活塞销孔磁性研磨机床床头箱设计及其总体毕业设计

1、南昌航空大学自 学 考 试 毕 业 论 文题 目 活塞销孔磁性研磨机床 床头箱设计及其总体设计专 业 机电一体化工程 学生姓名 论文编号 准考证号 指导教师 2010 年度 上 (上/下)活塞销孔磁性研磨机床床头箱设计及其总体设计 摘要磁性研磨是一种重要的精密和超精密加工方法，其定义可以表述为：利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。在生产实践中，研磨是一种常用的精加工工艺，研磨的方法不断进步和更改，为适应不同的加工要求。本文对传统研磨加工方法和特点做了简介，并介绍了传统研磨和磁性研磨的工作原理和方式，并指出了两者的异同点。而本方案则采用了“v带锥齿轮蜗轮蜗杆传动”三级减速机构来实

2、现主轴的工进，而主轴箱体的快进则靠“直齿轮丝杆”二级减速来实现主轴箱在矩形和三角形导轨上移动。超精密磨削和研磨将追随目前抛光所达到的精度而将达到更高精度，且其加工效率也回不断提高。因此，超精密研磨、抛光等技术的研究今后将更引人注目。关键词：超精密加工、磁性研磨、加工要求、高精度。目录摘要1abstract2第一章 绪 论4一、引言4二、磁性研磨加工技术的发展概况5三、磁性研磨加工的特点6四、磁性研磨加工的发展趋势7（一）磁性研磨加工机理和工艺的研究7（二）磁性研磨加工系统理论及控制技术的研究与开发7（三）磁性研磨与其它工艺复合研究7（四）新型磁性磨料的研究开发7第二章 磁性研磨加工8一、加工机

3、理81微量切削作用92磨粒磨损作用93电化学磨损作用94磨粒的切削轨迹9二、磁性研磨加工的装置10第三章 方案总体设计11第一节 单、多件加工方案比较11一、单件加工时的总体方案设计11（一）运动分配方案11（二）运动功能式及功能图设计12（三）方案比较12（四）总体结构方案设计13第二节 主轴箱的设计13一、蜗杆传动的特点13二、锥齿轮、蜗杆传动、轴等的校核131.锥齿轮的校核132.蜗杆的校核163.轴及相关零件的校核181）主轴箱电机轴及相关零件的校核182）v带(d=355mm)所在的轴183）蜗杆轴214）轴8、923第三节 振动装置的设计28一、振动装置的方案291.激振器292.

4、 凸轮机构293. 变幅杆294. 杠杆305. 凸轮轴30第四节 进给机构的设计31一、直齿轮31二、轴、键等的校核361.电动机轴362.轴5363.轴6的平均直径38第五节 总体的设计41一、主轴布局与磁极形状设计41二、总体结构布局设计42三、总体方案的确定42四、总体方案的修改42第四章 影响磁性研磨加工效果的因素43第一节 机床导轨43一、导轨的作用及要求：43二、矩形和三角形导轨的结构特点：43第二节 机床布局44一、机床总体布局的基本要求：44二、影响机床总体布局的基本因素：44第三节 箱体的焊接44一、金属材料的焊接441.金属材料的可焊性442.合金结构钢的焊接45二、焊接

5、件的结构工艺性451.焊接接头工艺设计462.焊接结构件材料的选择47结论48参考文献49致谢50附录51第一章 绪 论一、引言现代科技的快速发展和人民生活质量的不断提高，使得作为为国民经济各部分提供技术装备的机械工业，无论在加工技术还是加工设备的各个方面都要求取得飞速发展。人们对许多产品的性能、质量都提出了越来越高的要求，期望以低廉的价格，获取功能齐全、性能良好、使用可靠的优质产品。光整加工技术的宗旨正是以提高零件表面质量为目的，该技术在保持或提高零件型面加工精度的前提下，可以降低零件表面的粗糙度值。经过光整加工的零件表面具有低的表面粗糙度和良好的表面微观几何形貌，不仅具有良好的外观质量，而

6、且还有耐磨、防腐蚀和抗疲劳等作用。就外观质量来说，对于一些产品尤其是承受冲击和交变载荷的产品来说，一般其表面粗糙度值降低，其使用寿命可以显著提高。如对滚动轴承来说，如果使其滚道的表面粗糙度值由rao.4提高到rao.04，其使用寿命可以提高4倍以上，并能消除波纹度、减小轴承的振动和噪声。可见光整加工对于提高产品的质量和性能具有至关重要的作用。国际上目前采用的光整加工的方法主要有:手工抛光、机械研磨抛光、 超声波抛光、化学与电化学抛光、电化学机械光整加工、磁性研磨等 。手工抛光是最常用的光整加工方法。这种方法不仅劳动强度大，加工 效率低，而且对工人的技术熟练程度要求高。超声波抛光也是一种手工操

7、作的辅助抛光方式，主要用于槽、缝、边角等人的手指难触及的部位 的抛光，这种抛光方式的加工效率非常低。相比之下，化学、电化学抛光和电化学机械光整加工的加工效率则要高的多，由于这三种加工方式属于腐蚀和溶解加工，对材料的硬度、韧性和强度等几乎不受任何限制，目前己经在内外圆柱表面的镜面加工中获得应用。虽然化学、电化学和 电化学机械光整加工方法有着很高的加工效率，但由于影响它们的加工因素很多，难于控制，对环境和工人的健康也有一定程度的危害，其应用范围受到很大的制约，目前还仅能用于一些简单型面或小的复杂工件的光整加工上。磁性研磨加工技术是一种有效的光整加工方法之一， 这种加工方法具有高效率、高精度和高表面

8、质量的特点，适合于平面、球面、圆柱面和其他复杂形状零件的加工，并能控制研磨效率和研磨精度。值得一提的是磁性研磨加工技术可以很好的与数控机床，加工中心和机器人结合，以使实现光整加工的自动化。因此磁性研磨加工技术越来越得到重视。二、磁性研磨加工技术的发展概况磁性研磨加工技术(maf-magnetica brasivef inishing)最早出现在前苏联，它的概念首次由苏联工程师kargol，于1938年提出。随后50年代及60年代末，前苏联的konovalov hulev, baron和sakulevich等人一直致力于磁性研磨的研究和推广应用工作。而后，保加利亚从70年代中期起一直在发展maf

9、技术，(例如makedonsky等)，并在其国内举办了多次国际性的专题学术会议。日本是从80年代初开始对磁性研磨加工进行研究的，并开发出了多种磁性研磨加工设备。其中有代表性的研究学者有日本宇都宫大学的takeo shinmura,toshio aizawa，日本东京大学的masahiro anzai,koichimasaki等，其中takeo shinmura研制开发了多种加工铁磁性工件和非铁磁性工件的磁性研磨加工装置，如平面、圆柱内外表面、球面等磁性研磨加工装置，并分别对它们的光整加工特性进行了研究。这些加工装置有的采用永久磁体来产生恒定磁场，有的则采用电磁体来形成强度可以控制的磁场;有的采

10、用工件移动外加一定振幅和频率的振动来实现磁性研磨加工;有的采用磁性装置的移动外加一定振幅和频率的振动来进行加工;有的则采用产生旋转磁场的办法实现磁性研磨工。takeo shinmura在研制各种形式磁性研磨加工设备的同时，对各种场合的加工工艺进行了较深入的理论分析和实验研究，如磁场强度、加工间隙、磨料与工件的相对移动速度、磁性磨料的成分和粒度等因素对加工质量和效率的影响以及它们之间的相互关系.韩国近几年来也在致力于磁性研磨光整加工的研究，例如韩国先进科学技术研究所jeong-du kim, youn-hee kang等发明的磁性磨料喷射光整加工装置，该装置为非圆截面管子内壁的光整加工提供了有效

11、的加工方法。另外，美国oklahoma州立大学的komandmi等人也开始有关方面的研究工作;德国已经出版了有关方面的论文;英国的几家公司也生产了用于修饰性加工和去毛刺的磁性研磨设备。迄今为止，国外的磁性研磨技术己成功地应用在多个方面。如不锈钢净气瓶的内壁研磨，研磨修正超硬磨料砂轮，研磨塑料透镜，细长轴类陶瓷加工，轴承环及内外圈滚道，液压机械用的滑阀、泵齿轮、球阀，家用不锈钢器皿，螺纹轧棍，滚珠丝杠，滚珠轴承保持架，盘形制动器，缝纫机零件，活塞，凸轮轴，叶片等异型零件的去毛刺与抛光加工等。我国对磁性研磨光整加工技术的研究是从80年代中期开始的，起步比较晚，由于投入的人力有限，不论是研究的深度还

12、是广度与国外均有比较大的差距，所以现在仍处于试验阶段，实际应用的不多。一直以来，国内的研究多限于比较简单的平面、圆柱面的磁性研磨光整加工工艺，不过近几年许多科研单位或高校(如太原理工大学、哈尔滨理工大学、沈阳大学、大连理工大学等)也已开始对磁性研磨加工技术向深度和广度进行研究，他们也开始对曲面磁性研磨加工工艺和设备进行研究，并且已取得了一定的成就，不过远远不够深入，至于磁性研磨加工技术的推广应用更是微乎其微。三、磁性研磨加工的特点与传统的研磨、抛光加工工艺相比，磁性研磨光整加工工艺具有许多优点:(一)在磁场中磁化的磨粒，靠磁场的作用力可彼此非刚性地固结在一起形成磨料刷，由于磁性研磨的“磁刷”是

13、柔性的，它的形状在加工的过程中能够随工件形状的变化而变化，因而具有很好的自适应性。(二)加工中磁极和工件的相对运动使磨料沿加工面滑动的同时出现滚动，磁性磨料之间不断的更换位置，使磁性研磨加工具有极好的自锐性，和普通砂轮加工相比，不存在堵塞现象，在很大程度上提高了磁性研磨加工的效率。(三)通过调节励磁电流的大小可以改变磁场强度，实现控制研磨压力大小的目的，同时可以调节磁性磨料的磁场保持力和加工状态中的其他有关参数。(四)磁性研磨的切削深度小，研磨温升和工件变形相对较小，加工表面光洁平整。(五)适用范围广，磁性研磨加工不仅可以加工磁性材料，如钢件、铸件，还可以加工非磁性材料，如陶瓷、玻璃、塑料、铝

14、合金等;磁性研磨加工不仅可以加工平面、内外圆柱面、薄板件、球面，还可以用来加工复杂曲面，甚至能加工普通加工手段无法进入和加工的表面，如各种模具以及管道的内表面等。(六)磨削能力强，加工时间短，生产效率高。(七)在对工件进行光整加工的同时，不仅可以去除机加工和磨削加工产生的残余拉应力，而且能够形成160-210mpa的预留压应力，这可以大大提高工件的抗疲劳强度。(八)加工装置简单，象机床的配件一样，可以借助通用机床或旧机床改造而成。(九)磁性磨料可快速更换。磁性研磨加工的众多优点使得它在精加工领域显示出独特的魅力。特别是磁性研磨良好的柔性和自适应性，为其与数控技术结合起来进行复杂曲面的光整加工创

15、造了条件，使得磁性研磨加工的自动化得以实现。四、磁性研磨加工的发展趋势磁性研磨的研究主要包括磁性研磨加工的工艺和理论加工装置以及磁性磨料等。今后需要研究解决的主要课题有：（一）磁性研磨加工机理和工艺的研究根据电磁学原理，工件在磁场的作用下，内部的磁分子会重新排列而具有磁性，形成内部磁场和磁力线，对工件的内部结构会产生一定的影响。此外，磁性研磨还受到形状的制约，不同的曲面去处规律不同。因此磁性研磨的加工机理和工艺都需要进一步深入研究。（二）磁性研磨加工系统理论及控制技术的研究与开发应用电脑线圈实现的旋转磁场磁性研磨加工系统由于没有运动不见而非常可靠，但相应的理论研究还不够。电磁线圈通常采用带铁心

16、的线圈，铁心是由铁磁性材料组成，其磁化特性是非线形的。而且电磁转换有一个过度过程，使得电磁场的控制复杂化。因此要想更好的运用这一新的研磨加工方法，对磁性研磨加工系统的理论机器控制就需要进行深入研究。（三）磁性研磨与其它工艺复合研究由于磁性研磨加工和电化学加工等加工方法均对材料表面有去处作用，并且各有不同的特点，因此可以对磁性研磨和其它工艺的复合加工进行研究，以提高加工质量和效率。（四）新型磁性磨料的研究开发在磁性研磨技术的研究中，磁性磨料是实现该技术的关键。目前国内外磁性磨料的制备方法普遍存在的问题是制作成本高使用寿命短湮没效率低，其根本原因是磁性材料与硬质磨料之间的可结合性差，所制作的磁性磨

17、料的磁化率偏低。因此需要研制新型的磁性磨料，提高可结合性和磁化率，降低制造成本，提高使用寿命，增强切削能力。第二章 磁性研磨加工一、加工机理所谓磁性研磨加工，就是在强磁场作用下，填充在磁场中的磁性磨料将沿着磁力线的方向排列起来，吸附在磁极上形成“柔性磁刷”，通过与磁场中工件的相对运动来实现对工件表面的光整加工。作为介质的磁性磨料，必须具有对磁场的磁感应性质，同时又具有对工件的切削能力。图1-1所示是磁性研磨的加工原理图。目前，已对零件的内圆面、圆面、平面、成型面以及形状复杂的中小型零件表面进行了磁性研磨加工的开发研究。从原理上讲，它可以对任何几何形状的表面进行精密光整加工。因此，有着十分广阔的

18、应用前景，必将产生良好的经济效益和社会效益。a) b)图1-1 磁性研磨的加工机理 a-磁性磨料的磁刷及研磨压力的形成b-加工区域内单颗磨粒的受力分析在磁性研磨中，磁磨粉是由微粉磨粒组成的磨粒群。磨粒群受到磁场中磁力的作用而压向工件表面，同时磁磨粉和工件二者产生相对运动，在接触面上的磨粒将产生接触滑移、摩擦、刻划，使工件表面得到研磨加工。1微量切削作用 由于磁磨粉是由微粉粒状体的磨粒组成，切入工件表面的切痕深度一般不超过0.20.3，切深小于前道工序加工后留下的缺陷。产生的切屑很小，工件的加工变质层极薄，残余应力也很微小，因此这种加工方法属于微量切削，理论残留面积高度小，使加工后得到的表面粗糙

19、度值很小。2磨粒磨损作用 磁性研磨加工中，在磨粒与工件表面对磨的磨损过程中，使工件表面得到研磨加工。由于磁磨粉一般集中在磁力线密集的表面不平轮廓峰附近，微观表面不平度轮廓峰部分磨损相对较大，使工件表面光洁、平整。3电化学磨损作用 磁性研磨加工中存在着化学磨损，工件表面被磨粒摩擦、刻划，纯净的金属将暴露在空气中，被加工表面上新形成的区域内金属会与外部介质产生相互化学反应，表面被迅速氧化并形成一层极薄的氧化膜。由于氧化膜与工件材料的膨胀系数不同，以及加工过程中温度变化等原因，在摩擦过程中氧化膜容易从工件表面脱落。在连续研磨过程中，工件表面层金属不断地氧化一脱落一再氧化一再脱落，从而提高了研磨效率。

20、另外，回转的工件在磁场两磁极间受到每次交变的励磁作用，导电的磁磨粉产生的电动势反复使工件表面充电，强化了表面的电化学过程。4磨粒的切削轨迹磁刷端部的磨粒，在研磨过程中切削刃的切削轨迹，将由工件的回转运动和轴向振动共同构成一个交叉角，正是由于交叉角的存在，才使得加工过程中工件表面被充分地得到加工，加工质量得到提高。交叉角即磨粒切削刃轨迹与工件回转方向上的夹角。其计算公式为：式中 v工件的圆周回转速度； f工件的轴向振动频率； a工件的轴向振动振幅大小。 在实际加工中，磁刷为柔软的弹性磁链，受到研磨阻力后极容易产生变形，使得加工中工件表面上磨粒的实际轨迹与理论上不同，其交叉角为（图4-2），且。二

21、、磁性研磨加工的装置尽管目前国际上应用的磁性研磨加工装置种类繁多，但如果按其磁场的形式划分有两种，第一种可以形成恒定的磁场(图1-2,图1-3,图1-4)，在该磁场作用下，当磁性磨料和工件发生相对运动时实现加工;第二种是产生交变的或旋转的磁场(图1-5，图1-6)，在该磁场作用下，磁性磨料与加工面形成相对运动，从而达到到光整加工的目的。第一种磁性研磨加工装置的特点是磁性磨料移动的距离小，通常，光整加工靠加工表面与磁极的同时运动来完成(图12、图1-3、图1-4、)。不过图1-3的情况是一个例外，它的磁性磨料靠气体动力驱动，产生与工件表面相对运动。第一种装置均含有一个作为磁场源的电磁线圈或永久磁

22、铁、带磁极的磁扼和在磁极与工件之间充有铁磁性磨料的工作区。第二种装置(图1-5、图1-6)，磁性磨料的运动靠一个交变或者运动的磁场来实现，有时也靠加工零件的运动来实现。值得一提的是日本的shinmura等人新近开发的旋转磁场磁性研磨加工装置(图1-5)，由于可以包括弯管在内的管的内壁的光整加工，解决了真空管、卫生管内壁抛光这一传统加工方法难以解决的加工难题。这种加工装置由于没有运动部件，其运行非常可靠。图1-6采用交变磁场的加工装置也是如此，它常用于小零件整个外表面的光整加工。旋转磁场磁性研磨加工装置虽然非常有效，但就它的应用对象来说，其截面形状必须是圆形，对于截面是方形和其它形状工件的加工则

23、无能为力。1997年由韩国的jeong-du kim等人提出了一种新的磁性研磨加工装置一磁粒喷射加工装置(图1-3)。这种装置的原理是将混有磁粒的气流喷射进被加工的管内，磁粒在高压气流作用下向前飞速移动，磁粒在前移的过程中， 由于受到磁场的作用而贴向管的内壁，沿管的内壁前移并与之发生摩擦，从而起到对工件内壁的光整加工作用。这种新的磁性研磨加工装置，不仅可以加工截面形状圆。 第三章 方案总体设计第一节 单、多件加工方案比较一、单件加工时的总体方案设计（一）运动分配方案根据磁性研磨的加工机理，对磁性研磨加工中的各运动进行分配，得图3-1（a）、（b）两种设计方案。 (a) (b)图3-1 其中（a

24、）方案中的主运动为主轴带动工件的旋转运动p，进给运动为主轴带动工件的轴向直线运动，而轴向振动a则由磁极实现；（b）方案中的主运动与（a）相同，但进给运动由磁极实现，轴向振动由主轴实现。（二）运动功能式及功能图设计 根据以上的运动分配方案，拟定运动功能式为：(a) w / cp, zf, za / t； (b) w / cp, zf, za / t。 参照立式钻床拟定运动功能图如图3-2示： (a) (b) 图3-2 （三）方案比较单件加工时，（a）方案中振动装置需要单独的动力源，而（b）方案中可以考虑与主运动共用一个动力源，这样就可以减少机床的制造成本；另外，通过计算可得，工件质量小于磁极质量

25、，选择磁极振动时的转动惯量要比选择工件振动时的大，这样就增加了对机床刚度的要求，故选择（a）方案。（四）总体结构方案设计针对3中选定的运动分配方案，选择机床的机构布局形式为卧式结构。考虑机床的制造成本及制造周期等因素，采用组合机床加专用部件的形式。第二节 主轴箱的设计考虑到主轴在进行磁性研磨加工时主轴一边工进一边旋转，即选择“电动机v带锥齿轮传动蜗杆传动”方案。一、蜗杆传动的特点蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下，两轴在空间是互相垂直的。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中。蜗杆传动的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及

26、能得到很大的单极传动比。在传递运动时，传动比一般为8-100，常用的为15-50。在机床工作台中，传动比可达几百甚至1000。这时需要用导程角很小的单头蜗杆，但传动效率低，只能用在功率小的场合。在现代机械制造业中正力求提蜗杆传动的效率，多头的可达到98%。与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目多、结构尺寸小、重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同条件下，蜗杆传动效率低，同时蜗杆一般需要贵重的减摩材料制造。蜗杆传动多用于减速，也可用于增速。二、锥齿轮、蜗杆传动、轴等的校核1.锥齿轮的校核直齿锥齿轮加工多为刨齿，不宜采用硬齿面。小齿轮选用40cr,调质处理，硬度为241hb286hb,取平均硬度260

27、hb;大齿轮选用42simn，调质处理，硬度为217hb255hb,取平均硬度230hb，计算步骤如下：齿面接触疲劳强度计算：齿数z和精度等级 取z=16 z=iz=216=32 7104010=0.42 由表12.6 选8级精度使用系数k 由表12.9 k=1.0动载系数k 由图12.9 k=1.17齿间动载分配系数k: 由表12.10 估计100 nmm =0.89 =0.45z= z=160.89=18 z= z =320.45=71.1 =1.88-3.2（）=1.88-3.2（）=1.66z= k=1.28齿向载荷分布系数k 由表12.20及注3 取k=1.9载荷系数k= k k k

28、 k=1.01.171.281.9=2.85转矩t=9.5510=9.5510=27504mpa弹性系数z 由表12.12 z=189.8节点区域系数z 由图12.16 z=2.5接触疲劳极限 由图12.17c取=710mpa =680mpa接触寿命系数z=z=1许用接触应力 =676 mpa =648 mpa小轮大端分度圆直径d 取=0.3 d=71mm验算圆周速度及 d=(1-0.5) d=(1-0.50.3)71=60.35v=0.32 f=911.48n b=r=mm =100nmm确定传动主要尺寸：大端模数m= 由表12.3 取m=4.5mm实际大端分度圆直径d=mz=4.516=7

29、2mm d=mz=4.532=144mm锥距r=80.5mm齿宽b=r=0.380.5=24.15mm 取b=24mm齿根弯曲疲劳强度计算：齿形系数y 由图12.30 y=3.0 y=2.3应力修正系数y 由图12.31 y=1.58 y=1.88重合度系数y=0.25+=0.25+=0.7齿间载荷分配系数k: 由表12.10 100 nmm k=载荷系数k= k k kk=1.01.171.431.9=3.17弯曲疲劳极限 由图12.23c =570mpa弯曲寿命系数y y=y=1.0尺寸系数y 由图12.25 y=1.0许用弯曲应力= 即=480 mpa=456 mpa验算：=154.46

30、 mpa=154.46=140.9 mpa 2.蜗杆的校核当量摩擦系数 v蜗杆=0.17 设v=0.10.25 查表13.6得 取大值=0.09 =5.17确定=0.36 =13=0.88中心距计算：蜗轮转矩t=9.5510=9.5510=522796 nmm使用系数k 由表12.9 k=1.0转速系数z z=（=0.78弹性系数z 根据蜗轮副材料查表13.2 z=147 假设蜗杆传动的预期寿命是l=1200h,即寿命系数z=1.13接触系数z 由图13.12i线查出 z=2.85接触疲劳极限 查表13.2 =265mpa接触疲劳最小安全系数s=1.3中心距a =mm160mm传动基本尺寸：蜗

31、杆头数 由图13.11 查得=13 z=2蜗轮齿数 z=iz=162=32模数m=（1.41.7）az=（1.41.7）16032=78.5 取m=8蜗杆分度圆直径d=a=0.36160=57.6mm蜗轮分度圆直径d=mz=832=256mm蜗杆导程角tg=mzd=8257.6=0.278 =15.5蜗轮宽度 b=2m(0.5+蜗杆圆周速度v=2.41相对滑动速度v=8.67当量摩擦系数 由表13.6查得=0.018 =1.03齿面接触疲劳强度验算：许用接触应力 =zz=173mpa最大接触应力=zz=1472.85=149.7mpa轮齿弯曲疲劳强度计算：齿根弯曲疲劳极限 由表13.2查出=1

32、15mpa弯曲疲劳最小安全系数s=1.4许用弯曲疲劳应力=82mpa蜗杆轴挠度验算:轴惯性矩i=540057mm允许蜗杆挠度=fl/48ei=0.0063mm温度计算:传动啮合效率=0.934搅油效率=0 .99轴承效率=0.99总效率=0.934=0.916散热面积估算a=9=1.25mm箱体工作温度t=29.5c润滑油粘度和润滑方法润滑油粘度 根据v=8.67m/s由表13.7选取=220mm/s润滑方法 由表13.7可采用浸油或喷油润滑3.轴及相关零件的校核1）主轴箱电机轴及相关零件的校核该轴的输出转矩t=9.5540352nmm电机轴的直径为d=38mm,普通平键l=30mm,bh=1

33、0mm8mm， 查机械设计第四版 高教出版社 表一中键联接的许用挤压应力=120mpa则该轴上的键所能传递的转矩t=hld=547200 nmmt即此键符合挤压强度.2）v带(d=355mm)所在的轴轴2的转速n=710 =100 则该轴所能承受的转矩t=9.55275040nmmv带与轴配合处的键l=28mm,bh=12mm8mm,d=40mm该键所能传递的转矩t=hld=537600 nmmt另外,锥齿轮与轴配合处的键l=24mm,bh=8mm 7mm,d=28mm 该键所能传递的转矩t=hld=282240 nmmt即此轴上两键均符合强度要求. 以下为此轴及轴上轴承的校核:轴的平均直径d

34、=43mm锥齿轮传动时，锥齿轮所受力情况：平均分度圆直径=（1-0.5=（1-0.50.3）72=61.2mm圆周力=8988n径向力0.89=2912n轴向力1492n简化在中心的转矩和弯矩分别为：=125832nmm =20888 nmm锥齿轮在啮合处总力f= 9448n在总力f的作用下两支撑的支反力分别为：=15800nf=15800-9448=6352n弯矩图m转矩图t 该轴采用实心圆轴,其抗弯端面模,采用40调质,其许用应力 r=140mpa =134mpa140mpa选用圆锥滚子轴承30209，其基本额定载荷附加轴向力 而，即轴承1被压紧，轴承2被放松故 而e 即 冲击载荷系数，考

35、虑平衡运转或轻微冲击，查表有=，即当量动载荷分别为因，只计算轴承2的寿命=11657而滚动轴承预期使用的荐用值l=1000025000。3）蜗杆轴蜗杆轴的转速，转矩=25363n该轴的平均直径，蜗轮上的转矩=n蜗轮与蜗杆啮合处圆周力n=杆轴向力轮=杆=轮=径向力轮=杆=轮=即一对推力球轴承51305，它们所能承受的基本额定载荷n n总力f在情况1下的支反力 弯矩图m 转矩t=32296+25363=5765nmm该轴采用中空截面圆轴,其抗弯端面模,采用40调质,其许用应力 r=140mpa mpa140mpa深沟球轴承6305，其基本额定载荷 查表18.7有e=0.4 e,即当量动载荷轴承寿命

36、4）轴8、9 轴的平均直径蜗轮受力情况锥齿轮受力情况：轴8上所传递的转矩 垂直面内受力： 弯矩图m 与和轴心在同一平面： 弯矩图m与和轴心在同一平面： 1、2铰链处的总支反力分别为：总弯矩图m转矩图t 该轴采用实心圆轴,其抗弯端面模量,采用45调质钢,其许用应力 r=85mpa =67.6mpa85mpa选用圆锥滚子轴承30208，其基本额定载荷附加轴向力 而 即轴承1被压紧，轴承2被放松故 而e 即e 即冲击载荷系数，考虑平衡运转或轻微冲击，查表有=，即当量动载荷分别为因，只计算轴承2的寿命第三节 振动装置的设计本设计涉及到工件一边旋转,一边作轴向振动;工件振动,磁极头随主轴旋转等多种方案.

37、但其目的是:磁性磨料在工件表面轻轻刮擦、挤压、窜滚,从而将工件表面上极薄的一层金属及毛刺切除,使微观不平度逐步整平.可以考虑与主运动共用一个动力源，这样就可以减少机床的制造成本；另外，通过计算可得，工件质量小于磁极质量，选择磁极振动时的转动惯量要比选择工件振动时的大，这样就增加了对机床刚度的要求；但是在设计振动装置的同时也应该考虑到振动装置需要单独的动力源，这样就可以减少整个磁性研磨装置过于庞大。假若振动装置和主运动一个动力源而造成系统的工作效率低、加工效果差。故本设计选用单独的振动装置。一、振动装置的方案1.激振器激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，激起试件振动的装置。一般激振器应当能够

38、在要求的频率范围内提供波形良好、幅值足够和稳定的交变力，某些情况下还需施加稳定力，稳定力能使结构受到一定的预加载荷，以便消除间隙或模拟某种稳定力。为了减小激振器质量对被测系统的影响，应尽量使激振器体积小、重量轻。电吸式激振器，包括：电动机、偏心箱，其特征为：在偏心箱的夏布固定有电磁吸铁。电磁吸铁有电磁铁心、线圈组成，线圈的电源接通时，电吸式激振器即牢固固定在工件上，使工件能够共振，断开线圈的电源时，电吸式激振器即可取下；利用电吸式激振器作振动时效工艺时，可以在工件上任意选择激振点，不受工件形状和各激振点位置的限制，提高了工件处理质量，操作方便。2. 凸轮机构凸轮机构广泛应用于各种自动化机械、精

39、密仪器、自动化控制系统等。要做到高精度、高效率地检测凸轮轴，并正确处理、评定它的各项误差，及时快速地反馈凸轮轴的质量信息，传统的光学机械仪以及人工数据处理的方法，已不能适应凸轮轴广泛采用发展和制造技术的不断提高，对凸轮轴精度的检测也必须相应地配套高效率的凸轮综合自动测量仪，并配以快速的数据处理及打印输出功能。凸轮机构是一类常用的高副机构。只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑，所以在机械工程中凸轮机构得到广泛的应用。但是，因为凸轮轮廓与推杆之间为点接触或线接触，当工作载荷较大时，凸轮表面和滚子端部的接触疲劳破坏就成为凸轮机构失效的主要形式之一。在这种

40、情况下，计算凸轮的接触应力是非常必要的。对于滚子从动件盘形凸轮机构，滚子与凸轮轮廓理论上为线接触，考虑到塑性变形，实际上为很小的面接触，但在实际工程中，当凸轮机构承受较大载荷时，接触应力的强度计算就显得非常必要。3. 变幅杆变幅杆的作用是把换能器输出端微小的振动速度或位移进行放大。变幅杆作成上粗下细的形状来将振幅放大，原因在于通过它的每一截面的振动能量是不变的，截面小的地方能量密度大，振动振幅也就大。为了获得较大的振动幅，也应使变幅杆的固有振动频率和外激振动频率相等，处于共振状态。为此，在设计、制造变幅杆时，应使其长度l等于超声波振动的半波长或起其整数倍。锥形变幅杆“振幅扩大比”较小，易于制造

41、；指数形的扩大比中等，振幅比较稳定，不易制造；阶梯形扩大比较大但不稳定，易于制造。实际生产中，加工小孔、深孔常用指数形的，阶梯形的因设计、制造容易，一般也常采用。超声加工时并不是整个变幅杆和工具都在作上下高频振动，超声波在金属棒杆内主要以纵波形式传播，引起归纳内各点沿波的前进方向一般按正弦规律在原地作往复振动，并以声波传导到工具端面，使工具端面作超声振动。用以产生超声振动还需要一套设备；超声波发生器、超声振动系统、机床本体等，造成整体机构庞大繁琐。4. 杠杆 杠杆放大机构是位移放大机构最基本的机构形式，它结构简单，需要弹性铰链数目少，所以放大效率高，得到了最为广泛的应用。位移放大机构的设计关键

42、是解决输出位移的放大倍数问题，虽然弹性铰链等弹性机构实现了无间隙、无摩擦、灵敏度高等效果，但同时因为构件弹性变形产生了较大的内部反力而使放大效率降低。根据杠杆放大原理，可知调整输出力臂与输入力臂的比例便可使杠杆末端得到不同的位移放大倍数。放大机构会对位移进行放大，但也会扩大相反方向的受力，使机构不可避免地增加了反力。另外随着位移的放大各弹性铰链的变形也随着增加，又会增加机构反力，机构反力的增加会使弹性变形加剧从而产生位移损失，从而使放大倍数会大大降低。所以在设计微位移放大机构时不能一味地取大的放大倍数，并应尽量减小或避免机构反力的产生。5. 凸轮轴凸轮轴是柴油发动机配气机构的主要组成零件，它的

43、作用是通过传动件准确地按一定时间控制气门的开启与关闭，保证柴油发动机按一定规律进行换气。凸轮轴工作时，凸轮外表面与挺柱间呈线性接触而不是面接触，同时又受到传动件冲击力的作用，接触应力大，因此要求凸轮轴具有足够的韧性和刚度，能够承受冲击载荷，受力后变形小且凸轮表面有较高的耐磨性。为减少凸轮轴的弯曲变形，多缸凸轮轴常采用多轴颈支撑，为使凸轮轴安装时能直接从轴承孔里穿进去，凸轮轴上的轴颈直径必须大于凸轮外廓的最大尺寸。为保证柴油发动机准确的配气时间，凸轮轴上装有定时齿轮，通过中间齿轮有曲柄上的定时齿轮驱动运转。第四节 进给机构的设计因为本设计采用的是主轴箱、进给机构和振动装置组合式机床，而且还考虑到

44、磁性研磨的特性是非接触式的精加工，即在设计几给机构时只需要保证主轴箱在导轨上来回移动时的导向精度和相对与机座的几何精度即可。一、直齿轮经查资料有：齿=0.98 锥=0.940.97（取0.96）蜗杆=0.750.82（取0.80） v带=0.96 轴承=0.991、先计算并校核驱动主轴箱进电机部分：p=1.1kw, n电=1400故电机轴的输出转矩t电=9.5510=9.5510=7503.6nmm即轴1的输入转矩t=t电=7503.6nmm 轴2的转速n=1400=1400=666.7 轴2的输入转矩t=9.5510=9.5510= 15442.35 nmm 轴3的转速n=1400= 140

45、0=197.5 t=9.5510=9.5510=50565 nmm因为轴3上的转矩较大，故它存在危险性，即以下就是它的计算与校核过程：齿宽系数 =6接触疲劳极限 由图12.17c取=580mpa初步计算的许用接触应力 =522 mpa小齿轮直径d d=mz=162.5=40mm齿宽b b=m6=62.5+6=21mm圆周速度v v=1.4精度等级 由表12.6 选9级精度使用系数k 由表12.9 k=1.0动载系数k 由图12.9 k=1.1齿间动载分配系数k: 由表12.10 先求f=772.12n =36.77nmm100 nmm =1.88-3.2（）=1.88-3.2（+）=1.62z

46、=0.89由此得k=1.12齿向载荷分布系数k 由表12.11有k=a+b1+0.6()()+c10b =1.09+0.161+0.6()()+0.311021=1.14载荷系数k k= k k k k=1.01.11.121.14=1.4弹性系数z 由表12.12 z=189.8节点区域系数z 由图12.16 z=2.5接触最小安全系数s 由表12.14 s=1.05假设该齿轮的工作寿命是十年，每年工作300天，每天三班制，在这段时间内它工作占20%，即总工作时间t=1030080.2=4800h应力循环次数n=60nt=601666.74800=1.9210次接触寿命系数z 由图12.18

47、 z=1.0许用接触应力 =552.4 mpa验算：= z z z189.82.50.89=545.44 mpa552.4 mpa齿根弯曲疲劳强度验算：重合度系数y=0.25+=0.25+=0.71齿间载荷分配系数k 由表12.10 k=齿向载荷分布系数k 由图12.14 k=1.15载荷系数k= k k k k=1.01.11.411.15=1.78齿形系数y 由图12.21 y=2.9应力修正系数y 由图12.22 y=1.53弯曲疲劳极限 由图12.23c =450mpa弯曲最小安全系数s 由表12.14 s=1.25应力循环次数n=1.9210次弯曲寿命系数y 由图12.24 y=0.

48、9尺寸系数y 由图12.25 y=1.0许用弯曲应力=验算：= y y y=2.91.530.71=82.47 mpa324 mpa2、再计算并校核驱动主轴箱进电机部分的第一对：p=1.1kw, n电=1400齿宽系数 =6接触疲劳极限 由图12.17c取=580mpa初步计算的许用接触应力 =522 mpa小齿轮直径d d=mz=202=40mm齿宽b b=m6=62+6=18mm圆周速度v v=2.93精度等级 由表12.6 选8级精度使用系数k 由表12.9 k=1.0动载系数k 由图12.9 k=1.15齿间动载分配系数k: 由表12.10 先求f=375.18n =20.84nmm1

49、00 nmm =1.88-3.2（）=1.88-3.2（+）=1.64z=0.89由此得k=1.28齿向载荷分布系数k 由表12.11有k=a+b1+0.6()()+c10b =1.09+0.161+0.6()()+0.311021=1.13载荷系数k k= k k k k=1.01.151.281.13=1.66弹性系数z 由表12.12 z=189.8节点区域系数z 由图12.16 z=2.5接触最小安全系数s 由表12.14 s=1.05假设该齿轮的工作寿命是十年，每年工作300天，每天三班制，在这段时间内它工作占20%，即总工作时间t=1030080.2=4800h应力循环次数n=60

50、nt=60114004800=4.0310次接触寿命系数z 由图12.18 z=0.95许用接触应力 =524.76 mpa验算：= zz z189.82.50.89=477.21mpa524.76 mpa齿根弯曲疲劳强度验算：重合度系数y=0.25+=0.25+=0.71 齿间载荷分配系数k 由表12.10 k=齿向载荷分布系数k 由图12.14 k=1.16载荷系数k= k k k k=1.01.151.411.16=1.88齿形系数y 由图12.21 y=2.8应力修正系数y 由图12.22 y=1.54弯曲疲劳极限 由图12.23c =450mpa弯曲最小安全系数s 由表12.14 s

51、=1.25应力循环次数n=4.0310次弯曲寿命系数y 由图12.24 y=0.9尺寸系数y 由图12.25 y=1.0许用弯曲应力=验算：= y y y=2.81.540.71=60 mpa324 mpa二、轴、键等的校核1.电动机轴（）该轴的输出转矩电机轴上的键，此处的轴径，该键所能传递的转矩为，此键符合强度要求。2.轴5轴5的平均直径轴5的转矩，齿轮上的受力情况为：圆周力，径向力=136.6n法向力 弯矩图m扭矩图t该轴的抗弯模量为，选用45号调质钢，其许用应力=故该轴的弯曲应力853.轴6的平均直径，轴6的转速它的转矩在这种情况下=281n水平面内两轴承的支反力水平弯矩图m垂直面内的两轴承的支反力扭矩图t该轴的抗弯模量，选用45号调质钢，其许用应力=该轴的弯曲应力85轴承1、2的总支反力分别为，因，且深沟球轴承只承受径向力故一对深沟球轴承的当量动载荷，深沟球轴承6205基本额定载荷，寿命第五节 总体的设计一、主轴布局与磁极形状设计