立式磨簧机设计(总体、磨头设计)(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目 录 1 前言 1 2 总体方案论证 2 2.1 进给磨头的确定 2 2.2 工作台高度的确定 2 2.3 工作台工作方式 2 3 磨头设计 3 3.1 工件材料 3 3.2 砂轮的选择 3 3.2.1 磨料的选择 3 3.2.2 粒度的选择 4 3.2.3 磨具硬度的选择 4 3.2.4 结合剂的选择 5 3.2.5 磨具形状及尺寸的选择 5 3.3.1 磨削功率计算 6 3.3.2 选择电机 7 3.4 磨头主轴的设计 8 3.4.1 磨头主轴的结构设计 8 3.4.2 轴的最小直径估算 9 3.4.3 轴的总长度 9 3.4.4 各轴段直径和长度的确定 10 3.4.5 轴承的选择 11 3.4.6 轴承的润滑 11 3.4.7 滚动轴承的密封 11 3.5 磨头进给系统设计 12 3.5.1 套筒和导向套的设计 12 3.5.2 上磨头进给系统设计 13 3.5.3 齿轮轴的校核 18 4 结论 21 参考文献 22 致谢 23 附录 24 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 2 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 1 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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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。 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 4 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 A GZ 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 WA GB 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 单晶刚玉 SA GD 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 MA GW 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 PA GG 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 22# 40# 磨钢锭、去铸件毛刺、切钢坯等 46# 60# 一般外圆、内圆、平面、无心磨、工 具磨等 60# 90# 外圆、内圆、平面、无心磨等半精磨 100# 240# 精磨、成形磨、衘磨、超精磨刀具刃磨 280# W20 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) 24# 36# 5 36# 46# 2.51.25 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 6 46# 60# 0.630.32 80# 120# 0.16 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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： P B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 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 8 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 FP=2CF(vfrB/ vC)tg (3-1) 公式中各参数的含义： CF 单位切屑所需的力（ N/mm2 ） ； v 指工件的速度。这里指弹簧相对料盘轴线的线速度； fr 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； vC 指砂轮的线速度； 磨粒的锥顶半角（ 60 75）。 确定公式中各参数值： 表 3-6 各种工件材料的 CF 值 工件材料 花岗石 硅 纯铁 铸铁 高速钢 CF（ N/mm2 ） 4300 5500 2800 4900 18000 根据弹簧材料 65Mn 和砂轮材料棕刚玉，选择： CF 10000N/ mm2 。 表 3-7 磨削常用进给量 fr （ mm） 磨削方式 平面磨削 粗磨 0.010 0.025 精磨 0.005 0.015 簧磨削属于粗磨，对照表 3-7， fr 拟确定 0.02mm。 砂轮普通磨削线速度 30 35m/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 vC 30m/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： D1 =50-16=34mm D2 =(34+50)/2=42mm B= D2 /4=10.15mm 参照平面磨削参数工件的速度 v 0.15m/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 A46NV 0.73 淬火高速钢 A46GV 0.32 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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 由公式 3 1 得： FP2 10000(0.15 0.02 10.5/ 30) tg60 0.73 20.84N FP是磨单个弹簧所需的磨削力，有图 3-1 可知，有 7 个弹簧同时进行磨削 Pm 7 FP vC/1000 7 20.84 30/1000 4.38KW 总传动效率： 轴有 4个角接触轴承支撑，单个轴承的传动效率为 0.99，则总传动效率为： 0.994 0.96 电机输入功率为： P Pm/ 4.38/0.96 4.56KW 3.3.2选择电动机 电机转速： nD vc(D为砂轮的外径 ) (3-2) 由 3 2得： n 40030000 1433.12r/min 根据输入功率以及输入转速选择电机，查参考文献 3，选择电动机的型号Y132S-4，额定功率 5.5KW，同步转速 1500r/min，满载 转速 1440r/min。 3.4 磨头主轴的设计 通常，轴的设计步骤包括： a.按工作要求合理选择轴的材料和热处理方法； b. 轴的结构设计； c.轴的强度校核计算； d.必要时作轴的刚度或振动稳定性等的校核计算； e.绘制轴的零件工作图。 A轴的材料及其热处理选择 轴的常用材料是碳素钢，合金刚及球墨铸铁。 钢轴毛坯多数用轧制圆钢或锻件，也有的用圆钢。 碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性低，经热处理或化学处理可得到较高的综合力学性能（尤其在耐磨性和抗疲劳强度两个方面），应用最多。常用的碳钢有35、 40、 45和 50 等优质中碳钢，其中 45 钢应用最广，通常进行正火或调质处理，一般用于比较重要或承载较大的轴。对于不重要或承载较小的轴，也可采用Q235,Q275 等普通碳素钢。 合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能，常用于承载很大而重量、立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 10 尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的重要的轴，以及处理高温或低温条件下工作的轴。 选择轴的材料和热处理方法，主要根据轴的受力、转速、重要性等对轴的强度和耐磨性提出的要求。研究表明，钢材的种类和热处理措施对其弹性模量影响甚小，如欲采用合金钢代替碳素钢或通过热处理来提高轴的高度，收 效甚微。轴的刚度主要取决于轴的剖面尺寸，可用适当增加轴的截面面积来提高轴的刚度。此外，合金钢对应力集中敏感性较强，价格也较高。选材是也应考虑到。 综合考虑轴的运行环境以及轴材料的力学性能，轴的材料选择 45钢，调质处理。 3.4.1磨头主轴的结构设计 轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和结构，以及包括各轴段长度、直径及其他细小尺寸在内的全部结构尺寸。 轴的结构主要取决以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类；轴上作用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴的加工工艺以及其他一 些要求。由于影响因素很多，且其结构形式又因具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式，设计具有较大的灵活性和多样性。但是，不论具体情况人如何，轴的结构一般应满足以下几个方面的要求： a.轴和轴上零件要有准确的工作位置； b.轴上零件应便于装拆和调整； c.轴应具有良好的制造工艺性； d.轴的受力合理，有利于提高强度和刚度； e.节省材料，减轻重量； F f.形状及尺寸有利于减小应力集中。 轴的结构设计时，一般已知装配简图、轴的转速、传递的功率及传动零件的类型和尺寸等。 3.4.2轴的最小直径估算 转 轴受弯扭组合作用，在轴的结构设计前，其长度、跨距、支反力及其作用点的位置等都未知，尚无法确定轴上弯矩的大小和分布情况，因此也无法按弯扭组合来确定转轴上各轴段的直径。为此应先按扭转强度条件估算转轴上仅受转矩作用的轴段的直径 轴的最小直径 dmin ，然后才能通过结构设计确定各轴段的直径。 dmin =CnP3 (3-3) C 计算常数，取决于轴的材料和受载情况。 当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的削弱： d100mm 时，单键槽增大 3，双键槽增大 7； d 100mm 时，单键槽增大 5 7，双键槽增大10 15。最后对 d进行圆整。 查参考文献 10P292 表 11.3（轴常用 C 值）： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 C 111 由公式 3-3得： dmin 11114405.53 17.35mm 电机和轴的连接方式是直联，即在轴的一段开孔，电机主轴套在孔内，并用键连接。查阅参考文献 3可知， Y132S-4 电机主轴直径为 38mm，计算值 dmin比电机主轴小得多，砂轮在磨削时轴受到的径向力，以及振动比较大， dmin 17.35mm 难以满足强度要求。综合各种因素，以及指导老师的建议，磨 头主轴 dmin 60。 3.4.3轴的总长度 轴的长度主要决定磨头的稳定性，为满足装配空间的要求，尽可能把轴设计得长些。首先确定下磨头的长度。从总体方案中知道工作台的高度为 1205 ，查阅参考文献 3可知 Y132S-4电机的安装尺寸，电机总长度为 475 ，砂轮和电机的安装空间拟确定为 162.5 ，则轴的长度： L下 1205 475 162.5 568.5mm。 上磨头要实现进给运动，根据磨簧的高度 15-150mm，弹簧的磨削量以及砂轮厚度的补偿，来确定上磨头的主轴长度。 L上 568.5 150 71.5 790mm。 3.4.4各轴段直径和长度的确定 A.各轴段的直径 阶梯轴各轴段直径的变化应遵循下列原则： a.配合性质不同的表面（包括配合表面与非配合表面），直径应有所不同； b.加工精度、粗糙度不同的表面，一般直径亦应有所不同； c.应便于轴上零件的装拆。通常从初步估算的轴段最小直径 dmin 开始，考虑轴上配合零部件的标准尺寸 、结构特点和定位、固定、装拆、受力情况等对轴结构的要求，一次确定轴段的直径。具体操作时还应注意以下几个方面问题： d.与轴承配合的轴颈，其直径必须符合滚动轴承内径的标准系列。 e.轴上螺纹部分必须符合螺纹标准。 f.轴肩定位是轴上零件最方便可靠的定位方法。轴肩分定位轴肩和非定位轴肩，定位轴肩通常用于轴向力较大的场合，非定位轴肩是为加工和装配方便而设置的，其高度没有严格的规定。 g.与轴上传动零件配合的轴头直径，应尽可能圆整成标准直径尺寸系列。 h.非配合的轴身直径，可不取标准值，但一般应取成整数。 B.各轴 段的长度 各轴段的长度决定于轴上零件的宽度和零件固定的可靠性，设计时应注意以下几点： a.轴颈的长度通常于轴承的宽度相同。 b.轴头的长度取决于与其相配合的传动轮毂的宽度。 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 12 c.轴身长度的确定应考虑轴上各零件之间的相互位置关系和拆装工艺要求，各零件间的间距查参考文献 3。 根据轴设计的准则以及轴上零件装配要求，把轴设计成如下结构形式： 图 3-2 磨头主轴结构示意图 在 L1 段和 L4 段安装轴承，用于轴的定位。 轴的详细尺寸见图 MHJ-01-18,MHJ-01-10。 3.4.5轴承的选择 选择滚动轴承的类型，一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承承载能力大，时用于载荷较大或有冲击的场合。当承受纯径向载荷时，通常选用径向接触轴承或深沟球轴承；当承受纯轴向载荷时，通常选用推力轴承；当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时，可选用角接触球轴承。 根据轴的应用场合可知，轴在砂轮、弹簧的作用下受到轴向力，以及在磨削时受到的径向力。查询常用滚动轴承的性能和特点，选择角接触球轴承。角接触球轴承的性能特点：可同时承 受径向负荷和轴向负荷，也可承受纯轴向符合。适用于刚性较大跨距不大的轴及须在工作中调整游隙时，常用于蜗杆减速器、离心机、电钻、穿孔机等。 角接触球轴承所能承受的轴向力是单向的，磨簧机的磨头在磨削时，收到的轴向力一般是双向的，所以为满足使用要求，角接触轴承是成对使用，用背对背的方式安装。 由图 MHJ-01-10 可知 D1 = 60mm； D4 = 70mm 则轴两端的轴承型号分别是： 7212AC,7214AC。 3.4.6轴承的润滑 润滑对于滚动轴承具有重要意义。轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还具有散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等。润滑方式与轴承速度有关，一般根据轴承的 dn值（ d 为滚动轴承内径，单位 mm； n 为轴承转速，单位 r/min）作出选择。 dn d n (3-4) 式中 d=60mm；n=1433.12r/min 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 由公式 3 4 得： dn 60 1433.12 8.6 104 mmr/min 表 3-9 dn值界限 （ 104 mmr/min） 轴承类型 脂润滑 油润滑 角接触球轴承 16 25 对照表 3-9，轴承的润滑方式选择脂润滑。 3.4.7滚动轴承的密封 轴承工作 时，润滑剂不允许很快流失，且外界灰尘、水分及其他杂物也不允许进入轴承，故应对轴承设置可靠的密封装置。密封装置可分为接触式和非接触式两类。 A.接触式密封 通过轴承盖内部放置的密封件与传动轴表面的直接接触而起密封作用。密封件主要用毛毡、橡胶圈、皮碗等软性材料，也有用减磨性好的硬质材料如石墨、青铜、耐磨铸铁等。轴与密封件接触部位需要磨光，以增强防泄漏能力和延长密封件的寿命。 B.非接触式密封 接触式密封必然在接触处产生摩擦，非接触式密封则可以避免此类缺点，故非接触式密封常用于速度较高的场合。 鉴于磨头主轴在靠近 砂轮端受到的振动比较大，在磨削时产生的磨削四处飞溅。假如用接触式密封，主轴在高速旋转时轴和密封圈摩擦厉害，磨簧机运转一定时间密封圈就达不到密封效果。磨屑容易进入轴承，影响轴承寿命和磨削精度。权衡利弊，我选择非接触式密封，即选用迷宫式密封，在缝隙中填脂。 3.5 磨头进给系统设计 轴一般由轴承固定，难以实现轴向移动。现在用套筒和导向套来实现轴的轴下移动。首先把轴安装在套筒内 ,套筒安装在导向套内 ,由套筒在导向套内实现轴向移动 ,从而实现磨头的轴向移动。详细结构见磨头装配图 MHJ-01-00。 3.5.1套筒 和导向套的设计 A.套筒的设计 套筒的内经主要有轴承的外径来确定。见图 3-2，轴承的最大外径在 L4段，根据轴承型号 7214AC 可知，轴承外径 D= 125 ，轴承 7214AC 安装尺寸 Da 116mm，对套筒内径进行圆整，则 D内= 110mm，现拟确定套筒厚度为 25mm，则套筒外径 D外 160mm。 套筒的长度主要以下磨头主轴的长度作为设计依据。考虑到安装尺寸，套筒长度确定为 500mm。 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 14 我们可以把套筒看成空心轴。空心轴对提高轴的刚度、减小轴的质量具有显著的作用。由计算知，内外径之比为 0.6 的空心轴与质量相同的实心轴相比，截面系数可增大 70。 套筒刚度校核： i=外内DD (3-5) 由公式 3 5 得： i16010 0.69 V筒= 22(41 内外 DD)L筒(3-6) 由公式 3-6得： V筒 22 11016041 （) 500 5298750mm3 V轴 241 DL轴(3-7) 由公式 3-7 得： V轴41 602 568.5 1606581 mm3 V筒 V轴； i0.6 所以套筒满足刚度要求。 上磨头因为要实现轴向移动，所以上磨头套筒长度要比下磨头套筒长些。上磨头套筒长度增量主要取决于磨簧高度，由设计任务书可知，磨簧高度在 15 150 ，再考虑安装尺寸、砂轮补偿的需要，上磨头升降套筒长度确定为 700.5 。 B.导向套的设计 导向套的内径由套筒的外径确定，为 160 ，外径拟确定为 220 。考虑到其 他零件的安装尺寸，以及砂轮的补偿高度，导向套的长度拟确定为 425mm。 导向套刚度校核： 由公式 3-5得： i220160 0.73 由公式 3-6得： V套= 22 16022041 （) 425=7606650 mm3 V套 V筒； i0.6 所以导向套满足刚度要求 3.5.2上磨头进给系统设计 磨头进给动力有电机来提供，磨头进给是直线运动，而电机是旋转运动。磨头充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 进给系统主要的功能是把电机的旋转运动转化成磨头的直线运动。根据这一要求，选择齿轮 -齿条机构来实现磨头的进给运动。 A.上磨头质量计算： 根据绘制零件图的尺寸，计算各零件的质量： a.升降套筒： 由公式 3-6得： V筒 22 11016041 （) 700.5 7423548.75 mm3 b.磨头主轴： V轴 45 45 25 41 642 16 24 41 1092 41702 69 41 652 577 41 602 50 2646309.925 mm3 (3-8) c.轴承： 查参考文献 3，可知 7212AC 轴承的质量为 0.8 ； 214AC 轴承的质量为 1.1 。 则轴承总质量为： 0.8 2 1.1 2 3.8 e.电机质量： 查参考文献 3，电机 Y132S-4的质量为 68 。 f.上电机法兰质量： 上电机法兰形状不规 则，根据绘制的零件图，用相关计算软件计算上电机法兰 的质量，计算结果为： 26.52 。 g.砂轮质量： 查询 参考文献资料 11，砂轮质量为 50 。 h.上磨头总质量： 钢的密度 7.8 /cm3 M 50 3.8 68 26.52（ 7423548.75 2646309.925） /1000 7.8/1000 226.86 (3-9) B.磨头进给功率计算： F Mg (3-10) 由公式 3-10 得： F 226.86 9.8 2223.228N 磨头进给速度不能太高，太高会引起磨削力的突变，容易引起砂轮的崩 碎。鉴于以上原因砂轮进给速度为： v=20 /min 则 P Fv (3-11) 由公式 3-11 得： P 2223.228 0.02/60 0.74 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 16 C.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： d1 3 19 57mm 因为齿轮齿条传递的功率不大，齿宽系数： d =0.4 b= d d1 (3-13) 由公式 3-13 得： b 0.4 57 22.8mm 对齿宽进行圆整 b1 =25mm b2 = b1 +(5 10)mm (3-14) 由公式 3-14 得： b2 25+5 30mm 齿高 h=2.25m (3-15) 由公式 3-15 得： H 2.25 3 7.25 D.校核齿根 弯曲疲劳强度： sa sFzdF YYmzKT32 12 F(3-16) 确定公式中各参数值： a.计算载荷系数 K： K KAKvK(3-17) 查 参考文献 10P112 表 6.2 得使用系数 KA=1；根据 v 20 /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： K 1 1 1.15 1.15 由公式 3-2得： n5720 0.112r/min T1 9.55 1061nP (3-18) 由公式 3-18 得： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 T1 9.55 106112.0 1074.03 6.3098 104 Nmm b. 查 参考文献 10P111 图 6.9，齿轮、齿条的弯曲疲劳强度极限1Fim220MPa,2Flin=240MPa； c.弯曲疲劳寿命系数： 查 参考文献 10P109 图 6.7 取 K1FN=0.90,K2FN=0.88； d.许用弯曲应力： 取定弯曲疲劳安全系数 SF=1.4,应力修正系数 YST=2.0 F KFNYST Fim/ SF(3-19) 由公式 3-19 得： 1F K1FNYST 1Fim/ SF 240 0.88 2/1.4 282.86MPa 2F K2FNYST 2Flin/ SF 220 0.9 2/1.4 301.71MPa e.齿型系数 Y1Fa、 Y2Fa和应力修正系数 Y1Sa、 Y2Sa： 查参考文献 10P120，表 6.4 得： Y1Fa 2.85， Y2Fa 2.06 Y1Sa 1.54， Y2Sa 1.97 f.计算大小齿轮的 Y1FaY2Fa/ 1F 于 Y2FaY2Sa/ 2F ，并加以比较取其中大值 代入公式计算： 1 11FSaFaYY=86.282 54.185.2 0.0156 2 12F SaFaYY71.301 54.197.1 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： 2F 3243194.0 103098.615.12 2.85 1.54 163.37MPa 1F 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： 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 18 dmin 110112.01074.0 33 20.64mm 因为轴上开有键槽， 所以 d= dmin (1+7%) (3-20) 由公式 3-20得： d 20.64（ 1 7） 22.08 对轴进行圆整： D 30 d1 dmin 30mm 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。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 3 4 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 L2 100-15=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： L4 L5 L2 25 2 10 2 5 50 85 50 20 5 210mm G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 P( 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。 0.98 0.98 0.98 0.941 由公式 3-21 得： P 入 941.0 74.0 0.786W 由公式 3-2 得： 齿轮转速 1n 5720 0.112r/min 齿轮的转速很低，结合摆线针轮减速器的选择