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第1章 緒論
1.1本課題的研究背景及意義
研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過程。研磨加工的特征是加工精度和質(zhì)量高。并且加工材料廣，幾乎可以加工任何固態(tài)材料。近年來，隨著人們對產(chǎn)品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工質(zhì)量高再次受到人們的關(guān)注。
振動研磨機(jī)是一種高效、節(jié)能的新型磨粉設(shè)備，主要解決冶金、化工、非金屬礦、醫(yī)藥、陶瓷、建筑新材料、水泥、磁性材料等諸多行業(yè)超細(xì)粉體加工難題。由于粉體實現(xiàn)超細(xì)化或超微化后，原子或分子在熱力學(xué)上處理亞穩(wěn)定狀態(tài)，使得比面積增大，從而性格較為活潑，其光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)活性等發(fā)生了變化，并在使用中更具有超常的效果。這些變化既不屬固體物理又不是原子或分子物理，是物理學(xué)中一門新課題，形成獨具特色的超微粒子粉體物理學(xué)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)往往需要粉體粒徑細(xì)至500～12500目，有的甚至需要粒徑達(dá)亞微米或納米，這是古老傳統(tǒng)的粉碎技術(shù)及設(shè)備所無法實現(xiàn)的。目前國內(nèi)外許多高校、科研機(jī)構(gòu)都把粉體超細(xì)化或超微化做為研究開發(fā)的主攻方向，將重點集中在如何能獲得更細(xì)粉碎技術(shù)及設(shè)備的研究上。
振動研磨機(jī)的質(zhì)量直接影響工件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。其主要有以下幾個方面的因素：
??? (1) 研磨平板的振動研磨機(jī)性能。這是決定振動研磨機(jī)質(zhì)量的基本條件，特別是在機(jī)械研磨中，由于研磨平板是配對使用的，所以還要求配對的兩塊研磨平板的振動研磨機(jī)性能應(yīng)相近。??????
??? (2) 研磨平板的平面性。不僅要求研磨平板有良好的平面性，而且還要求配對使用的兩塊研磨平板的幾何形狀應(yīng)當(dāng)偶合，如果研磨平板的平而性差(例如：用直徑80 mm，2級平晶測量時，平面性超過2條光波干涉帶)或配對兩塊平板偶合性不好時，則在整個平板板面上振動研磨機(jī)將是不均勻的或根本不可能振動研磨。
???? ? (3) 所選用的磨料的材質(zhì)。磨科按其來源可以分為天然磨料和人造磨料。天然磨料包括金剛石、剛玉、石榴石等。人造磨料有人造金剛石、人造剛玉、碳化硅、磁化硼等。
金剛石系碳(C)的結(jié)晶體，比重在3.4~3.6之間，維氏硬度10000以上，是最硬的。由于金剛石價格昂貴，因此在研磨加工中，經(jīng)常使用的是由粒度為微米級的金剛石粉末配制的研磨膏，對澀質(zhì)合金或陶瓷等材質(zhì)的工件進(jìn)行精研和拋光。
剛玉系氧化鋁(Al2O3)的結(jié)晶體，天然剛玉的比重在3.9~400之間，人造剛玉比重在3.2~4.0之間，氧化鋁具有較大的韌性，維氏硬度約為2000以上。
碳化硅(SiC)的結(jié)晶系薄板狀，維氏硬度3000左右，由于雜質(zhì)的存在而常常帶有各種顏色。常見的為綠色和黑色。黑色的碳化硅含量約98％，綠色的約98.5％，碳化硅韌性較小，綠色碳化硅比黑的更脆些，適于加工各種脆性材料。
碳化硼(B4C)的比重約2.5，硬度超過碳化硅而接近于金剛石。用于硬度很高的工件的研磨加工。
人造金剛石研磨膏是以人造金剛石粉相其它混合劑為原料配制而成。膏體為水溶性質(zhì)，具有理想的潤滑性。使用時可用水和甘油進(jìn)行稀釋。各生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的研磨膏，根據(jù)不同規(guī)格，都配上不同的顏色，便于使用時鑒別。
(4) 操作者的振動研磨機(jī)技術(shù)水平。這里重要的是掌握振動研磨機(jī)時煤油量的多少。在一般情況下，研磨平板油層厚度應(yīng)是所嵌磨料顆粒大小的1~2倍。油量過少，磨料顆粒不易在研磨平板板面布均，影響振動研磨機(jī)的均勻性；如果油量過多，將產(chǎn)生“趕”砂現(xiàn)象，使振動研磨機(jī)工作受到破壞。
??? 實踐證明，振動研磨機(jī)只有充分掌握上述各點，才能保證研磨的質(zhì)量。
曲軸零件形狀復(fù)雜，其軸頸的拋光，一直以來采用磨削的方法加工。由于零件安裝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，產(chǎn)量低，加工成本高。制約了發(fā)展。振動拋光機(jī)采用的磨料為自由移動的松散磨料石塊，當(dāng)把零件放人裝有磨料的振動拋光容器內(nèi)時，由于容器不停地運動而將慣性作用傳遞給磨料使之自由移動，并與零件外表面磨擦，由于磨料與零件之問都有各自的比重，從而導(dǎo)致這些磨料與零件的相對運動，這種磨擦的切削量很?。畯亩鸬搅藪伖庾饔?，而這種拋光不改變零件的尺寸。如果將零件任意放入振動拋光容器內(nèi)，那么被加工零件之問必然發(fā)生相互碰撞，極易損壞零件，而且加工也不均勻。采用專用設(shè)備與振動拋光容器配合，即保證了拋光的質(zhì)量，又防止了零件相互之間的碰撞，起到較好的效果。
1.2振動研磨機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1、國內(nèi)振動磨機(jī)生產(chǎn)研究狀況
我國的研磨設(shè)備有：球磨機(jī)、氣流磨、雷蒙磨、攪拌磨、輥式磨和柱磨機(jī)等。球磨機(jī)目前仍是我國水泥、陶瓷等行業(yè)的主導(dǎo)磨機(jī)。上述這些設(shè)備雖然有許多優(yōu)點，但也有本身的弱點。比如，受到工藝及磨機(jī)本身加工特點的限制，大多都無法加工硬度較高的礦渣、粉煤灰以及高硬度非金屬材料，特別是球磨機(jī)還存在著噪音大、能耗高、污染環(huán)境等缺點，無法滿足生產(chǎn)高標(biāo)號水泥、高檔次陶瓷制品和其它新型建筑材料所需的粉體細(xì)度。
大型多用途超細(xì)振動研磨機(jī)從結(jié)構(gòu)、工藝、磨介外形以及原理上都與傳統(tǒng)的磨機(jī)有根本的不同，它是采用機(jī)械振動原理，整機(jī)在較小的能量消耗下就可以工作，從而降低在超細(xì)粉加工過程中，材料破碎等所需的較大功耗。這項技術(shù)成果可以說是對傳統(tǒng)研磨技術(shù)的一場革命，比較適合對硬度較高的脆性材料做超細(xì)、超微粉加工。同時具有噪音小、能耗低、不污染環(huán)境等優(yōu)點。
由于受各種歷史原因的影響，我國在六十年代初開始從事這方面研究，但由于大型振動磨機(jī)在設(shè)計和生產(chǎn)中還存在諸多技術(shù)問題，如支承彈簧壽命、磨體整體鋼度及連接件強(qiáng)度、焊接強(qiáng)度、耐磨材料等，并缺少配套的部件及相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等原因，其研究進(jìn)展緩慢。到了八十年代中期，僅有溫州礦山機(jī)械廠生產(chǎn)小型振動磨機(jī)。以后相繼有河南新鄉(xiāng)東方礦山設(shè)備廠、煙臺卓悅機(jī)械傳動有限公司、洛陽礦山研究所、武漢大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)等單位生產(chǎn)振動磨機(jī)。但是，上述單位所研制生產(chǎn)的振動磨機(jī)普遍存在的問題是臺時加工量偏小、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)時工藝配套不理想、粉磨過程中鐵雜質(zhì)污染原材料。由于超細(xì)粉體在加工、分級、去污提純、表面改性方面仍存在的許多技術(shù)難題，使得超細(xì)粉體加工工藝及設(shè)備，長期落后于發(fā)達(dá)國家。許多產(chǎn)品因原材料及制造工藝與國外尚有一定差距，造成幾十年超細(xì)粉體加工質(zhì)量徘徊不前，尤其在水泥、建材、陶瓷、油漆、涂料等領(lǐng)域很難邁進(jìn)市場產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良和制造技術(shù)領(lǐng)先行列。開發(fā)推廣新一代節(jié)能振動粉磨設(shè)備，既可以填補(bǔ)超細(xì)粉加工行業(yè)設(shè)備空缺，又能加快企業(yè)舊設(shè)備的技術(shù)改造，并充分發(fā)揮新技術(shù)設(shè)備的加工能力，增加產(chǎn)品的市場競爭能力。
2、國外振動研磨機(jī)研究發(fā)展概況
德國是振動磨機(jī)研制較早的國家。四十年代初，雖然Hochst公司對振動磨機(jī)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研制，但直到五十年代末，西德Klockner-Humboldt-Deutz公司研制的PALLA系列振動磨機(jī)才成為定型產(chǎn)品在歐州各國普遍暢銷。
從七十年代起德國國家研究部一直把超細(xì)粉體制備技術(shù)作為特殊研究領(lǐng)域?qū)Υ?，并以Claustabl Braunschweig工業(yè)大學(xué)及KHDAlpine公司為中心形成了攻關(guān)群體。據(jù)資料介紹，目前Lurge公司所生產(chǎn)的振動磨機(jī)品種齊全，工藝配套性好，磨筒有效容積為60～2500L，可滿足不同加工場合的需求。但由于德國在設(shè)備制造過程中對材料選擇比較精良，以及工藝標(biāo)準(zhǔn)較高，參振磨體支承采用橡膠復(fù)合簧，使整機(jī)生產(chǎn)成本偏高，難于向發(fā)展中國家銷售。
日本中央化工機(jī)械、川崎重工、大工產(chǎn)物等公司制造的振動磨機(jī)，是六十年代初從西德SIEBTECHNIK公司引進(jìn)的單筒磨技術(shù)，爾后他們獨立地進(jìn)行研究試制。目前，日本不僅可生產(chǎn)間歇式的，也可生產(chǎn)連續(xù)和臥式渦流振動磨機(jī)，無論在生產(chǎn)數(shù)量、種類、技術(shù)性能、理論研究和新品試制方面都是極為先進(jìn)的，在市場上獲得很高的聲譽，并申報了許多專利，產(chǎn)品銷往中國及東南亞各國。
美國Allis-chalmers也采用德國技術(shù)，生產(chǎn)出多管振動磨機(jī)，磨管可達(dá)六管，臺時產(chǎn)量較高，傳動方式由德國的單邊傳動改為中心驅(qū)動雙邊激振。該系列振動磨機(jī)工作穩(wěn)定，工藝配套性好，應(yīng)用范圍廣，已被世界上許多國家所接受，對世界振動磨機(jī)的發(fā)展起了推進(jìn)作用，是九十年代超細(xì)粉體加工的主要設(shè)備。
前蘇聯(lián)曙光生產(chǎn)聯(lián)合體（CBITAHOK），于八十年代末在引進(jìn)德國振動磨機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)出雙電機(jī)同步驅(qū)動式振動磨機(jī)，并采用特殊設(shè)計的非線性空氣彈簧作支承，既改善了磨體的振型，又起到了隔振降噪的效果。為振動磨機(jī)向大型化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在振動磨的設(shè)計研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。目前，該公司生產(chǎn)的振動磨機(jī)有單管和雙管兩種類型，臺時產(chǎn)量0.3～8T/h，被廣泛應(yīng)用于東歐及南亞各國的建材、礦山行業(yè)。
俄羅斯·斯特羅諾佛依德工廠也在研制振動磨機(jī)方面做了許多工作。據(jù)介紹，該廠已完成粉磨CaO達(dá)15t/h的磨機(jī)設(shè)計，磨管有效容積達(dá)3000L以上，但由于該企業(yè)經(jīng)濟(jì)原因，至今也未制造出樣機(jī)。
由此可見，制造大型振動磨機(jī)技術(shù)，尤其是某些關(guān)鍵技術(shù)，至今仍為少數(shù)國家掌握，并且對我國采取一定程度的限制。因此開發(fā)研制中國自己的大型振動磨，將顯示我們的科研實力和水平，同時也對我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到重要促進(jìn)作用。
1.3本課題研究內(nèi)容
設(shè)計一臺曲軸振動拋光機(jī)，該機(jī)可以對曲軸進(jìn)行自動拋光，使得曲軸支撐表面粗糙度達(dá)到0.2微米以下。曲軸自動拋光機(jī)的容器與立式激振器連成一體，并支承于隔振彈簧上。當(dāng)激振器主鈾高速旋轉(zhuǎn)時，偏心塊產(chǎn)生激振力(離心力)和激振力矩，容器產(chǎn)生周期性的振動。容器底部為一圓環(huán)形狀，各點的振幅不一．使容器中的磨料(磨介質(zhì))和被磨工件既繞容器中心軸線(垂直抽)公轉(zhuǎn)，又繞圓環(huán)中心自轉(zhuǎn)。其合成運動為環(huán)形螺旋運動，磨料和工件在運動時互相磨削，可對工件進(jìn)行均勻加工。
第2章 振動拋光機(jī)研究
2.1 振動研磨機(jī)的工作原理
圖2-1 工作原理圖
振動研磨機(jī)的工作原理如圖2-1：在振動盤中安裝有振動馬達(dá)，振動盤通過振動彈簧與底座連接； 啟動振動研磨機(jī)時，振動馬達(dá)產(chǎn)生強(qiáng)大的激振力，通過振動彈簧帶動振動盤中的研磨混合物（即研磨材料、研磨助劑等混合物）產(chǎn)生三個方向的運動，即上下振動、由里向外的翻轉(zhuǎn)、螺旋形的逆時針旋轉(zhuǎn)。為了使曲軸各部位拋光均勻，曲軸必須能夠自轉(zhuǎn)。電動機(jī)帶動蝸輪蝸桿減速器，減速器輸出軸與曲軸工件通過聯(lián)軸器連接。這樣，曲軸自轉(zhuǎn)的同時，磨料又圍繞曲軸公轉(zhuǎn)，從而達(dá)到拋光均勻的目的。
振動馬達(dá)是振動研磨機(jī)中的核心部件，它是一種特殊的振動馬達(dá)（如上圖所示），它在兩端的軸心上安裝有偏心塊（也叫振動塊），通過調(diào)節(jié)這兩塊偏心塊的相對角度、重量，可以很方便的調(diào)節(jié)振動研磨機(jī)的振動頻率、翻轉(zhuǎn)速度。本次設(shè)計選擇YZUL-10-4立式振動電機(jī)。
振動盤機(jī)體：是該機(jī)主要部分，形狀像個“大火鍋” 組成一個環(huán)行槽。槽內(nèi)壁鑲有粘貼牢固、耐磨且具有彈性、表面平整的橡膠襯里。拋光介質(zhì)和產(chǎn)品放在其中。
機(jī)座：是個兩端帶法蘭圓筒。下法蘭有地腳螺孔，是全機(jī)的支撐部分。整個機(jī)體靠彈簧座落在上面。其上開有一孔為調(diào)整偏重鐵和裝拆電機(jī)之用。
電機(jī)：是該機(jī)振源。牢固地與機(jī)體連接在一起。通常用的是4極電機(jī)。從上往下看逆時針方向旋轉(zhuǎn)。因為是在惡劣的振動條件下工作，所以必須是專用的特殊電機(jī)。其軸承和線圈甚至接線盒都要適應(yīng)強(qiáng)烈的振動。電機(jī)上下端伸出軸固定兩個偏重鐵， 當(dāng)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生足夠的激振力矩。
振動彈簧：組成振動系統(tǒng)最基本的參量是振體的質(zhì)量(轉(zhuǎn)動慣量)和恢復(fù)力(恢復(fù)力矩)，該振動系統(tǒng)恢復(fù)力(恢復(fù)力矩)就是由彈簧提供的。彈簧為圓柱壓力彈簧，其制造材料有60Mn、50CrVA等。經(jīng)熱處理后，硬度為HRC=45~50，旋向一般為左旋。一定數(shù)量的彈簧均勻排列在機(jī)座法蘭上。
蝸輪蝸桿減速器：蝸輪蝸桿減速機(jī)是一種動力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。特點是：
1、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；
2、熱交換性能好、散熱快；
3、安裝簡易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)檢修；
4、運行平穩(wěn)、噪音小、經(jīng)久耐用；
5、使用性強(qiáng)、安全可靠性大；
那么，坯體是如何被拋光的呢，通電后，電機(jī)帶動偏重鐵旋轉(zhuǎn)，由于上下偏重鐵重心不平衡產(chǎn)生的偏心力矩作用于機(jī)體，使機(jī)體產(chǎn)生振動，進(jìn)而帶動機(jī)體內(nèi)介質(zhì)運動，通過介質(zhì)的沖擊和磨擦作用坯體被拋光。介質(zhì)以螺旋軌跡，繞機(jī)體中心逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖2-2。
圖2-2 磨料運動軌跡圖
2.2 振動研磨機(jī)的運動機(jī)理
實際的拋光機(jī)作為一個振動系統(tǒng)是很復(fù)雜的，為便于分析，系統(tǒng)是否可簡化為最簡單的力學(xué)模型：如圖2-3所示的質(zhì)量彈性系統(tǒng)。m為質(zhì)量，K為彈簧常數(shù)。該系統(tǒng)具有兩個自由度。振動位置需要兩個坐標(biāo)Z，才能確定，Z表示振體的質(zhì)心，C在鉛垂軸上的坐標(biāo)，則表示振體在水平方向相對質(zhì)心的轉(zhuǎn)角。系統(tǒng)的振動是由上下垂直運動和水平扭擺振動合成的結(jié)果
圖2-3 質(zhì)量彈性系統(tǒng)模型
振動理論指出：在簡諧干擾力作用下，受迫振動也是簡諧運動。振動的頻率與干擾力的頻率相同。田電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，即頻率不變；偏重鐵固定后，振幅也不變，電機(jī)帶動偏重鐵的振動是簡諧振動。所以拋光機(jī)的振動為簡諧振動。振動頻率按振源電機(jī)的頻率進(jìn)行。即
決定振動程度有兩個主要因素；
1) 上下偏振塊之間的相位角。相位角指從上俯視兩偏鐵之間的夾角，我們通過觀察三項實驗說明問題吧。
a) 把兩偏重鐵調(diào)到同一方向，即相位角為0。這時槽內(nèi)介質(zhì)運動的垂直分量很小，而水平運動分量很大，循環(huán)運動很快。
b) 相位角從0~90°逐漸加大，介質(zhì)運動的垂直分量隨角度增大而增大；相應(yīng)的水平分量逐漸減?。?運動軌跡為螺旋線。
c) 相位角從90°。這時，運動的水平分量很小，而垂直分量很大。這種現(xiàn)象可稱為“噴流運動”。
上述試驗可解釋為：當(dāng)上下偏重鐵相位角為0°時，由上下偏重鐵引起的諧振同相；相位角在0~90°范圍變化時，則兩個諧振相位差也在0~90°之間變化。介質(zhì)的運動就是兩個諧振運動合成的結(jié)果。
2) 上下偏重鐵距系統(tǒng)重心C的距離。即對重心C產(chǎn)生的力矩。據(jù)英國資料介紹，下邊的偏重鐵決定垂直分量運動程度；上邊的偏重鐵決定水平分量運動程度。從圖中我們可以看出上邊的偏重鐵距重心近，下邊的偏重鐵距重心遠(yuǎn)。但是機(jī)器裝好后，上下偏重鐵距重心的距離也就確定了，不能隨便調(diào)整，實際使用中都是通過增減上下偏重鐵的重量，來調(diào)整對重心的力矩，也就是調(diào)整振幅的。
由上述分析可知，使用拋光機(jī)有個選擇最佳相位角問題。試驗表明，對于最大部位尺寸太小不同的被拋光物體，要采用相應(yīng)的偏重鐵相位角才能滿足拋光工藝要求，即使拋光介質(zhì)在槽內(nèi)運動一周過程中，露出拋光的次數(shù)為1~2次。
再談?wù)剴伖饨橘|(zhì)。拋光機(jī)適用于骨灰瓷、硬質(zhì)瓷、高長石瓷、高石英瓷及紫砂制品等。介質(zhì)硬度要因瓷而異，一般說介質(zhì)硬度應(yīng)高出被拋光物體硬度10%左右。介質(zhì)過硬，會使被拋光物體表面劃出痕跡；過軟則介質(zhì)易損耗。常用的介質(zhì)有石英碴、碎瓷片等。骨灰瓷為瓷質(zhì)軟，其介質(zhì)為正方體小硬木塊和小的三棱柱形瓷塊混合使用，各為50%。此外，介質(zhì)的形狀、規(guī)格尺寸及介質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的深度也很有講究，在此不一一贅述。
最后要說明的是：拋光機(jī)在起動和停車的片刻，機(jī)體會以超過臨介振相的頻率作過幅的振動，因此在未裝入足夠的介質(zhì)前，決不能空載啟動電機(jī)。
第3章 蝸輪蝸桿減速器設(shè)計
3.1 電動機(jī)的選擇
（1）選擇電動機(jī)的類型
按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V。
（2）選擇電動機(jī)的功率
電動機(jī)所需的功率
式中 —工作機(jī)要求的電動機(jī)輸出功率，單位為Kw；
—電動機(jī)至工作機(jī)之間傳動裝置的總效率；
—工作機(jī)所需輸入功率，單位為Kw；
輸送機(jī)所需的功率輸送機(jī)所需的功率
=1200×1.5/1000×0.8=2.25Kw
電動機(jī)所需的功率
= =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76
=2.25/0.76=2.96kW
查表，選取電動機(jī)的額定功率=4kw。
（3）選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
已經(jīng)曲軸轉(zhuǎn)速為60~120r/min，暫定轉(zhuǎn)速為80r/min，由表推薦的傳動比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動比，故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
符合這范圍的電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速有1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉(zhuǎn)速的電動機(jī)進(jìn)行分析比較。
綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價格、傳動比及市場供應(yīng)情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號為Y112M—4
1. 確定傳動裝置的傳動比及其分配
減速器總傳動比及其分配：
減速器總傳動比
式中—傳動裝置總傳動比
—工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min
—電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，單位r/min
2. 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
（1）各軸的輸入功率
軸I
軸II
（2）各軸的轉(zhuǎn)速
電動機(jī)：
軸I：
軸II：
（3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)軸：
軸I：
軸II：
上述計算結(jié)果匯見表3-1
表3-1傳動裝置運動和動力參數(shù)
輸入功率
轉(zhuǎn)速n
輸入轉(zhuǎn)矩
傳動比
效率
電動機(jī)軸
2.96
1440
19.63
1
0.98
軸I
2.9
1440
19.23
18
0.784
軸II
2.27
80
270.98
3.2 傳動零件的設(shè)計計算
3.2.1 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計
一.選擇蝸輪蝸桿類型、材料、精度
根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）蝸桿材料選用45鋼，整體調(diào)質(zhì)，表面淬火，齒面硬45~50HRC。蝸輪齒圈材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級精度，標(biāo)準(zhǔn)保證側(cè)隙c。
二.計算步驟
1.按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計
設(shè)計公式≥mm
選，：
查表7.2取，
在30～64之間，故合乎要求。
初估
（2）蝸輪轉(zhuǎn)矩：
（3）載荷系數(shù)K：
因載荷平穩(wěn)，查表7.8取K=1.1
（4）材料系數(shù)ZE
查表7.9，
（5）許用接觸應(yīng)力
查表7.10，
（6）：
（7）初選的值：
查表7.1取m=6.3，
m
（8）導(dǎo)程角
（9）滑動速度
（10）嚙合效率
由，查表得
（11）傳動效率
取軸承效率 ，攪油效率
（12）檢驗的值
=1.1×301183×=1323＜2500.47
原選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求
2.確定傳動的主要尺寸
(1)中心距a
(2)蝸桿尺寸
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
導(dǎo)程角 右旋
軸向齒距
齒輪部分長度
取
(3)蝸輪尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑 d
齒根圓直徑
導(dǎo)程角 右旋
軸向齒距
蝸輪齒寬
齒寬角
蝸輪咽喉母圓半徑
(4)熱平衡計算
①估算散熱面積A
②驗算油的工作溫度t
室溫：通常取。
散熱系數(shù)：
＜80℃
油溫未超過限度
(5)潤滑方式
根據(jù)=4.84m/s，查表7.14，采用浸油潤滑，油的運動粘度
幾何尺寸計算結(jié)果列于下表：
名 稱
代號
計算公式
結(jié) 果
蝸桿
中 心 距
=
a=141.75
傳 動 比
i=17.59
蝸桿分度圓柱的導(dǎo)程角
蝸桿軸向壓力角
標(biāo)準(zhǔn)值
齒 數(shù)
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸桿螺紋部分長度
名 稱
代號
計算公式
結(jié) 果
蝸輪
中 心 距
=
a=141.75
傳 動 比
i=17.59
蝸輪端面壓力角
標(biāo)準(zhǔn)值
蝸輪分度圓柱螺旋角
o
齒 數(shù)
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸輪最大外圓直徑
3.3 軸的設(shè)計
3.3.1 蝸輪軸的設(shè)計
（1）選擇軸的材料
選取45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度HBS=230，強(qiáng)度極限，由表查得其許用彎曲應(yīng)力，查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》（表10-1、10-3）
（2）初步估算軸的最小直徑
取C=120，得≥=120× =36.32mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》表11.5，選
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
①軸上零件的定位、固定和裝配
單級減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，周向固定靠平鍵和過渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過渡配合或過盈配合固定。聯(lián)軸器以軸肩軸向定位,右面用軸端擋，圈軸向固定.
鍵聯(lián)接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承 從做從左面裝入，齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器依次右面裝到軸上。
②確定軸各段直徑和長度
I段
II段選30208型圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為40mm，寬度為19.75mm。故II段直徑。
III段考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁、軸承端蓋與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離，則取套筒長為42mm。故，。
IV段，
V段，
VI段，
VII段，
（4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
① 繪出軸的結(jié)構(gòu)與裝配圖(a)圖
②繪出軸的受力簡圖(b)圖
③繪出垂直面受力圖和彎矩圖(c)圖
軸承支反力：
計算彎矩：
截面C右側(cè)彎矩：
截面C左側(cè)彎矩：
④繪制水平面彎矩圖(d)圖
軸承支反力：
截面C處的彎矩：
⑤繪制合成彎矩圖(e)圖
⑥繪制轉(zhuǎn)矩圖(f)圖
⑦繪制當(dāng)量彎矩圖(g)圖
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，取0.6，截面C處的當(dāng)量彎矩為
圖3.2 低速軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩
(a)軸的結(jié)構(gòu)與裝配 (b)受力簡圖 (c)水平面的受力和彎矩圖
(d)垂直面的受力和彎矩圖 (e)合成彎矩圖 (f)轉(zhuǎn)矩圖 (g)計算彎矩圖
3.3.2 蝸桿軸的設(shè)計
(1)選擇軸的材料
選取45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=230，強(qiáng)度極限，屈服極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力。
(2) 初步估算軸的最小直徑
最小直徑估算，取
(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
按軸的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求選取軸承處的軸徑d=40mm，初選軸承型號為30208圓錐滾子軸承（GB/T297—94），采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，其中，齒根圓直徑，分度圓直徑，齒頂圓直徑，長度尺寸根據(jù)中間軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計，校核的方法與蝸輪軸相類似，經(jīng)過具體的設(shè)計和校核，得該蝸桿軸結(jié)構(gòu)是符合要求的，是安全的。
第4章 軸承的選擇和計算
4.1蝸輪軸的軸承的選擇和計算
按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初步選用30208（GB/T297—94）圓錐滾子軸承，內(nèi)徑d=40mm,外徑D=80mm，B=20mm.
（1）計算軸承載荷
① 軸承的徑向載荷
軸承A：
軸承B：
② 軸承的軸向載荷
軸承的派生軸向力
查表得：30208軸承15°38′32″
所以，
無外部軸向力。
因為＜，軸承A被“壓緊”，所以，兩軸承的軸向力為
③ 計算當(dāng)量動載荷
由表查得圓錐滾子軸承30208的
取載荷系數(shù)，
軸承A：＜e
取X=1，Y=0，則
軸承B：＜e
取X=1，Y=0，則
按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選用30208圓錐滾子軸承（GB/T297—94），經(jīng)校核所選軸承能滿足使用壽命，合適。具體的校核過程略。
4.2減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸
(1) 箱座（體）壁厚：=≥8，取=15；
(2) 箱蓋壁厚：=0.85≥8，取=12；
(3) 箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度：，；
(4) 地腳螺栓直徑及數(shù)目：根據(jù)=154.35，得，取=18,地腳螺釘數(shù)目為4個；
(5) 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑：
(6) 箱蓋、箱座聯(lián)結(jié)螺栓直徑：=9～14.4，取=12；
(7) 表2.5.1軸承端蓋螺釘直徑：
高速軸
低速軸
軸承座孔（外圈）直徑
100
130
軸承端蓋螺釘直徑
12
16
螺 釘 數(shù) 目
6
6
(8) 檢查孔蓋螺釘直徑：本減速器為一級傳動減速器，所以取=10；
(9) 軸承座外徑：，其中為軸承外圈直徑，
把數(shù)據(jù)代入上述公式，得數(shù)據(jù)如下：
高速軸：，取，
低速軸：，取；
(10) 表2.5.2螺栓相關(guān)尺寸：
锪孔直徑
36
30
26
至箱外壁的距離
24
20
18
至凸緣邊緣的距離
20
18
16
(11) 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓的距離：以螺栓和螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近，一般??；
(12) 軸承旁凸臺半徑：，根據(jù)而得；
(13) 軸承旁凸臺高度：根據(jù)低速軸軸承外徑和扳手空間的要求，由結(jié)構(gòu)確定；
(14) 箱外壁至軸承座端面的距離：，??；
(15) 箱蓋、箱座的肋厚：＞0.85，取=12，≥0.85，取=14；
(16) 大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁之間的距離：≥，取=16；
(17) 鑄造斜度、過渡斜度、鑄造外圓角、內(nèi)圓角：鑄造斜度=1：10，
過渡斜度=1：20，鑄造外圓角=5，鑄造內(nèi)圓角=3。
第5章 其他零件設(shè)計
5.1 鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核
5.1.1 高速軸鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核
高速軸采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，因此無需采用鍵聯(lián)接。
5.1.2 低速軸與蝸輪聯(lián)接用鍵的選擇和強(qiáng)度校核
(1) 選用普通平鍵（A型）
按低速軸裝蝸輪處的軸徑d=50mm，以及輪轂長，
查表，選用鍵16×10×76 GB1096—2003。
(2) 強(qiáng)度校核
鍵材料選用45鋼，查表知，鍵的工作長度，，按公式的擠壓應(yīng)力
＜，故鍵的聯(lián)接的強(qiáng)度是足夠的。
5.2 聯(lián)軸器的選擇和計算
5.2.1 高速軸輸入端的聯(lián)軸器
計算轉(zhuǎn)矩查表取有，查表選用TL5型彈性套柱銷聯(lián)軸器，材料為35鋼，許用轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，標(biāo)記：LT5聯(lián)軸器30×50 GB4323—84。
選鍵，裝聯(lián)軸器處的軸徑為20mm，選用鍵8×7×45 GB1096—79，
對鍵的強(qiáng)度進(jìn)行校核，鍵同樣采用45鋼，有關(guān)性能指標(biāo)見（2.6.2），鍵的工作長度，，按公式的擠壓應(yīng)力
＜，合格。所以高速級選用的聯(lián)軸器為LT5聯(lián)軸器30×50 GB4323—84，所用的聯(lián)結(jié)鍵為8×7×45 GB1096—79。
5.2.2 低速軸輸出端的聯(lián)軸器
根據(jù)低速軸的結(jié)構(gòu)尺寸以及轉(zhuǎn)矩，選用聯(lián)軸器LT8聯(lián)軸器50×70 GB4323—84，所用的聯(lián)結(jié)鍵為10×8×50 GB1096—79，經(jīng)過校核計算，選用的鍵是符合聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度要求的，具體的計算過程與上面相同，所以省略。
5.3 減速器的潤滑
減速器中蝸輪和軸承都需要良好的潤滑，起主要目的是減少摩擦磨損和提高傳動效率，并起冷卻和散熱的作用。另外，潤滑油還可以防止零件銹蝕和降低減速器的噪聲和振動等。
本設(shè)計選取潤滑油溫度時的蝸輪蝸桿油，蝸輪采用浸油潤滑，浸油深度約為h1≥1個螺牙高，但油面不應(yīng)高于蝸桿軸承最低一個滾動體中心。
致謝
兩個月的畢業(yè)設(shè)計時間匆匆而過，在老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)的熱情幫助下，我如期順利地完成了畢業(yè)設(shè)計。在此，我對老師及幫助過我的同學(xué)致以誠摯的謝意！
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)課程的一個重要環(huán)節(jié)，它可以讓我們對大學(xué)四年所學(xué)所知所見綜合的系統(tǒng)的應(yīng)用和實踐，并在前幾次課程設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識。通過畢業(yè)設(shè)計把所學(xué)相關(guān)課程（如機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械工程材料等）中所獲得的理論知識在設(shè)計實踐中加以綜合運用，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來。而且，本次畢業(yè)設(shè)計是我首次進(jìn)行完整綜合的機(jī)械設(shè)計的實戰(zhàn)演練，它讓我樹立了正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)了我對機(jī)械工程設(shè)計的獨立工作能力，讓我具有了初步的機(jī)構(gòu)選型與組合和確定傳動方案的能力，為我今后的設(shè)計工作打了良好的基礎(chǔ)。
通過畢業(yè)設(shè)計，還提高了我的計算和AutoCAD制圖能力；我能夠比較熟悉地運用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范；熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如GB、JB等），獲得了一個工程技術(shù)人員在機(jī)械設(shè)計方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練。
在這即將畢業(yè)的時刻，我要特別感謝院領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)心支持。是你們的辛勤勞動和無私奉獻(xiàn)使我能夠認(rèn)認(rèn)真真的作完畢業(yè)設(shè)計，更是你們的關(guān)心和教導(dǎo)使我順利完成大學(xué)的學(xué)業(yè)。你們所從事的職業(yè)是太陽底下最光榮的。十年樹木，百年樹人。作為人類靈魂的工程師，我為你們感到驕傲！
我也要感謝和我共同走過這風(fēng)雨兼程的學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們。是你們的支持和幫助，使我勇往直前，永不后退。我們朝夕相處，榮辱與共。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，不僅使我對以前所學(xué)的知識進(jìn)行了一次綜合應(yīng)用，而且也使我明白了作為一名機(jī)械設(shè)計師應(yīng)具備的基本素質(zhì)。除了扎實的專業(yè)知識以外，認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)也是必不可少的要素。
總之，這次畢業(yè)設(shè)計使我收益非淺，可以說，它將對我以后的學(xué)習(xí)，工作產(chǎn)生很大的影響。最后，再次對老師表示感謝！同時，也對學(xué)校里的關(guān)心我們的領(lǐng)導(dǎo)表示誠摯的謝意。
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