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小型砂光机的结构设计I摘要本课题研究的是砂光机的结构设计，与老师的相互讨论，并且通过收集国内外砂光机床发展的相关资料，因为我国的砂带磨削工艺和砂带砂光机床的研究起步相对比较晚，所以我大多是通过国外现有砂光机结构特点，提出本研究课题的砂光机设计方案。砂光机是利用磨具对各种板类，木质品构件进行砂削加工的设备。砂光机在人造板和家具行业中适用面广，需要两大，品种较多，近年来发展速度较快。确定用链传动实现砂光机床沿Y轴方向的运动，滚珠丝杠传动实现砂光机磨头沿X轴方向的运动。根据工作情况和加工零件的特点选择合适的电机和丝杠，详细完成驱动运动链中链的设计计算、链轮的选择、轴的设计与强度校核、滚动轴承的选择与强度校核、以及实现运动传递键的选择与强度校核。详细论述砂带砂光机床磨头磨削机理、磨头的工作参数、最后能达到的预期期望。完成滚珠丝杠的选择计算和静强度校核。关键词砂带砂光机床；滚珠丝杠；磨削IIABSTRACTTHISPAPERISONTHESTUDYOFSTRUCTUREDESIGNOFSANDER,DISCUSSWITHTHETEACHER,ANDBYCOLLECTINGRELEVANTMATERIALSATHOMEANDABROADSANDINGMACHINETOOLDEVELOPMENT,BECAUSEOURRESEARCHONABRASIVEBELTGRINDINGPROCESSANDBELTSANDINGMACHINESTARTEDRELATIVELYLATE,SOIMOSTLYTHROUGHFOREIGNEXISTINGSANDERSTRUCTURECHARACTERISTICS,THESANDERTHEDESIGNSCHEMEOFTHISRESEARCHSANDINGMACHINEISAKINDOFEQUIPMENTWHICHUSESABRASIVETOOLSTOSANDVARIOUSKINDSOFBOARDSANDWOODENPRODUCTSSANDINGMACHINEISWIDELYUSEDINWOODBASEDPANELANDFURNITUREINDUSTRYITNEEDSTWOBIGKINDSANDMANYVARIETIES,ANDITSDEVELOPMENTSPEEDISFASTERINRECENTYEARSDETERMINEASANDINGMACHINEMOVEMENTALONGTHEYAXISWITHCHAINDRIVE,THEBALLSCREWDRIVETHESANDINGHEADALONGTHEXAXISMOTIONACCORDINGTOSELECTTHEAPPROPRIATEMOTORANDSCREWCHARACTERISTICANDMACHININGPARTSWITHCOMPLETE,DRIVECHAINCHAIN,SPROCKET,DESIGNANDCALCULATIONOFTHECHOICEOFSHAFTDESIGNANDSTRENGTHCHECK,ROLLINGBEARINGSELECTIONANDSTRENGTHCHECK,ANDTHEREALIZATIONOFMOTIONTRANSFERKEYSELECTIONANDSTRENGTHCHECKBELTSANDINGMACHINEWITHTHEGRINDING,GRINDINGMECHANISMOFWORKINGPARAMETERS,FINALLYTOACHIEVETHEEXPECTATIONSCOMPLETETHECHOICEOFBALLSCREWCALCULATIONANDSTATICSTRENGTHKEYWORDSBELTSANDINGMACHINEGRINDINGBALLSCREWIII目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题的研究目的及发展前景112国内外砂光机发展动态1121国外砂光机研究与应用的现状2122国内砂光机研究与应用的现状313未来发展趋势4第2章驱动部分的设计计算521设计方案原理图522主动电动减速机的选择523运动参数及动力参数的计算624轴的设计计算8241按扭矩初算轴径8242轴的结构设计8243按弯扭复合强度校核925轴承的选择与校核1026键连接的校核计算13261链轮连接键13262电机连接键1327联轴器的选择与校核计算13271类型选择14272载荷计算1428本章小结14第3章磨削原理及其技术参数1631砂带砂光机床磨头技术参数16311砂带磨削的优点16312砂带磨削的磨削原理1732本章小结19IV第4章滚珠丝杠选择计算2041选择滚珠丝杠理由2042滚珠丝杠的选择计算20421确定当量转速与当量载荷21422确定预期额定载荷估算22423确定滚珠丝杠最小螺纹底静径22424确定滚珠丝杠的导程和直线速度23425确定滚珠丝杠的长度23426确定滚珠丝杠的精度24427确定安装尺寸2543本章小结25结论26致谢27参考文献281第1章绪论11课题的研究目的及发展前景砂光和打磨是同意词，是指一些粗糙、厚薄不均、不符合的材料和物品的工艺要求、砂轮、纱布、砂纸、清洁布和其他物理去除的方法，为了使它更光滑，厚度均匀。其中一种方法，在不同的工艺加工生产使用标准的过程，标准的结构制造、玩具工艺品行业、装修和家具行业、建材行业、地板。“砂光机”简而言之是，使用的机械设备是打磨工作完成，涉及行业广泛种类是非常多的，但是业内人士普遍称为打磨机自动进料系统，其它的称做砂带机、研磨机、抛光机等。根据和老师的讨论，设想用砂光机加工一块较大尺寸的热板，然而现在我国大部分加工热板是利用火焰切割机，火焰切割时混合气压力乙炔和氧气燃烧生成的温度，熔化金属，以至于达到切割金属。火焰切割温度达到3000度以上，切割与非切削区域的温差比较大，切割在空气中自然冷却后的残余应力，从而使加工件产生裂纹。为了解决火焰切割机在加工过程中导致热板出现的裂纹，现在设计一台大面积的砂光机，也就是65003000砂光机。随着机械、建材的进步与发展，航天、轻工业等领域对金属材料以及非金属材料，尤其是难以加工的材料如不锈钢、半导体材料、钛合金等的表面加工质量、精密度等提出了比以往更高要求，如果采用车削、铣削过程的传统方法难以满足这些要求。而砂带磨削已是一种磨削和抛光的新工艺，已成为精密、超精密加工的有效方法之一，在现如今发挥着越来越大的作用，现已成为国内外材料力学的交叉学科领域，具有巨大的发展潜力5。在国际生产工程协会CIRP第44、45、46届年会上，来自美国、日本、欧洲的与会机械制造专家、学者发表了很多论文，集中体现了21世纪初机械制造业发展的特点和趋势。根据年会的信息，强力磨削和砂带磨削都属于21世纪初机械制造工艺范围，将在制造业中发挥突出的作用。自上世纪70年代以来，经过数十年的发展，强力砂带磨削在国内外尤其是美国、日本、德国等国家得到了迅速发展。无论是强力砂带磨削亦或是砂带磨削，都用到砂光机床其中磨削理论逐渐成熟，磨削技术的发展，正因为如此砂光机床的发展将成为必然的趋势。自从美国的第一台砂光机的出现，它是用充满尖厉纱布制成的一种高速多刀组件进行打磨，自此打磨技术得到了飞速的发展。现在如今，应用砂光机的加工效率比机械加工，甚至更多的铣削加工，粗加工，对普及到各行各业的应用范围，除用于金属加工，也用于木材加工，塑料加工，皮革加工。美国的带式砂光机一直是一个快速发展的阶段，从50年代初至今，德国一直研究带式砂光。此外，在砂光机的制造领域处于领先地位的有荷兰、瑞士、意大利等国家。212国内外砂光机发展动态121国外砂光机研究与应用的现状国外强力砂带磨削应用相当广泛，尤其是美国、日本、英国、德国等国对于强力砂带磨削的应用已有数十年。目前国外的强力砂带磨削的切削速度已达40MM/S，磨削压力为100300MPA，材料切除率可达737CM3/MIN，加工效率比普通磨削提高了510倍。美国EMERSONELECTRIC公司利用强力砂带磨削齿轮箱平面，加工铸铁的余量达636MM，其生产效率比端铣刀提高10倍。美国西屋电气公司用无心砂带砂光机床加工60马力的电机转子，每小时高达1000件。英国GRIT公司生产的强力砂带砂光机床，输出电机功率为715KW，砂带速度达到60M/S，可以应用于铸铁打磨、钢结构加工及焊缝打磨加工中，对铸铁的材料去除率达500CM3/MIN。英国生产的一种强力砂带砂光机床可以完成四台铣床的工作量，以往用硬质合金端铣刀加工铸铁轴承体，每件加工时间需要418MIN，采用强力砂带砂光机后，只需要08MIN，一年可节省加工费用27000英镑。英国ACMEMANUFACTURING公司在回转工作台砂带平面磨床上安装两个磨头，每小时可加工10002000件扳手平面，切除余量达495MM。森斯特兰SUNDSTRAND公司的立式砂带砂光机床四工位粗、精磨削加工380MM2铸铁缸盖，金属切除率达900KG/H，每小时可磨200个缸盖，加工尺寸精度可达0103MM，砂带寿命为8小时。西德公司研制出的一台强力砂带砂光机床，主电机功率150KW，机床全部采用电气控制，加工平面度为01025MM，尺寸公差为01025MM，平行度为0105MM。另外国外在用强力砂带磨削加工灰铸铁离合器片时，采用聚脂为基底的粗颗粒氧化铝锆砂带，切除深度2MM，砂带单位宽度金属切除率达到200MM3/S，比传统切削加工方法省时40，每根砂带可磨削160件离合器片。另外用强力砂带磨削对50号结构钢进行焊前预加工，最大切削深度达到11MM，与铣削相比，加工1米长的钢板边缘坡口可节省时间34，减少刀具费用20。表01国外各类品牌砂带在中国的销售情况砂带名称1999年2000年2001年2002年2003年美国3M95140200280400韩国高丽110185260410600美国NORTON4045555760日本牛头3235434750德国VSM0608101216德国0709101216注连续5年的砂带销售量由销售额折算近似得出数据，非厂家公布正式数据。宽带砂光机国外主要厂家有美国怀特公司，节时者公司，TIMESAVER基姆伍德KIMWOOD公司等，联邦德国安东ANTHON公司、博策尔与加士纳遏七3BUNCHENERGREENER公司、比松BISON公司、比飞灵BUTFERING公司、希思曼HEESEMANN公司，约翰逊JOHNNSON公司，意大利的爱司西安SCM公司。122国内砂光机研究与应用的现状我国的强力砂带磨削工艺与砂带砂光机床的研究起步较晚，在砂带磨削理论、工艺实验研究及砂带砂光机床研究方面还处于起步阶段，普及和推广应用很不广泛，目前主要应用在铸铁及普通钢件的加工中。近几年来只有少数几家高校和企业开展了强力砂带磨削技术的研究和强力砂带砂光机床设备的制造。湖南大学继1989年平面砂带磨削工艺试验后，对该砂带砂光机床进行了改装，改装后一次行程中磨削余量达5MM左右，实现了铸造毛坯如190型柴油机缸盖、缝纫机台板等经一次行程磨成成品的重大突破，代替了过去须经粗铣精铣砂轮磨削平面加工的传统工艺。重庆大学运用强力砂带磨削技术进行锅炉钢板焊缝打磨，一次加工余量达到5MM，加工效率比用手砂轮打磨提高10倍以上。重庆三磨海达磨床有限公司开发出了用于加工连杆的强力砂带砂光机床，一次行程中可磨削余量达3MM，该强力砂带砂光机床在东风神龙公司已使用多年，实践证明连杆小头强力砂带磨削减薄加工新技术是完全可行的，并且是一种比传统刀具切削方法更先进和更经济的新方法。近年来砂带砂光机床发展速度非常快。砂带磨削技术的研究及应用已引起我国机械、制造等行业的广泛关注和有关部门、研究单位和企业的高度重视。目前，国内已有不少砂带砂光机床设备制造厂、高校和科研单位开展了砂带磨削技术的研究与开发工作，例如，重庆三磨海达磨床有限公司等数十家砂带磨削设备生产厂家，以及东北大学、重庆大学、郑州三磨所、华中理工大学和湖南大学等多家科研院所和高校。国内砂带磨削技术的研发奋起直追，也取得了较大的成绩。如清华大学开创的超声砂带磨削技术是一种新型的精密砂带复合加工方法，已具有世界领先水平，将这种技术用于计算机硬盘的研抛加工，表面粗糙度可达RA001M。重庆大学成功地将砂带磨削应用到摆线齿轮磨削中，其下属的高新技术企业三磨海达磨床有限公司拥有近20项国家专利，开发了具有自主知识产权的百余个品种砂带砂光机床设备，其中国际首创连杆端头强力砂带磨削技术，加工产品已用于法国PSA公司，取得了显著的经济效益和社会效益。此外，郑州第二砂轮厂和上海砂轮厂先后从德、意、瑞士等国引进了制造砂带的成套技术和设备，国外公司如3M公司等陆续在我国投资办厂，为我国砂带磨削技术的发展和应用提供了有利条件。纵观砂带磨削技术的研究和应用状况，我国与国外发达国家仍存在一定差距，主要表现在以下5个方面1磨削机理及工艺的研究尚不全面和深入。磨削过程中砂带磨粒与工件材料交互作用理论、磨削热、磨削力、磨削温度等的研究，工件材料表面形貌的分析以及磨削参数对磨削效果和砂带磨损情况的研究等方面的工作也刚起步不久。在实际的生产中，砂带磨削已用于铝合金，但相关文献甚少，在镁合金磨削方面几乎是空白。2砂带品种规格不齐、寿命短，质量有待提高。国内使用最多的是SIC和AL2O3磨粒，陶瓷氧化铝和金刚石磨料很少，磨粒粒度号较小，限制了砂带在精密和超精密加工4中的应用国外砂带寿命可达812H，而国内的仅为24H10，13。3加工精度有待进一步提高。近年来，国外将砂带磨削已用于精密、超精密加工，精度已达到微米级，表面粗糙度RA可达001025M，而国320砂带其磨削精度仅为1020M，国内砂带砂光机床的切深进给精度较低也严重影响了磨削精度。4新型砂带磨床有待进一步开发。国外砂带砂光机床已与NC、CNC等现代化技术紧密结合，有了较大发展，档次也逐渐上升，具有全自动和自适应控制的能力，而我国砂带磨床发展较为缓慢，很多尚处于机床的改装阶段，有待迅速转化为自主创新。5工程化用有待进一步扩展。尽管砂带磨削技术已应用到我国的多个各行业中，如钢管螺旋焊缝抛磨机应用到西气东输，并取得了一定的效益，但离大规模的工程化应用还有一段距离，有待加速产业化的进程，把产、学、研、管有机地结合起来。13未来发展趋势砂光机技术发展到今天，已经系列纵横，品种繁多。目前世界砂光机技术发展的主要趋势是1向高精度发展。为提高加工精度，各国都采取了许多措施如提高接触辊的制造精度和调整精度提高输送带式工作台的平度接触辊等回转件都经动平衡矫正采用厚度微调机构，加工厚度采用数字式仪表或经放大显示有的砂光机已能加工04MM厚的单板。瑞士“砂特劲”牌砂光机的定位精度达0025MM。2带向高粗糙度发展。砂带横向摆动方式趋于普遍应用。许多砂光机上采用了电子控制砂带的横向摆动，气垫式压带器，电子控制分段式压带器，采用大直径低硬度接触辊，附设精光辊等措施。3高加工能力发展。为提高砂光效率，有的砂光机上采用大功率电机，高砂削速度达40M/S，高进给速度达75M/MIN，为提高加工短工件和油漆面的能力，许多砂光机上采用真空输送带式工作台，采用橡胶输送带，采用特制的进料压管、压板、压靴式组合式进料装置，采用各种软质压带器等，加工工件最短为100MM，最薄可至2MM，厚度为3MM的一组工件也可同时加工。4高自动化程度发展。如工件自动定厚实现定厚精砂自动转换，采用电子程序控制压带器砂带和输送带自动对中等，近年又出现了微机控制的仿型砂光机。5无粉尘方向发展。荷兰砂霸公司制造的“砂度美”护指装置可保护手指和自动定厚，意大利DMC公司和SCB公司等采用各种紧急制动装置，一旦砂带断裂等事故发生，可在一秒内自动停机，气动系统压力不足时机器无法启动，在各种砂光机上普遍采用高效的集尘除尘装置，改善工作环境卫生条件保持工件表面洁。5第2章驱动部分的设计计算21设计方案原理图通过分析要运动的传动方式，考虑工件的装卸方式，确定异步机构升降高度，也就是机床上下工作行程的长度，最后确定砂光机床整体方案原理图。1工作原理接通砂光机床的4的电源开关，减速器电机开始启动工作，通过链轮2带动3链条运动，链条3带动工作台6沿着Y轴方向运动，需要加工的工件就随工作台一块沿着Y轴方向移动，在4减速器电机开启的时候9异步电机也开启，异步电机9带动丝杠运动，丝杠上面的螺母和磨头5通过法兰固定在一起，异步电机9带动丝杠运动的时候磨头也丝杠一块运动，这样磨头上面的砂带在异步电机9和电机4两个运动方向上运动，完成对6滑台上面热板磨削加工。2工作原理图，如图21所示。图21原理图1立柱；2链轮；3链条；4电源开关；5磨头；6工作台；7异步电机；8支撑台；9异步电机22主动电动减速机的选择博能K系列减速机的特点垂直输出结构紧凑、硬齿面传递扭矩大、高精度的齿轮保证了工作平稳、噪音低，寿命长，设计时考虑到机床空间的大小选择底座安装，输出的方式为空心轴输出。需要11KW的电机来驱动砂光机，一天工作16小时，当砂光机工作的时候，根据工作情况，选取被驱动设备系数为F1125；驱动砂光机床的转为N21688R/MIN。则6219851640NI所选电机的额定功率必须满足22KW4IP初步选定电机型号是KW107859YP11B3（查询减速机手册），选择的减速机是采用飞溅润滑的，而它采用自然冷却的冷却方式，其工作坏境是工厂灰尘，根据查询减速机样本手册知输出轴径向力为FA44540N。输出轴的轴向力为4600NM。根据驱动设备机床需要的扭矩大约为PN1415KW1297KW，与实际情况接近，工作时间是每天16小时，根据受到的一般冲击载荷，所以选取的载荷系数是F15，减速机的转速为N21688R/MIN。则239851640NI24MIN/RINI满足工作要求。确定减速机的规格为K107查询减速机手册，K107电动机质量和额定功率分别是250KG，14KW。23运动参数及动力参数的计算1计算各轴的转速25MIN/R14501电机N268P2计算各轴的功率27KW3019415II28620/211FPFN3计算各轴的扭矩29MN931540/1559/095661INT21072302IP4链传动的设计计算链传动的设计是为了驱动砂光机，移动阻力是为了达成工作台沿着Y轴的方向移动。在上面的计算和选择的齿轮减速电机，电机驱动减速电机，加工部件是通过链传动在在工作台上运动。7电动机额定功率PN1415KW。主动轮转速是N21688R/MIN，传递链的传动比是I1。5选择链轮齿数取小链轮齿数Z123，大链轮的齿数Z2I2323。6确定计算功率查机械设计手册工况系数KA10，由机械设计齿轮的齿数系数多排链系数KZ11，查的双排链系数KP175。则211KW8915470ZACA7选择链轮的节距链轮的应用被广泛应用于化工、纺织机械、食品加工、仪表仪器、石油等行业的机械传动等。链轮参数计算公式分度圆直径DP/SIN180/Z，P节距可查表Z齿数齿顶圆外径DP054COT180/Z链轮型号包含非标链轮根据客户图纸定制，标准链轮美标和公制链轮常用加工方法淬火处理，表面发黑处理。当速比低时，用高齿数链轮可以大大减少I链节的转动量、链条的拉伸负荷和轴承的负荷。根据PCA889KW及N11688R/MIN对机械设计手册和机械设计查找，查找机械设计手册得节距为FR2810N。8计算链节数和中心距初选中距A0305050815242540212由于张紧装置使中心距可选择A0MAX80P，因此，初步选取主要的中心距是A0236P23650812000MM213相应的链长节数为21449512085432801202120AZZLP查询机械设计得知中心距系数为F102502，则传动链的最大中心距是2151203249580221ZLPFA89计算链速确定润滑方式216S/M329016085238160PZNV由V0329M/S和链号为32A1查找机械设计得知。10计算压轴力有效圆周力为217N12430925VPFE链轮水平布置时的压轴系数KFP115，则压轴力为21861430915EFPP24轴的设计计算241按扭矩初算轴径因为硬度值的选取在217255HBS中间。取A0110查找机械设计得知，219M16251212HD考虑到链轮轴端的轴是主要部件，减速机相连与轴端最细处相连，所以选取主轴最小直径为D090MM。242轴的结构设计轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案。由于考虑到轴上零件的布置，在设计轴的时候，二个轴承和链轮是主动轴上的主要零部件。驱动轴上的链轮通过键连接来实现动力传动，链轮固定，链轮在轴的中间，压盖不适合固定在两端的链轮，链轮通过弹簧固定器固定，由于考虑轴承两端用轴肩固定，所以轴设计为阶梯的形式。轴承座为方形轴承，所以装配顺序是，首先装配链轮，接着装配右边轴承，再装配左边轴承，最后装配是把减速机相互连接即可。确定轴的各段直径和长度，如图22所示。图22轴的结构示意图轴承的初步选择是UC220，内径是100MM，长度是108MM，所以1段轴内径NVPFE12430951019是D1100MM，其长度是L1105MM。则H2C，C15。所以2段D21064110MM220因为要考虑固定的可靠性所以键槽在轴上的影响，所以把轴颈增加了4MM，所以2段2211395816032095209533330NPANPDTT按照链轮宽度和砂光机对中心距长度的要求，选择L2280MM，第3段装配轴承为UC220，所以D3100MM，长度是L3105MM，因此第4段与减速机互相连接，其内径是90MM，考虑到加工中心的距离和齿轮电机的拆卸要求，需要L4352MM。轴的总长度LL1L2L3L4105280105352280222243按弯扭复合强度校核轴承采用对称布置，所以，LALB258MM。1计算FAX、FBY、FAZ、FBZ的力FAXFBYFP24946049/22473025N223FAZFBZFT/24300912/22150456N224因为两侧对称，弯矩截面C是对称的，所以在垂直的弯曲部分的C弯矩MC1FAYL/22473025258638034NM2252绘制垂直面弯矩图截面C在水平面弯矩MC2FAZL/22150456258550516NM2263绘制水平面弯矩图计算合成弯矩MCMC12MC221/2227MN71842650346824绘制合弯矩图5绘制扭矩图转矩T955P2/N21067525351NM2286绘制当量弯矩图计算当量弯矩根据教材选1MECMC2T21/2229MN7523178462由危险截面C进行校核，其强度由EMEC/01D3230MPA64401/513BPA所以此轴强度足够。绘制轴的受力简图，如图23所示。10图23轴的受力模型图绘制轴的弯扭矩图，如图24所示。图24轴的弯扭矩图1125轴承的选择与校核轴承分类1滑动轴承滑动轴承不分内外圈也没有滚动体，一般是由耐磨材料制成。常用于低速，重载及加注润滑油及维护困难的机械转动部位。2关节轴承关节轴承的滑动接触表面为球面，主要适用于摆动运动、倾斜运动和旋转运动，它主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈特殊结构的滑动轴承。能承受较大的负荷。3滚动轴承滚动轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同分为向心轴承和推力轴承，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。4调心滚子轴承。按其工作时能否调心分为调心轴承。5深沟球轴承深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承。与尺寸相同的其它类型轴承相比，该类轴承摩擦系数小，极限转速高，结构简单，制造成本低，精度高，无需经常维护，而且尺寸范围大、形式多，是应用最广的一类轴承。它主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。当其仅承受径向载荷时，接触角为零。6调心球轴承调心球轴承是二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，装配有圆球状滚珠的轴承。所以选择深沟球轴承经过链传动来实现砂光机带动滑台的工作，本次毕业设计的轴承选择是UCFU220，其旧型号为F90520的SKFUCFU220轴承，深沟球轴承的特点为外圈外径表面是球面，它是外球面轴承的一种变形，它与轴承座相互匹配的凹球面起到调心作用。是承受以径向负荷为主的径向和轴向联合负荷的主要作用，因为这种轴承是可以安装内外圈的，所以轴向负荷力一般不能独自承受。这种轴承不允许该轴相对于外壳有倾斜，因为在径向负荷力的作用下可能会产生附加轴向力。该种轴承轴向游隙的大小，对轴承能否正常工作关系很大，当轴向游隙过小时，温升较高；轴向游隙较大时，轴承容易损坏。因此要格外的注意在安装和运行时轴承的轴向游隙，在某些必需的时候为了增加轴承的刚性要采取过盈安装。以增加轴承的刚性。D100MM，CR95KN，COR92KN，DW16MM，Z14查询机械设计手册和12UCFU220的产品手册得知。链传动设计计算中得FA4946049N，FR4300912N表21轴承校核参数表轴承类型相对轴向载荷单列轴承双列轴承XYXYXYXY参数E01720345068910313820734551768901720345068910313820734551768910056231991711551451311151041100562319917115514513111510410190220260280303403804204423138649022IZDWFA232153RA由表21轴承校核参数表所示，可得，138115103，则2330AEFR由表21轴承校核参数表所示，可得，X056，Y145。则234NYAFR958024651430956P如果轴承材料是常规材料，其可靠性是90，应用一下公式得简化额定载荷轴承计算得235PFCNTDMH式中FH寿命因数，按机械设计手册查得FH289；FD冲击载荷因数，按机械设计手册查得FD15；FT温度因数，按机械设计手册查得FT1；FN速度因数，按机械设计手册查的FN1277；FM力矩载荷因数，在力矩较小的情况下时FM15。236KNCRPFCNTDMH9578495021278故轴承UC220选取合适。1350496501243960560FARPOR237KNCOR通过计算结果得出轴承UC220满足工作要求。26键连接的校核计算261链轮连接键校核是通过对主动轴连接链轮键的计算，在轴的设计计算中完成对键的选取。下面是键强度的校核计算。键的强度校核公式2KLDTP310238式中T为传递的转矩，T27525351NM；K键与轮毂槽的接触高度，K05H05105；L键的工作长度，LLB502822MM；D轴的直径，D110MM。带入数据计算得23941205732103PPMPAKLDT其中120150MPAP所以键的强度满足工作的要求。262电机连接键主动轴上与减速机相连键的强度校核，240KLDTP3102式中T为传递的转矩，这里的转矩为减速机传递的转矩T27525351NM；K键与轮毂槽的接触高度，K05H05945MM；L键的工作长度，LLB802555MM；D轴的直径，D90MM。带入数据计算得241MPA12056790547231PPMPA在满足强度的要求下，所以键的强度足够。1427联轴器的选择与校核计算271类型选择1联轴器一般动力大都借助于联轴器与工作机相联接。20世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器。2固定式联轴器主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单。3可移式联轴器主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移。联轴器主要为了连接Y112电机轴和滚珠丝杠，实现动力从电机传给滚珠丝杠，通过丝杠带动磨头实现切削运动。因为滚子链联轴器GL5的特点是，结构简单、尺寸紧凑、质量小、维修容易具有一定的补偿性能和缓冲性能，能满足电机和滚珠丝杠的传动要求。电机与滚珠丝杠轴的连接主要是因为联轴器，应用联轴器实现电机给滚珠丝杠传动动力，以便完成在丝杠带动磨头下的切削运动。272载荷计算电机的转矩242NPT61059式中TY112电机的转矩；PY112电机的额定功率，P22KW；NY112电机的额定转速，N960R/MIN带入数据计算得243NM89216015910596NPT根据机械设计手册可得工作情况系数为KA26，计算转矩24445283KACA通过查询机械设计手册得知滚子链联轴器的额定转矩是TN25NM，因为245NM091456NCATT满足设计要求。为了满足电机与滚珠丝杠之间的互相连接，因此设计电机的最大允许转速是3150R/MIN，其轴颈是在2840之间。所以取滚子链联轴器GL5满足强度要求。1528本章小结本章主要工作是通过调差设计做出砂光机的工作原理，并且解释了砂光机的工作原理。其中详细设计工作传动链传动，和设计连接的传动部件的选择，并在本章重点的链传动的主要工作轴，在传动链中完成选择，通过计算选择链负载确定砂光机的疲劳强度的测定。要达成链轮传动轴和驱动轴的设计，链轮轴的设计工作主要是确定与负载要求的最小直径的轴，轴向长度和轴颈的直径是根据安装尺寸轴类零件和设备的确定，同时完成主从动链轮轴的结构设计。完成链轮主动轴和从动轴的设计，链轮轴的设计的主要工作是按照工作载荷的要求确定轴的最小直径，根据轴上零件特点和设备的安装尺寸确定轴各段长度和轴颈的直径，同时完成主从动链轮轴的结构设计。简化模型，计算出轴所受的支撑反力和轴向力，计算出轴所受的弯矩、扭矩、当量弯矩的大小，绘制出轴的弯矩图、扭矩图、当量弯矩图。最后确定找出轴所受力的危险截面，通过计算确定在危险截面轴强度可否满足强度要求。UCFU220轴承是通过计算确定选取的，根据机械设计手册的要求进行强度校核，从而达到设计要求。16第3章磨削原理及其技术参数31砂带砂光机床磨头技术参数311砂带磨削的优点砂带是一种由磨料、柔软基体和粘结剂制成的带状磨具，其切削功能主要由粘附在柔软基体上的磨粒来完成，砂带磨削采用环形砂带，由电机带动主动轮带动砂带作高速回转，同时工件作往复运动，砂带头架作纵向及横向进给，实现对工件的磨削加工，砂带磨损后更换新砂带。砂带磨削效率高，通过使用不同粒度的砂带实现粗加工、半精加工及精加工。1电动砂带磨头有以下主要特点1与砂轮磨削相比，它是用砂带作为磨削工具，而砂带一般只有一层磨粒，加工中无需修磨，在磨粒钝化后只需将其更换便可。这不仅使设备简单、操作方便，而且更能保证高的生产率。2砂带磨削所使用的砂带是一种涂附磨具，采用静电植砂方式制作，利用高压静电吸附原理，使经过精选的磨粒能按自身长轴方向定向排列，且分布均匀，因而其等高性好。磨粒锋刃朝外，较之砂轮具有较好排屑条件，从而可长时间地保证高的工效及稳定的加工质量。3砂带磨削属弹性磨削，与砂轮磨削相比，其径向抗力小，磨削温度低，所以工件不易变形，表面不易出现过烧、裂纹等缺陷，具有较好的表面质量。4从经济效益来说，与砂轮磨削相比较，砂带磨削装置结构简单。砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮或压磨板、张紧轮、驱动轮等磨头主体以及张紧快换机构、调偏机构、防吸尘装置等功能部件共同完成对工件的加工过程。具体讲就是将砂带套在驱动轮、张紧轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运行，根据工件形状和加工要求以相应接触和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮或压磨板、张紧轮、驱动轮等磨头主体以及张紧快换机构、调偏机构、防吸尘装置等功能部件共同完成对工件的加工过程。具体讲就是将砂带套在驱动轮、张紧轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运行，根据工件形状和加工要求以相应接触和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。2砂带磨削特点1砂带磨削是一种弹性磨削，因而砂带磨削是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。2砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削能力，所以砂带磨削的效率非常高。3磨削速度稳定，由于接触轮极不磨损，砂带可运动可保持恒速，而不会象砂轮那样越磨直径越小速度越慢。174砂带磨削精度高。由于砂带制作质量和砂带磨床生产水平的提高，砂带磨削早已跨入精密和超精密加工行列。5砂带磨削成本低。这主要表现在与砂轮磨床相比，砂带磨床结构简单，传动链短。这主要是因为砂带质量轻，磨削力小，磨削过程中震动小，对机床的刚性及强度要求都远低于砂轮磨床。312砂带磨削的磨削原理砂带磨削是根据工件形状，用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件表面进行磨削和抛光的一种新工艺。1砂带砂光机床磨头设计及技术参数根据需求，该砂光机床的磨头部分设计主要有下面二部分内容传动设计机床传动设计相对简单，主要是以下几个方面砂带的主运动；砂带的进给运动。1砂带的主运动。由电动机直接带动砂带机构运动，由于需要加工的热板表面积比较大。轴向较长，因此电动机前端的轴为悬臂式，焊接的机座结构刚性要好，尤其要注意焊接引起的内应力。2砂带的进给运动。砂带的进给运动通过由丝杠螺母与磨头上表面通过法兰盘的固定连接实现磨头延X轴方向的移动。主要机构设计1砂带张紧装置。此机构主要是通过丝杠和弹簧来调整接触轮与工件的相对位置，以及使张紧轮保持一定的张力。2接触轮设计。接触轮直径为250MM，沟槽纹间距取为10MM。3主要技术参数选择。砂光机的砂带速度，长度和宽度分别为2030M/S，25003150MM，600MM，功率75KW是砂光机砂带电机的实际功率。2砂带磨削机床分析与研究以完成一定的磨削目的，必须遵循的原则是用尽可能少的时问、金钱和精力，达到最佳的结果。在研究磨削的最佳方案时，有三个主要目标1须考虑正确的研磨抛光。需要生产出一件正确尺寸、形状和表面的高质量工件。2须考虑时间效益。必须能在满足的济的时间周期内生产出产品。3必须考虑磨削工具的效益。要采用合适的磨料。在恰当的时间，以正确的方法达到砂盘或砂带的最佳性能。为达到上述目的，最重要的是了解影响它们的因素。它们包括被加工工件的性能、砂带型号、砂带速度、接触轮直径、硬度、表面齿形和锯齿角度、冷却液及磨削压力。改变这此因素中的任意一个，将影响表面加工质量，也会影响磨削率和砂带寿命。掌握影响这此因素的知识，将有助于你改变和控制它以达到最大效益，获得地佳结果。当然这在实际的生产条件下是不可能的。因此，在使用这些图表指导研究磨削问题时，应把18结果看成一种趋势而不是具体的关系，这一点十分重要。磨料粒度一般地说要获得良好的表面磨削精度，将导致降低磨削率。在整个磨削中，细粒度与粗粒度的磨削率是不同的。粗粒度较快磨除更多材料。砂带比新砂带导致更细的表面抛光质量。如果进行精磨作业，推荐利用砂带后面70的平稳期。砂带速度砂带线速度越高，磨削率越高。这是由于当砂带速度增加，同时有更多的切削刃出现在工件表面。另外，较高的砂带速度会升高工件温度。砂带速度影响表面抛光质量。提高砂带速度，将提高精磨表向质量。接触轮接触轮直径触轮直径影响砂带效率。小的直径比大直径将磨掉更多的材料。在其他因素不变的条件下，越大的接触轮将产生越细的精磨效果。在考虑采用钢接触轮时选择较小接触面积的轮子更好。小直径接触轮产生短的划痕并减少抛光时间。而越大的接触轮产生越攻的划痕。接触轮硬度接触轮硬度越高，磨削量越高。在粗磨加工线上通常用尽可能硬的接触轮。在仿形上件上，使用较软的接触轮将得到希望的、逼真的效果。并且在薄板或卷材整个宽度上磨削量相同。然而，在硬接触轮上开槽是有效果的，它将达到要求的结果。接触轮表面形状接触轮的三种不同的表面形状对砂带效率的影响。表面带槽的比表面光滑的磨削量大很多，其中X型槽的磨削量最大。曲线表明使用带槽轮，砂带寿命较长，能磨削较多的钢板，而且磨削量较大。带槽轮不用于细的精磨。表面开槽的接触轮进刀量越大，加工的表面越粗，对工件是每平方英寸施加的压力大小会影响磨削率和砂带寿命。总压力保持恒定，每平方米上的压力随着接触面积的下降而成比例上升。接触轮开槽角度也影响磨削率和砂带寿命。90或横向是磨削力最大的角度。在工件上产生最大的作用。90开槽很少使用，其原因一是加重砂带磨损，造成工作磨粒的较快脱落。二是噪音和振动。45和7角给工件较大的支承，这个作用力最小并且磨削率减小，砂带磨损也是这样。接触轮开槽形状对磨料磨损有异常的影响。开槽起自锐的媒介作用。注意在齿型轮上使用的展开的磨粒的各个锐边与在光滑轮上使用的磨粒的平面的比较。这是由于磨粒转过接触轮的每个时间以不同的角度参与磨削。冷却液冷却液润滑是能帮助控制磨削率的另一个因素。一条干磨的砂带初始磨削量高，并且下降相当迅速。水乳化液几乎遵循相同的模式。就所有磨削而论，油性冷却液润滑表现最好，均匀的油膜将不让磨粒穿透。润滑像影响磨削率一样影响表面质量。干磨产生最粗糙的精磨效果，润滑油产生较细的精磨效果，润滑脂提共最细的精磨质量。磨削压力当然，我们理想的是达到尽可能稳定的磨削。寻找实现稳定磨削的方法产生了一种叫做压力程序控制的技术。磨削压力是随着砂带使用时间而升高的。最后，达到一个压力不再升高的点，继续使用该砂带是不经济的。这种压力程序控制的实际价值是由工厂生产测试确定的。1932本章小结本章的主要工作是介绍砂带磨削的机理和磨头的工作原理。通过砂带磨削和砂轮磨削的对比，得出砂带磨削的突出优点。然后再介绍砂带磨削加工的主要方法有砂带自由张紧法、带有接触轮的转动砂带法和接触板法。重点介绍最常用的是带有接触轮的转动砂带法。其的工作原理是砂带套在传动轮、接触轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运动，根据工件形状和加工要求，以相应接触方式和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。然后介绍砂带砂光机预期其所能到达的设计要求和达到的技术参数。分析砂带磨削机床的设计最终根据的三个目标1须考虑正确的研磨抛光。需要生产出一件正确尺寸、形状和表面的高质量工件2须考虑时间效益。必须能在满足的经济的时间周期内生产出产品。3须考虑磨削工具的效益。要采用合适的磨料。为了达到上述的目标从下面五个方面对其进行了研究与分析磨料粒度、砂带速度、接触轮、冷却液磨削压力。说明各种因素对砂带磨削的影响。20第4章滚珠丝杠选择计算41选择滚珠丝杠理由本课题研究的是砂光机的设计，滚珠丝杠具备梯形丝杠不具备优势，这些突出的特点是1与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。2高精度的保证滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为四转运动的理想的产品。3微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。4无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加予压，由于予压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性，滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强。5高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给运动。这些突出的优点决定了，砂光机床传动中只能用滚珠丝杠来提高砂光机床精度，梯形丝杠虽然可以完成螺旋运动与直线运动的转换，但是选用梯形丝杠可能降低机床的精度。它的功能是将旋转运动转化为直线运动。42滚珠丝杠的选择计算通过以上对砂光机的滚珠丝杠的设计计算得知一下数据，工作台所能承受的极限重量为W24000N，磨头重为W16000N，工作台导轨摩的动摩擦系数和静摩擦系数分别为U01，U002，其最大行程为25UM，定位精度为10UM，12000小时最大工作时间，VMAX10M/MIN快速进给，如表41所示。21表41机床寿命时间表机械类型LH备注普通机床1000015000数控机床20000精密机床2000LH250天16小时10年05开机率421确定当量转速与当量载荷在不同的切削方式，丝杠的转速为41310HIIPVN表42机床不同切削条件下的参数表切削方式纵向切削力PXIN垂向切削力PZIN进给速度VIM/MIN工作时间的百分比丝杠的轴向载荷力N丝杠的转速R/MIN切削力2000N1200N0610292060一般切削10005000830185080精切削50002001501320100快速进给量15108001500查表42得，代入式41得601V823V54751N02123N87在各种切削下，滚珠丝杠轴向载荷42ZIXIIPWUPF21式中FI滚珠丝杠轴向载荷，单位N，I1，2，3，4；PXI纵向切削力，单位N，I1，2，3，4；PZI横向切削力，单位N，I1，2，3，4；查表42得43201X102XPN503XP04X44ZP5Z2ZZ已知，代入计算得NW61424530FN3030F304当量转速46101021NMTTNTN22式中当量转速，；MNMINR工作时间百分比。1T24查表42得，。10T32T50T14T当量载荷331035721035812053132MNMMMTFNTTNF259857N47422确定预期额定载荷估算48EAWMHAMFFLNC1063表43级精度图精度等级12345710FA1090807表44可靠性数据图可靠性909596979899FE100062053044033021表45荷系数表受力性质无冲击轻冲击冲击或振动FW1121215152表46加载荷表预加负载类型轻预载重预载中预载FE674534查表35所示，可得，轻微冲击取FW14，可靠性96取FA09，FC053，中载FE45，计算结果495309147280356AMCN178423确定滚珠丝杠最小螺纹底静径滚珠丝杠的最大轴向的变形量的计算23重复定位精度413M定位精度5已知25UM（重复定位精度）和10UM（定位精度），两种结果取3M6最小，故。3M螺纹最小直径为410MMMLFELD002391式中E是杨式弹性模量为21155N/MM2M计算最大允许的滚珠丝杠的轴向变形量MFO导静摩擦N。FOUOWUO是静态摩擦系数L固定端支承滚珠丝杠与滚珠螺母之间的最大距离MML行程24P
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