XM2309型銑磨磨床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【含CAD圖紙?jiān)次募?/h1>

資源目錄里展示的全都有，所見(jiàn)即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問(wèn)可加】 【摘要】 砂帶磨削技術(shù)，該技術(shù)已研磨和拋光的特點(diǎn)在同一時(shí)間內(nèi)，被認(rèn)為是作為一種新的加工技術(shù)與優(yōu)良的加工質(zhì)量，加工效率高，能耗低，消費(fèi)和廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)，如“冷態(tài)”磨削，磨削穩(wěn)定高速，高精密磨削加工和低的成本。相比傳統(tǒng)材料加工技術(shù)，如車(chē)削，銑削和砂輪磨削，表面加工質(zhì)量和加工技術(shù)性能的金屬材料，如鋁合金，鈦合金，不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼，可有效地改善了由砂帶磨削過(guò)程中，和材料加工的成本也可以大大減少。但直至目前為止，有系統(tǒng)的調(diào)查研究砂帶磨削加工及其機(jī)理的非金屬材料，如鋁合金，鈦合金，不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼，尚未履行的。這是非常必要的調(diào)查，砂帶磨削技術(shù)和其加工機(jī)理，這些金屬材料，以確定砂帶磨削加工理論的非金屬材料，發(fā)展有效的技術(shù)控制方法砂帶磨削為這些非金屬材料，并擴(kuò)大應(yīng)用范圍砂帶磨削技術(shù)。 關(guān)鍵詞：砂帶磨削，金屬材料，材料去除率，砂帶磨損，表面質(zhì)量 Abstract Belt grinding technology, which has grinding and polishing characteristic at the same time, is thought as a new machining technology with excellent machining quality, high machining efficiency, low energy consumption and extensive application for its advantages such as "cold state" grinding, steady grinding speed, high grinding precision and low machining cost. Compared with traditional material machining technologies such as turning, milling and wheel grinding, the surface machining quality and the machining technical properties of metallic materials such as aluminium alloy, titanium alloy, stainless steel and structural steel could be improved efficiently by belt grinding process, and the materials machining cost could be also reduced greatly. But up to now, the systematic investigation on belt grinding machining and its mechanism of metallic materials such as aluminium alloy, titanium alloy, stainless steel and structural steel has not been carried out .It is very necessary to investigate the belt grinding technology andits machining mechanism of these metallic materials in order to establish the belt grinding machining theory of metallic materials, to develop the effective technology control methods of belt grinding for these metallic materials, and to extend the application scope of belt grinding technology. Key words: Abrasive belt grinding, metallic materials, materials removal rate, abrasive belt wear, surface quality 55 目錄 摘要……………………………………………………………………..Ⅰ ABSTRACT…………………………………………………………….Ⅱ 第1章 緒論……………………………………………………………...1 1.1 砂帶磨削的發(fā)展及應(yīng)用……………………………………………1 1.2 砂帶磨削技術(shù)概述………………………………………………..1 1.3 砂帶磨削技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)…………..2 1.3.1 國(guó)外砂帶磨削技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀…………………………..3 1.3.2 國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀…………………………..4 1.3.3 砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)............................................................5 1.4 本課題的研究意義…………………………………………………6 第2章 砂帶磨削工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型…………………………7 2.1 設(shè)計(jì)變量的選擇……………………………………………………7 2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定……………………………………………………8 2.3 約束條件的建立……………………………………………………8 2.4 數(shù)學(xué)模型的建立…………………………………………………..10第3章 平面砂帶磨削優(yōu)化實(shí)例………………………………………10 3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的選擇……………………………………………..10 3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例……………………………………………………..10 3.3 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果……………………………………………………..11 3.4 優(yōu)化結(jié)果分析……………………………………………………..11 第4章 傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………..11 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………..11 4.2 傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………..11 4.3 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………..13 第5章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………….14 5.1 軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容……………………………………………..…14 5.2 軸的材料的選擇…………………………………………………..14 5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………..16 5.3.1 擬定軸上零件的裝配方案……………………………………..16 5.3.2 軸上零件的定位………………………………………………..16 5.3.3 各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定……………………………………..18 5.3.4 軸的直徑的的計(jì)算……………………………………………..19 5.4 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算………………………………………………..20 5.4.1 彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算………………………………………..20 第6章 砂帶磨削部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………….....22 6.1 砂帶磨床的簡(jiǎn)介…………………………………………………..22 6.2 砂帶磨削裝置基本參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………..22 6.2.1 接觸輪和張緊輪基本尺寸的確定……………………………..22 6.2.2 砂帶周長(zhǎng)和中心距的確定……………………………………..24 6.2.3 驅(qū)動(dòng)輪包角的計(jì)算……………………………………………..25 6.2.4 砂帶張緊力的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………..26 6.3 磨頭主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)…………………………………………..26 6.3.1 接觸輪與壓磨板的設(shè)計(jì)………………………………………..27 6.3.2 接觸輪的修磨及平衡…………………………………………..36 6.3.3 接觸輪的選擇使用原則………………………………………..37 6.4 砂帶張緊力的選擇原則…………………………………………..39 第7章 機(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)……………………………………………..40 參考文獻(xiàn)…………………………………………?！?1 第1章 緒 論 隨著航空、航天、汽車(chē)、摩托車(chē)以及輕工業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，諸如鋁合金鈦合金不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼等金屬材料的應(yīng)用及其加工技術(shù)已越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外制造商和材料專家學(xué)者們的普遍關(guān)注和高度重視。眾所周知：金屬材料具有優(yōu)良的性能然而其機(jī)械加工時(shí)由于其具有的某些機(jī)械物理性能特點(diǎn)，使其加工工藝性差，加工成本高。由于磨削加工往往是機(jī)械加工產(chǎn)品的終極加工工序，其加工效果的好壞直接影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量和性能。因此，面對(duì)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)金屬材料表面加工質(zhì)量精度完整性和成本等提出的更高要求，傳統(tǒng)的磨削工藝已難以適應(yīng)，而砂帶磨削技術(shù)作為一種磨削和拋光的新工藝，因其具有加工效率高、冷態(tài)磨削、磨削速度穩(wěn)定、磨削精度高、磨削成本低等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種優(yōu)質(zhì)高效低耗用途廣泛的加工方法，發(fā)展?jié)摿薮?。與傳統(tǒng)的車(chē)削銑削和磨削等工藝相比，砂帶磨削技術(shù)在提高鋁合金鈦合金、不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼等金屬材料的表面加工質(zhì)量精度和完整性，改善金屬材料的加工工藝性能和降低加工成本等方面優(yōu)勢(shì)明顯，也正是由于這樣砂帶磨削技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外材料和機(jī)械交叉學(xué)科中引人注目的研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域之一。目前砂帶磨削技術(shù)已在材料加工中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，并已逐漸發(fā)展成為金屬材料精密和超精密加工的有效方法之一。 1.1 砂帶磨削技術(shù)概述 砂帶磨削就是根據(jù)工件形狀以相應(yīng)的接觸方式利用高速運(yùn)動(dòng)著的砂帶對(duì)工件表面進(jìn)行磨削、研磨和拋光的一種新型高效磨拋工藝。砂帶是砂帶磨削的主體，它是一種特殊的多刀、多刃的切削工具，主要由基體、結(jié)合劑和磨粒三部分組成，即在具有可撓性且極為平坦的布料紙料等基體表面上整齊地排列著尖角朝外的磨粒，依靠粘結(jié)劑和基體材料來(lái)保持可撓性和彈性，屬于單層磨粒磨具。砂帶磨削時(shí)磨粒在一定壓力作用下做切削運(yùn)動(dòng)，與工件表面相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面磨削和拋光等。按照磨粒與工件表面接觸時(shí)干涉程度的不同可以分為三個(gè)不同階段：即滑擦耕犁和切削滑擦磨粒與工件表面相互接觸干涉少，工件表面發(fā)生彈塑性變形，磨粒只摩擦工件表面不切除材料，耕犁隨著磨削用量的增加磨粒與工件表面干涉增大，表面材料發(fā)生塑性流動(dòng)材料產(chǎn)生擠壓式運(yùn)動(dòng)，從磨粒的下方和兩側(cè)擠出磨粒，在工件表面犁出刻線切除少量材料。切削在一定壓力作用和溫度條件下磨粒與工件表面間產(chǎn)生足夠的干涉，開(kāi)始真正的切削材料在磨粒的前方產(chǎn)生斷裂形成切屑，有較大的材料去除率。 1.2 砂帶磨削技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 砂帶磨削是磨削加工方式的一種其研究開(kāi)發(fā)自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直受到人們的關(guān)注和重視，特別是靜電植砂方式的出現(xiàn)和砂帶接口技術(shù)的提高以及新型砂帶的不斷推出為砂帶在精密磨削方面的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。目前砂帶磨削在高強(qiáng)度鋼等金屬材料的精密加工中己得到應(yīng)用，并且人們對(duì)于砂帶磨削拋光非金屬材料(如陶瓷鐵氧體和大理石等)也已開(kāi)展了大量的研究工作。對(duì)于國(guó)內(nèi)外在砂帶磨削技術(shù)方面所開(kāi)展的工作和取得的成績(jī)，筆者僅對(duì)與本文研究密切相關(guān)的砂帶磨削以及金屬材料加工的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)作了如下總結(jié)和分析。 1.3 國(guó)外砂帶磨削技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀 國(guó)外砂帶磨削自20世紀(jì)60年代以來(lái)，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在砂帶磨床技術(shù)及砂帶制造技術(shù)有了新的突破，取得了巨大的成就，已進(jìn)入了向現(xiàn)代化發(fā)展的新階段。從日用湯勺到宇航器件，各行各業(yè)無(wú)不競(jìng)相采用砂帶磨削技術(shù)。新型機(jī)大量涌現(xiàn)，砂帶磨床向小型化強(qiáng)力高效大功率寬砂帶磨床方向發(fā)展。如美國(guó)生產(chǎn)的砂帶磨床最大寬度達(dá)5.0m，最大功率200kW，其擁有量也不斷增加據(jù)資料顯示砂帶磨床與砂輪磨床產(chǎn)值比美國(guó)為49 :51 德國(guó)為45 :55，日本為25 :75 ，英國(guó)、瑞士等國(guó)發(fā)展也很快用涂附磨具進(jìn)行磨削，加工已成為這些發(fā)達(dá)國(guó)家獲得高額經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。砂帶磨削的功能已遠(yuǎn)超出了用于除銹粗磨拋光等范圍，應(yīng)用范圍在日趨擴(kuò)大，而且與特種加工方法和現(xiàn)代化技術(shù)緊密結(jié)合。在國(guó)際知名的砂帶品牌有美國(guó)3M Norton，德國(guó)Hermes VSM，韓國(guó)DEER和日本牛頭等著名的砂帶磨床制造廠商。有美國(guó)Cincinnati Emerson Electric Sundstand，德國(guó)Loser，瑞士ASEA 等。砂帶是砂帶磨削技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和重要標(biāo)志，是衡量一個(gè)國(guó)家砂帶磨削技術(shù)發(fā)展水平高低的標(biāo)準(zhǔn)。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視砂帶開(kāi)發(fā)和制造，其生產(chǎn)規(guī)模在不斷增大，各類國(guó)外砂帶品牌在我國(guó)的銷(xiāo)售情況也在逐年增加(見(jiàn)表1.1) 表 1.1 各類國(guó)外品牌的砂帶在中國(guó)銷(xiāo)售情況 砂帶名稱 1999 年 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 美國(guó) 3M 9.5 14.0 20.0 28.0 40.0 韓國(guó)高麗 11.0 18.5 26.0 41.0 60.0 美國(guó) Norton 4.0 4.5 5.5 5.7 6.0 日本牛頭 3.2 3.5 4.3 4.7 5.0 德國(guó) VSM 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 注連續(xù)5年砂帶銷(xiāo)售量由銷(xiāo)售額折算近似得出數(shù)據(jù)非廠家公布正式數(shù)據(jù)供參考 國(guó)外早在上世紀(jì)60 年代就在砂輪磨削的研究基礎(chǔ)上S.Maudn 提出砂輪磨削時(shí)的基本模式滑擦耕犁與切削砂帶磨削同樣是成立的)對(duì)砂帶磨削進(jìn)行了大量研究。研究認(rèn)為砂帶磨削與砂輪磨削同樣都是高速運(yùn)動(dòng)的微刃切削工具。磨粒的微量切削而形成的累積效應(yīng)，因而其磨削機(jī)理大致是相同的，磨粒從微觀來(lái)看就象一種刀尖為圓弧刃角為鈍角的切削工具，磨粒切削刃是在磨削力作用下對(duì)工件進(jìn)行切削工件材料，在絕大多數(shù)為大負(fù)前角的磨粒切削刃的擠壓摩擦作用下產(chǎn)生變形轉(zhuǎn)為切屑形成加工表面，砂帶表面磨粒分布均勻且等高性好，因此切削條件比砂輪磨粒好、材料切除率高，磨削力產(chǎn)生于磨粒與工件接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和結(jié)合劑與工件表面之間的摩擦作用。磨削力由切屑變形力和摩擦力組成。切屑變形力是切除工件材料時(shí)引起的，該種力在總的磨削力中占的比例越大，則切削效率越高，摩擦力不但引起無(wú)用功，還將功率轉(zhuǎn)換為熱能，引起工件和砂輪表面的溫升。對(duì)磨削效果和砂帶磨損呈負(fù)面影響，因而其所占比例越小越好，R Story由實(shí)驗(yàn)得出切、法向分力比Ft/Fn 在0.45：1.0 之間，柴田順二則認(rèn)為此值約為0.6 左右。此外自上世紀(jì)60 年代以來(lái)，國(guó)外還開(kāi)展了巖石等硬脆材料的砂帶磨削加工研究。1992 年J.J.Gagliardi研究了單層和多層碳化硅砂帶磨削花崗石時(shí)功率磨削力與材料切除率之間的關(guān)系，并以柔性金剛石砂帶作對(duì)比結(jié)論，是金剛石砂帶切除率高，磨削力和磨削功率小，工件加工表面損傷小，磨削溫度低。1994年H.K.Tonshoff 等也研究了金剛石砂帶磨削花崗石中磨削力與材料切除率的關(guān)系，并得到結(jié)論：切除量對(duì)磨削表面粗糙度的影響不大。近年來(lái)國(guó)外砂帶結(jié)構(gòu)和材料不斷地發(fā)展和完善，在砂帶結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)了堆積磨料砂帶、超涂層磨料砂帶、金字塔型砂帶、空心球型砂帶、復(fù)層砂帶高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復(fù)合砂帶等等。在砂帶組成材料及制造工藝等方面也取得了很大的成就，在磨料方面?zhèn)鹘y(tǒng)上采用氧化鋁和碳化硅。強(qiáng)力砂帶主要采用鋯剛玉美國(guó)3M 公司研制了一種Cubicut 砂帶磨粒，采用鋯鋁氧化物合成，是目前砂帶磨料中最硬的品種。而德國(guó)開(kāi)發(fā)并獲多國(guó)專利的空心球復(fù)合磨粒，這種磨粒的砂帶切削效率高、使用壽命長(zhǎng)、成本低，在基體材料方面日本正研制一種由軟鋼帶作基底的CBN或金剛石砂帶。對(duì)于特殊場(chǎng)合和高硬度材料的加工很有效。美國(guó)3M 公司研制出一種塑料薄膜基底制出的砂帶，強(qiáng)度高、韌性好，可以加工出粗糙度Ra0.05um 以下的工件表面。 1.3.1 國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀 我國(guó)的砂帶磨削技術(shù)盡管起步比較晚，但近年來(lái)發(fā)展速度非常快國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)的研究及應(yīng)用已引起了我國(guó)機(jī)械制造等行業(yè)的廣泛關(guān)注，引起了有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)研究單位和企業(yè)的高度重視。目前國(guó)內(nèi)已有不少砂帶磨削設(shè)備制造廠，高校和科研單位開(kāi)展了砂帶磨削技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作。例如有重慶三磨海達(dá)磨床公司等數(shù)十家砂帶磨削設(shè)備生產(chǎn)廠家，有東北大學(xué)、重慶大學(xué)、鄭州三磨所、華中理工大學(xué)和湖南大學(xué)等多家科研院所和高校，清華大學(xué)開(kāi)創(chuàng)的超聲砂帶磨削技術(shù)。作為一種新型的精密砂帶復(fù)合加工方法，已具有世界領(lǐng)先水平，將這種技術(shù)用于計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的研拋加工表面粗糙度可達(dá)Ra0.01um。重慶大學(xué)成功地將砂帶磨削應(yīng)用到擺線齒輪磨削中，其下屬的高新技術(shù)企業(yè)三磨海達(dá)磨床公司擁有近20項(xiàng)國(guó)家專利，開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百余個(gè)品種的砂帶磨床設(shè)備，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此外，鄭州第二砂輪廠和上海砂輪廠先后從德意瑞士等國(guó)引進(jìn)了制造砂帶的成套技術(shù)和設(shè)備，國(guó)外公司如3M 公司等陸續(xù)在我國(guó)投資辦廠，為我國(guó)砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有利條件。在砂帶磨削技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究方面，國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)八十年代起也開(kāi)展了許多研究。清華大學(xué)于1988 年在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下進(jìn)行了精密砂帶振動(dòng)研拋技術(shù)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明用不同粒度的普通棕剛玉砂帶可實(shí)現(xiàn)對(duì)45 鋼和不銹鋼的高效加工，并能獲得不同要求的加工質(zhì)量。1993 年又獲基金資助進(jìn)行了軸承滾道超精密砂帶研拋的理論方法研究與技術(shù)基礎(chǔ)的研究，用碳化硅砂帶在較短時(shí)間里對(duì)軸承鋼實(shí)現(xiàn)超精加工。湖南大學(xué)于80年代中期開(kāi)始進(jìn)行砂帶磨削技術(shù)研究，在完成原機(jī)械部七五攻關(guān)項(xiàng)目砂帶平面磨削工藝試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上于1990 年獲國(guó)家自然科學(xué)基金資助，進(jìn)行強(qiáng)力砂帶平面磨削機(jī)理研究。對(duì)砂帶磨削45 鋼的加工精度、磨削力及加工工藝等方面進(jìn)行了研究。1992 年進(jìn)行了砂帶磨削壽山石的試驗(yàn)，并與45 鋼作對(duì)其研究結(jié)果表明磨削壽山石時(shí)磨削力比磨削45 鋼時(shí)小砂帶磨損慢，工件表面粗糙度相對(duì)較高，但高效安全可代替手工操作。此外，裴英等在1994 年通過(guò)試驗(yàn)研究后，認(rèn)為用砂帶磨削大理石比傳統(tǒng)的磨削加工效率高，砂帶成本低，是磨削大理石的快捷方法。1995 年李仁旺進(jìn)行了鏈?zhǔn)缴皫ハ骰◢徥脑O(shè)備研究指出：材料去除率、磨具磨損率均與法向磨削力Fn 近似成線性關(guān)系，切法向分力比Ft/Fn 約為0.3-0.6。2001年秦哲在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下開(kāi)展了機(jī)械化學(xué)復(fù)合砂帶精密磨削花崗石研究，得到如下結(jié)論：含有表面活性劑的磨削液對(duì)輝綠結(jié)構(gòu)花崗巖的砂帶磨削效果的作用都優(yōu)于水，它能提高材料切除率，但表面粗糙度高，砂帶粒度對(duì)花崗石材料切除率和表面粗糙度的影響程度最為顯著。其次，為表面活性劑類型砂帶速度和工件轉(zhuǎn)速；砂帶磨損以破碎磨損為主。盡管目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于砂帶磨削技術(shù)已開(kāi)展了大量的研究并已取得了不少的成果，但總的看來(lái)已進(jìn)行研究的出發(fā)點(diǎn)都是把砂帶磨削作為各種材料加工工藝中的精密研拋加工工藝，而對(duì)砂帶磨削加工工藝及磨削機(jī)理磨料與金屬間交互作用的研究不夠深入，并且對(duì)砂帶磨損表面顯微特征、工件表面形貌觀察和分析等還不夠充分。因此，為了系統(tǒng)建立金屬材料的砂帶磨削加工工藝?yán)碚撎岢鼋饘俨牧嫌行У纳皫ハ鞴に嚳刂拼胧┖屯卣股皫ハ鞴に嚨膽?yīng)用范圍，還需要在今后進(jìn)一步針對(duì)砂帶磨削工藝及其機(jī)理展開(kāi)研究。 1.3.2 砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) （1）磨削的自動(dòng)化數(shù)控化和智能化 近年來(lái)國(guó)外數(shù)控磨床磨削加工中心發(fā)展很快，已經(jīng)把CNC等現(xiàn)代化技術(shù)與砂帶磨削緊密結(jié)合。隨著人工智能技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，智能磨削也成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，磨削的實(shí)驗(yàn)研究需要耗費(fèi)大量的人力物力。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行磨削過(guò)程的仿真也是一個(gè)重要方向。目前國(guó)際上把分子動(dòng)力學(xué)理論引入磨削機(jī)理的研究并進(jìn)行仿真不失為一種研究磨削機(jī)理的新方法。 （2）磨削的精密和超精密化 隨著技術(shù)創(chuàng)新及高科技產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，從而要求零件加工有更高的精度。表面完整性和嚴(yán)格的制造一致性，磨削始終是一種有效的加工方法，如陶瓷微晶玻璃等難加工材料。目前只能采用磨削加工，可以選用粒徑僅有幾個(gè)納米的研磨微粉進(jìn)行超精密研磨，獲得極好表面質(zhì)量，超精密復(fù)合加工發(fā)展也很快如流體拋光加工超聲振動(dòng)磨削等。 （3）磨削的高效和強(qiáng)力化 高效深磨可以看成是緩進(jìn)給磨削和超高速磨削的結(jié)合，但磨削的工藝及機(jī)理尚不明確，對(duì)磨削成屑機(jī)理高應(yīng)變速率下：材料變形機(jī)制、磨削力、磨削溫度、磨削殘余應(yīng)力等研究不夠充分，以期形成完整的理論體系。國(guó)外已成功地將砂帶磨削用于強(qiáng)力磨削實(shí)現(xiàn)大切除量和高金屬去除率磨削。國(guó)外對(duì)鑄鐵的切削率已達(dá)3 1.05mm/s，砂帶磨削一次切深可達(dá)3 4mm 其加工效率比銑削加工提高了5 ～10 倍。 （4）磨粒磨具材料的高性能化 隨著現(xiàn)代機(jī)械加工的發(fā)展及新材料的出現(xiàn)，對(duì)材料的加工要求越來(lái)越高。促使不斷研制和使用新型的超硬的磨料、磨具，進(jìn)行精密超精密高效磨削。新型和超硬磨料磨具有陶瓷剛玉磨料，經(jīng)過(guò)化學(xué)陶瓷化處理再經(jīng)過(guò)晶體瓷膠人造金剛石，用于磨削超高硬度的脆性材料。硬度合金花崗、巖寶石、光學(xué)玻璃和陶瓷等由磨料層過(guò)渡層和基體三部份組成立方氮化硼。其磨粒韌性、硬度、耐用度是剛玉類砂輪的100倍。適用于高速或超高速及難加工材料高速綱和耐熱鋼等。 第2章 砂帶磨削工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 2.1 設(shè)計(jì)變量的選擇 在砂帶磨削工作時(shí)，當(dāng)加工任務(wù)（工件的技術(shù)要求）和工件材料工藝裝備（機(jī)床、刀具、夾具）已定的情況下，其徑向進(jìn)給量軸向進(jìn)給量和工件運(yùn)動(dòng)速度是砂帶磨削工藝參數(shù)的重要設(shè)計(jì)變量,由于軸向進(jìn)給量主要取決于加工時(shí)砂帶的寬度大小,選擇的余地較小,因此,砂帶磨削工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量可取徑向進(jìn)給量和工件運(yùn)動(dòng)速度。非常明顯,使用壽命平均要延長(zhǎng)3～4 倍(原來(lái)使用壽命一般只有3000h左右,優(yōu)化后為10 000～13000 h) ,由此可知,齒輪參數(shù)的優(yōu)化達(dá)到了預(yù)期的目的。 2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定 砂帶磨削的優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)與企業(yè)追求的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相一致,通常為最大生產(chǎn)率(最短加工時(shí)間) 、最低成本(最低生產(chǎn)費(fèi)用) 和最大利潤(rùn)率。任何磨削加工,都必須在保證加工質(zhì)量的前提下,獲得最低的成本和最高的生產(chǎn)率。在不增加投入和正常生產(chǎn)的條件下,生產(chǎn)率提高,成本便降低。當(dāng)其它條件不變時(shí),生產(chǎn)率最高,即單位時(shí)間磨削的金屬體積便最多。因此,本優(yōu)化設(shè)計(jì)以單位時(shí)間磨削的金屬體積(即金屬磨除率) 最多為優(yōu)化目標(biāo),故目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為: 無(wú)軸向進(jìn)給時(shí) == 1 000 有軸向進(jìn)給時(shí) = = 1 000 本優(yōu)化設(shè)計(jì)以無(wú)軸向進(jìn)給砂帶磨削為研究對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)建模。即 式中　———砂帶寬度,mm。 當(dāng)砂帶型號(hào)一定時(shí),其寬度為一常數(shù)。 2.3 約束條件的建立 綜合考慮砂帶磨床的工作條件以及它們對(duì)砂帶磨削工藝參數(shù)的影響,本優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件如下: （1） 由機(jī)床功率確定的設(shè)計(jì)約束 考慮到砂帶磨床工作時(shí)的可靠性,要求磨床工作時(shí)的切削功率不得超過(guò)機(jī)床的有效功率,即 = ( ) 0.710 - 3 ≤ 整理后得 = ( )0.7 10 - 3 -≤0 式中———砂帶機(jī)床的傳動(dòng)效率, 常取=80 %～96 %； , ———計(jì)算系數(shù)。 （2） 由機(jī)床輸送帶速度確定的設(shè)計(jì)約束 為保證砂帶磨床的有效生產(chǎn)率,要求輸送帶速 度必須在磨床的額定帶速范圍內(nèi),即 式中　,———輸送帶最小和最大額定速度,mm/s 整理后得: （3） 由機(jī)床進(jìn)給量確定的設(shè)計(jì)約束 為保證砂帶磨床的安全工作,要求徑向進(jìn)給量必須在機(jī)床額定進(jìn)給量的范圍內(nèi),即 ≤ 整理后得 式中———砂帶磨床限定的最大徑向進(jìn)給量,單位mm。 （4） 由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)確定的設(shè)計(jì)約束 為使砂帶磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)能正常工作,要求工件承受的壓力所引起的摩擦力不得超過(guò)工件所受的切向力,否則將會(huì)導(dǎo)致加工工件不能正常傳動(dòng)。因而在砂帶磨削時(shí)一般取,具體系數(shù)/ ,取值取決于磨削用量,加工材料及磨削液等因素。在磨削條件相同的情況下,砂帶的磨削力比值大約是砂輪磨削的1.5～2 倍。當(dāng)工件材料的塑性越小時(shí),砂輪的越小,目前其比值一般取中間值0.35 。因此,可根據(jù)工件的材料進(jìn)行取材,當(dāng)工件的塑性小時(shí),可取較小值,反之取較大值。其中 式中　 ———計(jì)算系數(shù)。 經(jīng)整理后得 （5） 由工件表面粗糙度確定的設(shè)計(jì)約束 根據(jù)磨削加工要求,加工出的工件表面粗糙度值不得大于工件設(shè)計(jì)所規(guī)定的Ra 值。由于影響表面粗糙度的因素很多,一般認(rèn)為,徑向進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的影響最大。在正常生產(chǎn)條件下,為簡(jiǎn)化分析,按理論粗糙度的計(jì)算值得到 / 0.321 式中———工件設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的表面粗糙度值,單位mm； 　　———砂帶磨料切削刃的錐頂角，。 整理后得 / 0.321 ≤0 2.4 數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)以上所確定的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,便可得到砂帶磨削工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。由于以單位時(shí)間磨削的金屬體積最多為優(yōu)化目標(biāo),即求f(x)的最大化,而的最大化與最小化等價(jià), 故砂帶磨削工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)為： 因而,本優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題是一個(gè)二維六約束的非線性規(guī)劃問(wèn)題。 第3章 平面砂帶磨削優(yōu)化實(shí)例 3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的選擇 由于優(yōu)化模型式中的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均含有非線性項(xiàng),因此屬于二維非線性優(yōu)化問(wèn)題,可采用可行方向法、懲罰函數(shù)法等約束優(yōu)化算法求解。對(duì)于本優(yōu)化問(wèn)題,本文選用了內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法(SUMT法) 進(jìn)行優(yōu)化求解。這種優(yōu)化算法的優(yōu)點(diǎn)是在給定一個(gè)可行的初始方案之后,它能給出一系列逐步改進(jìn)的可行設(shè)計(jì)方案。另外,這一算法的程序設(shè)計(jì)較為方便,加之其收斂速度也比較快,因此它是求解不等式約束優(yōu)化問(wèn)題的一種較為有效的方法。 3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例 本文以河北邯鄲的邯鄲市機(jī)床廠的XM2309型銑磨磨床為研究對(duì)象,根據(jù)以上所建立的砂帶磨削工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,對(duì)該機(jī)床的砂帶磨削工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中,砂帶尺寸:160mm×2540mm；砂帶速度:29.6m/s砂帶磨頭電機(jī)型號(hào):Y132S—4,功率5.5kW。 3.3 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果 根據(jù)上述所建立的XM2309型銑磨磨床工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,采用內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法,用C語(yǔ)言進(jìn)行編程(程序略)。編程后上機(jī)運(yùn)行,可得到型平面砂帶磨床的優(yōu)化工藝參數(shù)。 3.4 優(yōu)化結(jié)果分析 （1） 按照切削原理,加工件的表面粗糙度較大時(shí),應(yīng)選擇較大的進(jìn)給量,然后根據(jù)磨具的耐用度再確定合適的切削速度;當(dāng)加工件的表面粗糙度較小時(shí)則相反。所得出的優(yōu)化參數(shù)值,符合切削用量的選用原則。 （2） 由優(yōu)化結(jié)果可知, 當(dāng)粗糙度值為3.2μm時(shí),采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法所得到的單位磨除量為1.776×105/min,而用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所得的單位磨除量為1.5×105 / min ,可見(jiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果使單位時(shí)間磨除量提高了18.4 %;當(dāng)粗糙度值為1.6μm 時(shí),優(yōu)化設(shè)計(jì)將使該砂帶磨床的單位時(shí)間磨除量將提高20 %。上述優(yōu)化結(jié)果表明,砂帶磨削工藝參數(shù)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后,能夠獲得較高的切削生產(chǎn)率,而且可以取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 第4章 傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的是按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，具有國(guó)際互換性的特點(diǎn)。其中，Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有防止灰塵，鐵屑或者其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部之特點(diǎn)，B級(jí)絕緣，工作環(huán)境溫度不超過(guò)+40℃，相對(duì)濕度不超過(guò)95%，海拔高度不超過(guò)1000m，額定電壓380v，頻率50Hz。適用于無(wú)特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。 根據(jù)各方面綜合分析：選擇Y132S-4型號(hào)電動(dòng)機(jī)。其中，同步轉(zhuǎn)速1500r/min,4極。額定功率5.5kw,滿載轉(zhuǎn)速1440r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為2.2Nm,最大轉(zhuǎn)矩2.3Nm,質(zhì)量68kg傳動(dòng)帶的選擇，一般機(jī)床都選用V帶傳動(dòng)。 4.2 傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)功率P=5.5kw,轉(zhuǎn)速=1440r/min，傳動(dòng)比=1.3，每天工作8小時(shí)。 （1）確定計(jì)算功率 由表8—7查得工作情況系數(shù)=1.2,故 ==1.2×5.5=6.6kw （2）選擇V帶的帶型 根據(jù)、由圖8—11選用A型。 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 ① 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由表8—6和8—8，取小帶輪基準(zhǔn)直徑=130mm。 ② 驗(yàn)算帶速。按式（8—13）驗(yàn)算帶的速 因?yàn)? m/s<<30 m/s,故帶速合適。 ③ 計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑。根據(jù)式（8—15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 ==1.3×130mm=169mm 根據(jù)表8—8，圓整為=160mm （4）確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ① 根據(jù)式（8—20），初定中心距=450。 ② 由式8—22計(jì)算帶所需的長(zhǎng)度 +=[] 1355.8mm 由表8—2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度=1400mm。 ③ 按式（8—23）計(jì)算實(shí)際中心距。 +=mm427.9mm 中心距變化范圍400480。 （5）驗(yàn)算小帶輪上的包角 = （6）計(jì)算帶的根數(shù)z ① 計(jì)算單根V帶的額定功率。 由=130mm和=1440r/min，查表8—4a得=2.015kw。 根據(jù)=1440r/min， =1.3和A型帶，查表8—4b得△=0.11kw。 查表8—5得=0.99，表8—2得=0.96，于是 (2.015+0.11) ×0.99×0.96=2.02kw ② 計(jì)算V帶的根數(shù)。 ===3.267 取3根。 （7）計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值 由表8—3得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量=0.1kg/m，所以 ==[]N=181N 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力。 （8）計(jì)算壓軸力 壓軸力的最小值為 ==N=1078N 4.3 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）帶輪的材料 常用的帶輪材料為HT200。 （2）帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：mm時(shí)，故可以用腹板式。 大帶輪的主要參數(shù)： =160mm,= =2×38mm=76mm ===13.6mm =160+2×2.75=165.5mm mm,當(dāng)時(shí)， 式中：——傳遞功率，kw； ——帶輪的轉(zhuǎn)速，r/min； ② 小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：，故也可以用腹板式。 小帶輪的主要參數(shù)： =130mm, ==2×25mm=50mm(經(jīng)過(guò)校核計(jì)算的=25mm) =mm ，當(dāng)時(shí)， =130+2×2.75=135.5mm 第5章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 軸的設(shè)計(jì)和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。 軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)剛度要求高的軸（如車(chē)床主軸）和受力大的長(zhǎng)軸，還應(yīng)該進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。還會(huì)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。 5.2 軸的材料的選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的45鋼。根據(jù)分析選用45鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸于質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或者低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于200），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度于耐磨性，而不是軸的彎曲或者扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而適當(dāng)增加軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。 表5—1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 材料牌號(hào) 熱處理 毛坯直徑 /mm 硬度 /HBS 抗拉強(qiáng)度極限 屈服強(qiáng)度極限 彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限 許用彎曲應(yīng)力 備注 Q235-A 熱軋或鍛后空冷 100 400-420 225 170 105 40 用于不重要及受載荷不大的軸 100-250 375-390 215 45 正火 回火 100 170-217 590 295 255 140 55 應(yīng)用最廣泛 >100300 162-217 570 285 245 135 調(diào)質(zhì) 200 217-255 640 355 275 155 60 40Cr 調(diào)質(zhì) 100 241-286 735 540 355 200 70 用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要軸 >100-300 685 490 335 185 40CrNi 調(diào)質(zhì) 100 270-300 900 735 430 260 75 用于很重要的軸 >100-300 240-270 785 570 370 210 38SiMnMo 調(diào)質(zhì) 100 229-286 735 590 365 210 70 用于重要的軸，性能近于40CrNi >100-300 217-269 685 540 345 195 38CrMoAlA 調(diào)質(zhì) 60 293-321 930 785 440 280 75 用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理（氮化）變形很小的軸 >60-100 277-302 835 685 410 270 >100-160 241-277 785 590 375 220 5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部的結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同的情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 5.3.1 擬定軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上的主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。 5.3.2 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。 圖5-8 軸上零件裝配與軸的結(jié)構(gòu)示意圖 （1）零件的軸向定位 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸端擋圈、軸承端蓋(圖15—8)和圓螺母等來(lái)保證的。 軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過(guò)多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合。定位軸肩高度一般取為為，與零件相配處的軸的直徑mm。滾動(dòng)軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊(cè)中軸承的安裝尺寸。為了使零件能靠緊軸肩而得到準(zhǔn)確可靠的定位，軸肩處的過(guò)渡圓角半徑必須小于與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑及或倒角尺寸C(圖5—8a，b)。軸和零件上的倒角和圓角尺寸的常用范圍見(jiàn)表15—2。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定，一般取為1—2 mm。 表5-2 零件倒角C與圓角半徑R的推薦值 直徑 或 0．5 0．6 0．8 1．0 1．2 1．6 2．0 2．5 3．0 軸環(huán)(如圖5—8b)的功用與軸肩相同，軸環(huán)寬度》。 套筒定位(圖5—8)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開(kāi)槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)，也不宜采用套筒定位。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定(圖5—8)，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫，可加圓柱銷(xiāo)鎖定軸端擋圈(圖15—9a)。也可采用雙螺釘加止動(dòng)墊片防松(圖5—9b)等固定方法。 圖15-9 軸端擋圈定位 圓螺母定位(圖5—10)可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，故一般用于固定軸端的零件，有雙圓螺母(圖5—l0a)和圓螺母與止動(dòng)墊圈(圖5—l0b)兩種形式。當(dāng)軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常采用圓螺母定位。軸承端蓋用螺釘或榫槽與箱體連接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)(圖5—8)。 利用彈性擋圈(圖5—11)、緊定螺釘(參看圖5—4)及鎖緊擋圈(圖5—12)等進(jìn)行軸向定位，只適用于零件上的軸向力不大之處。緊定螺釘和鎖緊擋圈常用于光軸上零件的定位。此外，對(duì)于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件，也可采用圓錐面定位(圖5—13)。 圖5-10 圓螺母 圖5-11 彈性擋圈的定位 （2）零件的周向定位 周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷(xiāo)、緊定螺釘以及過(guò)盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力不大之處。 5.3.3 各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定 零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時(shí)，通常還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來(lái)確定軸的直徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從處起逐一確定各軸段的直徑。 5.3.4 軸的直徑的的計(jì)算 （1）已知電動(dòng)機(jī)功率，轉(zhuǎn)速，根據(jù)V帶的傳遞功率特性可知，=0.95輸出軸上的功率 又 于是 （2）初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑，選取材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是得 輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處軸的直徑，為了便于裝配，取直徑 （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ① 擬定軸上零件的裝配方案 ② 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 為了滿足裝配的要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端先制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直=30mm；左端直徑取擋圈直徑D=33mm。六角頭螺栓與軸的配合長(zhǎng)度，為了保證六角頭螺栓與軸能更好的配合應(yīng)取得約短一些?，F(xiàn)取=40。 ③ 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)=30mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取標(biāo)準(zhǔn)精度極的角接觸球軸承7207AC，其基本尺寸為，，右端軸承采用軸肩進(jìn)行定位。由手冊(cè)上查得7207AC型軸承的定位軸肩高度，因此，取。 ④ 軸承端蓋的總長(zhǎng)度為65。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂以及裝拆的要求，取端蓋外端面與砂帶輪的距離為。 ⑤ 軸上零件的周向定位 帶輪和砂帶輪與軸的周向定位均用六角頭螺栓連接。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表3—9得M10六角頭螺栓，長(zhǎng)度，同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇帶輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。 ⑥ 確定軸上圓角和倒角的尺寸參考表15—2，取軸端倒角為 5.4 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需要時(shí)還應(yīng)疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。此處軸既受彎矩又承受扭矩，所以按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。 5.4.1 彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 通過(guò)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可求得，因而可按按彎扭合成條件進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。一般的軸用這種方法即可。起計(jì)算步驟如下： （1） 作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型） 軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化集中力，起作用點(diǎn)取為載荷分布段的重點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)做置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)，可按圖5—12來(lái)確定。 5—12 軸的彎扭圖 （2）作出扭矩圖 扭矩圖如圖5—12所示 （3） 校核軸的強(qiáng)度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面做彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算，按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力： 為了考慮兩者循環(huán)特性的不同影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為 式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，??；若扭轉(zhuǎn)應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，。 對(duì)于直徑為的圓軸，彎曲應(yīng)力為，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入式 5—1，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 (5—1) 其中 則 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表5—1查得。因此 ，故安全。 5.5 軸的工藝過(guò)程和工藝分析 軸類零件中工藝規(guī)程的制訂，直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程中，須注意以下幾點(diǎn)。 （1）零件圖工藝分析中，需理解零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度、材質(zhì)、熱處理等技術(shù)要求，且要研究產(chǎn)品裝配圖，部件裝配圖及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 （2）滲碳件加工工藝路線一般為：下料→鍛造→正火→粗加工→半精加工→滲碳→去碳加工（對(duì)不需提高硬度部分）→淬火→車(chē)螺紋、鉆孔或銑槽→粗磨→低溫時(shí)效→半精磨→低溫時(shí)效→精磨。 （3）粗基準(zhǔn)選擇：有非加工表面，應(yīng)選非加工表面作為粗基準(zhǔn)。對(duì)所有表面都需加工的鑄件軸，根據(jù)加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開(kāi)澆口處。選牢固可靠表面為粗基準(zhǔn)，同時(shí)，粗基準(zhǔn)不可重復(fù)使用。 （4）精基準(zhǔn)選擇：要符合基準(zhǔn)重合原則，盡可能選設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。盡可能在多數(shù)工序中用同一個(gè)定位基準(zhǔn)。盡可能使定位基準(zhǔn)與測(cè)量基準(zhǔn)重合。選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠表面為精基準(zhǔn)。 圖5—13 銑磨床磨削部分傳動(dòng)軸 表5—3 主軸加工工藝過(guò)程 工　序 工種 工步 工序內(nèi)容及要求 機(jī)床設(shè)備（略） 夾具 刀具 量具 1 車(chē) 按工藝草圖車(chē)全部至尺寸 工藝要求：（1）一端鉆中心孔φ10。（2）1：1.09錐度及莫氏3＃內(nèi)錐涂色檢驗(yàn)，接觸面＞60%。（3）各需磨削的外圓對(duì)中心孔徑向跳動(dòng)不得大于0.1 CA6140 莫氏3號(hào)鉸刀 莫氏3號(hào)塞規(guī)1：5環(huán)規(guī) 檢查 2 淬 熱處理S0.9－C59 3 車(chē) 去碳。一端夾牢，一端搭中心架 <1> 車(chē)端面，保證φ25右端面臺(tái)階到軸端長(zhǎng)度為27 <2> 修鉆中心孔φ10B型 <3> 調(diào)頭 車(chē)端面，取總長(zhǎng)322至尺寸，繼續(xù)鉆深至30，75°倒角 檢查 4 車(chē) 一夾一頂 CA6140 <1> 車(chē)M16左螺紋大徑 <2> 車(chē)φ28至φ28、長(zhǎng)43 <3> 車(chē)φ30至φ30 5 車(chē) 調(diào)頭，一夾一頂 <1> 車(chē)M30螺紋大徑及φ35JS5 <2> 車(chē)φ35至φ35 6 銑 銑25二平面至尺寸 7 熱 熱處理HRC59 8 研 研磨二端中心孔 9 外磨 二頂尖，（另一端用錐堵） M1430A <1> 粗磨φ40外圓，留0.1～0.15余量 <2> 粗磨φ35js外圓至φ35t <3> 粗磨1:1.09錐度，留磨余量 10 內(nèi)磨 用V型夾具（ф35js5二外圓處定位） M1432A 磨莫氏3﹟內(nèi)錐（重配莫氏3﹟錐堵）精磨余量 0.2～0.25 11 熱 低溫時(shí)效處理（烘），消除內(nèi)應(yīng)力 12 車(chē) 一端夾住，一端搭中心架 <1> 鉆φ16孔，用導(dǎo)向套定位，螺紋不攻 Z–2027 <2> 調(diào)頭，鉆孔φ10攻M16–6H內(nèi)螺紋 檢查 13 鉗 <1> 錐孔內(nèi)塞入攻絲套 <2> 攻M16–6H內(nèi)螺紋至尺寸 14 研 研中心孔R(shí)a0.8 15 外磨 工件裝夾于二頂尖間 <1> 精磨φ40及φ35 φ30 φ25外圓至尺寸 <2> 磨M10　　M10左螺紋 <3> 半精磨φ35js5二處至φ30 <4> 精磨1：1.09錐度至尺寸,用涂色法檢查按觸面大于85% 1:5環(huán)規(guī) 16 磨 工件裝夾二頂尖間，磨螺紋 <1> 磨M10左螺紋至尺寸 M33×1.5左環(huán)規(guī) <2> 磨M10螺紋至尺寸 M33×1.5環(huán)規(guī) 17 研 精研中心孔R(shí)a0.4

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