畢業(yè)設計（論文）-立式多磨頭磨拋機結構設計

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1、 沈陽建筑大學本科畢業(yè)設計（論文） 立式多磨頭磨拋機結構設計 Structure Design of Vertical Multi-head Grinding and Throwing Machine 學 院： 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師：

2、評 閱 教 師： 完 成 日 期： 沈陽建筑大學 Shenyang Jianzhu University 沈陽建筑 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)設計（論文），是在指導老師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)設計（論文）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經注明引用的內容外，不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個

3、人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本聲明的法律責任由本人承擔。 作者簽名： 日 期： 關于使用授權的聲明 本人在指導老師指導下所完成的畢業(yè)設計（論文）及相關資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數據、實物照片、圖片、錄音帶、設計手稿等），知識產權歸屬沈陽建筑大學。本人完全了解沈陽建筑大學有關保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，本人授權沈陽建筑大學可以將本畢業(yè)設計（論文）的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用任何復制手段保存和匯編本畢

4、業(yè)設計（論文）。如果發(fā)表相關成果，一定征得指導教師同意，且第一署名單位為沈陽建筑大學。本人離校后使用畢業(yè)畢業(yè)設計（論文）或與該論文直接相關的學術論文或成果時，第一署名單位仍然為沈陽建筑大學。 論文作者簽名： 日 期： 指導老師簽名： 日 期： 沈陽建筑大學本科畢業(yè)設計（論文）題目 摘 要 石材作為最普通最廣泛的加工材料，在我們生活中隨處可見。而隨著時代發(fā)展，石材加工機械也日趨先進。而石材磨拋機的出現則更是讓各式各樣的石材

5、板料在我們生活中充當著不可替代的作用。大到樓房建筑，小到花壇裝飾等。為了提高其普及率和實用率，設計開發(fā)一個效率高，成本低的機械運動系統是很具有理論意義和實用價值的。 本文簡要地介紹了磨拋機的起源與發(fā)展，對比國內外石材磨拋機的特點并說明磨拋機的功能和使用范圍。運用大學所學的機械設計制造和加工工藝等知識，設計并確定了磨拋機的總體工作布局。本磨拋機可實現X、Y、Z三個方向的運動同時還可完成磨頭的前后擺動以進行各種較為復雜的磨拋。本磨拋機成本低、效率高并且可以一次性完成磨拋工作。 關鍵詞：機械設備，石材加工，磨拋機 - I - 沈陽建筑大學本科畢業(yè)設計（論文）題目 Struc

6、ture Design of Vertical Multi-head Grinding and Throwing Machine Abstract Stone as the most common and extensive processing materials, in our lives everywhere. With the development of the times, the development of stone processing machinery is becoming more and more advanced. And the appearan

7、ce of stone grinding machine is to make a variety of stone sheet materials in our lives play an irreplaceable role. Large to building, small to flower bed decoration and so on. In order to improve its popularity and practical rate, it is of theoretical and practical value to design and develop a hig

8、h-efficiency, low-cost mechanical motion system. This paper briefly introduces the origin and development of the grinding machine, compares the characteristics of the stone grinding machine at home and abroad, and explains the function and scope of use of the grinding machine. Using the knowledge o

9、f mechanical design, manufacturing and processing technology learned in the university, the overall working layout of the grinding machine was designed and determined. This grinding machine can realize the movement of X, Y, Z three directions while also completing the front and rear swing of the gri

10、nding head to carry out a variety of more complex grinding. This grinding machine has low cost, high efficiency and can complete the grinding work at once. Key Words：Machinery and Equipment, Stone Processing, Grinding Machine - IV - 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 課題的來源與研究背景 1

11、 1.2 國內外磨拋機的現狀與發(fā)展趨勢 2 1.3 課題的研究內容與意義 3 2 系統分析與方案的訂制 4 2.1 總體布局要求 4 2.2 磨拋機運動系統方案設計 5 2.2.1 運動系統的確定 5 2.2.2 總體結構 5 3磨拋機部分零件的選型與相關計算 5 3.1 磨頭設計 5 3.1.1 砂輪的選擇 5 3.1.2 模具硬度的選擇 7 3.1.3結合劑的選擇 7 3.1.4磨具型號的選擇 8 3.2 磨削功率計算與電機選擇 8 3.2.1 磨削功率計算 8 3.2.2電機的選擇 9 3.3 磨頭主軸的設計 9 3.3.1磨頭

12、主軸的結構設計 9 3.3.2軸的最小直徑估算 10 3.3.3軸的總長度 11 3.3.4各軸段直徑和長度的要求 11 3.3.5軸承的選型與校核 12 3.3.6軸承的潤滑 14 3.3.7滾動軸承的密封 14 3.4主軸組件的驗算 15 3.4.1 支承的簡化 15 3.4.2 主軸的撓度 15 3.4.3 主軸傾角 15 3.5 傳動齒輪齒條的設計 16 3.6 絲杠的選型與校核 18 3.6.1 絲桿的選型 19 3.6.2 校核 20 3.6.3 電機的選擇 22 結 論 24 參 考 文 獻 25 致 辭 26 沈陽建筑大學本

13、科畢業(yè)設計（論文）題目 1 緒論 1.1 課題的來源與研究背景 石材加工歷史悠久，地球上自有人類活動以來，就有石材加工，以至于考古學家把遠古人類生活的年代劃分為舊石器時代和新石器時代。在長達250萬年的舊石器時代，石器是人類的主要勞動工具。距今8000年前，人類開始以磨制的石斧、石錛、石鑿和石鏟，琢制的磨盤和打制的石錘、石片、石器為主要工具。后來，隨著金屬工具的出現，人類逐漸掌握了各種石材的開采和加工的方法。不管是埃及金字塔還是我們中國的萬里長城都是很好的象征。長期以來，由于石材產品量產困難，世界石材業(yè)發(fā)展緩慢。直到20世紀60年代，隨著科學技術的進步，特別是石材加工機械設備及金剛石

14、工具在石材產業(yè)中的大量應用，世界石材產業(yè)迅速發(fā)展為國際化產業(yè)。近年來，國際社會對建筑材料出現追求環(huán)保和反璞歸真的熱潮，世界石材產品的需求迅猛增加，更加快了石材產業(yè)的發(fā)展。隨著經濟的發(fā)展、生活水平的提高以及審美觀念的變化，現今人們更推崇自然而且華麗高貴的裝飾效果。石材制品以其獨特的天然花色紋理，優(yōu)異的物理性質及加工性能和華麗莊重的裝飾效果，贏得了廣大消費者的青睞，被廣泛的用于建筑安裝、家居裝飾、藝術雕刻、生活用具等方面，特別是在建筑裝飾的使用，像是門套窗套、羅馬柱、噴泉、拱門、雕刻、拼花等等，襯托出建筑物的高雅莊重大氣，已經成了高級身份的象征，更是奪得可廣大消費者和設計師所的芳心，使用量年年激增

15、。而且各種異形天然石材憑借著其藝術性，猶如畫龍點睛一般，更添加了整個建筑的高雅華貴的檔次和藝術氣息。還有像一些藝術洗手盆、花湓、茶幾、壁爐、雕刻等生活裝飾用品越來越多的融入到人們的生活，更增強了人們的生活品質和藝術格調。目前，國內石材異型加工設備有幾十種，但是與意大利等先進設備相比，還存在很大差距。國內少數大型石材加工企業(yè)，近幾年從意大利引進數控異型加工設備，進行復雜的異型石材加工，進口異型加工設備主要有石材加工中心、臥式數控加工機床、立式數控加工機床、數控臺面加工機床等。石材異型加工有許多工序，即使是大企業(yè)，也是靠手工完成，特別是不規(guī)則形狀表面的打磨拋光，基本上是靠手工完成。國產異型加工設備

16、雖然有許多品種，但真正功能強的數控加工機床還沒有。異型石材加工設備的發(fā)展空間較大，主要方向就是多維數控，異型石材的設備磨拋光技術，各種復雜空間曲面的加工設備及刀具，可以借鑒金屬數控加工設備的結構及控制技術，用于石材異型加工設備。石材平面異型加工設備工藝較成熟，數控金剛石串珠繩鋸，數控水刀切割機，三維數控銑床等異型加工設備已經成熟，并廣泛應用于石材加工。圓弧石材、球形石材的切割及磨拋技術相對成熟。異型磨邊設備(特別是各種圓弧邊)，近幾年不斷推向市場，并實現了多頭連續(xù)磨削、磨光，設備化水平不斷提高。磨拋機更是顯現在石材加工行業(yè)中，有著不可取待的作用。石材磨拋機是一種研磨設備，它利用各種不同粒度的砂

17、輪磨頭，對各種石材及人工造石進行粗磨、精磨、干磨、濕磨等各道研磨工序，作拋光前的粗加工工序，同時可作拋光試樣?？梢淮涡酝瓿赡伖ぷ鳎仚C的使用可以起到一機多用的好處。 隨著現代磨拋技術的快速發(fā)展，機加工零件對表面質量要求越來越高，那么磨拋加工技術作為保障零件表面加工質量的關鍵步驟，受到越來越多的關注。磨削加工方法是利用磨料來去除材料。根據加工工件的形狀和加工要求不同，磨削加工有多種加工方式。而用砂輪或砂帶進行磨削加工是應用廣泛、高效精密的加工方法。隨著機加工產品可靠性、精度、和壽命要求的不斷提高，以及高強度、高硬度、高功能性、高耐磨性、的新型材料的普遍應用，磨削加工出現許多新問題，包括超精

18、密磨削、材料的磨削加工性及高效磨削和磨削自動化、表面完整性、等問題亟待解決。現代磨削加工技術正朝著開發(fā)精密及超精密磨削、使用超硬磨料磨具、高效、高速磨削工藝及研制高剛度、高精密的自動化磨床的趨勢發(fā)展可。機械制造業(yè)向著柔性制造單元FMC (Flexible Manufacturing Cell)、柔性制造系統FMS (Flexible Manufacturing System)、計算機集成制造系統CIMS (ComputerInte-grated Manufactur ing System) 方向迅速發(fā)展，與此同時對磨削加工也提出了自動化要求。而磨床機構設計制造在磨床智能化與高速化的前提下提出了

19、新的要求和新的課題?，F代主要技術發(fā)展方向是:采用有模態(tài)分析、有限元算法、CAD及CAE技術來研究磨削機床的動靜剛度、優(yōu)化磨床結構從而解決振動達到高穩(wěn)定性的磨削加工;磨床主軸通過氣體靜壓軸承，液壓靜壓軸承，及磁浮軸承達到精密化及高速化的要求;導軌及進給機構采用直線導軌、靜動壓導軌、靜動壓絲杠實現了高精密化與高速化;減少熱源，并抑制熱產生防止熱擴散1。 本課題以此為背景，研究種適合打磨石材板料等大型外表面的磨拋機，配合移動式磨拋機床，從而實現自動磨拋大型石材的外型面，代替?zhèn)鹘y的手工打磨，增加打磨效率，降低勞動強度。本課題將設置多個磨拋頭，將在不同的打磨環(huán)境下適用，其中設計最關鍵部分是如何實現磨拋

20、頭的移動與擺動。 1.2 國內外磨拋機的現狀與發(fā)展趨勢 砂輪磨削技術也是當今運用最廣泛的磨削技術之一,砂輪磨削與工件是剛性接觸而砂帶磨削屬于彈性接觸，可以同時實現磨削、研磨和拋光，這就是砂帶磨拋精度質量更高的原因。目前砂輪磨拋向著高速磨削方向發(fā)展，國外高速磨削研究始于1988年左右，這以后有了很大的發(fā)展，砂輪線速度由初期幾十米每秒發(fā)展到現在的幾百米每秒。國外高速高效磨削已經相當普及，亞洲屬日本高速磨削發(fā)展最普遍，歐美等國家屬美國領先。國外砂輪磨削技術已有很大進步，隨著加工對象以及應用領域的越來越廣泛，砂輪磨削技術用得到普及，顯然已經成為獲取巨大經濟效益的一種手段。國內砂輪磨肖技術發(fā)展始于

21、20世紀70年代末，改革開放使得砂輪磨削技術引起了各行業(yè)、研究單位和企業(yè)越來越多的關注。由于砂輪品種的增加和制造技術的提高，砂輪磨削設備研究及生產得到了很大的發(fā)展。 1.3 課題的研究內容與意義 通過以上研究分析，本論文主要以提高石材磨拋工作強度與效率為題進行了研究和設計，主要工作如下: (1)提出了課題研究的背景及意義，簡要介紹了國內外石材磨削的現狀與發(fā)展趨勢，并且通過結合實際從而提出了本課題的來源以及研究內容。 (2)詳細闡述了石材磨削原理:介紹了砂帶磨削一些基本的概念以及砂帶磨削原理并且簡要敘述了砂輪的磨削原理。 (3)對磨拋機工作臺的整體布局進行了結構設計與三維建模。 (

22、4)對磨拋機構相關參數進行研究，主要有相關零部件的選擇及尺寸設計。 因為石材板料具有抗污染能力強、易于控制色差、安裝方便、隔音防潮、節(jié)能降耗、成本較低等多種特點。所以設計一種能一次性完成較為復雜的石材磨拋加工工作的磨拋機。對于降低勞動強度和生產成本，提高磨拋質量和精度，提高勞動生產率具有極其重要的意義。 2 系統分析與方案的訂制 2.1 總體布局要求 磨拋機總體布局的基本要求如下： （1）首先，它必須滿足各種要求，例如加工范圍，工作精度，生產率和經濟性。 （2）確保既定過程所需的工件和工具的相對位置和相對運動。在經濟合理的條件下，嘗試使用簡單是運動機構來簡化機構，提高傳動精度

23、和傳動效率。 （3）確保磨拋機的剛度，抗振性，熱變形和噪聲水平適合所需的加工精度。 （4）應該易于觀察加工過程；易于操作，調整和維護；易于運輸，裝卸工件和清理；注意保護，確保安全。 （5）結構簡單，合理可靠，易于加工和組裝。 （6）節(jié)省原材料，降低制造成本，減少占地面積。 在滿足總體布局的基本要求的基礎上，還應考慮影響磨拋機布局的基本因素： 1）表面形成運動的影響 通常使用不同的磨頭來加工不同形狀的加工表面，從而使表面形成運動的形式和次數不同，從而導致布局上的差異。由于工件的技術要求和生產率要求不同，可以用不同的磨拋速度和不同的磨頭移動速度來加工相同形狀的加工表面，從而形成不同的

24、石材板料?？梢钥闯?，磨頭的運動直接決定著磨拋機布局的形式，是影響磨拋機布局的決定性因素。因此，在磨拋機的布局中，有必要根據加工要求全面，綜合地考慮表面形成方法和磨頭的運動，以使布局設計具有更好的技術和經濟效果。 2）磨拋機運動分配的影響 工件表面的形成方法和磨頭運動是相關的，磨拋機的運動分布是不同的，磨拋機的布局也是不同的。對于相同運動分布的布局，由于導軌和其他結構類型的布局差異，磨拋機的布局也將發(fā)生變化。分配磨拋機的動作時，一般要注意以下三點： （1）活動部件的運動應盡可能穩(wěn)。在相同條件下，電機功率和傳動部件的強度越大。 （2）有利于提高加工精度。 （3）應有助于增加磨拋機的剛度并

25、減少占地面積。 3）工件尺寸，重量和形狀的影響 磨拋機的布局將根據工件的尺寸，重量和形狀而有很大不同。另外，還應考慮磨拋機性能要求的影響，如振動、噪聲、熱變形、剛度和抗振性;操縱方便性的影響;模塊化設計法的影響等等。 2.2 磨拋機運動系統方案設計 2.2.1 運動系統的確定 可選擇電機上安裝齒輪與齒條嚙合同時加上拖鏈的作用可實現橫向的來回運動。減速電機與軌道輪配合可帶動工作臺的縱向移動。導向柱不僅可以讓電機帶動絲杠在導向作用下完成上下運動還可起到一定的緩沖作用。而氣缸拉動磨頭電機的安裝板便可讓磨頭完成前后擺動。 2.2.2 總體結構 圖1 磨拋機的總體布局 3磨

26、拋機部分零件的選型與相關計算 3.1 磨頭設計 3.1.1 砂輪的選擇 砂輪選擇應考慮的因素: 砂輪對磨削過程的影響是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生產效率等。為了獲得良好的磨削效果，正確選擇砂輪十分重要。選擇砂輪時主要考慮下列磨削條件和技術要求: a.工件材料的物理機械性能; b.工件的熱處理方法; c.工件的加工精度和表面粗糙度的要求; d.工件的形狀和尺寸: e. 工件的磨削余量; f.磨削方式(外圓、內圓或平面磨、開槽、切斷等); g.磨削用量，切削液情況，磨床情況，生產類型以及操作者的熟練程度。 砂輪的粒度是指砂輪所含磨料顆粒尺寸的大小，通常以粒

27、度號表示。磨料按其顆粒尺寸大小分為41個號，粒度號數越大顆粒越小。選擇磨料粒度時應遵循以下原則:粗磨用粗粒度、精磨用細粒度;工件材料軟、塑性大(如有色金屬)和磨削面積大的時，為避免砂輪堵塞，應選用粗粒度:成形磨削和高速磨削時粒度應選細些:磨削淬火鋼及硬質合金鋼時，宜選用中等粒度的磨料:內磨應選用較外磨為粗的粒度;磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件應選用較粗的粒度。 表3-2不同粒度磨具的使用范圍 粒度號數 實用范圍 2240# 磨鋼錠、去鑄件毛刺、切鋼坯等 46°-60" -般外圓、內圓、平面、無心磨、工具磨等 60"-90# 外圓、內圓、平面、無心磨等半精磨 100-24

28、0 精磨、成形磨、街磨、超精磨刀具刃磨 280-W20 精密磨、街磨、螺紋磨等超精加工 W20以下 研磨、精細磨、境面磨等超精加工 表3-3加工表面粗糙度與磨料粒度的關系 磨料粒度 加工表面粗糙度Ra(μm) 24~36 ≤5 >36*-46 2.5-1.25 >46-60 0.63-0.32 80-120 0.16 3.1.2 模具硬度的選擇 磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，從磨具表面脫落的難易程度。硬度高，表示磨粒難易脫落，硬度低則表示容易脫落。 硬度選擇的般原則是: 加工硬鋼或淬火鋼時選擇較軟的磨具， 加工軟鋼時選擇較硬的磨具;加工

29、青銅、韌黃銅時選軟磨具;磨具與工件接觸面積大時選擇較軟的磨具:磨削導熱性差的材料時選擇較軟的磨具;精磨、精密磨、超精磨和成形磨時，應該選擇硬的磨具:磨平面時應選用磨削相同金屬零件外圓時為軟的砂輪;干磨時所用砂輪應較濕軟些:鏡面磨削、緩進時宜選較軟砂輪;采用寬砂輪大縱向進給磨外圓時應選較軟砂輪;砂輪粒度較細時，硬度應稍軟些。機械加工中常用的砂輪硬度等級是H-N。 彈簧磨削是干磨，由彈簧材料可知，彈簧的材料的硬度屬于中硬，根據磨具選用原則，彈簧磨削磨具選中軟，代號為K。 3.1.3結合劑的選擇 表3.3結合劑的分類及應用范圍 名稱 代號 特性 應用范圍 陶瓷結合劑 V

30、由粘土等配置，化學性質穩(wěn)定，耐熱、耐油、耐酸、耐堿，多用性好，耐用度高，強度較高，成本低，但較脆 適用成型磨削，如磨螺紋、齒輪、軸承滾道等，砂輪速度宜在35m/s以下 樹脂結合劑 B 強度高、彈性好，能在高速下工作，耐熱性差，在200攝氏度以上失去粘結用，不耐算堿 可在較厚的砂輪和石墨砂輪，用于細粗糙度，高精度磨削，用作切斷和開槽用的薄片砂輪，修磨鋼坯、鑄件的粗粒度砂輪 橡膠結合劑 R 彈性好磨粒容易脫落，耐熱、耐酸、耐油性均差，且有異味 可作切斷、開槽的薄砂輪及拋光砂輪、無心磨導輪不適合與粗磨， 金屬結合劑 J 強度高、韌性高和成型性好，但自勵性差 常用的為青銅結合

31、劑，主要用于金剛石砂輪，用于粗磨，辦精磨硬質合金及切斷光學玻璃、陶瓷、半導體等 根據結合劑的特性和應用范圍選擇：陶瓷結合劑 3.1.4磨具型號的選擇 表3-5砂輪型號 砂輪名稱 代號 一般用途 平形砂輪 P 根據不同尺寸用于外圓磨、內圓磨、平面、 無心磨、工具磨、螺紋磨和砂輪機上 雙斜面一號砂輪 PSX 用于磨齒輪齒面和磨單線螺紋 雙面凹砂輪 PSA 用于外圓磨和刃磨刀具，還用作無心磨的砂輪和導輪 薄片砂輪 PB 用于切斷和開槽等 筒形砂輪 N 用于立式平面磨床上 坯形砂輪 B 用其端面刃磨刀具，也可

32、用其圓周磨平面和內孔 碗形砂輪 BW 用于刃磨刀具，也可用于導軌磨床磨機床導軌 碟形一號砂輪 D1 適于磨銑刀、鉸刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齒輪的齒面 根據砂輪的一般用途,選擇砂輪:筒形砂輪,代號:N 3.2 磨削功率計算與電機選擇 3.2.1 磨削功率計算 (3-1) 公式中各參數的含義： ——單位切削所需的力(N/mm2)； ——指工件的速度； ——經向進給量（mm）這里指料盤旋轉一周后，砂輪的磨削量； ——砂輪的寬度； ——指砂輪的線速度； ——磨粒的錐頂半角(60°~75°)。 表3-5各種工件材料的值 工件材料

33、 花崗石 硅 純鐵 鑄鐵 高速鋼 （N/mm2） 4300 5500 2800 4900 18000 根據砂輪材料選擇：=10000N/mm2 表3-6磨削常用進給量 磨削方式 平面磨削 粗磨 0.010-0.025 精磨 0.005-0.015 擬確定為0.02mm 砂輪普通磨削線速度30-35m/s，高速磨削35m/s以上。在這里我擬用=30m/s，錐頂半角=60°。參照平面磨削參數工件的速度=0.15m/s。摩擦系數選擇=0.73 由公式3-1得： =tg60°0.73 是所需的磨削力 （3-2） 單個軸承的傳動效

34、率為0.99則總傳動效率為： 電機輸入功率為： KW 3.2.2電機的選擇 電機轉速： nr/min 根據輸入功率以及輸入轉速選擇電機，經查閱資料，選擇電動機的型號Y132S-4，額定功率5.5KW，同步轉速1500r/min，滿載轉速1440r/min。 3.3 磨頭主軸的設計 3.3.1磨頭主軸的結構設計 通常，軸的設計步驟包括: a.按工作要求合理選擇軸的材料和熱處理方法; b.軸的結構設計; c.軸的強度校核計算; d.必要時作軸的剛度或振動穩(wěn)定性等的校核計算; e.繪制軸的零件工作圖。 軸的材料及其熱處理選擇 軸的常用材料是碳素鋼，合金剛

35、及球墨鑄鐵。 鋼軸毛坯多數用軋制圓鋼或鍛件，也有的用圓鋼。 碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性低，經熱處理或化學處理可得到較高的綜合力學性能(尤其在耐磨性和抗疲勞強度兩個方面)，應用最多。常用的碳鋼有35、40、45和50等優(yōu)質中碳鋼，其中45鋼應用最廣，通常進行正火或調質處理，一般用于比較重要或承載較大的軸。對于不重要或承載較小的軸，也可采用Q235,Q275等普通碳素鋼。 合金鋼比碳素鋼具有更好的力學性能和熱處理性能，常用于承載很大而重量、尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性要求的重要的軸，以及處理高溫或低溫條件下工作的軸。 選擇軸的材料和熱處理方法，主要根據軸的受力、轉速

36、、重要性等對軸的強度和耐磨性提出的要求。研究表明，鋼材的種類和熱處理措施對其彈性模量影響甚小，如欲采用合金鋼代替碳素鋼或通過熱處理來提高軸的高度，收效甚微。軸的剛度主要取決于軸的剖面尺寸，可用適當增加軸的截面面積來提高軸的剛度。此外，合金鋼對應力集中敏感性較強，價格也較高。選材是也應考慮到。 綜合考慮軸的運行環(huán)境以及軸材料的力學性能，軸的材料選擇45鋼，調質處理。 軸的結構設計就是要確定軸的合理外形和結構，以及包括各軸段長度、直徑及其他細小尺寸在內的全部結構尺寸。 軸的結構主要取決以下因素:軸在機器中的安裝位置及形式;軸的毛坯種類;軸上作用力的大小和分布情況;軸上零件的布置

37、及固定方式;軸承類型及位置;軸的加工工藝以及其他一些要求。由于影響因素很多，且其結構形式又因具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式，設計具有較大的靈活性和多樣性。但是，不論具體情況人如何，軸的結構一般應滿足以下幾個方面的要求: a.軸和軸上零件要有準確的工作位置; b.軸上零件應便于裝拆和調整; c.軸應具有良好的制造工藝性; d.軸的受力合理，有利于提高強度和剛度; e.節(jié)省材料，減輕重量; F f.形狀及尺寸有利于減小應力集中。 軸的結構設計時，一般已知裝配簡圖、軸的轉速、傳遞的功率及傳動零件的類型和尺寸等。 3.3.2軸的最小直徑估算 轉軸

38、受彎扭組合作用，在軸的結構設計前，其長度、跨距、支反力及其作用點的位置等都未知，尚無法確定軸上彎矩的大小和分布情況，因此也無法按彎扭組合來確定轉軸上各軸段的直徑。為此應先按扭轉強度條件估算轉軸上僅受轉矩作用的軸段的直徑一一軸的最小直徑 ,然后才能通過結構設計確定各軸段的直徑。 （3-3） C-計算常數，取決于軸的材料和受載情況。 當軸段上開有鍵槽時，應適當增大直徑以考慮鍵槽對軸的削弱:d>100mm時，單鍵槽增大3%，雙鍵槽增大7%;d≤100mm時，單鍵槽增大5%-7%，雙鍵槽增大10%-15%。最后對d進行圓整。 查閱資料軸常用C值:

39、C=111 由公式3-3得: 電機和軸的連接方式是直聯，即在軸的一段開孔，電機主軸套在孔內，并用鍵連接。查閱參考文獻可知，Y132S-4電機主軸直徑為38mm,計算值比電機主軸小得多，砂輪在磨削時軸受到的徑向力，以及振動比較大，=17.35mm難以滿足強度要求。綜合各種因素，以及指導老師的建議，磨頭主軸=60。 3.3.3軸的總長度 軸的長度主要決定磨頭的穩(wěn)定性，為滿足裝配空間的要求，盡可能把軸設計得長些。首先確定下磨頭的長度。從總體方案中知道工作臺的高度為1205m，查閱參考文獻可知Y132S-4電機的安裝尺寸，電機總長度為475mm,砂輪和電機的安裝空間擬確定為162.5mm,

40、則軸的長度： =1205-475-162.5=568.5mm。 上磨頭要實現進給運動，根據磨簧的高度15-150m,磨削量以及砂輪厚度的補償，來確定上磨頭的主軸長度。 =568.5+150+71.5=790mm。 3.3.4各軸段直徑和長度的要求 A.各軸段的直徑 階梯軸各軸段直徑的變化應遵循下列原則: a.配合性質不同的表面(包括配合表面與非配合表面)，直徑應有所不同; b. 加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應有所不同; c. 應便于軸上零件的裝拆。通常從初步估算的軸段最小直徑 d..開始，考慮軸上配合零部件

41、的標準尺寸、結構特點和定位、固定、裝拆、受力情況等對軸結構的要求，一次確定 軸段的直徑。 具體操作時還應注意以下幾個方面問題: a.與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動軸承內徑的標準系列。 b.軸上螺紋部分必須符合螺紋標準。 c.軸肩定位是軸上零件最方便可靠的定位方法。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩，定位軸肩通常用于軸向力較大的場合，非定位軸肩是為加工和裝配方便而設置的，其高度沒有嚴格的規(guī)定。 d.與軸上傳動零件配合的軸頭直徑，應盡可能圓整成標準直徑尺寸系列。 e.非配合的軸身直徑，可不取標準值，但一般應取成整數。 B.各軸段的長度 各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠

42、性，設計時應注意以下幾點: a.軸頸的長度通常于軸承的寬度相同。 b.軸頭的長度取決于與其相配合的傳動輪轂的寬度。 c.軸身長度的確定應考慮軸上各零件之間的相互位置關系和拆裝工藝要求和各零件間的間距。 3.3.5軸承的選型與校核 滾動軸承的選擇包括軸承類型選擇、軸承精度等級選擇和軸承尺寸選擇。 軸承類型選擇適當與否，直接影響軸承壽命以至機器的工作性能。選擇軸承類型時應當分析比較各類軸承的特性，并參照同類機器中的軸承使用經驗。選擇滾動軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質入手。在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，時用于載荷較大或有沖擊的場合。當承受純徑向載荷時，通常

43、選用徑向接觸軸承或深溝球軸承;當承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承;當承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用角接觸球軸承。 各類軸承適用的轉速范圍是不相同的，在機械設計手冊中列出了各類軸承的極限轉速。一般應使軸承在低于極限轉速下運轉。向心球軸承、角接觸球軸承和短圓柱痞子軸承的極限轉速較高。適用于較高轉速場合。推力軸承的極限轉速較低.只能用于較低轉速場合。 根據軸的應用場合可知，軸在砂輪磨削的作用下受到軸向力，以及在磨削時受到的徑向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點:可同時承受徑向負荷和軸向負荷，也可承受純軸向符合。適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工

44、作中調整游隙時，常用于蝸桿減速器、離心機、電鉆、穿孔機等 其次，在選擇軸承類型時還需考慮安裝尺寸限制、裝拆要求，以及軸承的調心件能和風度，一般球軸承外形尺寸較大，滾子軸承較小，滾針軸承的徑向尺寸最小而軸向尺寸較大，此外，不同系列的軸承，其外形尺寸也不相同。 選擇軸承一般應根據機械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉速n,預先確定一個適當的使用壽命L (用 工作小時表示)，再進行額定動裁荷和額定靜載荷的計算。 對于轉速較高的軸承(n>10r/min)，可按基本額定動載荷計算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當軸承可靠性為90%、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運轉時，

45、取500h作為額定壽命的基準，同時考慮溫度、振動、沖擊等變化，則軸承基本額定動載荷可按下式進行簡化計算。 （3-4） ——基本額定動載荷計算值，N; ——當量動載荷，N； ——壽命因數：1 ——速度因數：0.822 ——力矩載荷因數，力矩載荷較小時取1.5，較大時取2； ——沖擊載荷因數：1.5 ——溫度因數：1 ——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷，N; 查文獻【3】中的表6-2-8至6-2-12，得： =1；=0.822；=1.5；=1.5；=1。 在本運輸裝置中，可以假設軸承只承受徑向載荷，則當量動載

46、荷為： （3-5） 查文獻【3】的表6-2-18，得X=1，Y=0 所以，。由以上可得： 本運輸機中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻【6】的附表6-1，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數為：內徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷=22.2KN，基本額定靜載荷，極限速度為，質量為0.219kg。 然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計算公式為： （3-6） 式中： ——基本額定靜載

47、荷計算值，N； ——當量靜載荷，N; ——安全因數 ——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷，N。 查文獻【3】的表6-2-14知，對于深溝球軸承，其當量靜載荷等于徑向載荷。 查文獻【3】的表6-2-14知，安全系數=1.2 則軸承的基本額定靜載荷為： 由上式可知，選取的軸承符合要求。 3.3.6軸承的潤滑 潤滑對于滾動軸承具有重要意義。軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還具有散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等。潤滑方式與軸承速度有關，一般根據軸承的值(d為滾動軸承內徑，單位mm; n為軸承轉速，單位r/min)作出選擇。 = 查閱資料對照表選擇脂潤滑為軸

48、承的潤滑方式。 3.3.7滾動軸承的密封 軸承工作時，潤滑劑不允許很快流失，且外界灰塵、水分及其他雜物也不允許進入軸承，故應對軸承設置可靠的密封裝置。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩類。 A.接觸式密封 通過軸承蓋內部放置的密封件與傳動軸表面的直接接觸而起密封作用。密封件主要用毛氈、橡膠圈、皮碗等軟性材料，也有用減磨性好的硬質材料如石墨、青銅、耐磨鑄鐵等。軸與密封件接觸部位需要磨光，以增強防泄漏能力和延長密封件的壽命。 B.非接觸式密封 接觸式密封必然在接觸處產生摩擦，非接觸式密封則可以避免此類缺點，故非接觸式密封常用于速度較高的場合。 鑒于磨頭主軸在靠近

49、砂輪端受到的振動比較大，在磨削時產生的磨削四處飛濺。假如用接觸式密封，主軸在高速旋轉時軸和密封圈摩擦厲害，磨簧機運轉一定時間密封圈就達不到密封效果。磨屑容易進入軸承，影響軸承壽命和磨削精度。權衡利弊，我選擇非接觸式密封，即選用迷宮式密封，在縫隙中填脂。 3.4主軸組件的驗算 主軸在工作中的受力情況嚴重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此主軸的計算主要是剛度的驗算，與一般軸著重于強度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強度的要求。 剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當載荷一定時，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度

50、。主軸組件的彈性變形計算包括:主軸端部撓度和主軸傾角的計算。 3.4.1 支承的簡化 對于兩支承主軸，若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承，或者有兩個單列球軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁。若前支承有兩個以上滾動軸承，可認為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁。此次設計的主軸，前支承選用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個推力球軸承作為支承，即可認為主軸在前支承處無彎曲變形。 3.4.2 主軸的撓度 查《材料力學1》第188頁的表6.1可得此時的最大撓度 （3-7） 其中， ——主軸前端受力。此處， ——A

51、、B之間的距離。此處， ——主軸材料的彈性模量。45鋼的 ——主軸截面的平均慣性矩。當主軸平均直徑為D，內孔直徑為d時，。此處 故可以計算出，主軸端部的最大撓度： 3.4.3 主軸傾角 主軸上安裝主軸和安裝傳動齒輪處的傾角，稱為主軸的傾角。此次設計的主軸主要考慮主軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。 此時的最大傾角 其中， ——主軸前端受力。此處， ——A、B之間的距離。此處， ——主軸材料的彈性模量。45鋼的 ——主軸截面的平均慣性矩。當主軸平均直徑

52、為D，內孔直徑為d時，。此處 故可以計算出，主軸傾角為： 查《砂輪磨頭設計》可知： 當 時，剛性主軸的剛度滿足要求。 此時的，即為最大撓度和最大傾角，為主軸支承跨距。將已知數據和代入即可以得到：初步設計的主軸滿足剛度要求。 3.5 傳動齒輪齒條的設計 選擇齒輪材料、熱處理方法、精度等級、齒數： 考慮到齒輪傳遞的功率，故齒輪、齒條都選用45鋼調質處理，齒面硬度分別為220HBS、260HBS，7級精度。 齒輪、齒條的模數擬確定為：m=3; 圓柱齒輪齒數為：z=19； 分度圓直徑： （3-1） 由公式3-1得：

53、 因為齒輪齒條傳動的功率不是特別大，齒寬系數： （3-2） 由公式3-2得： b=0.4×57=22.8mm 對齒寬進行圓整 （3-8） 由公式3-8得： （3-9） 齒高h=2.25mm由公式3-9得： H=2.25×3=7.25mm 校核齒根彎曲疲勞強度： (3-10)

54、 確定公式中各參數值： a.計算載荷系數K: (3-11) 查閱資料得使用系數=1；根據v=20mm/min、7級精度，得動載系數=1、=1.15。 由公式3-11得： （3-12） 由公式3-12得： b.查閱文獻，齒輪、齒條的彎曲疲勞強度極限，； c.經查閱文獻取，； d.許用彎曲應力: 取定彎曲疲勞安全系數，應力修正系數

55、 （3-13） 由公式3-8得： e.齒型系數、和應力修正系數、： 查閱文獻得： ， ， f.計算大小齒輪的與，并加以比較其中較大值 帶入公式計算： 圓柱齒輪的數值大，應按照圓柱齒輪校核齒根彎曲疲勞強度 g.校核計算： 將相關公式代入3-5得： 所以設計的齒輪齒條滿足要求。 3.6 絲杠的選型與校核 表4-1滾珠絲杠副支承 支承方式 特點 一端固定一端自由 結構簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉速都較低設計時盡量使絲桿受拉伸。這種安

56、裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。 一端固定一端游動 需保證螺母與兩端支承同軸，故結構較復雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數量，轉速不高時多用更經濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。 兩端固定 只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為-?-端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比-端固定要高?？梢灶A拉伸，預拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結構和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合

57、。 滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機構。他的作用就是把旋轉運動轉和直線運動進行相互轉換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉動時帶動滾珠滾動。 設Z向最大行程為300mm,?最快進給速度為18m/min,?兩套磨頭組大概質量為300kg,工作臺大概質量為200kg,移動部件大概質量為650kg。 3.6.1 絲桿的選型 a導程的確定 電機與絲桿通過聯軸器連接，故其傳動比i=1，選擇電機Y系列異步電動機的最高轉速，最大轉矩，則絲杠的導程為： 取 b確定絲杠的等效轉速 基本公式 （3-14） 最大進給速度

58、是絲杠的轉速： 最大進給速度是絲杠的轉速： 絲杠的等效轉速： 取故 C估計工作臺質量和負重 兩套磨頭組重量 工作臺重量 移動部件重量 d確定絲杠的等效負載 工作負載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數為0.03，K為顛覆力矩影響系數，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為 其等效載荷按照下式計算（式中取，） （3-15） e確定絲杠所受的最大動載荷 ——負載性質系數（查表?。?.2） ——溫度

59、系數（查表?。?） ——硬度系數（查表取：1） ——精度系數（查表?。?） ——可靠性系數（查表取：1） ——等效負載 ——等效轉速 ——工作壽命，取絲杠的工作壽命為15000h 由上式計算得 f精度的選擇 滾珠絲杠副的精度對電氣機床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數中，導程誤差對機床定位精度是最明顯的。一般在初步設計時設定絲杠的任意300mm行程變動量應小于目標設定定位精度值的1/3~?1/2,在最后精度驗算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1~3級(1級精度最高)，Z軸為2~5級，考慮到本設計的定位精度要求及其經濟性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。 g

60、選擇型號 計算得出 則 公稱直徑 則選擇FFZD型內循環(huán)浮動返向器，雙螺母墊片預緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。 3.6.2 校核 滾珠絲桿副的拉壓系統剛度影響系統的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的拉壓系統剛度Ko，有絲桿本身的拉壓剛度Ks，,絲桿副內滾道的接觸剛度度，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。 a臨界壓縮負荷驗證 絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負荷按下列計算: （3-16） 材料的彈性模

61、量， 最大受壓長度（m） 安全系數，取1.3 最大軸向工作負荷（N） 絲桿支撐方式系數，取15.1 絲桿最小截面慣性矩（） (3-17) 絲桿公稱直徑（mm） 滾珠直徑（mm） 絲桿螺紋不封閉長度=工作臺最大行程+螺母長度+兩端余量 支撐距離應該大于絲桿螺紋部分長度，選取代入上式計算得出可見，臨界壓縮負荷滿足要求。 b臨界轉速驗證 滾珠絲桿副高速運轉時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉速，要求絲杠的最高轉速： (3-18) ——絲桿最小截面： 絲桿內徑，單位mm

62、 材料密度 臨界轉速計算長度，單位mm，本設計中該值為： 安全系數，可取0.8 絲杠支承系數，雙推-簡支方式時取18.9 經過計算，得出，該值大于絲杠臨界轉速，所以滿足要求。 c絲桿拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 絲杠系統的軸向拉壓系統剛度的計算公式 式中 ——絲杠最小橫截面， 螺母座剛度 當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中L值分別為750mm和10mm經計算得： (3-19) （3-20）

63、式中 ——滾珠絲杠副的拉壓系統剛度 ——螺母座的剛度， ——絲杠副內滾道的接觸剛度 ——絲杠本身的拉壓剛度 ——軸承的接觸剛度 經計算得絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于，能滿足要求。 3.6.3 電機的選擇 步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個距角增量。?電機總的回轉角與輸入斯沖數成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機電一體化產品中。選擇步進電動機時首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，再者還要考慮轉動慣量、負載轉矩

64、和工作環(huán)境等因素。通過以上的計算，選擇電機型號為SIEMENS的IFT5066。 結 論 本課題結合目前國石材立式球磨機的研究現狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種石材立式磨拋機開發(fā)過程。本文主要完成的工作如下: 1、石材立式磨拋機結構方案的確定。分析了石材立式磨拋機的特點，確定了石材立式磨拋機基本結構，并確定其基本尺寸。 2、確定了石材立式磨拋機技術指標及參數。對該石材立式磨拋機進行了計算。 3、零件的剛度和壽命計算與校核。對大部分已設計零件進行剛度和壽

65、命計算，確保滿足使用要求，使該石材立式磨拋機有足夠的可靠性。 通過本次畢業(yè)設計，不僅把大學所學到的理論知識很好的運用到畢業(yè)設計中，而且培養(yǎng)了自己認真思考的能力，在處理問題時有了新的認識和方法，并加強了和同學之間進行探討和解決問題的能力。 通過對專業(yè)知識的接觸和深入學習，以及對相關信息的獲取，我深切地認識到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時間內改變這種現狀是很難的，尤其是對于我們這樣一個國情的大國。所以，我們應該擁有的是一種民族意識，不斷的追求創(chuàng)新。 本次畢業(yè)設計中，我做的是立式多磨頭磨拋

66、機整體設計，通過本次畢業(yè)設計，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運用國家標準、機械類手冊和圖冊等工具進行設計計算分析。這次畢業(yè)設計還讓我體會到團體的力量，提高自己的團隊意識，遇到問題時和小組成員進行討論和分析或是請教老師，直到得到滿意的結果。 展望: 希望能將這套設計應用到具體實踐當中，通過實踐來驗證理論的正確性。通過理論知識與具體實踐結合起來，才能真正把一門知識應用起來。 參 考 文 獻 [1]張建民機電一體化系統設計[M].高等教育出版社，200 (2) : 45~49. [2]馮開平，左宗義.畫法幾何與機械制圖[M].華南理工大學出版社，2005 (3) :51~60. [3]顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西科學技術出版社，1999 (6) : 11. [4]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室理論力學[M].高等教育出版社，2002 (4) :79~83. [5] 華東紡織工學院哈爾濱工業(yè)大學天津大學.機床設計圖冊[S].上?？茖W技術出版社.1979 (5) :15~21. [6]機械設計手冊編寫組. 機械設計手冊[S].機械工業(yè)出版社.1986 (6