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摘要
摘 要
近十幾年來(lái)，各國(guó)的科技都在迅速發(fā)展，中國(guó)的汽車(chē)行業(yè)也不例外，凸輪軸不僅是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它的加工工藝也一直是各國(guó)專(zhuān)家的關(guān)注焦點(diǎn)。并且工作機(jī)能就好比是機(jī)器發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，存在舉足輕重的位置。所以凸輪軸的加工和工藝生產(chǎn)方法相對(duì)于其他產(chǎn)品的制造加工就需要很大的先進(jìn)性，凸輪軸的加工過(guò)程需要考慮三個(gè)方面的因素：加工工藝成本、生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量保證、規(guī)劃凸輪軸的批量生產(chǎn)線(xiàn)。這些都是極其棘手的題目。此文章借鑒和結(jié)合國(guó)內(nèi)外凸輪軸加工的特點(diǎn)，根據(jù)國(guó)內(nèi)工廠(chǎng)的實(shí)際需求，從一個(gè)體系的目光對(duì)加工凸輪軸的磨床傳動(dòng)體系進(jìn)行計(jì)劃和加工，采取的是傳統(tǒng)的靠模式加工方式。針對(duì)凸輪軸加工的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了需要的探究和理論闡發(fā)。
關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；凸輪軸；工藝分析
1
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Abstract
Camshaft Engine Valve as a key component in its performance directly affects the overall performance of the engine.?Therefore, the processing technology camshaft has specific requirements for a reasonable process to reduce processing costs, reduce production processes and the rational arrangement of the camshaft production line of great practical significance.?In this paper, the processing characteristics of the camshaft, with the actual plant, starting from the pre-planning, on the camshaft of the process conducted in-depth analysis and research.?Established by the model with the profiling.?Convex contour shape of calculated and pulled down the processing of the cam profile are discussed and made applicable to the processing method of the engine camshaft.
Keywords: engine; camshaft; Process Analysis?
目 錄
摘 要 II
Abstract III
緒 論 1
一、關(guān)于凸輪軸磨床國(guó)內(nèi)外的成長(zhǎng)和概述。 2
1.1、關(guān)于外洋靠模凸輪軸磨床緒述 2
1.2、有關(guān)海內(nèi)靠模凸輪軸磨床緒述 3
二、凸輪軸磨床與其他磨床之間的比較和優(yōu)缺點(diǎn) 3
2.1、外圓磨床的特色簡(jiǎn)述 3
2.2、靠模式凸輪軸磨床體系簡(jiǎn)述。 4
2.3、外圓磨床和凸輪軸磨床的機(jī)能比力 5
三、機(jī)器產(chǎn)物總體設(shè)計(jì) 7
3.1、專(zhuān)用機(jī)床計(jì)劃的基本要求 7
3.2、凸輪軸磨床構(gòu)成的部分 7
3.3、靠模式凸輪軸磨床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體系的理論剖析 8
3.3.1、凸輪軸磨床X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體系的計(jì)劃 8
3.4、凸輪軸磨床Z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
3.4.1、主軸誤差分析 20
3.5、凸輪軸磨床砂輪機(jī)構(gòu)的闡發(fā) 21
四、工作成果總結(jié) 22
五、致謝 23
參考文獻(xiàn) 24
IV
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緒 論
凸輪軸不僅是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中的核心部件，甚至在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)裝備中也有著舉足輕重的地位，一個(gè)在結(jié)構(gòu)和質(zhì)量上優(yōu)秀的凸輪軸，將會(huì)直接提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作能力。凸輪軸有幾個(gè)重要的作用：它能掌握內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)間，以及排氣門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉的時(shí)間。在功能上，凸輪軸的性能和使用范圍一直也沒(méi)有什么大的改動(dòng)和創(chuàng)新。因?yàn)榧庸に性S多的難處，就目前而言只有幾個(gè)國(guó)家能夠完成對(duì)精密凸輪軸的加工和制造，自從通過(guò)氣門(mén)控制的內(nèi)燃機(jī)出世以來(lái)，直到今天凸輪軸都是使用的曲軸轉(zhuǎn)速半運(yùn)轉(zhuǎn)的形式服務(wù)于發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，凸輪軸的加工和制造工藝上卻從來(lái)沒(méi)有停止研究過(guò)，就現(xiàn)代機(jī)械裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)中，凸輪軸的位置已經(jīng)從下置式改變成了上置式。上置式的凸輪軸是經(jīng)由過(guò)程圓柱式齒輪、拔桿、鏈條、搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)頂置式氣門(mén)。不僅如此，由于現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用的是多氣門(mén)式的，所以每臺(tái)內(nèi)燃機(jī)凸輪軸的數(shù)量也就增加了。在凸輪軸布局的質(zhì)料選擇和制造工藝方式也發(fā)生了很多的轉(zhuǎn)變。這十幾年的快速發(fā)展，因?yàn)榭諝馕廴緡?yán)重的加劇，國(guó)家慢慢意識(shí)到環(huán)境問(wèn)題，所以響預(yù)保護(hù)環(huán)境的必要，正在試圖開(kāi)辟一種在將來(lái)可以下降油耗、低污染的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。這也是我國(guó)一向存在的環(huán)境問(wèn)題。為了解決這一急劇的問(wèn)題，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高輸出功率的目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，我國(guó)科學(xué)研究者設(shè)計(jì)出讓汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)采用多氣門(mén)及配氣相位、氣門(mén)升程可變的結(jié)構(gòu)，這就在一定程度上大大增加了氣門(mén)彈簧的載荷。與此同時(shí)，為了降低石油耗損和工件之間的摩擦損耗，輪和搖臂之間采用的是滾子結(jié)構(gòu)，減少摩擦力，讓凸輪和滾子的接觸面之間形成高壓力區(qū)。此外，為了汽車(chē)輕型化、低成本化，在不影響每個(gè)零件性質(zhì)要求的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該讓零件設(shè)計(jì)盡可能的簡(jiǎn)化、通用質(zhì)量比較輕的材料，防止質(zhì)量過(guò)重。為實(shí)現(xiàn)上述的方針，那就要使發(fā)動(dòng)機(jī)部件，尤其是凸輪軸的機(jī)構(gòu)和尺寸得到慎重的思量，要求凸輪軸結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕巧，能夠承載高強(qiáng)度的接觸壓力，更好的耐磨損的能力。不僅如此，在配氣裝置中，凸輪軸每個(gè)部位需要承載的性能也是不一樣的。就用凸輪來(lái)講，要求耐磨機(jī)能好、不容易膠著、點(diǎn)蝕機(jī)能強(qiáng)；對(duì)于軸頸要求滑動(dòng)性能好；對(duì)于傳動(dòng)軸本身的特點(diǎn)要求剛性夠、抗彎曲能力強(qiáng)、扭轉(zhuǎn)性能良好。一般凸輪軸的加工方法是鑄造或者鍛造，它每個(gè)部位的金屬性能幾乎都是相同的。這樣由單一金屬構(gòu)造構(gòu)成的凸輪軸質(zhì)料是很難達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量請(qǐng)求的。是以，質(zhì)量好、加工成本低、公道質(zhì)料應(yīng)用的裝配式凸輪軸遭到機(jī)械行業(yè)里專(zhuān)家們的正視。今朝在汽車(chē)行業(yè)領(lǐng)先的國(guó)度，裝配式凸輪軸的制造計(jì)藝已應(yīng)用于生產(chǎn)中。漸漸的步入了人們的生活中。
一、關(guān)于凸輪軸磨床國(guó)內(nèi)外的成長(zhǎng)和概述。
1.1、關(guān)于外洋靠模凸輪軸磨床緒述
當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，尤其體現(xiàn)的是各式機(jī)床的改進(jìn)和自動(dòng)化程度的提高，工序集中化發(fā)展，自動(dòng)化發(fā)展，半自動(dòng)化發(fā)展是一個(gè)必然的方向發(fā)展和趨勢(shì)，凸輪軸磨床作為數(shù)控機(jī)床內(nèi)的一個(gè)種類(lèi)當(dāng)然也不例外，相比于其他的機(jī)床，由于凸輪軸磨床使用的局限性和使用范圍，所以發(fā)展的稍微慢了點(diǎn)。80年代初，歐美和日本等一些國(guó)家開(kāi)發(fā)了一種數(shù)控?zé)o靠模凸輪軸磨床，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)，它有精度高，效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以到了90年代就實(shí)行了商業(yè)化?，F(xiàn)在就以英國(guó)的一家公司的數(shù)控凸輪軸磨床為例來(lái)談?wù)剣?guó)外凸輪軸磨床的使用情況和發(fā)展。像這種凸輪軸靠模式磨床的幾個(gè)主軸部分都是使用了數(shù)控技術(shù)，這就使得凸輪軸磨床在出產(chǎn)凸輪軸時(shí)有了一個(gè)質(zhì)的提高，此數(shù)控凸輪軸磨床中凸輪的形狀是由X節(jié)軸和由C軸控制的工件回轉(zhuǎn)角度來(lái)控制的，X軸與C軸之間互相調(diào)和位置，彼此插補(bǔ)，在砂輪和工件的接觸位置產(chǎn)生所需要的凸輪型廓，同時(shí)由Z軸上的滾珠絲杠節(jié)制凸輪與砂輪之間的位置，然后依托靠模與砂輪內(nèi)圓的接觸和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到磨削凸輪的作用，這種磨床具有一些特色，如具有較高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，在X軸體系上使用的是預(yù)滾珠導(dǎo)輪，在Z軸體系上使用的是概況涂塑料的導(dǎo)軌，與此同時(shí)使用的是高精密的滾珠絲杠和高分辨率的位移測(cè)量體系，上述裝置之間的調(diào)和互助使得磨床在X軸和Z軸的平移和滑動(dòng)上取得較高的位置精度，大大的進(jìn)步了凸輪軸的精度要求，X軸和Z軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)上使用的是精度高，剛度高，壽命長(zhǎng)，并且具有良好動(dòng)力機(jī)能的三相伺伏電機(jī)，同時(shí)使用頻率發(fā)生器能對(duì)砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)線(xiàn)速度進(jìn)行補(bǔ)償，即使砂輪的直徑發(fā)生了變化，線(xiàn)速度也不會(huì)變，這就保證了凸輪表面輪廓的尺寸情求，此數(shù)控凸輪軸磨床采用多處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，主要由硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，其中硬件系統(tǒng)包羅微型計(jì)算機(jī)和可編程控制器PLC，軟件系統(tǒng)是加工凸輪特定編制的操作系統(tǒng)，程序是經(jīng)由磁盤(pán)讀入，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)制、指令編排、砂輪半徑補(bǔ)償和自動(dòng)修正等，這種數(shù)控靠模式凸輪軸磨床就具備了精度高，自動(dòng)化程度較高，加工效率高的優(yōu)點(diǎn)，使得機(jī)械加工制造業(yè)步入了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。
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1.2、有關(guān)海內(nèi)靠模凸輪軸磨床緒述
相比于國(guó)外的凸輪軸磨床，由于投入經(jīng)費(fèi)少，起步較晚，所以一直處于較低的地位。但是就國(guó)內(nèi)大學(xué)而言，由于我國(guó)的科技人員的努力，在數(shù)控靠模式凸輪軸磨床上也取得了一些驚人的成績(jī)，如湖南大學(xué)磨削技術(shù)研究院，在學(xué)院在國(guó)內(nèi)的機(jī)床研究上一直處于領(lǐng)先的地位，所以研制出的先進(jìn)凸輪軸磨床，在國(guó)內(nèi)一直是該領(lǐng)域的佼佼者，所以通過(guò)研究湖南大學(xué)的磨削理論和實(shí)踐，就能看出我國(guó)凸輪軸磨削技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。
80年代初，湖南大學(xué)的師生們研制出了一種高速凸輪軸磨床，這種類(lèi)型的磨床主要也是用來(lái)加工凸輪軸的，它采用的傳統(tǒng)樣板、導(dǎo)論磨制成型面、通過(guò)電器和顯視裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，手動(dòng)輸入機(jī)床的X軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和砂輪系統(tǒng)的修補(bǔ)參數(shù)。使用特定進(jìn)程磨削方式來(lái)保證零件的表面粗糙度和加工精度。之后，湖南大學(xué)的師生在此磨床的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了改造和深入的研究，終于又研制出了一種叫做MKS8312的數(shù)控高速凸輪軸磨床，這種凸輪軸磨床是在原來(lái)的基礎(chǔ)上添加了一些新的功能，所以磨床的特點(diǎn)有：工件的頭架可以進(jìn)行恒線(xiàn)速度變速旋轉(zhuǎn)，可是由于硬件無(wú)法同步于軟件的發(fā)展，這就使得硬件功能相對(duì)落后，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)的橫線(xiàn)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，但是相比于液壓，半自動(dòng)機(jī)械磨床已經(jīng)有很大的改進(jìn)，并且突顯出了一些優(yōu)點(diǎn)，如：加工精度高，維修方便，生產(chǎn)效率高等。隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)市場(chǎng)對(duì)凸輪軸的質(zhì)量要求越來(lái)越高，為了迎合市場(chǎng)需求，國(guó)家磨削技術(shù)研發(fā)中心和湖大海制造技術(shù)有限公司出產(chǎn)了我國(guó)的第一臺(tái)數(shù)控高速旋轉(zhuǎn)凸輪軸磨床，此磨床不僅僅吸收了國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，而且是結(jié)合中國(guó)國(guó)情自主研發(fā)的，無(wú)論在哪一方面的進(jìn)步相比于之前的磨床都有質(zhì)的飛躍。
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第2章講述了凸輪軸磨床與其他磨床之間的比較和優(yōu)缺點(diǎn)
二、凸輪軸磨床與其他磨床之間的比較和優(yōu)缺點(diǎn)
2.1、外圓磨床的特色簡(jiǎn)述
21世紀(jì)是個(gè)偉大的時(shí)代，我們很多的生活模式都發(fā)生了變化，在此之前經(jīng)歷了兩次重大的工業(yè)革命，又經(jīng)歷了改革開(kāi)放，這些事情都導(dǎo)致了我們社會(huì)的進(jìn)步，也都是我們社會(huì)進(jìn)步的象征。在機(jī)械領(lǐng)域中，高質(zhì)量的產(chǎn)品不僅僅是各個(gè)企業(yè)的強(qiáng)大需求，而是整個(gè)市場(chǎng)的需求。磨床的發(fā)展，伴隨而來(lái)的是磨削的時(shí)代，一種高精度的生產(chǎn)方式，一種用來(lái)磨削的工具，磨床是機(jī)械行業(yè)機(jī)床的一種形式，它與其他用刀具加工零件的機(jī)床不一樣，它是通過(guò)砂輪與毛坯的相互接觸，通過(guò)兩者之間的相互運(yùn)動(dòng)加工工件，由于磨床砂輪磨粒的刃口半徑ρ小，能切下一層極薄的材料；又由于砂輪表面上的磨粒多，磨削速度高（30～35m/s），同時(shí)參加切削的磨粒很多，在工件表面上形成細(xì)小而致密的網(wǎng)絡(luò)磨痕，這也就是可以獲得較高加工精度和表面粗糙度的原因，所以磨削加工一直制造行業(yè)提高加工精度的一個(gè)及其重要的加工方法。
此中利用最普遍的便是外圓磨床。它的這類(lèi)廣泛應(yīng)用首要是因?yàn)榧庸つハ魑矬w外輪廓和端面外側(cè)的。這類(lèi)磨床的呈現(xiàn)最先是在18世紀(jì)，是經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命的產(chǎn)物，外圓磨床的產(chǎn)生是為了制造那時(shí)的鐘表、自行車(chē)和縫紉機(jī)等一些家庭用品零件的。其實(shí)最早外圓磨床的外形結(jié)構(gòu)是非常簡(jiǎn)單的，剛度很低，對(duì)操作人員的技術(shù)要求比較高，使用性能較低。隨著21世紀(jì)科技的發(fā)展，現(xiàn)在的外圓磨床增加了許多的功能，總的來(lái)說(shuō)是取得了較大的進(jìn)步如：可以加工硬度很大的材質(zhì)毛坯、使用的范圍和涉及到的領(lǐng)域也越來(lái)越廣，在外圓磨床具備了上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在了一些缺點(diǎn)，如：自動(dòng)化程度相對(duì)較低，對(duì)工作人員的要求還是較高的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的完全自動(dòng)化，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)操作人員的普遍化。
2.2、靠模式凸輪軸磨床體系簡(jiǎn)述。
凸輪軸磨床是用來(lái)專(zhuān)門(mén)加工凸輪的磨床。大部分的凸輪軸磨床還是采用的是靠模式加工方法，凸輪軸作為汽車(chē)、飛機(jī)、拖拉機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件。它的磨削加工精度及其表面粗糙度是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的兩個(gè)重要因素，那是因?yàn)槭褂玫耐馆嗇S磨床生產(chǎn)的凸輪形狀是桃外形的，由基圓，二次曲線(xiàn)，三次曲線(xiàn)及圓弧構(gòu)成的生成曲線(xiàn)偏差將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃料燃燒質(zhì)量，從而會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)能。從自動(dòng)化程度上區(qū)分，凸輪軸磨床大致的可以分為非數(shù)控靠模式磨床、半自動(dòng)化數(shù)控靠模磨床、全自動(dòng)化數(shù)控磨床，其中全自動(dòng)化數(shù)控磨床的自動(dòng)化程度最高，加工效率最高，磨削精度高，但是系統(tǒng)建立和制造的技術(shù)難度也最大，所以從理論上來(lái)講也就不容易實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。在數(shù)控技術(shù)還不是很發(fā)達(dá)的之前，傳統(tǒng)加工凸輪軸的方式是靠模機(jī)器仿型式加工，它的加工方式主要是：凸輪軸的外形部分和靠模裝置在一起，繞頭架主軸中間實(shí)現(xiàn)同步展轉(zhuǎn)，在靠模的驅(qū)動(dòng)下，搖架、搖架上的工件、靠模三個(gè)部分均繞著擺動(dòng)中間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，砂輪則做切入式活動(dòng)，然后反轉(zhuǎn)和擺動(dòng)活動(dòng)合成，也就生成為了凸輪的形狀。
如圖2.1
如圖2.2
2.3、外圓磨床和凸輪軸磨床的機(jī)能比力
外圓磨床作為使用最廣泛的機(jī)床之一，主要是由于其加工工具是刀具改成了砂輪，磨削加工是提高加工精度和凸輪軸輪廓型面表面粗糙度的重要方法。外圓磨床如果是加工回轉(zhuǎn)體工件的，它必要外圓磨床滿(mǎn)足下面請(qǐng)求：磨床主軸恒轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，一般由床頭箱內(nèi)的齒輪組節(jié)制，砂輪必然可以實(shí)現(xiàn)X軸方向上的移動(dòng)，砂輪轉(zhuǎn)速有伺服電機(jī)節(jié)制，再配上一些輔助的部件，如切削液體統(tǒng)，照明體統(tǒng)，散熱體統(tǒng)等，外圓磨床就能實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸的加工。凸輪軸的外形是由基圓段，緩沖段，加減速段，頂圓部分構(gòu)成。各個(gè)段位的形狀不一樣，所以就需要砂輪與工件的距離在不同的時(shí)間段的接觸距離不斷改變，這就需要砂輪箱體內(nèi)的系統(tǒng)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)X軸的移動(dòng)還要實(shí)現(xiàn)Y方向的移動(dòng)，結(jié)合C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)就能完成凸輪軸的加工。
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第3章機(jī)器產(chǎn)物總體設(shè)計(jì)
三、機(jī)器產(chǎn)物總體設(shè)計(jì)
3.1、專(zhuān)用機(jī)床計(jì)劃的基本要求
機(jī)床的設(shè)計(jì)力求達(dá)到體積小，重量輕，質(zhì)量好，運(yùn)動(dòng)精度高，結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單，方便維修，如果有這個(gè)必要可以讓機(jī)床的每一個(gè)部件上的零件都具有互換性能。要想達(dá)到上述的機(jī)床指標(biāo)，那就必須要考慮機(jī)床的核心技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益，比如加工精度，表面粗糙度，機(jī)床的使用范圍和加工范圍，生產(chǎn)率，工藝性能等。而且這些指標(biāo)和性能都是相互影響著的，所以在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)之前應(yīng)該系統(tǒng)的考慮這些問(wèn)題，結(jié)合必要的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)達(dá)到理想中的參數(shù)。
3.2、凸輪軸磨床構(gòu)成的部分
就一樣平常的機(jī)床來(lái)說(shuō)，其組成部分包羅：床身，主軸箱，工作臺(tái)，托板和尾架，本文其中一個(gè)根本目的就是革新外圓磨床為凸輪軸磨床，所以根據(jù)外圓磨床的布局，可以初步的指定凸輪軸磨床的組成部分為：床身，主軸箱，工作臺(tái)，X軸的傳動(dòng)系統(tǒng)，Z軸的傳動(dòng)系統(tǒng)、砂輪的傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)主軸箱、砂輪的移動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)）和工作臺(tái)移動(dòng)都是利用的伺服電機(jī)。搖架使用的是固定件或者焊接的方式固定，工件一端是主軸的卡盤(pán)，一端是頂尖，隨著電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸又帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)。X軸的傳動(dòng)系統(tǒng)主要砂輪的轉(zhuǎn)速是基于伺服電機(jī)的控制，砂輪的X方向的移動(dòng)是手輪控制的絲杠傳動(dòng)。Z軸標(biāo)是手輪控制的頂尖的進(jìn)出和絲杠節(jié)制的尾架的Z軸標(biāo)的移動(dòng)。對(duì)于一般的機(jī)床來(lái)說(shuō)，其中的傳動(dòng)布局體統(tǒng)是主要的部件，一般機(jī)床的加工精度和核心技術(shù)都在這個(gè)地方。就大體方向而言，凸輪軸磨床的技術(shù)指標(biāo)如表3.2。
表3.2
凸輪軸磨床技術(shù)指標(biāo)
磨床技術(shù)指標(biāo)
X軸體統(tǒng)（線(xiàn)性）
0—400mm
速度10m/min
Z軸體統(tǒng)（線(xiàn)性）
0—1200mm
速度10m/min
C軸體統(tǒng)（扭轉(zhuǎn)）
0—360度
轉(zhuǎn)速200r/min
主軸砂輪線(xiàn)速度
35—60m/min
金剛輪的轉(zhuǎn)速
500—2000r/min
3.3、靠模式凸輪軸磨床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體系的理論剖析
3.3.1、凸輪軸磨床X軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體系的計(jì)劃
傳統(tǒng)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩種，一種是數(shù)控技術(shù)引導(dǎo)的絲杠傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式，由于是在數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上使用起來(lái)的，所以它有著傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是也伴隨著一些缺點(diǎn)，如滾珠絲杠不容易加工，精度要求不容易達(dá)到。第二種就是齒輪組的傳動(dòng)，這種傳動(dòng)方式是在第一次工業(yè)革命發(fā)展下的一種最普通的傳動(dòng)方式，該種方式，傳動(dòng)精度低，加工精度低，但是可以實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)，加工效率可以任意的調(diào)節(jié)，而且由于齒輪已被標(biāo)準(zhǔn)化，所以維修方便。
1.砂輪的轉(zhuǎn)速計(jì)算
凸輪軸磨床的砂輪必須要根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速不同情況下的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，這也是凸輪軸磨床的關(guān)鍵參數(shù)之一。
幾種常見(jiàn)的幾種變速機(jī)構(gòu)：滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)、離合器變速機(jī)構(gòu)、交換齒輪變速機(jī)構(gòu)、公用齒輪變速機(jī)構(gòu)、背輪變速機(jī)構(gòu)、多速電動(dòng)機(jī)變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)綜合因素的考慮，凸輪軸磨床的砂輪變速采用滑移齒輪組的轉(zhuǎn)速。
2.恒速電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)的選擇一般有三個(gè)性能指標(biāo)：電動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)型號(hào)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化，所以當(dāng)我們選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率和轉(zhuǎn)速。
1．電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型選擇
電動(dòng)機(jī)一般分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，三相交流電相對(duì)于其他類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)有著好多的長(zhǎng)處，如：布局簡(jiǎn)單，節(jié)質(zhì)成本和質(zhì)料，在電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能方面性能好，所以在工廠(chǎng)里一般是采用三相交流電，不僅如此，就是在電能消耗，輸出功率方面也比其他的電動(dòng)機(jī)節(jié)制質(zhì)料。工廠(chǎng)里電機(jī)的使用要求：長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，環(huán)境溫度，濕度，轉(zhuǎn)矩，散熱情況所以工廠(chǎng)使用的一般是交流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)復(fù)雜，但是就大體分類(lèi)而言。交流電動(dòng)機(jī)又存在異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)之分，異步電動(dòng)機(jī)又能夠劃分為籠型和繞線(xiàn)型兩種，由于Y系列自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)有著布局簡(jiǎn)略，啟動(dòng)性能好，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，不易爆、無(wú)腐蝕性氣體等優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在使用最多的就是它。在電動(dòng)機(jī)中有一個(gè)非常重要的物理量，那就是額定功率，假如負(fù)荷達(dá)到額定功率時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速稱(chēng)為滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速。一般的電動(dòng)機(jī)上都會(huì)標(biāo)上額定功率和滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速，這樣是為了方便使用人員的安全。為了滿(mǎn)足不同傳動(dòng)軸要求和安裝需要，同一種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)不僅僅能設(shè)計(jì)成多種安裝結(jié)構(gòu)形式，而且還可以用不同的機(jī)座號(hào)來(lái)區(qū)分。各個(gè)型號(hào)電動(dòng)機(jī)有許多的技術(shù)參數(shù)，例如如額定功率、滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩之比、最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩之比，外形及安裝尺寸等。
2.電動(dòng)機(jī)的功率選擇
工廠(chǎng)里的電動(dòng)機(jī)一般是用于持久連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，載荷穩(wěn)定或很少轉(zhuǎn)變的電動(dòng)機(jī)。選擇這類(lèi)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只要使電動(dòng)機(jī)的額定功率PE稍大于電動(dòng)機(jī)的工作功率PD,即PE>PD，只有這樣電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，然后選取相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。
1）電動(dòng)機(jī)的輸出功率是
PD=PE/N
PW—工作機(jī)構(gòu)所需要輸入功率，KW；
N—電動(dòng)機(jī)到主傳動(dòng)軸的總效率。
2）電動(dòng)機(jī)輸入功率的計(jì)算：
PW=Fv/1000NW或PW=Tn/9550
式中：
F—主軸的工作阻力，N；
V—轉(zhuǎn)動(dòng)軸的線(xiàn)速度，m/s；
T—轉(zhuǎn)動(dòng)軸的阻力矩，N.m；
N—主軸的的轉(zhuǎn)速，r/min；
NW—工作機(jī)構(gòu)的總效率。
3）電動(dòng)機(jī)到所有傳動(dòng)裝置的總效率NW是
NW=N1N2N3……Nn；
其中N1、N2、N3、………Nn分別為傳動(dòng)裝置中各傳動(dòng)副各自的效率，由此可知，應(yīng)該選擇聯(lián)軸器、軸承類(lèi)型、齒輪精度等級(jí)、以便確定各部分的效率。
3.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
即使是同一種類(lèi)型，同一種額定功率的電動(dòng)機(jī)也會(huì)有不同的轉(zhuǎn)速。對(duì)于低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它有著如下的特點(diǎn)：外廓的尺寸和質(zhì)量偏大、級(jí)數(shù)數(shù)目多、價(jià)格較貴、但是卻可以使傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和尺寸減小，高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則與其相反。設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮各個(gè)方面因素選取適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。三相異步電動(dòng)機(jī)有四種轉(zhuǎn)速。其中最低的轉(zhuǎn)速是750r/min,但是一般的不會(huì)選擇低于750r/min的轉(zhuǎn)速。
如何確定一個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以從兩個(gè)方向來(lái)確定，它們分別是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍和工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速要求，即NV=（i1、i2、i3………in）NW；
式中 NV—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍；
i1、i2、……in—分別是各級(jí)傳動(dòng)裝置的合理傳動(dòng)比范圍；
可以由實(shí)際選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速查出電動(dòng)型號(hào)，并記錄其型號(hào)、額定功率、滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速、中心高、軸伸尺寸、鍵連接尺寸等。
設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置時(shí)，轉(zhuǎn)速取滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速NM，輸出功率PD就根據(jù)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)來(lái)確定。
4.傳動(dòng)裝置和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)軸時(shí)，需要知道各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率。一般是由電動(dòng)機(jī)到工件之間的傳動(dòng)路線(xiàn)推算出各軸的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩或者功率。
按傳遞的路線(xiàn)表示出各軸為I 、II、 III軸等，轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3、功率分別為P1、P2、P3，轉(zhuǎn)矩分別為T(mén)1、T2、T3。
1）軸的設(shè)計(jì)
各軸的轉(zhuǎn)速
N1=NM/ib；
N2=n1/ih=nm/ibih；
N3=n2/i1=nm/ibihi1；
公式中 NM—電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速，r/min；
ib、ih、i1—分別為傳動(dòng)軸，傳動(dòng)齒輪等傳動(dòng)副的傳動(dòng)比；
n1、n2、n3—分別為1、2、3軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
軸的輸入功率
P1=PD*N1
P2=P1*N12=Pd*N1*N12
P3=P2*N23=PD*N1*N1*N12*N23
公式中 PD—電動(dòng)機(jī)的輸出功率（KW）；
P1、P2、P3—分別為1、2、3軸的輸入功率，KW；
N1、N2、N3—分別為電動(dòng)機(jī)與1軸、1軸與2軸、2軸與3軸間的傳動(dòng)效率。
軸的輸入轉(zhuǎn)矩
T=9550XP/N
公式中 P—軸的輸入功率，KW；
N—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
T—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.m。
5.傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1、齒輪的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)功能健全的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，首先必須先計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)零件的參數(shù)，確定其尺寸和結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)于一個(gè)整體的裝配圖來(lái)說(shuō)就有了基本的參數(shù)，由外向內(nèi)，先設(shè)計(jì)裝配圖外部的結(jié)構(gòu)，再設(shè)計(jì)內(nèi)部的尺寸，如：對(duì)于凸輪軸磨床的傳動(dòng)方式采用的是齒輪組的變速，那么首先要對(duì)齒輪的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等確定，其次就是傳動(dòng)軸的計(jì)算和設(shè)計(jì)。
2）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
齒輪的傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的重要傳動(dòng)方式之一，因?yàn)樗兄鴤鲃?dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠和使用的壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比穩(wěn)定而且可以根據(jù)不同齒輪進(jìn)行穩(wěn)定的變速等優(yōu)點(diǎn)，所以齒輪傳動(dòng)用途廣泛。
3）齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
一般齒輪的主要參數(shù)有選定齒輪類(lèi)型、彎曲強(qiáng)度、精度等級(jí)、材料、耐磨性、齒寬系數(shù)、模數(shù)等。該磨床的傳動(dòng)方式首先選擇直齒圓柱齒輪組，精度等級(jí)選擇7級(jí)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表和具體情況小齒輪使用情況，小齒輪的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)是235HBS ,大齒輪使用的材料也是45號(hào)鋼，硬度是190HBS。
假設(shè)選擇齒數(shù)Z小齒輪=25,大齒輪齒數(shù)Z大齒輪=i*Z小齒輪=25×2=50,u=2；
4）按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
d1t≥2.32
相關(guān)參數(shù)表
1、載荷系數(shù)Kt
1.3
2、小齒輪轉(zhuǎn)矩
T1=TⅠ=15.71Nm=1.571×104Nmm
3、齒寬系數(shù)Φd
1
4、材料彈性影響系數(shù)ZE
189.8
5、小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
σHlim1=550Mpa
6、大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
σHlim2=390Mpa
7、接觸疲勞壽命系數(shù)
KHN1=0.9
KHN2=0.91
8、計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1=60n1jLh=60×2900×1×(10×8×260)=3.62×109
N2=N1/u=3.62X109/2=1.81×109
5）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：失效概率取1%，安全系數(shù)取S=1；
[σH]1=KHN1σHlim1/S=0.9×550MPa=495MPa
[σH]2=KHN2σHlim2/S=0.91×390MPa=354.9MPa
6）小齒輪分度圓直徑：
d1t≥2.32==47.83mm
7） 圓周速度
v=πd1tn1/60×1000=3.14×47.83×2900/60000=7.26m/s
由v>2m/s ，所以傳動(dòng)方式選擇直齒圓柱齒輪。
5．2、選齒輪齒數(shù)、材料及精度等級(jí)參數(shù)等如下表1：
齒輪參數(shù)選擇1
精度等級(jí)
7級(jí)
材料
45號(hào)鋼
硬度190HBS
小齒輪齒數(shù)Z1
24
大齒輪齒數(shù)Z2
48
螺旋角
β=
1）根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算：
d1t≥
齒輪參數(shù)選擇2
載荷系數(shù)Kt
1.6
區(qū)域系數(shù)ZH
2.433
εα1=0.765
εα2=0.89
εα=εα1+εα2=1.655
2）許用接觸應(yīng)力：
[σH]= [σH]1+[σH]2/2=495+354.9/2=424.95Mpa
其它尺寸與上述的直齒圓柱齒輪相同
3）計(jì)算齒輪分度圓直徑
d1t≥==37.75mm
4）計(jì)算圓周速度
v=πd1tn1/60×1000=3.14×37.75×2900/60000=5.73m/s
5）計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt
b= Φdd1t =1×37.75=37.75mm
mnt=d1tcosβ/Z1=37.75×cos/24=1.526mm
h=2.25 mnt=3.43
6）b/h=37.75/3.43=10.993
7）計(jì)算縱向重合度
εβ=0.318ΦdZ1tanβ=0.318×1×24×tan=1.903
8）計(jì)算載荷系數(shù)K
由機(jī)械設(shè)計(jì)教材選KA=1.25,由v=5.73m/s,7級(jí)精度，選擇動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.36,KHβ=1.342,由表10-3查得KHα=KFα=1.4，由圖10-13查得KFβ=1.4,所以載荷系數(shù)
K=KAKVKHαKHβ=1.25×1.36×1.4×1.342=3.194
9）根據(jù)實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑
d1=d1t=37.75×=47.53mm
10）模數(shù)計(jì)算mn
mn= d1cosβ/Z1=47.53×cos/24=1.922
5.3、齒根的彎曲強(qiáng)度計(jì)算
mn≥
載荷系數(shù)
K=KAKVKFαKFβ=1.25×1.35×1.4×1.4=3.332
縱向重合度εβ=1.903
Yβ=0.88
當(dāng)量齒數(shù)
ZV1=Z1/cos3β=24/cos3=26.258
ZV2=Z2/cos3β=48/cos3=52.516
齒形系數(shù)
YFa1=2.590 YFa2=2.42
應(yīng)力校正系數(shù)
YSa1=1.598 YSa2=1.708
小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1
410Mpa
大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2
245Mpa
1）彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,
[σF]1= KFN1σFE1/S=0.83×410/1.4=243.07Mpa
[σF]2= KFN2σFE2/S=0.89×245/1.4=155.75Mpa
2）比較大齒輪與小齒輪
==0.071,==0.0265
大齒輪的數(shù)值大
3） 理論設(shè)計(jì)
mn≥==1.322mm
通過(guò)比較計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)知道，前者是大于后者的。只要mn取的是1.5，就能實(shí)現(xiàn)凸輪軸的彎曲強(qiáng)度的合理計(jì)算，但又要同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，就必須用接觸疲勞強(qiáng)度算的的分度圓的直徑d1=47.52mm計(jì)算齒數(shù)。
所以：
Z1= d1cosβ/mn=47.53×cos=30.745，數(shù)值取整數(shù)Z1=30，則Z2=uZ1=60
5.4、幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心距
a=(Z1+Z2)mn/2cosβ=(30+60)×1.5/2cos=69.588mm，取a=70mm
2）根據(jù)中心距修正螺旋角：
β=arccos=arccos=
3)大齒輪小齒輪分度圓直徑計(jì)算：
d1=Z1mn/cosβ=30×1.5/cos=46.667mm
d2=Z2mn/cosβ=60×1.5/cos=93.333mm
4)計(jì)算齒輪寬度
b=Φdd1=1×46.667=46.667mm，數(shù)值取整b=47mm。則B2=47mm,B1=52mm
因由于Z1、Z2、d1、b、β發(fā)生了改變,所以相應(yīng)的參數(shù)也必須修改，然之后再依據(jù)修該好的結(jié)論，從新計(jì)算齒輪的強(qiáng)度，判斷齒輪強(qiáng)度是否足夠。
經(jīng)過(guò)修正后的數(shù)值顯示齒輪強(qiáng)度是足夠的，因此只需要使用原來(lái)的數(shù)值。
齒輪傳動(dòng)尺寸的結(jié)論如表2：
表2 齒輪傳動(dòng)尺寸
齒輪參數(shù)
計(jì)算公式
結(jié)論
法面模數(shù)
mn
1.5
法面壓力角
αn
螺旋角
β
齒數(shù)
Z1
30
Z2
60
傳動(dòng)比
i
2
分度圓直徑
d1
46.667mm
d2
93.333mm
齒頂圓直徑
da1=d1+2ha*mn
49.667mm
da2=d2+2ha*mn
96.333mm
齒根圓直徑
df1=d1-2(ha*+c*) mn
42.167mm
df2=d2-2(ha*+*) mn
88.833mm
中心距
a=mn(Z1+Z2)/2cosβ
70mm
齒寬
B1
52mm
B2
47mm
5.5、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通過(guò)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算，也僅僅是初步的確定齒輪的大概尺寸，例如：螺旋角、齒數(shù)、齒寬、分度圓的半徑、模數(shù)，其中根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算的這些尺寸只是個(gè)大體的框架，后續(xù)還要根據(jù)總體的設(shè)計(jì)方案而定裝配圖。但是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的輪輻、齒圈、輪觳等的結(jié)構(gòu)和尺寸，就要通過(guò)布局設(shè)計(jì)而定了。
齒輪的理論參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒輪的幾何尺寸、毛坯的質(zhì)料、使用的要求、乃至經(jīng)濟(jì)性能等因素干系很大。當(dāng)設(shè)計(jì)人員實(shí)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要綜合的斟酌每個(gè)方面的因素。這樣的齒輪結(jié)構(gòu)才安全和可靠。
小齒輪的半徑尺寸小，只需采用齒輪軸結(jié)構(gòu)就能滿(mǎn)足要求。
大齒輪的齒頂圓半徑是小于80mm的，可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪模式。
5.6、軸的設(shè)計(jì)
軸的設(shè)計(jì)和理論闡發(fā)包羅兩方面的參數(shù)內(nèi)容：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸的工作能力。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)軸上零件的裝配工藝、定位方式和軸的制造工藝等，確定軸合適的結(jié)構(gòu)和尺寸。如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合適，會(huì)直接影響軸在工作時(shí)性能和裝配在軸上零件的工作可靠性。與此同時(shí)，還會(huì)增加軸的生產(chǎn)工藝成本和軸體零件裝配的難度。所以軸的結(jié)構(gòu)分析是軸設(shè)計(jì)過(guò)程中的最重要的內(nèi)容。
軸的工作能力主要指的有三個(gè)參數(shù)分別是：軸的強(qiáng)度、軸的剛度、軸工作時(shí)的振動(dòng)穩(wěn)定性。在普遍情況下，軸的工作能力指的就是軸的強(qiáng)度。因?yàn)檩S在工作時(shí)，承受著巨大的彎矩和轉(zhuǎn)矩，其中彎矩最不容忽視，這時(shí)候只需要考慮軸的強(qiáng)度計(jì)算，為了防止斷裂或者塑性變形。但相對(duì)于剛度要求比較高的細(xì)軸甚至受力程度大的細(xì)長(zhǎng)軸，就要同時(shí)進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算，以防傳動(dòng)軸工作時(shí)出現(xiàn)較大的彈性變形。
5.7、軸的最小直徑估計(jì)及其軸的材料選擇
軸的材料普遍是碳鋼或者合金鋼。鋼軸的毛坯材料普遍是用軋制鋼和鍛件，有的是直接用圓鋼。因?yàn)樘间摫群辖痄摫阋?，而且碳鋼的?duì)應(yīng)力集中的敏感性相對(duì)較低低，與此同時(shí)，還可以使用熱處理或者化學(xué)熱處理的方法增加其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以采用碳鋼中的45號(hào)鋼作為軸的材料就特別的廣泛。根據(jù)由于條件限制，故只選擇軸的材料是45號(hào)鋼，然后通過(guò)調(diào)質(zhì)處理。對(duì)最小直徑進(jìn)行估算。即：dmin=A0。開(kāi)始選擇計(jì)算軸徑時(shí)，假設(shè)最小軸徑段之處開(kāi)有一個(gè)鍵槽，那么必須還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響。假設(shè)軸段截面上有一個(gè)鍵槽，那么d就要增大百分之5到百分之7，假設(shè)有兩個(gè)鍵槽，那么d就增大百分之10至百分之15。A0值是通過(guò)查表來(lái)確定的，高速軸A01=126,低速軸A02=120。
高速軸：
d1min=A01=126×=14.873mm
因?yàn)榇溯S的最小軸徑之處安裝了聯(lián)軸器，有一個(gè)鍵槽存在，所以d就選擇增大7%，通過(guò)此可以算得此軸的最小軸徑d1min=15.915mm,取整數(shù)可得d1min=16mm。
低速軸：
d2min=A02=120×=17.542mm，取整的d2min=18mm
輸入軸普遍的是高速軸，在高速軸的最小軸徑之處安裝聯(lián)軸器，一般是為了使軸徑和聯(lián)軸器的孔徑相互適應(yīng)，因?yàn)楸仨毻瑫r(shí)選擇聯(lián)軸器的型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩是Tca=KATⅠ入，通過(guò)查表可得：因?yàn)榭紤]到轉(zhuǎn)矩的變化小，所以取KA=1.3。那么Tca=KATⅠ入=1.3×15.71=20.423Nm。根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算必要小于公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩，是以通過(guò)查表可以曉得，選用TL3型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，它的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩是31Nm，聯(lián)軸器的孔徑是d11=20mm，聯(lián)軸器的長(zhǎng)度是L=52mm，聯(lián)軸器與軸配合的縠孔長(zhǎng)度是L1=38mm。
5.8、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的布局設(shè)計(jì)包羅兩部分的內(nèi)容：軸的外形和全部布局尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)械中安裝位置和形式的確定、軸上安裝的零件類(lèi)型、軸的尺寸設(shè)計(jì)、數(shù)量及確定軸連接的方式；載荷大小、方向及分布情況安排；軸的加工工藝等。因?yàn)橛绊戄S結(jié)構(gòu)的因素比較多，而且結(jié)構(gòu)形式又要隨著軸安裝位置的具體情況而定，所以軸是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。也就是說(shuō)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要具體情況具體分析。但不管何種前提下，軸的布局都應(yīng)知足如下前提：軸和裝在軸上的零件都要有準(zhǔn)確的位置；軸上的零件應(yīng)該便于裝拆和調(diào)整維修；軸應(yīng)該具備良好的工藝性。
5.9、高速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
各軸段直徑的確定
d11：最小軸徑之處，聯(lián)軸器的軸段 d11=20mm；
d12：密封處軸段，定位軸肩的高度h=(0.07～0.1)d11，取h=0.1d11，則 h=0.1d11=0.1×20=2mm，故d12=d11+2h=20+4=24mm,取d12=25mm；
d13：滾動(dòng)軸承之處軸段 d13=30mm，查表，滾動(dòng)軸承型號(hào)取30206，尺寸是d×D×T×B=30×62×17.25×16mm；
d14：過(guò)度軸段 取d14=36mm；
d15：d15=d14=36mm；
d16：d16=d13=30mm。
各軸段長(zhǎng)度的確定
l11：聯(lián)軸器和配合縠孔長(zhǎng)度是L1=38mm，為了保證軸端擋圈 只壓在聯(lián)軸器上不壓在軸端面上，故l11略短于L1，取l11=36mm；
l12：根據(jù)與軸承端蓋的配合關(guān)系 l12=50mm；
l13：由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系 l13=17mm；
l14：l14=40mm；
l15：由小齒輪齒寬決定 l15=52mm；
l16：l16=40mm；
l17：由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系 l17=17mm。
低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
各軸段直徑的確定
d21：與滾動(dòng)軸承配合 由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表12-4選滾動(dòng)軸承的型號(hào)為30207，其尺寸為d×D×T×B=35×72×18.25×17mm,因此取d21=35mm；
d22：過(guò)度軸段 d22=40mm；
d23：低速齒輪段 d23=46mm；
d24：軸環(huán) d24=54mm；
d25：過(guò)度軸段 d25=46mm；
d26：與滾動(dòng)軸承配合 d26=35mm；
d27：d27=30mm；
各軸段長(zhǎng)度的確定
l21：由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系確定 l21=17mm；
l22：l22=44.5mm；
l23：略短于齒輪寬度 l23=45mm；
l24：軸環(huán) l24=10mm；
l25：l25=32.5mm；
l26：由滾動(dòng)軸承裝配關(guān)系 l26=17mm；
l27：l27=50mm；
l28：圓錐軸段 l28=50mm；
l29：l29=20mm。
軸的校核
軸的校核參數(shù)主要有兩方面內(nèi)容：強(qiáng)度校核、剛度校核。
舉行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)軸的詳細(xì)的受載和應(yīng)力情況，采納相應(yīng)的計(jì)算方式。對(duì)于僅僅承受扭矩的軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸，應(yīng)按曲折強(qiáng)度計(jì)算，必要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件舉行切確校核。
軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。因此，在設(shè)計(jì)有剛度要求的軸時(shí)，必須進(jìn)行剛度的校核計(jì)算。
這里以低速軸為例。
齒輪對(duì)軸的力作用點(diǎn)按簡(jiǎn)化原則應(yīng)在齒輪寬度的中點(diǎn)，是以可決定低速軸上齒輪力的作用點(diǎn)的位置。軸上安裝的30206軸承，從查表可知，它的負(fù)荷作用中間到軸承外端面的間隔a=15mm，故可計(jì)算出支點(diǎn)跨距和軸上各力作用點(diǎn)的相互位置尺寸。支點(diǎn)跨距=135mm。據(jù)此可計(jì)算出軸上的作用力、支反力，從而來(lái)進(jìn)行彎曲合成強(qiáng)度校核。
計(jì)算軸上的作用力
圓周力：
Ft=2T2/d2=2×15.71×103/93.333=336.64N
徑向力：
Fr=Fttanαn /cosβ=336.64×tan/cos=127.07N
軸向力：
Fa=Fttanβ=336.64×tan=92.47N
3.4、凸輪軸磨床Z軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
凸輪軸磨床的Z軸的傳動(dòng)部分主要的用來(lái)支撐工件并且完成一定的傳動(dòng)扭矩和承載一定工作載荷的主軸，一般主軸又是主軸、支撐軸承、安裝在主軸上的傳動(dòng)部件。主要參數(shù)有轉(zhuǎn)速，誤差值的計(jì)算，這就要在設(shè)計(jì)主軸時(shí)讓主軸完成具備一定的要求。
3.4.1、主軸誤差分析
主軸的偏差主要有扭轉(zhuǎn)進(jìn)度、靜剛度、抗振性、熱變形。
扭轉(zhuǎn)精度：當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，線(xiàn)速度為零的線(xiàn)，在理想情況下該與其幾何中心線(xiàn)重合的，但是現(xiàn)實(shí)主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，情況不是這樣的，旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與幾何中心線(xiàn)之間的扭轉(zhuǎn)偏差是存在的，我們可以把這個(gè)偏差分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)、和角度擺角。如果想要測(cè)量這個(gè)誤差就可以測(cè)量這三個(gè)變量之和。
靜剛度：剛度具體指的是主軸的伸出量在外載荷的作用下，抵抗變形的能力，主要分為徑向方向，軸向方向，當(dāng)然還有一部分主軸的末端的扭矩M。假如主軸端部的扭矩變形作用下的扭轉(zhuǎn)角剛度叫做扭轉(zhuǎn)剛度K，則：
K=M/Ca/L=ML/CA,
式中 M—作用的扭矩，N.m；
L—扭矩的距離，m；
CA—扭轉(zhuǎn)角（度數(shù)）；
K—扭轉(zhuǎn)剛度；
對(duì)于軸向剛度和扭轉(zhuǎn)角剛度來(lái)說(shuō)，徑向的剛度是主要的。只要不是精度特別高的情況下，只要能滿(mǎn)足徑向剛度的要求就足夠了。
抗振性：主軸的抗振性主要指的是主軸在機(jī)床運(yùn)動(dòng)的情況下能夠保持主軸平穩(wěn)性的能力，主軸的平穩(wěn)性一般會(huì)影響工件的表面粗糙度，軸承的壽命，而且如果主軸的平穩(wěn)性不夠，那么在刀具對(duì)工件進(jìn)行切削時(shí)接觸點(diǎn)的速度是隨著時(shí)間變化的，這也就是影響刀具壽命的一個(gè)重要原因。
熱變形：熱變形指的是由于工件運(yùn)動(dòng)自身產(chǎn)生的熱度和工件與工件之間的相互摩擦產(chǎn)生的熱度對(duì)主軸的影響，溫度的影響在機(jī)械和電子行業(yè)顯得特別的重要，因?yàn)闇囟葧?huì)使零件的形狀和組織發(fā)生變化，而這種變化就會(huì)在裝配和產(chǎn)品使用上體現(xiàn)出來(lái)，甚至在一些精密的儀器中往往會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢和失效。主軸組件的熱變形會(huì)使主軸伸長(zhǎng)，使主軸間隙發(fā)生變化，軸心位置偏移等。所以如何控制熱變形，一直是個(gè)值得關(guān)注的話(huà)題。
3.5、凸輪軸磨床砂輪機(jī)構(gòu)的闡發(fā)
刀具的磨削加工，不僅僅可以提高效率，而且能夠提高加工精度，這是機(jī)械行業(yè)里永恒不變的話(huà)題。但是在體現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也還有許多的缺點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)兩個(gè)：一、砂輪的質(zhì)量，主要是砂輪要有非常好形廓保持性，二、砂輪的修補(bǔ)技術(shù)，即高校也能很經(jīng)濟(jì)的獲得砂輪的形廓和銳度，就國(guó)外的現(xiàn)在采用的是高精度的金剛石滾輪，而且開(kāi)發(fā)了新的工藝。磨削加工只是以取得如此高的精度和表面粗糙度首要的是因?yàn)槟チ狭６群苄 ５怯捎谀チ系膬?nèi)聚性，使在現(xiàn)今技術(shù)沒(méi)法制造出偏差很小，平均同等的細(xì)粒度砂輪。這也是砂輪導(dǎo)致精度誤差的原因之一，隨著技術(shù)的慢慢發(fā)現(xiàn)，一種應(yīng)用電泳沉積超細(xì)粒度磨料形成磨料粒呈現(xiàn)了，低壓化學(xué)氣相沉積金剛石膜，成長(zhǎng)的很是敏捷。為了能夠生產(chǎn)出更高質(zhì)量的砂輪，減少加工誤差，各國(guó)的工程技術(shù)人員都在改進(jìn)傳統(tǒng)的粘結(jié)劑，主要為了生產(chǎn)出能滿(mǎn)足不同要求的CBN砂輪。
36
第4章工作成果總結(jié)
四、工作成果總結(jié)
本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)外圓磨床的一些弊端和局限性改裝它為凸輪軸磨床，凸輪軸的加工一直機(jī)械行業(yè)的焦點(diǎn)，因?yàn)橥馆嗇S的加工一直是汽車(chē)和航空行業(yè)的心臟，凸輪軸的質(zhì)量也就決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。就主要的性能來(lái)看，外圓磨床與凸輪軸磨床有許多相似的地方，所以就想到把外圓磨床改成凸輪軸磨床。在凸輪軸磨床的改良和計(jì)劃中，首要用到了、機(jī)械設(shè)計(jì)、三維建模、力學(xué)分析、和機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù)等知識(shí)。通過(guò)參考相關(guān)的期刊和專(zhuān)著文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)了解了凸輪軸磨床相關(guān)知識(shí)，對(duì)其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)件除外），使得加工凸輪軸無(wú)論在加工精度和加工效力上都有一個(gè)質(zhì)的奔騰。設(shè)計(jì)主要做的工作是：
1、 了解外圓磨床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和主要的技術(shù)參數(shù)，為凸輪軸磨床的設(shè)計(jì)和改造奠定基礎(chǔ)。
2、 領(lǐng)會(huì)凸輪軸的幾種加工方式和加工工藝的特色。
3、 肯定凸輪軸磨床的首要技術(shù)參數(shù)和一般參數(shù)，畫(huà)出草圖。
4、 根據(jù)機(jī)床機(jī)構(gòu)的一般組成，主要設(shè)計(jì)凸輪軸磨床的X軸、Z軸和砂輪系統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，畫(huà)出三維模型。
凸輪軸作為汽車(chē)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的首要零部件，它的質(zhì)量決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞，作為加工凸輪軸的主要加工工具，凸輪軸磨床的結(jié)構(gòu)、加工精度、和加工效率會(huì)一直成為該領(lǐng)域的無(wú)盡的話(huà)題，因?yàn)槿祟?lèi)對(duì)于科學(xué)的探索和對(duì)制造業(yè)的需求是無(wú)盡的。
第5章致謝
五、致謝
首先感謝我的指導(dǎo)老師在百忙之中對(duì)我畢業(yè)論文的悉心指導(dǎo)，從選題開(kāi)始，指導(dǎo)老師對(duì)我們的課題就非常的關(guān)注，老師先讓我們自己選題，課題可以自己定，選用自己感興趣的課題，主要的目的就是讓我們可以發(fā)揮我們自己的創(chuàng)造力，從我們的興趣出發(fā)，這樣寫(xiě)出來(lái)的論文才有它的價(jià)值。從選題開(kāi)始到答辯結(jié)束，指導(dǎo)老師每隔一段時(shí)間就會(huì)讓我們到辦公室聚在一起，主要的談?wù)勎业脑趯?xiě)論文當(dāng)中遇到的問(wèn)題，每一個(gè)問(wèn)題老師都給了解決，但是不是給予直接的答案，而是給予答案的解決途徑，這樣對(duì)我們學(xué)習(xí)知識(shí)變得更主動(dòng)化，問(wèn)題又能解決。第二個(gè)就是查看一下我們的完成進(jìn)度情況。在老師的指導(dǎo)中我能深刻到老師淵博的知識(shí)面，和幽默的討論風(fēng)格。所以我想說(shuō)：老師，謝謝您。
時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間，我的大學(xué)時(shí)光已經(jīng)快要結(jié)束了，在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，我們完成了學(xué)生時(shí)光的最后一項(xiàng)工作（畢業(yè)設(shè)計(jì)），我的指導(dǎo)老師是當(dāng)時(shí)教我機(jī)械制圖的老師，他在學(xué)生們的心目中影響一直很好，所以我們平時(shí)如果有什么問(wèn)題，也會(huì)常常去請(qǐng)教他。在學(xué)校的兩年時(shí)間，我收獲的不僅僅是知識(shí)，還結(jié)識(shí)到了許多的良師益友，不管是在學(xué)習(xí)上還是在生活中，都給予我極大的幫助。讓我在一個(gè)非常溫馨的環(huán)境中度過(guò)了我的大學(xué)時(shí)光。千言萬(wàn)語(yǔ)，我就想說(shuō)聲謝謝。
最后感謝我的室友們，我從的家鄉(xiāng)來(lái)到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。兩年的時(shí)間，說(shuō)長(zhǎng)不長(zhǎng)，說(shuō)短不短，仿佛就在昨天。兩年的時(shí)間里，我們有時(shí)爭(zhēng)吵，有時(shí)可能會(huì)因?yàn)橐恍┬∈露[得不愉快，但是每一次我們都能很好的解決。我們的大學(xué)時(shí)光已經(jīng)結(jié)束了，意味著我們要各奔前程，有的考研繼續(xù)深造，有的參加工作，揮師北上。這些都是我們自己選擇的路。希望我們?cè)谝院蟮母髯缘缆飞隙寄馨l(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)，活出自己的人生價(jià)值。
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