無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計

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上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計1摘 要無心磨削是工件不定回轉(zhuǎn)中心的磨削。工件支撐在導(dǎo)輪和托板上、導(dǎo)輪軸線在垂直平面內(nèi)與砂輪軸線傾斜一小角度。磨削時，砂輪回轉(zhuǎn)和砂輪架橫向進(jìn)給，導(dǎo)輪回轉(zhuǎn)除帶動工件回轉(zhuǎn)外，同時使工件自動軸向進(jìn)給。無心磨削技術(shù)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(diǎn)。本設(shè)計在充分了解無心磨削原理的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)前人的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行無心磨床導(dǎo)輪架及修整器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要對導(dǎo)輪的傳動系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計與分析。為了獲得導(dǎo)輪的相應(yīng)轉(zhuǎn)速，對傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和校核計算，包括電動機(jī)的選型，V 形帶和蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計。此外，對主軸進(jìn)行了相應(yīng)的強(qiáng)度與剛度校核，以確保設(shè)計的合理性。修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，金剛石筆由導(dǎo)軌來帶動，所以從導(dǎo)軌及傳動機(jī)構(gòu)兩方面進(jìn)行設(shè)計。通過對 X、Y 兩個方向的導(dǎo)軌副及傳動方案的設(shè)計，以滿足使用要求。關(guān)鍵詞：無心磨削，導(dǎo)輪架，修整器，結(jié)構(gòu)設(shè)計，校核上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計3無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計0 引言金屬切削機(jī)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(jī)械制造工業(yè)中的主要技術(shù)裝備。在一般的機(jī)械制造廠中，金屬切削機(jī)床約占生產(chǎn)設(shè)備的 60%以上。磨床是金屬切削機(jī)床的一種。在磨床上加工的機(jī)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(yīng)用得罪廣泛的一類機(jī)床，工件采用無心夾持，一般支承在導(dǎo)輪和托架之間，由導(dǎo)輪驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行磨削的磨床。它一般是由基礎(chǔ)部分的鑄鐵床身，工作臺，支承并帶動工件選轉(zhuǎn)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(jìn)給機(jī)構(gòu)，控制機(jī)床運(yùn)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(jìn)行工件的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)體表面及端面的磨削工作。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhuǎn)中心的磨削。有無心外圓磨削和無心內(nèi)圓磨削。可磨削圓柱表面和圓錐表面、回轉(zhuǎn)體工件內(nèi)外表面。工件支撐在導(dǎo)輪和托板上、導(dǎo)輪軸線在垂直平面內(nèi)與砂輪軸線傾斜一小角度。磨削時，砂輪回轉(zhuǎn)和砂輪架橫向進(jìn)給，導(dǎo)輪回轉(zhuǎn)除帶動工件回轉(zhuǎn)外，同時使工件自動軸向進(jìn)給（見圖 1.1）。工件借助于與其托板的摩擦實(shí)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(jìn)給磨削方式：切線進(jìn)給磨削（又稱縱向貫穿磨削，工件由砂輪與導(dǎo)輪切線方向通過）、切入進(jìn)給磨削（又稱切入上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計5磨削，對帶臺階或錐度等零件進(jìn)行磨削，工件可用擋銷定位支撐，由砂輪和導(dǎo)輪進(jìn)給切入）、斷面進(jìn)給磨削（帶臺階零件沿其軸向前進(jìn)及后退）和通過進(jìn)給磨削（又稱貫通進(jìn)給磨削工件沿其軸向自動進(jìn)給），如圖1.2 所示。圖 1.2 無心磨削 4 種方法a)通過進(jìn)給 b）切入進(jìn)給 c）切線進(jìn)給 d)端面進(jìn)給1—砂輪 2—工件 3—導(dǎo)輪 4—導(dǎo)向板（送料板） 5—擋板圖 1.3 砂輪、導(dǎo)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(dǎo)輪，B 表示托板。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(diǎn) 1 叫做磨削點(diǎn)。導(dǎo)輪的作用是引導(dǎo)和控制工件的運(yùn)動，它和工件的接觸點(diǎn) 2 叫做控制點(diǎn)。托板是用來支承工件的，它和工件的接觸點(diǎn) 3 叫做支承點(diǎn)。另外，導(dǎo)輪和托板聯(lián)合起來，可對工件進(jìn)行定位，因此 2、3 兩點(diǎn)又叫做定位點(diǎn)。正常工作時，磨輪和導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn)，他們的速度分別為 Gn和 c；工件的轉(zhuǎn)速為 wn，其轉(zhuǎn)向和砂輪相反。通常，為使工件以進(jìn)給量 nwf做軸向運(yùn)動，導(dǎo)輪軸線應(yīng)相對砂輪軸線傾斜一個角度 ?， 被稱為導(dǎo)輪傾角。以保證工件和導(dǎo)輪線接觸。一般認(rèn)為，工件運(yùn)動完全取決于導(dǎo)輪。嚴(yán)格說，這種觀點(diǎn)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(dǎo)輪的線速度 0|cV??都沿導(dǎo)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(yùn)動不僅僅取決于導(dǎo)輪。理論和實(shí)踐一致表明，工件的運(yùn)動不僅和砂輪、導(dǎo)輪、托板的材料以及砂輪運(yùn)、導(dǎo)輪運(yùn)動、磨削余量有關(guān)，而且還受到無心磨削幾何布局的影響。因此，工件的運(yùn)動是砂輪，導(dǎo)輪和托板的聯(lián)合作用的結(jié)果。1.1.2 導(dǎo)輪修整的角度設(shè)置導(dǎo)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(dǎo)輪與砂輪一起使工件獲得均勻的回轉(zhuǎn)運(yùn)動與軸向運(yùn)動。常用導(dǎo)輪曲面為單葉回轉(zhuǎn)雙曲面。常用導(dǎo)輪曲面為單葉回轉(zhuǎn)雙曲面。導(dǎo)輪的修整器的作用，是把導(dǎo)輪的外形修整成內(nèi)凹的形狀，因?yàn)閷?dǎo)輪是圓柱體，如果還修成圓柱的，那么導(dǎo)輪在調(diào)整磨削角度的時候，導(dǎo)輪和砂輪的接觸點(diǎn)只有在一個點(diǎn)上。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計7如果不調(diào)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(dǎo)輪修整后形成的內(nèi)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(diào)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(diào)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(dǎo)輪修整角度示意圖1.2 無心磨削的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 無心磨削的國內(nèi)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(nèi)容：成圓過程，運(yùn)動和動力學(xué)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(nèi)外專家和學(xué)者們感興趣的問題。早在 20 世紀(jì) 30 年代就有這方面的論文發(fā)表，目前，國內(nèi)外上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(fèi)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(yīng)有了新的認(rèn)識，從而極大地推動了這一問題的研究。此后，各國許多學(xué)者都采用了類似的方法對成圓效應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和解釋，得出了許多有用的結(jié)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(zhì)在于導(dǎo)輪、砂輪、托板和工件之間的相對幾何關(guān)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(jī)制，僅考慮幾何關(guān)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?yàn)樗丝紤]幾何關(guān)系外，還引進(jìn)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(zhì)量 m)以及具有反饋特性的磨削機(jī)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(xué)者對有局部缺口的工件進(jìn)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(jì) 90 年代，國內(nèi)學(xué)者提出了無心磨削準(zhǔn)動力學(xué)成圓理論，該理論有機(jī)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(diǎn)。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計9近半個世紀(jì)的無心磨削理論和實(shí)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(zhuǎn)速與幾何布局。為了從本質(zhì)上描述無心磨削成圓機(jī)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(yīng)問題。日本學(xué)者對有局部缺口的工件進(jìn)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(zhǔn)動力學(xué)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(zhuǎn)速及幾何布局之間的內(nèi)在規(guī)律性，以實(shí)現(xiàn)諧波的合理控制，并進(jìn)一步發(fā)展頻譜圖法。準(zhǔn)動力學(xué)諧波生成機(jī)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(jìn)行支承誤差復(fù)映外，還根據(jù)工件圓度誤差的“杠桿假設(shè)” ，做進(jìn)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(nèi)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(jìn)行了一定的單項(xiàng)試驗(yàn)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(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析從 20 世紀(jì) 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(yùn)動和受力狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)和分析，使得對工件的運(yùn)動和受力狀態(tài)的上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)注。以上述專家的成果為依據(jù)，本文通過建立新的數(shù)學(xué)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(dǎo)輪修整、無心磨削表面質(zhì)量等也是人們關(guān)心的問題。但是這些方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，停留在比較簡單的階段，有待進(jìn)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(yīng)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(dá)到提高磨削效率和磨削質(zhì)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(dá) 80m／s 的砂輪線速度。高速磨削的特點(diǎn)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(zhì)量。但是，在磨削過程中，要消耗更多的功率；因此，對機(jī)床和砂輪及電機(jī)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(kuò)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)量) 級別。那種認(rèn)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(jìn)行的。磨削時，砂輪部件、導(dǎo)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(shè)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(yù)測。預(yù)測方法包括理論和試驗(yàn)兩個方面的內(nèi)容。（4）磨削自動化。無心磨削自動化的內(nèi)容有：工件上下料自動化，自動測量，自動進(jìn)給，砂輪和導(dǎo)輪的自動修整以及砂輪的自動平衡等。在機(jī)床設(shè)計過程中，實(shí)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(jī)構(gòu)。根據(jù)不同工藝方式，不同零件，而采用標(biāo)準(zhǔn)模塊組合式上下料裝置、機(jī)械手、機(jī)器人或借助于機(jī)床自身的功能元部件來實(shí)現(xiàn)自動山下料。例如無錫光洋機(jī)床有限公司 KC200 型，無錫機(jī)床股份有限公司 MKlll50 型無心磨床配置了步進(jìn)龍門式機(jī)械手；而MKlll50 型無心磨床上的則為雙軸型龍門式機(jī)械手，使卸料與裝料時間達(dá)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(biāo)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(yù)測、信息的反饋與比較、設(shè)備保養(yǎng)以及意外事故處理等方面和諧地處于同一機(jī)制之中。隨著磨床應(yīng)用計算機(jī)數(shù)控技術(shù)的普遍化，其應(yīng)用水平正得到不斷的上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計12提高，利用當(dāng)今 CNC 系統(tǒng)所具備的高速運(yùn)算、處理與多坐標(biāo)插補(bǔ)功能。北京市機(jī)電研究院 MK8580 型立式數(shù)控內(nèi)曲線磨床，運(yùn)用開發(fā)的磨削軟件，通過 C 軸與 X 軸聯(lián)動插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了非圓內(nèi)、外曲面的磨削。計算機(jī)數(shù)控技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)磨床綜合自動化的關(guān)鍵手段，不僅被用于磨削進(jìn)給與砂輪修整各種運(yùn)動的控制，而且被用于各種輔助運(yùn)動控制。2 方案論證2.1 調(diào)速方法的選擇目前異步電動機(jī)調(diào)速方法很多，大致可分為以下幾種類型：①改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，包括有降低電源電壓，繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻等方法；② 改變旋轉(zhuǎn)磁勢同步轉(zhuǎn)速調(diào)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(diào)速；④ 利用轉(zhuǎn)差離合器。上述第一類型的兩種調(diào)速方法設(shè)備比較簡單，但它們的調(diào)速范圍窄，最主要的是它們屬有級調(diào)速，不能滿足調(diào)速要求，因此沒能廣泛應(yīng)用；變頻調(diào)速和串級調(diào)速，具有無級調(diào)速平滑性好的優(yōu)點(diǎn)，從這一點(diǎn)考慮這兩種方法比較符合調(diào)速要求，但由于變頻調(diào)速和串級調(diào)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(shù)復(fù)雜，控制功率大，也沒有得到廣泛應(yīng)用。 利用電磁轉(zhuǎn)差離合器對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，既實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速，又克服變頻、串級調(diào)速控制器大的缺點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計選用電磁轉(zhuǎn)差離合器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)輪由一個功率較小的電動機(jī) N2 驅(qū)動。運(yùn)動從電機(jī)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(dǎo)輪（此時離合器 M 向上嚙合） 。改變掛輪 a、 b 的數(shù)值便可調(diào)整導(dǎo)輪的工作轉(zhuǎn)速，從而也就改變了縱向磨削時工作的縱向進(jìn)給速度。在用金剛刀修整導(dǎo)輪時，導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)該提高。為此，可將離合器 M 向下捏合，電動機(jī)則通過鏈輪 z1、z2 和一對螺旋齒輪 z4、z5 而驅(qū)動導(dǎo)輪。方案二：上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計14SDabK\Z3導(dǎo) 輪修 整 器 轉(zhuǎn) 差 離 合 器圖 2.2 傳動方案二如圖 2.2 所示，導(dǎo)輪由電機(jī) SD 驅(qū)動。運(yùn)動從電機(jī)軸經(jīng)過一對帶輪a、b 以及 K\Z3 的蝸桿蝸輪而傳到導(dǎo)輪。使用轉(zhuǎn)差離合器便可調(diào)整導(dǎo)輪的工作轉(zhuǎn)速，從而也就改變了縱向磨削時工作的縱向進(jìn)給速度。在用金剛刀修整導(dǎo)輪時，提高導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速。方案一中的導(dǎo)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(dǎo)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(yán)重影響機(jī)床的加工精度。而方案二中電機(jī)通過帶傳動直接通過蝸輪蝸桿傳動，機(jī)床振動減小, 運(yùn)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(zhuǎn)差離合器達(dá)到了無級調(diào)速的任務(wù)要求，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)輪傳動系統(tǒng)。2.2.2 方案確定導(dǎo)輪架的結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用轉(zhuǎn)差離合器來達(dá)到無極調(diào)速的設(shè)計要求。而在減速方面選用結(jié)構(gòu)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(jié)合沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)的蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)，使導(dǎo)輪達(dá)到要求轉(zhuǎn)速。3 導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 電動機(jī)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(jī)。三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護(hù)方便，啟動性能好等優(yōu)點(diǎn)。一般電動機(jī)的額定電壓為 380V。根據(jù)設(shè)計要求，電動機(jī)的輸出功率 0.5dPkw?選定電動機(jī)的額定功率 .edk電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計算 ''12().1025/mindwni r??? …………（3.1）通過以上計算，選擇 Y132S1-2 電動機(jī)，其額定功率為 5.5kw，同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min，滿載轉(zhuǎn)速為 2900r/min。3.1.2 運(yùn)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計16蝸輪蝸桿傳動比 29i?2.確定各軸轉(zhuǎn)速0123/min/01.423/in/98dnrir??………………………………………………（3.2）3.確定各軸的功率和轉(zhuǎn)矩012.5908.3.79dPkwk???………………………………………………………（3.3）0.5951.730ddPTNmn????……………………………………………（3.4）1122.5952.430.901.68nPTNm?????3.2 電磁轉(zhuǎn)差離合器 電磁轉(zhuǎn)差離合器主要由電樞與磁極兩個旋轉(zhuǎn)部分組成。電樞部分與異步電動機(jī)聯(lián)接，是主動部分；磁極部分與異步電動機(jī)所拖動的負(fù)載聯(lián)接，是從動部分，圖 3.1 為電磁轉(zhuǎn)差離合器的示意圖。 圖 3.1 電磁轉(zhuǎn)差離合器示意圖電磁轉(zhuǎn)差離合器的電樞部分在異步電動機(jī)運(yùn)行時，隨異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向設(shè)為順時針方向，轉(zhuǎn)速為 n，見圖 3.2（a） ，若勵磁繞組上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)載則不轉(zhuǎn)動，此時的狀態(tài)負(fù)載相當(dāng)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(yùn)動，電樞上的繞組在磁場作用下要產(chǎn)生感應(yīng)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(zhuǎn)差離合器的電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩 M 。電樞由異步電動機(jī)拖著同速轉(zhuǎn)動，M 就是與異步電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩相平衡的阻轉(zhuǎn)矩，磁極則受到與電樞同樣大小，相反方向的電磁轉(zhuǎn)矩，也就是順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，在它的作用下，磁極部分以及負(fù)載便順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為 n′ ，此時負(fù)載相當(dāng)于被“合上” ，若異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r針，通過電磁轉(zhuǎn)差離合器的作用，負(fù)載轉(zhuǎn)向也為逆時針，二者是一致的，需注意的是：轉(zhuǎn)差離合器電磁轉(zhuǎn)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(yùn)動，因此負(fù)載轉(zhuǎn)速 n′必定小于電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n （n=n′，則 M =0） ，所謂轉(zhuǎn)差離合器的“轉(zhuǎn)差”就體現(xiàn)在這里。3.3 帶傳動設(shè)計V 帶傳動允許的傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、造價低廉、不需上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計18要潤滑以及緩沖、吸震、易維護(hù)，大多數(shù) V 帶已標(biāo)準(zhǔn)化。V 帶傳動的上述特點(diǎn)使它獲得了廣泛的應(yīng)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(jī)轉(zhuǎn)速由[2]圖 8-11 選用 Z 型。caP3. 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 并驗(yàn)算帶速d1） 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。由[2]表 8-6 和表 8-8，取小帶輪1d的基準(zhǔn)直徑 =68mm。1d2） 驗(yàn)算帶速168301.68/60dnVms????…………………………………（3.6）因?yàn)?，故帶速合適。5//msvs?3） 計算大帶輪的基準(zhǔn)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(zhǔn)長度 dL根據(jù)公式120120.7()()dd???……………………………………………（3.8）上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計19初定中心距 =220mm。0a5. 計算帶所需的基準(zhǔn)長度 22010()2()4dddLaa?????……………………………………（3.9） 2(9568)20(68)m96.8740?? ??????? ??? ?由[2]表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 1dL?。6. 計算實(shí)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(yàn)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計20202.51dPFmvKz??????????…………………………………………………（3.13）其中 m 為 V 帶的線質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計小帶輪的基準(zhǔn)直徑為 68mm，外徑為 73mm，底徑為 53mm。大帶輪的基準(zhǔn)直徑為 95mm，外徑為 100mm，底徑為 80mm。12.帶輪的技術(shù)要求（1）輪槽工作面不應(yīng)有砂眼、氣孔，輪輻及輪轂不應(yīng)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(yīng)相互平行，各帶輪行對應(yīng)的 V 型槽對稱平面應(yīng)重合，誤差不得超過 。'20（5）帶裝入輪槽前，應(yīng)先調(diào)小中心距，不得強(qiáng)行撬入。3.4 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計蝸桿傳動式在空間交錯的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動機(jī)構(gòu)，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，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(jìn)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(yīng)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(qiáng)度，更重要的是應(yīng)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(diào)質(zhì)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(jìn)行時效處理。綜合考慮，在本機(jī)構(gòu)中蝸桿采用 45 碳鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度在45~55HRC，蝸輪采用灰鑄鐵 HT150。3．接觸強(qiáng)度的初步運(yùn)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計22按[1]表 5-20 的說明選取 K=1.2（4）蝸輪轉(zhuǎn)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(yīng)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)程角 ?''142.5arctnarct13zmd?????！?.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???。………………………（3.25）（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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(qiáng)度校核按[1]表 5-20 中的公式接觸強(qiáng)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(zhuǎn)矩 2T120.538695491./4/PNmni????A………………………（3.30）（3）計算接觸應(yīng)力 H?''2 219470947018.3cos15cos54.HEKTZd?????。，滿足接觸強(qiáng)度條件HP?上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計258. 蝸輪抗彎強(qiáng)度校核按[1]表 5-20 中的公式，抗彎強(qiáng)度條件為21640FFSPKTYdm?????…………………………………………………（3.31）（1）齒形系數(shù)按 233''60cos154nz???。…………………………………（3.32）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(yīng)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(yīng)力 F?2164016408.31590.7.25.2FSKTYdm???????，滿足抗彎強(qiáng)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(dāng) m10mm 時，應(yīng)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhuǎn)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(diǎn)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(nèi)的支座反力上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計28121/0.7HtFKN?……………………………………………………（3.49）水平面 H 的彎矩1450.71.5aMLFNm????…………………………………………（3.50）沿垂平面 V 內(nèi)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(dāng)量彎矩222()16.08(.485)16.eaMTNm????????……………………（3.56）上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計29133116.5.7[]6000eeMMPad? ???????……………………（3.57）故，蝸桿軸符合設(shè)計要求。3.5.2 窩輪軸的校核計算分度圓直徑 轉(zhuǎn)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(nèi)的支座反力120.75FKN?水平面 H 的彎矩 13.61.aMLm???沿垂平面 V 內(nèi)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(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 無心磨床導(dǎo)輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設(shè)計30290.351.7tdTFNm?????（5）危險截面的當(dāng)量彎矩 2224 133()6.8(0.157)6.41149[]009eaeMTNmMPad?? ???????? ??故，蝸輪軸符合設(shè)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?yàn)橹鞯膹健⑤S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(zhuǎn)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(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速相對于砂輪來說是很低的，所以導(dǎo)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?；瑒虞S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