外圆无心磨床导轮架及其修整器结构设计正文

1、上海工程技术大学毕业设计（论文）无心磨床导轮架及其修整器结构设计摘 要无心磨削是工件不定回转中心的磨削。 工件支撑在导轮和托板上、导 轮轴线在垂直平面内与砂轮轴线倾斜一小角度。 磨削时，砂轮回转和砂轮 架横向进给，导轮回转除带动工件回转外，同时使工件自动轴向进给。无 心磨削技术相较于其他磨削方法，具有生产效率高，支撑刚度好等特点。本设计在充分了解无心磨削原理的基础上， 通过总结前人的设计经验，进 行无心磨床导轮架及修整器的结构设计。导轮架结构设计中，主要对导轮的传动系统及其结构进行设计与分 析。为了获得导轮的相应转速，对传动系统进行了设计和校核计算， 包括 电动机的选型，V形带和蜗轮蜗杆的传动

2、设计。此外，对主轴进行了相应 的强度与刚度校核，以确保设计的合理性。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。修整器结构设计中，金刚石笔由导轨来带动，所以从导轨及传动机构 两方面进行设计。通过对 X、丫两个方向的导轨副及传动方案的设计，以 满足使用要求。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。关键词：无心磨削，导轮架，修整器，结构设计，校核7Structure Design of Regulating Wheel Frame and ItsDresser For Centerless Grinding Machine 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。ABSTRACTCenterless grinding fixed center of r

3、otation of the workpiece for grinding. Supported on the regulating wheel and the workpiece on the pallet, the regulating wheel axis in the vertical plane of the grinding wheel axis tilted at a small angle. Grinding, grinding wheel and the wheel frame cross feed, lead to the reincarnation addition to

4、 driving workpiece swing outside, while the workpiece is automatically axial feed. Cen terless grinding grinding tech no logy compared to other methods, with high producti on efficie ncy, support stiffness is good. The design principle of a thorough understanding of the basis of centerless grinding,

5、 by summarizing previous design experienee, centerless grinder regulating wheel frame and dresser structural desig酽锕极額閉镇桧猪訣锥。In the desig n of Regulat ing wheel frame structure, we mainly desig n and analysis the guide wheel drive system and the structural. In order to obtain the corresp onding guid

6、e wheel speed, the drive system for the desig n and check calculations, including the selection of the motor, V-belts and worm gear design. In addition, the spindle corresponding strength and stiffness checked to en sure that the desig n is reas on ab 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。In the design of Dresser structural ,

7、 the rail drive the diamond pen. so we design both rail and drive mechanism. Through the X, Y two directions guideways and drive solutio ns desig ned to meet the requireme nts謀养抟箧飆鐸怼类 蒋薔。Keywords : centerless grinding, regulating wheel frame, dresser, structural desig n, check厦礴恳蹒骈時盡继價骚。无心磨床导轮架及其修整器

8、结构设计0引言金属切削机床的加工方式和使用范围非常广泛， 生产的品种恨多，是 机械制造工业中的主要技术装备。在一般的机械制造厂中，金属切削机床 约占生产设备的60%以上 。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。磨床是金属切削机床的一种。在磨床上加工的机械零件，可以获得较 高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，并且可以加工车床、铣床、钻床、插 床等难以加工的淬硬零件 。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。在所有的磨床中，外圆磨床是应用得罪广泛的一类机床， 工件采用无 心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，进行磨削的 磨床。它一般是由基础部分的铸铁床身，工作台，支承并带动工件选转的 头架、尾座、安装磨削砂轮的砂轮

9、架，控制磨削工件尺寸的横向进给机构， 控制机床运动部件动作的电器和液压装置等主要部件组成。外圆磨床一般可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床、 多砂轮外圆磨床、多片砂轮外圆磨床、切入式外圆磨床和专用外圆磨床。籟丛妈羥为贍债蛏练淨。外圆磨床的主要用途是进行工件的内外旋转体表面及端面的磨削工 作。1综述1.1无心磨削的基本概念1.1.1无心磨削的基本原理无心磨削是工件不定回转中心的磨削。有无心外圆磨削和无心内圆磨 削。可磨削圆柱表面和圆锥表面、回转体工件内外表面。工件支撑在导轮 和托板上、导轮轴线在垂直平面内与砂轮轴线倾斜一小角度。磨削时，砂轮回转和砂轮架横向进给，导轮回转

10、除带动工件回转外，同时使工件自动 轴向进给（见图1.1）。工件借助于与其托板的摩擦实现减振 。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。图1.1无心磨削工作原理无心磨削大体上有4种进给磨削方式：切线进给磨削（又称纵向贯穿磨削，工件由砂轮与导轮切线方向通过）、切入进给磨削（又称切入磨削,对带台阶或锥度等零件进行磨削，工件可用挡销定位支撑，由砂轮和导轮 进给切入）、断面进给磨削（带台阶零件沿其轴向前进及后退）和通过进 给磨削（又称贯通进给磨削工件沿其轴向自动进给），如图 1.2所示。渗 釤呛俨匀谔鱉调硯錦。图1.2无心磨削4种方法a）通过进给b）切入进给c ）切线进给d）端面进给1砂轮2 工件3 导轮4 导向板（送料

11、板）5 挡板图1.3砂轮、导轮和托板的相对位置示意图在图1.3中，W表示工件,G表示砂轮，C表示导轮，B表示托板。砂轮的作用是磨削工件，因而又称磨削轮（或磨轮），它和工件的接触点 1 叫做磨削点。导轮的作用是引导和控制工件的运动，它和工件的接触点2叫做控制点。托板是用来支承工件的，它和工件的接触点3叫做支承点。另外，导轮和托板联合起来，可对工件进行定位，因此2、3两点又叫做定位点 。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。正常工作时，磨轮和导轮同向旋转，他们的速度分别为nG和nc ；工件的转速为nw，其转向和砂轮相反。通常，为使工件以进给量fwn做轴向运动，导轮轴线应相对砂轮轴线倾斜一个角度:，被称为导轮倾角

12、。以 保证工件和导轮线接触。一般认为，工件运动完全取决于导轮。严格说， 这种观点是不全面的。从整个磨削过程来看，若磨削短小工件，则工件的o0线速度|Vw |和导轮的线速度|Vc |都沿导轮轴线变化，但二者的变化规律完 全不同。这至少说明工件的运动不仅仅取决于导轮。 理论和实践一致表明， 工件的运动不仅和砂轮、导轮、托板的材料以及砂轮运、导轮运动、磨削 余量有关，而且还受到无心磨削几何布局的影响。因此，工件的运动是砂轮，导轮和托板的联合作用的结果 。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。1.1.2导轮修整的角度设置导轮在无心磨削中有两个作用，一是工件磨削时的定位基面，与托板 工作面成“V”形定位装置；二是导轮

13、与砂轮一起使工件获得均匀的回转 运动与轴向运动。常用导轮曲面为单叶回转双曲面 。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。常用导轮曲面为单叶回转双曲面。 导轮的修整器的作用，是把导轮的 外形修整成内凹的形状，因为导轮是圆柱体，如果还修成圆柱的，那么导 轮在调整磨削角度的时候，导轮和砂轮的接触点只有在一个点上 。 坛搏乡囂忏 蒌鍥铃氈淚上海工程技术大学毕业设计（论文）无心磨床导轮架及其修整器结构设计如果不调整磨削角度，那么不能形成螺旋线，工件在通磨的时候不能 往前移动，只用于停止磨削磨削角度的作用：导轮修整后形成的内凹和两边凸，如果两边凸的地 方跟工件接触，那么只能两边磨削到，砂轮的中间接触不到工件。 蜡變黲癟報

14、伥铉锚鈰赘。砂轮和刀片的面是在水平位置不变的，无心磨大多都是通过调整的倾斜角度和水平角度来或者和砂轮的接触面，这个接触面就是磨削区域同时在调整的时候产生了螺旋线，给了工件往前的力。如图1.4所示 。 買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。图1.4导轮修整角度示意图1.2无心磨削的国内外研究现状及发展趋势1.2.1无心磨削的国内外研究现状在无心磨削的整个理论研究过程中，主要涉及到以下几个方面的内 容：成圆过程，运动和动力学分析。(1) 无心磨削成圆过程的研究情况无心磨削中工件磨削表面如何被磨圆，是国内外专家和学者们感兴趣 的问题。早在20世纪30年代就有这方面的论文发表，目前，国内外仍有 许多单位和个人在研究它

15、 。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。研究无心磨削成圆理论比较成熟的国家有俄罗斯、日本、英国、德国和中国等。在符 波费里金引入傅里叶级数的分析方法后，人们对无心磨 削成圆效应有了新的认识，从而极大地推动了这一问题的研究。 此后，各 国许多学者都采用了类似的方法对成圆效应进行数学分析和解释，得出了许多有用的结论 。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。迄今为止，无心磨削成圆的研究可以归纳为三个方面：几何成圆理论、 静态成圆理论和动态成圆理论。 几何成圆理论的本质在于导轮、 砂轮、托 板和工件之间的相对几何关系决定了无心磨削的成圆过程。这种理论忽略 了系统的振动、变形和磨削机制，仅考虑几何关系，因而称之为几何成圆 理论。

16、静态成圆理论比几何成圆理论稍有发展。 这种理论之所以称为静态 成圆理论，是因为它除了考虑几何关系外，还引进了系统静刚度因素。动 态成圆理论是比较完善的无心磨削成圆理论。 这种理论不仅考虑了几何因 素，而且还考虑了磨削系统的振动参数（静刚度K，阻尼C和质量m）以及 具有反馈特性的磨削机制。动态成圆理论又叫做无心磨削动态稳定性理 论。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。日本学者对有局部缺口的工件进行无心磨削研究， 对频谱图法的发展 有十分重要的意义，但没有建立谐波分布函数，不能有针对性地控制显著 （较大）谐波和谐波分布状态 。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。20世纪90年代，国内学者提出了无心磨削准动力学成圆理论，该理

17、论有机地统一了几何成圆和动态成圆两大理论，并具备了两种理论的优 点o構氽頑黉碩饨荠龈话骛。近半个世纪的无心磨削理论和实践研究表明。工件表面圆度误差生成 主要依赖于系统振动、工件转速与几何布局。为了从本质上描述无心磨削 成圆机理，A.Y.Chien提出了谐波的频谱图法，研究系统对诸次谐波的频 率响应问题。日本学者对有局部缺口的工件进行无心磨削研究，对频谱图法的发展有十分重要的意义，但没有建立谐波分布函数，不能有针对性地 控制显著（较大）谐波和谐波分布状态。所以建立无心磨削准动力学成圆理 论，研究工件表面谐波分布状态与系统振动、工件转速及几何布局之间的内在规律性，以实现谐波的合理控制，并进一步发展

18、频谱图法。准动力学 谐波生成机理较有效地描述了工件表面的谐波生成规律。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。目前，对影响工件圆度误差的各种因素的研究，尤其是磨削区几何形状的研究比以前有了新的发展。具体表现在除对工件圆度误差进行支承误 差复映外，还根据工件圆度误差的 杠杆假设”做进一步的矢量分析，从 而得到无心磨削几何区域稳定图 。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。近年来，国内外除了从稳态磨削方面研究外，还从动态磨削方面对工 件圆度误差的影响进行了一定的单项试验与理论研究，并取得了很大的发展。他们主要分析了工艺系统在受迫振动条件下对工件圆度误差的影响， 但是忽略了颤振的影响。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。（2）运动学和动力学分析

19、从20世纪50年代斯姆尼洛斯基、60年代米津荣、70年代王玉昆到 80年代钱安宇和90年代夏新涛，他们对无心磨削过程中，工件的运动和 受力状态进行了详细的推导和分析，使得对工件的运动和受力状态的研究 逐渐成熟并区域完善。这些研究不仅具有理论价值，而且可以解释生产中 的现象，受到人们极大的关注。 凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。以上述专家的成果为依据，本文通过建立新的数学模型，通过新的研究方法，更加全面、有效、方便的分析了无心磨削过程中几何参数，动态参数对工件圆度误差的影响。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。除了以上两种研究外，导轮修整、无心磨削表面质量等也是人们关心的问题。但是这些方面的研究还远远不够， 停留在比

20、较简单的阶段，有待 进一步的研究发展。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。122无心磨削的发展趋势从无心磨削的发展及现行生产动向来看，无心磨削应向着高速、宽砂 轮、高精度、自动化及闭环系统方向发展。（1）高速磨削。高速磨削是通过提高砂轮速度来达到提高磨削效率和磨削质量的一种加工方法。高速磨削的砂轮线速度一般为50m/s 80m/s,无心磨削目前可达80m/s的砂轮线速度。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。高速磨削的特点是可以提高生产率、提高砂轮使用寿命（比普通磨削提高75%左右）和提高加工精度与表面质量。但是，在磨削过程中，要消 耗更多的功率；因此，对机床和砂轮及电机都将有更高的要求。阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。（2）宽

21、砂轮磨削。宽砂轮磨削和高速磨削一样，都属于高效率磨削方法。 顾名思义，宽砂轮磨削主要是增加砂轮工作宽度， 使之和工件有更大的磨 削接触面积。这样有利于提高生产率和扩大磨床使用范围。切入磨削时，可以磨削更长的工件，或者同时磨削两个其至更多的短工件，贯穿磨削时，可以加大一次通磨的磨削余量，减少通磨次数，或者粗精磨一次完成。氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。（3）高精度磨削。高精度磨削后的工件在形状精度、位置精度、尺寸精度，粗糙度和波纹度等方面都具有很高的精度 （质量）级别。那种认为高精 度仅对圆度误差而言的看法是片面的。高精度磨削是在高精度磨床上进行 的。磨削时，砂轮部件、导轮部件和托板部件的刚度、精度以及几

22、何布局 部直接影响着工件精度。因此.在设计高精度磨床时，有必要对磨床的静 态和动态件能给以预测。预测方法包括理论和试验两个方面的内容。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。（4）磨削自动化。无心磨削自动化的内容有：工件上下料自动化，自动测量，自动进给，砂轮和导轮的自动修整以及砂轮的自动平衡等。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。在机床设计过程中，实现磨床综合自动化不可或缺的一个重要手段是，配置自动上下料机构。根据不同工艺方式，不同零件，而采用标准模 块组合式上下料装置、机械手、机器人或借助于机床自身的功能元部件来 实现自动山下料。例如无锡光洋机床有限公司KC200型，无锡机床股份有限公司MKIII50型无心磨床配置了步进龙

23、门式机械手； 而MKIII50型无 心磨床上的则为双轴型龙门式机械手，使卸料与装料时间达到了最大限度 的重合，在提高磨床综合自动化程度时，缩短了辅助时间 。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。（5）磨削闭环系统。磨削闭环系统的显著标志是使磨削的各种参数、磨床的各种动作、工件精度的测量与预测、信息的反馈与比较、设备保养以 及意外事故处理等方面和谐地处于同一机制之中 。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。随着磨床应用计算机数控技术的普遍化，其应用水平正得到不断的提高，利用当今CNC系统所具备的高速运算、处理与多坐标插补功能。北 京市机电研究院MK8580型立式数控内曲线磨床，运用开发的磨削软件， 通过C轴与X轴联动插补，实

24、现了非圆内、外曲面的磨削。计算机数控 技术作为实现磨床综合自动化的关键手段，不仅被用于磨削进给与砂轮修 整各种运动的控制，而且被用于各种辅助运动控制 。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。2方案论证2.1调速方法的选择目前异步电动机调速方法很多，大致可分为以下几种类型：改变转 差率调速，包括有降低电源电压，绕线式异步电动机转子串电阻等方法； 改变旋转磁势同步转速调速，包括有改变定子极对数，改变电源频率 等方法； 串级调速； 利用转差离合器。上述第一类型的两种调速方 法设备比较简单，但它们的调速范围窄，最主要的是它们属有级调速，不 能满足调速要求，因此没能广泛应用；变频调速和串级调速，具有无级调 速平滑性好的

25、优点，从这一点考虑这两种方法比较符合调速要求，但由于变频调速和串级调速多采用大功率晶体管、可控硅组成变频器和控制器元 件，价格贵，制造技术复杂，控制功率大，也没有得到广泛应用。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。利用电磁转差离合器对电机转速进行调节，既实现了无级调速，又克 服变频、串级调速控制器大的缺点，因而得到了广泛应用。因此，本设计 选用电磁转差离合器进行电机转速的调节 。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。2.2传动方案221 传动方案比较方案一:图2.1传动方案一如图2.1所示，导轮由一个功率较小的电动机 N2驱动。运动从电机 轴经过一对带轮z1、z2，挂轮a、b以及kz3的蜗杆蜗轮而传到导轮（此 时离合器M向

26、上啮合）。改变挂轮a、b的数值便可调整导轮的工作转速， 从而也就改变了纵向磨削时工作的纵向进给速度。在用金刚刀修整导轮 时，导轮的转速应该提高。为此，可将离合器M向下捏合，电动机则通过链轮z1、z2和一对螺旋齿轮z4、z5而驱动导轮 O 颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。方案二：图2.2传动方案二如图2.2所示，导轮由电机SD驱动。运动从电机轴经过一对带轮 a、 b以及KZ3的蜗杆蜗轮而传到导轮。使用转差离合器便可调整导轮的工 作转速，从而也就改变了纵向磨削时工作的纵向进给速度。在用金刚刀修整导轮时，提高导轮转速 。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。方案一中的导轮传动系统主要由带传动和齿轮传动组成。但是由于链 传动

27、和齿轮传动极易产生振动，并且这两级传动都处在高速区，无论是 在修整导轮还是在磨削工件时，这两级传动都在工作，因此它们产生的 振动会严重影响机床的加工精度 。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。而方案二中电机通过带传动直接通过蜗轮蜗杆传动，机床振动减小 ， 运行平稳，这样主轴与轴瓦之间的间隙可以维持正常水平 ，润滑良好, 延长了主轴的使用寿命，使用转差离合器达到了无级调速的任务要求， 同 15上海工程技术大学毕业设计(论文)无心磨床导轮架及其修整器结构设计时省去齿轮、离合器等部件等备件。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。因此，选择方案二更有利于导轮传动系统。222方案确定导轮架的结构设计中使用转差离合器来达到无极调速

28、的设计要求。而在减速方面选用结构紧凑、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲的 V带传动。再结合冲击载荷小，传动平稳的蜗轮蜗杆传动系统，使导轮达 到要求转速。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。3导轮架结构设计3.1电动机的选择由于现在工业上普遍使用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步 电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便， 启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为380V。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。根据设计要求，电动机的输出功率Pd=0.55kw选定电动机的额定功率Rd =0.55kw电动机转速的计算nd =(i1 i2)nw = 2.5000 = 2500r / min (3.

29、1 )通过以上计算，选择 Y132S1-2电动机，其额定功率为5.5kw，同步 转速为3000r/min，满载转速为2900r/min 。裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。3.1.2运动及动力参数的计算1. 分配各级的传动比带轮传动比h =1.4蜗轮蜗杆传动比i2 =92. 确定各轴转速n0 =n =3000r/mi n口 二厲=3000/1.4 : 2143r / min (3.2 )n2 = n /i2 = 2143/9 238r / min3. 确定各轴的功率和转矩P0 = Pd = 0.55kwR =P0 x0.99x0.98 = 0.53kw (3.3 )P2 =R 汇 0.75汉 0.98 =

30、 0.39kwr0 55Td =9550=95501.75N m (3.4)n03000R0.53=9550=95502.4N mn12143P20.39T2 =9550=955015.6N mn22383.2电磁转差离合器电磁转差离合器主要由电枢与磁极两个旋转部分组成。电枢部分与异步电动机联接，是主动部分；磁极部分与异步电动机所拖动的负载联接， 是从动部分，图3.1为电磁转差离合器的示意图 。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。图3.1电磁转差离合器示意图电磁转差离合器的电枢部分在异步电动机运行时，随异步电动机转子同步旋转，转向设为顺时针方向，转速为 n,见图3.2(a),若励磁绕组通入的励磁电流11=0

31、,电枢与磁极二者之间既无电的联系又无磁的联系， 磁极及所联之负载则不转动，此时的状态负载相当于被“离开”。若励磁电流11工0,则磁极与电枢二者之间就有了磁的联系， 磁力线如图3.2 (b) 中所示，由于电枢与磁极之间有相对运动，电枢上的绕组在磁场作用下要 产生感应电动势并产生电流，对着 N极的绕组条的电流流出纸面，对着 S 极的则流入纸面 。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。(b)图3.2电磁转差离合器的电磁转矩及磁场分布电流在磁场中流过受力厂，使电枢受到逆时针方向的电磁转矩M。电枢由异步电动机拖着同速转动，M就是与异步电动机输出转矩相平衡的 阻转矩，磁极则受到与电枢同样大小，相反方向的电磁转矩，也就是顺

32、时 针方向的电磁转矩，在它的作用下，磁极部分以及负载便顺时针转动， 转 速为n，此时负载相当于被“合上”，若异步电动机旋转方向为逆时针， 通过电磁转差离合器的作用，负载转向也为逆时针，二者是一致的，需注 意的是：转差离合器电磁转矩 M的产生有一个先决条件，即电枢与磁极 两部分之间有相对运动，因此负载转速n必定小于电动机转速n (n=n, 则M =0),所谓转差离合器的“转差”就体现在这里 。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。19上海工程技术大学毕业设计（论文）无心磨床导轮架及其修整器结构设计3.3带传动设计V带传动允许的传动比大，结构紧凑、传动平稳、造价低廉、不需要 润滑以及缓冲、吸震、易维护，大多数 V

33、带已标准化。V带传动的上述特 点使它获得了广泛的应用 。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。1. 确定计算功率由2表8.7查得，工作情况系数Ka为1.1，故:(3.5)PCa = KAP = 0.55 1.1 =0.605kw2. 选择V带的带型根据Pea、电机转速由2图8-11选用Z型。3. 确定带轮基准直径dd并验算带速1)初选小带轮的基准直径dd1。由2表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=68mm2)验算带速二 ddm60 1000二 68 300060 1000=10.681m/ s(3.6)因为5m/s ： v ：30m/s，故带速合适。3)计算大带轮的基准直径dd2 二 idd1=1

34、.4 68mm = 95.2mm (3.7 )根据2表8-8，圆整为dd2=95mm4.确定V带的中心距a和基准长度Ld根据公式0.7(dd1 dd2)乞 a。乞2(dd1 dd2) (3.8 )初定中心距o)=220mm235.计算带所需的基准长度Ld0皿 2(dd1-dd2)2(dd2 dd2)4a(3.9)mm % 696.87mm4 220=；2 220 -(68 95)(95 -68)由2表8-2选带的基准长度Ld =71mm。6.计算实际中心距aa ：心0 5 Ld0 =250 10696.87 ： 256.565mm ( 3.10)2 2中心距的变化范围为 245.915mm27

35、7.865m。7.验算小带轮上的包角?1-180 - dd2 _ dd157.3oa= 180 - 95 -6857.3256.565:17490(3.11 )8.计算带的根数z由 dd1=68mn和厲=3000r/min，查2表 8-4a 得 Po=1.25kw。根据厲创00诚,i=1.4和Z型带，查2表8-4b得汗0=0.03 。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。查2表 8-5 得 K ：二 0.95，表 8-2 得 Kl 二 0.99，于是PdP0P0 K-.Kl051.25 0.030.95 0.99=0.456(3.12)9. V带的初拉力F。F0 =500 25-1 豆+ mZ 丿zv(3.1

36、3)其中m为V带的线质量，由表8-23得Z型m=0.07kg/m ,故F。500鳥一1 551 10.68120.07 10.681 : 50 N10作用于轴上的力Fr174Fr =2F0zsin 丄=2 50 1 sin 99.86 (3.14)2 211. 带轮的结构设计小带轮的基准直径为68mn,外径为73mn,底径为53mm大带轮的基准直径为95mn,外径为100mm底径为80mm12. 带轮的技术要求(1) 轮槽工作面不应有砂眼、气孔，轮辐及轮毂不应有缩孔和较大缺陷。带轮外缘要倒钝锐边，轮毂孔公差为H7或H8,轮毂长度下偏差为零，公差等级为IT14 。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。(2) 查

37、1表8-76带轮工作表面粗糙度为3.2，形位公差圆跳动 t=0.2。(3) 轮槽对称平面与带轮轴线垂直度为 一30。(4) 各带轮轴线应相互平行，各带轮行对应的V型槽对称平面应重 合，误差不得超过20。(5) 带装入轮槽前，应先调小中心距，不得强行撬入。3.4蜗轮蜗杆传动设计蜗杆传动式在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错夹角可为任意值，常用 90。这种传动具有传动比大，零件数目 少，结构紧凑的特点，而且在传动中，由于蜗杆齿是连续不断地螺旋齿， 它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐推出啮合的，同时啮合的齿对又较多， 故冲击载荷小，传动平稳，噪声低，因此应用颇为广泛 。辔烨棟剛殓攬

38、瑤丽阄应。1. 选择蜗杆传动类型上海工程技术大学毕业设计(论文)无心磨床导轮架及其修整器结构设计根据GB/T10085-1988的推荐采用渐开线蜗杆ZA。2. 蜗轮蜗杆的材料蜗轮蜗杆的材料不仅要具有足够的强度，更重要的是应具有良好的跑合性、减磨性及耐磨性。蜗杆一般用碳钢或者合金钢制成，对于不太重要的传动及低速中载蜗杆，可采用40和45钢等，经调质硬度在220300HBS 常用的蜗轮材料为铸造锡青铜、铸造铝青铜及铸铁等，效率要求不高时， 特别是要求自锁时，可采用灰铸铁，为了防止变形，一般要对蜗轮进行时 效处理。 峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。综合考虑，在本机构中蜗杆采用45碳钢调质处理，硬度在4555H

39、RC 蜗轮采用灰铸铁HT1503. 接触强度的初步运算(1) 蜗杆头数弓和涡轮齿数Z2查1表 5-9 选 Zi=4,则 Z2=i Zi=9 4=36 (3.15 )(2) 9470cos 得值查1表 5-21 初取 9470cos=8710 (3.16)(3) 载荷系数K按1表5-20的说明选取K=1.2(4) 蜗轮转矩T =T昇，由1表 5-19 初估口 =0.920 53 工 0 92T2 =95491954920N m (3.17)山/i2143/9(5) 弹性系数Ze由1表 5-23 查取 Ze =155、MPa(6)许用接触应力Chp循环次数Nl =60tni/i =60 12000

40、 2143/9 =1.71 108 寿命系数由1图5-1查取 Zn 8cHP -200MP；hp = ；HPZN = 200 0.8 =160MPHP计算m2d按1表5-20中公式Z155m2d _9470cos KT2()8710 1.2 20 ()2 =152cthpz216036(3.18 )(3.19 )(3.20 )(8)初选m d值由1表 5-7 选用 m=2.5mmd=35.5mm4. 传动基本尺寸29(1)蜗轮分度圆直径d2(3.21 )(2)传动中心距ad2 =mz2 =2.5 36 =90(3.22 )(3)蜗杆导程角a 二虫鱼=空 = 62.75mm2 2 2 2(3.2

41、3)二 arcta=arctan4 25 =154355d135.55. 选定传动精度等级(1)蜗轮圆周速度V2兀 d2n1 /i V2 二60 1000二 90 2143/9 12m/s60 1000(3.24)(2)滑动速度Vs(3.25)1 12；=4.16m /s sinsin15 4355(3)精度等级参照1表5-38选定： 传动8c GB10089-886. 传动效率(1)啮合效率ita ntan 1543551 一 tan(tan(154355 143) - 0.90(3.26)上式中 二由1表5-29查得 二=143(2)考虑搅油损失的效率2取 2 =0.97(3)轴承效率3蜗

42、杆蜗轮轴均用滑动轴承支撑3 =0.9852 = 0.97(3.27)(4)传动效率=1 2 3=0.91 0.97 0.97 =0.867. 蜗轮接触强度校核按1表5-20中的公式接触强度条件为匚 H =Ze9470KT2 cosy 230_ 7 HPdd3.28)(1)载荷系数K按1表5-20中的说明K 二 KaKvQ(3.29)取 Ka=1.0Kv -1.0 K，1.0故K=1(2)蜗轮转矩T2上海工程技术大学毕业设计(论文)无心磨床导轮架及其修整器结构设计T2 =9549- =9549 0.53 0.86 =18.3NLm2143/9(3.30)(3)计算接触应力几9470KT2cos

43、=155dd9470 1 18.3。2 cos15 435535.5 90；H =HP，满足接触强度条件8.蜗轮抗弯强度校核按1表5-20中的公式，抗弯强度条件为1640 KT2匚Fd1d2m3.31)(1)齿形系数Z236按 Z1 cos3cos3154355(3.32)由1表 5-28 查得 Yfs =1.59(2)螺旋角系数Yd1d2m31Yr120 - 1 一害87(3.33)(3)许用弯曲应力Cfp单向传动由1表5-26查得-FP =70MPa按 Nl =5.18 107，由1图 5-1 查得 Yn =0.67(3.34)二fp 二Yn；fp - 0.67 70 =46.9MPa(4

44、)计算弯曲应力-f164KT2 sY，1640 1 18.3 1.59 0.87 =5.20F FS 35.5 90 2.5P，满足抗弯强度条件上海工程技术大学毕业设计（论文）无心磨床导轮架及其修整器结构设计9.其他几何尺寸计算(1) 齿形角和顶隙ZA 蜗杆，ax = 20c“=0.2(2) 几何尺寸蜗杆齿顶圆直径 da12ha1 =35.5 2 1 2.5=40.5mm (3.35 )蜗轮齿根圆直径 dfd2hf =35.5-229.5mm ( 3.36 )蜗杆分度圆轴向齿厚Sxi =図 竺=3.9mm ( 3.37 )2 2蜗杆分度圆法向齿厚 sn1 KScCOS 3.9 cos15435

45、5 = 37.56mm (3.38 )蜗杆齿宽 d 一(11 0.06z2)m =(11 0.06 36) 2.5 = 32.9mm(3.39 ) 磨削蜗杆，当 m10m时，应增大1525mm故取d =45mm蜗轮喉圆直径 dad2 2ha =90 2 2.5 二 95mm ( 3.40 )蜗轮齿根圆直径 df2 二 d2-2hf =90 -2 3 = 86mm (3.41 )蜗轮外圆直径 deda2 1.595 1.5 2.5 =98.75mm (3.42)取 de2 =95mm蜗轮齿圈宽度 b2 乞 0.75da1 =0.75 9 71.25mm (3.43)取 d = 70mm蜗轮咽喉母

46、圆半径 rg2 二 a-也=62.75 -95 = 15.25mm ( 3.44 )g 2 2蜗轮分度圆齿厚s2 = (0.5二 2x2 tan ax)m = (0.5二 0) 2.5 = 4mm (3.45 )3.5.1蜗杆的校核计算3.5轴的校核计算33上海工程技术大学毕业设计(论文)无心磨床导轮架及其修整器结构设计1.蜗杆的受力计算分度圆直径d =35.5mm转矩T = 2.4N0.13 145235(3.46)(3.47 )(3.48 )切向力 Ft2T1/d2 2.4/35.5 = 0.14KN车由向力 Fa1 =2T2/d2 =2 15.6/90 = 0.35KN径向力 Fr1 =

47、Fa1tan20 = 0.35 tan20= 0.13KN简化蜗杆上的载荷和支承形式。作用在蜗杆上的弯曲载荷可用集中力代 替，分解为切向力、径向力和轴向力。如图3.1a所示。双支座的蜗杆轴系简化为铰链双支点梁，如图3.1b所示。图3.1c为蜗杆上由径向力、切 向力和轴向力引起的弯矩图。图3.1d为蜗杆上作用的 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 矩图。(a)(b)(c)(d)图3.1弯矩图(1) 水平平面H和沿垂平面V的支座反力水平面H内的支座反力FH1 = FH2 二 Ft1 /2 =0.07KN (3.49 )水平面H的弯矩MHa =L FH1 =145 0.07 =10.15N m (3.50)沿垂

48、平面V内的支座反力F2v2L0.3535.5290= 0.086 KN(3.51 )上海工程技术大学毕业设计（论文）无心磨床导轮架及其修整器结构设计(3.52)F1v 二 Fr1 -F2v =0.13-0.086 =0.044KN垂直面V的弯矩计算M八 Flv J450.044 = 6.38N m( 3.53)M v2 = F?v L =145 0.086 = 12.47N m(2) 合成弯矩MaMai f；MHa2 Mvi2 二.10.152 6.382 =11.99N ma1 * (3.54)Ma2 二 MHa2 Mv22 = 10.152 12.472 =16.08N m(3) 计算扭矩

49、Td35 5T =Ft 0.142.485N mm (3.55)2 2(4) 危险截面的当量弯矩(3.56 )Me *M2a2 C T)二 16.082 (0.6 2.485)2 =16.15N m11匚e3Me3 16.15 =3.77MPa ：；=60 ( 3.57 )0.1d30.1 0.0353故，蜗杆轴符合设计要求。3.5.2窝轮轴的校核计算分度圆直径d =90mm 转矩T =15.6N m切向力 Ft2 =Fa2 =0.35KN轴向力Fa2二片=0.14KN径向力 Fr2 二 Fr1=0.13KN(2) 水平平面H和沿垂平面V的支座反力水平面H内的支座反力Fh 1 二 Fh2 二

50、0.175KN水平面H的弯矩MHa 二 L FH1 =352 0.175 =61.6N m沿垂平面V内的支座反力d290Fa2 2 Fr2 L 0.140.13 352F4v 220.074KN2L704F3v =Fr2 F4v =0.130.074 =0.056KN垂直面V的弯矩计算M v3 = F3v = 352 0.056 = 19.712N mmM v4 = F4v L = 352 0.074 = 26.048N mm（2）合成弯矩MaMa3 = Ma2 Mv32 二,612 19.7122 =64.68N mmMa4MHa2 Mv42 二61.62 26.0482 = 66.88N

51、mm（4）计算扭矩Td290T = Ft = 0.3515.75N m22（5）危险截面的当量弯矩Me. M2a4 （： T）二.66.88 （0.6 15.75）2 = 67.54N mm1 1-e 3 M e3 67.54 = 0.926MPa ：；=60e 0.1d3 e 0.1 0.095故，蜗轮轴符合设计要求。3.6轴承的选择蜗杆轴使用一对圆锥滚子轴承，如图3.2所示，圆锥滚子轴承主要承 受以径向为主的径、轴向联合载荷。轴承承载能力取决于外圈的滚道角度， 角度越大承载能力越大。与角接触球轴承相比、承载能力大，极限转速低。 圆锥滚子轴承能够承受一个方向的轴向载荷，能够限制轴或外壳一个方

52、向的轴向位移 。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。图3.2圆锥滚子轴承导轮的转速相对于砂轮来说是很低的，所以导轮主轴多数是用滑动轴 承，如图3.3所示，滑动轴承是在滑动摩擦下工作的轴承。 滑动轴承工作 平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发 生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸 振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相 配的零件称为轴瓦。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。4. 导轮架修整器结构设计4.1修整器传动机构的设计常用的机械传动部件有螺旋传动、

53、齿轮传动、同步带、高速带传动以 及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转速。因此，它实质 上是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在转矩与转 速方面得到最佳匹配。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响， 特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对机电一体化 系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。因此，应设计和选择传动 间隙小、精度高、体积小重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。随着机电一体化技术的发展，要求传动系统不断使用新的技术要求。具体讲有三个方面：（1）高速化：产品工作效率的高低，直接与机械传动部分的运动速度相关。因此，机

54、械传动机构应能适应高速运动的要求 。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。（2）精密化：对于某种特定的机电一体化产品来说，应根据其性能的需要提出适当的精密度要求，虽然不是越精密越好，但由于要适应产品的高 定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。（3）小型化、轻量化：随着机电一体化系统精密化、高速化的发展，必 然要求其传动机构小型轻量化，以提高运动灵敏度、减小冲击、降低能耗。 为与电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄 化。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。在本设计中，传动机构具有可分为传动（X）和进给（Y）两个方向.如图4.7所示导轮金刚石笔进给（丫向）传动（x向）图4.7 导轮修整器传动示意图4.1.1 X向传动机构的确定（1）X向减速装置的选择X向电动机输出轴与丝杠轴线成90夹角，传动比大，而蜗杆传动正好 适用于交错轴间传递运动及动力，同时具有传动比大、工作较平稳、噪声 低、结构紧凑、可以自锁等优点，因此减速装置选择蜗轮蜗杆减速器。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。（2）X向传动元件的确定X向跨度较大，要求系统刚度好，而滚珠丝杠有如下特点： 传