毕业设计（论文）-贝壳粗磨试验机设计

1、贝壳粗磨试验机设计design of the shell rough grinding experimental machine学生姓名学号所在学院工程学院 班级机制1113所在专业机械设计制造及其自动化申请学位指导教师职称副指导教师职称答辩时间2015年 6月 04日目录设计总说明iintroductionii1 绪论11.1 课题的背景、来源和意义11.2 课题的设计内容22 贝壳粗磨机的设计方案23 贝壳粗磨机的结构设计23. 1砂轮轴电动机和导轮电动机的选择23.1.1 选择电动机的类型23. 1.2 确定电机的型号23. 1. 2. 1 确定砂轮轴电机的型号23. 1. 2. 2 确

2、定导轮电机的型号33.1. 3 传动装置的设计和动力参数的计算43.2 砂轮轴齿轮传动的设计53. 2. 1 齿轮设计53. 2. 2 齿面接触疲劳强度校核53. 2. 3 齿根弯曲疲劳强度校核73.3 砂轮轴的设计83. 3. 1 轴的材料选择与最小直径的估算83. 3.2 轴的结构设计与轴承、键的选择83. 3.3 砂轮轴的强度校核93. 4 滚动轴承的选择及强度校核113. 5 键连接的选择及校核计算123. 6 丝杠的设计和滑动导轨的选择12鸣谢14参考文献15设计总说明本设计为贝壳粗磨试验机，粗磨的原料是被切割成条状的贝壳，最终产品为贝壳马 赛克，粗磨只是将贝壳加工成贝壳马赛克的其中

3、一个工序。本试验机采用圆筒金刚石砂 轮，同时用一个橡胶导轮将贝壳条带进砂轮进行磨削，同时要实现导轮转速可调以及导 轮跟砂轮之间的间隙可调，以达到试验目的。主要设计内容有设计方案的确定、贝壳试 验机的结构设计，包括电机的选择、齿轮传动的设计、砂轮轴的设计和滚动轴承的选择 等。关键词：贝壳；粗磨；试验机introductionthis design is the shell rough grinding test machine, the raw material of rough grinding is the shell which is cut into a strip. rough gri

4、nding is just a process of processing shells into shell mosaic, the final product is shell mosaic. the testing machine with cylinder diamond grinding wheel, and a rubber roller shell strip belt into the wheel for grinding, and the wheel speed can be adjustable gap between the tune and the guide whee

5、l to wheel, in order to achieve the puipose of experiment. the main design content of the design, the structure of the design of the shell test machine, including the choice of the motor, gear transmission design, wheel axis design and rolling bearing selection, etc.keywords: shell； coarse grinding；

6、 testing machine贝壳粗磨试验机设计机械设计制造及其自动化，201111411321,苏猛指导教师：鄢奉林毕业设计说明书1 绪论1. 1 课题的背景、来源和意义在各种新型建筑材料兴起的今天，各种材料花样层出不穷，不仅色彩斑斓，外观美 观，而且性能也越来越好。但是人类总是不满足于现状，他们不断追求，从建筑材料的 原料、外观和性能等方面不断的发现和创新，这就使建筑材料越来越多样化。而贝壳马 赛克就是在不断创新过程中的一个产物。贝壳马赛克，顾名思义，就是马赛克一种。何为马赛克？这里马赛克并不是一种图 像处理手段，而是一种建筑上，用于拼接成各种各样美丽炫酷图案的小瓷砖，乂称锦砖 或纸皮砖

7、。普通的马赛克是通过胚料半干压成型，窑内焙烧而成。而贝壳马赛克原料是 天然的贝壳，只要对贝壳进行适当加工，就能得到美观的贝壳马赛克。贝壳作为一种数 量很大的海洋产物，在国外，用贝壳作为原料加工成的贝壳马赛克非常受欢迎，无论被 用在墙外或者室内，都非常美观而可靠，而且性能良好，比普通的马赛克有过之而无不 及。，而在我们国内，大部分贝壳都被加工成装饰品或者收藏品，被加工成贝壳马赛克 则因为加工工艺的原因，使价格偏高，从而使贝壳马赛克不能普遍被人接受。贝壳马赛克的加工过程其实并不是很复杂，只是现在国内还没有很多完善的加工设 备，使贝壳马赛克的产量和质量都没有达到预期。如果能够设计出完善的加工设备，我

8、 相信贝壳马赛克一定会成为一种性价比非常高的建筑材料，从而被人们喜欢而流行于国 内。这样也能够充分的发挥出贝壳的用途，而不是仅仅用来做装饰品。木课题贝壳粗磨试验机设计就是对贝壳粗磨这一工序所需机床的设计，木课题 意在设计一台贝壳粗磨试验机，用于试验贝壳粗磨方案的可行性以及加工参数的合理 性。1.2 课题的设计内容本课题来源于社会实际，在对贝壳进行粗磨这一工序z前，贝壳已经被切条，所以 粗磨的原料是2、3cm左右的贝壳条，而且贝壳条是有弧度的，要对其进行加工，不能 用普通的磨床。本课题设计一种贝壳粗磨试验机，用于贝壳粗磨试验。具体设计内容为：贝壳粗磨 原理研究，贝壳粗磨系统结构设计，控制与辅助系

9、统设计，实现贝壳粗磨，磨削参数可 调，而且粗磨机结构可靠，操作方便，成本低。2 贝壳粗磨机的设计方案试验机采用圆筒金刚石砂轮，同轴两端双工位设计，驱动砂轮轴的电机转速 1440r/min,通过齿轮与砂轮轴连接，使其转动。同时在砂轮平行的位置设计一个塑胶 导轮，导轮用可调速电机驱动，实现导轮的可调速，而且导轮电机安装在装有丝杠的平 台上，实现纵向移动，从而实现磨削厚度的可调。3 贝壳粗磨机的结构设计3. 1砂轮轴电动机和导轮电动机的选择3. 1. 1选择电动机的类型驱动砂轮轴的电机选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v, y型。因为 要实现导轮可调速，所以带动橡胶导轮的电机选用yct系

10、列电磁调速电动机。3. 1.2确定电机的型号3. 1. 2. 1 确定砂轮轴电机的型号参考市面上砂轮粗磨机，电机转速选择1440厂/min。因为贝壳主耍成分是碳酸钙， 根据石材切割所用电动机功率最低为1.5kw,为了确保能磨掉粘附在贝壳条上的各种物 质，驱动砂轮的电机功率选择为4kw,所以电机型号选择为y112m-4,各参数如表3-1：表3-1电动机型号额定功率/kw满载转速/(r/min)堵转转矩 额定转矩堵转转矩 额定转矩同步转速1500r/min, 4极y112m-4414402.22.2实物如图3-1：图3-1安装尺寸如图3-2和表3-2：y8o-yi32y16o-y25o图3-2表3

11、-2机座带底角、端盖无凸缘y系列电动机的安装尺寸(mm)机座c3极数abcdefghkabacadhdbbl$02.4125100501940615.5so165165150ro13028590s1405624-0.0090.00450209010iso17515519031090l125155335100l16063608100205205iso245ro3s0112m19014070241121力245230190265iso4003. 1.2.2确定导轮电机的型号导轮仅仅为了带动贝壳条进入砂轮进行磨削，所以驱动导轮旋转的电机功率不需要很大，故选用yct系列电磁调速电机型号为yct112-

12、4b,参数为p = 0.75kw,转速范围1230125min, m = 55kg。参数如下：表3-3型号标称功率(kw)额定转矩(n. m)调速范围(r min)转速变化率 (%)重量 (kg)yct 112-4a0.553.61230-1252.554yct u2-4b0.754.91230-1252.5bb安装尺寸如下:a8图3-3表 3-4yct112-4b 安装尺寸(mm)型号安装尺寸外形尺寸atowcdefghkabadhdlyct112-4a-4b190210401940615. 5112122731552855203. 1. 3传动装置的设计和动力参数的计算因为我所设计的粗磨机

13、为一根轴两端作为双工位工作，故电机与砂轮轴z间连接采 用齿轮连接，传动比i = l,传动效率7 = 0.97 o砂轮轴输入功率：斥=frj77 = 4-xo.97kw = 3.sskw式 3-1砂轮轴输入转矩：耳=955(/nm = 9550x3.88/144qv-m = 25.73a<-m 式 3-23.2 砂轮轴齿轮传动的设计3. 2. 1齿轮设计(1) 首先确定齿轮的齿形，我这里选择用肓齿圆柱齿轮传动。(2) 电机齿轮材料选择为调质处理的40cr,其硬度为280hbs，砂轮轴齿轮材料选 择为调质处理的45号钢，硬度为240hbs ,二者材料硬度差为40hbs o(3) 设计机床是粗

14、磨机，要求精度不高，故选用8级精度。(4) 根据所选电动机安装尺寸，为防止电动机边缘与砂轮轴发牛干涉，故初取两齿 轮中心距为180,因为传动比为i = l,所以取电机齿轮分度圆直径dx =180,两齿轮模电机齿轮齿数可i = l|2 = 90,两齿轮齿数互为质数，所以取砂轮轴 m 2齿轮齿数为z2=z|+1 = 91,故d2 =182,所以实际中心距为:舵+mz9 a =!2=2-181o式 3-3(5) 因为此设计机床传动功率不大，齿宽系数最小可取到0.2,即取0/ >0.2,则电机齿轮宽b> 0.2x!80n= 36mm,取b =45mm.考虑不可避免的安装误差,取砂轮轴齿轮齿

15、宽2 =45 叽(6) 压力角为q = 20° o3. 2. 2齿面接触疲劳强度校核根据齿轮硬度和材料查得电机轴齿轮的弯曲疲劳强度极限呎=600mpa,砂轮轴齿轮的弯曲疲劳强度极限b冲应= 55(mpao式3-4式3_5假设粗磨机工作寿命12年，每年工作290天，单班制，所以应力循环次数为:n、=6qnjlh = 60xl440x 1 x (8x290x12) = 2.41xl09根据循环次数查得接触疲劳强度寿命系数k脸| =0.94, s =0.97o取安全系数为s二1,得接触疲劳许用应力:ain= wv1 hhmi =o.94x6oompa = 564mpa s式3_6<7

16、wj= hn2 hlhn2 = q.97 x 55qwptz = 5 3式3-7取较小值ah = ah2 = 534mpa用几当电旦 zhzez,计算齿轮接触疲劳应力，圆周速度: v m' i7idxnyrx 180x 1440./v =!=mis = 13.56 加/s60x100060x1000式3-8计算实际载荷系数kh = kakvkhakhp查机械设计手册得使用系数ka=1.25。根据y = 13.56m/5> 8级精度，查得动载系数kv =1.29o齿轮圆周力化= ttjd = 2x2.573x 104 /1 8(w = 285.89a,式39kaftx !bx =1

17、.25x285.89/45n/mm=7.94n/mm<100n/mm式 3-10查得齿间载荷分配系数k% =1.2。插值法计得8级精度、电机齿轮悬臂布置时，齿向载荷分布系数k” =1.223由此得到实际载荷系数 = kakvkllaknp =1.25x1.29x 1.2x1.223= 2.37 式 3-11 查得区域系数zh = 2.5 ,弹性影响系数为z£. =189.8,/2,接触疲劳强度用重合 度系数通过计算得到：式 3-12式3t3式 3-14it 3-15a(d =arccose cosa/(z 4- 2/z*) = arccospox cos2cf/(90+ 2xl

18、) = 23.181°aa2 = arccos2 cos6z/(z2 + 2ha) = arccosp 1 x cos2(f/(91 + 2 x 1) = 23.14q5£a =z(tandm - tana) + z2 (tanzf/2 - tan)/27r=(90x (tan23.181°-tan2(t) + 91x (tan23.14 労-tan2(t)/2 兀= 1.841所以 z” = 0 848查得齿形系数乙=221，企2 =2.21,应力修正系数=1.782=l78ozhzeze2x2.37x2573xl040.25x18tfx 2.5x189.8x0

19、.848= 221.72mpa< sh 式 3-16所以齿面接触疲劳强度满足要求，同时也减少了齿面接触应力。3.2.3齿根弯曲疲劳强度校核由图查得电机轴齿轮的弯曲疲劳强度的极限为刁讪=500mpa，砂轮轴齿轮的弯曲疲劳强度的极限为rfiim2 =380mpaf同时根据应力循环次数查得弯曲疲劳寿命系数kfm = 0.9b krn2 =0.95,取弯曲疲劳安全系数s = 1.4,计算弯曲疲劳应力：bp0.91x50()= 325 mpa式 3-17i =心2卄=0.95 x 380 = 257.86m-s1.4其他参数的计算：因为v = 13.56/72/5, 8级精度,查得动载系数kv =

20、1.29o式 3-18齿轮圆周力巴= ttjd =2x2.573xlo4/18(w = 285.89a<式 319所以 kaftl /b. =1.25x285.89/45/v/mzn= 7.94n/mm<100n/mm式 3-20查得齿间载荷分配系数k畑=1.2。插值法计算当精度为8级精度、电机齿轮为悬臂布置时， 心卩=1223。得心=kakvkpa= 1.25x 1,29x 1.2x 1.223= 2.37o式 3-21查得齿形系数y如=2.21, yra2 = 2.21,应力修正系数=1.78耳辺=1.78。重合度系数0.25 +子=0.25 +躊“657弯曲疲劳应力：式 3-

21、220.25x23x902g 2心勺心此=2x2.37x2.573xl0y2.2i78x0.657 =】 站式 3-230.25 x 23 x 912务2 = 2心7；幻此=2x2.37x2.573x102""x0.657 =】沁叽2式 3-24齿根弯曲疲劳强度满足要求。3.3 砂轮轴的设计3. 3. 1轴的材料选择与最小直径的估算砂轮轴采用45号钢，调质处理，取4)=112,要对轴的直径进行设计，需要知道轴在扭矩强度允许下的最小直径，用公式d丽=观殳计算最小轴径，砂轮轴最小直径的v n确定：式 3-253. 3.2轴的结构设计与轴承、键的选择i)图3-4直径与长度确定、键

22、的选择：(1) 、初步确定滚动轴承因齿轮为直齿齿轮轴承受径向力作用，故选择深沟球轴承，取d严35mm,故选用深沟球轴承 6207, d x dx b = 35mm x 72mm x 17" o(2) 、各轴段的直径的确定安装砂轮轴径取j, =d.=25mmf砂轮轴向固定，故过渡段轴肩取£ =心滚 动轴承轴段d3=d7 = 35mm，根据滚动轴承轴向定位要求，取轴肩段d4 = 42jnm,齿轮 轴段d. = 40mm齿轮左端通过轴肩来定位，轴肩高度h二(2至3) r,查得轴径为40时,r=2, 故取轴肩高度h二5,故比=55叽 因为设计砂轮电动机为内置在粗磨机床内的，根据 电

23、机尺寸，取过渡低速级小齿轮轴段d4=45mmo(3) 、各轴段长度的确定安装砂轮轴段长度取厶=l9 =80m加，过渡段厶=/8 =50mm,左端轴承由轴肩固定， 故左端轴承段l3=b = 7mm,轴环心.4力=7,取厶“曲加，因为砂轮轴齿轮轮毂宽 度b? = 40mm,为了使齿轮安装可靠，安装齿轮的轴的长度应比轮毂宽度略小，所以取 安装齿轮的轴长度/6=36,所选滚动轴承宽度为17mm,滚动轴承到箱体内壁取8nmi,取 齿轮到箱内壁距离i6mm,齿轮宽超出轴4mm,所以/7 =17+8 + 16+4mm= 45mmo根据 发电机安装尺寸，得/4 =3607277/0(4) 、砂轮轴与齿轮键连接

24、选择砂轮轴装有一个齿轮，轴径为d = 40mm1选用a型圆头平键，查机械设计手册， 键的截面尺寸为bxh = 2inm xstron ,齿轮宽度=40mm,轴长36mm,所以键长取28, 即键 12x8x28o 标记为 gb/t 1096 键 12x8x28。(5) 、砂轮与轴键连接选择与砂轮连接段轴径为25mm ,选用a型圆头平键，查得键的截面尺寸为 bxh = 8mmx 1mm ,轴长为8omni,所以取键长为70mmo3. 3.3砂轮轴的强度校核(1) 砂轮轴上的功率用=388b%转速匹=144o/min,转矩7=25.73n加加(2) 求作用在齿轮轮上的力：耳=竺=空空空6 = 28戲

25、十 十d2182式 3-26、式 3-27fr=ft tanah =2s6xtan2qpn = 104n即圆周力为286n,径向力为104n,没有轴向力。（3）屮间轴的受力分析作轴受力简图如图3-5,因为滚动轴承6207负荷作用中心为轴承中心，到轴承外端 面距离为轴承宽度的一半即8. 5mm,再根据其他尺寸数值得齿轮作用力作用点b到左边 支撑点a距离ab = 398.5mm ,到右边支撑点b距离bc = 52.5m ,所以支承跨距ac距离 为 ac = ab + bc = 451mm。图3-6作水平受力图、弯矩图如图3-6fnhaac286x52.5""451n = 33n

26、fnhc =fifnha =253n式 3-28式 3-29式 3_30fnvc图3-7mh = fnhaab = 33x 39x5n mm= 13.15n 加作垂直面受力图、弯矩图如图3-7工me =0,所以£加=frbcac1o4x52451= 2n式 331故fgc= frfnva= 92n式 3-32式 3_33式 3-34mvbl = faab=i2x39&5n.mm=4js2n mmvfn = fcbc = 92x52.5n nun= 4.&30n m图3-8作总弯矩图如图3-8式 3-35式 3-36= jm：=13.993n"m2 = jmj

27、+mvb： = 14.009n m图3-9画扭矩图如图397； =25.732 m(4) 校核轴的强度校核轴的强度，只需要校核危险截面的应力是否超过许用应力，危险截面判定为 齿轮剖面，原因是齿轮剖面有弯矩、转矩和键槽引起的应力集中。进行校核时，需要校 核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，因为轴单向旋转，所以扭转切应力是脉动循环 变应力，故取a=q. 6,轴的计算应力：mpa = 326mpa式 3-37(gio3,+(0.6x25.73x1/)26400根据选定轴的材料，查机械设计手册得=因此叽 入，故安全。3. 4滚动轴承的选择及强度校核选择深沟球轴承6207 ,查得cr=25.5kn ,c

28、()=15.2kn ,预期寿命：4=8x290x12=27840?,左端轴承所受径向力几=j 尸爲 + f爲=j 3 3 彳 +12 2 = 3 5.11n右端轴承所受径向力耳2 = + f為c 二 j2532+922 =269.21n。式 3-38式 339因为贝壳粗磨机为电动机驱动，故有有轻微冲击，所以取力=11,深沟球轴承只受径向载荷，所以p、=扎 f八=1.1 x35.11 = 3 8.62n, p2= fdfr2 =l.lx269.21 = 29613n , 式 3-40厶()如"(c"汽60x/1 p2 60x144025.5x103、 、29613 丿3= 7.39x106/z>4式 3-41因为p2>pf所以取场验算寿命，因为所用轴承为球轴承，所以£ = 3,则所以轴上两个轴承满足要求。3. 5键连接的选择及校核计算轴与齿轮连接选用a型圆头平键，标记为:gb/t 1096 键 12x8x28,轴与砂轮连接选用a型圆头平键，标记为：gb/t 1096键8x