单面研磨机设计说明书刘金勇Word文档格式.docx

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研磨加工不仅向更高的加工精度发展，而且其加工质量也在不断提高，且几乎可以加工任何固态材料。

许多人从事研磨加工技术，研究的宗旨是进一步提高研磨加工效率、加工精度，降低加工成本。

目前，国内外研磨加工主要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。

其特点是加工精度高、加工设备简单、投资少，但是加工精度不稳定、加工成本高、效率低。

1.3研磨工艺参数研磨工艺技术由磨料、研磨液、研磨方式及装置，研磨工具、研磨用具构成。

研磨工艺参数包括研磨速度，研磨压力，研磨效率。

研磨速度研磨速度增大使研磨生产率提高，但当速度过高时，由于过热而使工件表面生成氧化膜，甚至出现烧伤现象，是研磨机剂飞溅流失，运动平稳性降低，一般粗研磨较低速、较高压力，精研多用低速，较低压力，常用的研磨速度如表1-1所示：

表1-1常用研磨速度研磨类型平面外圆内孔（孔径6~10㎜）其他单面双面湿研20~12020~6050~7550~10010~70干研10~3010~1510~2510~202~8注：

工件材质较软或精度要求较高时，速度取小值。

1．研磨压力研磨压力在一定范围内增加时，可提高研磨生产率。

但当压力大于0.3MPa时，由于研磨接触面积增加，实际接触比例不成正比增加，使生长率提高不明显。

研磨压力按下式计算即式中P—研磨表面所承受的总压力，N;

N—每次研磨的件数;

A—每个工件实际接触面积，；

研磨压力可按下表1-2选取表1-2研磨压力参考值研磨类型平面外圆内孔（孔径5~20㎜）其他湿研0.10~0.150.15~0.250.12~0.280.08~0.12干研0.01~0.100.05~0.150.04~0.160.03~0.102．研磨效率研磨效率以每分钟研磨切除层厚度来表示：

淬火钢为1微米，低碳钢为5微米，铸铁为13微米，合金钢为0.3微米，超硬材料为0.1微米，水晶、玻璃为2.5微米。

3．研磨效率研磨效率以每分钟研磨切除层厚度来表示：

1.4研磨加工的特点研磨的主要特点是：

（1）可获得很高的尺寸精度；

（2）可获得很高的形状精度和一定的位置精度；

（3）可获得很低的表面粗糙度值；

（4）可改善工件表面质量；

（5）使用范围广。

本课题研究的任务是对研磨机进行合理的结构设计，合理选择技术参数，和正确选择机器所用的材料，设计出性能良好机器，研究的内容包括对机床的精度的选择，传动方式的选择，控制被加工零件的精度在一定的范围内，对研磨机工作方式进行合理的选择，提高机械加工的工作效率。

第2章研磨机总体方案设计单面平面研磨机主要有以下几部分组成：

电动机、联轴器、减速器、主轴、回转工作台等。

电机输出后通过联轴器与减速器联接，经过减速器减速后减速器输出轴与主轴联接，主轴带动旋转工作台和研磨盘运动。

电动机选择包括选择类型、结构型式、容量（功率）和转速。

考虑到电机调速要求,电机调速又可分为变频调速和变极调速,变频调速范围广容易实现,因此电机选用变频调速电动机。

联轴器直接与电机相联接，选用弹性联轴器，可用来补偿位移。

主轴的设计是在初算轴径的基础上进行的，为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴设计成阶梯轴。

轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。

工作台主要包括：

研磨盘、中心齿轮、齿圈、游行轮。

研磨盘设计成圆型，研磨盘的直径为200㎜，游星轮中间放进工件，研磨盘嵌套在主轴上,中心齿轮在主轴的带动下转动,齿圈固定,游星轮分别和中心齿轮和齿圈啮合,既做自传运动同时也做公转运动。

在研磨过程中要不断的注入研磨液，研磨液在这里主要起润滑冷却作用，并使磨粒均布在研磨盘表面上。

床身和导轨材料的选择研磨机床身结构因所选材料的不同而异，通常床身和导轨材料都用铸铁，铸铁是传统的制造床身和导轨的材料，他的优点在于工艺性好，应选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，并经过时效消除内应力的优质合金铸铁作研磨机的床身和导轨导轨的结构形式，常用的研磨机的导轨结构形式有燕尾形的，有平面的，有V-平面的，有双V形的对于精密研磨机床，无特殊强制的润滑措施，燕尾形的和平面导轨有磨损，需定期校准其侧向间隙。

齿圈式游星运动单面平面研磨机，工件相对研具转动的同时又绕自身轴线转动，即作游星运动，如图2-1所示游星轮式研磨机示意图，中心内齿轮4固定，中心齿轮3绕固定轴线转动同时带动游星轮2作游星运动，工件装夹在游星轮内孔中。

1-工件2-游星轮3-中心齿轮4-中心内齿轮图2-1行星轮式图2-2工件一点相对研磨盘运动轨迹第3章研磨参数的确定3.1计算研磨盘所需的功率平面研磨机工作时，由于研磨盘和中心齿轮的转速差形成研磨力，研磨时主要有摩擦力作用，电机提供的功率主要克服工作机阻力，根据以有的资料和知识，参考一些相关资料，可根据研磨盘全部提供摩擦力选择电动机，此时研磨机一定能在部分摩擦下工作，由于本次设计研磨机为慢速研磨机，初步设定研磨盘的转速V=35m/min，研磨盘的直径D=400mm，由于要采用齿圈形星轮结构,因此研磨盘中只有部分参与研磨,初步设定研磨盘内孔的孔径为60mm研磨压力为0.2MP,选定材料为灰铸铁，由于主要是研磨剂的作用，同时还添加有研磨液，故取其摩擦系数为f=0.1，由于研磨加工属于精细加工，属微量切削，因此研磨速度不能太高，以防止多余的热量烧伤工件。

根据经验公式研磨机工作机所需功率近似为（3-1）1.其中（3-2）这里=0.1，这里取研磨压力为0.2MPa,所以：

N=0.2×

×

（）=5717.6N=0.1×

5717.6=5717.6N2.有上面的数据可得：

=5717.6×

35÷

60÷

1000=0.33KW3.2电动机的选择3.2.1电动机选择的基本原则首先明确合理选择电动机容量的重要性，电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速,，工作方式等。

而最重要的是电动机的额定功率的选择，要考虑电动机的发热，允许过载能力，和启动能力等因素，依发热问题最为重要。

3.2.2计算工作机所需功率研磨机的传动路线为电机和减速器通过联轴器相联，经过减速器后把运动传到主轴，再通过主轴传到工作台。

由《机械设计手册》可知：

Pd=Pw/η（kw）（3-3）其中（3-4）由《机械设计手册》及研磨机的传动路线，选择膜片连轴器的传动效率η1=0.993，标准蜗杆减速器的的传动效率η2=0.75，弹性柱销连轴器的效率0.993，圆锥滚子轴承的效率η4=0.98；

轮系的传动效率η5=0.98则：

η=0.993×

0.75×

0.993×

0.98×

0.98=0.71Kw考虑到经济性和安全性因素，故选取电动机功率为0.44KW3.2.3确定电动机的转速同一类型、功率相同的电动机具有多种转速。

如选用转速高的电动机，其尺寸和重量小，价格较低，但会使传动装置的总传动比、结构尺寸和重量增加。

选用转速低的电动机则情况相反。

因此，应综合考虑电动机及传动装置的尺寸、重量、价格，分析比较，权衡利弊，选出合适的电动机转速。

在本设计中，拟采用一级蜗轮蜗杆减速装置，根据《机械设计课程设计手册》，拟选择蜗杆的传动比为25。

由《机械设计课程设计手册》知：

（3-5）由于为研磨盘的转速，而由《精密加工技术实用手册》中查到的为研磨盘的线速度，取平均转速=35m/min。

那么我们假设v为半径中心处的研磨盘的线速度，由=400知：

55.7r/min即：

=1392.5r/min考虑到研磨盘结构，选择电动机转速为1500r/min3.2.4确定电动机的型号根据工作要求和工作条件以及以上所计算的电动机所需的功率（0.44kw）和转速（1500r/min）。

由《机械设计手册》初步选的电动机的型号为YVP801系列的变频调速专用电动机。

该种型号的电机节能效果明显、调速性能好、调速比宽、快速响应性优良、应用范围广、性能价格比高等优点，具体参数见表3-1表3-1电动机的具体参数功率/kW输出转速r/min输出转矩/Nm产品型号配用电动机0.550-30003.5YvpY801-4第4章旋转工作台的设计本次设计的平面研磨机采用齿圈游星轮结构，中心内齿轮带动游星轮自传同时还相对齿圈公转，在游星轮上添加虚拟行星架可模拟为2K-H行星齿轮轮系，此时齿圈固定，传动比为,行星传动中，为了保证中心轮和行星架轴线重合条件下的正确啮合，为此各对啮合齿轮的中心距必须相等，即保持同心条件，两中心轮的齿数和必须同时为偶数或奇数，同时需满足装配条件，既保证各行星轮能均布的安装在两中心齿轮之间，即满足（＋）／=C（整数），还要满足邻接条件，保证两行星轮的齿顶不相撞，即（------行星轮的齿顶圆直径）。

考虑到研磨盘的最大直径为200mm,研磨盘内孔直径为70mm,有效利用研磨盘面积和结构简单原则，选择此时=3.55，由于工作台中的齿轮主要作用是传递运动，使工件保持一定的运动轨迹，因此齿轮属于轻载。

齿轮的模数m=1，中心内齿轮的齿厚为18mm,在每个游星轮中加工出6个直径为13的孔，用来放工件。

同时游星轮上面做成筒状用来放置压块，齿圈做成可分离式，用用螺钉连接在面板上，面板下面有六个筒形支撑块支撑，面板和支撑块通过螺钉连接在箱体上，参数如下表4-1，具体见部装图。

表4-1轮系参数表名称齿数Z模数M（mm）齿形角ɑ齿厚B精度等级材料热处理中心外齿轮82118mm740Cr调质中心内齿轮208118740Cr调质游星轮6318mm740Cr调质第5章主轴及传动系统的设计5.1主轴的设计轴支承着转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承与机架联接。

轴上零件与轴、轴承组成了一个以轴为基准的组合体—轴系部件。

所以，在轴的设计中不能只考虑轴本身。

必须考虑轴系部件的整体结构。

为了使轴系部件安全、平稳、经济的回转，轴必须满足下列几点要求：

有足够强度承受作用在轴上的载荷；

轴的弯曲变形不应是轴与轴承产生边缘接触，同时，轴的弯曲和扭转刚度应保证机械的精度与性能；

轴的工作转速必须避开临界转速的±

20%的范围，以保证平稳的回转。

5.1.1主轴材料的选择根据轴的使用条件选取经济的材料，热处理方式，结构形式和加工方法。

例如35、45。

直径不太大的使用热扎圆钢，轴径130㎜以上的使用锻钢。

受力较大、需要轴颈有较高耐磨、处于高低温或腐蚀等条件下的轴采用合金结不重要的轴可以用普通碳素结构钢，例如Q235、Q255正火处理。

一般的轴采用优质碳素结构构钢，例如，曲轴、螺旋桨轴使用镍铬钼钢，凸轮轴、花键轴使用铬钢，汽车上的轴使用铬钼钢等，经渗碳淬火或表面淬火处理。

碳素钢和合金钢的弹性摸量E、切变摸量G几乎相同，故用合金钢并不能提高轴的弯曲刚度和扭转刚度。

因此，仅希望弯曲刚度、扭转刚度的轴，应使用价格较抵的碳素钢。

设计这种轴时，可以根据刚度要求计算轴径，然后根据计算的应力植选择相应的材料。

根据使用条件及轴的传递的转矩预选定材料为45钢，则它的主要力学性能如下表5-1。

表5-145钢的力学性能表材料牌号热处理毛坯直径/㎜硬度HB抗拉强度δb/MP屈服点δs/MP45正火40≤2416003555.1.2主轴的结构设计主轴的设计和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。

主轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。

轴的机构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。

因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。

多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。

这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。

而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。

对高速运转的轴，还应进行振动稳定性的计算，以防止发生共振而破坏。

本次设计的单面平面研磨机机构简单，研磨盘的转速不高，因此对轴的设计不必进行振动稳定性的计算。

轴的设计和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。

轴的结构形式是由许多因素决定的，其中包括轴上安装的零件、轴承的类型和数量、轴承的安装方式、轴的受载情况、各零件的装配及拆卸方式、轴的加工工艺等，设计时应综合考虑。

轴的结构应使轴的受力合理，避免或减轻应力集中，并使轴上零件定位可靠、装拆方便、制造工艺性好等。

对于有刚度要求的轴，还应从结构上考虑减少轴的变形。

轴上零件的固定包括：

零件在轴上的轴向固定和零件在轴上的周向固定。

零件在轴上的轴向固定通常可采用轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈、轴端挡板、圆锥面、挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等实现零件与轴间的轴向固定。

本次设计的轴主要采用了轴端挡圈和套筒来对轴上的零件进行轴向固定。

套筒结构简单、定位可靠，轴上不必开槽、钻孔和车螺纹，所以不降低轴的疲劳强度一般用于轴上两个零件之间的定位轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。

为使零件在轴上周向固定，以传递转矩，可采用键、花键、过盈配合、销钉和紧定螺钉等。

其中以键和花键连接应用最为广泛。

本次设计的轴主要采用了平键来对轴上的零件进行周向固定，平键制造简单，装拆方便，对中性好。

零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。

有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。

安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。

确定各轴段的长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。

轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。

轴的结构设计的基本要求是：

1）轴与装在轴上的零件要有准确的工作位置，并便于装拆、调整；

2）制造工艺性好；

3）要特别注意轴应具有足够的刚度。

本次设计设计的轴大致外形如图5-1所示,具体尺寸见零件图5-1。

图5-1主轴5.1.3主轴强度的校核计算常用轴的强度计算方法有3种：

1）许用扭应力计算法用与传递转矩而不受弯矩或仅受较小弯矩的传动轴，亦用于初步估算轴的最小直径；

2）许用弯曲应力计算法用于承受较大的弯矩的心轴，和同时承受弯矩和扭矩之转轴的近似计算，一般的转轴用这种方法计算即可；

3）安全系数校核计算法用于精确评定或校核当截面上有一个键槽时，应将许用应力降低10%～15%，有两个键槽时，应降低20%～25%。

本次设计的轴主要承受转矩与较小的弯矩，因此应根据轴传递的转矩引起的扭应力计算，通过降低许用扭应力，来考虑所受弯矩的影响。

对于实心轴的直径计算为：

（5-1）其中：

d—轴端直径（㎜）;

T—轴所传递的扭矩;

（5-2）P—轴所传递的功率（kw）;

n—轴的转速r/min;

[τ]—许用扭转切应力;

A—系数由表5-2可查得A的取值范围。

轴的材料A3、20A3351Cr18Ni9Ti4540Cr、35SiMn40MnB[τ]15～2520～3525～4535～55A149～126135～112126～103112～97表5-2轴常用的几种材料的[τ]和A值此轴只受扭矩作用，载荷较平稳、轴单向旋转、转速低，故[τ]取较大，而A值取较小。

取[τ]=40A=110，计算得：

d=22.7㎜，初选d=23mm，由于轴上有键槽，由于轴要和联轴器相联，需要在轴上开键槽，需增加轴径，结合后面能和联轴器轴端相连，故选择轴端直径为30mm。

轴的疲劳强度较核轴的疲劳强度较核是在轴的结构和尺寸确定之后进行，目的是较验轴对疲劳损坏的抵抗能力，方法是较核危险截面的疲劳强度安全系数S。

轴的疲劳强度是根据长期作用在轴的最大载荷（载荷循环次数不小于104）来计算的。

危险截面的位置应是受力较大，截面较小及应力集中较严重即实际应力较大的若干截面。

其安全系数S较核公式：

（5-3）其中:

δ-1－材料的弯曲疲劳极限;

M、T－轴在计算截面上所受的弯矩和扭矩;

Z、Zp－轴在计算截面的抗弯和抗扭截面模数;

、－扭转和弯矩时平均应力折合为应力幅的等效系数,其中碳钢=0.1;

=0.2;

、－从标准试件的疲劳极限到零件的疲劳极限的转换系数;

=（5-4）=（5-5）、－有效应力集中系数，取值Kα=1.71;

、－绝对尺寸影响系数;

KR－表面光洁度系数;

β－表面状态系数;

查资料得:

[S]=1.7Z==2.23Zp==4.34β=0.95KR=1.3计算得S=1.3≤【S】5.1.4主轴的刚度校核轴在工作载荷条件下会产生弯曲和扭曲变形，若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。

例如采用滑动轴承的轴若挠度过大而导致轴颈偏斜过大时，将使轴颈和滑动轴承发生边缘接触，造成不均匀磨损和过度发热。

过大的弯曲和扭曲变形会引起旋转部件的振动和噪音，影响设备的正常工作。

因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。

校核轴的扭曲刚度，就是计算出轴在工作受力条件下，每米长度的轴的扭曲角φ，在机床进给系统中，轴产生过大的扭曲变形，则运动部件在运动中将发生爬行，使进给速度产生跳跃示的不均匀现象。

在精密设备中，轴发生过大的扭转变形，会影响工作的平稳性及传动精度。

阶梯轴：

=1.3≤[]（5-6）T—轴所传递的转矩（N·

m）；

l—轴受扭矩作用部分的长度（mm）；

d—轴的直径（mm）；

当轴上有键槽时，各计算式应乘以系数K，.式中h—键槽深度（mm）；

n—系数，轴上有一键槽时，n=0.5;

在同一断面内有2个互成90°

的键槽时，n=1;

有两个互成80°

的键槽时，n=1.2。

轴的需用扭转角查资料得：

轴的需用扭转角φp=2（°

/m）计算的φ＝1.424≤φp轴如果发生过大的弯曲变形，将影响各轴传送件的传送，轴端的滚动轴承将因轴的偏斜而影响滚动轴承的寿命，并加速滚动轴承的磨损，还将影响轴上传动件，如齿轮的正常啮合。

因此，对变速箱及其他有精度要求的轴需进行轴的弯曲变形校核。

轴的弯曲变形用轴弯曲时产生的挠度及偏转角来度量。

轴的挠度及偏转角计算公式：

偏转角/rad×

（5-7）=×

（5-8）（5-9）（5-10）挠度y/mm+（5-11）（5-12）（5-13）A=0.00001106≤Yp（在x=l