磨床数控化改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 【 摘要 】 砂带磨削技术，该技术已研磨和抛光的特点在同一时间内，被认为是作为一种新的加工技术与优良的加工质量，加工效率高，能耗低，消费和广泛应用，其优势，如“冷态”磨削，磨削稳定高速，高精密磨削加工和低的成本。相比传统材料加工技术，如车削，铣削和砂轮磨削，表面加工质量和加工技术性能的金属材料，如铝合金，钛合金，不锈钢和结构钢，可有效地改善了由砂带磨削过程中，和材料加工的成本也可以大大减少。但直至目前为止，有系统的调查研究砂带磨削加工及其机理的非金属材料，如铝合金，钛合金，不锈钢和结构钢，尚未履行的。这是非常 必要的调查，砂带磨削技术和其加工机理，这些金属材料，以确定砂带磨削加工理论的非金属材料，发展有效的技术控制方法砂带磨削为这些非金属材料，并扩大应用范围砂带磨削技术。 关键词： 砂带磨削，金属材料，材料去除率，砂带磨损，表面质量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 at is as a as of as be by be up to on of as It is to of in to of to of to of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目录 摘要 . . 第 1 章 绪论 .带磨削的发展及应用 1 带磨削技术概述 .带磨削技术的国内外研究开发现状及其发展趋势 . 国外砂带磨削技术的研究开发现状 . 国内砂带磨削技术的研究 开发现状 . 砂带磨削技术的发展趋势 .课题的研究意义 6 第 2章 砂带磨削工艺参数优化设计数学模型 7 计变量的选择 7 标函数的确定 8 束条件的建立 8 学模型的建立 .章 平面砂带磨削优化实例 10 化设计方法的选择 .化设计实例 .化计算结果 .化结果分析 . 4章 传动带的设计计算 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 动机的选择 .动带的设计计算 .轮的结构设计 . 5 章 轴的设计计算 设计的主要内容 . 14 的材料的选择 .的结构设计 . 拟定轴上零件的装配方案 . 轴上零件的定位 . 各轴段直径和长度的确定 . 18 的直径的的计算 .的强度校核计算 . 弯扭合成强度条件计算 . 6 章 砂带磨削部分的结构设计 . 22 带磨床的简介 . 22 带磨削装置基本参数的设计计算 . 接触轮和张紧轮基本尺寸的确定 . 砂带周长和中心距的确定 . 驱动轮包角的计算 . 砂带张紧力的设计计算 .头主要结构件的设计 . 接触轮与压磨板的设计 . 接触轮的修磨及平衡 . 接触轮的选择使用原则 .文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 带张紧力的选择原则 . 7 章 机床的维护保养 .考文献 。 41 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 1章 绪 论 随着航空、航天、汽车、摩托车以及轻工业的不断进步和发展，诸如铝合金钛合金不锈钢和结构钢等金属材料的应用及其加工技术已越来越引起国内外制造商和 材料专家学者们的普遍关注和高度重视。众所周知：金属材料具有优良的性能然而其机械加工时由于其具有的某些机械物理性能特点，使其加工工艺性差，加工成本高。由于磨削加工往往是机械加工产品的终极加工工序，其加工效果的好坏直接影响到产品的最终质量和性能。因此，面对现代工业发展对金属材料表面加工质量精度完整性和成本等提出的更高要求，传统的磨削工艺已难以适应，而砂带磨削技术作为一种磨削和抛光的新工艺，因其具有加工效率高、冷态磨削、磨削速度稳定、磨削精度高、磨削成本低等优点被认为是一种优质高效低耗用途广泛的加工方法，发展潜力 巨大。与传统的车削铣削和磨削等工艺相比，砂带磨削技术在提高铝合金钛合金、不锈钢和结构钢等金属材料的表面加工质量精度和完整性，改善金属材料的加工工艺性能和降低加工成本等方面优势明显，也正是由于这样砂带磨削技术已成为国内外材料和机械交叉学科中引人注目的研究开发领域之一。目前砂带磨削技术已在材料加工中发挥着越来越大的作用，并已逐渐发展成为金属材料精密和超精密加工的有效方法之一。 带磨削技术概述 砂带磨削就是根据工件形状以相应的接触方式利用高速运动着的砂带对工件表面进行磨削、研磨和抛光的一种新型高效磨抛工 艺。砂带是砂带磨削的主体，它是一种特殊的多刀、多刃的切削工具，主要由基体、结合剂和磨粒三部分组成，即在具有可挠性且极为平坦的布料纸料等基体表面上整齐地排列着尖角朝外的磨粒，依靠粘结剂和基体材料来保持可挠性和弹性，属于单层磨粒磨具。砂带磨削时磨粒在一定压力作用下做切削运动，与工件表面相互作用，实现对工件表面磨削和抛光等。按照磨粒与工件表面接触时干涉程度的不同可以分为三个不同阶段：即滑擦耕犁和切削滑擦磨粒与工件表面相互接触干涉少，工件表面发生弹塑性变形，磨粒只摩擦工件表面不切除材料，耕犁随着磨削用量的增加磨粒与 工件表面干涉增大，表面材料发生塑性流动材料产生挤压式运动，从磨粒的下方和两侧挤出磨粒，在工件表面犁出刻线切除少量材料。切削在一定压力作用和温度条件下磨粒与工件表面间产生足够的干涉，开始真正的切削材料在磨粒的前方产生断裂形成切屑，有较大的材料去除率。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 带磨削技术的国内外研究开发现状及其发展趋势 砂带磨削是磨削加工方式的一种其研究开发自 20世纪 60年代以来一直受到人们的关注和重视 ， 特别是静电植砂方式的出现和砂带接口技术的提高以及新型砂带的不断推出为砂带在精密磨削方面的应用奠定了良好基础。目前砂带磨削在 高强度钢等金属材料的精密加工中己得到应用，并且人们对于砂带磨削抛光非金属材料 (如陶瓷铁氧体和大理石等 )也已开展了大量的研究工作。对于国内外在砂带磨削技术方面所开展的工作和取得的成绩，笔者仅对与本文研究密切相关的砂带磨削以及金属材料加工的研究应用现状及砂带磨削技术的发展趋势作了如下总结和分析。 外砂带磨削技术的研究开发现状 国外砂带磨削自 20世纪 60年代以来，欧、美、日等工业发达国家在砂带磨床技术及砂带制造技术有了新的突破，取得了巨大的成就，已进入了向现代化发展的新阶段。从日用汤勺到宇航器件，各行各 业无不竞相采用砂带磨削技术。新型机大量涌现，砂带磨床向小型化强力高效大功率宽砂带磨床方向发展。如美国生产的砂带磨床最大宽度达 最大功率 200其拥有量也不断增加据资料显示砂带磨床与砂轮磨床产值比美国为 49 :51 德国为 45 :55， 日本为 25 :75 ， 英国、瑞士等国发展也很快用涂附磨具进行磨削，加工已成为这些发达国家获得高额经济效益的重要手段。砂带磨削的功能已远超出了用于除锈粗磨抛光等范围，应用范围在日趋扩大，而且与特种加工方法和现代化技术紧密结合。在国际知名的砂带品牌有美国 3M 德国 韩国 美国 德国 瑞士 。砂带是砂带磨削技术发展的关键和重要标志，是衡量一个国家砂带磨削技术发展水平高低的标准。世界上工业发达国家非常重视砂带开发和制造，其生产规模在不断增大，各类国外砂带品牌在我国的销售情况也在逐年增加 (见表 表 类国外品牌的砂带在中国销售情况 砂带名称 1999 年 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 美国 3M 国高丽 国 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 日本牛头 国 连续 5年砂带销售量由销售额折算近似得出数据非厂家公布正式数据供参考 国外早在上世纪 60 年代就在砂轮磨削的研究基础上 出砂轮磨削时的基本模式滑擦耕犁与切削砂带磨削同样是成立的 )对砂带磨削进行了大量研究。研究认为砂带磨削与砂轮磨削同样都是高速运动的微刃切削工具。磨粒的微量切削而形成的累积效应，因而其磨削机理大致是相同的，磨粒从微观来看就象一种刀尖为圆弧刃角为钝角的切削工具，磨粒切削刃是在磨削力作用下对工件进行切削工件材料，在绝大多数为大负前角的磨粒切削刃的挤压摩擦作用下产生变形转为切屑形成加工表面，砂带表面磨粒分布均匀且等高性好，因此切削条件比砂轮磨粒好、材料切除率高，磨削力产生于磨粒与工件接触后引起的弹性变形、塑性变形、切屑形成以及磨粒和结合剂与工件表面之间的摩擦作用。磨削力由 切屑变形力和摩擦力组成。切屑变形力是切除工件材料时引起的，该种力在总的磨削力中占的比例越大，则切削效率越高，摩擦力不但引起无用功，还将功率转换为热能，引起工件和砂轮表面的温升。对磨削效果和砂带磨损呈负面影响，因而其所占比例越小越好，R 向分力比 n 在 间，柴田顺二则认为此值约为 右。此外自上世纪 60 年代以来，国外还开展了岩石等硬脆材料的砂带磨削加工研究。1992 年 率之间的关系，并以柔性金刚石砂带作对比结论，是金刚石砂带切除率高，磨削力和磨削功率小，工件加工表面损伤小，磨削温度低。 1994年 也研究了金刚石砂带磨削花岗石中磨削力与材料切除率的关系，并得到结论：切除量对磨削表面粗糙度的影响不大。近年来国外砂带结构和材料不断地发展和完善，在砂带结构方面出现了堆积磨料砂带、超涂层磨料砂带、金字塔型砂带、空心球型砂带、复层砂带高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带等等。在砂带组成材料及制造工艺等方面也取得了很大的成就，在磨料方面传统上采用 氧化铝和碳化硅。强力砂带主要采用锆刚玉美国 3M 公司研制了一种 带磨粒，采用锆铝氧化物合成，是目前砂带磨料中最硬的品种。而德国开发并获多国专利的空心球复合磨粒，这种磨粒的砂带切削效率高、使用寿命长、成本低，在基体材料方面日本正研制一种由软钢带作基底的 于特殊场合和高硬度材料的加工很有效。美国 3M 公司研制出一种塑料薄膜基底制出的砂带，强度高、韧性好，可以加工出粗糙度 下的工件表面。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 内砂带磨削技术的研究开发现状 我国的砂带磨削技术尽管起 步比较晚，但近年来发展速度非常快国内砂带磨削技术的研究及应用已引起了我国机械制造等行业的广泛关注，引起了有关领导部门研究单位和企业的高度重视。目前国内已有不少砂带磨削设备制造厂，高校和科研单位开展了砂带磨削技术的研究与开发工作。例如有重庆三磨海达磨床公司等数十家砂带磨削设备生产厂家，有东北大学、重庆大学、郑州三磨所、华中理工大学和湖南大学等多家科研院所和高校，清华大学开创的超声砂带磨削技术。作为一种新型的精密砂带复合加工方法，已具有世界领先水平，将这种技术用于计算机硬盘的研抛加工表面粗糙度可达 重庆大学成功地将砂带磨削应用到摆线齿轮磨削中，其下属的高新技术企业三磨海达磨床公司拥有近20项国家专利，开发了具有自主知识产权的百余个品种的砂带磨床设备，取得了显著的经济效益和社会效益。此外，郑州第二砂轮厂和上海砂轮厂先后从德意瑞士等国引进了制造砂带的成套技术和设备，国外公司如 3M 公司等陆续在我国投资办厂，为我国砂带磨削技术的发展和应用提供了有利条件。在砂带磨削技术的基础理论研究方面，国内从上世纪八十年代起也开展了许多研究。清华大学于 1988 年在国家自然科学基金资助下进行了精密砂带振动研抛技术研究， 试验结果表明用不同粒度的普通棕刚玉砂带可实现对 45 钢和不锈钢的高效加工，并能获得不同要求的加工质量。 1993 年又获基金资助进行了轴承滚道超精密砂带研抛的理论方法研究与技术基础的研究，用碳化硅砂带在较短时间里对轴承钢实现超精加工。湖南大学于 80年代中期开始进行砂带磨削技术研究，在完成原机械部七五攻关项目砂带平面磨削工艺试验研究基础上于 1990 年获国家自然科学基金资助，进行强力砂带平面磨削机理研究。对砂带磨削 45 钢的加工精度、磨削力及加工工艺等方面进行了研究。 1992 年进行了砂带磨削寿山石的试验，并与 45 钢作对其研究结果表明磨削寿山石时磨削力比磨削 45 钢时小砂带磨损慢，工件表面粗糙度相对较高，但高效安全可代替手工操作。此外，裴英等在 1994 年通过试验研究后，认为用砂带磨削大理石比传统的磨削加工效率高，砂带成本低，是磨削大理石的快捷方法。 1995 年李仁旺进行了链式砂带磨削花岗石的设备研究指出：材料去除率、磨具磨损率均与法向磨削力 似成线性关系，切法向分力比 n 约为 2001年秦哲在国家自然科学基金资助下开展了机械化学复合砂带精密磨削花岗石研究，得到如下结论：含有表面活性 剂的磨削液对辉绿结构花岗岩的砂带磨削效果的作用都优于水，它能提高材料切除率，但表面粗糙度高 ， 砂带粒度对花岗石材料切除率和表面粗糙度的影响程度最为显著。其次，为表面活性剂类型砂带速度和工件转速 ； 砂带磨损以破碎磨损为主。尽管目前国内外对于砂带磨削技术已开展了大量的研究并已取得了不少的成果，但总的看来已进行研究的出发点都是把砂带磨削作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 为各种材料加工工艺中的精密研抛加工工艺，而对砂带磨削加工工艺及磨削机理磨料与金属间交互作用的研究不够深入，并且对砂带磨损表面显微特征、工件表面形貌观察和分析等还不够充分。因此，为了系 统建立金属材料的砂带磨削加工工艺理论提出金属材料有效的砂带磨削工艺控制措施和拓展砂带磨削工艺的应用范围，还需要在今后进一步针对砂带磨削工艺及其机理展开研究。 带磨削技术的发展趋势 （ 1） 磨削的自动化数控化和智能化 近年来国外数控磨床磨削加工中心发展很快，已经把 着人工智能技术和传感技术的发展，智能磨削也成为一个重要的发展方向，磨削的实验研究需要耗费大量的人力物力。利用计算机进行磨削过程的仿真也是一个重要方向。目前国际上把分子动力学理论引入磨削机理的研究并进 行仿真不失为一种研究磨削机理的新方法。 （ 2） 磨削的精密和超精密化 随着技术创新及高科技产品的不断涌现，从而要求零件加工有更高的精度。表面完整性和严格的制造一致性，磨削始终是一种有效的加工方法，如陶瓷微晶玻璃等难加工材料。目前只能采用磨削加工，可以选用粒径仅有几个纳米的研磨微粉进行超精密研磨，获得极好表面质量，超精密复合加工发展也很快如流体抛光加工超声振动磨削等。 （ 3） 磨削的高效和强力化 高效深磨可以看成是缓进给磨削和超高速磨削的结合，但磨削的工艺及机理尚不明确，对磨削成屑机理高应变速率下：材料变形机制、 磨削力、磨削温度、磨削残余应力等研究不够充分，以期形成完整的理论体系。国外已成功地将砂带磨削用于强力磨削实现大切除量和高金属去除率磨削。国外对铸铁的切削率已达 3 s， 砂带磨削一次切深可达 3 4加工效率比铣削加工提高了 5 10 倍。 （ 4） 磨粒磨具材料的高性能化 随着现代机械加工的发展及新材料的出现，对材料的加工要求越来越高。促使不断研制和使用新型的超硬的磨料、磨具，进行精密超精密高效磨削。新型和超硬磨料磨具有陶瓷刚玉磨料，经过化学陶瓷化处理再经过晶体瓷胶人造金刚石，用于磨削超高硬度的 脆性材料。硬度合金花岗、岩宝石、光学玻璃和陶瓷等由磨料层过渡层和基体三部份组成立方氮化硼。其磨粒韧性、硬度、耐用度是刚玉类砂轮的 100倍。适用于高速或超高速及难加工材料高速纲和耐热钢等。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第 2章 砂带磨削工艺参数优化设计数学模型 计变量的选择 在砂带磨削工作时，当加工任务（工件的技术要求）和工件材料工艺装备（机床、刀具、夹具）已定的情况下，其径向进给量由于轴向进给量选择的余地较小 ,因此 ,砂带磨削工艺参数的优化设计变量可取径向进给量常明显 ,使用寿命平均要延长 3 4 倍 (原来使用寿命一般只有 3000优化后为 10 000 13000 h) ,由此可知 ,齿轮参数的优化达到了 预期的目的。 标函数的确定 砂带磨削的优化目标应与企业追求的经济指标相一致 ,通常为最大生产率 (最短加工时间 ) 、最低成本 (最低生产费用 ) 和最大利润率。任何磨削加工 ,都必须在保证加工质量的前提下 ,获得最低的成本和最高的生产率。在不增加投入和正常生产的条件下 ,生产率提高 ,成本便降低。当其它条件不变时 ,生产率最高 ,即单位时间磨削的金属体积便最多。因此 ,本优化设计以单位时间磨削的金属体积 (即金属磨除率 ) 最多为优化目标 ,故目标函数表达式为 : 无轴向进给时 fx= 1 000 B 有轴向进给时 = 1 000 本优化设计以无轴向进给砂带磨削为研究对象进行优化设计建模。即 m a x 1 0 0 0 1 2f x B 式中 B 砂带宽度 , 当砂带型号一定时 ,其宽度为一常数。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 束条件的建立 综合考虑砂带磨床的工作条件以及它们对砂带磨削工艺参数的影响 ,本优化设计的约束条件如下 : （ 1） 由机床功率确定的设计约束 考虑到砂带磨床工作时的可靠性 ,要求磨床工作时的切削功率 k 10 - 3 m整理后得 1g= 1x 2x) k 10 - 3 m 0 式中m 砂带机床的传动效率 , 常取m=80 % 96 %； k 计算系数。 （ 2） 由机床输送带速度确定的设计约束 为保证砂带磨床的有效生产率 ,要求输送带速 度即 m in m a v v式中 输送带最小和最大额定速度 ,mm/s 整理后得 : 2 m i n 2 0wg v x 3 2 m a x 0wg x v （ 3） 由机床进给量确定的设计约束 为保证砂带磨床的安全工作 ,要求径向进给量即 rf4 1 m a x 0rg x f 式中 砂带磨床限定的最大径向进给量 ,单位 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 （ 4） 由机床进给机构确定的设计约束 为使砂带磨床进给机构能正常工作 ,要求工件承受的压力所引起的摩擦力 F 不得超过工件所受的切向力则将会导致加工工件不能正常传动。因而体系数值取决于磨削用量 ,加工材料及磨削液等因素。在磨削条件相同的情况下 ,砂带的磨削力比值2 倍。当工件材料的塑性越小时 ,砂轮的目前其比值一般取中间值 因此 ,可根据工件的材料进行取材 ,当工件的塑性小时 ,可取较小值 ,反之取较大值。其中 0 . 7p F w v f B k 式中 计算系数。 经整理后得 5 1 2 0 . 7 0 R C x x B k （ 5） 由工件表面粗糙度确定的设计约束 根据磨削加工要求 ,加工出的工件表面粗糙度值不得大于工件设计所规定的 。由于影响表面粗糙度的因素很多 ,一般认为 ,径向进给量对表面粗糙度的影响最大。在正常生产条件下 ,为简化分析 ,按理论粗糙度的计算值得到 工件设计 时所规定的表面粗糙度值 ,单位 砂带磨料切削刃的锥顶角 ， 整理后得 61ag x R / 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 学模型的建立 根据以上所确定的设计变量、目标函数和约束条件 ,便可得到砂带磨削工艺参数优化设计的数学模型。由于以单位时间磨削的金属体积最多为优化目标 ,即求 f(x)的最大化 ,而 最小化等价 , 故砂带磨削工艺参数优化设计的数学模型可表达为： 12m i n 1000f x B x x , 1 , 2 , ., 6g i x i 12,X x x ,f v 因而 ,本优化设计问题是一个二维六约束的非线性规划问题。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第 3章 平面砂带磨削优化实例 化设计方法的选择 由 于优化模型式中的目标函数和约束函数均含有非线性项 ,因此属于二维非线性优化问题 ,可采用可行方向法、惩罚函数法等约束优化算法求解。对于本优化问题 ,本文选用了内点惩罚函数法 ( 进行优化求解。这种优化算法的优点是在给定一个可行的初始方案之后 ,它能给出一系列逐步改进的可行设计方案。另外 ,这一算法的程序设计较为方便 ,加之其收敛速度也比较快 ,因此它是求解不等式约束优化问题的一种较为有效的方法。 化设计实例 本文以河北邯郸的邯郸市机床厂的 根据以上所建立的砂带磨削工艺参 数的优化设计数学模型 ,对该机床的砂带磨削工艺参数进行了优化设计。其中 ,砂带尺寸 :1602540砂带速度 :4, 化计算结果 根据上述所建立的 采用内点罚函数法 ,用 程序略 )。编程后上机运行 ,可得到型平面砂带磨床的优化工艺参数。 化结果分析 （ 1） 按照切削原理 ,加工件的表面粗糙度较大时 ,应选择较大的进给量 ,然后根据磨具的耐用度再确定合适的切削速度 ;当加工件的 表面粗糙度较小时则相反。所得出的优化参数值 ,符合切削用量的选用原则。 （ 2） 由优化结果可知 , 当粗糙度值为 采用优化设计方法所得到的单位磨除量为 105 3用传统设计方法所得的单位磨除量为 105 3 可见优化设计结果使单位时间磨除量提高了 ;当粗糙度值为 m 时 ,优化设计将使该砂带磨床的单位时间磨除量将提高 20 %。上述优化结果表明 ,砂 带磨削工艺参数通过优化设计后 ,能够获得较高的切削生产率 ,而且可以取得较大的经济效益。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 第 4章 传动带的设计计算 动机的选择 准设计的，具有国际互换性的特点。其中， Y 系列（ 动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘，铁屑或者其他杂物侵入电动机内部之特点， B 级绝缘，工作环境温度不超过 +40，相对湿度不超过 95%，海拔高度不超过 1000m，额定电压 380v，频率 50用于无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运 输机、农业机械等。 根据各方面综合分析：选择 中，同步转速 1500r/ 极。额定功率 载转速 1440r/转转矩为 m,最大转矩 m,质量 68动带的选择，一般机床都选用 动带的设计计算 已知电动机功率 P=速 1n =1440r/动比 i =天工作 8小时。 （ 1）确定计算功率 由表 8 7查得工作情况系数 P =（ 2）选择 根据 1n 由图 8 11选用 （ 3）确定带轮的基准直径v 初选小带轮的基准直径1表 8 6和 8 8，取小带轮基准直径130 验算 带速 v 。按式（ 8 13）验算带的速 d / 0 0 060 1 4 4 01 3 01 0 0 060 11 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 因为 5 m/00 16270 285 245 135 调质 200 21740 355 275 155 60 40质 100 24135 540 355 200 70 用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴 10085 490 335 185 40质 100 27000 735 430 260 75 用于很重要的轴 1004085 570 370 210 38质 100 22935 590 365 210 70 用于重要的轴，性能近于401001785 540 345 195 38质 60 29330 785 440 280 75 用于要求高耐磨性，高强度且热处理（氮化）变形很小的轴 607735 685 410 270 1004185 590 375 220 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 的结构设计 轴的结构设计包括定出轴的 合理外形和全部的结构尺寸。 轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。 定轴上零件的装配方案 拟定轴上零件的装 配方案是进行轴结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定出轴上的主要零件的装配方向、顺序和相互关系。 上零件的定位 为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。 图 5轴上零件装配与轴的结构示意图 （ 1）零件的轴向定位 轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴端挡圈、轴承端盖 (图 15 8)和圆螺母等来保证的。 轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。利用轴肩定位是最方便可靠的 方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。另外，轴肩过多时也不利于加工。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。定位轴肩高度 h 一般取为 d 为买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 ，与零件相配处的轴的直径 动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承，轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半 径 r 必须小于与之相配的零件毂孔端部的圆角半径 R 及或倒角尺寸 C(图 5 8a， b)。轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见表 15 2。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的，其高度没有严格的规定，一般取为 1 2 表 5零件倒角 的推荐值 轴环 (如图 5 8b)的功用与轴肩相同，轴环宽度 。 套筒定位 (图 5 8)结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。因套筒与轴的配合较松，如轴的转速很高时，也不宜采用套筒定位。轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。轴端挡圈可采用单螺钉固定 (图 5 8)，为了防止轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可加圆柱销锁定轴端挡圈 (图 15 9a)。也可采用双螺钉加止动垫片防松 (图 5 9b)等固定方法。 图 15轴端挡圈定位 圆螺母定位 (图 5 10)可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零件，有双圆螺母 (图 5 圆螺母与止动垫圈(图 5 种形式。当轴上两零件间距离较大不宜使用套筒定位时，也常采用圆螺母定位。轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体连接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位。在一般情况下，整个轴的轴向定位也常利用轴承端盖来实现 (图 5 8)。 直径 d 106 18103018 5030 805012080180120 C 或 R 0 5 0 6 0 8 1 0 1 2 1 6 2 0 2 5 3 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 利用弹性挡圈 (图 5 11)、紧定螺钉 (参看图 5 4)及锁紧挡圈 (图 5 12)等进行轴向定位，只适用于零件上的 轴向力不大之处。紧定螺钉和锁紧挡圈常用于光轴上零件的定位。此外，对于承受冲击载荷和同心度要求较高的轴端零件，也可采用圆锥面定位 (图 5 13)。 图 5圆螺母 图 5弹性挡圈的定位 （ 2）零件的周向定位 周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处。 轴段直径和长度的确定 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。各轴段所需的直 径与轴上的载荷大小有关。初步确定轴的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小与分布情况，因而还不能按所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径。但在进行轴的结构设计前，通常已能求得轴所受的扭矩。因此，可按轴所受的扭矩初步估算轴所需的直径。将初步求出直径作为承受扭矩的轴段的最小直径后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从 的直径的的计算 （ 1）已知 电动机功率 10P ，转速1 1440 m ，根据 V 带的传递功率特性可知， =23 1 0 0 . 9 5 4 . 9 6P P k w k w 又 31 1 1 6 01 4 4 0 1 7 7 1 . 2 m i i 于是 3334 . 9 69 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 2 6 7 4 01 7 7 1 . 2 m m m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 （ 2）初步确定轴的最小直径 先按式（ 15步估算轴的最小直径，选取材料为 45 钢调质处理 。根据表 150 126A ，于是得 3m i n 034 . 9 61 2 6 1 7 . 6 41 7 7 1 . 2 m m m 输出轴的最小直径显然是安装带轮处轴的直径，为了便于装配，取直径m 5d 3）轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足装配的要求， - 轴段右端先制出一轴肩，故取 -段的直0端直径取挡圈直径 D=33角头螺栓与轴的配合长度1 45L 为了保证六角头螺栓与轴能更好的配合1取1L=40。 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据0轴承产品目录中初步选取标准精度极的角接触球轴承 7207基本尺寸为 3 5 8 0 2 1d D B m m m m m m ， 25，右端轴承采用轴肩进行定位。由手册上查得 7207轴承的定位轴肩高度 ，因此，取35 。 轴承端盖的总长度为 65根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂以及装拆的要求，取端盖外端面与砂带轮的距离为 20l 。 轴上 零件的周向定位 带轮和砂带轮与轴的周向定位均用六角头螺栓连接。查机械设计课程设计手册表 3 9 得角头螺栓，长度 26l ，同时为了保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮与轴的配合为76滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为6m。 确定轴上圆角和倒角的尺寸参考表 15 2，取轴端倒角为 0452 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 的强度校核计算 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭转强度条件计算；对于只承受弯矩的轴（心轴），应按弯曲强度条件计算；对于既受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应疲劳强度条件进行精确校核。此处轴既受弯矩又承受扭矩，所以按弯扭合成强度条件进行计算。 扭合成强度条件计算 通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力 的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可求得，因而可按按弯扭合成条件进行强度校核计算。一般的轴用这种方法即可。起计算步骤如下： （ 1） 作出轴的计算简图（即力学模型） 轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载荷简化集中力，起作用点取为载荷分布段的重点。作用在轴上的扭矩，一般从传动轮毂宽度的中点算起。通常把轴当做置于铰