貝殼粗磨試驗機設計Design of the shell rough grinding experimental machine學生姓名所在學院所在專業(yè)申請學位指導教師副 指 導 教 師答辯時間目 錄目 錄設計總說明 IINTRODUCTION .II1 緒論 .11.1 課題的背景、來源和意義 11.2 課題的設計內(nèi)容 22 貝殼粗磨機的設計方案 .23 貝殼粗磨機的結構設計 .23.1 砂輪軸電動機和導輪電動機的選擇 23.1.1 選擇電動機的類型 .23.1.2 確定電機的型號 .23.1.2.1 確定砂輪軸電機的型號 .23.1.2.2 確定導輪電機的型號 .33.1.3 傳動裝置的設計和動力參數(shù)的計算 .43.2 砂輪軸齒輪傳動的設計 53.2.1 齒輪設計 .53.2.2 齒面接觸疲勞強度校核 .53.2.3 齒根彎曲疲勞強度校核 .73.3 砂輪軸的設計 83.3.1 軸的材料選擇與最小直徑的估算 .83.3.2 軸的結構設計與軸承、鍵的選擇 .83.3.3 砂輪軸的強度校核 .93.4 滾動軸承的選擇及強度校核 113.5 鍵連接的選擇及校核計算 123.6 絲杠的設計和滑動導軌的選擇 12鳴 謝 13參考文獻 14設計總說明設計總說明本設計為貝殼粗磨試驗機，粗磨的原料是被切割成條狀的貝殼，最終產(chǎn)品為貝殼馬賽克，粗磨只是將貝殼加工成貝殼馬賽克的其中一個工序。本試驗機采用圓筒金剛石砂輪，同時用一個橡膠導輪將貝殼條帶進砂輪進行磨削，同時要實現(xiàn)導輪轉(zhuǎn)速可調(diào)以及導輪跟砂輪之間的間隙可調(diào)，以達到試驗目的。主要設計內(nèi)容有設計方案的確定、貝殼試驗機的結構設計，包括電機的選擇、齒輪傳動的設計、砂輪軸的設計和滾動軸承的選擇等。關鍵詞：貝殼；粗磨；試驗機ABSTRACTIINTRODUCTIONThis design is the shell rough grinding test machine， the raw material of rough grinding is the shell which is cut into a strip．rough grinding 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 wheel to wheel，in order to achieve the purpose 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 ；TESTING MACHINE－ 0 －貝殼粗磨試驗機設計畢業(yè)設計說明書1 緒論1.1 課題的背景、來源和意義在各種新型建筑材料興起的今天，各種材料花樣層出不窮，不僅色彩斑斕，外觀美觀，而且性能也越來越好。但是人類總是不滿足于現(xiàn)狀，他們不斷追求，從建筑材料的原料、外觀和性能等方面不斷的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，這就使建筑材料越來越多樣化。而貝殼馬賽克就是在不斷創(chuàng)新過程中的一個產(chǎn)物。貝殼馬賽克，顧名思義，就是馬賽克一種。何為馬賽克？這里馬賽克并不是一種圖像處理手段，而是一種建筑上，用于拼接成各種各樣美麗炫酷圖案的小瓷磚，又稱錦磚或紙皮磚。普通的馬賽克是通過胚料半干壓成型，窯內(nèi)焙燒而成。而貝殼馬賽克原料是天然的貝殼，只要對貝殼進行適當加工，就能得到美觀的貝殼馬賽克。貝殼作為一種數(shù)量很大的海洋產(chǎn)物，在國外，用貝殼作為原料加工成的貝殼馬賽克非常受歡迎，無論被用在墻外或者室內(nèi)，都非常美觀而可靠，而且性能良好，比普通的馬賽克有過之而無不及。 ，而在我們國內(nèi)，大部分貝殼都被加工成裝飾品或者收藏品，被加工成貝殼馬賽克則因為加工工藝的原因，使價格偏高，從而使貝殼馬賽克不能普遍被人接受。貝殼馬賽克的加工過程其實并不是很復雜，只是現(xiàn)在國內(nèi)還沒有很多完善的加工設備，使貝殼馬賽克的產(chǎn)量和質(zhì)量都沒有達到預期。如果能夠設計出完善的加工設備，我相信貝殼馬賽克一定會成為一種性價比非常高的建筑材料，從而被人們喜歡而流行于國內(nèi)。這樣也能夠充分的發(fā)揮出貝殼的用途，而不是僅僅用來做裝飾品。本課題《貝殼粗磨試驗機設計》就是對貝殼粗磨這一工序所需機床的設計，本課題意在設計一臺貝殼粗磨試驗機，用于試驗貝殼粗磨方案的可行性以及加工參數(shù)的合理性。1.2 課題的設計內(nèi)容本課題來源于社會實際，在對貝殼進行粗磨這一工序之前，貝殼已經(jīng)被切條，所－ 1 －以粗磨的原料是 2 、3cm 左右的貝殼條，而且貝殼條是有弧度的，要對其進行加工，不能用普通的磨床。本課題設計一種貝殼粗磨試驗機，用于貝殼粗磨試驗。具體設計內(nèi)容為：貝殼粗磨原理研究，貝殼粗磨系統(tǒng)結構設計，控制與輔助系統(tǒng)設計，實現(xiàn)貝殼粗磨，磨削參數(shù)可調(diào)，而且粗磨機結構可靠，操作方便，成本低。2 貝殼粗磨機的設計方案試驗機采用圓筒金剛石砂輪，同軸兩端雙工位設計，驅(qū)動砂輪軸的電機轉(zhuǎn)速1440r/min，通過齒輪與砂輪軸連接，使其轉(zhuǎn)動。同時在砂輪平行的位置設計一個塑膠導輪，導輪用可調(diào)速電機驅(qū)動，實現(xiàn)導輪的可調(diào)速，而且導輪電機安裝在裝有絲杠的平臺上，實現(xiàn)縱向移動，從而實現(xiàn)磨削厚度的可調(diào)。3 貝殼粗磨機的結構設計3.1 砂輪軸電動機和導輪電動機的選擇3.1.1 選擇電動機的類型驅(qū)動砂輪軸的電機選用三相籠型異步電動機，封閉式結構，電壓 380V，Y 型。因為要實現(xiàn)導輪可調(diào)速，所以帶動橡膠導輪的電機選用 YCT 系列電磁調(diào)速電動機。3.1.2 確定電機的型號3.1.2.1 確定砂輪軸電機的型號參考市面上砂輪粗磨機，電機轉(zhuǎn)速選擇 。因為貝殼主要成分是碳酸鈣，min140r根據(jù)石材切割所用電動機功率最低為 1.5KW，為了確保能磨掉粘附在貝殼條上的各種物質(zhì)，驅(qū)動砂輪的電機功率選擇為 4KW,所以電機型號選擇為 Y112M-4，各參數(shù)如表 3-1： 表 3-1電動機型號 額定功率/KW 滿載轉(zhuǎn)速/（r/min）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速 1500r/min,4 極Y112M-4 4 1440 2.2 2.2實物如圖 3-1：－ 2 －圖 3-1安裝尺寸如圖 3-2 和表 3-2：圖 3-2表 3-2 機座帶底角、端蓋無凸緣 Y 系列電動機的安裝尺寸(mm)3.1.2.2 確定導輪電機的型號導輪僅僅為了帶動貝殼條進入砂輪進行磨削，所以驅(qū)動導輪旋轉(zhuǎn)的電機功率不需要很大，故選用 YCT 系列電磁調(diào)速電機型號為 ，參數(shù)為 ，4B-YCT12KWP75.0? 轉(zhuǎn)速范圍 ， 。參數(shù)如下：min125~30rkg5?表 3-3－ 3 －安裝尺寸如下：圖 3-3表 3-4YCT112-4B 安裝尺寸（mm）3.1.3 傳動裝置的設計和動力參數(shù)的計算因為我所設計的粗磨機為一根軸兩端作為雙工位工作，故電機與砂輪軸之間連接采用齒輪連接，傳動比 ,傳動效率 。1?i 97.0??砂輪軸輸入功率：式 3-1KWKPm 8.397.041???砂輪軸輸入轉(zhuǎn)矩：式 3-2mNNnT ????73.25140/.5/950113.2 砂輪軸齒輪傳動的設計3.2.1 齒輪設計(1)首先確定齒輪的齒形，我這里選擇用直齒圓柱齒輪傳動。－ 4 －(2)電機齒輪材料選擇為調(diào)質(zhì)處理的 40Cr，其硬度為 ，砂輪軸齒輪材料選280HBS擇為調(diào)質(zhì)處理的 45 號鋼，硬度為 ，二者材料硬度差為 。240HBS4(3)設計機床是粗磨機，要求精度不高，故選用 8 級精度。(4)根據(jù)所選電動機安裝尺寸，為防止電動機邊緣與砂輪軸發(fā)生干涉，故初取兩齒輪中心距為 180，因為傳動比為 ，所以取電機齒輪分度圓直徑 ，兩齒輪1?i 180?d模數(shù)取 ，電機齒輪齒數(shù) ，兩齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，所以取砂輪2?m90281mdz軸齒輪齒數(shù)為 ，故 ，所以實際中心距為：912??z。 式 3-318201??a(5)因為此設計機床傳動功率不大，齒寬系數(shù)最小可取到 0.2， 即取 ，則2.0?d?電機齒輪寬 ，取 ，考慮不可避免的安裝誤差，mdb36180.1????b451?取砂輪軸齒輪齒寬 。42(6)壓力角為 。???3.2.2 齒面接觸疲勞強度校核根據(jù)齒輪硬度和材料查得電機軸齒輪的彎曲疲勞強度極限 ，砂輪MPaH601lim??軸齒輪的彎曲疲勞強度極限 。MPaH502lim??假設粗磨機工作壽命 12 年，每年工作 290 天，單班制，所以應力循環(huán)次數(shù)為：式 3-491 104.)98(14060 ???hjLnN式 3-5根據(jù)循環(huán)次數(shù)查得接觸疲勞強度壽命系數(shù) ， 。 94.01?HNK97.02?HN取安全系數(shù)為 S=1,得接觸疲勞許用應力：式 3-6MPaSKHNH 564094.][1lim1 ????92 3.2/.?u－ 5 －式 3-7MPaSKHNH 534097.][2lim2 ?????取較小值 ??a534][2用 計算齒輪接觸疲勞應力，圓周速度：???ZidTkEHH31???式 3-8smsnv /56.13/0648061 ????計算實際載荷系數(shù) ??HVAHKK查《機械設計手冊》得使用系數(shù) 。2.根據(jù) 、8 級精度，查得動載系數(shù) 。smv/56.13? 29.1?V齒輪圓周力 ， 式 3-9NdTFt 850/1573.241??式 3-10mNbKtA /9/49.2./1 ??查得齒間載荷分配系數(shù) 。.?HK插值法計得 8 級精度、電機齒輪懸臂布置時，齒向載荷分布系數(shù) 23.1??HK由此得到實際載荷系數(shù) 式 3-117.219.25.1?????HVAH查得區(qū)域系數(shù) ，彈性影響系數(shù)為 ，接觸疲勞強度用重合5.2Z /8.MpaZE度系數(shù)通過計算得到：式 3-12????????? 18.23)]90/(2cos90ar[)]/(cosar[*111 hz??式 3-134911222式 3-148.2/)]0tan49.3(tan9)0tan18.3(tan90[ /)]????????? ????zz所以 式 3-158.341.4???Z][72.184.0195.2025.17312 43 HEHdH MpaZiTk ???? ?????????式 3-16所以齒面接觸疲勞強度滿足要求,同時也減少了齒面接觸應力。－ 6 －3.2.3 齒根彎曲疲勞強度校核由圖查得電機軸齒輪的彎曲疲勞強度的極限為 ，砂輪軸齒輪的彎MPaF501lim??曲疲勞強度的極限為 ，同時根據(jù)應力循環(huán)次數(shù)查得彎曲疲勞壽命系數(shù)MPaF3802lim??， ，取彎曲疲勞安全系數(shù) ，計算彎曲疲勞應力：91.0?FNK95.2N 4.S式 3-17aSF3254.1][lim1??式 3-18MPFNF 86.7.09][2li2 ??其他參數(shù)的計算：因為 、8 級精度，查得動載系數(shù) 。smv/56.13 29.1?VK齒輪圓周力 式 3-NdTFt 850/1573.2241??19所以 式 3-20mmNbKtA /1/9./489.5./1 ???查得齒間載荷分配系數(shù) 。21?FK插值法計算當精度為 8 級精度、電機齒輪為懸臂布置時， 。23.??FK得 。 式 3-37.2.19.5. ??????FVAFK21查得齒形系數(shù) ， ，應力修正系數(shù) 。21.FaY.2?F 8.1SaY78.12??S重合度系數(shù) 式 3-22657.0841.5.075.0???????彎曲疲勞應力：查得齒形系數(shù) ， ，應力修正系數(shù) 。21.?FaY21.??F 78.1?SaY78.12?S－ 7 －12342131 ][46.19905.057.8.1.723. FdSaFF MpazmYTK ???? ??????式 3-23 22342132 ][03.19915.057.8723. FdSaFF paz ???式 3-24齒根彎曲疲勞強度滿足要求。3.3 砂輪軸的設計3.3.1 軸的材料選擇與最小直徑的估算砂輪軸采用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，取 ，要對軸的直徑進行設計，需要知道120?A軸在扭矩強度允許下的最小直徑，用公式 計算最小軸徑，砂輪軸最小直徑30minPd的確定：式 3-25nPAd6.15408.31230min ???3.3.2 軸的結構設計與軸承、鍵的選擇圖 3-4直徑與長度確定、鍵的選擇：（1） 、初步確定滾動軸承因齒輪為直齒齒輪軸承受徑向力作用，故選擇深溝球軸承，取 ，故選用md35?深溝球軸承 6207, 。 mBDd17235???（2） 、各軸段的直徑的確定安裝砂輪軸徑取 ，砂輪軸向固定，故過渡段軸肩取91－ 8 －滾動軸承軸段 ，根據(jù)滾動軸承軸向定位要求，取軸肩段md3082?md3573?，齒輪軸段 ，齒輪左端通過軸肩來定位，軸肩高度 h=(2 至 3)R,4406查得軸徑為 40 時,R=2,故取軸肩高度 h=5，故 。因為設計砂輪電動機為內(nèi)置05在粗磨機床內(nèi)的，根據(jù)電機尺寸，取過渡低速級小齒輪軸段 。md45?（3） 、各軸段長度的確定安裝砂輪軸段長度取 ，過渡段 ，左端軸承由軸肩固定，ml8091?l082故左端軸承段 ，軸環(huán) ，取 ，因為砂輪軸齒輪輪轂Bl73?74.15?h15?寬度 ，為了使齒輪安裝可靠，安裝齒輪的軸的長度應比輪轂寬度略小，所m402以取安裝齒輪的軸長度 ，所選滾動軸承寬度為 17mm，滾動軸承到箱體內(nèi)壁取36l8mm，取齒輪到箱內(nèi)壁距離 16mm，齒輪寬超出軸 4mm，所以。根據(jù)發(fā)電機安裝尺寸，得 。l 451687??? ml3604?（4） 、砂輪軸與齒輪鍵連接選擇砂輪軸裝有一個齒輪，軸徑為 ,選用 A 型圓頭平鍵,查《機械設計手冊》 ，md40?鍵的截面尺寸為 ，齒輪寬度 ，軸長 36mm，所以鍵長取hb812??b40228，即 。標記為 GB/T 1096 。812 ?鍵 81?鍵（5） 、砂輪與軸鍵連接選擇與砂輪連接段軸徑為 25mm，選用 A 型圓頭平鍵，查得鍵的截面尺寸為，軸長為 80mm，所以取鍵長為 70mm。mhb7?3.3.3 砂輪軸的強度校核（1）砂輪軸上的功率 ，轉(zhuǎn)矩min/401n,3.821 rkwP??轉(zhuǎn) 速 mNT??73.251（2）求作用在齒輪輪上的力：式 3-26、式 3-27 NFdTntrt 1042ta86a867.5231 ?????即圓周力為 286N，徑向力為 104N，沒有軸向力。（3）中間軸的受力分析－ 9 －圖 3-5作軸受力簡圖如圖 3-5，因為滾動軸承 6207 負荷作用中心為軸承中心，到軸承外端面距離為軸承寬度的一半即 8.5mm，再根據(jù)其他尺寸數(shù)值得齒輪作用力作用點 B 到左邊支撐點 A 距離 ,到右邊支撐點 B 距離 ，所以支承跨距 AC 距mB5.398? mC5.2?離為 。C41?圖 3-6作水平受力圖、彎矩圖 如圖 3-6式 3-28NACBFNH3451.286t ???式 3-29NHt?式 3-30mMAH ???15983圖 3-7作垂直面受力圖、彎矩圖 如圖 3-7式 3-31NACBFMrNVC 1245.10,0????所 以故 式 3-32FrNV2?－ 10 －式 3-33mNABFMNVB ????782.4.5398121式 3-34C?302圖 3-8作總彎矩圖 如圖 3-8式 3-35mNMVBH????93.121式 3-360422圖 3-9畫扭矩圖 如圖 3-9m73.251??NT（4）校核軸的強度校核軸的強度，只需要校核危險截面的應力是否超過許用應力，危險截面判定為齒輪剖面，原因是齒輪剖面有彎矩、轉(zhuǎn)矩和鍵槽引起的應力集中。進行校核時，需要校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強度，因為軸單向旋轉(zhuǎn)，所以扭轉(zhuǎn)切應力是脈動循環(huán)變應力，故取 =0.6,軸的計算應力： ?式 3-37MPaWTMca 26.36401073.251409)( 223212 ??????? ）（）（?根據(jù)選定軸的材料，查《機械設計手冊》得 ，因此 ，故安全。Pa6][1????1??σca3.4 滾動軸承的選擇及強度校核選擇深溝球軸承 6207，查得 ， ，預期壽命：KNCr5.2?2.150?，左端軸承所受徑向力hLh27840198' ??式 3-38FNVAH.3221r ??右端軸承所受徑向力－ 11 －。 式 3-39NFNVCH21.6925322r ?????因為貝殼粗磨機為電動機驅(qū)動，故有有輕微沖擊，所以取 ，深溝球軸承1.?df只受徑向載荷，所以， ， 式 3-FfPrd62.381.511???FfPrd 3.296.1.22??40因為 ，所以取 驗算壽命，因為所用軸承為球軸承，所以 ，則12?2P ??式 3-'6362610 109.71.2905140)( hrh LpCnL ???????????????41所以軸上兩個軸承滿足要求。3.5 鍵連接的選擇及校核計算軸與齒輪連接選用 A 型圓頭平鍵,標記為： ，軸與砂輪281 096 GB/T?鍵連接選用 A 型圓頭平鍵,標記為： 78 1096/?鍵連接軸和齒輪的鍵強度校核: 式 3-MPahldT.240)128(73.542p ?????42查表得 ，因為 所以鍵的強度滿足要求.??MPap150~2???p??連接砂輪的鍵強度校核: 式 3-43MPahldTp 49.25)870(13.42?????查表得 ，因為 所以鍵的強度滿足要求.??map150~2???p??3.6 絲杠的設計和滑動導軌的選擇為了實現(xiàn)磨削厚度的可調(diào)，需要設計把導輪電機安裝在通過絲杠副來實現(xiàn)移動的工作臺上，所以要選出合適的絲杠。同時因為粗磨機工作時，導輪電機是靜止不動的，并且導輪只是起到將貝殼條帶入砂輪磨削的作用，所以絲杠的作用僅僅是實現(xiàn)縱向移－ 12 －動的作用，所以絲杠選型并不嚴格，但是要求絲杠有自鎖功能，所以選用梯形絲杠，絲杠尺寸根據(jù)試驗機電機安裝尺寸及角鐵支架尺寸設計。設計得梯形絲杠選擇為，詳細尺寸請參考零件圖-梯形絲杠。導軌我采用的是滾動導軌。82.5L0Tr ?鳴 謝－ 13 －鳴 謝在做本設計的過程中，我要特別感謝鄢奉林老師的教導，感謝他用豐富的知識對我進行指導，高度負責任地督促我們完成設計，還有細心認真地檢查我們的設計進度。我也要感謝我的舍友，在我遇到設計問題的時候，對我給以了很大的支持和幫助。還有我的家人，感謝他們在我煩躁的時候，對我進行開導。同時，感謝學校為我們提供安靜舒適的環(huán)境，使我們能夠按時地完成設計。參考文獻－ 14 －參考文獻[1]蔡英亞，張英，魏若飛.貝類學概論[M].上海：科學技術出版社，1979[2]王瑩.淺談貝殼裝飾材料相關施工工藝.博士論文，2002[3]戴曙.金屬切削機床[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993[4]成大先.機械設計手冊[M].第 3 卷.北京：化學工業(yè)出版社，2001[5]陳統(tǒng)堅.機械工程英語[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996[6]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2013[7]鄭堤,唐可紅.機電一體化設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001[8]馮辛安.機械制造裝配設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004[9]孫全穎，唐文明.機械精度設計與質(zhì)量保證[M]。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2012[10]吳宗澤.機械設計實用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000[11]馮開平，左忠義.畫法幾何與機械制圖[M].廣州：華南理工大學出版社，2004附 錄－ 15 －附 錄