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柴油机凸轮轴磨床设计（夹具及附属件设计）【原创资料】【机械毕业论文+CAD图纸全套】

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关键词：: 原稿柴油机凸轮轴磨床设计夹具附属

资源描述：

摘要 3

Abstract 4

第一章绪论 4

1.1磨床的类型及其特点 4

1.2磨床的现状及其发展趋势 4

第二章凸轮轴磨床概述 5

2.1凸轮轴磨床组成…………………………………………………………………………5

2.2 凸轮轴磨床技术参数……………………………………………………………………5

第三章凸轮轴磨床砂轮架的设计 7

3.1砂轮架设计的基本要求 7

3.2砂轮架的传动装置 10

3.3砂轮架体壳设计的基本要求 17

3.4砂轮架主轴的设计 17

3.5轴承的设计 27第四章凸轮轴磨床头架的设计 31

4.1 头架介绍……………………………………………………………………………31

4.2 头架结构……………………………………………………………………………32

4.3 头架齿轮设计………………………………………………………………………32

4.4 头架轴承设计………………………………………………………………………36

4.5 头架小轴设计………………………………………………………………………38

第五章凸轮轴磨床尾架的设计 41

5.1 尾架结构设计………………………………………………………………………41

5.2 尾架工作原理………………………………………………………………………41

总结 42

参考文献 43

致谢 44

柴油机凸轮轴磨床夹具及附属件设计

摘要

磨床的砂轮架、头架和尾架是磨床附属件的关键部件，其精度对磨床的整体精度有着重要的影响。对磨床的关键部件进行结构优化设计对提高磨床精度是非常重要的。凸轮轴磨床适用于汽车、拖拉机和柴油机修理厂磨削发动机曲轴的曲柄颈，并可兼作一般外圆磨削。用以磨削范围为：最大工作长度为1250毫米，最大工件回转直径为180毫米。其具有加工精度高，表面粗糙度低、操作方便，效率高、能耗低、噪音小等特点，能满足多种产品的工艺要求及市场多方面的需求。

本文首先根据有关资料的探讨，分析总结了磨床砂轮架、头架和尾架的设计准则，并对凸轮轴磨床的砂轮架、头架和尾架作了进一步的分析，根据设计准则对其进行了结构优化设计，改善其精度。首先对传动系统进行了总体设计，然后主要是对头架部件进行了详细的设计，在分析头架设计要求的基础上对头架的带传动、主轴、轴承、体壳等主要零件进行了比较详细的设计，包括头架电机的选择、皮带的选择与带轮的设计、主轴的设计和校核、轴承的选择和校核、体壳的设计。

通过对凸轮轴砂轮架的计，提出了一种新的改进方案，该方案达到了预期的目的，使得砂轮架架在运行平稳的基础上加工精度得到提升。

关键词：凸轮轴磨床、砂轮架、头架、尾架

The engine camshaft grinder fixture and accessory design

Abstract

grinding machine grinding carriage is the key part, grinder its dynamic characteristics on the grinding machine performance which have had a significant impact. The key part of the grinder for structural optimization to improve grinder accuracy is very important. MQ8240-crankshaft grinding machines for cars, tractors and diesel engine repair plant grinding engine crankshaft crank neck, and doubles as a general odd. For grinding range: the maximum length of 1000 mm work, maximum work piece diameter is 400 mm, in the center of the frame on the grinding diameters up to 80 mm and a minimum of 30 mm, crankshaft maximum diameter of 30 mm, longitudinal grinding outside diameters up to 200 mm, with a minimum of 30 mm, piece maximum weight is 80 kg, Max swiveling angle clockwise 1°30 ´, 3° counterclockwise. It has a high precision machining, surface roughness, convenient operation, high efficiency, low energy consumption, low noise, and other characteristics, can meet a wide variety of products of technological requirements and market needs.

This article first in accordance with the relevant documentation and design engineers of that analysis summarizes grinding machine grinding carriage design guidelines, and on MQ8240 the head of the crankshaft grinder for further analysis, according to design criteria for structural optimization, and improve its accuracy. First on the transmission system for the overall design, and then the main thing frame parts for a detailed design, the analysis of head frame design requirements on the basis of the right frame of the belt drive, spindle, bearings, body shells, and other major components compares the detailed design, including head frame motor choice, belt and pulley design, spindle design and verification, bearing selection and verification, the design of the body shell.

MQ8240 by on the crankshaft grinder grinding carriage design, a new improvement scheme that reached the intended purpose, making the grinding carriage running smoothly, grinding crankshafts chatter also disappeared. Even though production process again chatter defects, by excluding other factors that could be resolved.

Key words： crankshaft Grinder grinding carriage accuracy

第一章绪论

1.1磨床的类型及其特点

用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为Grinding machine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。

磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。

磨床种类很多，主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床等。以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。

磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：

（1）、磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在 35米/秒左右，目前已向200米/秒以上发展）；

(2)、它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件；

(3)、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度；

(4)、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；

(5)、磨床通常是电动机---油泵---发动部件，通过机械，电气，液压传动---传动部件带动工件和砂轮相对运动---工件部分组成。

1.2磨床的现状及其发展趋势

十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。

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内容简介：: 哈尔滨远东理工学院毕业设计任务书学生姓名崔向坤分院机电工程学院专业、班级机械设计制造及其自动化 2 班指导教师姓名李洪智职称教授从事专业机械工程是否外聘是否题目名称柴油机凸轮轴磨床设计（夹具及附属件设计）一、设计目的、意义目的 : 凸轮轴是内燃机的关键零件，随着汽车工业的迅猛发展，需求量越来越大。凸轮轴的加工质量对发动机的功率和油耗等性能有很大的影响，加工精度也越来越高，越来越受到人们的普遍关注，迫切需要精度稳定，性能可靠，效率高，操作和维护简便，专用的凸轮轴磨床，已使用大批量的市场环境设计一台柴油机凸轮轴专用磨床，以保证加工精度。意义：柴油机凸轮轴是柴油机的重要零件，其凸轮形状决定了柴油机配汽过程的准确性，对提升柴油机的性能有重要意义。二、设计内容、技术要求设计内容：砂轮架的设计头架的设计尾架的设计技术要求：可磨直径： 20-180mm 可磨工件最大长度： 1250mm 磨头架转速： 70r/min nts三、设计完成后应提交的成果 (一 )说明部分说明书一份，字数不少于 1.6 万字 . （二）图纸部分夹具件零件图、装配图若干张 . 四、设计进度安排 2013.11.11-2013.11.19 收集相关资料，查阅文献，撰写开题报告，翻译与设计相关的英文文献； 2013.11.20-2013.12.20 总体方案确定； 2014.3.01-2014.03.15 传动系统设计； 2014.03.16-2014.04.15 装配图的绘制； 2014.4.16-2014.05.10 零件图绘制； 2014.5.10-2014.5.20 撰写设计说明书，整理材料，准备答辩。五、主要参考资料 1往德玺等主编 .机械设计 .煤炭工业出版社 .1990 ）成大光。机械设计手册 .化学工业出版社 .1998 3杨黎明机床夹具设计手册 ;M.北京：国防工业出版社 ,1996 4薛源顺机床夹具设计 M.北京：机械工业出版社 ,2000 5大连组合机床研究所编 M.组合机床设计参考图册 .北京：机械工业出版社， 1999 6艾兴金属切削用量手册 M.北京：机械工业出版社 ,1996 7李益民 .机械制造工艺设计简明手册 M.北京：机械工业出版社 ,1995 9孟宪椅 .机床夹具图册 M.北京：机械工业出版社， 1991 10陈秀宁 .施高义 .机械设计课程设计 M.浙江：浙江大学出版社 ,2002 11王宗荣 .工程图学 M.北京：机械工业出版社 ,2001 12甘永立 .几何量公差与检测 M.上海：上海科学设计出版社 ,2001 13Machine Tool Metalworking John L.Frirer 1998 14Handbook of Machine Tool Manfred weck 1996 六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日 nts 目录摘要 3 Abstract 4 第一章绪论 4 1.1磨床的类型及其特点 4 1.2磨床的现状及其发展趋势 4 第二章凸轮轴磨床概述 5 2.1凸轮轴磨床组成 5 2.2 凸轮轴磨床技术参数 5 第三章凸轮轴磨床砂轮架的设计 7 3.1砂轮架设计的基本要求 7 3.2砂轮架的传动装置 10 3.3砂轮架体壳设计的基本要求 17 3.4砂轮架主轴的设计 17 3.5轴承的设计 27第四章凸轮轴磨床头架的设计 31 4.1 头架介绍 31 4.2 头架结构 32 4.3 头架齿轮设计 32 4.4 头架轴承设计 36 4.5 头架小轴设计 38 第五章凸轮轴磨床尾架的设计 41 5.1 尾架结构设计 41 5.2 尾架工作原理 41 总结 42 参考文献 43 致谢 44 nts 柴油机凸轮轴磨床夹具及附属件设计摘要磨床的砂轮架、头架和尾架是磨床附属件的关键部件，其精度对磨床的整体精度有着重要的影响。对磨床的关键部件进行结构优化设计对提高磨床精度是非常重要的。凸轮轴磨床适用于汽车、拖拉机和柴油机修理厂磨削发动机曲轴的曲柄颈，并可兼作一般外圆磨削。用以磨削范围为：最大工作长度为 1250毫米，最大工件回转直径为 180毫米。其具有加工精度高，表面粗糙度低、操作方便，效率高、能耗低、噪音小等特点，能满足多种产品的工艺要求及市场多方面的需求。本文首先根据有关资料的探讨，分析总结了磨床砂轮架、头架和尾架的设计准则，并对凸轮轴磨床的砂轮架、头架和尾架作了进一步的分析，根据设计准则对其进行了结构优化设计，改善其精度。首先对传动系统进行了总体设计，然后主要是对头架部件进行了详细的设计，在分析头架设计要求的基础上对头架的带传动、主轴、轴承、体壳等主要零件进行了比较详细的设计，包括头架电机的选择、皮带的选择与带轮的设计、主轴的设计和校核、轴承的选择和校核、体壳的设计。通过对凸轮轴砂轮架的计，提出了一种新的改进方案，该方案达到了预期的目的，使得砂轮架架在运行平稳的基础上加工精度得到提升。关键词：凸轮轴磨床、砂轮架、头架、尾架 nts The engine camshaft grinder fixture and accessory design Abstract grinding machine grinding carriage is the key part, grinder its dynamic characteristics on the grinding machine performance which have had a significant impact. The key part of the grinder for structural optimization to improve grinder accuracy is very important. MQ8240-crankshaft grinding machines for cars, tractors and diesel engine repair plant grinding engine crankshaft crank neck, and doubles as a general odd. For grinding range: the maximum length of 1000 mm work, maximum work piece diameter is 400 mm, in the center of the frame on the grinding diameters up to 80 mm and a minimum of 30 mm, crankshaft maximum diameter of 30 mm, longitudinal grinding outside diameters up to 200 mm, with a minimum of 30 mm, piece maximum weight is 80 kg, Max swiveling angle clockwise 130 , 3 counterclockwise. It has a high precision machining, surface roughness, convenient operation, high efficiency, low energy consumption, low noise, and other characteristics, can meet a wide variety of products of technological requirements and market needs. This article first in accordance with the relevant documentation and design engineers of that analysis summarizes grinding machine grinding carriage design guidelines, and on MQ8240 the head of the crankshaft grinder for further analysis, according to design criteria for structural optimization, and improve its accuracy. First on the transmission system for the overall design, and then the main thing frame parts for a detailed design, the analysis of head frame design requirements on the basis of the right frame of the belt drive, spindle, bearings, body shells, and other major components compares the detailed design, including head frame motor choice, belt and pulley design, spindle design and verification, bearing selection and verification, the design of the body shell. MQ8240 by on the crankshaft grinder grinding carriage design, a new improvement scheme that reached the intended purpose, making the grinding carriage running smoothly, grinding crankshafts chatter also disappeared. Even though production process again chatter defects, by excluding other factors that could be resolved. Key words： crankshaft Grinder grinding carriage accuracy nts 第一章绪论 1.1 磨床的类型及其特点用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为 Grinding machine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。磨床种类很多，主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床等。以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：（ 1）、磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在 35米 /秒左右，目前已向 200米 /秒以上发展）； (2)、它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件； (3)、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度； (4)、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产； (5)、磨床通常是电动机 -油泵 -发动部件，通过机械，电气，液压传动 -传动部件带动工件和砂轮相对运动 -工件部分组成。 1.2 磨床的现状及其发展趋势十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。 1876年在巴黎博览会展出的美国布朗 -夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作nts 台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。 1883 年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。 1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20 世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于 1908年开始应用到磨床上。到了 1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用； 50 年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床； 60 年代末又出现了砂轮线速度达60 80米 /秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床； 70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。展望未来，磨床将向着高速，高精度，自动化可加工范围广的方向发展。磨床主要用于零件的精加工，尤其是淬硬钢件和高硬特殊材料零件的精加工。由于现代机械对零件的精度要求不断提高，表面粗糙度越来越小，各种高硬材料的应用日益增多，加上精密毛坯制造工艺的发展，很多零件可以不经其他切削加工工序而直接由磨削加工成成品，因此，磨床在金属切削机床的比重不断上升。为了适应磨削各种表面、工件形状和生产批量的要求，磨床的种类很多，主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和专门用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。其发展的主要趋势是提高生产效率、提高自动化程度和加工质量以保证曲轴的加工精度和光洁度，提高生产率，提高砂轮线速度，才用高速磨削工艺可以成倍的提高磨削效率，降低砂轮消耗，提高砂轮的使用寿命和工件表面光洁度等。第二章凸轮轴磨床概述 2.1 凸轮轴磨床的组成凸轮轴磨床如下图： nts 1-床身 2-头架 3-卡盘 4-砂轮架 5-尾架 6-手轮其主要部件组成有： (1) 床身。床身是磨床的基础支承件，在它的上面装有头架、砂轮架、工作台、尾座及横向滑鞍等部件，使这些部件在工作时保持准确的相对位置。床身内部作为液压油的油池。 (2) 头架。头架用于安装及夹持工件，主要由头架电机、壳体、头架主轴及其轴承、工件传动装置与底座等组成。 (3) 砂轮架。砂轮架用于支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架主要由砂轮架电机、壳体、砂轮主轴及轴承、砂轮进给装置与底座等组成。 (4) 尾座。尾座主要由壳体、尾座主轴及轴承、工件装夹装置等组成。 (5) 滑鞍及横向进给机构。转动横向进给手轮，可以使横向进给机构带动滑鞍及其上的砂轮架作横向进给运动，横向进给机构主要由导轨、床身、进给伺服机制、手柄等组成。 (6) 工作台。工作台的上面装有头架和尾座，它们可随着工作台一起沿床身导轨做纵向往复运动。 2.2 凸轮轴磨床技术参数由本次设计的凸轮轴磨床参数可知，可磨直径： 20-180mm，可磨工件最大长度：1250mm，磨头架转速： 70r/min nts 第三章凸轮轴磨床砂轮架设计 3.1 砂轮架设计的基本要求 3.11 机床设计参数概述磨床的技术参数包括主参数和一般技术参数。表示磨床主要规格的参数叫主参数，表示磨床的运动参数、结构参数、功率参数以及其它参数的叫一般技术参数。磨床主参数通常以磨床上可加工的最大工件尺寸来表示。凸轮轴磨床是以工件的最大加工或回转直径 D 和最大长度 L为主参数。在磨床的各项技术参数中，主要影响磨床布局、传动、结构和性能的是主参数，所以在确定磨床的技术参数时，首先要决定的是主参数，其它一般技术参数都和主参数有一定的关系。对于通用机床，国家规定的系列就是主参数。对于专用的 MQ8240 曲轴磨床，基本上根据要加工工件尺寸直接决定主参数，但在设计时也要考虑到已有的机床系列，这样可充分利用通用件和标准件。磨床的一般技术参数，功率参数以及其它参数，通常是指磨床各部件的运动参数，尺寸、结构参数。磨床的运动及其参数为便于分析，常把磨床的运动大致归纳为两大类：工件和刀具的相对切削运动和进给运动称为工作运动，其它如快速进给、分度、调整等运动称为辅助运动。外圆磨床砂轮架主轴带动砂轮作高速旋转运动，头架主轴带动工件作旋转运动，工作台作纵向往复运动，砂轮架作横向进给运动，这些运动都称之为工作运动。而为缩短辅助时间的砂轮架快速进给，尾架套筒的移动及其它运动称为辅助运动。无论是工作运动还是辅助运动，对于各种磨床来说都有不同的内容，而且运动量的大小和速度即运动参数，也不是随意的，而是具有一定的数值范围。磨床的结构参数是指磨床各部件的主要结构尺寸参数，如中心高，导轨形式及参数，顶尖锥度，砂轮架、工作台、头架的回转角度，工作台型面等。磨床运动主要由电机带动，因此合理地选择电机功率参数是磨床设计中不可忽视的一项工作，尤其是磨床运动中起主要磨削作用的电机功率 (通常称主电机功率参数，磨床的主电机功率参数，一般是指带动砂轮架高速旋转的电机功率 )。在内各类磨床中，砂轮架的砂轮由电动机经皮带轮直接带动，这满足了砂轮高速旋转的要求，同时对轴与轴承提出了更高的要求。因此，通用磨床砂轮架设计需满足如下的基本要求： nts (1)传动系统要求电动机使用可调速电机。为满足不同的加工精度要求，就要求砂轮要得到不同的转速，由上述的结构分析可知，为使砂轮架结构简单且精度高，这就必然要要使砂轮架的电机能够满足调速要求。 (2)主轴要有足够的刚度和良好的回转精度。砂轮架主轴要求高速旋转，因此首先要有足够的刚度，才能满足工作要求。此外必须有足够的回转精度，这样整个砂轮架才能满足磨床的整体精度要求。 (3)主轴和轴瓦要有良好的制造精度和安装精度。磨床砂轮架主轴和轴瓦在工作中主要传递转速和转矩，并承受载荷，因此必然会产生摩擦和磨损。为避免发生抱轴、烧坏轴承等故障，这就要求砂轮架主轴和轴瓦满足以下几个要求：（ 1）砂轮架主轴和轴瓦的制造精度和质量要达到规定的技术要求，严格检查轴瓦材料是否存在沙眼、气孔、疏松等缺陷。（ 2）主轴和轴瓦要保证合理的装配间隙，主轴前后轴承、轴承与轴承安装孔要同轴，避免引起振动。（ 3）主轴和轴瓦以及相关零部件须清洗干净。（ 4）主轴和轴瓦的润滑要充分。（ 5）防止疲劳磨损。（ 6）防止气蚀。 (7)使用的润滑油要清洁，牌号要正确。（ 8）做好砂轮主轴及相关相关零配件的静、动平衡。（ 9）主轴皮带轮上安装卸荷装置，防止皮带张力过大。 3.12 磨床砂轮架结构尺寸设计准则在磨床砂轮架的机构尺寸中，一些尺寸的设计准则是明确的，在一定的尺度范围内，或者越大越好，或者越小越好，这类尺寸不需要优化，可以根据设计约束条件直接确定；另一些尺寸的设计准则是相互矛盾的，比如在特定的尺度范围内，从性能的角度考虑可能越大越好，但从制造的成本考虑可能越小越好，这类尺寸需要进行优化设计来进行选择；还有一些尺寸的设计准则是模糊的，不知道是大一些好还是小一些好，这类尺寸也需要通过优化设计，确定其选择原则。 nts 1、设计准则明确的尺寸：主轴悬伸距离满足砂轮安装要求，越短刚度越好，成本越低。主轴中心高度越小越好，与砂轮的高度接近。主轴箱高度越小则砂轮架动态性能越好。紧固件安装空间尺寸取决于紧固件的安装要求。 2、设计准则相互矛盾的尺寸：主轴直径从性能角度考虑越大越好，从制造成本考虑越小越好。主轴箱的宽度和壁厚从砂轮架刚度考虑越大越好，从制造成本角度考虑在满足制造工艺要求的前提下越小越好。 3、设计准则模糊的尺寸：主轴跨距：跨距大则主轴变形大，跨距小主轴的变形对主轴悬伸端的位移影响大。 nts 底板的长度和宽度：从砂轮运动的稳定性考虑，越大越好，从制造成本考虑越小越好，从振动特性考虑则比较模糊。垫板的厚度和壁厚：从砂轮架刚度考虑，越大越好，从制造成本角度考虑在满足制造工艺要求的前提下越小越好，从振动特性考虑则比较模糊。 3.2 砂轮架的传动装置砂轮架结构与装配关系，由于其使用性能的要求，其传动关系比较简单，一般在砂轮架箱体中不设计传动零件，只在电动机与主轴间设计一级皮带传动或升速或降速即可。一、电动机的选择电动机的合理选择是保证电动机安全、可靠、经济运行的最重要环节。电动机的选择包括：电动机的额定功率（额定转矩）、电动机的种类、电动机的结构形式、电动机的额定电压、电动机的额定转速等，其中电动机额定功率的选择是电机选择中的主要内容。额定功率小了，电动机处于过载下运行，发热过大，造成电动机损坏或寿命降低，还会造成启动困难。额定功率大了，不仅增大投资，而且运行的效率和功率因数都会降低，不经济。本次设计的凸轮轴磨床砂轮的线速度可达 28 35m/s,头架主轴最大转速为 130n/min，砂轮的宽度为 40mm，再查金属切削手册知外圆磨削时，一般pa 10 um， af =0.5 2.0 mm/r。再由机械制造算图手册得计算磨削力的经验公式： f p p S W a sF C V V f b pC 与材料有关的常数，一般取 22。 p 切削厚度 sV 砂轮速度 wV 工件速度 af 轴向进给量 sb -砂轮磨削宽度 nts , , , , 其他相关的磨削系数，不同的研究者取不同的数值，一般分别取 0.6， 0.9， 0.7， 0.7， 0.5。其中传动装置的总效率为 v g t =0.85 v g z 外内、、、分别为传动过程中带传动、推力球轴承、滑动轴承的传动效率。所以 1000fsFVP 6.45KW。根据电动机额定功率的修正，则需加 5% ，则负载平均功率为 6.77 KW 。考虑启动、制动影响，电动机率取 PN 1.1 P=7.4 KW。所以最终选择电机功率为 7.5 KW 。查有关资料最终选定 Y132-M4型电动机，转速为 1440 r/min 。该电机为 7.5Kw变频电机，通过 LS 变频变频器 IG5-075-4。采用 VI 档（即 0 10V 模拟量）方式可方便地控制变频器输出频率，进而控制电机转速。二、传动方案的确定由前面的分析可知，砂轮架的传动比较简单，只有电动机与主轴间的一级皮带传动。由前面计算可知电动机的功率 P=7.5 KW，主动带轮转速 n1=1440r/min，主轴的转速为 930r/min，传动比 i=1.5。 1.确定计算功率 PC PKP AC 式中 AK 为工作情况系数由下表确定， P 为 V带传递的功率。根据实际生产情况可知砂轮架载荷变动较大，两班制工作， Y系列异步电机，故 Ka取 1.2，传动功率 P=7.5 KW。则 PC =1.2 7.5=9 KW nts 表 1 带传动工作情况系数工作机载荷性质动力机（每天工作时间 /h） I类 II 类 10 10 16 16 10 10 16 16 工作平稳 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 载荷变动小 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 载荷变动较大 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 冲击载荷 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 注： I类动力机：工作平稳的动力机，如普通鼠笼式交流电机、同步电机、并激直流电机、转速大于 600rpm的内燃机等。 II 类动力机：工作振动较大的动力机，如各种非普通鼠式交流电机、复激或串激直流电机、单缸发动机、转速小于 600rpm 的内燃机等。 2.确定 V 带的型号考虑到传动式整个机组中的容易损坏环节，其故障将影响整个机组，而且相对这个机组而言，带传动的成本微不足道，所以这里的 V带选用窄 V带。根据计算功率 PC =7.5 KW 和小带轮转速 n1=1440r/min，并由机械设计基础案例教程第三章的图 3.28（窄 V 带选型图）初选带的型号，确定选用 SPZ 型的窄 V 带。依据图的推荐，小带轮可选用的直径范围是 112 160mm，参照表 3选择 dd1=112mm 表 3 V带轮的最小基准直径及基准直径系列 mm 型号 Y Z A B C D E SPZ SPA SPB SPC mindD20 50 75 125 200 355 500 63 90 140 224 带轮直径系列dD 20， 22.4， 25， 28， 31.5， 40， 45， 50， 56， 63， 71， 75， 80， 85， 90， 95，100， 106， 112， 118， 125， 132， 140， 150， 160， 170， 180， 200， 212， 224，236， 250， 265， 280， 300， 315， 335， 375， 400， 425， 450， 475， 500， 530，560， 600， 630， 670， 710， 750， 800， 900， 1000， 1060， 1120， 1250， 1400，nts 1500， 1600， 1800， 2000， 2240， 2500 3.验算带速 smsmv /45.8/1 0 0 060 1 4 4 01 1 2 故 5m/s300 mm 时，带轮通常采用轮辐式带轮结构。普通 V 带楔角为 40，带绕过带轮时由于产生横向变形，使得楔角变小。为使带轮的轮槽工作面和 V 带两侧面接触良好，带轮槽角取 32， 34， 36带轮直径越小，槽角取值越小。（ 1）电机处小带轮的设计小带轮的速度 =8.45 m/s 30 m/s，材料用 HT150。带轮直径 dd=112mm，故 300 dd 2.5d=2.5 38=95mm，采用腹板式带轮结构。根据带轮结构设计经验公式有： d1=（ 1.8 2.0） d， d为轴的直径即 d1=1.86 43mm=80mm . 查 V带轮轮槽结构尺寸表得： hamin=2mm ， emin=12mm ， fmin=8mm，取槽角 =36 2a d ad d h=112+2 4=120mm 取 e=8.5mm ， f=21mm ( 1 ) 2B z e f =119mm nts 实心式同理确定主轴处的带轮结构。 3.3 砂轮架体壳设计的基本要求砂轮架体壳是装配砂轮架的基础件，砂轮主轴组件将装配于其中。按照砂轮架的使用性能要求以及其工作条件，体壳结构应主要满足大刚性，足够的刚度，抗震、吸震能力强，精度稳定，容易加工等，所以体壳零件的尺寸应尽量小，尤其是轴向尺寸尽量小，以保证其高刚性的要求，体壳的安装基面应平直、表面粗糙度要细。轴承孔的尺寸、形状精度高，与基面应严格平行。对于动压滑动轴承等中心可调的轴承组合，箱体轴承孔的同轴度要求低，一般达到丝米级就可满足要求。对于滚动轴承尤其是宽系列轴承，其同轴度要求很高，一般须达到微米级才可以达到使用要求，如 0.005等。 3.4 砂轮架主轴的设计一、轴设计的主要内容轴是轴系零、部件中的核心零件，其设计的好坏对整个轴系乃至整个机器都至关重要。轴的设计主要有两方面的内容： (1)、轴的结构设计。即根据给定的轴的功能要求，确定轴上零件安装、定nts 位以及轴的制造工艺等方案，合理地确定轴的形状和尺寸。（ 2）、轴的工作能力校核。它主要包含三方面的内容，即为防止轴的断裂和塑性变形对轴进行强度校核；为防止轴过大的弹性变形对轴进行刚度校核；为防止轴发生共振破坏对轴进行振动稳定性计算。实际设计时应根据具体情况有选择的校核。二、轴的分类：轴按受载情况分为转轴、心轴和传动轴，其中转轴既支承传动机件又传递力，即承受弯矩和扭矩两种作用；心轴只起支承旋转件作用而不传递动力，即只承受弯矩作用；传动轴主要传递动力，即主要承受扭矩作用。按结构形状分为：光轴、阶梯轴、实心轴、空心轴等。按几何轴线形状分为：直轴、曲轴、钢丝软轴。设计轴时应考虑多方面的因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。对于高速轴还应考虑震动稳定性问题。三、轴的常用材料轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。轴的常用材料是 35、 45、 50 优质碳素钢，对于受载较小或不太重要的轴，也可以用 A3、 A5 等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢。根据工作条件要求，轴可在加工前或加工后经过整体或表面处理，以及表面强化处理（如喷丸、辊压、氮化等），以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，采用锻坯。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。对于形状复杂的轴，可采用铸造。轴的结构决定于受载情况、轴上零件的布置和固定方式、轴承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输等条件。轴的结构应是尽量减小应力集中，受力合理，有良好工艺性，并使轴上零件定位可靠，装拆方便。对于要求刚度大的nts 轴，还应在结构上考虑减小轴的变形。零件与轴的固定或联接方式，随零件的作用而异。一般情况下，为了保证零件在轴上具有固定的工作位置，需从轴向和周向加以固定。四、轴的结构设计（ 1）拟定轴上零件的装配方案通过分析知，轴上的重要零件有大皮带轮、推力球轴承、滑动轴承、磨头。主要零件的安装方向不同，轴的结构也不一样。综合考虑轴的长度、重量和结构的简单化，最终确定的装配方案为：螺母、大皮带轮、推力球轴承、滑动轴承依次从轴的右端向左安装，磨头、端盖、滑动轴承、依次从轴的左端向右安装。（见下图）砂轮架装配图（ 2）选择轴的材料考虑轴的工作环境，要求有较强的抗热变形和较高的刚度要求，可选取轴的材料为 2Cr13，调质处理。（ 3）确定轴的最小直径已知轴传递的功率 p=7.5 0.81=6.07 Kw，轴的转速为 930 r/min。直径最小nts 的轴段为安装磨头的轴段，可按传递扭矩来进行估算。查机械设计基础案例教程第六章表 6-2，取 A0=110,于是得： 33m i n 06 . 0 71 1 0 2 0 . 6930Pd A m mn 考虑到此处加工了螺纹，并参考螺纹的规定标准，应把周加大，此处确定dmin=36mm 轴的结构设计如下图所示，五、校核轴的强度查金属切削手册有工件圆周进给速度 2 0 3 0 / m i nmvm ，工件纵向进给量为 6 . 7 2 5af m m ，砂轮横向进给量 2 .5 1 0pa u m。由机械制造算图手册得：切向磨削力 0 . 2 6 5 0 . 3 5 6 0 . 6 2 63 3 0 . 5t m a pF v f a=146 N 法向磨削力 0 . 1 8 7 0 . 3 2 4 0 . 7 3 13 8 3 . 6a m a pF v f a=74 N 另外，由前面带轮的设计值 D 处所受带轮轴向力 Q=1670.6N，轴所传递的转矩为： 6 6 77 . 59 5 5 0 1 0 9 5 5 0 1 0 7 . 7 1 0 .930PT N m mn 由于该轴为转轴，应按弯扭合成强度条件进行计算。（ 1）作轴的受力简图（图（ a） nts （ 2）作轴的垂直面受力简图（图（ b）（ 3）绘制垂直面弯矩图 a）求垂直面的直反力由： 1 2 2 0B V CM Q L L R L T 得12291DVVC M Q LRNL 1 2 2( ) 0C V B D VM Q L L R L M 得 231VBRN求垂直面弯矩 1 1 6 7 0 . 6 4 2 . 5 1 0 1 5 9 6VBM Q L N m m 1 1 2 2( ) 1 6 7 0 . 6 ( 4 2 . 5 4 3 0 ) 2 2 0 4 2 . 5 1 1 2 9 5 1 1 . 2V C V BM Q L L R L N m m 21 2 7 3 0 0 0 2 7 2 9 2 7 7 3V C D V V CM M M N m m ga）绘制弯矩图（图（ e）（ 4）作轴的水平面受力简图（图（ b）（ 5）绘制水平弯矩图 a.求水平直反力由： 2 3 3( ) 0D H B H C D HM R L L R L M 323HBHCLRR L L 带入数据得 : 10.4HBRN73.3HCRNb.求水平面弯矩 0H B H CMM74000DHM N m m gc.绘制水平弯矩图（图（ c）（ 6）绘制合成弯矩图 a.计算合成弯矩 22 62172B H B V B V BM M M M N m m g221 1 1 272927C H C V C V CM M M M N m m g222 2 2 73C H C V C V CM M M M N m m gnts 2 2 2 27 4 0 0 0 2 7 3 0 0 0 2 8 2 8 5 1 . 6D D H D VM M M N m m gb.绘制弯矩图（图 (f)）（ 7）绘扭矩当量弯矩图（图（ g）轴单向转动，扭矩切应力为脉动循环变应力，取 0.6 ，则扭矩当量弯矩： 0 . 6 7 3 . 5 4 4TM T N m m gg（ 8）绘制当量弯矩图 a）计算总当量弯矩 2 2 2 26 2 1 7 2 4 4 6 2 1 7 2 . 0 2e B B TM M M N m m g 2 2 2 211 2 7 2 9 2 7 4 4 2 7 2 9 2 7 . 0 1e C C TM M M N m m g 2 2 2 222 7 3 4 4 8 5 . 2 3e C C TM M M N m m g 2 2 2 22 8 2 8 5 1 . 6 4 4 2 8 2 8 5 1 . 6 4e D D TM M M N m m g b）绘制总当量弯矩图（图（ h） nts ( a )M eDM e1M eBM e2( h )六、校核轴的强度轴的材料为 45号钢，由设计手册查得： 1 120 M P a 从总当量弯矩图可以看出截面 C、 D为两个危险截面。截面 C为轴承处， 90cd mm 4 3 41 2 7 2 9 2 7 . 0 1 1 3 . 9 8 1 0 0( 1 ) 0 . 1 9 0 ( 1 0 . 5 )eCbC CM M P a M P aW gg 截面 D为花盘（装偏心卡盘）处， 110Dd mm 4 3 41 2 7 3 1 0 0 . 0 0 1 2 . 4 0 1 0 0( 1 ) 0 . 1 1 1 0 ( 1 0 . 5 )eDbD DM M P a M P aW gg 强度满足要求。七、校核轴的刚度 1）轴的刚度 nts 根据实验，在主轴端部由主轴本身产生的变形量约占主轴部件总变形量的60%,因此主轴要求的刚度为： 1 . 6 60 . 6ASAKKK主轴的计算简图见图：受弯主轴计算图根据材料力学有： 2 (1 )3AApa ay EI式中 I 主轴支承之间那一段的当量惯性矩（ cm4）； 440 .0 5 ( )I D d（ cm4） D和 d 主轴在支承之间那一段的当量外径和孔径。当量外径近似地可以按下式计算， 1 1 2 2 nnD l D l D lDl 式中 1 1 2 2; nD l D l l n、、； D 、分别为阶梯轴各段的直径和长度（ cm）； l 跨距，即支承距（ cm）； Aa 悬伸段长度（ cm）； E 弹性模量（ N/cm2）。对于 65Mn， E=2.1 107 N/cm2。 nts 把 I 和 E 之值代人，得主轴的刚度为 8 4 4 4 42 2 23 3 . 1 5 1 0 ( ) 3 1 5 ( )( / ) ( / )( ) ( ) ( )S A A A A A AP E I D d D dK N c m N u my a l a a l a a l a 当 0.5dD时，孔对刚度的影响可以忽略，则 42315 ( / )()S AADK N u ma l a 计算出来的 SK应大于或等于要求的刚度SK。由前面轴的结构设计知，跨距 305l mm ，悬伸段长度 50.5Aa mm，当量外径为： 6 4 3 1 7 2 6 8 8 0 3 2 8 5 1 0 5 9 0 3 0 0 1 4 0 3 1 9 0 3 8 8 8 . 5 8 . 8 5600D m m c m 则轴的刚度为： 423 1 5 8

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