珩磨轮的设计 珩轮的外形和齿轮一样，其结构由齿部和芯部组成，轮胚多采用钢料为45钢制造。其齿轮部分是用树脂和磨料的混合物在轮芯上浇铸成螺旋齿轮。珩轮按轮齿结构可分为带轮芯的和不带轮芯的两种。模数不大的珩轮由于轮齿小，采用不带齿芯的设计。3.2.1 基本材料珩轮齿圈材料的基本成分有磨料粘结剂和固化剂等。(1) 磨料:磨料在砂轮中起切削作用,常用的磨料有氧化铝和碳化硅,粒度在60#240#之间,一般采用80#150#粒度。用不同粒度的磨料按一定比例混合运用,可以得到粒度最紧密的排列.细粒度磨料(如320#)的加入,不仅取代单纯的填充剂,而且可起研磨作用。(2) 粘结剂:粘结剂是珩轮齿圈材料的基体,起固定磨料和使珩轮成型的作用.目前多采用环氧树脂,它具有高的结合性能,收缩变形小,耐腐蚀.但它是热塑性树脂,受热后会变软成流体,故需加固化剂使固化成型.(3) 常用的固化剂是乙二胺.乙二胺可在常温下使环氧树脂固化。此外,为了降低环氧树脂的粘度,易于混料和浇注,常用苯二甲酸二丁脂等稀释剂.为了增加珩轮的韧性,往往加入尼龙丝玻璃丝等增韧剂.有时加入少量二硫化钼可以提高珩轮的切削能力及耐用度。3.2.2 珩磨轮的尺寸设计 珩齿加工的原理和剃齿的加工原理是相似的，珩磨轮的外形结构和剃齿刀也是相似的。现可根据剃齿刀的外形结构选取一个基本的尺寸。根据常用的珩轮的分度圆直径为240mm和180mm两种；螺旋角在1015之间。齿宽多为35mm。再联系到前面已经设计出的的基本参数，可知： 表31 珩磨轮的参数珩轮直径d240mm螺旋角12法面模数齿数分度圆直径压力角齿宽内孔直径轴台直径B452212.646202560.5120其形状如图所示：图32 珩磨轮结构3.2.3 珩磨轮的制造 珩轮的制造需要预先做一个“母轮”，精度要求与被珩齿轮相同，用这母轮浇注一内齿模具，其结构前文已经给出。再由此内齿模具来浇注珩轮，这时只要在原来放母轮的位置放上珩轮的轮坯就行。浇注出的珩轮精度，一般比母轮降低半级到一级左右。3.2.4 弹簧夹头 珩磨轮与胎盖间的弹簧夹头起传递动力的作用：珩齿加工时工件带动珩磨轮正反转动，而珩磨轮转动的动力将通过弹簧夹头传给胎盖，带动胎盖随珩磨轮同步转动。根据珩轮的内孔和胎盖的尺寸设计弹簧夹头。 在此，可以取： 内径为d48mm 外径为D61mm，80mm 宽度为B35mm 弹簧夹头的材料为碳素钢，制造时应保证其粗糙度较大，使能生产足够大的摩擦力来带动胎盖的转动。装配时和珩磨轮、胎盖的配合都是过盈配合。因为它们之间不是键联接，要传递珩磨轮的转矩只能完全靠摩擦力，过盈配合有助于传递珩磨轮转动的动力。其结构图如下图所示：图34 弹簧夹头3.3 摩擦盘设计3.3.1 胎盖胎盖的凸台上安装弹簧夹头和珩磨轮（它们是通过螺钉联接的）。珩齿时，珩轮与工件啮合，于是珩轮在工件带动下旋转，其动力通过弹簧夹头的摩擦传给胎盖。胎盖又是和压盘摩擦盘用螺钉联接在一起的，然后安装在主轴上。胎盖的材料选用常见的45钢，调质处理。设计为圆盘形，盘的一面中间钻孔（不穿透）以将其安装在主轴上，另一面中间有两级凸台,凸台的最前端用螺纹以及螺母将珩磨轮固定。取三个台肩的宽度分别为：25mm；35mm；5mm；15mm ；螺钉中心线到到胎盖中心线的距离为r55mm ；螺钉主要承受转矩，要进行校核；胎盖和主轴配合的内孔面要光滑。其结构图如下： 图35 胎盖3.3.2 螺母和垫片的选择 根据胎盖的螺纹尺寸，查机械零件设计手册选取： 螺母M421.5 GB5458； 垫圈42 GB9758；3.3.3 压盘 胎盖、压盘、摩擦盘三者是用螺钉联接在一起的，珩磨轮带动胎盖转动时压盘会随着它一起转动压盘中间钻孔装配在轴承上，轴承和主轴配合。轴承只承径向载荷，初步确定选单列向心球轴承。压盘的形状要和主轴、胎盖、摩擦盘的形状相配合。3.3.4 摩擦盘 当工件带动珩磨轮转动时，其动力全通过弹簧夹头传给胎盖，而胎盖、压盘、摩擦盘三个是用螺钉联接在一起的，所以摩擦盘会和珩轮同步转动。摩擦盘和偏心盘之间有挤压力，即存在摩擦力，这个摩擦力会使偏心盘随着摩擦盘转动。根据它们的运动和联接关系设计摩擦盘的尺寸。由于摩擦盘是靠摩擦力来带动偏心盘转动的，所以要求摩擦盘和偏心盘接触的面应贴合紧密，并且应有合适的摩擦系数，以确保有足够大的摩擦力。 四个螺钉的设计因为珩磨轮的转速不高，受力也不大，并且摩擦盘和偏心盘之间的摩擦力也不大，初选螺钉GB6558M1042（圆柱头螺钉）。 四个螺钉的强度校核：因为摩擦盘的动力都是珩轮传过来的所以先要分析珩轮的受力，珩轮上受的法向力196N,可以分解为三种相互垂直的力，即圆周力，径向力，轴向力。珩轮的功率： 式中： P珩轮的功率； 珩轮受的法向力； 啮合节点P的珩削速度；1.63m/s 所以， P0.32（KW）珩轮的扭矩： 式中： P珩轮的功率（KW）； 珩轮的转速（r/min）； 所以， T2.04（KW） 计算摩擦盘和偏心盘之间的挤压力 由珩轮到摩擦系统整体的转矩平衡有： 式中： T珩轮的转矩； f摩擦盘，偏心盘之间的摩擦力（当偏心盘的较薄的面和摩擦盘接触时）； 摩擦盘和偏心盘接触的平均直径 取87.5mm； 所以上式为： 得： （N） 摩擦盘与偏心盘之间相当于静摩擦，查表取静摩擦系数，按计算，可得：233.10.3N N778（N）N为摩擦盘与偏心盘之间得最初压力。偏心盘在转动的过程中，它和摩擦盘之间的挤压力N时变化的，忽略偏心盘所受的其它摩擦力的变化影响，可以认为N值是最基本的预加载荷，以后增加的弹力，根据经验设为700N 。所以摩擦盘、偏心盘之间的最大压力为： +=1478 (N) 珩轮的圆周力，径向力，轴向力的计算； 圆周力： 2T/d 式中： T珩轮的转矩； d为珩轮的分度圆直径； 所以， 191.86（N） 径向力： 式中： 珩轮的圆周力； 为压力角，取20； 所以， 71.3（N） 轴向力： tg 式中： 珩轮的圆周力； 珩轮的螺旋角； 所以， 40.78N 四个螺钉主要受旋转力矩，每个螺钉需要的预紧力： 式中： 可靠性系数，一般为1.11.3，这里可取1.2； 被连接件的摩擦系数，0.15； 所以， 816（N）危险断面上的当量应力及强度：拉伸应力： 扭转剪应力： 疲劳强度校核：许用应力幅： 螺栓的计算应力幅： 式中： 螺钉尺寸系数，1； 应力集中系数，3.9； 螺钉材料的疲劳极限，0.34600204； 应力幅安全系数，3；由此可得选取的螺钉符合要求。3.4 偏心盘的设计3.4.1 运动分析 偏心盘和摩擦盘之间存在挤压力，因而有摩擦力存在。摩擦盘的转动动力通过摩擦传给偏心盘。偏心盘转动又会使摩擦盘沿轴线作直线往复运动，从而带动主轴，珩轮一起作往复直线运动。设摩擦盘和偏心盘之间没有相对滑动，珩轮直线往复运动行程的大小，受偏心盘尺寸的控制。当被珩的齿轮的宽度不同时，偏心盘的偏心距L也应不同，所以偏心盘是可以更换的部件，生产实践中一般采用：齿轮的宽度与偏心盘的偏心距（mm）齿轮的齿宽偏心距L偏心盘外径20以下31162030512230以上8130现在取齿宽为2030mm，偏心距5mm，偏心盘外径122mm。为了让偏心盘随摩擦盘一起转动，而心轴不转动（心轴固定在箱体上要求不能动），心轴上安装一个单列向心球轴承。3.4.2 轴承的选取在心轴上安装的轴承要求主要承受径向载荷（轴向载荷可以忽略不计），偏心盘的转速为150转/分，转速不高。依据此要求可以初步选定使用单列向心球轴承。单列向心球轴承的特点及适用条件为：摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，使用方便，适用于主要承受径向载荷和刚性较大的轴上。 求当量动载荷分析偏心盘和摩擦盘间的受力可知，轴承主要受到的径向载荷的大小为：图36 偏心盘由于： ； 0.34； 3； 3.9； ； 查表取x1，y0； 计算轴承所需要的径向额定动载荷 轴承工作的温度不高，工作载荷是基本上没有冲击，查表取1，1.1 根据以上计算结果及偏心盘的内径和所许可的轴承的径向额定动载荷，查机械课程设计手册选取： 单列向心球轴承108 GB27682；极限转速的验算： 所以， 单列向心球轴承的作用是能够承受径向载荷，也可同时承受径向和轴向的联合载荷，适用于摩擦阻力小，结构简单，使用方便。3.5 心轴3.5.1 心轴的材料心轴采用45钢调质处理（对于毛坯直径d200mm的采用调质处理）。心轴上安装轴承，偏心盘，根据偏心盘，轴承的内径受力，初定心轴的尺寸。心轴的下端固定在箱体上，上端受力，它相当于悬臂梁。其受力分析如下图：图37 心轴对（b）求出剪力Q和弯矩M： 得 得 所以靠近B时弯矩变大，即B的弯矩M最大 危险截面校核： 式中： 心轴的弯矩； 扭矩（当为心轴时，取）； 心轴受到的当量弯矩。 所以：危险截面剪应力校核： 由此可知轴是安全的。3.5.2 盘的设计盘垫在偏心盘的下面，起托起偏心盘和轴承的作用。盘的材料采用铸钢，要求将盘的一面打磨光滑，尽量减小它和偏心盘间的摩擦力。图38 圆盘3.5.3 心轴顶端盖（1）心轴上端螺母和垫片的选取，查机械设计师手册选取如下： 螺母 GB617286M30 垫片 GB91.78530（2）端盖要套在螺母上，根据螺母的外径设计顶端盖。选取端盖的材料为铸钢。3.6弹簧的设计 由前面的分析可知，弹簧的安装初载荷为778N,增加量=700N。取工作行程为11mm（这大于两倍的偏心盘的偏心距）。查表知弹簧属于第三类弹簧，选取弹簧材料为组碳素弹簧钢丝，查表知： ； =1000 ； ；3.6.1 确定弹簧丝的直径d 查机械设计师手册可得公式为： 式中： 为弹簧承受的最终压力； 为补偿系数； 旋绕比； 许用剪切应力；初选旋绕比c7 按表估计d8mm补偿系数弹簧的最大工作载荷：778+7001478N许用剪切应力0.51000500N故： 8.005mm8mm 可取的d8mm；3.6.2 确定弹簧的有效圈数n 最大变形量 ； 有效工作圈数 ，圆整为n4； 取两端的支撑圈数 2； 因此，总圈数为 n+6。3.6.3 弹簧的几何尺寸计算 中径： 56mm； 外径： ； 内径： ；节距： ，可取P15mm；轴向间隙： ；自由高度： ；极限变形量： ；最小变形量： =12.21mm；弹簧的工作高度：； ； ；弹簧的展开长度： 3.6.4 验算弹簧的稳定性 所以弹簧满足要求。3.6.5 弹簧两头的三个大垫片的设计 设计的垫片的作用是挡