毕业设计（论文）-立式多磨头磨抛机结构设计

沈阳建筑大学本科毕业设计（论文）立式多磨头磨抛机结构设计Structure Design of Vertical Multi-head Grinding and Throwing Machine学 院： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 沈阳建筑大学Shenyang Jianzhu University沈阳建筑原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业设计（论文），是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。作者签名： 日 期： 关于使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的毕业设计（论文）及相关资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属沈阳建筑大学。本人完全了解沈阳建筑大学有关保存、使用毕业设计（论文）的规定，本人授权沈阳建筑大学可以将本毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业设计（论文）。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为沈阳建筑大学。本人离校后使用毕业毕业设计（论文）或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为沈阳建筑大学。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 沈阳建筑大学本科毕业设计（论文）题目摘 要石材作为最普通最广泛的加工材料，在我们生活中随处可见。而随着时代发展，石材加工机械也日趋先进。而石材磨抛机的出现则更是让各式各样的石材板料在我们生活中充当着不可替代的作用。大到楼房建筑，小到花坛装饰等。为了提高其普及率和实用率，设计开发一个效率高，成本低的机械运动系统是很具有理论意义和实用价值的。本文简要地介绍了磨抛机的起源与发展，对比国内外石材磨抛机的特点并说明磨抛机的功能和使用范围。运用大学所学的机械设计制造和加工工艺等知识，设计并确定了磨抛机的总体工作布局。本磨抛机可实现X、Y、Z三个方向的运动同时还可完成磨头的前后摆动以进行各种较为复杂的磨抛。本磨抛机成本低、效率高并且可以一次性完成磨抛工作。关键词：机械设备，石材加工，磨抛机- I -沈阳建筑大学本科毕业设计（论文）题目Structure Design of Vertical Multi-head Grinding and Throwing MachineAbstract Stone as the most common and extensive processing materials, in our lives everywhere. With the development of the times, the development of stone processing machinery is becoming more and more advanced. And the appearance of stone grinding machine is to make a variety of stone sheet materials in our lives play an irreplaceable role. Large to building, small to flower bed decoration and so on. In order to improve its popularity and practical rate, it is of theoretical and practical value to design and develop a high-efficiency, low-cost mechanical motion system.This paper briefly introduces the origin and development of the grinding machine, compares the characteristics of the stone grinding machine at home and abroad, and explains the function and scope of use of the grinding machine. Using the knowledge of mechanical design, manufacturing and processing technology learned in the university, the overall working layout of the grinding machine was designed and determined. This grinding machine can realize the movement of X, Y, Z three directions while also completing the front and rear swing of the grinding head to carry out a variety of more complex grinding. This grinding machine has low cost, high efficiency and can complete the grinding work at once.Key Words：Machinery and Equipment, Stone Processing, Grinding Machine- IV -目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题的来源与研究背景11.2 国内外磨抛机的现状与发展趋势21.3 课题的研究内容与意义32 系统分析与方案的订制42.1 总体布局要求42.2 磨抛机运动系统方案设计52.2.1 运动系统的确定52.2.2 总体结构53磨抛机部分零件的选型与相关计算53.1 磨头设计53.1.1 砂轮的选择53.1.2 模具硬度的选择73.1.3结合剂的选择73.1.4磨具型号的选择83.2 磨削功率计算与电机选择83.2.1 磨削功率计算83.2.2电机的选择93.3 磨头主轴的设计93.3.1磨头主轴的结构设计93.3.2轴的最小直径估算103.3.3轴的总长度113.3.4各轴段直径和长度的要求113.3.5轴承的选型与校核123.3.6轴承的润滑143.3.7滚动轴承的密封143.4主轴组件的验算153.4.1 支承的简化153.4.2 主轴的挠度153.4.3 主轴倾角153.5 传动齿轮齿条的设计163.6 丝杠的选型与校核183.6.1 丝杆的选型193.6.2 校核203.6.3 电机的选择22结 论24参 考 文 献25致 辞26沈阳建筑大学本科毕业设计（论文）题目1 绪论1.1 课题的来源与研究背景石材加工历史悠久，地球上自有人类活动以来，就有石材加工，以至于考古学家把远古人类生活的年代划分为旧石器时代和新石器时代。在长达250万年的旧石器时代，石器是人类的主要劳动工具。距今8000年前，人类开始以磨制的石斧、石锛、石凿和石铲，琢制的磨盘和打制的石锤、石片、石器为主要工具。后来，随着金属工具的出现，人类逐渐掌握了各种石材的开采和加工的方法。不管是埃及金字塔还是我们中国的万里长城都是很好的象征。长期以来，由于石材产品量产困难，世界石材业发展缓慢。直到20世纪60年代，随着科学技术的进步，特别是石材加工机械设备及金刚石工具在石材产业中的大量应用，世界石材产业迅速发展为国际化产业。近年来，国际社会对建筑材料出现追求环保和反璞归真的热潮，世界石材产品的需求迅猛增加，更加快了石材产业的发展。随着经济的发展、生活水平的提高以及审美观念的变化，现今人们更推崇自然而且华丽高贵的装饰效果。石材制品以其独特的天然花色纹理，优异的物理性质及加工性能和华丽庄重的装饰效果，赢得了广大消费者的青睐，被广泛的用于建筑安装、家居装饰、艺术雕刻、生活用具等方面，特别是在建筑装饰的使用，像是门套窗套、罗马柱、喷泉、拱门、雕刻、拼花等等，衬托出建筑物的高雅庄重大气，已经成了高级身份的象征，更是夺得可广大消费者和设计师所的芳心，使用量年年激增。而且各种异形天然石材凭借着其艺术性，犹如画龙点睛一般，更添加了整个建筑的高雅华贵的档次和艺术气息。还有像一些艺术洗手盆、花湓、茶几、壁炉、雕刻等生活装饰用品越来越多的融入到人们的生活，更增强了人们的生活品质和艺术格调。目前，国内石材异型加工设备有几十种，但是与意大利等先进设备相比，还存在很大差距。国内少数大型石材加工企业，近几年从意大利引进数控异型加工设备，进行复杂的异型石材加工，进口异型加工设备主要有石材加工中心、卧式数控加工机床、立式数控加工机床、数控台面加工机床等。石材异型加工有许多工序，即使是大企业，也是靠手工完成，特别是不规则形状表面的打磨抛光，基本上是靠手工完成。国产异型加工设备虽然有许多品种，但真正功能强的数控加工机床还没有。异型石材加工设备的发展空间较大，主要方向就是多维数控，异型石材的设备磨抛光技术，各种复杂空间曲面的加工设备及刀具，可以借鉴金属数控加工设备的结构及控制技术，用于石材异型加工设备。石材平面异型加工设备工艺较成熟，数控金刚石串珠绳锯，数控水刀切割机，三维数控铣床等异型加工设备已经成熟，并广泛应用于石材加工。圆弧石材、球形石材的切割及磨抛技术相对成熟。异型磨边设备(特别是各种圆弧边)，近几年不断推向市场，并实现了多头连续磨削、磨光，设备化水平不断提高。磨抛机更是显现在石材加工行业中，有着不可取待的作用。石材磨抛机是一种研磨设备，它利用各种不同粒度的砂轮磨头，对各种石材及人工造石进行粗磨、精磨、干磨、湿磨等各道研磨工序，作抛光前的粗加工工序，同时可作抛光试样。可一次性完成磨抛工作，磨抛机的使用可以起到一机多用的好处。随着现代磨抛技术的快速发展，机加工零件对表面质量要求越来越高，那么磨抛加工技术作为保障零件表面加工质量的关键步骤，受到越来越多的关注。磨削加工方法是利用磨料来去除材料。根据加工工件的形状和加工要求不同，磨削加工有多种加工方式。而用砂轮或砂带进行磨削加工是应用广泛、高效精密的加工方法。随着机加工产品可靠性、精度、和寿命要求的不断提高，以及高强度、高硬度、高功能性、高耐磨性、的新型材料的普遍应用，磨削加工出现许多新问题，包括超精密磨削、材料的磨削加工性及高效磨削和磨削自动化、表面完整性、等问题亟待解决。现代磨削加工技术正朝着开发精密及超精密磨削、使用超硬磨料磨具、高效、高速磨削工艺及研制高刚度、高精密的自动化磨床的趋势发展可。机械制造业向着柔性制造单元FMC (Flexible Manufacturing Cell)、柔性制造系统FMS (Flexible Manufacturing System)、计算机集成制造系统CIMS (ComputerInte-grated Manufactur ing System) 方向迅速发展，与此同时对磨削加工也提出了自动化要求。而磨床机构设计制造在磨床智能化与高速化的前提下提出了新的要求和新的课题。现代主要技术发展方向是:采用有模态分析、有限元算法、CAD及CAE技术来研究磨削机床的动静刚度、优化磨床结构从而解决振动达到高稳定性的磨削加工;磨床主轴通过气体静压轴承，液压静压轴承，及磁浮轴承达到精密化及高速化的要求;导轨及进给机构采用直线导轨、静动压导轨、静动压丝杠实现了高精密化与高速化;减少热源，并抑制热产生防止热扩散1。本课题以此为背景，研究种适合打磨石材板料等大型外表面的磨抛机，配合移动式磨抛机床，从而实现自动磨抛大型石材的外型面，代替传统的手工打磨，增加打磨效率，降低劳动强度。本课题将设置多个磨抛头，将在不同的打磨环境下适用，其中设计最关键部分是如何实现磨抛头的移动与摆动。1.2 国内外磨抛机的现状与发展趋势砂轮磨削技术也是当今运用最广泛的磨削技术之一,砂轮磨削与工件是刚性接触而砂带磨削属于弹性接触，可以同时实现磨削、研磨和抛光，这就是砂带磨抛精度质量更高的原因。目前砂轮磨抛向着高速磨削方向发展，国外高速磨削研究始于1988年左右，这以后有了很大的发展，砂轮线速度由初期几十米每秒发展到现在的几百米每秒。国外高速高效磨削已经相当普及，亚洲属日本高速磨削发展最普遍，欧美等国家属美国领先。国外砂轮磨削技术已有很大进步，随着加工对象以及应用领域的越来越广泛，砂轮磨削技术用得到普及，显然已经成为获取巨大经济效益的一种手段。国内砂轮磨肖技术发展始于20世纪70年代末，改革开放使得砂轮磨削技术引起了各行业、研究单位和企业越来越多的关注。由于砂轮品种的增加和制造技术的提高，砂轮磨削设备研究及生产得到了很大的发展。1.3 课题的研究内容与意义通过以上研究分析，本论文主要以提高石材磨抛工作强度与效率为题进行了研究和设计，主要工作如下:(1)提出了课题研究的背景及意义，简要介绍了国内外石材磨削的现状与发展趋势，并且通过结合实际从而提出了本课题的来源以及研究内容。(2)详细阐述了石材磨削原理:介绍了砂带磨削一些基本的概念以及砂带磨削原理并且简要叙述了砂轮的磨削原理。(3)对磨抛机工作台的整体布局进行了结构设计与三维建模。(4)对磨抛机构相关参数进行研究，主要有相关零部件的选择及尺寸设计。因为石材板料具有抗污染能力强、易于控制色差、安装方便、隔音防潮、节能降耗、成本较低等多种特点。所以设计一种能一次性完成较为复杂的石材磨抛加工工作的磨抛机。对于降低劳动强度和生产成本，提高磨抛质量和精度，提高劳动生产率具有极其重要的意义。2 系统分析与方案的订制2.1 总体布局要求磨抛机总体布局的基本要求如下：（1）首先，它必须满足各种要求，例如加工范围，工作精度，生产率和经济性。（2）确保既定过程所需的工件和工具的相对位置和相对运动。在经济合理的条件下，尝试使用简单是运动机构来简化机构，提高传动精度和传动效率。（3）确保磨抛机的刚度，抗振性，热变形和噪声水平适合所需的加工精度。（4）应该易于观察加工过程；易于操作，调整和维护；易于运输，装卸工件和清理；注意保护，确保安全。（5）结构简单，合理可靠，易于加工和组装。（6）节省原材料，降低制造成本，减少占地面积。在满足总体布局的基本要求的基础上，还应考虑影响磨抛机布局的基本因素：1）表面形成运动的影响通常使用不同的磨头来加工不同形状的加工表面，从而使表面形成运动的形式和次数不同，从而导致布局上的差异。由于工件的技术要求和生产率要求不同，可以用不同的磨抛速度和不同的磨头移动速度来加工相同形状的加工表面，从而形成不同的石材板料。可以看出，磨头的运动直接决定着磨抛机布局的形式，是影响磨抛机布局的决定性因素。因此，在磨抛机的布局中，有必要根据加工要求全面，综合地考虑表面形成方法和磨头的运动，以使布局设计具有更好的技术和经济效果。2）磨抛机运动分配的影响工件表面的形成方法和磨头运动是相关的，磨抛机的运动分布是不同的，磨抛机的布局也是不同的。对于相同运动分布的布局，由于导轨和其他结构类型的布局差异，磨抛机的布局也将发生变化。分配磨抛机的动作时，一般要注意以下三点：（1）活动部件的运动应尽可能稳。在相同条件下，电机功率和传动部件的强度越大。（2）有利于提高加工精度。（3）应有助于增加磨抛机的刚度并减少占地面积。3）工件尺寸，重量和形状的影响磨抛机的布局将根据工件的尺寸，重量和形状而有很大不同。另外，还应考虑磨抛机性能要求的影响，如振动、噪声、热变形、刚度和抗振性;操纵方便性的影响;模块化设计法的影响等等。2.2 磨抛机运动系统方案设计2.2.1 运动系统的确定可选择电机上安装齿轮与齿条啮合同时加上拖链的作用可实现横向的来回运动。减速电机与轨道轮配合可带动工作台的纵向移动。导向柱不仅可以让电机带动丝杠在导向作用下完成上下运动还可起到一定的缓冲作用。而气缸拉动磨头电机的安装板便可让磨头完成前后摆动。2.2.2 总体结构图1 磨抛机的总体布局3磨抛机部分零件的选型与相关计算3.1 磨头设计3.1.1 砂轮的选择砂轮选择应考虑的因素:砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生产效率等。为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。选择砂轮时主要考虑下列磨削条件和技术要求:a.工件材料的物理机械性能;b.工件的热处理方法;c.工件的加工精度和表面粗糙度的要求;d.工件的形状和尺寸:e. 工件的磨削余量;f.磨削方式(外圆、内圆或平面磨、开槽、切断等);g.磨削用量，切削液情况，磨床情况，生产类型以及操作者的熟练程度。砂轮的粒度是指砂轮所含磨料颗粒尺寸的大小，通常以粒度号表示。磨料按其颗粒尺寸大小分为41个号，粒度号数越大颗粒越小。选择磨料粒度时应遵循以下原则:粗磨用粗粒度、精磨用细粒度;工件材料软、塑性大(如有色金属)和磨削面积大的时，为避免砂轮堵塞，应选用粗粒度:成形磨削和高速磨削时粒度应选细些:磨削淬火钢及硬质合金钢时，宜选用中等粒度的磨料:内磨应选用较外磨为粗的粒度;磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件应选用较粗的粒度。表3-2不同粒度磨具的使用范围粒度号数实用范围2240#磨钢锭、去铸件毛刺、切钢坯等46-60-般外圆、内圆、平面、无心磨、工具磨等60-90#外圆、内圆、平面、无心磨等半精磨100-240精磨、成形磨、街磨、超精磨刀具刃磨280-W20精密磨、街磨、螺纹磨等超精加工W20以下研磨、精细磨、境面磨等超精加工表3-3加工表面粗糙度与磨料粒度的关系磨料粒度加工表面粗糙度Ra(m)2436536*-462.5-1.2546-600.63-0.3280-1200.163.1.2 模具硬度的选择磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，从磨具表面脱落的难易程度。硬度高，表示磨粒难易脱落，硬度低则表示容易脱落。 硬度选择的般原则是: 加工硬钢或淬火钢时选择较软的磨具， 加工软钢时选择较硬的磨具;加工青铜、韧黄铜时选软磨具;磨具与工件接触面积大时选择较软的磨具:磨削导热性差的材料时选择较软的磨具;精磨、精密磨、超精磨和成形磨时，应该选择硬的磨具:磨平面时应选用磨削相同金属零件外圆时为软的砂轮;干磨时所用砂轮应较湿软些:镜面磨削、缓进时宜选较软砂轮;采用宽砂轮大纵向进给磨外圆时应选较软砂轮;砂轮粒度较细时，硬度应稍软些。机械加工中常用的砂轮硬度等级是H-N。 弹簧磨削是干磨，由弹簧材料可知，弹簧的材料的硬度属于中硬，根据磨具选用原则，弹簧磨削磨具选中软，代号为K。3.1.3结合剂的选择表3.3结合剂的分类及应用范围名称代号特性应用范围陶瓷结合剂V由粘土等配置，化学性质稳定，耐热、耐油、耐酸、耐碱，多用性好，耐用度高，强度较高，成本低，但较脆适用成型磨削，如磨螺纹、齿轮、轴承滚道等，砂轮速度宜在35m/s以下树脂结合剂B强度高、弹性好，能在高速下工作，耐热性差，在200摄氏度以上失去粘结用，不耐算碱可在较厚的砂轮和石墨砂轮，用于细粗糙度，高精度磨削，用作切断和开槽用的薄片砂轮，修磨钢坯、铸件的粗粒度砂轮橡胶结合剂R弹性好磨粒容易脱落，耐热、耐酸、耐油性均差，且有异味可作切断、开槽的薄砂轮及抛光砂轮、无心磨导轮不适合与粗磨，金属结合剂J强度高、韧性高和成型性好，但自励性差常用的为青铜结合剂，主要用于金刚石砂轮，用于粗磨，办精磨硬质合金及切断光学玻璃、陶瓷、半导体等根据结合剂的特性和应用范围选择：陶瓷结合剂3.1.4磨具型号的选择表3-5砂轮型号砂轮名称代号一般用途平形砂轮P根据不同尺寸用于外圆磨、内圆磨、平面、 无心磨、工具磨、螺纹磨和砂轮机上双斜面一号砂轮PSX用于磨齿轮齿面和磨单线螺纹双面凹砂轮PSA用于外圆磨和刃磨刀具，还用作无心磨的砂轮和导轮薄片砂轮PB用于切断和开槽等筒形砂轮N用于立式平面磨床上坯形砂轮B用其端面刃磨刀具，也可用其圆周磨平面和内孔碗形砂轮BW用于刃磨刀具，也可用于导轨磨床磨机床导轨碟形一号砂轮D1适于磨铣刀、铰刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齿轮的齿面根据砂轮的一般用途,选择砂轮:筒形砂轮,代号:N3.2 磨削功率计算与电机选择3.2.1 磨削功率计算 (3-1)公式中各参数的含义：单位切削所需的力(N/mm)；指工件的速度；经向进给量（mm）这里指料盘旋转一周后，砂轮的磨削量；砂轮的宽度；指砂轮的线速度；磨粒的锥顶半角(6075)。表3-5各种工件材料的值工件材料花岗石硅纯铁铸铁高速钢（N/mm）430055002800490018000根据砂轮材料选择：=10000N/mm表3-6磨削常用进给量磨削方式平面磨削粗磨0.010-0.025精磨0.005-0.015拟确定为0.02mm砂轮普通磨削线速度30-35m/s，高速磨削35m/s以上。在这里我拟用=30m/s，锥顶半角=60。参照平面磨削参数工件的速度=0.15m/s。摩擦系数选择=0.73由公式3-1得：=tg600.73是所需的磨削力 （3-2）单个轴承的传动效率为0.99则总传动效率为： 电机输入功率为：KW3.2.2电机的选择电机转速：nr/min根据输入功率以及输入转速选择电机，经查阅资料，选择电动机的型号Y132S-4，额定功率5.5KW，同步转速1500r/min，满载转速1440r/min。3.3 磨头主轴的设计3.3.1磨头主轴的结构设计通常，轴的设计步骤包括:a.按工作要求合理选择轴的材料和热处理方法;b.轴的结构设计;c.轴的强度校核计算;d.必要时作轴的刚度或振动稳定性等的校核计算;e.绘制轴的零件工作图。轴的材料及其热处理选择轴的常用材料是碳素钢，合金刚及球墨铸铁。钢轴毛坯多数用轧制圆钢或锻件，也有的用圆钢。碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性低，经热处理或化学处理可得到较高的综合力学性能(尤其在耐磨性和抗疲劳强度两个方面)，应用最多。常用的碳钢有35、40、45和50等优质中碳钢，其中45钢应用最广，通常进行正火或调质处理，一般用于比较重要或承载较大的轴。对于不重要或承载较小的轴，也可采用Q235,Q275等普通碳素钢。 合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能，常用于承载很大而重量、尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的重要的轴，以及处理高温或低温条件下工作的轴。 选择轴的材料和热处理方法，主要根据轴的受力、转速、重要性等对轴的强度和耐磨性提出的要求。研究表明，钢材的种类和热处理措施对其弹性模量影响甚小，如欲采用合金钢代替碳素钢或通过热处理来提高轴的高度，收效甚微。轴的刚度主要取决于轴的剖面尺寸，可用适当增加轴的截面面积来提高轴的刚度。此外，合金钢对应力集中敏感性较强，价格也较高。选材是也应考虑到。 综合考虑轴的运行环境以及轴材料的力学性能，轴的材料选择45钢，调质处理。轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和结构，以及包括各轴段长度、直径及其他细小尺寸在内的全部结构尺寸。 轴的结构主要取决以下因素:轴在机器中的安装位置及形式;轴的毛坯种类;轴上作用力的大小和分布情况;轴上零件的布置及固定方式;轴承类型及位置;轴的加工工艺以及其他一些要求。由于影响因素很多，且其结构形式又因具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式，设计具有较大的灵活性和多样性。但是，不论具体情况人如何，轴的结构一般应满足以下几个方面的要求: a.轴和轴上零件要有准确的工作位置; b.轴上零件应便于装拆和调整; c.轴应具有良好的制造工艺性; d.轴的受力合理，有利于提高强度和刚度; e.节省材料，减轻重量; F f.形状及尺寸有利于减小应力集中。轴的结构设计时，一般已知装配简图、轴的转速、传递的功率及传动零件的类型和尺寸等。3.3.2轴的最小直径估算转轴受弯扭组合作用，在轴的结构设计前，其长度、跨距、支反力及其作用点的位置等都未知，尚无法确定轴上弯矩的大小和分布情况，因此也无法按弯扭组合来确定转轴上各轴段的直径。为此应先按扭转强度条件估算转轴上仅受转矩作用的轴段的直径一一轴的最小直径 ,然后才能通过结构设计确定各轴段的直径。 （3-3）C-计算常数，取决于轴的材料和受载情况。当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的削弱:d100mm时，单键槽增大3%，双键槽增大7%;d100mm时，单键槽增大5%-7%，双键槽增大10%-15%。最后对d进行圆整。查阅资料轴常用C值:C=111由公式3-3得:电机和轴的连接方式是直联，即在轴的一段开孔，电机主轴套在孔内，并用键连接。查阅参考文献可知，Y132S-4电机主轴直径为38mm,计算值比电机主轴小得多，砂轮在磨削时轴受到的径向力，以及振动比较大，=17.35mm难以满足强度要求。综合各种因素，以及指导老师的建议，磨头主轴=60。3.3.3轴的总长度轴的长度主要决定磨头的稳定性，为满足装配空间的要求，尽可能把轴设计得长些。首先确定下磨头的长度。从总体方案中知道工作台的高度为1205m，查阅参考文献可知Y132S-4电机的安装尺寸，电机总长度为475mm,砂轮和电机的安装空间拟确定为162.5mm,则轴的长度： =1205-475-162.5=568.5mm。 上磨头要实现进给运动，根据磨簧的高度15-150m,磨削量以及砂轮厚度的补偿，来确定上磨头的主轴长度。 =568.5+150+71.5=790mm。3.3.4各轴段直径和长度的要求A.各轴段的直径阶梯轴各轴段直径的变化应遵循下列原则:a.配合性质不同的表面(包括配合表面与非配合表面)，直径应有所不同; b. 加工精度、粗糙度不同的表面，一般直径亦应有所不同; c. 应便于轴上零件的装拆。通常从初步估算的轴段最小直径d.开始，考虑轴上配合零部件的标准尺寸、结构特点和定位、固定、装拆、受力情况等对轴结构的要求，一次确定 轴段的直径。具体操作时还应注意以下几个方面问题:a.与轴承配合的轴颈，其直径必须符合滚动轴承内径的标准系列。b.轴上螺纹部分必须符合螺纹标准。c.轴肩定位是轴上零件最方便可靠的定位方法。轴肩分定位轴肩和非定位轴肩，定位轴肩通常用于轴向力较大的场合，非定位轴肩是为加工和装配方便而设置的，其高度没有严格的规定。d.与轴上传动零件配合的轴头直径，应尽可能圆整成标准直径尺寸系列。e.非配合的轴身直径，可不取标准值，但一般应取成整数。B.各轴段的长度各轴段的长度决定于轴上零件的宽度和零件固定的可靠性，设计时应注意以下几点:a.轴颈的长度通常于轴承的宽度相同。b.轴头的长度取决于与其相配合的传动轮毂的宽度。c.轴身长度的确定应考虑轴上各零件之间的相互位置关系和拆装工艺要求和各零件间的间距。3.3.5轴承的选型与校核滚动轴承的选择包括轴承类型选择、轴承精度等级选择和轴承尺寸选择。轴承类型选择适当与否，直接影响轴承寿命以至机器的工作性能。选择轴承类型时应当分析比较各类轴承的特性，并参照同类机器中的轴承使用经验。选择滚动轴承的类型，一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承承载能力大，时用于载荷较大或有冲击的场合。当承受纯径向载荷时，通常选用径向接触轴承或深沟球轴承;当承受纯轴向载荷时，通常选用推力轴承;当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时，可选用角接触球轴承。各类轴承适用的转速范围是不相同的，在机械设计手册中列出了各类轴承的极限转速。一般应使轴承在低于极限转速下运转。向心球轴承、角接触球轴承和短圆柱痞子轴承的极限转速较高。适用于较高转速场合。推力轴承的极限转速较低.只能用于较低转速场合。根据轴的应用场合可知，轴在砂轮磨削的作用下受到轴向力，以及在磨削时受到的径向力。查询常用滚动轴承的性能和特点，选择角接触球轴承。角接触球轴承的性能特点:可同时承受径向负荷和轴向负荷，也可承受纯轴向符合。适用于刚性较大跨距不大的轴及须在工作中调整游隙时，常用于蜗杆减速器、离心机、电钻、穿孔机等其次，在选择轴承类型时还需考虑安装尺寸限制、装拆要求，以及轴承的调心件能和风度，一般球轴承外形尺寸较大，滚子轴承较小，滚针轴承的径向尺寸最小而轴向尺寸较大，此外，不同系列的轴承，其外形尺寸也不相同。 选择轴承一般应根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承的工作转速n,预先确定一个适当的使用寿命L (用 工作小时表示)，再进行额定动裁荷和额定静载荷的计算。 对于转速较高的轴承(n10r/min)，可按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为90%、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时，取500h作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。 （3-4）基本额定动载荷计算值，N;当量动载荷，N；寿命因数：1速度因数：0.822力矩载荷因数，力矩载荷较小时取1.5，较大时取2；冲击载荷因数：1.5温度因数：1轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N; 查文献【3】中的表6-2-8至6-2-12，得：=1；=0.822；=1.5；=1.5；=1。在本运输装置中，可以假设轴承只承受径向载荷，则当量动载荷为： （3-5） 查文献【3】的表6-2-18，得X=1，Y=0 所以，。由以上可得： 本运输机中的轴承承受的载荷多为径向载荷，所以选取深沟球轴承，查文献【6】的附表6-1，并考虑轴的外径，选取轴承6305-RZ，其具体参数为：内径d=25mm，外径D=62mm，基本额定载荷=22.2KN，基本额定静载荷，极限速度为，质量为0.219kg。 然后校核该轴承的额定静载荷。额定静载荷的计算公式为： （3-6） 式中： 基本额定静载荷计算值，N；当量静载荷，N;安全因数轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N。查文献【3】的表6-2-14知，对于深沟球轴承，其当量静载荷等于径向载荷。查文献【3】的表6-2-14知，安全系数=1.2则轴承的基本额定静载荷为：由上式可知，选取的轴承符合要求。3.3.6轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要意义。轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还具有散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等。润滑方式与轴承速度有关，一般根据轴承的值(d为滚动轴承内径，单位mm; n为轴承转速，单位r/min)作出选择。=查阅资料对照表选择脂润滑为轴承的润滑方式。3.3.7滚动轴承的密封轴承工作时，润滑剂不允许很快流失，且外界灰尘、水分及其他杂物也不允许进入轴承，故应对轴承设置可靠的密封装置。密封装置可分为接触式和非接触式两类。A.接触式密封 通过轴承盖内部放置的密封件与传动轴表面的直接接触而起密封作用。密封件主要用毛毡、橡胶圈、皮碗等软性材料，也有用减磨性好的硬质材料如石墨、青铜、耐磨铸铁等。轴与密封件接触部位需要磨光，以增强防泄漏能力和延长密封件的寿命。B.非接触式密封 接触式密封必然在接触处产生摩擦，非接触式密封则可以避免此类缺点，故非接触式密封常用于速度较高的场合。 鉴于磨头主轴在靠近砂轮端受到的振动比较大，在磨削时产生的磨削四处飞溅。假如用接触式密封，主轴在高速旋转时轴和密封圈摩擦厉害，磨簧机运转一定时间密封圈就达不到密封效果。磨屑容易进入轴承，影响轴承寿命和磨削精度。权衡利弊，我选择非接触式密封，即选用迷宫式密封，在缝隙中填脂。3.4主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。 刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括:主轴端部挠度和主轴倾角的计算。3.4.1 支承的简化对于两支承主轴，若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承，或者有两个单列球轴承，则可将主轴组件简化为简支梁。若前支承有两个以上滚动轴承，可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为固定端梁。此次设计的主轴，前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承，即可认为主轴在前支承处无弯曲变形。3.4.2 主轴的挠度查材料力学1第188页的表6.1可得此时的最大挠度 （3-7） 其中， 主轴前端受力。此处， A、B之间的距离。此处， 主轴材料的弹性模量。45钢的 主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，。此处 故可以计算出，主轴端部的最大挠度：3.4.3 主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。此时的最大倾角其中， 主轴前端受力。此处， A、B之间的距离。此处， 主轴材料的弹性模量。45钢的 主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，。此处故可以计算出，主轴倾角为：查砂轮磨头设计可知：当 时，刚性主轴的刚度满足要求。此时的，即为最大挠度和最大倾角，为主轴支承跨距。将已知数据和代入即可以得到：初步设计的主轴满足刚度要求。3.5 传动齿轮齿条的设计选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数：考虑到齿轮传递的功率，故齿轮、齿条都选用45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS、260HBS，7级精度。齿轮、齿条的模数拟确定为：m=3;圆柱齿轮齿数为：z=19；分度圆直径： （3-1）由公式3-1得： 因为齿轮齿条传动的功率不是特别大，齿宽系数： （3-2）由公式3-2得： b=0.457=22.8mm对齿宽进行圆整 （3-8）由公式3-8得： （3-9）齿高h=2.25mm由公式3-9得： H=2.253=7.25mm校核齿根弯曲疲劳强度： (3-10) 确定公式中各参数值： a.计算载荷系数K: (3-11)查阅资料得使用系数=1；根据v=20mm/min、7级精度，得动载系数=1、=1.15。 由公式3-11得： （3-12）由公式3-12得： b.查阅文献，齿轮、齿条的弯曲疲劳强度极限，；c.经查阅文献取，；d.许用弯曲应力:取定弯曲疲劳安全系数，应力修正系数 （3-13）由公式3-8得：e.齿型系数、和应力修正系数、：查阅文献得： ， ，f.计算大小齿轮的与，并加以比较其中较大值带入公式计算： 圆柱齿轮的数值大，应按照圆柱齿轮校核齿根弯曲疲劳强度g.校核计算：将相关公式代入3-5得： 所以设计的齿轮齿条满足要求。3.6 丝杠的选型与校核表4-1滚珠丝杠副支承支承方式特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为-端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比-端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设Z向最大行程为300mm,最快进给速度为18m/min,两套磨头组大概质量为300kg,工作台大概质量为200kg,移动部件大概质量为650kg。3.6.1 丝杆的选型a导程的确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1，选择电机Y系列异步电动机的最高转速，最大转矩，则丝杠的导程为： 取b确定丝杠的等效转速基本公式 （3-14）最大进给速度是丝杠的转速：最大进给速度是丝杠的转速：丝杠的等效转速：取故C估计工作台质量和负重两套磨头组重量 工作台重量 移动部件重量 d确定丝杠的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按照下式计算（式中取，） （3-15）e确定丝杠所受的最大动载荷负载性质系数（查表取：1.2）温度系数（查表取：1）硬度系数（查表取：1）精度系数（查表取：1）可靠性系数（查表取：1）等效负载等效转速工作寿命，取丝杠的工作寿命为15000h由上式计算得f精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300mm行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级(1级精度最高)，Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。g选择型号 计算得出则公称直径则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。3.6.2 校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度Ko，有丝杆本身的拉压刚度Ks，,丝杆副内滚道的接触刚度度，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。a临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算: （3-16）材料的弹性模量，最大受压长度（m）安全系数，取1.3最大轴向工作负荷（N）丝杆支撑方式系数，取15.1丝杆最小截面惯性矩（） (3-17)丝杆公称直径（mm）滚珠直径（mm）丝杆螺纹不封闭长度=工作台最大行程+螺母长度+两端余量 支撑距离应该大于丝杆螺纹部分长度，选取代入上式计算得出可见，临界压缩负荷满足要求。b临界转速验证 滚珠丝杆副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速： (3-18)丝杆最小截面：丝杆内径，单位mm材料密度临界转速计算长度，单位mm，本设计中该值为：安全系数，可取0.8丝杠支承系数，双推-简支方式时取18.9经过计算，得出，该值大于丝杠临界转速，所以满足要求。c丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系统刚度的计算公式 式中 丝杠最小横截面， 螺母座刚度当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中L值分别为750mm和10mm经计算得： (3-19) （3-20）式中 滚珠丝杠副的拉压系统刚度 螺母座的刚度， 丝杠副内滚道的接触刚度丝杠本身的拉压刚度轴承的接触刚度经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于，能满足要求。3.6.3 电机的选择步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入斯冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点，所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。通过以上的计算，选择电机型号为SIEMENS的IFT5066。结 论本课题结合目前国石材立式球磨机的研究现状和发展方向，具体阐述了一种石材立式磨抛机开发过程。本文主要完成的工作如下: 1、石材立式磨抛机结构方案的确定。分析了石材立式磨抛机的特点，确定了石材立式磨抛机基本结构，并确定其基本尺寸。 2、确定了石材立式磨抛机技术指标及参数。对该石材立式磨抛机进行了计算。3、零件的刚度和寿命计算与校核。对大部分已设计零件进行刚度和寿命计算，确保满足使用要求，使该石材立式磨抛机有足够的可靠性。 通过本次毕业设计，不仅把大学所学到的理论知识很好的运用到毕业设计中，而且培养了自己认真思考的能力，在处理问题时有了新的认识和方法，并加强了和同学之间进行探讨和解决问题的能力。 通过对专业知识的接触和深入学习，以及对相关信息的获取，我深切地认识到，就目前的发展而言，我国的工业还比较落后，与发达国家相比还存在很大的差距。尽管我们不断地在努力，但想在很短的时间内改变这种现状是很难的，尤其是对于我们这样一个国情的大国。所以，我们应该拥有的是一种民族意识，不断的追求创新。 本次毕业设计中，我做的是立式多磨头磨抛机整体设计，通过本次毕业设计，不仅锻炼了自己查阅资料的能力，而且能够熟练运用国家标准、机械类手册和图册等工具进行设计计算分析。这次毕业设计还让我体会到团体的力量，提高自己的团队意识，遇到问题时和小组成员进行讨论和分析或是请教老师，直到得到满意的结果。展望:希望能将这套设计应用到具体实践当中，通过实践来验证理论的正确性。通过理论知识与具体实践结合起来，才能真正把一门知识应用起来。参 考 文 献1张建民机电一体化系统设计M.高等教育出版社，200 (2) : 4549.2冯开平，左宗义.画法几何与机械制图M.华南理工大学出版社，2005 (3) :5160.3顾崇衔.机械制造工艺学M.陕西科学技术出版社，1999 (6) : 11.4哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学M.高等教育出版社，2002 (4) :7983.5 华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学.机床设计图册S.上海科学技术出版社.1979 (5) :1521.6机械设计手册编写组. 机械设计手册S.机械工业出版社.1986 (6