立式内孔表面珩磨机总体设计【8张CAD图纸+PDF图】
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立式内孔表面珩磨机总体设计摘 要珩磨加工是一种最常用的内孔表面加工方式，近年来随着对油缸等产品市场需求量的大幅提升,如何找到经济高效的内孔精密加工方法，成为许多厂家面临的课题。本次设计从分析机械系统设计的任务和目标开始，介绍机械系统的组成，各组成部分之间的配置，选择和结构匹配性设计，以及进行机械系统整体设计时应该考虑哪些问题，目的是培养学生结构设计创新和整体设计的能力，培养 自己的综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，以加强对理论知识的理解。本次设计首先是珩磨机的总体设计，主要包括主轴箱，珩磨头，主轴以及带传动、液压系统传动等部分的设计。对珩磨机做了简单介绍，接着对珩磨机的主要部件进行了尺寸计算和校核。该设计代表了珩磨机设计的一般过程。关键词：珩磨机；主轴；液压系统；油缸IVertical honing machine overall design of the inner hole surfaceAbstractHoning is one of the most common bore surface processing methods in recent years as demand for fuel tanks and other products on the market has increased significantly, how to find a cost-effective method of precision machining the bore, as many issues facing manufacturers.The design begins from the analysis of mechanical system design tasks and goals, describes the components of the mechanical system, the configuration of the components between the selection and matching of structural design, as well as the overall mechanical system which issues should be considered when designing purpose is to train students design innovation and the ability of the overall design, develop their own comprehensive analysis and solution of the professional engineering and technical problems in general ability to work independently, to enhance the understanding of theoretical knowledge. This design is the overall design of the first honing machine, including the design part of the headstock, honing head, spindle and belt drive, hydraulic drive systems and so on. Honing machine to do a brief introduction, followed by the main components were honing machine sizing and checked. The design represents the general process of honing machine design.Keywords: Honing machine; Spindle; Hydraulic system; CylinderII目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1珩磨加工概述11.2 珩磨加工原理11.3 珩磨加工特点22 总体方案设计42.1 珩磨机结构特点42.2珩磨机传动部分设计42.2.1 立式珩磨机特点42.2.2 传动部件设计42.2.3 珩磨前工序要求52.3珩磨液选择53 结构设计计算63.1珩磨头工艺参数计算63.1.1 珩磨油石选择63.1.2 加工余量63.1.3 珩磨油石的越程分析63.2设计计算珩磨速度73.3 珩磨机主运动参数83.3.1 主运动参数83.3.2 选择电机93.3.3 传动比分配103.4减速器设计103.4.1 减速器选用103.4.2减速器特点113.5 V带传动设计113.5.1 确定计算功率113.5.2 选取V带带型113.5.3 确定带轮基准直径并验算带速123.5.4 带速验算123.5.5 确定V带基准长度和传动中心距123.5.6 验算小带轮包角123.5.7 计算V带根数123.5.8 计算单根V带预紧力133.5.9 计算轴压力F133.5.10 带轮结构133.6直齿锥齿轮设计134轴的设计174. 1轴的结构设计174. 2轴强度验算204.3轴材料及热处理234.4轴承选用及校核235 液压系统的设计255.1液压传动的优缺点255.2确定液压系统方案255.2.1快速行程方式255.2.2减速方式265.2.3珩磨速度的调整265.2.4珩磨压力及保压265.2.5泄压换向方法275.3液压原理图的拟定275.3.1 绘图液压原理图275.4液压元件的选择285.4.1液压泵的选择285.4.2电动机的选择285.4.3液压阀的选择285.4.4辅助元件的设计295.5液压系统性能验算326 液压油缸设计346.1确定液压缸内径346.2 确定缸筒厚度356.3 缸筒底部厚度计算356.3.1 缸筒加工要求356.3.2 活塞杆结构356.4 活塞杆校核356.5 活塞杆加工要求366.6 机架设计367 总结38参考文献39致 谢40V 1 绪论 41 绪论1.1珩磨加工概述珩磨是一种常用的精加工工艺，可获得高尺寸精度、高形状精度和低粗糙度（可达Ra 0.05），并且内孔表面有交叉网纹。珩磨机床的种类有平面珩磨机床、外圆珩磨机床、内圆珩磨机床等。目前，世界上应用最多的是内圆珩磨机床。立式珩磨机是伴随着经济的飞速发展和工业现代化的需要而产生的。其被应用许多方面，因珩磨机是高精度汽车零部件和精密液压件生产的必备装备，所以被广泛应用于缝纫机零件，汽车零部件，甚至航空航天零部件的生产。珩磨是指用镶嵌在珩磨头上的油石（又称珩磨条）对精加工表面进行的精整加工，又称镗磨。主要加工直径5500毫米甚至更大的各种圆柱孔，孔深与孔径之比可达10或更大。在一定条件下，也可加工平面、外圆面、球面、齿面等。珩磨头外周镶有210根长度约为孔长 1334的油石，在珩孔时既旋转运动又往返运动，同时通过珩磨头中的弹簧或液压控制而均匀外涨，所以与孔表面的接触面积较大，加工效率较高。珩磨后孔的尺寸精度为 IT74 级，表面 粗糙 度可达Ra0.320.04微米。珩磨余量的大小，取决于孔径和工件材料，一般铸铁件为 0.020.15 毫米，钢件为 0.010.05毫米 。珩磨头的转速一般为100200转分，往返运动的速度一般为1520米分。为冲去切屑和磨粒，改善表面粗糙度和降低切削区温度，操作时常需用大量切削液，如煤油或内加少量锭子油，有时也用极压乳化液1。1.2 珩磨加工原理珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石，由涨开机构（有旋转式和推进式两种）将油石沿径向涨开， 使其压向工件孔壁，以便产生一定的面接触。同时使珩磨头旋转和往复运动，零件不动或珩磨头只作旋转运动，工件往复运动从而实现珩磨。在大多数情况下，珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。这样加工时珩磨头以工件孔壁作导向，因而加工精度受机床本身精度的影响较小，孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。所谓创制过程是油石和孔壁相互对研，互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面11。珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动，使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹，而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数， 因而两次行程间珩磨头相对工件在周向错开一定角度，这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。需要说明的一点：由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼等磨料，加工中油石磨损很小，即油石受工件修整量很小。因此，孔的精度在一定程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。所以在用金刚石和立方氮化硼油石时，珩磨前要很好地修整油石，以确保孔的精度。1.3 珩磨加工特点加工精度高：特别是一些中小型的光通孔，其圆柱度可达 0.001mm 以内。一些壁厚不均匀的零件，如连杆，其圆度能达 0.002mm。对于大孔（孔径在200mm以内），圆度也可达0.005mm，如果没有环槽或径向孔等，直线度在 0.01mm 以内也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高，磨削时支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外，会产生偏差，特别是小孔加工，磨削比珩磨精度更差。表面质量好：表面为交叉网纹，有利于润滑油的存储及油膜的保持。有较高的表面支承率（孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积之比），因而能承受较大载荷，耐磨损，从而提高了产品的使用寿命。珩磨速度低（是磨削速度的几十分之一），且油石与孔是面接触，因此每一个磨粒的平均磨削压力小，这样工件的发热量很小，工件表面几乎无热损伤和变质层，变形小。珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。 磨削比珩磨切削压力大，磨具和工件是线接触，有较高的相对速度。因而会在局部区域产生高温，会导致零件表面结构的永久性破坏。加工范围广:主要加工各种圆柱形孔，光通孔。轴向和径向有间断的孔，如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔，盲孔多台阶孔等。另外，用专用珩磨头还可加工圆锥孔，椭圆孔等，但由于珩磨头结构复杂一般不用。用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体，但其去除的余量远远小于内圆珩磨的余量。几乎可以加工任何材料，特别是金刚石和立方氮化硼磨料的应用。同时也提高了珩磨加工的效率3。此外：1）珩磨时砂条与工件孔壁的接触面积很大，磨粒的垂直负荷仅为磨削的 1/501/100 。此外，珩磨的切削速度较低，一般在 100m/min 以下，仅为普通磨削的 1/301/100 。在珩磨时，注入的大量切削液，可使脱落的磨粒及时冲走，还可使加工表面得到充分冷却，所以工件发热少，不易烧伤，而且变形层很薄，从而可获得较高的表面质量。 2）珩磨可达较高的尺寸精度、形状精度和较低的粗糙度，珩磨能获得的孔的精度为 IT6IT7 级，表面粗糙度 Ra 为 0.20.025 。由于在珩模时，表面的突出部分总是先与沙条接触而先被磨去，直至砂条与工件表面完全接触，因而珩磨能对前道工序遗留的几何形状误差进行一定程度的修正，孔的形状误差一般小于 0.005mm 。 3）珩磨头与机床主轴采用浮动联接，珩磨头工作时，由工件孔壁作导向，沿预加工孔的中心线作往复运动，故珩磨加工不能修正孔的相对位置误差，因此，珩磨前在孔精加工工序中必须安排预加工以保证其位置精度。一般镗孔后的珩磨余量为 0.050.08mm ，铰孔后的珩磨余量为 0.020.04mm ，磨孔后珩磨余量为 0.010.02mm 。余量较大时可分粗、精两次珩磨。 4）珩磨孔的生产率高，机动时间短，珩磨 1 个孔仅需要 23min ，加工质量高，加工范围大，可加工铸铁件、淬火和不淬火的钢件以及青铜件等，但不宜加工韧性大的有色金属，加工的孔径为 15 500mm ，孔的深径比可达 10 以上。1.4国内外相关研究情况我国生产的珩磨机设备与国外产品还有一定差距，不论是某一型号的产品还是某一系列的产品，这种差距主要体现在产品的自动化水平及智能化水平上。当然，由于工业基础薄弱，在机器的生产制造和生产工艺等方面也还都存在差距。国外珩磨技术的飞速发展对中国的珩磨机制造业和珩磨工艺的使用行业提出了严峻的挑战，珩磨机作为金属加工生产中的重要设备，在机械加工行业中占有重要地位，珩磨机整机技术水平的提高，实现其自动化、智能化，有益于我国装备制造业水平的提高，为国民经济现代化做出贡献。当今高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，比如德国的Aachen大学、美国的Connecticut大学等，有的在实验室完成了速度为250 mm/s、350 mm/s、400 mm/s的实验。据报道，德国Aachen大学正在进行目标为500mm/s的磨削试验研究。在磨削方面，日本已有200mm/s的磨床在工业中应用。早期的珩磨,主要用来提高工件的表面粗糙度,效率低,应用范围小。但在生产实践中,人们发现珩磨加工有许多独特的优点,是一种具有广泛用途的切削技术,因而很快地推广应用于船舶、轴承、军工和工程机械等制造业中。近些年来,珩磨机床、珩磨工艺、珩磨工具均有很大的发展,特别是人造金刚石和立方氮化硼磨料的问世并在珩磨加工中的应用,把珩磨加工推向一个新的阶段。2 总体方案设计珩磨机主要由电机，减速器，主轴箱，床身等部分组成，在制定与选择方案时，既要满足被加工零件的加工要求，还要保证机床布局设计的总体要求4。2.1 珩磨机结构特点床身部分：床身由珩磨箱、立柱、机座、横拖板、工作台等五大部件组成。立式珩磨机，其特点是主轴垂直小型磨床，可安放在作业台上。主轴旋转轴线固定，移动工件使加工点对准主轴轴线，主轴在主箱内作轴向移动和转动。主轴箱固定在立柱上端或在立柱上能作转动及上、下移动以调整其位置，还可增加能绕立柱转动及上、下移动的工作台15。图2.1 立式珩磨机床的基本结构图2.2珩磨机传动部分设计2.2.1 立式珩磨机特点立式珩磨机，其特点是主轴垂直的小型机床，可安放在作业台上。主轴旋转轴线固定，移动工件使加工点对准主轴轴线，主轴在主箱内作轴向移动和转动。主轴箱固定在立柱上端或在立柱上能作转动及上、下移动可以调整，还可增加能绕立柱转动及上、下移动的工作台。珩磨机的选择：立式珩磨机，主轴旋转中心固定，移动工件使加工点对准主轴中心。主轴箱和工作台安装在立柱上，主轴垂直布置。立柱有圆柱、方柱，主轴可机动进给3。2.2.2 传动部件设计a. 主轴传动：电机减速器主轴齿轮珩磨头往复运动有液压马达控制。b. 工作台的传动：采用液压传动系统带动进给。c. 电机的选择：变速电动机优缺点：液压装置工作平稳，由于重量小、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、别动和频繁的换向，操纵控制方便，还可以在运行中调速，使用寿命长，容易实现直线运动、机器的自动化及过载保护。采用电液联合控制后，可实现大负载、高精度远程控制。易实现标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。但液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油可压缩性和泄漏造成的。工作性能易受温度变化的影响12。 综上，该方案应选用液压传动，以实现珩磨头灵活的旋转。图2.2 立式珩磨机床的工作原理图2.2.3 珩磨前工序要求a. 珩磨加工前要求: 珩磨前被加表面不应有硬化层，否则珩磨前将硬化层完全磨去，以保证加工精度的稳定性。5b. 珩磨前孔尺寸: 严格控制珩磨前孔的尺寸公差，以保证珩磨余量合理。c. 选择加工时油石: 不得使用钝化了的油石，以免加工表面形成积压硬化层。金刚石油石珩磨淬硬钢时，加工表面不允许有脱碳层。d. 珩磨加工前表面要求: 待珩表面不应残留氧化物(脱碳层、铁锈等)、油漆、油垢等物，以免堵塞油石4。2.3珩磨液选择珩磨应使用切削液，目的是吸收热量，冷却工件与油石；冲刷工件和油石表面，冲走脱落磨料碎末，以免堵塞油石；在油石和工件接触表面形成油膜，改善工作状况。 珩磨液的使用要求： a珩磨液应干净无杂质: 杂质会使油石堵塞，珩磨头卡死、划伤工件表面。通常采用磁性分离与纸袋过滤的联合净化装置，以保证切削液含污程度小于0.2-0.3gL。 b. 珩磨时的温度：控制切削温度应低于35，以免产生振动，影响珩磨精度和加工表面质量。除要求油箱的容积大外，最好在冷却润滑系统中设有自动冷却装置。 c. 珩磨液的控制：珩磨过程中的珩磨液必须供给充足，连续不断的供给。珩磨液的种类：有油剂和水剂两种，水剂切削液冷却性和冲刷性好。适用于粗珩。油剂切削液通常加入有适量硫化物，硫和铁元素化合形成一种抗粘焊和堵塞的硫化铁。3 结构设计计算立式珩磨机的运动参数包括主运动参数与进给运动参数。主运动与进给运动系单独驱动，主运动参数是主轴的转速，进给运动为珩磨头的上下运动。3.1珩磨头工艺参数计算3.1.1 珩磨油石选择本次加工为精珩铸铁汽缸套表面粗糙度为Ra0.055。因此油石材料为绿色碳化硅，主要用于珩磨抗拉强度和脆性大的材料，如铸铁、硬质合金、黄铜、青铜、陶瓷和玻璃等。珩磨油石结合剂的选择，结合剂（陶瓷）代号（Vca）特点及应用：性能稳定、脆性大，用作钢和碳化硅磨料的结合剂6。珩磨油石宽度和数量的选择，珩磨头直径50-150mm，油石宽度7-15m，油石数量为3-8。珩磨油石长度的选择根据被加工孔的类型的不同而不同，在不校准原孔的直线度的情况下： 一般孔LwDw3；大孔 l(1-1.6)Dw；小孔l(12-13)Dw由于珩磨上道工序采用浮动精镗，表面粗糙度可达Rn3.2，因此其珩磨加工余量取为0.15-0.25 mm，这样有利于提高生产效率。实践经验表明，浮动精键后的缸筒约有0.1mm 余量就可基本磨去加工刀痕。3.1.2 加工余量由于珩磨上道工序采用浮动精镗,表面粗糙度可达Rn3.2，因此其珩磨加工余量取为0.15-0.25 mm,这样有利于提高生产效率。实践经验表明，浮动精加工后的缸筒约有0.1mm 余量就可基本磨去加工刀痕。 一般来说，粗珩时径向进给量为0.005-0.01mm/min，精珩时径向进给量为0.005-0.002mm/min。具体可根据表面的表3.1选择合适的加工余量：表3.1珩磨加工余量表被加工孔直径珩磨加工余量铸铁钢251250.030.10.010.041501750.080.160.0250.052004000.120.20.040.0673.1.3 珩磨油石的越程分析 珩磨头在往复运动中，必须保证油石在孔（或加工面）的两端超出一定距离，即油石的越程。越程的长短会直接影响孔的圆柱度，越程过长，则孔端被过多珩磨，形成喇叭孔；越程过短，则油石在孔中间的重叠珩磨时间过长，出现鼓形；若两端越程不等，则产生锥度6。如图3.1所示：图3.1 珩磨油石的行程距离油石在孔两端的正常越程一般为： l1（1/31/5）l（mm） （3.1）油石的行程距离： lx= L十2l1一l（mm） （3.2）式中，l1油石在孔端的越程（mm）； lx油石的行程长度（mm）； l一铀石的长度（mm）； L一孔或加工面的长度（mm）。式中l=125mm，则l1=1/3l。L=250mm。可得油石行程距离lx=167mm。3.2设计计算珩磨速度在确定珩磨机的零件材料是45号钢，材料经过调制处理，达到的硬度是：HB=220250HB。珩磨速度有两个方面：珩磨头的圆周速度Vt，上下往复速度Va，二者的合成速度则构成珩磨交叉网纹，形成网纹交叉角： （3.3） （3.4） （3.5） （3.6） （3.7）式中：-珩磨头直径 -珩磨头的转速 -珩磨头的往复运动频率 -珩磨头的单行程长度 -珩磨速比越大，角也越大，珩磨生产率高；反之越小，角越小生产率低，但加工表面质量可提高。3.3 珩磨机主运动参数珩磨所加工零件材料45号钢，材料经过调制处理达到HB=220250HB。所加工零件的直径d:200mm250mm查机械设计加工工艺手册本次毕业设计-立式内孔表面珩磨机的有关参数的确定如下：圆周速度的参数为65 140 。3.3.1 主运动参数主轴转速n与切削速度v之间的关系： （3.8） 式中：-磨孔直径 珩磨机是为适合多种零件加工而设计的，主轴需要的转速范围。若采用分级变速，则应确定转速分级数。根据转速与切削速度的关系式可知： 8 (3.9) (3.10)则与的比值称为变速范围用表示。磨削时上述数据可以折算出转速： 提高往复速度Va，可提高珩磨效率。珩磨机的特点之一是具有较高的往复速度（2035m/min）以便获得较大的网纹交叉角。当时，珩磨效率最高10。 可以看出最低转速ntmin与ntmax与切削速度，被加工孔径大小有关。在计算为最大情况下，常用孔径D值最小的数值。同理计算时要用较大的数值。主轴转速数列在采用变速时，则Z级转速数列为：n1,n2,n3nz任意前口两级转速之间的关系为： （3.11）既称为公比。机床主轴转速按等比数列分级，则各级转速为： 最大相对转速损失率为： （3.12）则变速范围为Rn则与的比值称为变速范围为：选0.26则级数Z=lgRn/lg+1=3则主轴转速分成3级，主轴的各级转速分别82.76,128，222.8293.3.2 选择电机根据所加工的零件的材料的条件，确定主电动机的功率，查机械加工工艺手册得计算公式： （3.13） （3.14）式中：珩磨油石工作压力820 网纹交叉角 泊松比 0.270.30 A油石面积机床的机械效率取0.8则电动机的选择为表2：表3.2 电动机的选择型号同步转速()额定功率（）效率功率因数额定电流（A）额定转矩（）YD160M-8/672050.830.665.51.515007.50.840.896.51.63.3.3 传动比分配电动机的型号YD160M-8/6，满载的最小转速720r/min。a. 总传动比：i=6b. 分配转动装置的传动比： (3.15)上式中i0、i1 、带传动与减速器（两级齿轮减速）以及锥齿轮传动的传10动比，为使带传动的外廓尺寸不致过大，同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。初步取，则减速器的传动比为3.4减速器设计3.4.1 减速器选用初选ZDY100型减速器，输入转速为640r/min，输出转速为120r/min。本减速器承载能力受机械强度和热功率两方面的限制，因此减速器型号的选用要通过两个功率的校核计算。计算公式如下： a. 机械强度的校核计算： (3.16)式中：-减速器的计算输入功率（）； -减速器的实际输入功率（）；11-工况系数； 与实际输入转速相对应的额定输入功率（）。 减速器的实际输入转速与承载能力表中的（r/min）公称转速相对误差 则：式中-该挡转速下的额定输入功率（）。查表4得=1计算得，故ZDY100型减速器满足机械强度要求。b. 热功率校核计算： （3.17）式中 -计算功率（）-额定功率利用系数-负荷率系数-环境温度系数-许用热功率（） 查表得=0.9，=0.75，=1.1，=29。计算得，故此减速器校核通过。3.4.2减速器特点ZDY100型硬齿面渐开线圆柱齿轮减速器特点：效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便；此减速器的齿轮全部采用合金钢锻件，齿轮精度达6级以上；箱体经精密镗孔，轴承为加强型，从而使承载能力和寿命大大提高。适用范围：冶金、矿山、运输、水泥、纺织、建筑、轻工业等13。3.5 V带传动设计带传动部分主要由减速器降低后的速度通过带轮传递给主轴使主轴的速度达到珩磨加工时所要求的速度。电机的额定功率为，转速，传动比9/8。123.5.1 确定计算功率查表12-1-16 可得工况系数KA =1.1。故：3.5.2 选取V带带型，Pd =5.5。选取窄V带A型3.5.3 确定带轮基准直径并验算带速a. 小帯轮直径：初取主动轮（小带轮）的基准直径为b. 计算大齿轮的基准直径：则从动轮（大带轮）基准直径：3.5.4 带速验算带速v的计算为：因为带速V：,故带速合适。3.5.5 确定V带基准长度和传动中心距根据式： （3.18）可初步得到传动中心距即暂取计算带的基准长度：取带长度为1400mm计算实际中心距：133.5.6 验算小带轮包角因，故小带轮包角合适。3.5.7 计算V带根数系数 查表圆整可得；取Z=3。3.5.8 计算单根V带预紧力应使实际处拉力。3.5.9 计算轴压力F3.5.10 带轮结构V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。根据轮辐结构的不同，V带轮可以分为实心式、腹板式、孔板式和椭圆轮辐式。本设计中带传动的带轮结构如图3.213图3.2 带轮结构图3.6直齿锥齿轮设计小直齿锥齿轮：40Cr调质，表面硬度为240HBS。大直齿锥齿轮：40Cr调质，表面硬度为200HBS。a. 齿轮材料的选择b. 确定齿轮齿数、,取小齿轮齿数，则则 取31传动误差在内符合情况c. 确定齿宽系数 取齿宽系数d. 确定传动精度等级 由齿宽的实际工作情况定位8级精度。e. 计算小齿轮转矩f. 确定载荷系数K使用载荷系数。由已知条件，查表得14动载荷系数键载荷分配系数 齿向载荷分布系数 则 g. 齿面接触疲劳强度计算式中 齿宽系数查表得材料弹性影响系数查表按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度 大齿轮接触疲劳强度计算接触许用应力安全系数S=1，则失效概率为1%，寿命系数 h. 确定模数 取标准i. 计算小锥齿轮分度圆直径:对的直齿圆锥齿轮 取j. 验算速度由得mmk. 齿根抗弯疲劳强度计算确定许用弯曲应力 取寿命系数 安全系数15式中。 齿宽 取齿宽l. 齿宽系数 分锥角当量齿数 查表得 许用弯曲应力 、查表得 将上述参数代入式中 满足强度要求m. 小直圆锥齿轮和大直圆锥齿轮的主要参数如表3.3:表3.3 小直圆锥齿轮和大直圆锥齿轮的主要参数名称代号小锥齿轮大锥齿轮齿数比i1.02齿数Z3031大端模数m44大段分度圆直径d12813017 4 轴的结构设计 分锥角锥矩R90齿宽b3840齿宽系数0.3分度圆直径d126128齿顶高ha9.44.8齿根高Hf4.25.8齿顶角齿顶圆直径da132.86134.48当量齿数Zv42.0144.34轴的设计4. 1轴的结构设计轴作为输入轴，所以在最小齿轮处传出的作用力最大，并且由此产生的弯矩最大，所以按齿轮处的情况进行验算。a. 主轴强度核算(1) 以最小带轮d=140mm计算主轴受力计算，主轴受力扭矩图4.1图4.1 主轴受扭矩图纽矩:T= 圆周力:Pt= 径向力:轴向力: （2）求轴承支反力水平面内力矩如图4.2 图4.2 主轴力矩图 求A点求B点则水平面内C点处弯矩为：水平弯矩图4.3为图4.3 主轴受弯矩图19(3) 垂直面内求A点求B点则垂直面内C点处弯矩垂直弯矩图4.4为图4.4 垂直弯矩图(4) 总弯矩总弯矩图4.5为图4.5 总弯矩图(5)扭矩二合算按第三强度理论验算20（对称循环变应力）即: =60MPaW=45/128=0.35即W=88070 ，故合适。4. 2轴强度验算 a. 受力分析图4.6 图4.6 受力分析图 Q为作用在皮带轮上的压轴力40圆周力：径向力：b. 求轴承支反力(1) 水平面内力矩图4.7：图4.7 水平面内力矩图求A点=0求B=0 则水平面内C点处的弯矩为： 水平面内弯矩图4.8为：图4.8 水平面内弯矩图 (2) 垂直面内：求A点：=0即 =0 求B=0= (3) 求弯矩：A点左侧：C点右侧：则垂直面内弯矩图4.9为：图 4.9 垂直面内弯矩图总弯矩： 总弯矩图4.10为图4.10 总弯矩图易知C点为危险截面(4) 扭矩图4.11: 图4.11 扭矩图二较核按第三强度理论较核轴 45号钢调制则： 60Ma故合适。4.3轴材料及热处理机床上的大多数轴都应有足够的刚度，而刚度的大小与此弹性模量有关。炭钢与合金钢的弹性模量相差不打故从刚度观点考虑出发，一般的轴采用45号钢当对于疲劳强度耐磨性等有特殊要求时，可采用合金钢一般常用40Cr或者45MnB。在滚动轴承中工作的轴，装轴承的轴颈部位无耐磨性要求，一般可不进行热处理，单适当的硬度可改善装配工艺和保证装配精度，一般常用调制处理，硬度为HB220-250，大型的轴可进行正火处理，以改善切削性能消除锻造应力。细化晶粒及消除组织表面应淬硬以获得均匀致密的硬化层，装有滑移齿轮的花键轴一般可进行调制处理，或者在调制的基础上把花键部分表面淬硬，硬度为HB40-45。根据上面的介绍，本次设计的主轴箱的各轴均用45号钢在第一根轴上需要进行调制处理并在调制处理的基础上进行表面淬硬，硬度达到HB40-45。4.4轴承选用及校核由于立式轴受轴向力所以选用双列圆锥滚子轴承。主轴在传动过程中会受到齿轮给他的轴向力，为了抵消这个轴向力，也采用双列圆锥滚子轴承，因为双列圆锥滚子轴承能承受一定的轴向力根据设计的轴径的大小查机械零件设计手册，选用的型号后轴径是3506E号，其具体尺寸是：（d40mm，D=62mm，B=20mm，安装尺寸D=52mm，额定动载荷为Cr49.2KN，额定静载荷为C0r37.2KN）。前轴颈选用的型号是3506E其具体尺寸是：(d40mm，D=62mm，B=20mm，安装尺寸D=52mm，额定动载荷为Cr49.2KN，额定静载荷为C0r37.2KN）。轴承的校核：轴承的寿命计算： (5.1) 式中：基本额定动载荷 当量动载荷 寿命指数 轴承转速 代入上式可解得： 符合条件。5 液压系统的设计液压传动技术的发展与研究动向随着科学技术的不断进步，目前液压技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。由于计算机科学技术的成熟，一些新型液压元件和液压系统的设计都运用了计算机CAD、CAT、CDC、计算机实时控制、计算机仿真与优化等计算机辅助技术，很大程度上提高了产品设计的质量。虽然液压传动技术方便简洁，但是液压传动中存在着一些亟待解决的问题，如：液压系统工作时的稳定性、工作介质的泄漏、液压冲击对设备可靠性的影响等等，这些问题都是液压传动技术需要研究和解决的。任何技术的改革和创新，都必须以稳定、可靠的工作为前提，这样才具有它的实际意义。5.1液压传动的优缺点液压传动是利用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式，与机械传动、电气传动相比，液压传动的主要优点：（1）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（2）重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；（3）操作控制方便，易于实现较大范围内的无级变速；（4）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（5）可以实现快速而且无冲击的变速和换向；（6）与机械传动相比易于布局和操纵；液压传动的主要缺点：（1）由于流体流动的阻力损失和泄露较大，所以效率较低；（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作；（3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵；（4）由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动；（5）液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平2；5.2确定液压系统方案珩磨机液压系统的特点是在行程中压力变化很大，所以在行程中不同阶段保证达到规定的压力是系统设计中首先要考虑的。确定珩磨机的液压系统方案时要重点考虑下列问题：5.2.1快速行程方式珩磨机液压缸的尺寸较大，在快速下行时速度也较大，从工况图看出，此时需要的流量较大（289.4 L/min），这样大流量的油液如果由液压泵供给；则泵的容量会很大。珩磨机常采用的快速行程方式可以有许多种，本机采用自重快速下行方式。因为压机的运动部件的运动方向在快速行程中是垂直向下，可以利用运动部件的重量快速下行；在压力机的最上部设计一个充液筒（高位油箱），当运动部件快速下行时高压泵的流量来不及补充液压缸容积的增加，这时会形成负压，上腔不足之油，可通过充液阀、充液筒吸取。高压泵的流量供慢速珩磨和回程之用。此方法的优点为不需要辅助泵和能源，结构简单；其缺点为下行速度不易控制，吸油不充分将使升压速度缓慢，改进的方法是使充液阀通油断面尽量加大，另外可在下腔排油路上串联单向节流阀，利用节流造成背压，以限制自重下行速度，提高升压速度。5.2.2减速方式珩磨机的运动部件在下行行程中快接近制件时，应该由快速变换为较慢的珩磨速度。减速方式主要有压力顺序控制和行程控制两种方式；压力顺序控制是利用运动部件接触制件后负荷增加使系统压力升高到一定值时自动变换速度；某些工艺过程要求在运动部件接触制件前就必须减速，本例珩磨轴瓦工艺就有这个要求，这时适合选用行程减速方式。本系统拟选用机动控制的伺服变量轴向柱塞泵（CCY型）作动力源，液压泵的输出流量可由行程挡块来控制，在快速下行时，液压泵以全流量供油，当转换成工作行程（珩磨）时，行程挡块使液压泵的流量减小，在最后20 mm内挡块使液压泵流量减到零；当液压缸工作行程结束反向时，行程挡块又使液压泵的流里恢复到全流量。与液压泵的流量相配合（协调），在液压系统中，当转换为工作行程时，电气挡块碰到行程并关，发信号使电磁换向阀5的电磁铁3YA得电，控制油路K不能通至液控单向阀8，阀8关闭，此时单向顺序阀2不允许滑块等以自重下行。只能靠泵向液压缸上腔供油强制下行，速度因而减慢（见图1.4）。5.2.3珩磨速度的调整制件的珩磨工艺一般要提出一定珩磨速度的要求，解决这一问题的方很多，例如可以用压力补偿变量泵来实现按一定规律变化的珩磨速度的要求。本例中采用机动伺服变量泵，故仍利用行程挡块（块挡的形状）来使液压泵按一定规模变化以达到规定的珩磨速度。5.2.4珩磨压力及保压在珩磨行程中不同阶段的系统压力决定于负载，为了保证安全，应该限制液压系统的最高压力，本系统拟在变量泵的压油口与主油路间并联一只溢流阀作安全阀用。有时珩磨工艺要求液压缸在珩磨行程结束后保压一定时间，保压方法有停液压泵保压与开液压泵保压两种，本系统根据压机的具体情况拟采用开液压泵保压；此法的能量消耗较前一种大。但系统较为简单。5.2.5泄压换向方法珩磨机在珩磨行程完毕或进入保压状态后，主液压缸上腔压力很高，此时由于主机弹性变形和油液受到压缩，储存了相当大的能量。工作行程结束后反向行程开始之前液压缸上腔如何泄压（控制泄压速度）是必须考虑的问题，实践已证明，若泄压过快，将引起剧烈的冲击、振动和惊人的声音，甚至会因液压冲击而使元件损坏。此问题在大型珩磨机中愈加重要。各种泄压方法的原理是在活塞回程之前，当液压缸下腔油压尚未升高时，先使上腔的高压油接通油箱，以一定速度使上腔高压逐步降低。本例采用带阻尼状的电液动换向阀，该阀中位机能是H型，控制换向速度，延长换向时间，就可以使上腔高压降低到一定值后才将下腔接通压力油（见图1.5）。此法最为简单，适合于小型压机。5.3液压原理图的拟定5.3.1 绘图液压原理图在以上分析的基础上，拟定的液压系统原理图如图1.5所示。图1.5 珩磨机液压系统原理图5.4液压元件的选择5.4.1液压泵的选择（1）液压泵的压力 液压泵的最高工作压力就是液压缸慢速下压行程终了时的最大工作压力pp =19.6MPa因为行程终了时流量q0，管路和阀均不产生压力损失；而此时液压缸排油腔的背压已与运动部件的自重相平衡，所以背压的影响也可不计。 液压泵的最大流量qpK（q）max泄漏系数K = 1.11.3，此处取K = 1.1。由工况图（图1.3）知快速下降行程中q为最大（q = 289.41 L/min），但此时已采用充液筒充液方法来补充流量，所以不按此数值计算，而按回程时的流量计算。qmax=q3=59.9 L/minqp =1.1q3=1.159.9=65.9 L/min 根据已算出的qP和pP，选轴向杜塞泵型号规格为63CCY14-1B，其额定压力为32 MPa，满足2560压力储备的要求。排量为63m L/r，电动机同步转速为1500 r/min，故额定流量为：q=qn=94.5L/min额定流量比计算出的qP大，能满足流量要求，此泵的容积效率v =0.92。5.4.2电动机的选择 电动机功率 驱动泵的电动机的功率可以由工作循环中的最大功率来确定；由工况分析知，最大功率为5.76 kW，取泵的总效率为泵=0.85。则P=6.78 kW选用功率为7.5 kW，额定转速为1440r/min的电动机。电动机型号为：Y132m-4（Y系列三相异步电动机）。5.4.3液压阀的选择液压控制阀是液压系统中用来控制液流的压力、流量和流动方向的控制元件,是影响液压系统性能，可靠性和经济性的重要元件。（1）方向控制阀的选择方向控制阀简称方向阀，主要用来通断油路或切换油液流动的方向，以满足对执行元件的启停和运动方向的要求。其中有单向阀和换向阀两种。（2）压力控制阀的选择在液压传动中，用来控制和调节液压系统压力高低的阀类称压力控制阀。按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和背压阀等。（3）流量控制阀的选择调速阀是进行了压力补偿的节流阀。它由单向阀和节流阀并联而成，节流阀用来调节通过的流量，单向阀则用来控制油液流动方向，防止油液反向流动。阀2、4、6、7通过的最大流量均等于qP，而阀1的允许通过流量为q：q =q1qP=289.465.9=223.5 L/min阀3的允许通过流量为q =q1=289.4=67.9 L/min阀8是安全阀，其通过流量也等于qP。以上各阀的工作压力均取p32 MPa。本系统所选用的液压元件见表1.4。表1.4 珩磨机液压元件型号规格明细表表1.4 液压元件明细表序 号名 称型 号1液控单向阀SV30P-30B2单向顺序阀（平衡阀）DZ10DP1-40BY3液控单向阀SV20P-30B4电液换向阀WEH25H20B106AET5电磁换向阀3WE4A10B6电液换向阀WEH25G20B106AET7顺序阀DZ10DP140B210M8溢流阀（安全阀）DBDH20P10B9轴向柱塞泵63CCY14-1B10主液压缸自行设计11顶出液压缸自行设计12压力表Y-10013压力表开关KF-L8/20E5.4.4辅助元件的设计（1）滤油器的选择液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。根据设计规格和尺寸参数选择滤油器型号：XU-22X10016。（2）油管类型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。 钢管 高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。 铜管 紫铜管工作压力在6.510MPa以下，易变形，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。 软管 用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。综上所述本设计采用的管道是无缝钢管17。（3）油管尺寸的确定 油管内径d按下式计算： (4.6)其中，-油管的最大流量；查文献资料得工况中系统的最大流量为18.6L/min。-管道内允许的流速，一般吸油管取0.55m/s，压力油管取 2.55 m/s，回油管取1.52 m/s。表4-8 各管路流速选值管道流速（m/s）回油管路2吸油管路1.3压力油管路4计算出内径d后，按标准系列选出相应的管子。 油管壁厚按下式计算： (4.7)其中，-管内最大工作压力，根据设计手册查得最大工作压力为30MPa； 管道内径；-管道材料的许用应力；=；管道材料的抗拉强度；根据设计手册查得，其抗拉强度取340MPa;-安全系数，钢管P7 MPa时，取=8；P17.5 MPa时，取=6； P17.5 MPa时，取=4，所以安全系数取=4。根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管 18。表4-9 标准规格油管管路名称允许流速/管道内径/实际取值/壁厚/吸油管1.30.01740.0183.5压油管40.00990.0112回油管20.00140.0153（4）油箱容量的选择初步确定油箱的有效容积,跟据经验公式来确定油箱的容量： (4.8)其中，-液压泵每分钟排出的压力油的容积； -经验系数。已知所选泵的总流量为20L/min,这样，液压泵每分钟排出的压力油体积为20L，查表4-8选取=41819，故： (4.9)表4-10 油箱经验系数表系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金系统12245761210根据上述液压元件的选择，各个液压元件型号如下：表4-11 液压元件的型号序号元件名称型号1单向阀I-10B2三位四通电磁阀24D-25B3两位四通电磁阀4WE6D61B4行程阀XQ2506125背压阀DB10K2-4X-100YV6减压阀J-25B7调速阀2FRM-168滤油器XU-22X1005.5液压系统性能验算因为慢速加压在工作循环中所占的时间最长，所以系统发热和油箱升温可按慢速加压工况来计算。 通过查得液压缸卸荷阀的流量，取压力损失值，。慢速加压时的压力损失： (5.1) 慢速加压时泵的工作压力： (取) (5.2) (5.3) 慢速加压时液压缸的输入功率查表4-1可知为18.8W。 系统总发热功率： (5.4)有效散热面积： (5.5)取油箱散热系数： 油箱升温为： (5.6) 设环境温度则热平衡温度为： (5.7)此热平衡温度小于允许范围，故该液压系统不必设置冷却器20。6 液压油缸设计驱动珩磨头的上下移动，液压装置工作平稳，由于重量小、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、别动和频繁的换向，操纵控制方便，容易实现直线运动、机器的自动化及过载保护。同时空行程液压缸带动移动梁，而移动梁通过主轴带动珩磨头移动到工作位置，然后由进给液压缸通过移动梁控制珩磨头的进给3。确定轴向力磨条切削圆周力磨条切削轴向力所以液压油缸的作用力液压缸示意图6.1：图6.1 液压缸示意图6.1确定液压缸内径初选，行程根据缸筒内径和行程可选法兰型液压缸。可求得油缸供油压力可解得 活塞前进时液压缸流量活塞后退时液压缸流量 毕业设计（论文） 6.2 确定缸筒厚度液压缸缸筒的厚度（缸筒材料为45号钢）即，取。6.3 缸筒底部厚度计算为是液压缸底部与转子安装架连接在一起，底部焊接一法兰，通过法兰与转子安装架连接在一起，防止底部焊接时熔化，取。6.3.1 缸筒加工要求缸筒内壁表面加工误差为；表面粗糙度为。为了防止在装配时损伤密封圈，缸筒必须有倒角，倒角大小为3。6.3.2 活塞杆结构拉杆(活塞杆)为实心，材料为45号钢。活塞杆的外端结构为单环对于双作用单活塞杆的直径，因无速度比要求，故而 取。6.4 活塞杆校核当活塞杆全部伸出后，活塞杆外端到缸的支撑点之间的距离，所以应该进行弯曲稳定性校核13。按材料力学理论，一根受压直杆，在其轴向载荷超过稳定临界力时，即失去原有直线平衡状态，称为失稳14。对液压缸，其稳定条件为： (6.1)其中-液压缸的最大推力 -液压缸的稳定临界力 -安全系数，一般取.此地取液压缸的稳定临界力与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度和两端支撑状况等因素有关。细长比所以而满足条件。其中-材料强度实验值（），对钢. -活塞杆的计算长度，其取值见表2-13； -活塞杆横截面积回转半径，; -活塞杆横截面转动惯量（m4）； -活塞杆横截面积； -柔性系数，对钢取； -端点安装形式系数，见表2-13；6.5 活塞杆加工要求活塞杆外径公差为，直线度0.02/100，表面粗糙度一般为，精度要求较高时，活塞端部须有的倒角。本次设计表面粗糙度采用。6.6 机架设计机器中的部件或大型零部件都应有机座支承，各种传动件也必须加以保护并与外界隔开，避免零件损伤或造成人身或设备的安全事故，所以也应有箱体或壳体加以保护并支承各传动件。机器这样一种零件，它能支承零件或部件并保护它们之间的联系，以及包容传动件的箱体等统称为机架零件，如机器中的箱体，仪器仪表的壳体，机床的床身，立柱，其他机器中的底座及发动机机体等16。机架的分类及特点a. 铸造机架：主要材料是铸铁，有时也用铸钢或铸铝合金。铸造机架形状可以比较复杂，铸造工艺较成熟，毛坯重量较好。b. 焊接机架：由钢板和型钢或锻件和型钢组合焊接而成。重量轻，生产周期短，单件小批量生产中常用。c. 非金属机架：包括混凝土预应力机架，花岗岩机架或塑料机架。根据实际需要气缸珩磨机常用铸造机架，材料为HT20017。铸造机架实际要求铸造机架结构设计时应综合考虑各种因素，既要保证工作性能，又工艺性能好，合理的结构是在最小重量条件下具有最好的刚度和强度，所以焊接机架设计准则包括三方面的要求：a. 刚度：机架的刚度包括静刚度和动刚度，静刚度限制外力作用下的变形量，动刚度主要是指机架的抗振能力及抗热变形能力。b. 强度：要求在最大的外载荷（包括突然性载荷）作用下，保证机架不出现损坏，机架的强度包括静强度和疲劳强度。c. 稳定性：包括结构稳定性和精度稳定性。除此之外，还应特别注意机架连接时的形位误差，力求稳定的同时，保证工件的加工精度。7 总结毕业设计的论文题目是：立式内孔便面珩磨机的总体设计，
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