砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì),砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì),砂輪,回轉(zhuǎn),試驗(yàn),實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 08 級(jí) 3 班
學(xué) 號(hào) 學(xué)生 指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁(yè)）
一．主要內(nèi)容：
1.分析課題條件要求，查閱文獻(xiàn)，擬定總體設(shè)計(jì)方案；2.機(jī)械設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)；3.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，翻譯外文，編寫(xiě)文獻(xiàn)綜述。
二．要求：
1. 機(jī)械設(shè)計(jì)；2. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于6000字；3. 查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；獻(xiàn)綜述不少于3000字。
三．主要參考資料：
《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 化學(xué)工業(yè)出版社
《現(xiàn)代機(jī)床電器》 機(jī)械工業(yè)出版社
《傳感器原理及應(yīng)用》 強(qiáng)錫富編
三、時(shí)間安排
1-4 周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)
5-10 周 完成總體設(shè)計(jì)、完成電路圖及程序并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)
10-12 周 修改論文、資格審查等
13 周 畢業(yè)答辯
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí) 間： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 05 月 19 日
專(zhuān)業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：
審批人簽名：
日 期：
單位代碼
學(xué) 號(hào)
分 類(lèi) 號(hào)
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
2012年 5 月 15 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告表
課題名稱(chēng)
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
課題類(lèi)型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
專(zhuān) 業(yè)
學(xué) 號(hào)
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)、砂輪回轉(zhuǎn)機(jī)的使用和維護(hù)、微機(jī)控制砂輪高速回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等以及與設(shè)計(jì)相關(guān)的手冊(cè)。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)該設(shè)計(jì)過(guò)程，可以檢驗(yàn)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生處理工程中實(shí)際問(wèn)題的能力，因此意義特別重大。
擬定機(jī)械設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于6000字，查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇，文獻(xiàn)綜述不少于3000字。
三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路
本設(shè)計(jì)通過(guò)電機(jī)控制使砂輪在其額定轉(zhuǎn)速1.5倍轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，檢驗(yàn)砂輪是否合格，電機(jī)與砂輪間的速度傳遞通過(guò)同步齒形帶保證其傳遞效率，而電機(jī)的增速通過(guò)變頻器的控制來(lái)調(diào)節(jié)。
2、預(yù)期的成果
（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字
（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份
（3）繪制裝配圖，部分零件圖
（4）刻錄包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤(pán)一張
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
1周——2周 收集設(shè)計(jì)資料并完成開(kāi)題報(bào)告
3周——4周 完成英文資料翻譯并寫(xiě)出文獻(xiàn)綜述
5周——6周 進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和部分零部件的選擇與設(shè)計(jì)
7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
11周 修改整理，準(zhǔn)備答辯
五、完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素
本人已修完機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)、金屬工藝學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，借助圖書(shū)館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類(lèi)型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告
（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)綜述) 第 8 頁(yè)
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
摘 要 本文介紹了大型自動(dòng)控制砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)研制,通過(guò)設(shè)計(jì)一體式砂輪卡盤(pán)及新結(jié)構(gòu)防護(hù)罩,采用交流變
頻、計(jì)算機(jī)控制技術(shù),研制出了新一代性能優(yōu)良的大型回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),具有自動(dòng)化程度高,操作維護(hù)簡(jiǎn)便,數(shù)字化顯示主軸
轉(zhuǎn)速,節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制;砂輪;回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)
1 概述
砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度是衡量砂輪質(zhì)量的最重要指標(biāo)之一,直接影響到人身及設(shè)備的安全,回轉(zhuǎn)機(jī)是檢測(cè)砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度的專(zhuān)用設(shè)備。隨著我國(guó)加入WTO 和機(jī)械行業(yè)的振興,特別是汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展,對(duì)曲軸磨等大直徑砂輪的需求迅速增長(zhǎng),因而生產(chǎn)大直徑砂輪廠家的數(shù)量增多,砂輪生產(chǎn)廠家和使用廠家對(duì)大型回轉(zhuǎn)機(jī)的市場(chǎng)需求變大。
我國(guó)目前生產(chǎn)和使用的大型回轉(zhuǎn)機(jī)主要有以下幾種: (1)簡(jiǎn)易回轉(zhuǎn)機(jī):采用人工開(kāi)關(guān)直接控制電機(jī)的啟動(dòng)停止,電機(jī)和回轉(zhuǎn)機(jī)主體分別固定在基礎(chǔ)上,無(wú)測(cè)速及速度控制裝置,速度變化通過(guò)更換皮帶輪來(lái)實(shí)現(xiàn),速度誤差大,安全防護(hù)措施簡(jiǎn)單,屬于五六十年代的水平。(2)使用電磁調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī):通過(guò)控制器控制調(diào)速電機(jī)的運(yùn)行及速度,控制簡(jiǎn)單,便于維修;利用轉(zhuǎn)速表可實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)量及顯示。缺點(diǎn)是噪音大,不能實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制,控制精度低;由于電磁調(diào)速電機(jī)要通過(guò)電磁離合器傳遞力矩,故同樣載荷下所需電機(jī)功率較大。( 3)采用直流電機(jī)拖動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī):直流電機(jī)拖動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī),這種設(shè)備噪音低,升降速平穩(wěn),控制精度高,但線路復(fù)雜,造價(jià)也偏高,維修水平要求也高。
綜上所述,從目前已生產(chǎn)出回轉(zhuǎn)機(jī)的情況來(lái)看還有許多需加以改進(jìn)的地方:(1)主軸系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)。主軸系統(tǒng)是回轉(zhuǎn)機(jī)的關(guān)鍵,現(xiàn)在的主軸系統(tǒng)采用分體結(jié)構(gòu),油浴潤(rùn)滑,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度不易保證,裝配維修復(fù)雜。(2)防護(hù)罩存在著安全隱患?，F(xiàn)有的回轉(zhuǎn)機(jī)均采用活動(dòng)式防護(hù)罩,沉重的防護(hù)罩僅靠立柱通過(guò)螺栓固定,存在著安全隱患。(3)裝卸砂輪麻煩。由于砂輪沉重,常采用數(shù)人人工裝卸,勞動(dòng)強(qiáng)度大且不安全;條件較好的廠家采用軟帶兜著砂輪而后行車(chē)裝卸,工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低了,但行車(chē)裝卸找正不易,最少仍需兩人且配合要特別好。(4)電氣控制部分有的極其簡(jiǎn)單, 有的線路復(fù)雜,造價(jià)也偏高,維修水平要求也高,已不能適應(yīng)信息社會(huì)及行業(yè)發(fā)展的要求。本設(shè)備的推出,對(duì)提高砂輪檢測(cè)設(shè)備的水平,促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,具有較大的積極作用。
2 調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)述
回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)由于適用的砂輪規(guī)格較多,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)砂輪試驗(yàn)時(shí)的速度精度要求嚴(yán)格,所以要求回轉(zhuǎn)試
驗(yàn)機(jī)有很好的調(diào)速和穩(wěn)速性能,調(diào)速范圍從幾百轉(zhuǎn)/分到數(shù)千轉(zhuǎn)/分。常用的調(diào)速技術(shù)有:機(jī)械調(diào)速、液壓氣動(dòng)調(diào)速、電氣調(diào)速,下面簡(jiǎn)要介紹各種調(diào)速技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。
⑴機(jī)械調(diào)速通過(guò)采用各種齒輪、鏈輪、蝸輪蝸桿減速器,僅能得到有限的一擋或幾檔速度, 一般用于減速傳動(dòng); 采用摩擦輪的各種機(jī)械式變速器,一般用于低速傳動(dòng),傳遞功率較小。機(jī)械調(diào)速裝置體積大,噪音大,調(diào)速范圍有限。
⑵液壓、氣動(dòng)調(diào)速通過(guò)采用節(jié)流閥或變量泵來(lái)改變供給液壓馬達(dá)的流量,可實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)整。液壓調(diào)速在速度變化范圍寬時(shí)低速功率損失較大,調(diào)速精度不易保證,液壓調(diào)速裝置易發(fā)生跑冒滴漏,發(fā)熱量大,液壓泵噪音大。液壓調(diào)速?lài)?guó)外只在小型高速輕負(fù)荷的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)有所應(yīng)用,國(guó)內(nèi)尚無(wú)實(shí)例。氣動(dòng)調(diào)速機(jī)械特性很軟,不能適用于回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),噪音同樣較大。
⑶電氣調(diào)速分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。直流調(diào)速線路復(fù)雜,造價(jià)也偏高。現(xiàn)主要介紹交流調(diào)速。
近十年來(lái),隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命,即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善設(shè)備性能以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)電流的頻率進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,已從簡(jiǎn)單的V / f控制到高性能的矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的方式; 16 位、32位高速微處理器以及信號(hào)處理器(DSP)和專(zhuān)用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能提供了硬件手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起、制動(dòng)性能,高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻器從模擬式、數(shù)字式、智能化、多功能向集中型發(fā)展。最近,日本安川公司提出了以變頻器、伺服裝置、控制器及通訊裝置為中心的” D&M&C”概念。
我國(guó)變頻器設(shè)計(jì)制造水平、產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性、售后服務(wù)水平都有了顯著的提高,價(jià)格迅速降低,性?xún)r(jià)比明顯。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍已有很大發(fā)展,石油、石化、機(jī)械、冶金、紡織等行業(yè)都經(jīng)過(guò)了單系統(tǒng)試用、大量使用和整套裝置系統(tǒng)使用3個(gè)發(fā)展階段。將變頻技術(shù)用于磨料磨具行業(yè)到了水到渠成的時(shí)候。
3 設(shè)計(jì)與研制
參照國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有相近的回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),結(jié)合我們多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過(guò)分析和論證,我們確定了下述技術(shù)方案:
⑴重新設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng),提高其裝配精度;重新設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的防護(hù)罩,消除安全隱患;設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的砂輪卡盤(pán),便于砂輪裝卸。
⑵采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù),實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)整。
⑶采用微機(jī)解決相應(yīng)的軟硬件問(wèn)題,通過(guò)人機(jī)對(duì)話界面輸入砂輪有關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù),能自動(dòng)檢查、提示;設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有指示燈顯示;實(shí)時(shí)數(shù)字顯示主軸的瞬間轉(zhuǎn)速;試驗(yàn)數(shù)據(jù)可按用戶(hù)的要求進(jìn)行查詢(xún)、打印。
⑷采用單片機(jī)為前置機(jī),接受微機(jī)Rs232口發(fā)出的控制指令,控制變頻器的運(yùn)行;單片機(jī)把主軸運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)微機(jī)Rs232口在主控界面上顯示出來(lái),從而由微機(jī)實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)過(guò)程的全自動(dòng)控制。根據(jù)技術(shù)方案,進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研制:
3. 1 機(jī)械設(shè)計(jì)
3. 1. 1 主電機(jī)功率確定
本設(shè)備適用砂輪的直徑范圍: 300～1100mm;最高轉(zhuǎn)速6000r /min;最大負(fù)荷150kg;砂輪最大使用速度100m / s。采用變頻調(diào)速技術(shù)后根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn),確定主電機(jī)功率2.2kW,轉(zhuǎn)速2840 r /min。
3. 1. 2 軸承的選擇
軸承是主軸系統(tǒng)的關(guān)鍵件,由于軸承要承受砂輪高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下不平衡所產(chǎn)生的巨大離心力,又要高速旋轉(zhuǎn),為避免因配合精度導(dǎo)致主軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中溫度過(guò)高及平穩(wěn)性受影響,以往采用高精度進(jìn)口軸承,價(jià)格昂貴。為了在滿(mǎn)足設(shè)備性能需要的同時(shí)又降低成本和便于采購(gòu),我們考察了國(guó)內(nèi)主要的軸承生產(chǎn)廠家,我們選用了角接觸軸承7022AC /P5。為了滿(mǎn)足軸承的潤(rùn)滑要求,降低噪聲,我們優(yōu)選了高性能的軸承潤(rùn)滑脂,該潤(rùn)滑脂耐160℃的溫度,可滿(mǎn)足高速大負(fù)荷軸承的潤(rùn)滑要求,可長(zhǎng)期使用,避免了采用油浴潤(rùn)滑易于泄露污染的缺點(diǎn)。
3. 1. 3 主軸的結(jié)構(gòu)
鑒于試驗(yàn)的砂輪孔徑不同, 其孔徑從D127 ～D305mm,主軸的結(jié)構(gòu)有兩種方案可供選擇。一:主軸采用通軸結(jié)構(gòu),不同孔徑通過(guò)更換卡盤(pán)的方式來(lái)解決,主軸精度高,容易加工。二:主軸采用錐軸結(jié)構(gòu),不同孔徑的砂輪可用強(qiáng)度相匹配的芯軸,但是加工難度大,精度不易保證。經(jīng)過(guò)分析論證,我們采用了方案一進(jìn)行主軸的設(shè)計(jì)。為減小高速回轉(zhuǎn)砂輪產(chǎn)生的振動(dòng),應(yīng)保證砂輪裝卡過(guò)程中其對(duì)軸心的同軸度,我們提高了砂輪卡盤(pán)內(nèi)孔和主軸配合精度。主軸材料為40Cr,主軸加工采取通軸精磨。為避免裝卸砂輪對(duì)主軸表面的磨損及磕碰,影響其安裝精度,造成偏心力增大而引起劇烈振動(dòng),主軸表面高頻淬火提高其表面硬度。
3. 1. 4 設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的砂輪卡盤(pán),便于砂輪裝卸。
我們?cè)O(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的一體式砂輪卡盤(pán)。安裝砂輪時(shí)首先將砂輪卡盤(pán)和砂輪固定在一起,然后用吊鉤鉤著卡盤(pán),平衡吊車(chē)輕松找正,一人即可操作。既減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度且安全性提高,又保證了砂輪內(nèi)孔在裝卸中不受破壞。
3. 1. 5 設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的防護(hù)罩。
砂輪檢驗(yàn)時(shí)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中經(jīng)常破碎,直接影響到人身及設(shè)備的安全,防護(hù)罩是提供保護(hù)的最重要部件。
現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)機(jī)均采用活動(dòng)式防護(hù)罩,沉重的防護(hù)罩僅靠立柱通過(guò)螺栓固定機(jī)座或基礎(chǔ)上,存在著安全隱患,某廠就發(fā)生過(guò)立柱斷裂情況,險(xiǎn)些傷人。防護(hù)罩本身有數(shù)百公斤重,砂輪檢驗(yàn)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中破碎,由動(dòng)能定律知,碎片擊打防擴(kuò)罩的能量相當(dāng)高,可達(dá)數(shù)噸/米。固定防護(hù)罩的立柱呈懸臂結(jié)構(gòu),砂輪經(jīng)常破碎所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力使立柱發(fā)生疲勞破壞,固定螺栓易于松動(dòng),危及人身及設(shè)備的安全。同時(shí)數(shù)百公斤重的防護(hù)罩開(kāi)關(guān)亦不方便。我們?cè)O(shè)計(jì)的防護(hù)罩牢固地焊接在機(jī)座上,從根本上保證了人身及設(shè)備的安全。防護(hù)罩采用雙層結(jié)構(gòu),內(nèi)外圈之間加減振材料,減少噪聲。防護(hù)罩上裝有輕便的安全門(mén),砂輪裝卸打開(kāi)安全門(mén)即可,操作方便。
3. 2 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制
經(jīng)過(guò)分析和論證,我們認(rèn)為控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能:
( l)實(shí)時(shí)數(shù)字顯示主軸的瞬間轉(zhuǎn)速。
(2)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有指示燈顯示。
(3)主軸運(yùn)行曲線調(diào)整。
(4)電氣能耗剎車(chē)。
(5)輸入?yún)?shù)自動(dòng)檢查、提示。
(6)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可按用戶(hù)的要求進(jìn)行查詢(xún)、打印。
自動(dòng)控制系統(tǒng)由微機(jī)和單片機(jī)聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)工作。此系統(tǒng)中,單片機(jī)部分作為前置機(jī),通過(guò)
串口接受微機(jī)發(fā)出的控制指令,微機(jī)通過(guò)Rs232口再把單片機(jī)傳送過(guò)來(lái)的主軸運(yùn)行狀態(tài)顯示出來(lái)在主控界面上,從而由微機(jī)實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)過(guò)程的全自動(dòng)控制。微機(jī)通過(guò)人機(jī)對(duì)話界面輸入砂輪的外徑、工作線
速度或檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速等與砂輪有關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù),若待檢砂輪的實(shí)驗(yàn)參數(shù)輸入錯(cuò)誤、不符合標(biāo)準(zhǔn),可自動(dòng)檢查、提示;設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有指示燈顯示;實(shí)時(shí)數(shù)字顯示主軸的瞬間轉(zhuǎn)速;試驗(yàn)數(shù)據(jù)可按用戶(hù)的要求進(jìn)行查詢(xún)、打印。
人機(jī)對(duì)話界面
單片機(jī)系統(tǒng)采用價(jià)廉、抗干擾性能好的51系列單片機(jī),控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速值和升速時(shí)間,計(jì)算出用
于控制D /A轉(zhuǎn)換的單位時(shí)間的遞增值,D /A輸出的電壓控制變頻器的輸出頻率,從而控制主軸按設(shè)定的升速曲線將主軸的轉(zhuǎn)速?gòu)牧銊蛩偕猎O(shè)定轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速升到設(shè)定轉(zhuǎn)速值,啟動(dòng)維持時(shí)間定時(shí)器,開(kāi)始計(jì)時(shí),進(jìn)入維持時(shí)間。在維持轉(zhuǎn)速時(shí)間內(nèi)根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的誤差,應(yīng)用PID方法調(diào)節(jié),使轉(zhuǎn)速維持在1%的誤差范圍內(nèi)。
4 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
設(shè)備達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下:
⑴回轉(zhuǎn)砂輪最大直徑: 1100mm
⑵最高轉(zhuǎn)速4000 r /min
⑶最大負(fù)荷150kg
⑷主軸徑向跳動(dòng)0. 02mm
⑸轉(zhuǎn)速調(diào)整精度≤0. 5%
⑹轉(zhuǎn)速靜態(tài)穩(wěn)定度≤0. 5%
⑺空載時(shí)最大噪音80分貝
⑻轉(zhuǎn)速變化率≤1%
⑼延時(shí)精度≤1%
⑽電機(jī)功率11kW
5 使用結(jié)果
設(shè)備經(jīng)一汽集團(tuán)大連柴油機(jī)廠、二汽發(fā)動(dòng)機(jī)廠等用戶(hù)使用,用于曲軸磨等大直徑砂輪的試驗(yàn),普遍反映該設(shè)備具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、數(shù)值化顯示主軸轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確直觀、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、節(jié)能、便于管理,其性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)其他同類(lèi)型砂輪回轉(zhuǎn)機(jī)。
6 結(jié)論
通過(guò)重新設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng),采用交流變頻、微機(jī)控制技術(shù),研制出了新一代性能優(yōu)良的大型回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、節(jié)能降耗、試驗(yàn)數(shù)據(jù)可按用戶(hù)的要求進(jìn)行查詢(xún)打印等特點(diǎn),所研制的自動(dòng)控制大型砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)先進(jìn)適用,該設(shè)備的研制成功提高了我國(guó)砂輪檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)水平。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
2012年 03 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè)
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
隨著我國(guó)加入WTO 和機(jī)械行業(yè)的振興,特別是汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)曲軸磨等大直徑砂輪的需求迅速增長(zhǎng),因而生產(chǎn)大直徑砂輪廠家的數(shù)量增多,致使砂輪的發(fā)展也趨于高速化，而高速砂輪的出廠又必需經(jīng)過(guò)強(qiáng)度檢驗(yàn)。砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度是衡量砂輪質(zhì)量的最重要指標(biāo)之一,直接影響到人身及設(shè)備的安全，回轉(zhuǎn)機(jī)是檢測(cè)砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度的專(zhuān)用設(shè)備。回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)由于適用的砂輪規(guī)格較多,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)砂輪試驗(yàn)時(shí)的速度精度要求嚴(yán)格,所以要求回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)有很好的調(diào)速和穩(wěn)速性能,調(diào)速范圍從幾百轉(zhuǎn)/分到數(shù)千轉(zhuǎn)/分。
該設(shè)計(jì)包括機(jī)械設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)兩部分，機(jī)械設(shè)計(jì)部分主要包括電機(jī)的型號(hào)選擇、同步帶的設(shè)軸的設(shè)計(jì)、軸承的選擇以及法蘭盤(pán)和砂輪防護(hù)罩的設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)部分主要是變頻器的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)同步帶傳遞到軸上帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的速度通過(guò)變頻器來(lái)控制，從而實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證砂輪的強(qiáng)度是否合格。
關(guān)鍵詞：砂輪，同步帶，變頻器
The grinding wheel rotation testing machine design
Author:Huang jian
Tutor: Li Chang shi
Abstract
With China's accession to the WTO and the revitalization of mechanical industry, especially the development of automobile industry, large diameter of crankshaft grinding wheel demand growth, thus producing big diameter the growing number of grinding wheel manufacturer, the development of the grinding wheel, tend to be fast pace, and high speed grinding wheel factory and necessary after strength test. The grinding wheel turn strength is the most important measure of grinding wheel quality indexes, directly affect the person and the safety equipment, back to the turn of the strength of the grinding wheel is used to test the return of special equipment. Because of the grinding wheel rotation testing machine for specifications, so relevant standards to the grinding wheel speed test accuracy requirement strictly, so the requirement rotation testing machine have very good control performance and steady speed, speed range from hundreds of thousands to turn/turn/points.
This design including mechanical design and control circuit design two parts, mechanical design part mainly includes the motor model selection, synchronous belt of the design, bearing a shaft of choice and flange constructed and the design of the grinding wheel cover. Circuit design is the design of the main part of the frequency converter. This design is driven by motor synchronous belt transmission shaft grinding wheel rotation to drive, motor speed through the frequency converter to control, so as to realize the strength of the grinding wheel validation if they are qualified.
Key words: grinding wheel, synchronous belt, inverter
目錄
1緒 論 1
1.1砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)概述 1
1.2回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)工藝要求分析 1
1.3回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的拖動(dòng)方式 2
1.4砂輪機(jī)操作規(guī)程 3
1.5砂輪的保養(yǎng) 4
1.5.1砂輪的檢查 4
1.5.2砂輪的安裝 4
1.5.3砂輪的平衡試驗(yàn) 5
1.5.4砂輪的修整 5
2 機(jī)械設(shè)計(jì) 6
2.1電機(jī)功率的確定 6
2.2步進(jìn)電機(jī)同步齒形帶的設(shè)計(jì) 6
2.2.1選擇帶的帶型 6
2.2.2 確定帶輪直徑及帶速 6
2.2.3確定中心距及帶長(zhǎng) 7
2.2.4 確定帶寬 7
2.2.5確定帶輪的寬度 8
2.2.6結(jié)果整理 8
2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
2.4 軸的強(qiáng)度校核 10
2.5 軸承的選擇 10
2.6 軸承壽命校核 11
2.7 設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的砂輪卡盤(pán) 12
2.8 設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的防護(hù)罩 12
結(jié) 論 13
致 謝 14
參考文獻(xiàn) 15
1緒 論
1.1砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)概述
砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度是衡量砂輪質(zhì)量的最重要指標(biāo)之一,直接影響到人身及設(shè)備的安全,回轉(zhuǎn)機(jī)是檢測(cè)砂輪回轉(zhuǎn)強(qiáng)度的專(zhuān)用設(shè)備。隨著我國(guó)加入WTO 和機(jī)械行業(yè)的振興,特別是汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展,對(duì)曲軸磨等大直徑砂輪的需求迅速增長(zhǎng),因而生產(chǎn)大直徑砂輪廠家的數(shù)量增多,砂輪生產(chǎn)廠家和使用廠家對(duì)大型回轉(zhuǎn)機(jī)的市場(chǎng)需求變大。
我國(guó)目前生產(chǎn)和使用的大型回轉(zhuǎn)機(jī)主要有以下幾種: (1)簡(jiǎn)易回轉(zhuǎn)機(jī):采用人工開(kāi)關(guān)直接控制電機(jī)的啟動(dòng)停止,電機(jī)和回轉(zhuǎn)機(jī)主體分別固定在基礎(chǔ)上,無(wú)測(cè)速及速度控制裝置,速度變化通過(guò)更換皮帶輪來(lái)實(shí)現(xiàn),速度誤差大,安全防護(hù)措施簡(jiǎn)單,屬于五六十年代的水平。(2)使用電磁調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī):通過(guò)控制器控制調(diào)速電機(jī)的運(yùn)行及速度,控制簡(jiǎn)單,便于維修;利用轉(zhuǎn)速表可實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)量及顯示。缺點(diǎn)是噪音大,不能實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制,控制精度低;由于電磁調(diào)速電機(jī)要通過(guò)電磁離合器傳遞力矩,故同樣載荷下所需電機(jī)功率較大。( 3)采用直流電機(jī)拖動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī):直流電機(jī)拖動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī),這種設(shè)備噪音低,升降速平穩(wěn),控制精度高,但線路復(fù)雜,造價(jià)也偏高,維修水平要求也高。
綜上所述,從目前已生產(chǎn)出回轉(zhuǎn)機(jī)的情況來(lái)看還有許多需加以改進(jìn)的地方:(1)主軸系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)。主軸系統(tǒng)是回轉(zhuǎn)機(jī)的關(guān)鍵,現(xiàn)在的主軸系統(tǒng)采用分體結(jié)構(gòu),油浴潤(rùn)滑,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度不易保證,裝配維修復(fù)雜。(2)防護(hù)罩存在著安全隱患?，F(xiàn)有的回轉(zhuǎn)機(jī)均采用活動(dòng)式防護(hù)罩,沉重的防護(hù)罩僅靠立柱通過(guò)螺栓固定,存在著安全隱患。(3)裝卸砂輪麻煩。由于砂輪沉重,常采用數(shù)人人工裝卸,勞動(dòng)強(qiáng)度大且不安全;條件較好的廠家采用軟帶兜著砂輪而后行車(chē)裝卸,工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低了,但行車(chē)裝卸找正不易,最少仍需兩人且配合要特別好。(4)電氣控制部分有的極其簡(jiǎn)單, 有的線路復(fù)雜,造價(jià)也偏高,維修水平要求也高,已不能適應(yīng)信息社會(huì)及行業(yè)發(fā)展的要求。本設(shè)備的推出,對(duì)提高砂輪檢測(cè)設(shè)備的水平,促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,具有較大的積極作用。
1.2回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)工藝要求分析
(1)由于砂輪規(guī)格上萬(wàn)種。其性能與物理參數(shù)差異較大。對(duì)于它的起動(dòng)時(shí)間不能過(guò)快，要能夠任意可調(diào)。設(shè)想一片質(zhì)地松軟的砂輪在大的起動(dòng)加速度下，其加速力可使合格的產(chǎn)品在起動(dòng)過(guò)程中破裂。如果起動(dòng)時(shí)間可調(diào)，就意味著起動(dòng)加速度的大小可調(diào)，即加速力可調(diào)。這樣可以避免合格產(chǎn)品在檢驗(yàn)其強(qiáng)度中破裂。
(2)速度的調(diào)整范圍要大，也就是說(shuō)設(shè)備的速比應(yīng)大。即：設(shè)備的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比要大，這樣可以適應(yīng)多種規(guī)格的砂輪回轉(zhuǎn)要求，尤其是線速度不同的砂輪均可以回轉(zhuǎn)檢驗(yàn)。
(3)起動(dòng)電流應(yīng)能限鑭在某一數(shù)值上，因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)間并非幾秒。由于拖動(dòng)電機(jī)的功率是選在一個(gè)合適的值．所以對(duì)于較重的，直徑信大的砂輪有的甚至達(dá)幾分鐘的起動(dòng)時(shí)間才能轉(zhuǎn)至檢驗(yàn)速度。這就要求我們采取一定的措施．以免過(guò)負(fù)荷而造成電氣部件損壞。
(4)速度升至額定檢測(cè)速度后．其靜差率要小。所謂靜差率即：速度上下限之差與額定轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)。因?yàn)檫_(dá)到額定檢覆l速度時(shí)，砂輪已處于工作轉(zhuǎn)速的1．5倍或1．6倍。它已接近了砂輪破裂的臨界轉(zhuǎn)速，如果砂輪回轉(zhuǎn)機(jī)的靜差率太，其速度的上限就可使砂輪破裂，這種破裂并非砂輪不合格．而是因設(shè)備性能不好造成的。
(5)超調(diào)量要小，超調(diào)量就是指升速至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)超過(guò)一點(diǎn)額定轉(zhuǎn)速，這個(gè)參數(shù)至關(guān)重要，越小越好，以免造成不必要的砂輪破裂。
(6)制動(dòng)的時(shí)間不能過(guò)快，如果沒(méi)有制動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)的效率太低，若翻動(dòng)的時(shí)間過(guò)快，那么卡緊砂輪的法蘭盤(pán)就會(huì)因慣性而脫落，其后果是砂輪松動(dòng)，在主軸上靠慣性自由旋轉(zhuǎn)，很有可能被碰壞或擠爛。
(7)速度的指示應(yīng)準(zhǔn)確．醒目，最好是用數(shù)字轉(zhuǎn)速表指示。
(8)設(shè)備的剛性應(yīng)好，其重量也是一個(gè)很重要的參數(shù)。不能因砂輪的不平衡克數(shù)在高速回轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的離心力而造成設(shè)備的振動(dòng)。主軸的徑向跳動(dòng)至少應(yīng)在0．03mm 以下。
1.3回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的拖動(dòng)方式
(1)由電磁讕速電機(jī)拖動(dòng)，采用平皮帶或多楔帶傳動(dòng)。這種高速回轉(zhuǎn)機(jī)的價(jià)格比較低?？刂坪?jiǎn)單，便于維修。缺點(diǎn)是噪音大，控制精度低，不易做成太高轉(zhuǎn)速。但是，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在已有一種帶有單片計(jì)算機(jī)的控制器，價(jià)格也根低?？梢詿o(wú)級(jí)調(diào)整升速時(shí)間，控{制精度也大大提高，并具有多種保護(hù)。
(2)用變頻器控制舶電主軸或交流電機(jī)誦速，這種高速回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)造價(jià)偏高，易于實(shí)現(xiàn)高速，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，甚至更高，但制動(dòng)較困難，尤其是砂輪破裂后的射動(dòng)。
(3)利用內(nèi)圓磨頭原理膩?zhàn)髑咚偾D(zhuǎn)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，易于制作，但其功能少，精度差，而且僅能運(yùn)用于小負(fù)荷砂輪。
(4)直流電機(jī)拖動(dòng)構(gòu)高速回轉(zhuǎn)機(jī)，這種設(shè)備噪音低，升降速平穩(wěn)，控制精度高，但線路復(fù)雜，造價(jià)也偏高，維修水平要求也高。
由以上分析可以看出：小負(fù)荷的高速回轉(zhuǎn)機(jī)適合用變頻器控制或由內(nèi)圓磨頭原理制成。而本設(shè)計(jì)速度較高回轉(zhuǎn)機(jī)可由變頻器調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)。
1.4砂輪機(jī)操作規(guī)程
（1）操作場(chǎng)地必須整潔，照明充分。砂輪必須戴好砂輪罩，托架距砂輪不得超過(guò)5mm；使用后必須拉閘。
（2）操作人員必須戴好安全眼鏡不得正對(duì)砂輪，而應(yīng)站在側(cè)面。不準(zhǔn)戴手套，嚴(yán)禁使用棉紗等物包裹刀具進(jìn)行磨削。
（3）砂輪只限于磨刀具、不得磨笨重的物料或薄鐵板以及軟質(zhì)材料(鋁、銅等)和木質(zhì)品。
（4）砂輪機(jī)在開(kāi)動(dòng)前，要認(rèn)真察看砂輪機(jī)與防護(hù)罩之間有無(wú)雜物。應(yīng)先用手轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪,觀察轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，有無(wú)相擦現(xiàn)象。確認(rèn)無(wú)問(wèn)題時(shí)，再開(kāi)動(dòng)砂輪機(jī)。
（5）在同一塊砂輪上，禁止兩人同時(shí)使用，更不準(zhǔn)在砂輪的側(cè)面磨活。磨工件時(shí)，操作者應(yīng)站在砂輪機(jī)的側(cè)面。不要站在砂輪機(jī)的正面，以防砂輪崩裂，發(fā)生事故。
（6）使用時(shí)要精神集中，磨削時(shí)的站立位置應(yīng)與砂輪機(jī)成一夾角，且接觸壓力要均勻，嚴(yán)禁撞擊砂輪，以免碎裂。
（7）對(duì)于細(xì)小的，大的和不好拿的工件，不準(zhǔn)在砂輪機(jī)上磨。特別是小工件要用工夾具拿牢，以防擠入砂輪機(jī)內(nèi)或擠在砂輪與托板之間，將砂輪擠碎。
（8）砂輪機(jī)起動(dòng)后，需待砂輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，方可進(jìn)行磨削，壓力不可過(guò)大或用力過(guò)猛。砂輪的三面(兩側(cè)及圓周)不得同時(shí)磨削工件。
（9）在使用過(guò)程中要經(jīng)常檢查砂輪片是否有裂紋、異常聲音、搖擺、跳動(dòng)等現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即停車(chē)報(bào)告車(chē)間主任和安全設(shè)備環(huán)境管理員。
（10）砂輪不準(zhǔn)沾水，要經(jīng)常保持干燥，以防濕水后失去平衡，發(fā)生事故。
（11）新砂輪片在更換前應(yīng)檢查是否有裂紋，更換后需經(jīng)10分鐘空轉(zhuǎn)后方可使用。
砂輪磨小到接近法蘭盤(pán)邊沿旋轉(zhuǎn)面10毫米時(shí)，應(yīng)予更新，發(fā)現(xiàn)砂輪面溝槽，徑向跳動(dòng)過(guò)大時(shí)，不準(zhǔn)使用。嚴(yán)禁私自拆卸砂輪。
1.5砂輪的保養(yǎng)
1.5.1砂輪的檢查
砂輪在安裝使用前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，有裂紋等缺陷的砂輪絕對(duì)不準(zhǔn)安裝使用。
1、砂輪標(biāo)記檢查。砂輪沒(méi)有標(biāo)記或標(biāo)記不清，無(wú)法核對(duì)、確認(rèn)砂輪特性的砂輪，不管是否有缺陷，都不可使用。
2、砂輪缺陷檢查。其檢查方法是目測(cè)和音響檢查
（1）目測(cè)檢查是直接用肉眼或借助其他器具察看砂輪表面是否有裂紋或破損等缺陷。
（2）音響檢查也稱(chēng)敲擊試驗(yàn)，主要針對(duì)砂輪的內(nèi)部缺陷，檢查方法是用小木錘敲擊砂輪。正常的砂輪聲音清脆，聲音沉悶、嘶啞，說(shuō)明有問(wèn)題。
砂輪的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度檢驗(yàn)。對(duì)同種型號(hào)一批砂輪應(yīng)進(jìn)行回轉(zhuǎn)強(qiáng)度抽驗(yàn)，未經(jīng)強(qiáng)度檢驗(yàn)的砂輪批次嚴(yán)禁安裝使用。
1.5.2砂輪的安裝
（1）核對(duì)砂輪的特性是否符合使用要求，砂輪與主軸尺寸是否相匹配。
（2）將砂輪自由地裝配到砂輪主軸上，不可用力擠壓。砂輪內(nèi)徑與主軸和卡盤(pán)的配合間隙適當(dāng)，避免過(guò)大或過(guò)小。配合面清潔，沒(méi)有雜物。
（3）砂輪的卡盤(pán)應(yīng)左右對(duì)稱(chēng)，壓緊面徑向?qū)挾葢?yīng)相等。壓緊面平直，與砂輪側(cè)面接觸充分，裝夾穩(wěn)固，防止砂輪兩側(cè)面因受不平衡力作用而變形甚至碎裂。
（4）卡盤(pán)與砂輪端面之間應(yīng)夾墊一定厚度的柔性材料襯墊（如石棉橡膠板、彈性厚紙板或皮革等），使卡盤(pán)夾緊力均勻分布。
（5）緊固砂輪的松緊程度應(yīng)以壓緊到足以帶動(dòng)砂輪不產(chǎn)生滑動(dòng)為宜，不宜過(guò)緊。當(dāng)用多個(gè)螺栓緊固大卡盤(pán)時(shí)，應(yīng)按對(duì)角線成對(duì)順序逐步均勻旋緊，禁止沿圓周方向順序緊固螺栓，或一次把某一螺栓擰緊。緊固砂輪卡盤(pán)只能用標(biāo)準(zhǔn)板手，禁止用接長(zhǎng)扳手或用敲打辦法加大擰緊力。
1.5.3砂輪的平衡試驗(yàn)
造成砂輪的不平衡原因是由于砂輪的重心與回轉(zhuǎn)軸線不重合。它產(chǎn)生的原因是砂輪制造和安裝缺陷，例如，砂輪的密度不均勻，端面不平行，幾何形狀或內(nèi)外孔同心度誤差，砂輪安裝偏心等。不平衡的砂輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生迫使砂輪偏離軸心的離心力，從而引起砂輪振動(dòng)。其后果不僅影響磨削質(zhì)量，還加速砂輪主軸軸承的磨損；當(dāng)離心力超過(guò)砂輪強(qiáng)度允許范圍時(shí)，將造成砂輪的碎裂。
新砂輪和經(jīng)第一次修整的砂輪，以及發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡的砂輪都應(yīng)進(jìn)行平衡試驗(yàn)。調(diào)整砂輪的平衡方法有動(dòng)平衡和靜平衡兩種方法。
1、動(dòng)平衡法。該方法借助安裝在機(jī)床上的傳感器，直接顯示出旋轉(zhuǎn)時(shí)砂輪裝置的不平衡量，通過(guò)調(diào)整平衡塊的位置和距離，將不平衡量控制到最小。
2、靜平衡法。靜平衡調(diào)整在平衡架上進(jìn)行，用手工辦法找出砂輪重心，加裝平衡塊,調(diào)整平衡塊位置，直到砂輪平衡，一般可在八個(gè)方位使砂輪保持平衡。
調(diào)整平衡后的砂輪需在裝好防護(hù)罩后進(jìn)行空轉(zhuǎn)試驗(yàn)?？辙D(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)間：直徑≥400mm，空轉(zhuǎn)時(shí)間大于5min；直徑＜400mm，空轉(zhuǎn)時(shí)間大于2min。 空轉(zhuǎn)試驗(yàn)期間，操作者應(yīng)站在砂輪的側(cè)方安全位置，不得站在砂輪前面或切線方向，以防意外。
1.5.4砂輪的修整
定期修整可使砂輪保持良好的磨削性能和正確的幾何形狀，避免出現(xiàn)砂輪的鈍化、堵塞和外形失真，常使用的修整工具是金剛石筆。操作時(shí)，修整工具位置過(guò)高、修整方向不當(dāng)（如逆砂輪旋轉(zhuǎn)方向，傾斜角過(guò)大過(guò)?。┗蛐拚窟^(guò)大，都會(huì)使砂輪產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，或引起金剛石筆啃刀，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致砂輪破裂。正確的操作方法是：金剛石筆處于砂輪中心水平線下1～2mm處，順砂輪旋轉(zhuǎn)方向，與水平面的傾斜角為5°～10°左右。修整時(shí)要用力均勻，速度平穩(wěn)，一次修整量不要過(guò)大。操作者應(yīng)站在砂輪的側(cè)方安全位置，不可站在砂輪正面操作。修整后的砂輪必須重新經(jīng)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)后，方可使用。
2 機(jī)械設(shè)計(jì)
2.1電機(jī)功率的確定
本設(shè)備適用砂輪的直徑范圍: 300～1100mm;最高轉(zhuǎn)速6000 r /min;最大負(fù)荷150kg;砂輪最大使用速度100m / s。采用變頻調(diào)速技術(shù)后根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn),確定主電機(jī)功率2.2kW,轉(zhuǎn)速2840 r /min。
2.2步進(jìn)電機(jī)同步齒形帶的設(shè)計(jì)
同步帶利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它兼具帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，能方便地實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)中心距的傳動(dòng)，傳動(dòng)過(guò)程無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可以用于低速及高速傳動(dòng);齒形帶無(wú)需特別張緊，作用在軸和軸承等處的載荷小，傳動(dòng)效率高，因此在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等伺服傳動(dòng)中的到廣泛應(yīng)用。
2.2.1選擇帶的帶型
帶的節(jié)距是反應(yīng)帶工作能力的特征參數(shù)，因此帶的型號(hào)是以節(jié)距來(lái)區(qū)分的，而設(shè)計(jì)功率由以下公尺計(jì)算：，K為的工作情況系數(shù)，根據(jù)表3確定K=1.0。
代入計(jì)算得
根據(jù)設(shè)計(jì)功率和小帶輪轉(zhuǎn)速n可從圖2中查找交點(diǎn)所在區(qū)域，得到選定的帶型為L(zhǎng)型。
2.2.2 確定帶輪直徑及帶速
1、確定帶輪直徑
從結(jié)構(gòu)緊湊角度分析，小帶輪直徑應(yīng)盡可能小，但是直徑過(guò)于小，帶與輪的嚙合齒數(shù)減小，帶齒上的載荷增大，從而產(chǎn)生彎曲變形，因此要對(duì)帶輪的最小直徑進(jìn)行限制（即對(duì)帶輪的最小齒數(shù)進(jìn)行限制）。帶輪的最少齒數(shù)由表4得,由表1查的節(jié)距，最小節(jié)徑（mm），小帶輪的節(jié)徑可根據(jù)，選擇小帶輪的齒數(shù)為，按表5帶輪節(jié)徑系列選定小帶輪的節(jié)徑mm，因?yàn)?，按?帶輪節(jié)徑系列選定大帶輪節(jié)徑mm。
2、確定帶速
帶入數(shù)值得
2.2.3確定中心距及帶長(zhǎng)
1、初定中心距
，代入數(shù)據(jù)的
初取中心距a=180mm
2、確定帶長(zhǎng)
帶長(zhǎng)，，，
帶入上式得。根據(jù)L從表2中選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)，帶的齒數(shù)，帶長(zhǎng)型號(hào)為240。
3、確定實(shí)際中心距
帶入數(shù)據(jù)得a=180mm
2.2.4 確定帶寬
1、確定帶的基準(zhǔn)額定功率
同步帶在正常工作條件下，其主要失效形式是帶在變拉力的作用下疲勞斷裂，因此以帶的抗拉強(qiáng)度來(lái)確定其承載能力。
其中 —帶寬為時(shí)帶的許用拉力（見(jiàn)表1）
m—帶寬為時(shí)帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量（見(jiàn)表1）
—帶的圓周速度（ｍ／ｓ）
代入上式得
小齒輪嚙合齒數(shù)計(jì)算公式，代入數(shù)據(jù)得 ，圓整得。
2、確定帶的標(biāo)準(zhǔn)寬度
mm
為嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)小帶輪嚙合齒數(shù)選?。喝?；=5時(shí)取0.8；=4時(shí)取0.6。
應(yīng)按照表1取標(biāo)準(zhǔn)帶寬為25.4mm，帶寬代號(hào)為100.
代入數(shù)據(jù)得。
2.2.5確定帶輪的寬度
帶輪的寬度取決于帶的寬度和帶輪設(shè)置的擋圈形式。為了防止帶從帶輪上沿軸向滑動(dòng)，通常在帶輪的輪緣外加設(shè)擋圈。本次設(shè)計(jì)選擇雙邊擋圈，查表6可知小帶輪的最小寬度，大帶輪的最小寬度。
2.2.6結(jié)果整理
1、帶的節(jié)線長(zhǎng)，帶寬被8mm，帶型號(hào)為240L100.
2、帶輪節(jié)距，大帶輪節(jié)徑小帶輪節(jié)徑
3、傳動(dòng)中心距a=180mm
2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
鑒于試驗(yàn)的砂輪孔徑不同, 其孔徑從D127 ～D305mm,主軸的結(jié)構(gòu)有兩種方案可供選擇。一:主軸采用通軸結(jié)構(gòu),不同孔徑通過(guò)更換卡盤(pán)的方式來(lái)解決,主軸精度高,容易加工。二:主軸采用錐軸結(jié)構(gòu),不同孔徑的砂輪可用強(qiáng)度相匹配的芯軸,但是加工難度大,精度不易保證。經(jīng)過(guò)分析論證,我們采用了方案一進(jìn)行主軸的設(shè)計(jì)。為減小高速回轉(zhuǎn)砂輪產(chǎn)生的振動(dòng),應(yīng)保證砂輪裝卡過(guò)程中其對(duì)軸心的同軸度,我們提高了砂輪卡盤(pán)內(nèi)孔和主軸配合精度。主軸材料為40Cr,主軸加工采取通軸精磨。為避免裝卸砂輪對(duì)主軸表面的磨損及磕碰,影響其安裝精度,造成偏心力增大而引起劇烈振動(dòng),主軸表面高頻淬火提高其表面硬度。
本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)軸位于電機(jī)與同步帶軸承座之間，用于傳遞電機(jī)動(dòng)力到運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件?？紤]提高抗彎強(qiáng)度，和軸承座的布局原理，將電機(jī)同步帶和從動(dòng)同步帶布置在軸承座的兩側(cè)。有上知，與軸承配合處軸頸為D2=35，公差為6k。根據(jù)總體設(shè)計(jì)，確定各部分的長(zhǎng)度如圖2.1所示，軸的基本參數(shù)見(jiàn)表2.1。
圖2.1
表2.1軸的基本參數(shù)
2.4 軸的強(qiáng)度校核
1、軸的受力簡(jiǎn)圖如圖2.1A所示。
2、求支反力
，。
3、做彎矩圖
M=，彎矩圖如圖2.1B所示。
4、做扭矩圖如圖2.1C所示。
5、校核危險(xiǎn)截面軸徑
因?yàn)?0Cr調(diào)質(zhì)處理時(shí)，，，，。
C剖面直徑d5=22mm8.24mm，故強(qiáng)度足夠。
圖2.1
2.5 軸承的選擇
軸承是主軸系統(tǒng)的關(guān)鍵件,由于軸承要承受砂輪高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下不平衡所產(chǎn)生的巨大離心力,又要高速旋轉(zhuǎn),為避免因配合精度導(dǎo)致主軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中溫度過(guò)高及平穩(wěn)性受影響,以往采用高精度進(jìn)口軸承,價(jià)格昂貴。為了在滿(mǎn)足設(shè)備性能需要的同時(shí)又降低成本和便于采購(gòu),我們考察了國(guó)內(nèi)主要的軸承生產(chǎn)廠家,我們選用了角接觸軸承7007AC。為了滿(mǎn)足軸承的潤(rùn)滑要求,降低噪聲,我們優(yōu)選了高性能的軸承潤(rùn)滑脂,該潤(rùn)滑脂耐160℃的溫度,可滿(mǎn)足高速大負(fù)荷軸承的潤(rùn)滑要求,可長(zhǎng)期使用,避免了采用油浴潤(rùn)滑易于泄露污染的缺點(diǎn)。
2.6 軸承壽命校核
該設(shè)計(jì)中用到7007AC角接觸球軸承前后共3個(gè)，而二者是同步的，即每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)相同，但前端軸承受力大于后端軸承，所以對(duì)前端軸承校核即可。
公式：
——軸承基本額定動(dòng)載荷KN；
——軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷；
——軸承轉(zhuǎn)速=5042r/min；
——所選軸承為球軸承，所以；
計(jì)算
——軸承所受徑向當(dāng)量動(dòng)載荷；
——軸承所受軸向當(dāng)量動(dòng)載荷；
——徑向當(dāng)量動(dòng)載荷系數(shù)；
——軸向當(dāng)量動(dòng)載荷系數(shù)；
——經(jīng)驗(yàn)載荷系數(shù)；
在該設(shè)計(jì)中軸承僅受同步帶的拉力，即軸承只承受徑向載荷作用
所以 ，=200N，，=1
所以 =N
=(h)
砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)不是連續(xù)使用，只是驗(yàn)證砂輪強(qiáng)度時(shí)用到，故該軸承的壽命大于預(yù)期壽命，所以軸承選用合理。
2.7 設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的砂輪卡盤(pán)
我們?cè)O(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的一體式砂輪卡盤(pán)。安裝砂輪時(shí)首先將砂輪卡盤(pán)和砂輪固定在一起,然后用吊鉤鉤著卡盤(pán),平衡吊車(chē)輕松找正,一人即可操作。既減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度且安全性提高,又保證了砂輪內(nèi)孔在裝卸中不受破壞。
2.8 設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的防護(hù)罩
砂輪檢驗(yàn)時(shí)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中經(jīng)常破碎,直接影響到人身及設(shè)備的安全,防護(hù)罩是提供保護(hù)的最重要部件。
現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)機(jī)均采用活動(dòng)式防護(hù)罩,沉重的防護(hù)罩僅靠立柱通過(guò)螺栓固定機(jī)座或基礎(chǔ)上,存在著安全隱患,某廠就發(fā)生過(guò)立柱斷裂情況,險(xiǎn)些傷人。防護(hù)罩本身有數(shù)百公斤重,砂輪檢驗(yàn)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中破碎,由動(dòng)能定律知,碎片擊打防擴(kuò)罩的能量相當(dāng)高,可達(dá)數(shù)噸/米。固定防護(hù)罩的立柱呈懸臂結(jié)構(gòu),砂輪經(jīng)常破碎所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力使立柱發(fā)生疲勞破壞,固定螺栓易于松動(dòng),危及人身及設(shè)備的安全。同時(shí)數(shù)百公斤重的防護(hù)罩開(kāi)關(guān)亦不方便。我們?cè)O(shè)計(jì)的防護(hù)罩牢固地焊接在機(jī)座上,從根本上保證了人身及設(shè)備的安全。防護(hù)罩采用雙層結(jié)構(gòu),內(nèi)外圈之間加減振材料,減少噪聲。防護(hù)罩上裝有輕便的安全門(mén),砂輪裝卸打開(kāi)安全門(mén)即可,操作方便。
結(jié) 論
在機(jī)械加工行業(yè)中，由于高速磨削可以大大提高工作效率，致使砂輪的發(fā)展也趨于高速化，而高速砂輪的出廠又必需經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的強(qiáng)度檢驗(yàn)。這就要求其轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，性能越來(lái)越好。本文設(shè)計(jì)的砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)就是檢驗(yàn)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪的強(qiáng)度的設(shè)備，它對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪的強(qiáng)度起到了一定的驗(yàn)證作用，對(duì)保障砂輪使用者的人身安全起到了一定作用。
在設(shè)計(jì)的開(kāi)始，因?yàn)閷?duì)砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)不太了解，不知道砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)是什么樣的，總體設(shè)計(jì)也就不知道應(yīng)該從那里入手。后來(lái)，在導(dǎo)師的悉心講解和介紹下，我親自到學(xué)校的實(shí)訓(xùn)中心參觀了砂輪機(jī)的外形及工作狀況，對(duì)砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)有了基本概念。設(shè)計(jì)過(guò)程中我遇到一些問(wèn)題，如電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇，同步帶的設(shè)計(jì)，法蘭的選用等等。在老師和同學(xué)們的幫下我解決了帶傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所遇見(jiàn)的問(wèn)題，以及法蘭的選擇。
經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的忙碌，我已設(shè)計(jì)出基本符合要求的砂輪回轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。由于能力有限，又是初次設(shè)計(jì)加工機(jī)械，我的設(shè)計(jì)之中難免有一些不足之處，還望老師給予指導(dǎo)。
致 謝
幾個(gè)月來(lái)，從開(kāi)始接到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目到實(shí)驗(yàn)的完成，再到論文文章的完成，每一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。衷心感謝四年來(lái)黃河科技學(xué)院對(duì)我的悉心培育，這里有許多博學(xué)的老師，感謝他們?cè)谶@四年里對(duì)我們耐心負(fù)責(zé)，諄諄教誨，是他們讓我在這四年里不但學(xué)習(xí)到專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且我也學(xué)到了許多做人的道理，這些都是我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和源泉也是我們將來(lái)走向社會(huì)并為社會(huì)做出貢獻(xiàn)的必要手段。
本文是在我尊敬的導(dǎo)師李長(zhǎng)詩(shī)教授悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意!在課題的研究和開(kāi)發(fā)階段，得到了學(xué)院老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝。在日常生活和學(xué)習(xí)中，學(xué)院的各位老師，以及全體同學(xué)給與我大力支持和幫助，在此我向他們以及多年來(lái)為我的成長(zhǎng)付出辛勤勞動(dòng)的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。感謝父母 、家人，感謝所有關(guān)心我的朋友和老師，感謝黃河科技學(xué)院的學(xué)習(xí)環(huán)境。
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