毕业设计（论文）-立式磨簧机设计.doc

海量机械毕业设计，请联系Q1538937061前言弹簧是人们熟悉的机械基础件，它适用于缓冲或减振，在机械设备、生活用品上的各种弹性元件都属于弹簧。弹簧元件在机械设备中往往处于运转的关键部位，它的质量优劣对主机的质量水平有重要影响。弹簧的优劣不仅取决于弹簧材料，还取决于弹簧的加工工艺。中国弹簧行业专业化、自动化程度还比较低，不少工序还停留在手工操作水平上。工人劳动强度大、劳动条件差、生产效率低。国外磨簧等关键工序都已实现机械化、自动化。德国磨簧机有10种，中国仅有4种，而且设备精度较差。为满足国内弹簧生产的需要现设计立式磨簧机。磨簧机主要用于弹簧端面的磨削。弹簧钢丝经过卷簧机卷制，形成弹簧的半成品，其两个端面不平行，还不能满足使用要求。需要通过磨簧机将半成品的两个端面磨平，并使两端面与弹簧的轴线保持一定的垂直度。磨簧分两种形式：A.只需将弹簧端面磨平； B.高度磨削。除了要把弹簧端面磨平外，还要把弹簧磨到指定的高度。本课题来源于盐城市双圆弹簧厂。为高效率磨削弹簧端面需设计立式磨机。其中： a.磨簧机应能满足加工要求，保证加工精度；b.磨簧机应运转平稳，工作可靠，结构简单；c.工件装卸方便，便于维修、调整；d.尽量使用通用件，以便降低制造成本。在陈祥林老师的指导下，首先进行了方案论证，确定机床总体结构。由于磨簧机是针对弹簧磨削而设计的，所以整个设计过程都是围绕弹簧磨削这一功能而展开的。首先根据弹簧的材料，选择合适的砂轮，然后根据普通磨削的要求确定砂轮转速、工件转速、砂轮的进给量等。根据以上的参数计算磨削功率，分析拟定传动装置的简图，画出总装备图，然后根据装备图设计零件图。2总体方案论证本次设计的课题是立式磨簧机，用于弹簧端面的磨削。为避免弹簧多次装夹引起的加工精度误差，以及减少装夹时间，拟采用两个砂轮一起磨削，提高工作效率。两个砂轮有两个独立的电机驱动。为适合加工不同高度的弹簧，以及在磨削时砂轮实现进给运动，磨头要能实现轴向移动。为简化传动机构的结构，只要一个磨头实现进给，另一个磨头固定。2.1进给磨头的确定为弹簧顺利进入磨削区域，下磨头要和工作台处于同一个平面。假如下磨头实现进给运动，那么工作台也要随着磨头运动。工作台比较质量比较大，上下运动在结构上比较复杂，定位难以实现，加工精度难以得到保证。综合各方面因素，确定由上磨头实现进给运动。下磨头在经过长时间的磨削运动，砂轮厚度会减小，砂轮就会低于工作台，料盘就难以实现旋转运动。所以砂轮经过一段时间磨削后，下磨头需要实现高度补偿，使砂轮和工作台重新处在同一个平面。在结构上用升降杆来调节下磨头高度。2.2工作台高度的确定工作台的高度主要根据人的身高来确定，工作台不宜太高，太高会使工人的手上抬，长时间工作会加快工人的劳累；工作台太低，使工人弓着腰工作，同样加快工人的疲劳。工作台高度定位标准是使工人工作舒适。综合国人的平均身高，工作台的高度拟确定120.5。2.3工作台工作方式为便于以后磨头的维修、调整，把工作台设计成活动的，即磨头在维修、卸载时可以方便地把工作台打开。3磨头设计3.1工件材料 弹簧材料的种类繁多,目前大量使用的是弹簧钢,其次是具有特殊性能的弹簧材料,如不锈耐酸钢、耐热钢(合金)、铜合金以及橡胶、塑料等。一般弹簧钢包括:a.碳素弹簧钢 ；b.合金弹簧钢 。本次设计拟确定工件材料为碳素弹簧钢和合金弹簧钢。3.2砂轮的选择砂轮选择应考虑的因素：砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生产效率等。为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。选择砂轮时主要考虑下列磨削条件和技术要求：a工件材料的物理机械性能；b工件的热处理方法；c工件的加工精度和表面粗糙度的要求；d工件的形状和尺寸；e工件的磨削余量；f磨削方式（外圆、内圆或平面磨、开槽、切断等）；g磨削用量，切削液情况，磨床情况，生产类型以及操作者的熟练程度。3.2.1磨料的选择磨料直接参加磨削工作，所以磨料的硬度要高，耐热性要好，还要具有一定的韧性和强度；为了能进行切削，磨料上还必须具有锋利的边刃。磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。一般天然磨料含杂质多，质地不均。 表3-1磨料的特点和应用范围磨料名称新代号旧代号特点应用范围棕刚玉AGZ棕褐色、硬度高韧度大、价格便宜磨削和研磨碳钢、和金刚、铸钢、硬青铜等白刚玉WAGB白色，硬度比棕刚玉略高，韧度较棕刚玉低磨削、研磨、衘磨和超精加工、淬火钢、高速钢、螺纹、齿轮及薄壁零件等单晶刚玉SAGD浅黄色或白色，颗粒呈球状，硬度和韧度都比白刚玉高磨削、研磨或衘磨不锈钢和高钒高速钢等高强度韧度大的材料微晶刚玉MAGW颜色于棕刚玉近似，刚度高，韧度和自励性能良好磨削或研磨不锈钢、轴承钢、球墨铸铁、并适于高速磨削铬刚玉PAGG玫瑰红，或紫红色，硬度和韧度比白刚玉高，磨削表面粗糙度细小磨削、研磨、或衘磨淬火钢，高速钢轴承等表面粗糙度值要求较小的量具，仪表零件和薄壁工件根据弹簧材料：碳素弹簧钢或65Mn来确定磨料，并对照磨料的应用范围来选择。对照表3-1，综合考虑磨料的应用范围以及价格，磨料选择棕刚玉，代号：A。3.2.2粒度的选择砂轮的粒度是指砂轮所含磨料颗粒尺寸的大小，通常以粒度号表示。磨料按其颗粒尺寸大小分为41个号，粒度号数越大颗粒越小。选择磨料粒度时应遵循以下原则：粗磨用粗粒度、精磨用细粒度；工件材料软、塑性大（如有色金属）和磨削面积大的时，为避免砂轮堵塞，应选用粗粒度；成形磨削和高速磨削时粒度应选细些；磨削淬火钢及硬质合金钢时，宜选用中等粒度的磨料；内磨应选用较外磨为粗的粒度；磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件应选用较粗的粒度。 表3-2不同粒度磨具的使用范围粒度号数实用范围非金刚石磨具2240磨钢锭、去铸件毛刺、切钢坯等4660一般外圆、内圆、平面、无心磨、工具磨等6090外圆、内圆、平面、无心磨等半精磨100240精磨、成形磨、衘磨、超精磨刀具刃磨280W20精密磨、衘磨、螺纹磨等超精加工W20以下研磨、精细磨、境面磨等超精加工表3-3加工表面粗糙度与磨料粒度的关系磨料粒度加工表面粗糙度Ra(m)2436536462.51.2546600.630.32801200.16 弹簧端面磨削是一次性磨削，且对端面的粗糙度要求不是太高，根据粒度与粗糙度的关系，对照表3-2，表3-3，磨具的粒度选取50。3.2.3磨具硬度的选择磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，从磨具表面脱落的难易程度。硬度高，表示磨粒难易脱落，硬度低则表示容易脱落。硬度选择的一般原则是：加工硬钢或淬火钢时选择较软的磨具，加工软钢时选择较硬的磨具；加工青铜、韧黄铜时选软磨具；磨具与工件接触面积大时选择较软的磨具；磨削导热性差的材料时选择较软的磨具；精磨、精密磨、超精磨和成形磨时，应该选择硬的磨具；磨平面时应选用磨削相同金属零件外圆时为软的砂轮；干磨时所用砂轮应较湿软些；镜面磨削、缓进时宜选较软砂轮；采用宽砂轮大纵向进给磨外圆时应选较软砂轮；砂轮粒度较细时，硬度应稍软些。机械加工中常用的砂轮硬度等级是H-N。弹簧磨削是干磨，由弹簧材料可知，弹簧的材料的硬度属于中硬，根据磨具选用原则，弹簧磨削磨具选中软，代号为K。3.2.4结合剂的选择 表3-4 结合剂的分类及应用范围名称代号特性应用范围陶瓷结合剂V由粘土等配置，化学性质稳定，耐热、耐油、耐酸、耐碱，多用性好，耐用度高，强度较高，成本低，但较脆适用成形磨削，如磨螺纹、齿轮、轴承滚道等，砂轮速度宜在35m/s以下树脂结合剂B强度高、弹性好，能在高速下工作，耐热性差，在200摄氏度以上失去粘结作用,不耐算碱可作较厚的砂轮和石墨砂轮，用于细粗糙度、高精度磨削，用作切断和开槽用的薄片砂轮，修磨钢坯、铸件的粗粒度砂轮橡胶结合剂R弹性好磨粒容易脱落,耐热、耐酸、耐油性均差，且有异味可作切断、开槽用的薄砂轮及抛光砂轮、无心磨导轮，不适于粗磨金属结合剂J强度高、韧度高和成形性好，但自励性差常用的为青铜结合剂，主要用于金刚石砂轮，用于粗磨，半精磨硬质合金及切断光学玻璃、陶瓷、半导体等根据结合剂的特性和应用范围选择：陶瓷结合剂。3.2.5 磨具形状及尺寸的选择A砂轮型号的选择各种砂轮的形状及尺寸在参考文献11中已有规定。表3-5砂轮型号砂轮名称代号一般用途平形砂轮P根据不同尺寸用于外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、工具磨、螺纹磨和砂轮机上双斜面一号砂轮PSX1用于磨齿轮齿面和磨单线螺纹双面凹砂轮PSA用于外圆磨和刃磨刀具，还用作无心磨的砂轮和导轮薄片砂轮PB用于切断和开槽等筒形砂轮N用于立式平面磨床上坯形砂轮B用其端面刃磨刀具，也可用其圆周磨平面和内孔碗形砂轮BW用于刃磨刀具，也可用于导轨磨床磨机床导轨碟形一号砂轮D1适于磨铣刀、铰刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齿轮的齿面根据砂轮的一般用途，选择砂轮：平行砂轮，代号：PB砂轮内外直径的选择砂轮的内外直径决定了砂轮的磨簧宽度，磨簧宽度主要有料盘来决定。有设计任务书可知，弹簧的最大外径为50mm，根据弹簧的最大外径，通过作图法来确定相关参数。图3-1砂轮、料盘位置示意图由图3-1可知，弹簧的排列宽度为100.4mm,，则砂轮的磨削宽度应该在100mm左右。对照参考文献11，确定砂轮的内外经以及砂轮的厚度。砂轮外径400mm，内径203，厚度为50mm。3.3.1磨削功率计算F=C(vfB/ v)tg (3-1)公式中各参数的含义：C单位切屑所需的力（N/mm）；v指工件的速度。这里指弹簧相对料盘轴线的线速度；f径向进给量（mm）,这里指料盘旋转一周后，砂轮的磨削量；B 原指砂轮的宽度，这里取弹簧中径的1/4；v指砂轮的线速度；磨粒的锥顶半角（6075）。确定公式中各参数值： 表3-6各种工件材料的C值工件材料花岗石硅纯铁铸铁高速钢C（N/mm）430055002800490018000根据弹簧材料65Mn和砂轮材料棕刚玉，选择：C10000N/ mm。 表3-7 磨削常用进给量f（mm）磨削方式平面磨削粗磨0.0100.025精磨0.0050.015簧磨削属于粗磨，对照表3-7，f拟确定0.02mm。砂轮普通磨削线速度3035m/s,高速磨削35m/s以上。弹簧磨削属于干磨，速度不宜太高。速度过高会产生高温，影响弹簧的性能。在这里我拟选用v30m/s。锥顶半角60。由设计任务书可知，弹簧钢丝最大直径8mm,弹簧最大外径50mm，则弹簧中径为：D=50-16=34mmD=(34+50)/2=42mmB= D/4=10.15mm参照平面磨削参数工件的速度v0.15m/s。表3-8磨削的摩擦系数工件材料砂轮切削液干磨退火碳素钢A46NV0.73淬火高速钢A46GV0.32弹簧磨削属于干磨，工件材料为65Mn或者碳素钢，所以摩擦系数选择0.73。此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套设计请联系q：99872184。 则PFv (3-11)由公式3-11得： P2223.2280.02/600.74C.传动齿轮、齿条的设计选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数： 考虑到齿轮传递的功率不大，故齿轮、齿条都选用45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS、260HBS,7级精度。齿轮、齿条的模数拟确定为：m=3； 圆柱齿轮齿数为：z=19 分度圆直径：d=mz (3-12) 由公式3-12得： d31957mm因为齿轮齿条传递的功率不大，齿宽系数：=0.4 b= d (3-13)由公式3-13得： b 0.45722.8mm对齿宽进行圆整b=25mm b= b+(510)mm (3-14)由公式3-14 得： b25+5 30mm齿高h=2.25m (3-15)由公式3-15得： H2.2537.25D.校核齿根弯曲疲劳强度： (3-16)确定公式中各参数值：a.计算载荷系数K： KKAKvK (3-17) 查参考文献10P112表6.2得使用系数KA=1；根据v20/min、7级精度，查参考文献10P114图6.10得动载系数Kv=1，查参考文献10P115图6.13得K=1.15 则由公式3-17得： K111.15 1.15由公式3-2得： n0.112r/minT9.55106 (3-18) 由公式3-18得： T 9.551066.309810Nmmb. 查参考文献10P111图6.9，齿轮、齿条的弯曲疲劳强度极限220MPa,=240MPa；c.弯曲疲劳寿命系数：查参考文献10P109图6.7取K=0.90,K=0.88；d.许用弯曲应力：取定弯曲疲劳安全系数S=1.4,应力修正系数Y=2.0 K Y/ S (3-19)由公式3-19得：K Y/ S2400.882/1.4282.86MPaK Y/ S2200.92/1.4301.71MPae.齿型系数Y、Y和应力修正系数Y、Y： 查参考文献10P120，表6.4得：Y2.85，Y2.06 Y1.54，Y1.97f.计算大小齿轮的Y Y/于Y Y/，并加以比较取其中大值代入公式计算：=0.0156 0.0100 圆柱齿轮的数值大，应按圆柱齿轮校核齿根弯曲疲劳强度g.校核计算： 将相关参数代入3-16得： 2.851.54163.37MPa所以设计的齿轮、齿条满足使用要求。E传动轴的设计 a. 轴的材料选择： 轴的材料选择45钢 b.最小直径估算： 查参考文献10P292表11.3，C=110。 由公式3-3得： d11020.64mm 因为轴上开有键槽， 所以d= d(1+7%) (3-20)由公式3-20得： d20.64（17）22.08 对轴进行圆整： D30 dd30mm由于轴的直径和齿轮的分度圆直径相差不大，所以考虑做成齿轮轴。如图所示：图3-3 齿轮轴结构示意图轴1段装滚子链联轴器，链与链轮间的啮合间隙可补偿两轴间的相对位移。轴2、轴6段装轴承，该轴主要承受径向力，所以采用深沟球轴承。轴4段为齿轮。F.齿条长度以及齿轮轴的安装高度的确定：齿轮轴、齿条安装示意图如图34所示高度L5取决于弹簧的最长长度,L5 取决于弹簧的最小长度。L4为齿条的长度。假设初始状态下，上下磨头之间的距离为100mm，弹簧的最小长度是15mm，则L2100-15=85mm，弹簧的最长长度为150mm，则L5=150-100=50mm，齿条向下移动时，为有足够的下移空间L1=90mm，考虑到齿条的安装尺寸，以及防止齿条因过量进给与支撑板产生碰撞，齿轮轴的安装高度为175mm。齿条的安装尺寸拟确定为25mm,为防止在齿条最高、最低点时与齿轮啮合不充分，把齿条适当增长，拟确定为10mm，砂轮的补偿高度为5mm。则齿条的总长度：L4L5L22521025508550205210mmG电机与减速器的选择有上面的计算可知，输出功率为0.74W，则输入功率：P入(为总传动效率) (3-21)轴承的传动效率为0.98，减速器拟采用摆线针轮减速器，摆线针轮减速器传动效率高：由于该机啮合部位采用了滚动啮合，一般效率为可达0.98。0.980.980.980.941由公式3-21得：P入0.786W 由公式3-2得：齿轮转速 0.112r/min齿轮的转速很低，结合摆线针轮减速器的选择，传动比不能太大，传送比大，摆线针轮的尺寸、价格都会相应增加。所以电机选择YC系列。查阅参考文献3，电机型号选择YC90S-4，额定功率0.55Kw，满载转速为1400r/min。传动比：i=1250根据传动比，以及输入功率选择减速器。查阅参考文献3,减速器型号选择：ZD0.55-2B-1250。3.5.3齿轮轴的校核轴在初步完成结构设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。a. 求出主轴上的转矩 T在工作时，主轴上所承受的功率P=0.74w（不计齿轮的啮合损耗和轴承损耗的功率）。则由公式3-18得： Nmmb求作用在齿轮上的力 N (3-22)N (3-23)c. 轴的受力分析计算支承反力：轴承相对齿轮成对称安装。在水平面内： N 在垂直平面内： Nd.画弯矩图（图3-4） 在水平面内： MaH=Ftl1=1107164=181548 Nmm (3-24) 在垂直平面内 ：MaV=Frl1=402.9164=66075.6 Nmm合成弯矩： Nmm (3-25)图3-4 轴的弯矩、扭矩图e.危险截面的判断 合成弯矩以齿轮为中心成对称分布，所以只要一边满足强度要求即可。f.轴的弯扭合成强度校核由参考文献10表11.2查得= -1=60Mpa, 0.1406400mm3 (3-26) =30.19Mpa (3-27)g. 轴的疲劳强度安全系数校核根据参考文献13表11.2,查得， =0.240=12800 mm3 (3-28)由参考文献10附表1.8查得，；由附表1.4查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，由附表11.4得表面质量系数。则弯曲应力： (3-29)应力幅： 平均应力： 切应力： (3-30) 安全系数： (3-31) (3-32)查参考文献13表11.8得许用安全系数,则主轴的强度满足要求。4论 结立式磨簧机主要针对弹簧磨削而设计的，机床的创新点在于磨簧机能加工不同高度的弹簧，实现磨头的自动进给、复位，自动卸料。该立式磨簧机采用双端面磨削，避免弹簧因多次装夹引起的加工误差。料盘采用回转式圆盘，可以同时加工多个弹簧。立式磨簧机能满足加工要求，运转平稳，工作可靠，结构简单，工件装卸方便，便于维修、调整。参考文献：1张英会等主编.弹簧手册.北京:机械工业出版社,19972罗辉主编.机械弹簧制造技术.北京:机械工业出版社,19873徐灏主编.新编机械设计师手册.北京:机械工业出版社,19954叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(上册).北京:机械工业出版社,20015叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(下册).北京:机械工业出版社,20016李益民主编.机械制造工艺设计手册.北京:机械工业出版社,19957艾兴等主编.金属切削用量手册.北京:机械工业出版社,19968范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册.北京:机械工业出版社,19939编写组编.中国轴承新旧型号对照手册.北京:兵器工业出版社,199510徐锦康主编.机械设计.北京：高等教育出版社，200411全国磨料磨具标准化技术委员会编. 中国机械工业标准汇编.北京：中国标准出版社，1999致谢为期三个月的毕业设计业已经结束。回顾整个毕业设计过程，虽然充满了困难与曲折，但我感到受益匪浅。本设计是学完所有大学期间本专业应修的课程以后所进行