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I本科毕业论文题目全自动果蔬切片机设计姓名学号专业机械设计制造及其自动化指导教师职称II摘要整机结构主要由电动机、机架、传动带、主轴部件构成。文介绍了一种适用于果蔬切碎加工的小型切片机的结构和性能特点,对其切削原理及工作过程进行了分析,阐明了盘刀式全自动果蔬切片机的工作机理。通过对主要工作部件结构的分析,确定了最佳工作参数,使机器性能达到最佳工作状态。由电动机产生动力通过带轮减速将需要的动力传递到带轮上，带轮带动V带，从而带动整机装置运动本论文研究内容摘要1全自动果蔬切片机总体结构设计。2全自动果蔬切片机工作性能分析。3电动机的选择。4对全自动果蔬切片机的传动系统、执行部件及机架设计。5对设计零件进行设计计算分析和校核。6绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词全自动果蔬切片机，结构设计IIIABSTRACTTHEWHOLESTRUCTUREISMAINLYCOMPOSEDOFMOTOR,CHASSIS,BELTS,SPINDLEASSEMBLYPAPERDESCRIBESTHESTRUCTUREANDPERFORMANCECHARACTERISTICSOFASUITABLEPROCESSFORSMALLCHOPPEDCAULIFLOWERSHREDDER,ITANALYZESITSCUTTINGPRINCIPLEANDWORKINGPROCESS,TOCLARIFYTHEWORKINGMECHANISMOFTHEDISCKNIFESMALLCAULIFLOWERSHREDDERBYANALYZINGTHEMAINPARTSOFTHESTRUCTURETODETERMINETHEOPTIMUMOPERATINGPARAMETERSOFTHEMACHINEPERFORMANCETOTHEBESTWORKINGCONDITIONPOWERGENERATEDBYTHEELECTRICMOTORISTRANSMITTEDTOTHEWHEELSVIATHEPOWERPULLEYSLOWDOWNWILLNEEDTODRIVEVBELTPULLEY,SOASTODRIVETHEWHOLEDEVICEISMOVEDTHISTHESISSUMMARY1SMALLCAULIFLOWERSHREDDEROVERALLSTRUCTURE2SMALLCAULIFLOWERSHREDDERPERFORMANCEANALYSIS3SELECTTHEMOTOR4TRANSMISSIONFORSMALLCAULIFLOWERSHREDDER,EXECUTIONUNITANDRACKDESIGN5CALCULATIONOFDESIGNPARTSDESIGNANDVERIFICATION6DRAWSANIMPORTANTCOMPONENTOFTHEWHOLEASSEMBLYDRAWINGSANDASSEMBLYDRAWINGSANDDESIGNCOMPONENTSPARTSDIAGRAMKEYWORDSSMALLCAULIFLOWERSHREDDER,STRUCTURALDESIGNIV目录第1章绪论711果蔬切片机装置机械的应用及适用范围712切片机机械的国内外发展情况713食品装置机械研究开发的意义10第2章全自动果蔬切片机总体参数的设计1121基本结构1122设计原则1223果蔬产量及性能1224切片机的切碎长度1225切片机的功率消耗12251刀切功率计算13252刀盘空转消耗功率14第3章带传动的计算1631带传动设计1632选择带型1733确定带轮的基准直径并验证带速1834确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角1835确定带的根数Z1936确定带轮的结构和尺寸2037确定带的张紧装置20第4章主轴组件要求与设计计算2341主轴的基本要求23411旋转精度23412刚度23413抗振性24414温升和热变形24415耐磨性2542主轴组件的布局25V43主轴结构的初步拟定2844主轴的材料与热处理2845主轴的技术要求2946主轴直径的选择2947主轴前后轴承的选择3048轴承的选型及校核3149主轴前端悬伸量33410主轴支承跨距34411主轴结构图35412主轴组件的验算354121支承的简化354122主轴的挠度364123主轴倾角37第5章键的选择与校核4551带轮1上键的选择与校核45511键的选择45512键的校核4552带轮2上键的选择与校核46521键的选择46522键的校核47第6章切片机其他主要零件的设计与校核4861切碎刀及刀盘的设计4862装置支撑体设计4863机壳及进料斗设计49结论50参考文献51致谢52第6页共53页第1章绪论11果蔬切片机装置机械的应用及适用范围长期以来，大部分地区果蔬切碎还沿用传统的手工劳作方式，劳动强度大，生产效率低。随着市场经济的发展，果蔬开始以一种新型包装绿色食品登入市场，果蔬以一种味美价廉的腌菜环保产品供不应求，传统加工方式已经不能满足市场的需求，所以果蔬切片机的设计，以加快果蔬的生产效率，对刚收获的果蔬进行快速切碎和加工，以便于包装,是供应果蔬市场的有效方法。本文就果蔬切碎这一环节进行研究，目的在于研制出一种新型的果蔬切片机，加快果蔬的切碎加工过程，缩短果蔬的产品形成周期，提高效率，降低成本。12切片机机械的国内外发展情况切片机，最初是由美国于上世纪五十年代开发出来的产品。后来日本得到发展，并于上世纪六七十年代随日本经济高速发展，技术性能得到长足的进步。上世纪八十年代初，我国大量引进切片机并生产出自己的产品。以日清品牌为代表，主要针对方便面生产线配套使用。上世纪九十年代，这种机型开始大量用于粮食流通，同时派生出各种各样的类似包装机。随着机电一体化的应用，粉料自动包装也向着高速全自动模块化的方向发展及创新。现今国外开发的切片机已极其人性化高速、节能、全自动、模块化。就国内外切片机的开发情况来看，主要从以下几点进行L不断扩大其通用能力，以满足多种属性粉料的包装。2高速全自动，配备微机控制系统，借助预先储存的程序控制多台伺服电机，分别驱动有关执行机构。3参数化调整和设置，对主要操作部件供送、袋成型、牵引、封切等作适当调整有关工作参数，便可在较宽的尺寸范围内，满足不同品种不同尺寸的包装。4模块化结构设计，对供送、牵引、封切等主要部件进行相对独立并又能较为自由组合的结构设计，以满足卧式组合和立式组合的包装机。德国与美国、日本、意大利均为世界切片机机械大国。在切片机机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国切片机机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德国切片机机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施第7页共53页1工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。2提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国切片机机械以饮料、啤酒灌装机械和塑料切片机机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达12万瓶/H，小袋切片机机的包装速度高达900袋MIN。3使产品机械和切片机机械一体化。许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。4适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求切片机机械具有良好的柔性和灵活性，使切片机机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。5普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德国切片机机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了切片机机械的开发设计周期切片机设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的68，其他的就是运转成本。我国切片机行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前，我国已成为世界切片机工业生产和消费大国之一。切片机作为一种产品，它的含义不仅仅是产品本身的物质意义，而是包括形式产品、隐形产品及延伸产品3层含义。形式产品是指食品机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指食品机给用户提供的实际效用；延伸产品是指食品机的质量保证、使用指导和售后服务等。所以食品机的设计应该包括市场调研、原理图设计、结构设计、施工图设计、使用说明书编写及售后服务预案等。切片机设计的类别主要有测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。如啤酒灌装生产线生产能力为164万瓶/H，其中灌装机的灌装阀工位数从48个、60个、90个到120个就属于系列化设计。第8页共53页由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开发性设计。对于中低速运行的食品机，目前我们基本上可以进行自主设计。而高速运行的食品机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。其主要的原因是1大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法，如高速切片机的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决；2产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训；3整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。在切片机设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设计方法1根据设计任务书寻找同类机型作为样机；2参考样机制定各项技术性能指标及使用范围；3设计工作原理图、传动系统图；4设计关键零件，部件；5设计总装图方案和动作循环图；6设计部件图、总装图和零件图；7对主要部件中的关键零件进行强度、刚度校核；8设计控制原理图、施工图等。而今，国内一些大学的设计软件，可以对食品机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构CADCAM软件已经能够满足企业进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际切片机的设计中应用还不普遍。新型切片机往往是机、电、气一体化的设备。充分利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。其中的关键技术之一是采用了多电机拖动的同步控制技术。其实掌握这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解切片机的这一发展趋势。如果说以前我国切片机设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识。我国食品行业技术与机械近些年所取得的成绩是显著的，其起步于20世纪70年代末，刚起步时年产值仅七、八千万元，产品品种仅100余种，技术水平也较低。在20纪80年代中期至20世纪年代中期十余年的时间里，才得到快速发展，年增长率达到2030，到1999年底塑料和切片机达40大类，品种达1700种，到2000年产值增加到300亿元，且技术水平也上了个台阶，开始出现了规模化、自动化趋势，传动复杂、技术含量高的设备也开始出现，许多切片机如液体塑料灌装机等设备已开始成套出口。第9页共53页13食品装置机械研究开发的意义针对国内许多部门对果蔬切片机机械的需求，本设计着重探讨果蔬切片机机械的整体结构设计和模块化结构，开发出具有包装速度快，通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新颖果蔬切片机机械，对我国食品行业发展有着积极的意义。第10页共53页第2章全自动果蔬切片机总体参数的设计21基本结构切片机其功能部件1由支承体9、安装在支承体9上的切片机转子部件和包围着转子部件的机壳或机筒13等组成。由功能部件1，电动机8和机架（6等构成的切片机，其特征是转子上装有使刀刃切铡平面垂直于主轴10的平板直刃式刀片（15，功能部件1下部内有能使物料自动卸出的斜面（A），机筒或机壳13内设有与刀片15相对应，能阻止物料随刀片运动而又不防碍刀片旋转的挡板16。图211立式切片机示意图FIG211SCHEMATICDIAGRAMOFVERTICALSHREDDINGMACHINE第11页共53页图212立式切片机剖面图FIG212CROSSSECTIONDRAWNOFVERTICALSHREDDINGMACHINE22设计原则切片机的功能部件由支承体、安装在支承体上的切片机转子部件（包括切碎轴与刀片）和包围着转子部件的机筒或机壳等组成。由功能部件，电动机和机架或机脚等构成切片机。在功能部件中的切片机转子上装有使刀刃切铡平面垂直于主轴的平板直刃式刀片，功能部件上部有能使物料喂入机筒的进料斗，功能部件下部内有能使物料自动卸出的斜面，机筒或机壳内设有与刀片相对应能阻止物料随刀片运动而又不妨碍刀片旋转的挡板，即刀片可从相邻两挡板的间隙间切过。23果蔬产量及性能果蔬密度为KG/生产率为6000公斤/天每天工作8个小时。3108M24切片机的切碎长度切碎长度是切片机的主要性能指标之一，机器工作时，果蔬被喂入辊卷入切片机构，该机切碎长度为34MM，结合实际计算，本机定切碎长度为35MM。第12页共53页25切片机的功率消耗由VM/（31）式中V切碎总体积，单位3MM切割总质量，单位KG小果蔬密度，KG/3由已知条件M6000KG,KG/，带入31中，081则切碎总体积V75。3M取喂入切割截面半径R7CM，截面面积为S2R0015M。2则切碎总长度LV/S500M。由每天工作8小时，则切割速度V500/836000017M/S。由已知条件，切碎长度为35MM，则圆盘刀切割频率为V/L48R/S。251刀切功率计算由公式PFV（32）其中F刀切割力，取800NV刀转速，单位M/S而V,（3R3）其中刀转角速度，单位RAD/SR刀的半径,单位M又由2F（34）其中F刀切割频率R/S由于刀的半径每一点速度不一样，所以用积分公式P3FRDR3F1/2R（3R0R025）第13页共53页3800101010124038KW252刀盘空转消耗功率由公式N（321J6）其中J刀的转动惯量，单位KGM2刀转速，单位RAD/S10而J（32RM1）（7）其中M刀片质量，单位KGR刀片半径，单位M动刀采用直刃型，半径100MM,刀厚25MM，刀宽20MM,材料为65MN,调质处理，刃口淬火，硬度为HRC6265。由此可求刀片质量M039KG所以J0390200013KGM1222由于带在传动过程中，存在着功率的损失，查机械设计课程设计手册可得，1为V带的效率,为第一、二对轴承的效率，为联轴器的效率。123则电机所需功率为PJW7436KWO查机械设计课程设计手册得选择，其铭牌如下表21表21Y系列三相异步电动机电动机型号额定功率KW满载转速R/MIN堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量KG第14页共53页Y132M475同步转速1500R/MIN,4级1440222281（A）（B）图214电动机的安装及外形尺寸示意图表22电动机的安装技术参数第15页共53页中心高/MM外型尺寸/MML（AC/2AD）HD底脚安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD1325153453152161781238801043第16页共53页第3章带传动的计算31带传动设计输出功率P75KW,转速N11440R/MIN,N2500R/MINEDADPK表31工作情况系数A原动机类类一天工作时间/H工作机101016160101616载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；75KW离心式压缩机；轻型运输机101112111213载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；75KW发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛111213121314载螺旋式运121314141516第17页共53页荷变动较大输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机131415151618根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，取KA11。即17582KWDAEDPK32选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率PD和小带轮的转速N1按机械设计P297图1311选取。第18页共53页图31带型图根据算出的PD825KW及小带轮转速N11440R/MIN，查图得DD80100可知应选取A型V带。33确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100MM则取DD190MMDDMIN75MM（DD1根据P295表134查得）表32V带带轮最小基准直径MIND槽型YZABCDEMIND205075125200355500212408,908525DD所以由机械设计P295表134查“V带轮的基准直径”，得250MM2D误差验算传动比（为弹性滑动率）215083912DI误误差符合要求1830I误第19页共53页带速19014V679/606DNMS满足5M/S300MM，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料选用灰铸铁，HT200。37确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。38计算压轴力由机械设计P303表1312查得，A型带的初拉力F013346N，上面已得到15336O，Z4，则1A1A15372SIN46SINN08142OOFZ对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮第21页共53页缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表73。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。第22页共53页表35普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575192）槽型项目符号YZABCDE基准宽度BP5385110140190270320基准线上槽深HAMIN162027535488196基准线下槽深HFMIN477087108143199234槽间距E80312031503190425505370644507第一槽对称面至端面的距离FMIN679115162328最小轮缘厚555675101215带轮宽BBZ1E2FZ轮槽数外径DA32603480118190315366047560038对应的基准直径DD80118190315475600轮槽角极限偏差105V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式（1）实心带轮用于尺寸较小的带轮DD253D时，如图32A。（2）腹板带轮用于中小尺寸的带轮DD300MM时，如图32B。第23页共53页（3）孔板带轮用于尺寸较大的带轮DDD100MM时，如图32C。（4）椭圆轮辐带轮用于尺寸大的带轮DD500MM时，如图32D。（A）（B）（C）（D）图32带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论小带轮选择实心带轮，如图（A）,大带轮选择孔板带轮如图（C）第24页共53页第4章主轴组件要求与设计计算主轴组件是特殊磨头的执行件，它的功用是支承并带动砂轮旋转，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响到特殊磨头的加工质量和生产率，因此它是特殊磨头中的一个关键组件。主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、扭矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工件条件，但主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动，因此对主轴有较高的要求。41主轴的基本要求411旋转精度主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动R、端面跳动A和轴向窜动值O。如图21所示图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。主轴组件的旋转精度取决于部件中各主要件（如主轴、轴承及支承座孔等）的制造精度和装配、调整精度；运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。各类通用特殊磨头主轴部件的旋转精度已在特殊磨头精度标准中作了规定，专用特殊磨头主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。AOR图41主轴的旋转误差412刚度主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，如图22所示，即KF/Y（单位为N/M），刚度的倒数Y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承第25页共53页和支承座的刚度的综合反映，它直接影响主轴组件的旋转精度。显然，主轴组件的刚度越高，主轴受力后的变形就越小，如若刚度不足，在加工精度方面，主轴前端弹性变形直接影响着工件的精度；在传动质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。图42主轴组件静刚度主轴组件的刚度是综合刚度，影响主轴组件刚度的因素很多，主要有主轴的结构尺寸、轴承的类型及其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。413抗振性主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。在切削过程中，主轴组件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷和交变载荷的作用，使主轴产生振动。如果主轴组件的抗振性差，工作时容易产生振动，从而影响工件的表面质量，降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声影响工作环境。随着特殊磨头向高精度、高效率方向发展，对抗振性要求越来越高。评价主轴组件的抗振性，主要考虑其抵抗受迫振动和自激振动能力的大小。414温升和热变形主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。主轴组件温升和热变形，使特殊磨头各部件间相对位置精度遭到破坏，影响工件加工精度，高精度特殊磨头尤为严重；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工第26页共53页作状态变坏；热变形还使主轴和轴承，轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承正常工作，间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损，严重时甚至会发生轴承抱轴现象。影响主轴组件温升、热变形的主要因素有轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件等。415耐磨性主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主轴组件各个滑动表面，包括主轴端部定位面、锥孔，与滑动轴承配合的轴颈表面，移动式主轴套筒外圆表面等，都必须具有很高的硬度，以保证其耐磨性。为了提高主轴组件的耐磨性，应该正确地选用主轴和滑动轴承的材料及热处理方法、润滑方式，合理调整轴承间隙，良好的润滑和可靠的密封。42主轴组件的布局主轴组件的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴组件的布局。特殊磨头主轴有前、后两个支承和前、中、后三个支承两种，以前者较多见。两支承主轴轴承的配置型式，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况，加以确定。在选择时，具体有以下要求（1）适应刚度和承载能力的要求主轴轴承选型应满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时，可选用滚子轴承；较小时，可选用球轴承。双列滚动轴承的径向刚度和承载能力，比单列的大。同一支承中采用多个轴承的支承刚度和承载能力，比采用单个轴承大。一般来说，前支承的刚度，应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。表21所示为滚动轴承和滑动轴承的比较。第27页共53页表41滚动轴承和滑动轴承的比较滑动轴承基本要求滚动轴承动压轴承静压轴承旋转精度精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难单油楔轴承一般，多油楔轴承较高可以很高刚度仅与轴承型号有关，与转速、载荷无关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高而增大与节流形式有关，与载荷转速无关承载能力一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制随转速增加而增加，高速时受温升限制与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关抗振性能不好，阻尼系数D0029较好，阻尼系数D0055很好，阻尼系数D04速度性能高速受疲劳强度和离心力限制，低中速性能较好中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力适应于各种转速摩擦功耗一般较小，润滑调整不当时则较大F00020008较小F0001008本身功耗小，但有相当大的泵功耗F000050001噪声较大无噪声本身无噪声，泵有噪声寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时，寿命较长本身寿命无限，但供油系统的寿命有限（2）适应转速要求由于结构和制造方面的原因，不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。第28页共53页轴承的规格越大，精度等级越低，允许的最高转速越低。在承受径向载荷的轴承当中，圆柱滚子轴承的极限转速，比圆锥滚子轴承的高。在承受轴向载荷的轴承当中，向心推力轴承的极限转速最高；推力球轴承的次之；圆锥滚子轴承的最低，但承载能力与上述次序相反。因此，应综合考虑转速和承载能力两方面要求来选择轴承型式。（3）适应精度的要求起止推作用的轴承的布置有三种方式前端定位止推轴承集中布置在前支承；后端定位集中布置在后支承；两端定位分别布置在前、后支承。采用前端定位时，主轴受热变形向后延伸，不影响轴向定位精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙较不便，前支承处发热量较大；后端定位的特点与前述的相反；两端定位时，主轴受热伸长后，轴承轴向间隙的改变较大，若止推轴承布置在径向轴承内侧，主轴可能因热膨胀而弯曲。（4）适应结构的要求当要求主轴组件在性能上有较高的刚度和一定的承载能力，而在结构上径向尺寸要紧凑时，则可在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承。对于轴间距很小的多主轴特殊磨头，由于结构限制，宜采用滚针轴承来承受径向载荷，用推力球轴承来承受轴向载荷，并使两轴承错开排列。（5）适应经济性要求确定主轴轴承配置型式，除应考虑满足性能和结构方面要求外，还应作经济性分析，使经济效果好。在中速和大载荷情况下，采用圆锥滚子轴承要比采用向心轴承和推力轴承组合配置型式成本低，因为前者节省了两个轴承，而且箱体工艺性较好。综合考虑以上因素，本设计的主轴采用前、后支承的两支承主轴，前支承采用双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承的组合，D级精度；后支承采用圆柱滚子轴承，E级精度。其中前支承的双列圆柱滚子轴承，滚子直径小，数量多（5060个），具有较高的刚度；两列滚子交错布置，减少了刚度的变化量；外圈无挡边，加工方便；轴承内孔为锥孔，锥度为112，轴向移动内圈使之径向变形，调整径向间隙和预紧；黄铜实体保持架，利于轴承散热。前支承的总体特点是主轴静刚度好，回转精度高，温升小，径向间隙可以调整，易保持主轴精度，但由于前支承结构比较复杂，前、后支承的温升不同，热变形较大，此外，装配、调整比较麻烦。第29页共53页43主轴结构的初步拟定主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位的方法，同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性，一般在特殊磨头主轴上装有较多的零件，为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从前轴颈起向后依次递减。主轴是空心的或者是实心的，主要取决于特殊磨头的类型。此次设计的主轴，也设计成阶梯形，同时，在满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便通过刀具拉杆。主轴端部系指主轴前端。它的形状决定于特殊磨头的类型、安装夹具或刀具的形式，并应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确，装卸方便和能传递一定的扭矩。44主轴的材料与热处理主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素选择。主轴的刚度与材料的弹性模量E值有关，钢的E值较大（2110N/CM左右），72所以，主轴材料首先考虑用钢料。钢的弹性模量E的数值和钢的种类和热处理方式无关，即不论是普通钢或合金钢，其弹性模量E基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢（如45钢），只有在载荷特别重和有较大的冲击时，或者精密特殊磨头主轴需要减少热处理后的变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑选用合金钢。当主轴轴承采用滚动轴承时，轴颈可不淬硬，但为了提高接触刚度，防止敲碰损伤轴颈的配合表面，不少45钢主轴轴颈仍进行高频淬火（HRC4854）有关45钢主轴热处理情况如下表22所列表42使用滚动轴承的45钢主轴热处理等参数材料牌号工作条件使用机床常用代用热处理硬度轻中负载车、钻、铣、磨床主轴4550调质HB220250轻中负载局部要求高硬度磨床的砂轮轴4550高频淬火HRC5258轻中负载PV40（NM/CM2S）车、钻、铣、磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC4250HRC5258第30页共53页此次设计的特殊磨头主轴，考虑到主轴材料的选择原则，选用价格便宜的中碳钢（45钢）。查表22中，因工作中承受轻、中负荷，且要求局部高硬度，故热处理采用高频淬火，HRC5258。45主轴的技术要求主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴和轴承、齿轮等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度，零件接触表面形状愈准确、表面粗糙度愈低，则受力后的接触变形愈小，亦即接触刚度愈高。因此，对主轴设计必须提出一定的技术要求。（1）轴颈此次设计的主轴，应首先考虑轴颈。支承轴颈是主轴的工作基面、工艺基面和测量基面。主轴工作时，以轴颈作为工作基面进行旋转运动；加工主轴时，为了保证锥孔中心和轴颈中心同轴，一般都以轴颈作为工艺基面来最后精磨锥孔；在检查主轴精度时，以轴颈作为测量基面来检查各部分的同轴度和垂直度。采用滚动轴承时，轴颈的精度必须与轴承的精度相适应。轴颈的表面粗糙度和硬度，将影响其与滚动轴承的配合质量。对于普通精度级特殊磨头的主轴，其支承轴颈的尺寸精度为IT5，轴颈的几何形状允差（圆度、圆柱度等）通常应小于直径公差的1/41/2。（2）内锥孔内锥孔是安装刀具或顶尖的定位基面。在检验特殊磨头精度时，它是代表主轴中心线的基准，用来检查主轴与其他部件的相互位置精度，如主轴与导轨的平行度等。由于刀具和顶尖要经常装拆，故内锥孔必须耐磨。锥孔与轴承轴颈的同轴度，一般以锥孔端部及其相距100300毫米处对轴颈的径向跳动表示；其形状误差用标准检验锥着色检查的接触面积大小来检验，此乃综合指标；还要求一定的表面粗糙度和硬度等。46主轴直径的选择主轴直径对主轴组件刚度的影响很大，直径越大，主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小，即主轴组件的刚度越高。但主轴前端轴颈直径D1越
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