单面研磨机设计说明书-刘金勇

机电工程学院

毕业设计说明

设计题目: ZY400单面研磨机设计 学生姓名： 刘金勇

学 号： 201028050217 专业班级： 机制升1002 指导教师： 崔仲鸣

2012

年 5 月 22 日

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书

目 录

第一章 绪论 ......................................................................................................................................... 1

1.1 概述 ........................................................................................................................................ 1 1.2 单面研磨机研究的意义 .......................................................................................................... 1 1.3 研磨工艺参数 .......................................................................................................................... 2 1.4 研磨加工的特点 .................................................................................................................... 3 第二章 研磨机总体方案设计 ............................................................................................................... 4 第三章 研磨参数的确定 ....................................................................................................................... 6

3.1 计算研磨盘所需的功率 ........................................................................................................ 6 3.2 电动机的选择 .......................................................................................................................... 6

3.2.1 电动机选择的基本原则.............................................................................................. 6 3.2.2 计算工作机所需功率 ................................................................................................. 7 3.2.3 确定电动机的转速 ..................................................................................................... 7 3.2.4 确定电动机的型号 ..................................................................................................... 8

第四章 旋转工作台的设计 ................................................................................................................... 9 第五章 主轴及传动系统的设计 ......................................................................................................... 11

5.1 主轴的设计 .......................................................................................................................... 11

5.1.1 主轴材料的选择 ....................................................................................................... 11 5.1.2 主轴的结构设计 ....................................................................................................... 12 5.1.3 主轴强度的校核计算 ............................................................................................... 14 5.1.4 主轴的刚度校核 ....................................................................................................... 16 5.2 轴系传动零件的设计与选择............................................................................................... 18

5.2.1 轴承端盖的设计 ....................................................................................................... 18 5.2.2 滚动轴承的选择计算 ............................................................................................... 19 5.2.3 轴承箱的设计 ........................................................................................................... 20 5.2.4 键的选择及其连接强度计算 .................................................................................... 20 5.3 减速器的选择 ...................................................................................................................... 21

5.3.1 选择减速器的型号 ................................................................................................... 21 5.3.2 减速器的校核计算 ................................................................................................... 22 5.4 联轴器的选择 ...................................................................................................................... 23

5.4.1 选择联轴器的类型 ................................................................................................... 23

第六章 研磨工具的设计 ..................................................................................................................... 27

6.1 研磨工具的作用及对研磨工具的要求 ............................................................................... 27 6.2 研磨工具的材料的选取 ...................................................................................................... 27 6.3 研磨盘的设计 ...................................................................................................................... 28 第七章 床身的设计 ............................................................................................................................. 30 第八章 研磨液供给系统的设计 ......................................................................................................... 32

8.1 叶片泵的选择 ...................................................................................................................... 32 8.2 电动机的选择 ...................................................................................................................... 33 8.3 带传动设计 .......................................................................................................................... 34

8.3.1 带轮的结构设计 ....................................................................................................... 35 8.4 传动轴的结构设计 .............................................................................................................. 35

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8.5 滚动轴承的选择 .................................................................................................................. 36 8.6 箱体设计 ............................................................................................................................ 36 设计总结 ............................................................................................................................................... 37 设计心得 ............................................................................................................................................... 38 致谢 ....................................................................................................................................................... 39 参考文献 ............................................................................................................................................... 40

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第一章 绪论

1.1 概述

研磨是现在制造技术中一种重要的精加工和超精加工技术，它的工作过程是利用磨具通过磨料直接作用于被加工零件的表面，进行嶶加工技术。研磨加工具有加工精度和质量高的特征，被广泛应用于加工各种材料，随着近几年来电子信息技术和光电科技的发展，对光学零件制造的需求日益增加，并且零件的质量和精度要求也有所提高，进而对加工技术提出了更高的要求，而研磨技术的发展为其提供了一种重要的加工方法，起到了不可替代的作用。 研磨运动包括轨迹和速度两个方面，研磨运动轨迹是获得极低的表面粗糙度决定性因素。研磨时为保证工件表面被均匀的切削，获得良好的加工质量，要求研磨运动轨迹保证工件加工表面和研具表面上各点具有相同的和相近的被切削和切削条件。研磨运动的轨迹主要有：直线研磨运动轨迹、正弦曲线式及“8”字形式研磨运动轨迹、外摆线研磨运动轨迹、内摆线研磨运动轨迹、次摆线研磨运动轨迹、椭圆研磨运动轨迹等轨迹。

1.2 单面研磨机研究的意义

从精密和超精密加工技术的范畴来看，它应该包括微细加工、光整加工和精整加工等加工方法。研磨属于光整加工的一种 ， 精密研磨是实现尺寸精度≦0.01μm级的长度技术；角度误差≦0.1＂级的分度误差；表面粗糙度为0.01μm的镜面加工技术；圆度误差≦0.01μm的超精密加工技术等基本工艺总和。

研磨可用于各种钢、铸铁、铜、铝，硬质合金等金属材料以及非金属材料工件的平面，内、外圆柱面，圆锥面，内、外球面，螺纹，齿轮及其他它行面的加工 。工件经研磨后，能获得很低表面粗糙度值和很高的尺寸精度、几何形状和一定的位置精度。

研磨加工不仅向更高的加工精度发展，而且其加工质量也在不断提高，且几乎可以加工任何固态材料。许多人从事研磨加工技术，研究的宗旨是进一步提高

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研磨加工效率、加工精度，降低加工成本。目前，国内外研磨加工主要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。 其特点是加工精度高、加工设备简单、投资少，但是加工精度不稳定、加工成本高、效率低。

1.3 研磨工艺参数

研磨工艺技术由磨料、研磨液、研磨方式及装置，研磨工具、研磨用具构成。研磨工艺参数包括研磨速度，研磨压力，研磨效率。 研磨速度

研磨速度增大使研磨生产率提高，但当速度过高时，由于过热而使工件表面生成氧化膜，甚至出现烧伤现象，是研磨机剂飞溅流失，运动平稳性降低，一般粗研磨较低速、较高压力，精研多用低速，较低压力，常用的研磨速度如表1-1所示：

表1-1 常用研磨速度

平面 单面 20~120 10~30 双面 20~60 10~15 内孔（孔径6~10㎜） 50~100 10~20 研磨类型 湿研 干研 外圆 50~75 10~25 其他 10~70 2~8 注：工件材质较软或精度要求较高时，速度取小值。

1．研磨压力

研磨压力在一定范围内增加时，可提高研磨生产率。但当压力大于0.3MPa时，由于研磨接触面积增加，实际接触比例不成正比增加，使生长率提高不明显。研磨压力按下式计算即

p0?P(MPa)NA

式中 P— 研磨表面所承受的总压力，N; N—每次研磨的件数;

A—每个工件实际接触面积，mm2； 研磨压力可按下表1-2选取

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表 1-2 研磨压力参考值 研磨类型 湿研 干研

平面 0.10~0.15 0.01~0.10 外圆 0.15~0.25 0.05~0.15 内孔（孔径5~20㎜） 0.12~0.28 0.04~0.16 其他 0.08~0.12 0.03~0.10 2．研磨效率

研磨效率以每分钟研磨切除层厚度来表示：淬火钢为1微米，低碳钢为5微米，铸铁为13微米，合金钢为0.3微米，超硬材料为0.1微米，水晶、玻璃为2.5微米。 3．研磨效率

研磨效率以每分钟研磨切除层厚度来表示：淬火钢为1微米，低碳钢为5微米，铸铁为13微米，合金钢为0.3微米，超硬材料为0.1微米，水晶、玻璃为2.5微米。

1.4 研磨加工的特点

研磨的主要特点是：

（1）可获得很高的尺寸精度；

（2）可获得很高的形状精度和一定的位置精度； （3）可获得很低的表面粗糙度值； （4）可改善工件表面质量； （5）使用范围广。

本课题研究的任务是对研磨机进行合理的结构设计，合理选择技术参数，和正确选择机器所用的材料，设计出性能良好机器，研究的内容包括对机床的精度的选择，传动方式的选择，控制被加工零件的精度在一定的范围内，对研磨机工作方式进行合理的选择，提高机械加工的工作效率。

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第二章 研磨机总体方案设计

单面平面研磨机主要有以下几部分组成：电动机、联轴器、减速器、主轴、回转工作台等。电机输出后通过联轴器与减速器联接，经过减速器减速后减速器输出轴与主轴联接，主轴带动旋转工作台和研磨盘运动。

电动机选择包括选择类型、结构型式、容量（功率）和转速。考虑到电机调速要求,电机调速又可分为变频调速和变极调速,变频调速范围广容易实现,因此电机选用变频调速电动机。

联轴器直接与电机相联接，选用弹性联轴器，可用来补偿位移。主轴的设计是在初算轴径的基础上进行的，为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。

工作台主要包括：研磨盘、中心齿轮、齿圈、游行轮。研磨盘设计成圆型，研磨盘的直径为200㎜，游星轮中间放进工件，研磨盘嵌套在主轴上,中心齿轮在主轴的带动下转动,齿圈固定,游星轮分别和中心齿轮和齿圈啮合,既做自传运动同时也做公转运动。在研磨过程中要不断的注入研磨液，研磨液在这里主要起润滑冷却作用，并使磨粒均布在研磨盘表面上。 床身和导轨材料的选择

研磨机床身结构因所选材料的不同而异，通常床身和导轨材料都用铸铁，铸铁是传统的制造床身和导轨的材料，他的优点在于工艺性好，应选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，并经过时效消除内应力的优质合金铸铁作研磨机的床身和导轨

导轨的结构形式，常用的研磨机的导轨结构形式有燕尾形的，有平面的，有V-平面的，有双V形的对于精密研磨机床，无特殊强制的润滑措施，燕尾形的和平面导轨有磨损，需定期校准其侧向间隙。

齿圈式游星运动单面平面研磨机，工件相对研具转动的同时又绕自身轴线转动，即作游星运动，如图2-1所示游星轮式研磨机示意图，中心内齿轮4固定，中心齿轮3绕固定轴线转动同时带动游星轮2作游星运动，工件装夹在游星轮内孔中。

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1-工件 2-游星轮 3-中心齿轮 4-中心内齿轮

图2-1 行星轮式

图2-2 工件一点相对研磨盘运动轨迹

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第三章 研磨参数的确定

3.1 计算研磨盘所需的功率

平面研磨机工作时，由于研磨盘和中心齿轮的转速差形成研磨力，研磨时主要有摩擦力作用，电机提供的功率主要克服工作机阻力，根据以有的资料和知识，参考一些相关资料 ，可根据研磨盘全部提供摩擦力选择电动机，此时研磨机一定能在部分摩擦下工作，由于本次设计研磨机为慢速研磨机，初步设定研磨盘的转速V=35m/min，研磨盘的直径D=400mm，由于要采用齿圈形星轮结构,因此研磨盘中只有部分参与研磨,初步设定研磨盘内孔的孔径为60mm研磨压力为0.2MP,选定材料为灰铸铁，由于主要是研磨剂的作用，同时还添加有研磨液，故取其摩擦系数为f=0.1，由于研磨加工属于精细加工，属微量切削，因此研磨速度不能太高，以防止多余的热量烧伤工件。根据经验公式研磨机工作机所需功率近似为

Pw?(F?v)/1000KW （3-1）1.其中F?f?N （3-2） 这里f=0.1，这里取研磨压力为0.2MPa, 所以：N=0.233(

)=5717.6N

F?f?N=0.135717.6=5717.6N

2.有上面的数据可得：Pw?Fv103=5717.6335÷60÷1000=0.33KW

3.2 电动机的选择

3.2.1 电动机选择的基本原则

首先明确合理选择电动机容量的重要性，电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速,，工作方式等。而最重要的是电动机的额定功率的选择，要考虑电动机的发热，允许过载能力，和启动能力等因素，

? 6

依发热问题最为重要。

3.2.2 计算工作机所需功率

研磨机的传动路线为电机和减速器通过联轴器相联，经过减速器后把运动传到主轴，再通过主轴传到工作台 。由《机械设计手册》可知：

Pd=Pw/η （kw） （3-3） 其中

???1??2??3????????n （3-4）

由《机械设计手册》及研磨机的传动路线，选择膜片连轴器的传动效率η1=0.993，标准蜗杆减速器的的传动效率η2=0.75，弹性柱销连轴器的效率0.993，圆锥滚子轴承的效率η4=0.98；轮系的传动效率η5=0.98

则：η=0.99330.7530.99330.9830.98=0.71 Pd?Pw??0.330.7?1 0.Kw 44考虑到经济性和安全性因素，故选取电动机功率为0.44KW

3.2.3 确定电动机的转速

同一类型、功率相同的电动机具有多种转速。如选用转速高的电动机，其尺寸和重量小，价格较低，但会使传动装置的总传动比、结构尺寸和重量增加。选用转速低的电动机则情况相反。因此，应综合考虑电动机及传动装置的尺寸、重量、价格，分析比较，权衡利弊，选出合适的电动机转速。

在本设计中，拟采用一级蜗轮蜗杆减速装置，根据《机械设计课程设计手册》，拟选择蜗杆的传动比为25。由《机械设计课程设计手册》知：

（3-5） n?(i1?i2?i3???????in)?nwr/min 由于nw为研磨盘的转速，而由《精密加工技术实用手册》中查到的为研磨盘的线速度，取平均转速v=35m/min。那么我们假设v为半径中心处的研磨盘的线速

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度，由D=400知：

nw?v?60?1000?D?35?103?3.1415926?200? 55.7r/min 即：n?(i1?i2?i3???????in)?nwr/min= 1392.5 r/min 考虑到研磨盘结构，选择电动机转速为1500r/min

3.2.4 确定电动机的型号

根据工作要求和工作条件以及以上所计算的电动机所需的功率（0.44 kw）和转速（1500 r/min）。由《机械设计手册》初步选的电动机的型号为YVP801系列的变频调速专用电动机。该种型号的电机节能效果明显、调速性能好、调速比宽、快速响应性优良、应用范围广、性能价格比高等优点，具体参数见表3-1

表 3-1 电动机的具体参数

功率/kW 0.55 输出转速r/min 0-3000 输出转矩/Nm 3.5 产品型号 Yvp 配用电动机 Y801-4

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第四章 旋转工作台的设计

本次设计的平面研磨机采用齿圈游星轮结构，中心内齿轮带动游星轮自传同时还相对齿圈公转，在游星轮上添加虚拟行星架可模拟为2K-H行星齿轮轮系，

此时齿圈固定，传动比为

iaH?1?ZbZa,行星传动中，为了保证中心轮和行星架轴线

重合条件下的正确啮合，为此各对啮合齿轮的中心距必须相等，即保持同心条件，两中心轮的齿数

和

必须同时为偶数或奇数，同时需满足装配条件，既保证

＋

）／

=C（整数），

各行星轮能均布的安装在两中心齿轮之间，即满足（

还要满足邻接条件，保证两行星轮的齿顶不相撞，即

行星轮的齿顶圆直径）。考虑到研磨盘的最大直径为200mm,研磨盘内孔直径为70mm,有效利用研磨盘面积和结构简单原则，选择nw?5,Za?82,Zc?63,Zb?208,此时

=3.55，由于工作台中的齿轮主要作用是传递运动，使工件保持一定的运

动轨迹，因此齿轮属于轻载。齿轮的模数m=1，中心内齿轮的齿厚为18 mm,在每个游星轮中加工出6个直径为13的孔，用来放工件。同时游星轮上面做成筒状

用来放置压块，齿圈做成可分离式，用用螺钉连接在面板上，面板下面有六个筒形支撑块支撑，面板和支撑块通过螺钉连接在箱体上，参数如下表4-1，具体见部装图。

ZZnd（

------

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表 4-1 轮系参数表

名称 齿数Z 模数齿形角ɑ 齿厚B 精度等级 材料 热处理 M(mm) 中心外齿轮 中心内齿轮 游星轮 63 1 8mm 7 40Cr 调质 208 1 18 7 40Cr 调质 82 1 18mm 7 40Cr 调质

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第五章 主轴及传动系统的设计

5.1 主轴的设计

轴支承着转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承与机架联接。轴上零件与轴、轴承组成了一个以轴为基准的组合体—轴系部件。所以，在轴的设计中不能只考虑轴本身。必须考虑轴系部件的整体结构。为了使轴系部件安全、平稳、经济的回转，轴必须满足下列几点要求：有足够强度承受作用在轴上的载荷；轴的弯曲变形不应是轴与轴承产生边缘接触，同时，轴的弯曲和扭转刚度应保证机械的精度与性能；轴的工作转速必须避开临界转速的±20%的范围，以保证平稳的回转。

5.1.1 主轴材料的选择

根据轴的使用条件选取经济的材料，热处理方式，结构形式和加工方法。例如35、45。直径不太大的使用热扎圆钢，轴径130㎜以上的使用锻钢。受力较大、需要轴颈有较高耐磨、处于高低温或腐蚀等条件下的轴采用合金结不重要的轴可以用普通碳素结构钢，例如Q235、Q255正火处理。一般的轴采用优质碳素结构构钢，例如，曲轴、螺旋桨轴使用镍铬钼钢，凸轮轴、花键轴使用铬钢，汽车上的轴使用铬钼钢等，经渗碳淬火或表面淬火处理。碳素钢和合金钢的弹性摸量E、切变摸量G几乎相同，故用合金钢并不能提高轴的弯曲刚度和扭转刚度。因此，仅希望弯曲刚度、扭转刚度的轴，应使用价格较抵的碳素钢。设计这种轴时，可以根据刚度要求计算轴径，然后根据计算的应力植选择相应的材料。根据使用条件及轴的传递的转矩预选定材料为45钢，则它的主要力学性能如下表5-1。

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表5-1 45钢的力学性能表 材料牌号 45 正火 热处理 毛坯直径/㎜ 40 ≤241 硬度 HB 600 抗拉强度 δb/MP 355 屈服点 δs/MP 5.1.2 主轴的结构设计

主轴的设计和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。

主轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的机构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性的计算，以防止发生共振而破坏。本次设计的单面平面研磨机机构简单，研磨盘的转速不高，因此对轴的设计不必进行振动稳定性的计算。

轴的设计和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的机构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应

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进行振动稳定性的计算，以防止发生共振而破坏。本次设计的单面平面研磨机机构简单，研磨盘的转速不高，因此对轴的设计不必进行振动稳定性的计算。

轴的结构形式是由许多因素决定的，其中包括轴上安装的零件、轴承的类型和数量、轴承的安装方式、轴的受载情况、各零件的装配及拆卸方式、轴的加工工艺等，设计时应综合考虑。轴的结构应使轴的受力合理，避免或减轻应力集中，并使轴上零件定位可靠、装拆方便、制造工艺性好等。对于有刚度要求的轴，还应从结构上考虑减少轴的变形。

轴上零件的固定包括：零件在轴上的轴向固定和零件在轴上的周向固定。

零件在轴上的轴向固定通常可采用轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴端挡板、圆锥面、挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等实现零件与轴间的轴向固定。本次设计的轴主要采用了轴端挡圈和套筒来对轴上的零件进行轴向固定。套筒结构简单、定位可靠，轴上不必开槽、钻孔和车螺纹，所以不降低轴的疲劳强度一般用于轴上两个零件之间的定位轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。

为使零件在轴上周向固定，以传递转矩，可采用键、花键、过盈配合、销钉和紧定螺钉等。其中以键和花键连接应用最为广泛。本次设计的轴主要采用了平键来对轴上的零件进行周向固定，平键制造简单，装拆方便，对中性好。

零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。确定各轴段的长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。

轴的结构设计的基本要求是：

1）轴与装在轴上的零件要有准确的工作位置，并便于装拆、调整； 2）制造工艺性好；

3）要特别注意轴应具有足够的刚度。

本次设计设计的轴大致外形如图5-1所示,具体尺寸见零件图5-1。

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图5-1 主轴

5.1.3 主轴强度的校核计算

常用轴的强度计算方法有3种：

1）许用扭应力计算法 用与传递转矩而不受弯矩或仅受较小弯矩的传动轴，亦用于初步估算轴的最小直径；

2）许用弯曲应力计算法 用于承受较大的弯矩的心轴，和同时承受弯矩和扭矩之转轴的近似计算，一般的转轴用这种方法计算即可；

3）安全系数校核计算法 用于精确评定或校核当截面上有一个键槽时，应将许用应力降低10%～15%，有两个键槽时，应降低20%～25%。

本次设计的轴主要承受转矩与较小的弯矩，因此应根据轴传递的转矩引起的扭应力计算，通过降低许用扭应力，来考虑所受弯矩的影响。

对于实心轴的直径计算为：

d?17.23T????A3P （5-1） n其中：

d—轴端直径（㎜）; T—轴所传递的扭矩N?m;

T?9550P （5-2） nP—轴所传递的功率（kw）; n—轴的转速r/min;

[τ]—许用扭转切应力MPa;

A—系数 由表5-2可查 得A的取值范围。

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表5-2 轴常用的几种材料的[τ]和A值

轴的材料 [τ]MPa 15～25 20～35 25～45 35～55 A3、20 A3 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr、35SiMn 40MnB A 149～126 135～112 126 ～103 112～97 此轴只受扭矩作用，载荷较平稳、轴单向旋转、转速低，故[τ]取较大，而A 值取较小。取[τ]=40 A=110，计算得 ：d=22.7㎜，初选d=23mm，由于轴上有键槽，由于轴要和联轴器相联，需要在轴上开键槽，需增加轴径，结合后面能和联轴器轴端相连，故选择轴端直径为30mm。 轴的疲劳强度较核

轴的疲劳强度较核是在轴的结构和尺寸确定之后进行，目的是较验轴对疲劳损坏的抵抗能力，方法是较核危险截面的疲劳强度安全系数S。轴的疲劳强度是根据长期作用在轴的最大载荷（载荷循环次数不小于104）来计算的。危险截面的位置应是受力较大，截面较小及应力集中较严重即实际应力较大的若干截面。其安全系数S较核公式：

S???1????????????M????0.75??ZZ????p??2??S? (5-3）

其中 : δ-1－材料的弯曲疲劳极限; M、T－轴在计算截面上所受的弯矩和扭矩; Z、Zp－轴在计算截面的抗弯和抗扭截面模数;

??、?a－扭转和弯矩时平均应力折合为应力幅的等效系数,其中碳钢??=0.1;

?a=0.2;

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??、?a－从标准试件的疲劳极限到零件的疲劳极限的转换系数; ?a=Ka?K??1??? （5-4）

??=Ka ?

K??1??? （5-5）

Ka、K?－有效应力集中系数，取值Kα=1.71;

?a、??－绝对尺寸影响系数; KR－表面光洁度系数; β－表面状态系数; 查资料得 :[S]=1.7

bt?d?t?Z= =2.23cm3 ?322d?d52bt?d?t?Zp= =4.34cm3 ?162d?d52β=0.95

KR=1.3

计算得 S=1.3≤【S】

5.1.4 主轴的刚度校核

轴在工作载荷条件下会产生弯曲和扭曲变形，若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。例如采用滑动轴承的轴若挠度过大而导致轴颈偏斜过大时，将使轴颈和滑动轴承发生边缘接触，造成不均匀磨损和过度发热。 过大的弯曲和扭曲变形会引起旋转部件的振动和噪音，影响设备的正常工作。因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。

校核轴的扭曲刚度，就是计算出轴在工作受力条件下，每米长度的轴的扭曲角φ，在机床进给系统中，轴产生过大的扭曲变形，则运动部件在运动中将发生爬行，使进给速度产生跳跃示的不均匀现象。在精密设备中，轴发生过大的扭转变形，会影响工作的平稳性及传动精度。

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阶梯轴：

??7350TiLi=1.3≤[?] （5-6） ?4ldiT—轴所传递的转矩(N2m)； l—轴受扭矩作用部分的长度（mm）； d—轴的直径（mm）；

当轴上有键槽时，各计算式应乘以系数K，K?1. ?4nh?1????D?式中 h—键槽深度（mm）；

n—系数，轴上有一键槽时，n=0.5;在同一断面内有2个互成90°的键槽时，n=1;有两个互成80°的键槽时，n=1.2。 轴的需用扭转角查资料得：轴的需用扭转角φp=2（°/m） 计算的φ＝1.424≤φp

轴如果发生过大的弯曲变形，将影响各轴传送件的传送，轴端的滚动轴承将因轴的偏斜而影响滚动轴承的寿命，并加速滚动轴承的磨损，还将影响轴上传动件，如齿轮的正常啮合。因此，对变速箱及其他有精度要求的轴需进行轴的弯曲变形校核。轴的弯曲变形用轴弯曲时产生的挠度及偏转角来度量。

轴的挠度及偏转角计算公式：偏转角?/rad

?ML43104dve （5-7） 6ML4?B?=3104dve （5-8）

3?A?Mc2

?C??B?44 （5-9）

10dve

2?x?S??A 1?3??? （5-10）

????l??????挠度y/mm

Mc2YC??BC+ （5-11） 442?10dve 17

------------为小时载荷率系数 ------------为环境温度系数

=1，

=1.3，

查《机械设计手册》得：

=0.553131.3≤1.86KW

? 对减速器输出轴轴载荷校核

查表得，

=6000N，在轴系设计中得到径向力为

? 瞬瞬时尖峰载荷校验

查表得，T2?243.3N?m,在轴系设计后得T1?80N?m,T1?T2..

5.4 联轴器的选择

5.4.1 选择联轴器的类型

根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度，选用联轴器应考虑以下几点：

1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功

率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。

2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用

平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。

3）两轴相对位移的大小和方向。在安装调整过程中，难以保持两轴严格精

确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用扰性联轴器。例如当径向位移较大时，可选用滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的连接可选用万向联轴器等。

4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属原件制成的不需润滑的联轴器

比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属原件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。

5）联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用

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KKPFFFt=767N，

＜

。

装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且拆装方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性原件联轴器（例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等），由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般的中小功率传动。

? 电机和减速器连接中联轴器的选择

① 根据电机轴伸端尺寸和减速器蜗轮输入轴尺寸，为了隔离冲击和震动故

选择膜片联轴器。

② 载荷计算

PN?mm?4775N?mmn根据机械设计中第14章表14-1查得KA?1.5计算转矩T?9.55?106?故计算转矩为Tca?KAT?1.5?4775N?mm?7162.5N?mm

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表5-3 工作情况系数KA

工作机 KA 原动机 四缸和电动四缸以分类 工作情况及举例 机、汽上的内轮机 燃机 转矩变化小，如发电机， 小型通风机，小I 型离心泵 转矩变化小，如透平压缩机，木工机床，运II 输机 转矩变化中等，如搅拌机，增压泵，有飞轮III 的压缩机，冲床。 转矩变化和冲击载荷中等，如织布机，水泥IV 搅拌机，拖拉机 转矩和冲击载荷大，如造纸机，挖掘机，起V 重机，碎石机 转矩变化大并有极强烈的冲击载荷，如压延VI 机，无飞轮的活塞泵，重型初轧机

3.1 3.3 3.6 4.0 2.3 2.5 2.8 3.2 1.9 2.1 2.4 2.8 1.7 1.9 2.2 2.6 1.5 1.7 2.0 2.4 1.3 1.5 1.8 2.2 燃机 内燃机 双缸内单缸发③ 联轴器型号的选择

根据JB/T 9147—1999中查得JMI1型膜片联轴器的许用转矩为25N.M,许用转速为6000r/min，轴径在14-22，可以和电机轴相连，故合用。 ? 减速器和工作机轴联轴器的选用

① 梅花形弹性联轴器属于有弹性元件的挠性联轴器，它由两个形状相同的，端部带有凸爪的半联轴器和弹性元件组成，梅花形的弹性元件置于两个半联轴器的凸爪之间，通过凸爪与弹性元件之间的挤压传递转矩。梅花形弹性联轴器结构简单，零件数量少，结构尺寸小，不需润滑，承载能力较高，但是更换弹性元件时需要将半联轴器沿轴向移动。考虑到工作机的安装维修和精度，采用梅花形弹性联轴器。

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② 载荷计算

公称转矩T?9.55?106K?PN?mm?88904N?mmn根据《机械设计》中第14章表14-1查得KA?1.5

Tca?KAT?1.5?88904?133356.7969N?mm③ 联轴器型号的选择

根据GB/T 5272—2002中查得LM4型联轴器的最小许用转矩为140N.mm，许用转速为9000r/min,合用。由于减速器轴伸端为常数，根据更换弹性件要求，我采用联轴器轴孔长为45和47。

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第六章 研磨工具的设计

6.1 研磨工具的作用及对研磨工具的要求

研磨工具的主要作用，一方面是把研磨工具的几何形状传递给研磨工件；另一方面是涂敷或嵌入研磨料。

为了保证研磨的质量，提高研磨工作的效率，所采用的研磨工具应满足如下几点要求：

1）研磨工具的几何形状应和被研磨工件的几何形状相适应，以保证被研磨工件获得精确的几何形状；

2）为了长久的保持研磨工具的精确的几何形状，要求研磨工具应具有良好的耐磨性；

3）研磨工具应具有足够的刚性。刚性不足的研磨工具是不可能保证被研磨工件有良好的几何形状精度的；

4）研磨工具应具有易于获得所要求的精确的几何形状的外形； 5）湿研磨时，研磨工具应当具有便于涂敷和贮存研磨剂的结构； 6）干研磨时所采用的研磨工具，应具有良好的嵌砂性能。

实践证明，研磨工具只有满足上述几点要求，才有可能高质量高效率的完成研磨工作。

6.2 研磨工具的材料的选取

常用的研磨工具材料有：铸铁、软刚、青铜、红铜、铝、玻璃和沥青等。 选择研磨工具材料时，应遵循下述原则：

1）研磨工具的材料一定要比被研磨工件的材料软，以避免在研磨过程中，磨料颗粒嵌在被研磨工件的表面上；

2）研磨时所选用的磨料的种类不同，研磨工具材料的种类也应当不同； 3) 选用各种不同材料的研磨工具时，要考虑材料的耐磨性。

根据以上原则，在研磨工作中，应用最广泛的研磨工具材料为铸铁，其主要是在研磨硬质合金、各种淬硬钢及有色金属制件时采用。另外铸铁和其他研磨工具材料相比有一系列的优点：

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1）铸铁研磨工具有良好的嵌砂性能； 2）铸铁研磨工具的耐磨性好； 3）铸铁有良好的冷加工和热加工性能； 4）铸铁的经济性好。

由于上述优点，因此选择铸铁为本次的研磨工具材料。

6.3 研磨盘的设计

平面研磨工具用于研磨各种零件上的高精度的平面，有时也用来研磨直径比较小的圆柱形工件。平面研磨工具有圆形和方形两种。圆形主要是用在机械研磨中，方形在机械研磨和手工研磨中都可以应用。本次设计的单面平面研磨机，我选择的是环形的研磨盘。研磨盘的直径为400mm,厚度为20 mm，研磨盘内孔直径为89mm。由于研磨盘的厚度不是太厚，故采用轴与研磨盘通过法兰相连接的方法，这样即满足了设计要求，又能使设计即简便又实用。我设计的研磨盘是圆环形研磨盘，该种研磨盘可以研磨各种平面零件，主要用于研磨小型零件。研磨盘有开槽和不开槽两种。研磨盘开放射线，和研磨盘连接的法兰在竖直方向上开4个直径为7的孔，通过孔把从中心齿轮流出的研磨液通到回流槽，再通过管道回到研磨液系统。研磨盘外形如图6-1所示，具体参数见零件图。

图 6-1 研磨盘外形图

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图 6-2 法兰外形图

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第七章 床身的设计

由材料力学可知，杆件的抗拉和抗压刚度是由杆件的断面面积大小决定的，与断面的形状无关。而杆件的抗弯和抗扭强度除了与断面面积有关外，还与断面的形状有关，设备或机床的基础、床身、立柱等基础大件，由于其上安装了各种传动件、可移动部件等，这些传动件或移动部件互相之间的位置精度有很高要求。因此作为这些构件的基础支承件（机座、机架、床身、立柱等）要有抗弯、抗扭的能力，即要求所选用的材料最少、重量最轻，而又尽可能小的弯曲变形和扭转变形。这就要求基础件要有合理的优化设计。

我设计的床身采用Q235钢板角焊焊接而成。焊接结构较之铸造结构具有强度和刚度高重量轻生产周期短以及施工方便，结构设计灵活，壁厚可以相差很大，并且可以根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，适宜单件小批量生产。床身具体尺寸见零件图。床身由六块主钢板，在地面钢板上焊接两块钢板用来安装电机和减速器，同时在侧边开两个孔用来安装电机和减速器，在孔外面加上蒙皮，用螺钉连接固定。在上板上焊接一凸台，用来放置支撑块支撑旋转工作台，箱体焊接完成后根据具体要求加工，达到所需要求。示意图如下图7-1，图7-2。

图7-1 床身主视图

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图 7-2 床身右视图

图 7-3 床身俯视图

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第八章 研磨液供给系统的设计

研磨液供给系统有电动机，叶片泵，小带轮，带轮，辅助带轮组成，研磨液系统工作时，电机带动小带轮运动，小带轮通过皮带带动连接在泵上的大带轮和辅助带轮运动，辅助带轮固定在轴的一端，轴的另一端连接一叶片，电机工作时带动叶片转动，转动的叶片把沉淀在研磨液箱底的磨料搅动起来，使磨料悬浮，叶片泵把含有磨料的研磨液通过离心力抽入管道，通过管路送到机床上，对机床供给研磨液。如下图8-1所示

图 8-1 研磨液供给系统

8.1 叶片泵的选择

本次设计中泵采用YB型叶片泵，具有结构简单，性能稳定，排量范围大，压力流量脉动小，噪声低，寿命长等优点，我选用YB-A9B型叶片泵，采用法兰安装方式.。外形如下图8-2，具体参数见表8-1。.

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图8-2 叶片泵外形图

表8-1 YB型叶片泵的主要参数

型号 理论流量（ml/r） 额定压力（Mpa） 输出流量（L/min） 转速r/min 驱动功油口尺寸 率 Kw 进口 出口 YB-A9B 9.1 7 6.9 600-2000 1.3

8.2 电动机的选择

研磨液供给系统中电机的作用是为研磨液系统提供动力，故研磨液系统所用电机功率需大于叶片泵所需功率才能保证能连续供给研磨液，考虑到要把悬浮在储液箱中的磨料均匀搅拌，需要增加额外功率，初步选用Y系列三相异步电动机，Y系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的系列产品。Y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。采用B级绝缘、外壳防护等级为IP44，冷却方式IC411。Y系列电动机，额定电压为380V，额定频率为50Hz,3kW及以下为“Y”接法，4kW及以上为“Δ”接法。 Y系列电动机应用于一般无特殊要求的机械设备、如农业机械、食品机械、风机、

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水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等。由于搅拌研磨液中磨料的所需功率很小，我选择电机功率为2.2Kw，电动机型号为Y90L-2,具体参数见下表8-2。

表8-2 电动机参数表

电机型号 Y90L-2 额定功率 2.2KW 满载转速 2840 额定转矩 2.2 最大转矩 2.3 质量 22 8.3 带传动设计

在此研磨液供给系统中，我采用电机轴上的小带轮通过带带动水泵上的大带轮转动形成连续的离心力把储存在储液箱中的研磨液送到工作机床中。考虑到叶片泵的转速我初步选定采用传动比为2的带轮传动。

1.设计V带

1）确定V带型号；查《机械设计》 P156表8-7得：KA=1.0， 则,PC=1.0x2.2kw=2.2kw。

2)根据PC=2.2KW,

n0=2880r/min,由《机械设计》P152图8-11，选择A型V

带。3)根据V带的带型，参考《机械设计》P155表8-6和P157表8-8取d1?80。

满足有≥，验算带速v根据式 因为5m/s＜v＜

30m/s，故带速合适。由i=2，查课本P157表8-8取d2?160 4）确定V带的中心距a和基准长度

0.7?dd1?dd2??a0?2?dd1?dd2?；根据

168mm＜a0＜480mm，初定中心距为

Ld?L0?258.8，取2250mm，由式L0=2a。+π（d1+d2）/2+(d2-d1)2/(4a。)=882.4mm，查《机械设计》P146表8-2取Ld?900。计算实际中心距：a?a0?中心距为260mm,中心距的变化范围为255-285.8

5)验算小带轮包角?：由《机械设计》P195页式13-1得：

??180??d2?d1?57.3??162.3??120?。 aZ?6）求V带根数Z：由P204页式13-15得：

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Pc?P0??P0?K?KL

查《机械设计》P152插值法得P。=1.21，△P。=0.34。 查《机械设计》P146表8-2得Kl=0.87。则 Z?取Z?2根。

7）求作用在带轮轴上的压力

FQPc? =1.7,考虑到要增加一根搅拌轴，

P0??P0K?KL??：查《机械设计》P201表13-1得q=0.10kg/m，

FQ故由《机械设计》P197页式13-7得单根V带的初拉力：

作用在轴上压力：Fc =343N。

=86.8N

V带传动一段时间会因带的塑性变形和磨损松弛，设置一张紧轮，同时把张紧轮固定在一根定轴上，轴的下端安装搅拌叶片，在机器运转时带动叶片搅拌把沉淀在储液箱底的磨料搅拌起来悬浮在研磨液中。

8.3.1 带轮的结构设计

带轮材料选用HT200，安装在电机上的带轮采用实心式结构，安装在水泵上的带轮选用腹板式结构，张紧轮选用实心式结构。根据《机械设计》P161设计带轮，基本参数如下表8-3。

表 8-3 带轮基本参数表 名称 小带轮 大带轮 张紧轮 带轮宽度mm 38 38 38 D（孔径）mm 24 22 25 （基准直径） 80 160 68 mm 86 166 74 8.4 传动轴的结构设计

传动轴设计过程和机床主轴相似，根据电机功率和叶片泵消耗功率，轴承载的最大功率为0.9kw,轴分为三段，第一段轴用来安装滚动轴承，轴的长度要小于轴承宽，故此段尺寸为Φ20313.8mm，接着是安装带轮的一段，设计尺寸为Φ25346.5mm，轴肩高度为2mm,安装带轮段开一834328mm的键槽，轴右端设置一轴肩，高度为5mm，倒圆角为1.5mm，长度为5mm,接着是一过渡段，长度为Φ25378mm,然后是安装轴承段尺寸为Φ20313.8mm，接着是一过渡段，尺寸为

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Φ18334mm,然后是一伸出段，尺寸是Φ16384mm，下面是一有锥度的轴，锥度为1:10,长度和半径按国家标准圆锥轴的长系列设计。由于传动轴下端是一叶片，功率不大且不需要太高精度，校核同上。

8.5 滚动轴承的选择

滚动轴承选择同上主轴中滚动轴承选择相同，根据轴的结构设计，我选择圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承既能承受轴向力，又能承受径向力，我选择型号为30204。.同时根据《机械设计》中要求设计轴承盖，详见装配图。

8.6 箱体设计

考虑到泵和电动机安装的要求以及结构的影响，以及材料的影响，我把箱体采用Q235钢板加工，由于它含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。箱体主要作用是支撑和存储研磨液，由于焊接结构较之铸造结构具有强度和刚度高重量轻生产周期短以及施工方便，结构设计灵活，壁厚可以相差很大，并且可以根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，适宜单件小批量生产。箱体和箱盖分开加工，待加工完成后，把电机和叶片泵装在箱盖上，同时把叶片和传动轴以及轴承安装起来，并进行试运行，运行无误后，和储液箱安装在一起。

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设计总结

机床的设计应当在满足使用要求的前提下，机器的结构应尽量简单，工艺性好，容易制造和装配，维修方便等。机器的系列化、零部件的通用化和标准化，对机床的结构、制造与维修有直接的影响。机床的系列化可以用最少的品种满足各种不同的需要，又可以使同类机床结构典型化，以减少设计的劳动量。部件的通用化和零件的标准化既可以缩短新机床的设计周期和制造成本通用化和标准化程度的提高，使得使用厂容易买到易损件，维修时就可以不制造或少制造备件。设计时应注意机床体积小、重量轻、占地面积小、外形美观以及注意防止污染环境，例如减少噪音、防止漏油、消雾等。机床成本的高低，表示了它在经济上是否合理，同时也反映了管理水平的高低。必须十分重视和努力降低机床的成本。

ZY400齿圈式单面研磨机属慢速研磨机，研磨盘直径为400mm,研磨盘最高转速60r/min,工件最高转速为16r/min,研磨机主要有电机，减速器，传动系统，箱体，研磨液供给系统组成，电机采用调频电机，电机功率为0.55KW,主要使用转速为0-1500r/min,减速器采用锥面蜗杆减速器，减速器的传动比为25，减速器最高转速为1500r/min,电机和减速器之间才用膜片联轴器联接，减速器和工作机主轴采用非弹性联轴器，可定期更换弹性元件，保证主轴传动精度，主轴上嵌套研磨盘和工作台中的中心齿轮，中心齿轮带动工作台中的游星轮既做自传运动，同时做绕齿圈的的公转运动，齿圈固定,游星轮最高转速为16r/min,游星轮内开7个Φ13的孔用来安放工件和夹具，夹具上方放置重物对工件施加压力，最高加压能力为0.06Mpa。在研磨过程中不断对工件添加研磨液，研磨液中含有磨粒，研磨机主要依靠磨粒的锐度对工件精加工，但由于研磨过程中磨粒的相互作用，研磨盘会磨损，采用离散磨料可以减少磨具对工件的影响，但使用一段时间后还要对研磨盘修整，以保证加工精度。

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