1_【毕业设计论文】立式磨簧机设计(总体、磨头设计)毕业设计-立式磨簧机设计(总体、磨头设计)毕业设计【有对应的CAD图】

XX 大学 毕业设计(论文) 毕业设计（论文）题目 所 在学 院 专业 班级 姓名 学号 指 导老 师 年月日 声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本 设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了 谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年作者签名：日期：年 月月 日日 毕业设计版权使用授权书 本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院 保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕 业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的 毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。 保密保密在年解密后适用本授权书；在年解密后适用本授权书； 本设计属于：本设计属于： 不保密不保密。 （请在以上相应的方框内打（请在以上相应的方框内打“” ） 作者签名：日期：年月日作者签名：日期：年月日 指导教师签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日 毕业设计答辩小组成员名单 姓名职称单位备注 机械设计服务(有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 组长 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计说明书 立式磨簧机设计( 总体、 磨头设计) 毕业设计 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 2 摘要： 本课题主要完成立式磨簧机的设计，为满足弹簧业批量生产弹簧需求而设计。为提高磨削效率， 减少装工件的次数和时间， 把磨簧机设计成双面磨， 即用两个砂轮同时对弹簧的两个端面进行磨 削。 先根据磨簧机的功能确定磨簧机的总体结构， 为砂轮在磨削时实现进给运动和满足不同高度 弹簧的磨削要求， 砂轮必须实现轴向移动。 为简化结构， 只要一磨头实现进给， 另一个磨头固定。 综合各种因素，确定把下磨头固定，不实现进给，上磨头实现进给运动。 在结构上磨头实现自动进给、复位。降低了工人的劳动强度，改善了工人劳动条件。工人可 以同时操作多台磨簧机，提高了生产力。在卸料上实现工件的自动卸料。解放工人的双手，进一 步提高了工作效率。砂轮经过长时间磨削产生损耗，会引起弹簧加工精度的下降，该磨簧机在结 构上实现了砂轮的补偿，磨削精度得到了保障。 设计的该磨簧机自动化程度高、磨削效率高，工人劳动强度低，结构紧凑，占地面积小，有 效地利用了厂房空间。本次设计在满足工作可靠，结构简单等要求下，尽量使用了通用部件，降 低了制造成本。 关键词：弹簧；磨簧机；磨头 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 Abstract: To meet the needs of volume mass spring production , this topic mainly completes the vertical spring grinding machine design, In order to enhance the grinding efficiency, and reduce the work piece the number of install times , I designed the spring grinding machine which doubling surface to rub, namely carries on the grinding with two grinding wheels at the same time to the spring two end surfaces. Acts according to first the spring grinding machine function to determine spring grinding machine overall structure, for grinding wheel when grinding realizes the feed motion and satisfies the different spring the grinding request, the grinding wheel must realize the end motion highly. In order to simplify the structure, so long as a grinding realization to feed, another grinding is fixed. Synthesizes each kind of factor, determined is fixed under grinding, does not realize to feed, on grinding realization feed motion. In structure grinding realization auto- feed, replacement. Reduced workers labor intensity, improved the worker work condition. The worker may concurrent operation multi- Taiwan rub the reed machine, enhanced the productive forces. Realizes the work piece self- dumping on the ex- denning. Liberates workers both hands, further enhanced the working efficiency. The grinding wheel passes through the long time grinding to be able to have the batardeau to consume, can cause the spring processing precision drop, should rub the reed machine to realize the grinding wheel compensation in the structure, the processing precision has been high. The machine has high automaticity high and the grinding efficiency, the workers labor intensity is low, the structure is compact, the area is small, the workshop space effectively is used. This design satisfies the demands of relable, structure simple and so on , the 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 4 general part are used as far as possible, the production cost is reduced. Key words: Spring ; Spring grinding machine ; Grinding head 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 目 录 1 前言1 2总体方案论证2 2.1 进给磨头的确定2 2 . 2工作台高度的确定2 2 . 3工作台工作方式2 3磨头设计3 3.1 工件材料3 3.2 砂轮的选择3 3.2.1 磨料的选择3 3.2.2 粒度的选择4 3.2.3 磨具硬度的选择4 3.2.4 结合剂的选择5 3.2.5 磨具形状及尺寸的选择5 3 . 3 . 1磨削功率计算6 3 . 3 . 2选择电机7 3 . 4磨头主轴的设计8 3 . 4 . 1磨头主轴的结构设计8 3 . 4 . 2轴的最小直径估算9 3 . 4 . 3轴的总长度9 3 . 4 . 4各轴段直径和长度的确定1 0 3 . 4 . 5轴承的选择1 1 3 . 4 . 6轴承的润滑1 1 3 . 4 . 7滚动轴承的密封1 1 3 . 5磨头进给系统设计1 2 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 6 3 . 5 . 1套筒和导向套的设计1 2 3 . 5 . 2上磨头进给系统设计1 3 3 . 5 . 3齿轮轴的校核1 8 4结论2 1 参考文献2 2 致谢2 3 附录2 4 1前言 弹簧是人们熟悉的机械基础件，它适用于缓冲或减振，在机械设备、生活用品 上的各种弹性元件都属于弹簧。弹簧元件在机械设备中往往处于运转的关键部位， 它的质量优劣对主机的质量水平有重要影响。弹簧的优劣不仅取决于弹簧材料，还 取决于弹簧的加工工艺。中国弹簧行业专业化、自动化程度还比较低，不少工序还 停留在手工操作水平上。工人劳动强度大、劳动条件差、生产效率低。国外磨簧等 关键工序都已实现机械化、自动化。德国磨簧机有 10 种，中国仅有 4 种，而且设 备精度较差。为满足国内弹簧生产的需要现设计立式磨簧机。 磨簧机主要用于弹簧端面的磨削。弹簧钢丝经过卷簧机卷制，形成弹簧的半成 品，其两个端面不平行，还不能满足使用要求。需要通过磨簧机将半成品的两个端 面磨平，并使两端面与弹簧的轴线保持一定的垂直度。 磨簧分两种形式：A. 只需将弹簧端面磨平； B. 高度磨削。除了要把弹簧端面磨平外，还要把弹簧磨到指 定的高度。 本课题来源于盐城市双圆弹簧厂。为高效率磨削弹簧端面需设计立式磨机。其 中： a. 磨簧机应能满足加工要求，保证加工精度； b . 磨簧机应运转平稳，工作可靠，结构简单； c . 工件装卸方便，便于维修、调整； d . 尽量使用通用件，以便降低制造成本。 在陈祥林老师的指导下，首先进行了方案论证，确定机床总体结构。由于磨簧 机是针对弹簧磨削而设计的，所以整个设计过程都是围绕弹簧磨削这一功能而展开 的。首先根据弹簧的材料，选择合适的砂轮，然后根据普通磨削的要求确定砂轮转 速、工件转速、砂轮的进给量等。根据以上的参数计算磨削功率，分析拟定传动装 置的简图，画出总装备图，然后根据装备图设计零件图。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2总体方案论证 本次设计的课题是立式磨簧机，用于弹簧端面的磨削。为避免弹簧多次装夹引 起的加工精度误差，以及减少装夹时间，拟采用两个砂轮一起磨削，提高工作效率。 两个砂轮有两个独立的电机驱动。为适合加工不同高度的弹簧，以及在磨削时砂轮 实现进给运动，磨头要能实现轴向移动。为简化传动机构的结构，只要一个磨头实 现进给，另一个磨头固定。 2 . 1进给磨头的确定 为弹簧顺利进入磨削区域，下磨头要和工作台处于同一个平面。假如下磨头实 现进给运动，那么工作台也要随着磨头运动。工作台比较质量比较大，上下运动在 结构上比较复杂，定位难以实现，加工精度难以得到保证。综合各方面因素，确定 由上磨头实现进给运动。下磨头在经过长时间的磨削运动，砂轮厚度会减小，砂轮 就会低于工作台，料盘就难以实现旋转运动。所以砂轮经过一段时间磨削后，下磨 头需要实现高度补偿，使砂轮和工作台重新处在同一个平面。在结构上用升降杆来 调节下磨头高度。 2 . 2 工作台高度的确定 工作台的高度主要根据人的身高来确定，工作台不宜太高，太高会使工人的手 上抬，长时间工作会加快工人的劳累；工作台太低，使工人弓着腰工作，同样加快 工人的疲劳。工作台高度定位标准是使工人工作舒适。综合国人的平均身高，工作 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 8 台的高度拟确定 120.5 。 2 . 3 工作台工作方式 为便于以后磨头的维修、调整，把工作台设计成活动的，即磨头在维修、卸载 时可以方便地把工作台打开。 3 磨头设计 3 . 1 工件材料 弹簧材料的种类繁多, 目前大量使用的是弹簧钢, 其次是具有特殊性能的弹簧材 料, 如不锈耐酸钢、耐热钢( 合金) 、铜合金以及橡胶、塑料等。 一般弹簧钢包括: a . 碳素弹簧钢 ； b . 合金弹簧钢 。 本次设计拟确定工件材料为碳素弹簧钢和合金弹簧钢。 3 . 2 砂轮的选择 砂轮选择应考虑的因素： 砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生产效 率等。为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。选择砂轮时主要考虑下 列磨削条件和技术要求： a工件材料的物理机械性能； b工件的热处理方法； c工件的加工精度和表面粗糙度的要求； d工件的形状和尺寸； 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 e工件的磨削余量； f磨削方式（外圆、内圆或平面磨、开槽、切断等） ； g磨削用量，切削液情况，磨床情况，生产类型以及操作者的熟练程度。 3 . 2 . 1 磨料的选择 磨料直接参加磨削工作，所以磨料的硬度要高，耐热性要好，还要具有一定的 韧性和强度；为了能进行切削，磨料上还必须具有锋利的边刃。 磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。一般天然磨料含杂质多，质地不均。 表 3 - 1 磨料的特点和应用范围 磨料名称 新代 号 旧代 号 特点 应用范围 棕刚玉 A GZ 棕褐色、硬度高韧度大、 价格便宜 磨削和研磨碳钢、 和金 刚、铸钢、硬青铜等 白刚玉 WA GB 白色， 硬度比棕刚玉略高， 韧度较棕刚玉低 磨削、研磨、衘磨和超 精加工、淬火钢、高速 钢、螺纹、齿轮及薄壁 零件等 单晶刚玉 SA GD 浅黄色或白色，颗粒呈球 状，硬度和韧度都比白刚 玉高 磨削、 研磨或衘磨不锈 钢和高钒高速钢等高 强度韧度大的材料 微晶刚玉 MA GW 颜色于棕刚玉近似，刚度 高，韧度和自励性能良好 磨削或研磨不锈钢、 轴 承钢、球墨铸铁、并适 于高速磨削 铬刚玉 PA GG 玫瑰红，或紫红色，硬度 和韧度比白刚玉高，磨削 表面粗糙度细小 磨削、研磨、或衘磨淬 火钢， 高速钢轴承等表 面粗糙度值要求较小 的量具， 仪表零件和薄 壁工件 根据弹簧材料：碳素弹簧钢或 65Mn 来确定磨料，并对照磨料的应用范围来选 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 10 择。 对照表 3- 1，综合考虑磨料的应用范围以及价格，磨料选择棕刚玉，代号：A。 3 . 2 . 2 粒度的选择 砂轮的粒度是指砂轮所含磨料颗粒尺寸的大小，通常以粒度号表示。磨料按其 颗粒尺寸大小分为 41 个号，粒度号数越大颗粒越小。 选择磨料粒度时应遵循以下原则：粗磨用粗粒度、精磨用细粒度；工件材料软、 塑性大（如有色金属）和磨削面积大的时，为避免砂轮堵塞，应选用粗粒度；成形 磨削和高速磨削时粒度应选细些；磨削淬火钢及硬质合金钢时，宜选用中等粒度的 磨料；内磨应选用较外磨为粗的粒度；磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件应选用较 粗的粒度。 表 3- 2 不同粒度磨具的使用范围 粒度号数 实用范围 22 # 40 # 磨钢锭、去铸件毛刺、切钢坯等 46 # 60 # 一般外圆、内圆、平面、无心磨、工具 磨等 60 # 90 # 外圆、内圆、平面、无心磨等半精磨 100 # 240 # 精磨、成形磨、衘磨、超精磨刀具刃磨 280 # W20 精密磨、衘磨、螺纹磨等超精加工 非 金 刚 石 磨具 W20 以下 研磨、精细磨、境面磨等超精加工 表 3- 3 加工表面粗糙度与磨料粒度的关系 磨料粒度 加工表面粗糙度Ra( m ) 24 # 36 # 5 36 # 46 # 2.51.25 46 # 60 # 0.630.32 80 # 120 # 0.16 弹簧端面磨削是一次性磨削，且对端面的粗糙度要求不是太高，根据粒度与粗 糙度的关系，对照表 3- 2，表 3- 3，磨具的粒度选取 50 # 。 3 . 2 . 3 磨具硬度的选择 磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，从磨具表面脱落的难易程度。硬度高， 表示磨粒难易脱落，硬度低则表示容易脱落。 硬度选择的一般原则是：加工硬钢或淬火钢时选择较软的磨具，加工软钢时选 择较硬的磨具；加工青铜、韧黄铜时选软磨具；磨具与工件接触面积大时选择较软 的磨具；磨削导热性差的材料时选择较软的磨具；精磨、精密磨、超精磨和成形磨 时，应该选择硬的磨具；磨平面时应选用磨削相同金属零件外圆时为软的砂轮；干 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 磨时所用砂轮应较湿软些；镜面磨削、缓进时宜选较软砂轮；采用宽砂轮大纵向进 给磨外圆时应选较软砂轮；砂轮粒度较细时，硬度应稍软些。机械加工中常用的砂 轮硬度等级是 H- N。 弹簧磨削是干磨，由弹簧材料可知，弹簧的材料的硬度属于中硬，根据磨具选 用原则，弹簧磨削磨具选中软，代号为 K。 3 . 2 . 4 结合剂的选择 表 3- 4 结合剂的分类及应用范围 名称 代号 特性 应用范围 陶瓷结合剂 V 由粘土等配置，化学性质 稳定，耐热、耐油、耐酸、 耐碱，多用性好，耐用度 高，强度较高，成本低， 但较脆 适用成形磨削，如磨螺纹、齿 轮、轴承滚道等，砂轮速度宜 在 35m/s 以下 树脂结合剂 B 强度高、弹性好，能在高 速下工作，耐热性差，在 200 摄氏度以上失去粘结 作用,不耐算碱 可作较厚的砂轮和石墨砂轮， 用于细粗糙度、高精度磨削， 用作切断和开槽用的薄片砂 轮，修磨钢坯、铸件的粗粒度 砂轮 橡胶结合剂 R 弹性好磨粒容易脱落,耐 热、耐酸、耐油性均差， 且有异味 可作切断、开槽用的薄砂轮及 抛光砂轮、无心磨导轮，不适 于粗磨 金属结合剂 J 强度高、韧度高和成形性 好， 但自励性差 常用的为青铜结合剂，主要用 于金刚石砂轮，用于粗磨，半 精磨硬质合金及切断光学玻 璃、陶瓷、半导体等 根据结合剂的特性和应用范围选择：陶瓷结合剂。 3 . 2 . 5 磨具形状及尺寸的选择 A砂轮型号的选择 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 12 各种砂轮的形状及尺寸在参考文献 1 1 中已有规定。 表 3 - 5 砂轮型号 砂轮名称 代号 一般用途 平形砂轮 P 根据不同尺寸用于外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、 工具磨、螺纹磨和砂轮机上 双斜面一号砂轮 PSX1 用于磨齿轮齿面和磨单线螺纹 双面凹砂轮 PSA 用于外圆磨和刃磨刀具，还用作无心磨的砂轮和导轮 薄片砂轮 PB 用于切断和开槽等 筒形砂轮 N 用于立式平面磨床上 坯形砂轮 B 用其端面刃磨刀具，也可用其圆周磨平面和内孔 碗形砂轮 BW 用于刃磨刀具，也可用于导轨磨床磨机床导轨 碟形一号砂轮 D1 适于磨铣刀、铰刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齿轮的 齿面 根据砂轮的一般用途，选择砂轮：平行砂轮，代号：P B砂轮内外直径的选择 砂轮的内外直径决定了砂轮的磨簧宽度，磨簧宽度主要有料盘来决定。有设计 任务书可知，弹簧的最大外径为5 0 m m ，根据弹簧的最大外径，通过作图法来确定 相关参数。 图 3 - 1 砂轮、料盘位置示意图 由图 3- 1 可知，弹簧的排列宽度为 100.4mm,，则砂轮的磨削宽度应该在 100mm 左右。对照参考文献 1 1 ，确定砂轮的内外经以及砂轮的厚度。砂轮外径400mm， 内径2 0 3 ，厚度为 5 0 m m 。 3 . 3 . 1 磨削功率计算 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 F P= 2 C F( v? fr? B / vC) t g ? ( 3 - 1 ) 公式中各参数的含义： C F单位切屑所需的力（N / m m 2 ） ； v 指工件的速度。这里指弹簧相对料盘轴线的线速度； f r径向进给量（m m ）, 这里指料盘旋转一周后，砂轮的磨削量； B 原指砂轮的宽度，这里取弹簧中径的 1 / 4 ； v C指砂轮的线速度； 磨粒的锥顶半角（6 0 7 5 ） 。 确定公式中各参数值： 表 3 - 6 各种工件材料的 C F值 工件材料 花岗石 硅 纯铁 铸铁 高速钢 C F（N / m m 2 ） 4 3 0 0 5 5 0 0 2 8 0 0 4 9 0 0 1 8 0 0 0 根据弹簧材料 6 5 M n 和砂轮材料棕刚玉，选择：C F1 0 0 0 0 N / m m 2 。 表 3 - 7 磨削常用进给量 f r（m m ） 磨削方式 平面磨削 粗磨 0 . 0 1 0 0 . 0 2 5 精磨 0 . 0 0 5 0 . 0 1 5 簧磨削属于粗磨，对照表 3 - 7 ，f r拟确定 0 . 0 2 m m 。 砂轮普通磨削线速度 3 0 3 5 m / s , 高速磨削 3 5 m / s以上。弹簧磨削属于干磨，速 度不宜太高。速度过高会产生高温，影响弹簧的性能。在这里我拟选用 v C3 0 m / s 。 锥顶半角6 0 。 由设计任务书可知， 弹簧钢丝最大直径 8 m m , 弹簧最大外径 5 0 m m ， 则弹簧中径为： D 1= 5 0 - 1 6 = 3 4 m m D 2= ( 3 4 + 5 0 ) / 2 = 4 2 m m B = D 2/ 4 = 1 0 . 1 5 m m 参照平面磨削参数工件的速度 v 0 . 1 5 m / s 。 表 3 - 8 磨削的摩擦系数 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 14 工件材料 砂轮切削液 干磨 退火碳素钢 A 4 6 N V 0 . 7 3 淬火高速钢 A 4 6 G V 0 . 3 2 弹簧磨削属于干磨， 工件材料为 6 5 M n 或者碳素钢， 所以摩擦系数选择0 . 7 3 。 由公式 3 1 得： F P 2 1 0 0 0 0 ( 0 . 1 5 0 . 0 2 1 0 . 5 / 3 0 ) t g 6 0 0 . 7 3 2 0 . 8 4 N F P是磨单个弹簧所需的磨削力，有图 3 - 1 可知，有 7 个弹簧同时进行磨削 P m7 FP vC/ 1 0 0 0 7 2 0 . 8 43 0 / 1 0 0 0 4 . 3 8 K W 总传动效率： 轴有 4 个角接触轴承支撑，单个轴承的传动效率为 0 . 9 9 ，则总传动效率为： 0 . 9 9 4 0 . 9 6 电机输入功率为： P P m/ 4 . 3 8 / 0 . 9 6 4 . 5 6 K W 3 . 3 . 2 选择电动机 电机转速： n D vc ( D 为砂轮的外径) ( 3 - 2 ) 由 3 2 得： n 400 30000 1 4 3 3 . 1 2 r / m i n 根据输入功率以及输入转速选择电机，查参考文献 3 ，选择电动机的型号 Y 1 3 2 S - 4 ，额定功率 5 . 5 K W ，同步转速 1 5 0 0 r / m i n ，满载转速 1 4 4 0 r / m i n 。 3 . 4 磨头主轴的设计 通常，轴的设计步骤包括： a . 按工作要求合理选择轴的材料和热处理方法； b . 轴的结构设计； c . 轴的强度校核计算； d . 必要时作轴的刚度或振动稳定性等的校核计算； e . 绘制轴的零件工作图。 A 轴的材料及其热处理选择 轴的常用材料是碳素钢，合金刚及球墨铸铁。 钢轴毛坯多数用轧制圆钢或锻件，也有的用圆钢。 碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性低，经热处理或化学处理可得到较高 的综合力学性能（尤其在耐磨性和抗疲劳强度两个方面） ，应用最多。常用的碳钢有 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 5 、4 0 、4 5 和 5 0 等优质中碳钢，其中 4 5 钢应用最广，通常进行正火或调质处理， 一般用于比较重要或承载较大的轴。对于不重要或承载较小的轴，也可采用 Q 2 3 5 , Q 2 7 5 等普通碳素钢。 合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能，常用于承载很大而重量、 尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的重要的轴，以及处理高温或低温条件下工 作的轴。 选择轴的材料和热处理方法，主要根据轴的受力、转速、重要性等对轴的强度 和耐磨性提出的要求。研究表明，钢材的种类和热处理措施对其弹性模量影响甚小， 如欲采用合金钢代替碳素钢或通过热处理来提高轴的高度，收效甚微。轴的刚度主 要取决于轴的剖面尺寸，可用适当增加轴的截面面积来提高轴的刚度。此外，合金 钢对应力集中敏感性较强，价格也较高。选材是也应考虑到。 综合考虑轴的运行环境以及轴材料的力学性能， 轴的材料选择 4 5 钢， 调质处理。 3 . 4 . 1 磨头主轴的结构设计 轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和结构，以及包括各轴段长度、直径及 其他细小尺寸在内的全部结构尺寸。 轴的结构主要取决以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类； 轴上作用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴 的加工工艺以及其他一些要求。由于影响因素很多，且其结构形式又因具体情况的 不同而异，所以轴没有标准的结构形式，设计具有较大的灵活性和多样性。但是， 不论具体情况人如何，轴的结构一般应满足以下几个方面的要求： a . 轴和轴上零件要有准确的工作位置； b . 轴上零件应便于装拆和调整； c . 轴应具有良好的制造工艺性； d . 轴的受力合理，有利于提高强度和刚度； e . 节省材料，减轻重量；F f . 形状及尺寸有利于减小应力集中。 轴的结构设计时，一般已知装配简图、轴的转速、传递的功率及传动零件的类型 和尺寸等。 3 . 4 . 2 轴的最小直径估算 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 16 转轴受弯扭组合作用，在轴的结构设计前，其长度、跨距、支反力及其作用点 的位置等都未知，尚无法确定轴上弯矩的大小和分布情况，因此也无法按弯扭组合 来确定转轴上各轴段的直径。为此应先按扭转强度条件估算转轴上仅受转矩作用的 轴段的直径轴的最小直径 d min，然后才能通过结构设计确定各轴段的直径。 d min= C n P 3 ( 3 - 3 ) C 计算常数，取决于轴的材料和受载情况。 当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的削弱：d 1 0 0 m m时，单 键槽增大 3 ，双键槽增大 7 ；d 1 0 0 m m时，单键槽增大 5 7 ，双键槽增大 1 0 1 5 。最后对 d 进行圆整。 查参考文献 1 0 P 2 9 2 表 1 1 . 3 （轴常用 C 值） ： C 1 1 1 由公式 3 - 3 得： d min1 1 1 1440 5 . 5 3 1 7 . 3 5 m m 电机和轴的连接方式是直联，即在轴的一段开孔，电机主轴套在孔内，并用键 连接。查阅参考文献 3 可知，Y 1 3 2 S - 4电机主轴直径为3 8 m m ，计算值 d min比电机 主轴小得多，砂轮在磨削时轴受到的径向力，以及振动比较大，d min1 7 . 3 5 m m 难以 满足强度要求。综合各种因素，以及指导老师的建议，磨头主轴 d min6 0 。 3 . 4 . 3 轴的总长度 轴的长度主要决定磨头的稳定性，为满足装配空间的要求，尽可能把轴设计得 长些。首先确定下磨头的长度。从总体方案中知道工作台的高度为 1 2 0 5 ，查阅参 考文献 3 可知 Y 1 3 2 S - 4 电机的安装尺寸，电机总长度为 4 7 5 ，砂轮和电机的安装 空间拟确定为 1 6 2 . 5 ，则轴的长度： L 下1 2 0 5 4 7 5 1 6 2 . 5 5 6 8 . 5 m m 。 上磨头要实现进给运动，根据磨簧的高度 1 5 - 1 5 0 m m ，弹簧的磨削量以及砂轮厚 度的补偿，来确定上磨头的主轴长度。 L 上5 6 8 . 5 1 5 0 7 1 . 5 7 9 0 m m 。 3 . 4 . 4 各轴段直径和长度的确定 A . 各轴段的直径 阶梯轴各轴段直径的变化应遵循下列原则：a . 配合性质不同的表面（包括配合 表面与非配合表面） ，直径应有所不同；b . 加工精度、粗糙度不同的表面，一般直径 亦应有所不同；c . 应便于轴上零件的装拆。通常从初步估算的轴段最小直径 d min开 始，考虑轴上配合零部件的标准尺寸、结构特点和定位、固定、装拆、受力情况等 对轴结构的要求，一次确定轴段的直径。具体操作时还应注意以下几个方面问题： d . 与轴承配合的轴颈，其直径必须符合滚动轴承内径的标准系列。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 e . 轴上螺纹部分必须符合螺纹标准。 f . 轴肩定位是轴上零件最方便可靠的定位方法。轴肩分定位轴肩和非定位轴肩， 定位轴肩通常用于轴向力较大的场合，非定位轴肩是为加工和装配方便而设 置的，其高度没有严格的规定。 g . 与轴上传动零件配合的轴头直径，应尽可能圆整成标准直径尺寸系列。 h . 非配合的轴身直径，可不取标准值，但一般应取成整数。 B . 各轴段的长度 各轴段的长度决定于轴上零件的宽度和零件固定的可靠性，设计时应注意以下 几点： a . 轴颈的长度通常于轴承的宽度相同。 b . 轴头的长度取决于与其相配合的传动轮毂的宽度。 c . 轴身长度的确定应考虑轴上各零件之间的相互位置关系和拆装工艺要求，各 零件间的间距查参考文献 3 。 根据轴设计的准则以及轴上零件装配要求，把轴设计成如下结构形式： 图 3 - 2 磨头主轴结构示意图 在 L 1 段和 L 4 段安装轴承，用于轴的定位。 轴的详细尺寸见图 M H J - 0 1 - 1 8 , M H J - 0 1 - 1 0 。 3 . 4 . 5 轴承的选择 选择滚动轴承的类型，一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同 的条件下，滚子轴承比球轴承承载能力大，时用于载荷较大或有冲击的场合。当承 受纯径向载荷时，通常选用径向接触轴承或深沟球轴承；当承受纯轴向载荷时，通 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 18 常选用推力轴承；当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时，可选用角接触球轴承。 根据轴的应用场合可知，轴在砂轮、弹簧的作用下受到轴向力，以及在磨削时 受到的径向力。查询常用滚动轴承的性能和特点，选择角接触球轴承。角接触球轴 承的性能特点：可同时承受径向负荷和轴向负荷，也可承受纯轴向符合。适用于刚 性较大跨距不大的轴及须在工作中调整游隙时，常用于蜗杆减速器、离心机、电钻、 穿孔机等。 角接触球轴承所能承受的轴向力是单向的，磨簧机的磨头在磨削时，收到的轴 向力一般是双向的，所以为满足使用要求，角接触轴承是成对使用，用背对背的方 式安装。 由图 M H J - 0 1 - 1 0 可知 D 1= 6 0 m m ；D4= 7 0 m m 则轴两端的轴承型号分别是：7 2 1 2 A C , 7 2 1 4 A C 。 3 . 4 . 6 轴承的润滑 润滑对于滚动轴承具有重要意义。轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还 具有散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等。润滑方式与轴承速度有关，一 般根据轴承的 d n值（d为滚动轴承内径，单位 m m ；n为轴承转速，单位 r / m i n ）作 出选择。 d nd n ( 3 - 4 ) 式中 d = 6 0 m m ; n = 1 4 3 3 . 1 2 r / m i n 由公式 3 4 得： d n6 0 1 4 3 3 . 1 2 8 . 6 1 0 4 m m ? r / m i n 表 3 - 9 d n值界限（1 0 4 m m ? r / m i n ） 轴承类型 脂润 滑 油润滑 角接触球轴承 1 6 2 5 对照表 3 - 9 ，轴承的润滑方式选择脂润滑。 3 . 4 . 7 滚动轴承的密封 轴承工作时，润滑剂不允许很快流失，且外界灰尘、水分及其他杂物也不允许 进入轴承，故应对轴承设置可靠的密封装置。密封装置可分为接触式和非接触式两 类。 A . 接触式密封 通过轴承盖内部放置的密封件与传动轴表面的直接接触而起密封作用。密封件 主要用毛毡、橡胶圈、皮碗等软性材料，也有用减磨性好的硬质材料如石墨、青铜、 耐磨铸铁等。轴与密封件接触部位需要磨光，以增强防泄漏能力和延长密封件的寿 命。 B . 非接触式密封 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 接触式密封必然在接触处产生摩擦，非接触式密封则可以避免此类缺点，故非 接触式密封常用于速度较高的场合。 鉴于磨头主轴在靠近砂轮端受到的振动比较大，在磨削时产生的磨削四处飞溅。 假如用接触式密封，主轴在高速旋转时轴和密封圈摩擦厉害，磨簧机运转一定时间 密封圈就达不到密封效果。磨屑容易进入轴承，影响轴承寿命和磨削精度。权衡利 弊，我选择非接触式密封，即选用迷宫式密封，在缝隙中填脂。 3 . 5 磨头进给系统设计 轴一般由轴承固定，难以实现轴向移动。现在用套筒和导向套来实现轴的轴下 移动。首先把轴安装在套筒内, 套筒安装在导向套内, 由套筒在导向套内实现轴向移 动, 从而实现磨头的轴向移动。详细结构见磨头装配图 M H J - 0 1 - 0 0 。 3 . 5 . 1 套筒和导向套的设计 A . 套筒的设计 套筒的内经主要有轴承的外径来确定。见图 3 - 2 ，轴承的最大外径在 L 4 段，根 据轴承型号 7 2 1 4 A C 可知， 轴承外径 D = 1 2 5 ， 轴承 7 2 1 4 A C 安装尺寸 D a1 1 6 m m ， 对套筒内径进行圆整，则 D 内= 1 1 0 m m ，现拟确定套筒厚度为 2 5 m m ，则套筒外径 D外 1 6 0 m m 。 套筒的长度主要以下磨头主轴的长度作为设计依据。考虑到安装尺寸，套筒长 度确定为 5 0 0 m m 。 我们可以把套筒看成空心轴。空心轴对提高轴的刚度、减小轴的质量具有显著 的作用。由计算知，内外径之比为 0 . 6的空心轴与质量相同的实心轴相比，截面系 数可增大 7 0 。 套筒刚度校核： i = 外 内 D D ( 3 - 5 ) 由公式 3 5 得： i 160 110 0 . 6 9 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 20 V 筒 = 22 ( 4 1 内 外D D) L 筒 ( 3 - 6 ) 由公式 3 - 6 得： V 筒 22 110160 4 1 （) 5 0 0 5 2 9 8 7 5 0 m m 3 V 轴 2 4 1 DL 轴 ( 3 - 7 ) 由公式 3 - 7 得： V 轴 4 1 6 0 2 5 6 8 . 5 1606581 m m 3 V 筒 V轴；i 0 . 6 所以套筒满足刚度要求。 上磨头因为要实现轴向移动，所以上磨头套筒长度要比下磨头套筒长些。上磨头 套筒长度增量主要取决于磨簧高度，由设计任务书可知，磨簧高度在 1 5 1 5 0， 再考虑安装尺寸、砂轮补偿的需要，上磨头升降套筒长度确定为 7 0 0 . 5 。 B . 导向套的设计 导向套的内径由套筒的外径确定，为1 6 0 ，外径拟确定为2 2 0 。考虑到 其他零件的安装尺寸，以及砂轮的补偿高度，导向套的长度拟确定为 4 2 5 m m 。 导向套刚度校核： 由公式 3 - 5 得： i 220 160 0 . 7 3 由公式 3 - 6 得： V 套= 22 160220 4 1 （) 4 2 5 = 7 6 0 6 6 5 0 m m 3 V 套 V筒；i 0 . 6 所以导向套满足刚度要求 3 . 5 . 2 上磨头进给系统设计 磨头进给动力有电机来提供，磨头进给是直线运动，而电机是旋转运动。磨头 进给系统主要的功能是把电机的旋转运动转化成磨头的直线运动。根据这一要求， 选择齿轮- 齿条机构来实现磨头的进给运动。 A . 上磨头质量计算： 根据绘制零件图的尺寸，计算各零件的质量： a . 升降套筒： 由公式 3 - 6 得： V 筒 22 110160 4 1 （) 7 0 0 . 5 7 4 2 3 5 4 8 . 7 5 m m 3 b . 磨头主轴： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 V 轴4 5 4 5 2 5 4 1 6 4 2 1 6 2 4 4 1 1 0 9 2 4 1 70 2 6 9 4 1 6 5 2 5 7 7 4 1 6 0 2 5 0 2 6 4 6 3 0 9 . 9 2 5 m m 3 ( 3 - 8 ) c . 轴承： 查参考文献 3 ， 可知 7 2 1 2 A C 轴承的质量为 0 . 8 ； 2 1 4 A C 轴承的质量为 1 . 1 。 则轴承总质量为： 0 . 8 2 1 . 1 2 3 . 8 e . 电机质量： 查参考文献 3 ，电机 Y 1 3 2 S - 4 的质量为 6 8 。 f . 上电机法兰质量： 上电机法兰形状不规则，根据绘制的零件图，用相关计算软件计算上电机法兰 的质量，计算结果为：2 6 . 5 2 。 g . 砂轮质量： 查询参考文献资料11，砂轮质量为 50 。 h . 上磨头总质量： 钢的密度7 . 8 / c m 3 M 5 0 3 . 8 6 8 2 6 . 5 2 （7 4 2 3 5 4 8 . 7 5 2 6 4 6 3 0 9 . 9 2 5 ）/ 1 0 0 0 7 . 8 / 1 0 0 0 2 2 6 . 8 6 ( 3 - 9 ) B . 磨头进给功率计算： F M ? g ( 3 - 1 0 ) 由公式 3 - 1 0 得： F 2 2 6 . 8 6 9 . 8 2 2 2 3 . 2 2 8 N 磨头进给速度不能太高，太高会引起磨削力的突变，容易引起砂轮的崩 碎。鉴于以上原因砂轮进给速度为： v = 2 0 / m i n 则 P F ? v ( 3 - 1 1 ) 由公式 3 - 1 1 得： P 2 2 2 3 . 2 2 8 0 . 0 2 / 6 0 0 . 7 4 立式磨簧机设计（总体、磨头设计） 22 C . 传动齿轮、齿条的设计 选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数： 考虑到齿轮传递的功率不大，故齿轮、齿条都选用 4 5 钢调质处理，齿面硬度分 别为 2 2 0 H B S 、2 6