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上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計1摘 要無心磨削是工件不定回轉中心的磨削。工件支撐在導輪和托板上、導輪軸線在垂直平面內與砂輪軸線傾斜一小角度。磨削時，砂輪回轉和砂輪架橫向進給，導輪回轉除帶動工件回轉外，同時使工件自動軸向進給。無心磨削技術相較于其他磨削方法，具有生產(chǎn)效率高，支撐剛度好等特點。本設計在充分了解無心磨削原理的基礎上，通過總結前人的設計經(jīng)驗，進行無心磨床導輪架及修整器的結構設計。導輪架結構設計中，主要對導輪的傳動系統(tǒng)及其結構進行設計與分析。為了獲得導輪的相應轉速，對傳動系統(tǒng)進行了設計和校核計算，包括電動機的選型，V 形帶和蝸輪蝸桿的傳動設計。此外，對主軸進行了相應的強度與剛度校核，以確保設計的合理性。修整器結構設計中，金剛石筆由導軌來帶動，所以從導軌及傳動機構兩方面進行設計。通過對 X、Y 兩個方向的導軌副及傳動方案的設計，以滿足使用要求。關鍵詞：無心磨削，導輪架，修整器，結構設計，校核上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計2Structure Design of Regulating Wheel Frame and Its Dresser For Centerless Grinding MachineABSTRACTCenterless grinding fixed center of rotation 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 driving workpiece swing outside, while the workpiece is automatically axial feed. Centerless grinding grinding technology compared to other methods, with high production efficiency, support stiffness is good. The design principle of a thorough understanding of the basis of centerless grinding, by summarizing previous design experience, centerless grinder regulating wheel frame and dresser structural design.In the design of Regulating wheel frame structure, we mainly design and analysis the guide wheel drive system and the structural. In order to obtain the corresponding guide wheel speed, the drive system for the design 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 ensure that the design is reasonable.In the design of Dresser structural , the rail drive the diamond pen. so we design both rail and drive mechanism. Through the X, Y two directions guideways and drive solutions designed to meet the requirements.Keywords： centerless grinding, regulating wheel frame, dresser, structural design, check 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計3無心磨床導輪架及其修整器結構設計0 引言金屬切削機床的加工方式和使用范圍非常廣泛，生產(chǎn)的品種恨多，是機械制造工業(yè)中的主要技術裝備。在一般的機械制造廠中，金屬切削機床約占生產(chǎn)設備的 60%以上。磨床是金屬切削機床的一種。在磨床上加工的機械零件，可以獲得較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，并且可以加工車床、銑床、鉆床、插床等難以加工的淬硬零件。在所有的磨床中，外圓磨床是應用得罪廣泛的一類機床，工件采用無心夾持，一般支承在導輪和托架之間，由導輪驅動工件旋轉，進行磨削的磨床。它一般是由基礎部分的鑄鐵床身，工作臺，支承并帶動工件選轉的頭架、尾座、安裝磨削砂輪的砂輪架，控制磨削工件尺寸的橫向進給機構，控制機床運動部件動作的電器和液壓裝置等主要部件組成。外圓磨床一般可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床、多砂輪外圓磨床、多片砂輪外圓磨床、切入式外圓磨床和專用外圓磨床。外圓磨床的主要用途是進行工件的內外旋轉體表面及端面的磨削工作。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計41 綜述1.1 無心磨削的基本概念1.1.1 無心磨削的基本原理無心磨削是工件不定回轉中心的磨削。有無心外圓磨削和無心內圓磨削?？赡ハ鲌A柱表面和圓錐表面、回轉體工件內外表面。工件支撐在導輪和托板上、導輪軸線在垂直平面內與砂輪軸線傾斜一小角度。磨削時，砂輪回轉和砂輪架橫向進給，導輪回轉除帶動工件回轉外，同時使工件自動軸向進給（見圖 1.1）。工件借助于與其托板的摩擦實現(xiàn)減振。圖 1.1 無心磨削工作原理無心磨削大體上有 4 種進給磨削方式：切線進給磨削（又稱縱向貫穿磨削，工件由砂輪與導輪切線方向通過）、切入進給磨削（又稱切入上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計5磨削，對帶臺階或錐度等零件進行磨削，工件可用擋銷定位支撐，由砂輪和導輪進給切入）、斷面進給磨削（帶臺階零件沿其軸向前進及后退）和通過進給磨削（又稱貫通進給磨削工件沿其軸向自動進給），如圖1.2 所示。圖 1.2 無心磨削 4 種方法a)通過進給 b）切入進給 c）切線進給 d)端面進給1—砂輪 2—工件 3—導輪 4—導向板（送料板） 5—擋板圖 1.3 砂輪、導輪和托板的相對位置示意圖在圖 1.3 中，W 表示工件，G 表示砂輪，C 表示導輪，B 表示托板。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計6砂輪的作用是磨削工件，因而又稱磨削輪（或磨輪），它和工件的接觸點 1 叫做磨削點。導輪的作用是引導和控制工件的運動，它和工件的接觸點 2 叫做控制點。托板是用來支承工件的，它和工件的接觸點 3 叫做支承點。另外，導輪和托板聯(lián)合起來，可對工件進行定位，因此 2、3 兩點又叫做定位點。正常工作時，磨輪和導輪同向旋轉，他們的速度分別為 Gn和 c；工件的轉速為 wn，其轉向和砂輪相反。通常，為使工件以進給量 nwf做軸向運動，導輪軸線應相對砂輪軸線傾斜一個角度 ?， 被稱為導輪傾角。以保證工件和導輪線接觸。一般認為，工件運動完全取決于導輪。嚴格說，這種觀點是不全面的。從整個磨削過程來看，若磨削短小工件，則工件的線速度 0|wV??和導輪的線速度 0|cV??都沿導輪軸線變化，但二者的變化規(guī)律完全不同。這至少說明工件的運動不僅僅取決于導輪。理論和實踐一致表明，工件的運動不僅和砂輪、導輪、托板的材料以及砂輪運、導輪運動、磨削余量有關，而且還受到無心磨削幾何布局的影響。因此，工件的運動是砂輪，導輪和托板的聯(lián)合作用的結果。1.1.2 導輪修整的角度設置導輪在無心磨削中有兩個作用，一是工件磨削時的定位基面，與托板工作面成“V”形定位裝置；二是導輪與砂輪一起使工件獲得均勻的回轉運動與軸向運動。常用導輪曲面為單葉回轉雙曲面。常用導輪曲面為單葉回轉雙曲面。導輪的修整器的作用，是把導輪的外形修整成內凹的形狀，因為導輪是圓柱體，如果還修成圓柱的，那么導輪在調整磨削角度的時候，導輪和砂輪的接觸點只有在一個點上。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計7如果不調整磨削角度，那么不能形成螺旋線，工件在通磨的時候不能往前移動，只用于停止磨削。磨削角度的作用：導輪修整后形成的內凹和兩邊凸，如果兩邊凸的地方跟工件接觸，那么只能兩邊磨削到，砂輪的中間接觸不到工件。砂輪和刀片的面是在水平位置不變的，無心磨大多都是通過調整的傾斜角度和水平角度來或者和砂輪的接觸面，這個接觸面就是磨削區(qū)域同時在調整的時候產(chǎn)生了螺旋線，給了工件往前的力。如圖 1.4 所示。圖 1.4 導輪修整角度示意圖1.2 無心磨削的國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 無心磨削的國內外研究現(xiàn)狀在無心磨削的整個理論研究過程中，主要涉及到以下幾個方面的內容：成圓過程，運動和動力學分析。(1)無心磨削成圓過程的研究情況無心磨削中工件磨削表面如何被磨圓，是國內外專家和學者們感興趣的問題。早在 20 世紀 30 年代就有這方面的論文發(fā)表，目前，國內外上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計8仍有許多單位和個人在研究它。研究無心磨削成圓理論比較成熟的國家有俄羅斯、日本、英國、德國和中國等。在符·波·費里金引入傅里葉級數(shù)的分析方法后，人們對無心磨削成圓效應有了新的認識，從而極大地推動了這一問題的研究。此后，各國許多學者都采用了類似的方法對成圓效應進行數(shù)學分析和解釋，得出了許多有用的結論。迄今為止，無心磨削成圓的研究可以歸納為三個方面：幾何成圓理論、靜態(tài)成圓理論和動態(tài)成圓理論。幾何成圓理論的本質在于導輪、砂輪、托板和工件之間的相對幾何關系決定了無心磨削的成圓過程。這種理論忽略了系統(tǒng)的振動、變形和磨削機制，僅考慮幾何關系，因而稱之為幾何成圓理論。靜態(tài)成圓理論比幾何成圓理論稍有發(fā)展。這種理論之所以稱為靜態(tài)成圓理論，是因為它除了考慮幾何關系外，還引進了系統(tǒng)靜剛度因素。動態(tài)成圓理論是比較完善的無心磨削成圓理論。這種理論不僅考慮了幾何因素，而且還考慮了磨削系統(tǒng)的振動參數(shù)(靜剛度 K，阻尼 C 和質量 m)以及具有反饋特性的磨削機制。動態(tài)成圓理論又叫做無心磨削動態(tài)穩(wěn)定性理論。日本學者對有局部缺口的工件進行無心磨削研究，對頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒有建立諧波分布函數(shù)，不能有針對性地控制顯著( 較大)諧波和諧波分布狀態(tài)。20 世紀 90 年代，國內學者提出了無心磨削準動力學成圓理論，該理論有機地統(tǒng)一了幾何成圓和動態(tài)成圓兩大理論，并具備了兩種理論的優(yōu)點。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計9近半個世紀的無心磨削理論和實踐研究表明。工件表面圓度誤差生成主要依賴于系統(tǒng)振動、工件轉速與幾何布局。為了從本質上描述無心磨削成圓機理，A.Y.Chien 提出了諧波的頻譜圖法，研究系統(tǒng)對諸次諧波的頻率響應問題。日本學者對有局部缺口的工件進行無心磨削研究，對頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒有建立諧波分布函數(shù)，不能有針對性地控制顯著(較大)諧波和諧波分布狀態(tài)。所以建立無心磨削準動力學成圓理論，研究工件表面諧波分布狀態(tài)與系統(tǒng)振動、工件轉速及幾何布局之間的內在規(guī)律性，以實現(xiàn)諧波的合理控制，并進一步發(fā)展頻譜圖法。準動力學諧波生成機理較有效地描述了工件表面的諧波生成規(guī)律。目前，對影響工件圓度誤差的各種因素的研究，尤其是磨削區(qū)幾何形狀的研究比以前有了新的發(fā)展。具體表現(xiàn)在除對工件圓度誤差進行支承誤差復映外，還根據(jù)工件圓度誤差的“杠桿假設” ，做進一步的矢量分析，從而得到無心磨削幾何區(qū)域穩(wěn)定圖。近年來，國內外除了從穩(wěn)態(tài)磨削方面研究外，還從動態(tài)磨削方面對工件圓度誤差的影響進行了一定的單項試驗與理論研究，并取得了很大的發(fā)展。他們主要分析了工藝系統(tǒng)在受迫振動條件下對工件圓度誤差的影響，但是忽略了顫振的影響。(2)運動學和動力學分析從 20 世紀 50 年代斯姆尼洛斯基、60 年代米津榮、70 年代王玉昆到80 年代錢安宇和 90 年代夏新濤，他們對無心磨削過程中，工件的運動和受力狀態(tài)進行了詳細的推導和分析，使得對工件的運動和受力狀態(tài)的上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計10研究逐漸成熟并區(qū)域完善。這些研究不僅具有理論價值，而且可以解釋生產(chǎn)中的現(xiàn)象，受到人們極大的關注。以上述專家的成果為依據(jù)，本文通過建立新的數(shù)學模型，通過新的研究方法，更加全面、有效、方便的分析了無心磨削過程中幾何參數(shù)，動態(tài)參數(shù)對工件圓度誤差的影響。除了以上兩種研究外，導輪修整、無心磨削表面質量等也是人們關心的問題。但是這些方面的研究還遠遠不夠，停留在比較簡單的階段，有待進一步的研究發(fā)展。1.2.2 無心磨削的發(fā)展趨勢從無心磨削的發(fā)展及現(xiàn)行生產(chǎn)動向來看，無心磨削應向著高速、寬砂輪、高精度、自動化及閉環(huán)系統(tǒng)方向發(fā)展。（1）高速磨削。高速磨削是通過提高砂輪速度來達到提高磨削效率和磨削質量的一種加工方法。高速磨削的砂輪線速度一般為50m／s ~80m／s，無心磨削目前可達 80m／s 的砂輪線速度。高速磨削的特點是可以提高生產(chǎn)率、提高砂輪使用壽命(比普通磨削提高 75％左右)和提高加工精度與表面質量。但是，在磨削過程中，要消耗更多的功率；因此，對機床和砂輪及電機都將有更高的要求。（2）寬砂輪磨削。寬砂輪磨削和高速磨削一樣，都屬于高效率磨削方法。顧名思義，寬砂輪磨削主要是增加砂輪工作寬度，使之和工件有更大的磨削接觸面積。這樣有利于提高生產(chǎn)率和擴大磨床使用范圍。切入磨削時，可以磨削更長的工件，或者同時磨削兩個其至更多的短工件，貫穿磨削時，可以加大一次通磨的磨削余量，減少通磨次數(shù)，或者粗精磨一上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計11次完成。（3）高精度磨削。高精度磨削后的工件在形狀精度、位置精度、尺寸精度，粗糙度和波紋度等方面都具有很高的精度(質量) 級別。那種認為高精度僅對圓度誤差而言的看法是片面的。高精度磨削是在高精度磨床上進行的。磨削時，砂輪部件、導輪部件和托板部件的剛度、精度以及幾何布局部直接影響著工件精度。因此．在設計高精度磨床時，有必要對磨床的靜態(tài)和動態(tài)件能給以預測。預測方法包括理論和試驗兩個方面的內容。（4）磨削自動化。無心磨削自動化的內容有：工件上下料自動化，自動測量，自動進給，砂輪和導輪的自動修整以及砂輪的自動平衡等。在機床設計過程中，實現(xiàn)磨床綜合自動化不可或缺的一個重要手段是，配置自動上下料機構。根據(jù)不同工藝方式，不同零件，而采用標準模塊組合式上下料裝置、機械手、機器人或借助于機床自身的功能元部件來實現(xiàn)自動山下料。例如無錫光洋機床有限公司 KC200 型，無錫機床股份有限公司 MKlll50 型無心磨床配置了步進龍門式機械手；而MKlll50 型無心磨床上的則為雙軸型龍門式機械手，使卸料與裝料時間達到了最大限度的重合，在提高磨床綜合自動化程度時，縮短了輔助時間。（5）磨削閉環(huán)系統(tǒng)。磨削閉環(huán)系統(tǒng)的顯著標志是使磨削的各種參數(shù)、磨床的各種動作、工件精度的測量與預測、信息的反饋與比較、設備保養(yǎng)以及意外事故處理等方面和諧地處于同一機制之中。隨著磨床應用計算機數(shù)控技術的普遍化，其應用水平正得到不斷的上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計12提高，利用當今 CNC 系統(tǒng)所具備的高速運算、處理與多坐標插補功能。北京市機電研究院 MK8580 型立式數(shù)控內曲線磨床，運用開發(fā)的磨削軟件，通過 C 軸與 X 軸聯(lián)動插補，實現(xiàn)了非圓內、外曲面的磨削。計算機數(shù)控技術作為實現(xiàn)磨床綜合自動化的關鍵手段，不僅被用于磨削進給與砂輪修整各種運動的控制，而且被用于各種輔助運動控制。2 方案論證2.1 調速方法的選擇目前異步電動機調速方法很多，大致可分為以下幾種類型：①改變轉差率調速，包括有降低電源電壓，繞線式異步電動機轉子串電阻等方法；② 改變旋轉磁勢同步轉速調速，包括有改變定子極對數(shù)，改變電源頻率等方法；③ 串級調速；④ 利用轉差離合器。上述第一類型的兩種調速方法設備比較簡單，但它們的調速范圍窄，最主要的是它們屬有級調速，不能滿足調速要求，因此沒能廣泛應用；變頻調速和串級調速，具有無級調速平滑性好的優(yōu)點，從這一點考慮這兩種方法比較符合調速要求，但由于變頻調速和串級調速多采用大功率晶體管、可控硅組成變頻器和控制器元件，價格貴，制造技術復雜，控制功率大，也沒有得到廣泛應用。 利用電磁轉差離合器對電機轉速進行調節(jié)，既實現(xiàn)了無級調速，又克服變頻、串級調速控制器大的缺點，因而得到了廣泛應用。因此，本設計選用電磁轉差離合器進行電機轉速的調節(jié)。上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計132.2 傳動方案2.2.1 傳動方案比較方案一：圖 2.1 傳動方案一如圖 2.1 所示，導輪由一個功率較小的電動機 N2 驅動。運動從電機軸經(jīng)過一對帶輪 z1、 z2，掛輪 a、b 以及 k\z3 的蝸桿蝸輪而傳到導輪（此時離合器 M 向上嚙合） 。改變掛輪 a、 b 的數(shù)值便可調整導輪的工作轉速，從而也就改變了縱向磨削時工作的縱向進給速度。在用金剛刀修整導輪時，導輪的轉速應該提高。為此，可將離合器 M 向下捏合，電動機則通過鏈輪 z1、z2 和一對螺旋齒輪 z4、z5 而驅動導輪。方案二：上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計14SDabK\Z3導 輪修 整 器 轉 差 離 合 器圖 2.2 傳動方案二如圖 2.2 所示，導輪由電機 SD 驅動。運動從電機軸經(jīng)過一對帶輪a、b 以及 K\Z3 的蝸桿蝸輪而傳到導輪。使用轉差離合器便可調整導輪的工作轉速，從而也就改變了縱向磨削時工作的縱向進給速度。在用金剛刀修整導輪時，提高導輪轉速。方案一中的導輪傳動系統(tǒng)主要由帶傳動和齒輪傳動組成。但是由于鏈傳動和齒輪傳動極易產(chǎn)生振動, 并且這兩級傳動都處在高速區(qū), 無論是在修整導輪還是在磨削工件時, 這兩級傳動都在工作, 因此它們產(chǎn)生的振動會嚴重影響機床的加工精度。而方案二中電機通過帶傳動直接通過蝸輪蝸桿傳動，機床振動減小, 運行平穩(wěn), 這樣主軸與軸瓦之間的間隙可以維持正常水平, 潤滑良好, 延長了主軸的使用壽命，使用轉差離合器達到了無級調速的任務要求，上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計15同時省去齒輪、離合器等部件等備件。因此，選擇方案二更有利于導輪傳動系統(tǒng)。2.2.2 方案確定導輪架的結構設計中使用轉差離合器來達到無極調速的設計要求。而在減速方面選用結構緊湊、傳動平穩(wěn)、造價低廉、不需要潤滑以及緩沖的 V 帶傳動。再結合沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)的蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)，使導輪達到要求轉速。3 導輪架結構設計3.1 電動機的選擇由于現(xiàn)在工業(yè)上普遍使用三相交流電源，可考慮采用 Y 系列三相異步電動機。三相異步電動機的結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，啟動性能好等優(yōu)點。一般電動機的額定電壓為 380V。根據(jù)設計要求，電動機的輸出功率 0.5dPkw?選定電動機的額定功率 .edk電動機轉速的計算 ''12().1025/mindwni r??? …………（3.1）通過以上計算，選擇 Y132S1-2 電動機，其額定功率為 5.5kw，同步轉速為 3000r/min，滿載轉速為 2900r/min。3.1.2 運動及動力參數(shù)的計算1．分配各級的傳動比帶輪傳動比 1.4i?上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計16蝸輪蝸桿傳動比 29i?2.確定各軸轉速0123/min/01.423/in/98dnrir??………………………………………………（3.2）3.確定各軸的功率和轉矩012.5908.3.79dPkwk???………………………………………………………（3.3）0.5951.730ddPTNmn????……………………………………………（3.4）1122.5952.430.901.68nPTNm?????3.2 電磁轉差離合器 電磁轉差離合器主要由電樞與磁極兩個旋轉部分組成。電樞部分與異步電動機聯(lián)接，是主動部分；磁極部分與異步電動機所拖動的負載聯(lián)接，是從動部分，圖 3.1 為電磁轉差離合器的示意圖。 圖 3.1 電磁轉差離合器示意圖電磁轉差離合器的電樞部分在異步電動機運行時，隨異步電動機轉子同步旋轉，轉向設為順時針方向，轉速為 n，見圖 3.2（a） ，若勵磁繞組上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計17通入的勵磁電流 I1=0，電樞與磁極二者之間既無電的聯(lián)系又無磁的聯(lián)系，磁極及所聯(lián)之負載則不轉動，此時的狀態(tài)負載相當于被“離開” 。若勵磁電流 I1≠0，則磁極與電樞二者之間就有了磁的聯(lián)系，磁力線如圖3.2（b）中所示，由于電樞與磁極之間有相對運動，電樞上的繞組在磁場作用下要產(chǎn)生感應電動勢并產(chǎn)生電流，對著 N 極的繞組條的電流流出紙面，對著 S 極的則流入紙面。 圖 3.2 電磁轉差離合器的電磁轉矩及磁場分布電流在磁場中流過受力廠，使電樞受到逆時針方向的電磁轉矩 M 。電樞由異步電動機拖著同速轉動，M 就是與異步電動機輸出轉矩相平衡的阻轉矩，磁極則受到與電樞同樣大小，相反方向的電磁轉矩，也就是順時針方向的電磁轉矩，在它的作用下，磁極部分以及負載便順時針轉動，轉速為 n′ ，此時負載相當于被“合上” ，若異步電動機旋轉方向為逆時針，通過電磁轉差離合器的作用，負載轉向也為逆時針，二者是一致的，需注意的是：轉差離合器電磁轉矩 M 的產(chǎn)生有一個先決條件，即電樞與磁極兩部分之間有相對運動，因此負載轉速 n′必定小于電動機轉速 n （n=n′，則 M =0） ，所謂轉差離合器的“轉差”就體現(xiàn)在這里。3.3 帶傳動設計V 帶傳動允許的傳動比大，結構緊湊、傳動平穩(wěn)、造價低廉、不需上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計18要潤滑以及緩沖、吸震、易維護，大多數(shù) V 帶已標準化。V 帶傳動的上述特點使它獲得了廣泛的應用。1. 確定計算功率由[2]表 8.7 查得，工作情況系數(shù) 為 1.1，故：KA0.51.605APKkw???ca……………………………………………（3.5） 2. 選擇 V 帶的帶型根據(jù) 、電機轉速由[2]圖 8-11 選用 Z 型。caP3. 確定帶輪基準直徑 并驗算帶速d1） 初選小帶輪的基準直徑 。由[2]表 8-6 和表 8-8，取小帶輪1d的基準直徑 =68mm。1d2） 驗算帶速168301.68/60dnVms????…………………………………（3.6）因為 ，故帶速合適。5//msvs?3） 計算大帶輪的基準直徑21.46895.2di m???……………………………………………（3.7）根據(jù)[2]表 8-8，圓整為 =95mm。2d4. 確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 dL根據(jù)公式120120.7()()dd???……………………………………………（3.8）上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計19初定中心距 =220mm。0a5. 計算帶所需的基準長度 22010()2()4dddLaa?????……………………………………（3.9） 2(9568)20(68)m96.8740?? ??????? ??? ?由[2]表 8-2 選帶的基準長度 1dL?。6. 計算實際中心距 a007169.82525.6dLa m???????………………………（3.10）中心距的變化范圍為 245.915mm~277.865mm。7. 驗算小帶輪上的包角 1?????12157.357.380809614902o oo oda???????………（3.11）8.計算帶的根數(shù) z由 =68mm 和 ，查[2]表 8-4a 得 0P=1.25kw。1d130/minnr?根據(jù) 30/minr?，i=1.4 和 Z 型帶，查[2]表 8-4b 得 =.3?。查[2]表 8-5 得 .95K?，表 8-2 得 .9LK?，于是????0 0.0.456.1.23.dLPz??????…………………（3.12）取 1 根。9. V 帶的初拉力 0F上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計20202.51dPFmvKz??????????…………………………………………………（3.13）其中 m 為 V 帶的線質量，由表 8-23 得 Z 型 m=0.07kg/m ,故202.50.1.710.685968F N????????????10. 作用于軸上的力 rF10 42sin250sin9.862rz???………………………………（3.14）11.帶輪的結構設計小帶輪的基準直徑為 68mm，外徑為 73mm，底徑為 53mm。大帶輪的基準直徑為 95mm，外徑為 100mm，底徑為 80mm。12.帶輪的技術要求（1）輪槽工作面不應有砂眼、氣孔，輪輻及輪轂不應有縮孔和較大缺陷。帶輪外緣要倒鈍銳邊，輪轂孔公差為 H7 或 H8，輪轂長度下偏差為零，公差等級為 IT14。（2）查[1]表 8-76 帶輪工作表面粗糙度為 3.2，形位公差圓跳動t=0.2。（3）輪槽對稱平面與帶輪軸線垂直度為 。'30?（4）各帶輪軸線應相互平行，各帶輪行對應的 V 型槽對稱平面應重合，誤差不得超過 。'20（5）帶裝入輪槽前，應先調小中心距，不得強行撬入。3.4 蝸輪蝸桿傳動設計蝸桿傳動式在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構，上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計21兩軸線交錯夾角可為任意值，常用 90。 。這種傳動具有傳動比大，零件數(shù)目少，結構緊湊的特點，而且在傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷地螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸推出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低，因此應用頗為廣泛。1 .選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦采用漸開線蝸桿 ZA。2．蝸輪蝸桿的材料蝸輪蝸桿的材料不僅要具有足夠的強度，更重要的是應具有良好的跑合性、減磨性及耐磨性。蝸桿一般用碳鋼或者合金鋼制成，對于不太重要的傳動及低速中載蝸桿，可采用 40 和 45 鋼等，經(jīng)調質硬度在220~300HBS。常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅、鑄造鋁青銅及鑄鐵等，效率要求不高時，特別是要求自鎖時，可采用灰鑄鐵，為了防止變形，一般要對蝸輪進行時效處理。綜合考慮，在本機構中蝸桿采用 45 碳鋼調質處理，硬度在45~55HRC，蝸輪采用灰鑄鐵 HT150。3．接觸強度的初步運算（1）蝸桿頭數(shù) 和渦輪齒數(shù)1z2z查[1]表 5-9 選 =4，則 =i =9?4=36 1z2z1…………………………（3.15）（2）9470 cos?得值查[1]表 5-21 初取 9470cos81?? …………………………（3.16）（3）載荷系數(shù) K上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計22按[1]表 5-20 的說明選取 K=1.2（4）蝸輪轉矩 2T21i??，由[1]表 5-19 初估 0.92??210.539549/214/PTNmni??……………………（3.17）（5）彈性系數(shù) EZ由[1]表 5-23 查取 15EMPa?（6）許用接觸應力 HP?循環(huán)次數(shù) 8160/20143/9.710LNtni????………（3.18）壽命系數(shù) 由[1]圖 5-1 查取 .8NZ'20HPM??' 0.816NZP??…………………………………（3.19）(7)計算 2md按[1]表 5-20 中公式2 2 22 159470cos()8710.2()603EHPZdKTz???????…（3.20）(8)初選 m、d 值由[1]表 5-7 選用 m=2.5mmd=35.5mm4．傳動基本尺寸上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計23（1）蝸輪分度圓直徑 2d2.53690mz???……………………………………（3.21）（2）傳動中心距 a1235.9062.75dm???…………………………（3.22）（3）蝸桿導程角 ?''142.5arctnarct13zmd????。………………………（3.23）5. 選定傳動精度等級（1）蝸輪圓周速度 2v12/902143/./606dni ms????………………（3.24）（2）滑動速度 sv2''1.4.6/ini53s ms????！?.25）（3）精度等級參照[1]表 5-38 選定： 傳動 8c GB10089-886. 傳動效率（1）嚙合效率 1?'''''tantan15430.9()()v??????。。 。……………（3.26）上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計24上式中 由[1]表 5-29 查得 v?'143v??。（2）考慮攪油損失的效率 2?取 20.97??（3）軸承效率 3蝸桿蝸輪軸均用滑動軸承支撐 230.985.7??（4）傳動效率 1230.976???…………………（3.27）7. 蝸輪接觸強度校核按[1]表 5-20 中的公式接觸強度條件為219470cosHEHPKTZd?????……………………………………………（3.28）（1）載荷系數(shù) K按[1]表 5-20 中的說明 AVK??…………………（3.29）取 1.0AK?.V1.0?故 K=1（2）蝸輪轉矩 2T120.538695491./4/PNmni????A………………………（3.30）（3）計算接觸應力 H?''2 219470947018.3cos15cos54.HEKTZd?????。，滿足接觸強度條件HP?上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計258. 蝸輪抗彎強度校核按[1]表 5-20 中的公式，抗彎強度條件為21640FFSPKTYdm?????…………………………………………………（3.31）（1）齒形系數(shù)按 233''60cos154nz????！?.32）由[1]表 5-28 查得 .9FSY?（2）螺旋角系數(shù) ?''15431/200.87Y????。。 ?！?.33）（3）許用彎曲應力 FP?單向傳動由[1]表 5-26 查得 'FP70Ma??按 ，由[1]圖 5-1 查得 75.180LN??.6NY'.64.9FPYa??…………………………………（3.34）（4）計算彎曲應力 F?2164016408.31590.7.25.2FSKTYdm???????，滿足抗彎強度條件P?9. 其他幾何尺寸計算（1）齒形角和頂隙上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計26ZA 蝸桿， 20xa?。 .2c?（2）幾何尺寸蝸桿齒頂圓直徑 1135.2.40.5aadhm????……（3.35）蝸輪齒根圓直徑 12.9.ff?…………（3.36）蝸桿分度圓軸向齒厚 1.53xpsm????………………（3.37）蝸桿分度圓法向齒厚（3.38）''1cos3.9cs15437.6nx m????。蝸桿齒寬 2(0.)(10.36)2.5.9bz m?????……（3.39）磨削蝸桿，當 m10mm 時，應增大 15~25mm故取 45mm1b?蝸輪喉圓直徑 2902.59aadhm???………………（3.40）蝸輪齒根圓直徑 2386ff??……………（3.41）蝸輪外圓直徑 21.59.259.7eadmm???………（3.42）取 295edm?蝸輪齒圈寬度 210.75.9571.2abd???………………（3.43）取 27b?上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計27蝸輪咽喉母圓半徑 22956.71.2agdr m???………（3.44）蝸輪分度圓齒厚22(0.5tan)(0.5)2.4xsm????????…………………（3.45）3.5 軸的校核計算3.5.1 蝸桿的校核計算1.蝸桿的受力計算分度圓直徑 轉矩35.dm?2.4TNm??切向力 112/.4/50.1tFTK?…………………………………（3.46）軸向力 12/.6/9.3adN??…………………………………（3.47）徑向力 1tn0.5tan20.1raFK?。 ?！?.48）簡化蝸桿上的載荷和支承形式。作用在蝸桿上的彎曲載荷可用集中力代替，分解為切向力、徑向力和軸向力。如圖 3.1a 所示。雙支座的蝸桿軸系簡化為鉸鏈雙支點梁，如圖 3.1b 所示。圖 3.1c 為蝸桿上由徑向力、切向力和軸向力引起的彎矩圖。圖 3.1d 為蝸桿上作用的矩圖。 Ft2r1xt2r1xFr1tx1T(a)b(c)d圖 3.1 彎矩圖（1）水平平面 H 和沿垂平面 V 的支座反力水平面 H 內的支座反力上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計28121/0.7HtFKN?……………………………………………………（3.49）水平面 H 的彎矩1450.71.5aMLFNm????…………………………………………（3.50）沿垂平面 V 內的支座反力12 35.0.14520.869arvdFLKN???????………………………（3.51）120.13860.4vrv?…………………………………………（3.52）垂直面 V 的彎矩計算12450.6.381247vMFLNm?????…………………………………………（3.53）（2）合成彎矩 Ma2211220.56.381.9470aHav NmM??????…………………………（3.54）（3）計算扭矩 T135.0.4282tdTFNm?????……………………………………………（3.55）（4）危險截面的當量彎矩222()16.08(.485)16.eaMTNm????????……………………（3.56）上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計29133116.5.7[]6000eeMMPad? ???????……………………（3.57）故，蝸桿軸符合設計要求。3.5.2 窩輪軸的校核計算分度圓直徑 轉矩90dm?15.6TNm??切向力 2.35taFKN軸向力 14t徑向力 2r=0?.（2）水平平面 H 和沿垂平面 V 的支座反力水平面 H 內的支座反力120.75FKN?水平面 H 的彎矩 13.61.aMLm???沿垂平面 V 內的支座反力24 90.4.3520.747arvdFKNL???????3240.13.6rv?垂直面 V 的彎矩計算345.9.71220468vMFLNm?????（2）合成彎矩 Ma22233441.9.74.6608aHav Nm??????（4）計算扭矩 T上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結構設計30290.351.7tdTFNm?????（5）危險截面的當量彎矩 2224 133()6.8(0.157)6.41149[]009eaeMTNmMPad?? ???????? ??故，蝸輪軸符合設計要求。3.6 軸承的選擇蝸桿軸使用一對圓錐滾子軸承，如圖 3.2 所示，圓錐滾子軸承主要承受以徑向為主的徑、軸向聯(lián)合載荷。軸承承載能力取決于外圈的滾道角度，角度越大承載能力越大。與角接觸球軸承相比、承載能力大，極限轉速低。圓錐滾子軸承能夠承受一個方向的軸向載荷，能夠限制軸或外殼一個方向的軸向位移。圖 3.2 圓錐滾子軸承導輪的轉速相對于砂輪來說是很低的，所以導輪主軸多數(shù)是用滑動軸承，如圖 3.3 所示，滑動軸承是在滑動摩擦下工作的軸承。滑動軸承工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲。在液體潤滑條件下，滑動表面被潤滑油分開