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河南理工萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文（論文）
河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）
題目 實(shí)體保持架端面去毛刺機(jī)設(shè)計(jì)
院（系部） 機(jī)械與動(dòng)力工程系
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
年級(jí)班級(jí)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
2012年 5 月 25 日
目 錄
摘 要 III
1 緒論 1
1.1 實(shí)體保持架去毛刺加工現(xiàn)狀 1
1.2 砂帶磨床介紹 1
1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹 1
1.2.2砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[3] 2
1.2.3 砂帶磨床的設(shè)計(jì)介紹 5
2 總體方案設(shè)計(jì) 9
2.1 工件加工工藝分析 9
2.2 機(jī)床總體布局 10
2.3 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定 10
3 磨頭設(shè)計(jì) 12
3.1 磨削分析與計(jì)算以及磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1.1 磨削力的理論計(jì)算： 12
3.1.2 磨削功率計(jì)算： 12
3.1.3 砂帶張緊力計(jì)算： 13
3.1.4 磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)： 13
3.1.5 砂帶尺寸選擇及計(jì)算： 14
3.1.6 砂帶磨削過(guò)程中的受力分析： 15
3.1.7 張緊機(jī)構(gòu)及快換操縱機(jī)構(gòu)和調(diào)偏機(jī)構(gòu)[10] 16
3.2 主軸設(shè)計(jì)[10] 17
3.3 帶輪設(shè)計(jì)[9] 23
4 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 25
4.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)[9] 25
4.2 絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)設(shè)計(jì)[9] 26
5 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
5.1進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇 28
5.2傳送帶設(shè)計(jì) 29
6 機(jī)床功能分析 31
6.1 磨頭功能分析 31
6.2 磁性工作臺(tái)功能分析 32
6.3 進(jìn)給系統(tǒng)功能分析 33
7 結(jié)論 34
致謝 36
參 考 文 獻(xiàn) 38
摘 要
本文針對(duì)實(shí)體保持架端面去毛刺的加工現(xiàn)狀，著重對(duì)砂帶磨削機(jī)床進(jìn)行了相關(guān)研究與設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，運(yùn)用專用機(jī)床設(shè)計(jì)方法，通過(guò)各種計(jì)算校核，運(yùn)用制圖表達(dá)等，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床的這一功能，可以很好的完成摩擦片表面去毛刺這一加工任務(wù)。本文的主要內(nèi)容包括：
1.介紹目前實(shí)體端面去毛刺的加工現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以及砂帶磨床設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)介。
2.砂帶磨床總體方案的確定，主要是確定機(jī)床的總體布局，各功能模塊的實(shí)現(xiàn)方案，以及主要技術(shù)參數(shù)的選擇與確定和傳動(dòng)鏈的計(jì)算。
3.砂帶磨床的各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要是主軸，磨頭，工作臺(tái)，進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括各部分的結(jié)構(gòu)，裝配以及功能分析。
關(guān)鍵詞：實(shí)體保持架，去毛刺，砂帶磨削，機(jī)床
IV
河南理工萬(wàn)方科技學(xué)院（論文）
ABSTRACT
In this paper, the friction surface of the processing status of deburring, abrasive belt grinding machine tool focused on a related research and design. According to the design of tasks, the use of Special Purpose Machine design methodology, verification through a variety of computing, such as the use of cartographic expression, and ultimately the function of machine tools can be a very good surface friction of the completion of the processing task of deburring. The main contents of this article include:
1. Introduced friction surface to the current processing status of burr abrasive belt grinding machine at home and abroad of the status quo and development trend of development, as well as a brief introduction of abrasive belt grinding machine design.
2. Abrasive belt grinding machine to determine the overall program, the main tool is to determine the overall layout of the realization of the function modules, as well as the choice of main technical parameters and the identification and calculation of transmission chain.
3. Abrasive belt grinder features of the detailed design of modules, mainly spindle, grinding head, table, into the detailed design of the system, including the part of the structure, assembly and functional analysis.
Key words：Friction plate, Deburring, Belt grinding, Machine Tool
重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT
河南理工萬(wàn)方科技學(xué)院（論文）
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河南理工萬(wàn)方科技學(xué)院（論文）
1 緒論
1.1 實(shí)體保持架去毛刺加工現(xiàn)狀
本課題中，研究解決實(shí)體保持架端面去毛刺的解決方法。由于實(shí)體保持架屬于板平面零件，在其經(jīng)過(guò)一系列加工過(guò)程后，表面總會(huì)產(chǎn)生一些飛邊毛刺。為了到達(dá)其使用要求，必須將表面毛刺去除，以達(dá)到其工藝標(biāo)準(zhǔn)。目前工業(yè)生產(chǎn)中，板平面零件除毛刺工藝雖然有很多種，但大多采用機(jī)械去毛刺方法，去毛刺動(dòng)作過(guò)程及原理、適用范圍各不相同?？偟膩?lái)說(shuō)有以下幾種[1]：手工去毛刺工藝；滾筒去毛刺工藝；震動(dòng)光飾去毛刺；磨削去毛刺；噴射去毛刺等。由于在薄板平面零件生產(chǎn)中，有些零件必須去毛刺后才可以轉(zhuǎn)入后續(xù)加工或進(jìn)入產(chǎn)品裝配，交付用戶使用。從經(jīng)濟(jì)合理的角度考慮，不同的此類零件，應(yīng)選用各種不同的去毛刺工藝，以確保產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、成本低[2]。
本課題從這些方面考慮，將選用磨削去毛刺工藝來(lái)解決本課題問(wèn)題。在磨削去毛刺工藝中，采用電動(dòng)砂輪機(jī)和砂布帶輪手工修理雖然工時(shí)費(fèi)用低，但工人操作安全性較差，工作效率不高。而砂帶磨削擁有一次磨削寬度大、磨削效率高、系統(tǒng)振動(dòng)小且穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。由于摩擦片屬于加工易變形的厚度不大的平板類零件，且批量生產(chǎn)、數(shù)量較多，因而選用砂帶磨削設(shè)備能很好的解決本課題問(wèn)題，即設(shè)計(jì)摩擦片表面去毛刺砂帶磨削機(jī)床。
1.2 砂帶磨床介紹
1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹
砂帶磨床是一種既古老而又新興的工藝。近30多年來(lái), 粘滿尖銳砂粒的砂布或砂紙制成一種高速的多刀多刃連續(xù)切削工具用于砂帶磨床之后, 砂帶磨削技術(shù)獲得了很大的發(fā)展。這種砂帶磨削技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了原有的只用來(lái)加工和拋光的陳舊概念。現(xiàn)在砂帶磨床的加工效率甚至超過(guò)了車(chē)、銑、刨等常規(guī)加工工藝，加工精度已接近或達(dá)到同類型機(jī)床的水平，機(jī)床功率的利用率領(lǐng)先于所有的金屬切削機(jī)床，應(yīng)用范圍不僅遍及各行各業(yè)，而且對(duì)幾乎所有的材料，無(wú)論是金屬還是非金屬都可以進(jìn)行加工[3]。長(zhǎng)期以來(lái)不大引人注意的砂帶磨削工藝現(xiàn)在正進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展的新階段。
1.2.2砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[3]
砂帶磨削在世界各國(guó)、特別是美國(guó)和西德的應(yīng)用非常廣泛，從日用的湯匙到宇航器具的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)各行各業(yè)無(wú)不競(jìng)相采用。
① 美國(guó)
美國(guó)是在世界上最早研制砂帶磨床的國(guó)家。第一臺(tái)砂帶磨床用于加工木材，隨后廣泛用于加工金屬。據(jù)美國(guó)對(duì)全國(guó)金屬加工設(shè)備調(diào)查表明，70 年代，美國(guó)的砂帶磨床已突破4 萬(wàn)臺(tái)。到90 年代，每10 臺(tái)磨床至少有一臺(tái)砂帶磨床，而拋光機(jī)床中每3 臺(tái)就有 1 臺(tái)是砂帶拋光機(jī)。在美國(guó)注冊(cè)砂帶磨床的公司和工廠多達(dá)53 家，著名的工廠有哈蒙德公司、希爾艾克米公司、泰姆塞費(fèi)斯公司等，它們主要生產(chǎn)運(yùn)輸帶式平面砂帶磨床、無(wú)心外圓砂帶磨床、大平面寬砂帶磨床。在美國(guó)，砂帶磨床的應(yīng)用遍及所有行業(yè)。隨著砂帶制造工藝的不斷改善，機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性的加強(qiáng)，機(jī)床功率的增加，自動(dòng)化程度的提高，使機(jī)床金屬切削率逐年增加，加工精度有了大幅度的提高，同時(shí)加工范圍和對(duì)象也不斷擴(kuò)大。
② 西德
西德從50 年代就開(kāi)始研究砂帶磨削，各型砂帶磨床都有生產(chǎn)，瓦德里希·科堡廠(W aldrich2 cobnrg) 和文得令登(vander linden) 廠都是生產(chǎn)大型機(jī)床的著名工廠。他們利用長(zhǎng)期生產(chǎn)大型機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，利用導(dǎo)軌磨床的部件，如靜壓導(dǎo)軌道、龍門(mén)結(jié)構(gòu)、大型真空吸附高精度工作臺(tái)等，設(shè)計(jì)和制造了大量的寬砂帶平面磨床。
③ 日本
日本自行生產(chǎn)砂帶磨床的工廠主要有松下電機(jī)廠、東芝機(jī)械廠等，已生產(chǎn)各類型平面砂帶磨床、無(wú)心外圓砂帶磨床。80 年代，東芝機(jī)械廠制成了55L -V K 型超小氣動(dòng)砂帶機(jī)，突破以前無(wú)法用砂帶加工小溝槽的這一難題，值得注意。
④ 國(guó)內(nèi)
國(guó)內(nèi)的砂帶磨削技術(shù)是在20世紀(jì)70年代末才得以真正發(fā)展，隨著國(guó)內(nèi)的改革開(kāi)放，砂帶磨削技術(shù)日益引起了各行業(yè)，研究單位和企業(yè)的重視，加之砂帶制造技術(shù)的提高及品種的增加，使得砂帶磨削設(shè)備的研究和生產(chǎn)也得到了較大的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)的砂帶制造廠家有鄭州白鴿等數(shù)十家企業(yè)等，砂帶磨削設(shè)備的生產(chǎn)廠家有重慶三磨海達(dá)磨床公司等十來(lái)家企業(yè)，研究單位有鄭州三磨所，華僑大學(xué)，廣東工業(yè)大學(xué)，湖南大學(xué)，東北大學(xué)，重慶大學(xué)等多家科研院所和高校。
1）.砂帶磨床的應(yīng)用
A .應(yīng)用范圍：
a.大型平面的厚板、中等厚板、薄板、特別是耐熱難加工材料，如不銹鋼板、鈦合金板等。
b 大量生產(chǎn)的平面零件。如電子工業(yè)的印刷板、變壓器硅鋼片、齒輪箱體等。
c 型面加工。各種大小尺寸的復(fù)雜型面，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。如采用直徑小于 25mm 的砂輪進(jìn)行加工，砂輪會(huì)很快磨損，而且也無(wú)法確保精度，而砂帶磨床則能以穩(wěn)定的速度工作，精度、粗糙度精度、效率都很高。
d 用砂輪磨床加工大型容器、大尺寸棒料、管料時(shí)砂輪直徑要大于125mm ，如改用砂帶磨床，效率至少可提高一倍。
e 對(duì)于直徑大于 25mm 的長(zhǎng)內(nèi)孔進(jìn)行磨削、拋光，尤其是薄壁內(nèi)孔最為適用。
B 砂帶磨削的加工精度
砂帶磨床的一般精度最高可以保證在±01005mm ，美國(guó)森斯特蘭(Sundstrand) 廠的“H i-Grind”砂帶平面磨床加工直徑為380mm 的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸蓋，不平度已達(dá)到0.001mm。
C 砂帶磨床的生產(chǎn)效率
在加工效率方面，砂帶磨床遠(yuǎn)高于砂輪磨床，一般約為 4 倍。美國(guó)的“H i- Grind”砂帶平面磨床，每分鐘切除每立方英寸的金屬切屑所需功率僅為立式平面磨床的1/ 3。砂帶磨床用于切除金屬的功率可高達(dá)其輸入功率的96% , 幾乎全部轉(zhuǎn)換為有用功。
D 加工成本：
砂帶磨床高速發(fā)展的原因之一是經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。日本曾就砂帶磨削的生產(chǎn)成本進(jìn)行了詳細(xì)的分析，認(rèn)為砂輪磨床的成本比砂帶磨床高，砂帶磨床要比銑床的生產(chǎn)成本低。例如，以切除鑄鐵工件每一立方英寸切屑計(jì)，用砂帶磨床比用砂輪磨床成本低 25%。
2) 砂帶磨床的發(fā)展趨勢(shì)[4]
A 繼續(xù)提高生產(chǎn)效率
a 提高磨削速度和增大機(jī)床功率。長(zhǎng)期以來(lái)，砂帶磨床的砂帶工作速度一直停留在 20m/s～ 30m/s。據(jù)美國(guó)制造工程學(xué)會(huì)研究報(bào)告說(shuō)， 100m/s 的高速砂帶磨床已在試驗(yàn)。在過(guò)去較長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期，機(jī)床功率從每一平方英寸砂帶面積 4.4kW～ 7.5kW ，到了 70 年代已提高到 18.5kW～ 26kW ，機(jī)床功率現(xiàn)如今為200kW以上的已屢見(jiàn)不鮮，為提高金屬切除率，機(jī)床的功率必將增大。
b 發(fā)展寬砂帶磨削，擴(kuò)大寬砂帶磨床的使用范圍。目前，最大寬度的砂帶磨床可磨削 4.9m 寬的平面。據(jù)報(bào)導(dǎo)，宇航器具、大型艦艇、高能物理的研究和應(yīng)用都要大量使用高精度、高粗糙度精度的板材。提高板材加工效率的途徑就是要發(fā)展寬砂帶磨床。
B 提高加工精度
西德瓦德里希科堡廠在砂帶磨床上大量采用高精度常規(guī)磨床的結(jié)構(gòu)。美國(guó)森斯特蘭廠的砂帶磨床，按照砂帶磨削工作的特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用部件以便提高機(jī)床的加工精度。但就砂帶磨床本身來(lái)說(shuō)，砂帶制造精度的提高，同樣是很重要的。
C 延長(zhǎng)砂帶壽命
延長(zhǎng)砂帶壽命是降低砂帶磨床加工成本最為關(guān)鍵的一個(gè)因素。目前，使用壽命已從 2h～ 4h 提高到 8h～12h 。為進(jìn)一步延長(zhǎng)砂帶壽命，除改善磨料、粘結(jié)劑基底之外，國(guó)外還從砂帶磨損的機(jī)理上解決延長(zhǎng)壽命的問(wèn)題。砂帶磨損主要“粘蓋”和“磨鈍”，特別是“粘蓋”現(xiàn)象最為嚴(yán)重，一旦出現(xiàn)“粘蓋”，砂帶就無(wú)法繼續(xù)使用。因此，美國(guó)最近在制造砂帶中已加添抗“粘蓋”的化學(xué)添加劑。
D 提高自動(dòng)化程度
多頭砂帶磨床、運(yùn)輸帶式或回轉(zhuǎn)臺(tái)式砂帶磨床都是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一些手段。至于數(shù)控砂帶磨床，早在 1973 年在西德就開(kāi)始使用，西德的 FBSA – 800 、 FBSA - 1000mm 大平面砂帶磨床也早已開(kāi)始應(yīng)用。
E 擴(kuò)大萬(wàn)能性和適應(yīng)性
一機(jī)多能、一機(jī)多頭機(jī)床，上下表面同時(shí)加工的機(jī)床，磨完工件上表面后工件自行翻身再磨下表面的機(jī)床，連續(xù)加工而工件自動(dòng)退回的機(jī)床，機(jī)電一體化的各種砂帶磨床，隨著工業(yè)發(fā)展已相繼問(wèn)世和投入使用。砂帶磨床的萬(wàn)能性、適應(yīng)性今后還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，使砂帶磨床在工業(yè)生產(chǎn)中無(wú)所不能。
1.2.3 砂帶磨床的設(shè)計(jì)介紹
砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，用相應(yīng)的接觸方式及高速運(yùn)動(dòng)的砂帶對(duì)工件表面進(jìn)行磨削和拋光的一種新工藝。隨著汽車(chē)、建材、裝飾工業(yè)、模具工業(yè)及其它輕工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)金屬和非金屬材料特別是難加工材料如塑料、皮革、橡膠、不銹鋼、陶瓷等表面機(jī)械加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及勞動(dòng)環(huán)境提出了越來(lái)越高的要求，用一般傳統(tǒng)的切削加工方法已難以滿足這些要求。在過(guò)去的五、六十年內(nèi)，砂帶磨削作為一種新工藝，在這些加工領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。砂帶磨床主要用來(lái)作為粗磨、去毛刺、大余量磨削、精磨、細(xì)磨、裝飾拋光、無(wú)心磨以及成形磨削之用。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨削技術(shù)以其獨(dú)具的加工特點(diǎn)被視為是一種很重要的加工方法。國(guó)外有專家曾把砂帶磨床比作“未來(lái)的巨人”來(lái)加以評(píng)述[5]。
1） 砂帶磨削原理：
實(shí)現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶法和接觸板法。最常用的是帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶法。如圖 1 所示：
砂帶套在傳動(dòng)輪、接觸輪的外表面上，并使砂帶張緊和高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件形狀和加工要求，以相應(yīng)接觸方式和適當(dāng)磨削參數(shù)對(duì)工件進(jìn)行磨削或拋光。
砂帶磨削的基本部件有：
A 主軸傳動(dòng)裝置。有單速或具有較大靈活性的變速傳動(dòng)，有時(shí)裝有可逆電動(dòng)機(jī)，以改變砂帶的運(yùn)動(dòng)方向。皮帶速度為 10～ 50m/ min , 通常取16 ～ 30m/min ，主傳動(dòng)裝置的功率，在每10mm 寬的砂帶上是0.3～0. 7kW。
圖 1 ：接觸輪式砂帶磨削
B 砂帶張緊裝置。保持磨削及導(dǎo)向時(shí)砂帶的適當(dāng)張力在砂帶磨削過(guò)程中起到重要作用，它影響到砂帶的切削性能和加工零件表面粗糙度。當(dāng)增加砂帶拉力時(shí)，可提高金屬切除量，但同時(shí)也提高表面粗糙度值和磨料覆蓋層的消耗量。經(jīng)試驗(yàn)表明，砂帶的張力在6～8N/ mm 范圍內(nèi)，在逆磨削時(shí)每次行程能切出最大的金屬量。拉緊機(jī)構(gòu)有各種形式，從簡(jiǎn)單的機(jī)械或彈簧方法到寬砂帶與重負(fù)載磨削機(jī)床用的氣動(dòng)及液壓拉緊裝置。同時(shí)，為了獲得最大的生產(chǎn)率，必須使更換砂帶的時(shí)間最少,通常操作者能在1min 之內(nèi)更換砂帶。
C 砂帶導(dǎo)向裝置。砂帶工作時(shí), 惰輪或張緊輪應(yīng)當(dāng)可以調(diào)整，使砂帶定位及對(duì)中，根據(jù)砂帶的寬度，這一裝置可以手動(dòng)或自動(dòng)。砂帶寬度大于 200mm 時(shí)，通常使用自動(dòng)導(dǎo)向裝置，使接觸輪與張緊輪之間的砂帶自動(dòng)對(duì)正。
D 接觸輪。接觸輪在磨削點(diǎn)上支承砂帶，其本體是用鋁或鋼制成，輪上覆蓋橡膠、纖維、毛氈或其它材料制造的彈性圈(厚度為3～15mm)。根據(jù)需要，可制成各種密度橡膠輪，輪的表面制成交錯(cuò)開(kāi)槽式或平滑式。使用各種橡膠化合物作為接觸輪的覆蓋面，以滿足一定的磨削要求。這些化合物包括：氯丁橡膠、乙烯樹(shù)脂、硅酮橡膠、氯硫酸化聚乙烯合成橡膠。
E 若在砂帶后面安裝一塊型板(鋼、硬質(zhì)合金或鑄鐵平板)來(lái)代替接觸輪，則可完成磨邊、四邊形、端面、平面及精磨工作，保證零件的平面度或直線性。
此外還有吸塵系統(tǒng)等。
2) 砂帶磨削特點(diǎn)
砂帶與易損壞的工具如用于單刃車(chē)削、銑削、砂輪磨削等工具相比，具有下列特點(diǎn)：
A 加工效率高。經(jīng)過(guò)精選的針狀砂粒采用先進(jìn)的“靜電植砂法”，使砂粒均勻直立于基底、且鋒口向上、定向整齊排列，等高性好，容屑間隙大，接觸面小，具有較好的切削性能。應(yīng)用這一多刀多刃的切削工具進(jìn)行磨削加工，對(duì)鋼材的切除率已達(dá)每 mm 寬砂帶 200～600 mm3 / min。
B 加工表面質(zhì)量高。砂帶磨削時(shí)接觸面小摩擦發(fā)熱少，且磨粒散熱時(shí)間間隔長(zhǎng)，可以有效地減少工件變形及燒傷，故加工精度高，尺寸精度可達(dá)±0.002mm，平面度可達(dá)0. 001mm。另外，砂帶在磨削時(shí)是柔性接觸，具有較好地磨削、研磨和拋光等多重作用，再加上磨削系統(tǒng)振動(dòng)小，磨削速度穩(wěn)定使得表面加工質(zhì)量粗糙度值小，殘余應(yīng)力狀態(tài)好，工件的粗糙度可達(dá) Ra0. 4～0. 1μm ，且表面有均勻的粗糙度。但由于砂帶不能修整,故砂帶磨削加工精度比砂輪磨削略低。
C 工藝靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。砂帶磨削可以方便地用于平面、外圓、內(nèi)圓磨削、復(fù)雜的異形面加工、切削余量 20mm 以下的粗加工磨削、去毛刺和為鍍層零件的預(yù)加工、拋光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接處的凸瘤、代替鉗工作業(yè)的手工勞動(dòng)。除了有各種通用、專用設(shè)備外，設(shè)計(jì)一個(gè)砂帶磨頭能方便地裝于車(chē)床、刨床和銑床等常規(guī)現(xiàn)成設(shè)備上，不僅能使這些機(jī)床功能大為擴(kuò)展，而且能解決一些難加工零件如超長(zhǎng)、超大型軸類、平面零件、不規(guī)則表面等的精密加工。
D 砂帶有很大的彈性, 因而整個(gè)系統(tǒng)有較高的抗振性。
E 砂帶尺寸可很大，適用于大面積高效率加工,且設(shè)備簡(jiǎn)單，操作安全，使用維護(hù)方便，更換砂帶和培訓(xùn)機(jī)床操作人員花費(fèi)時(shí)間較少。
F 在加工過(guò)程中砂帶增長(zhǎng)，外形和尺寸達(dá)不到高精度，加工零件上的尖銳突出部位和用細(xì)粒度磨料精磨困難，砂帶的堅(jiān)固性比較低，同時(shí)在大多數(shù)情況下砂帶不可能修正，所以使用期限短。
3) 砂帶磨床設(shè)計(jì)：
砂帶磨床設(shè)計(jì)一般包括下面三部分內(nèi)容：
A 傳動(dòng)設(shè)計(jì)：一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床傳動(dòng)設(shè)計(jì)相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要由三方面組成：
a 砂帶的主運(yùn)動(dòng)
b 砂帶的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
c 工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
B 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：
a 砂帶張緊裝置
b 接觸輪設(shè)計(jì)。
C 主要技術(shù)參數(shù)選擇：砂帶速度、砂帶長(zhǎng)度、寬度、砂帶電動(dòng)機(jī)功率。
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2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 工件加工工藝分析
面砂帶磨削的接觸方式、工件運(yùn)動(dòng)軌跡以及磨頭結(jié)構(gòu)的布局和組合本課題中，研究實(shí)體保持架表面去毛刺的解決方法，上一章節(jié)中對(duì)其加工現(xiàn)狀做了簡(jiǎn)要介紹，可以看出，現(xiàn)有的加工方法中砂帶磨削應(yīng)該是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法。根據(jù)《中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——工程機(jī)械制動(dòng)摩擦片技術(shù)條件》（JB/T 8817-1998），實(shí)體保持架端面加工過(guò)后，其外觀質(zhì)量要求為：實(shí)體保持架端面的外觀不應(yīng)有影響使用的龜裂、傷痕、分層、氣泡、翹曲、扭曲等缺陷。同時(shí)，實(shí)體保持架端面的推薦材質(zhì)一般有銅絲石棉編織帶、鋼纖維樹(shù)脂模壓型、石棉橡膠樹(shù)脂模壓型，本課題中將重點(diǎn)針對(duì)鋼纖維樹(shù)脂模壓型這一類進(jìn)行專用砂帶磨床設(shè)計(jì)。由于實(shí)體保持架端面屬于板工件，往往其厚度在幾到幾十毫米之間，因而在加工過(guò)程中難于對(duì)其定位夾緊，且易變形，所以在加工過(guò)程中必須特別注意。摩擦片的表面去毛刺這一加工過(guò)程，可以理解為對(duì)其表面進(jìn)行精加工，或者可以看成對(duì)其表面進(jìn)行拋磨，以最終達(dá)到使用要求，所以在加工過(guò)程中沒(méi)有大的磨削量。最終實(shí)體保持架端面加工后將達(dá)到：尺寸精度 ±0.005mm ，平面度 0.001mm ，工件粗糙度 Ra 0.4-0.1 um 。針對(duì)以上問(wèn)題，下面將詳細(xì)敘述其解決辦法。
首先，實(shí)體保持架端面去毛刺只是對(duì)表面進(jìn)行加工，因而所要設(shè)計(jì)的砂帶磨床將定義為平面砂帶磨削磨床。就平面砂帶磨削而言，實(shí)現(xiàn)平面磨削的方式只能是接觸輪式和壓磨板式，因此平形式等都是以此為基礎(chǔ)的[6]。本設(shè)計(jì)將采用接觸輪式設(shè)計(jì)。
其次，針對(duì)實(shí)體保持架端面屬于薄板工件，難于定位夾緊、易變形等特點(diǎn)，且只對(duì)鋼纖維樹(shù)脂模壓型這一類進(jìn)行磨床設(shè)計(jì)。將采用磁臺(tái)對(duì)其加緊定位，傳輸帶進(jìn)行工件進(jìn)給的組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
最后，由于加工過(guò)程中，不需要大的磨削量，所以磨頭將設(shè)計(jì)為固定，即磨削主運(yùn)動(dòng)為固定，磨削量的控制將由一個(gè)微變升降工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2 機(jī)床總體布局
上文已經(jīng)提到，將設(shè)計(jì)一個(gè)平面砂帶磨削機(jī)床，且主要需要一個(gè)磨頭、磁臺(tái)、傳輸帶、工作臺(tái)組合成一臺(tái)機(jī)床。因而，將采用傳輸帶式平面砂帶磨床的形式，簡(jiǎn)明布局見(jiàn)圖2：
由圖分析，工件隨傳輸帶一次進(jìn)入磨削區(qū)域，由磁臺(tái)對(duì)其定位夾緊，效率高，易于實(shí)現(xiàn)，操作很簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)化。
1-磨頭 2-工件 3-磁臺(tái) 4-工作臺(tái) 5-傳輸帶
圖 2 ：機(jī)床總體布局示意圖
2.3 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定
砂帶磨床的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)包括磨削速度即砂帶速度；砂帶長(zhǎng)度、寬度；工件進(jìn)給速度即傳送帶速度；驅(qū)動(dòng)砂帶電機(jī)功率。
由于去毛刺屬于輕載精加工，一般砂帶速度選擇為 25-35 m/s ，本設(shè)計(jì)中將選用 30 m/s ，即 Vs=30 m/s 。此外工件速度將定于 3 m/min，即 Vw=3 m/min ，以此保證工件加工的足夠精度。
砂帶磨床主要參數(shù)選擇如下：
砂帶速度：Vs=30 m/s
工件進(jìn)給速度：Vw= 3m/min
砂帶：1950mm × 200 mm（長(zhǎng)度×寬度）（ VSM KK711 422）
砂帶磨頭電機(jī)額定功率：15 Kw （ Y160L-4）
加工范圍：工件直徑≤200mm，厚度 3-20 mm
傳送帶尺寸：1800 mm×220 mm（長(zhǎng)度×寬度）
磁臺(tái)尺寸：200mm×200mm（長(zhǎng)度×寬度）
進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)額定功率：2.2 Kw （Y132S-8）
電源：380V/220V 50HZ
磨削方式：干磨
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3 磨頭設(shè)計(jì)
3.1 磨削分析與計(jì)算以及磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 磨削力的理論計(jì)算：
磨削力是研究砂帶磨削過(guò)程中的一個(gè)極為重要的參數(shù)，它和砂帶的磨損，磨削表面質(zhì)量及比磨削能等有著直接關(guān)系。而且磨削力易于測(cè)量和控制，因此可以用磨削力診斷磨削狀態(tài)，作為適應(yīng)控制的評(píng)定參數(shù)[7]。且通過(guò)磨削力的計(jì)算可以對(duì)磨床的后續(xù)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。一般來(lái)說(shuō)，磨削力可以分解為法向和切向兩個(gè)方向的力，具體計(jì)算如下：
已知：砂帶速度 Vs=30m/s，工件速度Vw=3m/min，砂帶寬度 B=200mm,有效磨削深度 ap=0.01mm，比磨削能 Us=800kg/mm×mm。
根據(jù)公式計(jì)算如下：
法向磨削力：Fn=(Us×Vw0.84×ap0.71×B)/Vs (3-1)
=511N
切向磨削力：Ft=(Us×Vw0.84×ap0.68×B)/Vs1.15 （3-2）
=355N
由于砂帶磨削其磨削分力的比例（即切向力和法向力之比）不同與常規(guī)的車(chē)、刨、銑等[8]。一般的車(chē)、銑等工序的切向分力是法向風(fēng)力的 2 - 3 倍；而砂帶磨削的情況卻正好相反，因?yàn)槠鹉ハ魃疃群瓦M(jìn)給量均很小，而磨粒的切削刃鈍圓半徑較大且為負(fù)前角切削的緣故，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，砂帶磨削時(shí)一般為：
Ft/Fn=0.33-0.7 （3-3）
本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)t/Fn =355N/511N=0.69，所以滿足這一規(guī)律，即說(shuō)明各參數(shù)設(shè)定合適。
3.1.2 磨削功率計(jì)算：
由物理學(xué)與功率的關(guān)系可知：
N=FV/1000 （3-4）
式中 N——功率（kW）
F——作用力（N）
V——物體在力F作用下的運(yùn)動(dòng)速度（ m/s ）
顯然對(duì)于砂帶磨削來(lái)說(shuō)，上式中
F=Ft（切向磨削力）
V=Vs（砂帶磨削速度）
所以，砂帶磨削的功率應(yīng)為：
N= Ft Vs/1000 （kW） （3-5）
因而，由（3-5）計(jì)算得：
N= Ft Vs/1000=(355×30)/1000=10.65Kw
由于電機(jī)在傳輸過(guò)程中有必要的功率損失，所以選用電機(jī) Y132S-4 ，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
額定功率：15Kw
滿載轉(zhuǎn)速：1460r/min
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m
最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m
3.1.3 砂帶張緊力計(jì)算：
Fo= PB （3-6）
式中 P——砂帶張力系數(shù) 50-100/25mm
B——砂帶寬度 200mm
由（3-6）計(jì)算得：
Fo=PB =400-800N
3.1.4 磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)：
① 接觸輪設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)輪直徑（ D1 ）的確定
驅(qū)動(dòng)輪直徑（ D1 ）可由下式計(jì)算，即
D1=（60×1000Vs）/π×NS （mm） （3-7）
式中 Vs——砂帶速度 30m/s
Ns——驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 r/min
初定驅(qū)動(dòng)輪直徑 D1 =250mm，可由公式（3-7）得：
Ns=（60×1000Vs）/π×D1
=2304 r/min
由于砂帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 N=1460r/min
由此可得主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)比 i：
i=NS/N=2304/1460=1.57
取標(biāo)準(zhǔn)值 i=1.6.
因?yàn)樵O(shè)計(jì)中選用接觸輪式且驅(qū)動(dòng)輪為接觸輪，所以接觸輪直徑 D 即為驅(qū)動(dòng)輪直徑 D1，即 D= D1=250mm 。同時(shí)，由于去毛刺的加工性質(zhì)為輕載精加工，因而接觸輪將選用表面為平坦?fàn)畹男问?，輪材選用呂材，表面材料為橡膠，硬度和密度為 Hs=40-95[9]，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖。
② 張緊輪設(shè)計(jì)
砂帶必須在一定張緊力作用下才能工作，張緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的張緊力通過(guò)張緊輪使砂帶得以張緊，并在驅(qū)動(dòng)作用下使砂帶進(jìn)行磨削，張緊輪不但起張緊砂帶的作用，而且還起導(dǎo)向作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪直徑越大，導(dǎo)向控制越靈敏。一般情況下建議直徑大于 φ125mm。張緊輪過(guò)小會(huì)引起砂帶彎曲過(guò)分或振動(dòng)，也會(huì)使其轉(zhuǎn)速過(guò)高帶來(lái)其他不利影響。為使砂帶定心，張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪外圓都要求作成中凸弧形。中凸高度值不能過(guò)大，否則會(huì)引起砂帶振動(dòng)及受力不均并使砂帶中部損傷。本設(shè)計(jì)中，因?yàn)?B=200mm，中凸高度值由查閱有關(guān)資料得： σ=2mm。
同時(shí)為了磨削性能的抱枕，必須讓砂帶有一定的包角，且由于驅(qū)動(dòng)輪為接觸輪，所以張緊輪直徑 D2應(yīng)該小于接觸輪直徑 D。
綜上，選定張緊輪直徑 D2=200mm。
3.1.5 砂帶尺寸選擇及計(jì)算：
前文提到選用的砂帶為：1950mm×200mm（長(zhǎng)度×寬度）（ VSM KK711 422 ），其粒度為 P=120,可以很好的完成加工要求。
由于接觸輪與張緊輪的直徑都已經(jīng)確定，又選定砂帶型號(hào)，即已知： D=250mm、D1=200mm、L=1950mm。因而可以計(jì)算出帶輪間的中心距d和砂帶的包角a，公式如下：
中心距： d=（L-πDm）/4+（(L-πDm)2-8△2）/4 （3-8）
式中 Dm=（D+D2）/2；
△=（D-D2）/2；
可得：d=621.2mm
驅(qū)動(dòng)輪包角： a=180°+[(D-D2)×60°]/d （3-9）
可得： a=184.83°
由于包角的大小影響砂帶的傳載能力，包角越大，傳載能力越強(qiáng)，一般來(lái)說(shuō)包角越大越好。若包角過(guò)小，傳遞動(dòng)力時(shí)易打滑。計(jì)算包角不得小于許用包角值 [a]，即 a≥[a]
這在磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)非常重要。驅(qū)動(dòng)輪面是鋼材或鋁材時(shí)取[a]=150°，而本設(shè)計(jì)中a=184.83°，滿足條件。
3.1.6 砂帶磨削過(guò)程中的受力分析：
上文提到本設(shè)計(jì)將采用接觸輪式磨削，而接觸輪式磨削是砂帶磨削所有類型中應(yīng)用最多，也是最有代表性的形式，其結(jié)構(gòu)方式有兩種基本形式：接觸輪直接作為驅(qū)動(dòng)輪，另一輪子為張緊輪；接觸輪不做驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)又是張緊輪?？紤]到機(jī)床的總體布局，本設(shè)計(jì)中將采用接觸輪直接作為驅(qū)動(dòng)輪的形式。砂帶磨削過(guò)程中的砂帶受力分析如下：
當(dāng)砂帶靜止時(shí)，上下兩邊的砂帶張力均為砂帶初張力 F0 。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪對(duì)砂帶的作用力為Ff（有效圓周力）。砂帶與工件接觸產(chǎn)生一定的磨削力，分法向磨削力（Fn）和切向磨削力（Ft），并反作用與砂帶。此時(shí)砂帶兩邊的張力發(fā)生變化，分別為F1、F2。在臨界狀態(tài)（即砂帶磨削中將要而又沒(méi)有打滑的狀態(tài)）時(shí)，各種作用力之間存在如下關(guān)系：
Ff + F1 = Ft + F2
如果不計(jì)輪子本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和輪軸軸承間的摩擦阻力，應(yīng)有： F1 = F2 ，得Ff = Ft 。
由此可見(jiàn)，欲使砂帶能保持正常磨削而不打滑，必須 Ff > Ft 。
由平帶傳動(dòng)原理可知，有效圓周力Ff與張緊力 F0 和輪子結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系是：
（3-10）
其中 F0 ——砂帶初張力，選 F0 = 400N
e——自然對(duì)數(shù)的底（ e = 2.718...）
u——砂帶與驅(qū)動(dòng)輪接觸面的摩擦系數(shù)
a——砂帶繞驅(qū)動(dòng)輪的有效包角
由此可以得出理論圓周力，而實(shí)際圓周力應(yīng)為：
Ff0 = Ff + kuFn （3-11）
式中 k——與接觸弧長(zhǎng)和接觸輪開(kāi)槽情況有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)接觸輪無(wú)開(kāi)槽時(shí)k=1；
Fn ——法向磨削力。
最后通過(guò)計(jì)算得出實(shí)際圓周力為：Ff0 = 1311 N
3.1.7 張緊機(jī)構(gòu)及快換操縱機(jī)構(gòu)和調(diào)偏機(jī)構(gòu)[10]
為使砂帶磨頭正常傳遞動(dòng)力，使砂帶正常磨削，砂帶必須張緊。另外，在工作中由于砂帶也會(huì)塑形伸長(zhǎng)，其預(yù)緊力會(huì)下降，必須使砂帶重新張緊。
張緊方式有內(nèi)部張緊（張緊輪壓在砂帶背面）與外部張緊（張緊輪壓在砂帶砂面）兩類，本設(shè)計(jì)中采用的是前者內(nèi)部張緊。此外張緊機(jī)構(gòu)可分為周期性張緊和自動(dòng)張緊兩類。周期性張緊多采用螺紋和渦輪副等。自動(dòng)一般采用彈簧、配重及氣動(dòng)、液壓張緊裝置等。本設(shè)計(jì)中采用的是彈簧自動(dòng)張緊裝置，結(jié)構(gòu)見(jiàn)磨頭結(jié)構(gòu)圖。前文張緊輪設(shè)計(jì)說(shuō)明中提到，張緊輪通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)中凸值，可以很好地防止砂帶在磨削運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不致于偏離接觸輪，因而不必獨(dú)立設(shè)計(jì)調(diào)偏機(jī)構(gòu)。快換操縱機(jī)構(gòu)主要采用了手柄杠桿原理來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單且高效。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)磨頭機(jī)構(gòu)圖。
3.2 主軸設(shè)計(jì)[10]
① 選擇軸的材料
選用45鋼，正火處理。估計(jì)軸的直徑小于100mm，查的：δb =600Mpa，δs =300Mpa，δ-1=275 Mpa，τ-1=140 Mpa。
② 所承受的扭矩初估計(jì)軸的最小直徑
（3-12）
查的，C =118-107，取 C =118（此軸為轉(zhuǎn)軸）。則
因最小直徑在帶輪處，此處有一鍵槽，且由于軸的懸伸量較大，故軸徑因適當(dāng)增大，參照有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，取標(biāo)注值d=26mm。
③ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3-2a）
A 確定各段軸的直徑
考慮到軸上接觸輪與皮帶輪分別由軸的兩端裝卸，且皮帶輪處為最小軸徑，接觸輪安裝在軸上需要一定的錐度，且接觸輪處懸伸量較大，所以接觸輪軸頭處軸徑應(yīng)適當(dāng)增大，取28mm，為保證一定錐度，到軸頸處取軸徑30mm，即兩端軸徑都取30mm。軸肩處需安裝軸承，軸徑應(yīng)大于軸頸處軸徑30，同時(shí)考慮到滾動(dòng)軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)值，所以軸肩直徑取標(biāo)準(zhǔn)值35mm。軸肩與軸頸過(guò)渡處的倒圓半徑取為2mm，軸身軸徑適當(dāng)增大，取為40mm，軸肩與軸身處退刀槽尺寸為2×1mm。接觸輪軸端處需螺母固定接觸輪，選用M20螺母，因此此處軸徑為M20。
B 初選軸承類型及型號(hào)
因軸主要承受徑向載荷，所以選用深溝球軸承，且主軸部件是磨頭的關(guān)鍵部件，為了防止軸承磨損后造成較大的徑向跳動(dòng)，采用雙聯(lián)軸承自行消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)，即各自選用一對(duì)C級(jí)6307軸承，詳情見(jiàn)主軸裝配圖。
C 確定各段軸的長(zhǎng)度
軸承間采用套筒進(jìn)行軸向定位。為保證套筒與軸承端面緊靠定位，且軸承間有定距環(huán)，裝軸承處的軸肩長(zhǎng)度應(yīng)略小于兩軸承寬度和定距環(huán)寬度之和，定距環(huán)寬度初定為3mm，所以兩端軸肩處長(zhǎng)度取為42mm。帶輪處軸徑由于需安裝端蓋，且到帶輪處需一定的懸伸量，取為80mm。帶輪軸頭長(zhǎng)度由帶輪寬度決定，下一節(jié)中將對(duì)帶輪設(shè)計(jì)作詳細(xì)介紹，長(zhǎng)度取為52mm。由于接觸輪寬度為200mm，有較大懸伸量，且此端軸頸需安裝定距環(huán)和端蓋，定距環(huán)初定為15mm，加上端蓋厚度，此處軸頸長(zhǎng)度取為50mm。接觸輪安裝出軸頭，應(yīng)比接觸輪寬度小，取為150mm，軸端需上一個(gè)螺母與墊片固定接觸輪，長(zhǎng)度取20mm。軸身長(zhǎng)度為86mm。
D 軸上零件的周向固定
帶輪出采用A型普通平鍵聯(lián)接，由手冊(cè)查得截面尺寸b×h為8mm×7mm，長(zhǎng)度取為45mm。
E 確定軸上倒圓半徑及軸肩與軸頭表面粗糙度
軸肩與軸頸過(guò)渡處的倒圓半徑取為1.5mm，軸頭表面粗糙度 ，軸肩表面粗糙度由軸承標(biāo)準(zhǔn)查得 。
④ 軸的受力分析
A 求軸上扭矩
=9550×=44.1
B 求接觸輪上及帶輪上作用力
由前文知，接觸輪受磨削力與砂帶反作用于它的實(shí)際圓周力，分別為：Ff=1311N，F(xiàn)t=355N ，F(xiàn)n =511N
帶輪上的作用力將在下節(jié)作詳細(xì)介紹，得 F=1384N
C 確定跨距
右端支反力作用點(diǎn)到帶輪作用點(diǎn)間的距離為：=50mm
左端支反力作用點(diǎn)到接觸輪作用點(diǎn)間的距離為：=100mm
兩支反力作用點(diǎn)間的距離為：=213mm
D 作計(jì)算簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖3-2 b ）
E 求水平面內(nèi)支反力 及 ，并作水平彎矩 圖（見(jiàn)圖3-2 c、d ）
截面1的彎矩：
截面2的彎矩：
F 求垂直面內(nèi)支反力和，并作垂直面彎矩圖（見(jiàn)圖3-2 e、f ）
截面1的彎矩：
截面2的彎矩：
G 作合成彎矩M圖（見(jiàn)圖3-2 g ）
截面1的合成彎矩：
截面2的合成彎矩：
H 作扭矩T圖（見(jiàn)圖3-2 h ）
⑤ 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核計(jì)算
確定危險(xiǎn)截面：由圖3-2a所示看出，軸上多個(gè)截面存在應(yīng)力集中，但截面3和截面6所受載荷較小，可不考慮。截面4和截面5軸徑相同，但截面4比截面5所受的載荷小，故排除截面4。截面2所受載荷較小，可排除。所以只需對(duì)截面1和截面5進(jìn)行安全系數(shù)校核。
A 截面5的安全系數(shù)校核計(jì)算
查得：
有效應(yīng)力集中系數(shù)：=2.52， =1.82
絕對(duì)尺寸系數(shù)：=0.91，=0.89
表面狀態(tài)系數(shù)：=0.85，=1.5，β= =1.275
等效系數(shù)查得：=0.34，=0.21
截面的抗彎、抗扭截面模量（）由軸的直徑d=30mm，查得：
截面上的應(yīng)力：
彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變化，彎曲應(yīng)力幅：
平均應(yīng)力0；
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變化，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅與平均切應(yīng)力相等，
安全系數(shù)：
彎曲安全系數(shù)：
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)：
綜合安全系數(shù)：
取[S]=1.0-1.1，S>[S]，合適。
B 截面1的安全系數(shù)計(jì)算
查得：
有效應(yīng)力集中系數(shù)：=1.86， =1.54
絕對(duì)尺寸系數(shù)：=0.91，=0.89
表面狀態(tài)系數(shù)：=0.93，=1，β= =0.93
等效系數(shù)查得：=0.34，=0.21
截面的抗彎、抗扭截面模量（）由軸的直徑 d =26mm，鍵槽寬 b =8 mm，
鍵槽深 t =4 mm ，查得：
截面上的應(yīng)力：
彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變化，彎曲應(yīng)力幅：
平均應(yīng)力0；
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變化，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅與平均切應(yīng)力相等，
安全系數(shù)：
彎曲安全系數(shù)：
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)：
綜合安全系數(shù)：
取[S]=1.0-1.1,S>[S],合適。
C 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
安裝帶輪需要用一個(gè) A 型普通平鍵來(lái)聯(lián)接，軸徑為26 mm ，需對(duì)該處鍵聯(lián)接的強(qiáng)度進(jìn)行校核。
已知：鍵長(zhǎng) L=45mm，工作長(zhǎng)度l= L-b = 45mm-8mm = 37mm ，鍵高 h=7mm ，接觸高度 k = h/2 = 7 mm /2 = 3.5 mm
擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度校核：
查得[]=90Mpa,[]=（100-120）Mpa，<[]，<[]，故合適。
圖3.1 軸的受力計(jì)算圖
3.3 帶輪設(shè)計(jì)[9]
由于主軸采用電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，故對(duì)主軸帶輪進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)。已知：傳遞功率 P0 =4.13Kw ，主軸轉(zhuǎn)速 N =2304r/min，傳動(dòng)比 i=1.6，一般用途使用時(shí)間10年（每年工作250天），雙班制連續(xù)工作，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，具體設(shè)計(jì)如下：
⑴ 確定計(jì)算功率P
查得工況系數(shù),則
⑵ 選擇V帶型號(hào)
根據(jù)P=11.7kW，n=2304r/min,查手冊(cè)得：選用B型。
⑶ 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
查手冊(cè)得：=125mm，則
⑷ 驗(yàn)算帶的速度
<25m/s
⑸ 確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld
由0.7（+）≤≤2（+）
即227.5mm=0.7(125mm+200mm)≤≤2(125mm+200mm)=650mm
則初選中心距 =430mm
⑹ 初算 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
=1374mm
選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =1400mm
實(shí)際中心距：
取a=443mm
⑺ 驗(yàn)算小帶輪上的包角
,合適
⑻ 確定V帶根數(shù)
由=125mm，n=2304r/min，查得，B型單根V帶所能傳遞的基本額定功率=2.64kW，功率增量=0.56kW，查得包角系數(shù)=0.98，長(zhǎng)度修正系數(shù)=0.90；所需帶的根數(shù)
取 z =5根
⑼ 確定初拉力
，查得，A型帶 q =0.17kg/ m，得：
⑽ 確定作用在軸上的壓軸力
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4 工作臺(tái)設(shè)計(jì)
在本設(shè)計(jì)中，磨頭的位置恒定，因此磨削量的控制將通過(guò)工作臺(tái)的升降來(lái)實(shí)現(xiàn)。本章將介紹此工作臺(tái)的具體設(shè)計(jì)。
首先，工件的定位與夾緊是通過(guò)磁臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是通過(guò)傳送帶來(lái)實(shí)現(xiàn)，在磨削過(guò)程中，當(dāng)加工不同厚度工件的時(shí)候，需要調(diào)節(jié)磁臺(tái)與磨頭間的位置高度，而實(shí)際磨削去毛刺過(guò)程中，這個(gè)位置高度值就是工件的厚度，所以如何調(diào)節(jié)這個(gè)高度值就該由工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即工作臺(tái)將能夠?qū)崿F(xiàn)上下位置的升降。而摩擦片的厚度往往不是很大，前面機(jī)床主要參數(shù)中提到，加工工件厚度范圍為3-20 mm ，即工作臺(tái)需要能夠?qū)崿F(xiàn) 17 mm 的微量上下調(diào)節(jié)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)中將通過(guò)一個(gè)蝸輪蝸桿傳動(dòng)與一個(gè)絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)過(guò)程中通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)與蝸桿相連接的手輪控制磨削量，最后通過(guò)絲桿的上下移動(dòng)來(lái)完成對(duì)工作臺(tái)升降的控制（詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)工作臺(tái)裝配圖）。對(duì)蝸桿傳動(dòng)和絲桿螺母的設(shè)計(jì)如下：
由于此傳動(dòng)只是調(diào)節(jié)磨削量，傳動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有受到實(shí)際載荷，也不需要有轉(zhuǎn)速控制，因而只需對(duì)各傳動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)作出必要設(shè)計(jì)即可。
4.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)[9]
① 選擇材料與熱處理方式
蝸桿選用 45 鋼，表面淬火處理，齒面硬度 >45 HRC 。蝸輪材料選用ZcuSn10Pb1，砂型鑄造。
② 去頂蝸桿頭數(shù) 和蝸輪齒數(shù)
為了保證傳動(dòng)的精確性，必須保證蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿，即需要“自鎖”。因此蝸桿頭數(shù) =1。傳動(dòng)比比選用推薦標(biāo)準(zhǔn)值 i=40，則 。
③ 確定蝸桿分度圓直徑與模數(shù)m
查閱手冊(cè)，初選=28mm，模數(shù)m=1.6。
④ 確定蝸輪分度圓直徑
⑤ 確定蝸桿倒程角
得：=3.27°
⑥ 主要幾何參數(shù)
m=1.6mm, =1, =40, =3.27°
=28mm, =64,
蝸輪喉圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
⑦ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)零件圖
4.2 絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)設(shè)計(jì)[9]
在此傳動(dòng)中，選用的是一般滑動(dòng)絲桿副傳動(dòng)，采用的是螺母轉(zhuǎn)動(dòng)——絲桿移動(dòng)的方式，且絲桿一端簡(jiǎn)支、一端自由。螺母選用梯形螺紋，可以有很好的“自鎖性”，能夠保證調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。此外由于渦輪蝸桿傳動(dòng)要與絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)相聯(lián)接，所以設(shè)計(jì)中將螺母與渦輪連接在一起，可以很好的解決此問(wèn)題，具體結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)零件圖與工作臺(tái)裝配圖。下面給出絲桿、螺母的主要尺寸參數(shù)：
螺距：P=2mm
絲桿外徑：=26mm
絲桿內(nèi)徑： =23.5mm
絲桿、螺母中徑：=25mm
螺母外徑：d′=26.5mm
螺母內(nèi)徑 ：d′=24mm
絲桿斷面積：A=4.34
螺紋升角：ψ=1°27′31″
絲桿斷面極慣性矩：In=2.9941
絲桿端面慣性矩：I=1.5938
需要強(qiáng)調(diào)的是，由于絲桿兩端都沒(méi)有固定，這勢(shì)必會(huì)對(duì)傳動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性有影響，因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將絲桿螺母用一個(gè)軸承起到絲桿軸向固定，絲桿聯(lián)接到工作臺(tái)時(shí)盡量防止工作臺(tái)水平面的移動(dòng)，運(yùn)用一個(gè)凸臺(tái)可以很好的防止，此外由于工作臺(tái)微量調(diào)節(jié)，為了保護(hù)工作臺(tái)上升高度太高，與磨頭向接觸，在絲桿尾部設(shè)計(jì)了一個(gè)止動(dòng)安全墊片。
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5 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)用于控制除主運(yùn)動(dòng)以為的其他運(yùn)動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中，主運(yùn)動(dòng)即砂帶的磨削運(yùn)動(dòng)由一個(gè)電機(jī)通過(guò)V帶傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以進(jìn)給系統(tǒng)需要控制工件的進(jìn)給速度。前文總體設(shè)計(jì)中提到，工件的進(jìn)給速度控制由傳送帶帶動(dòng)工件移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且為保證工件的表面加工質(zhì)量，工件的進(jìn)給速度為 Vw =3m/min 。由于此速度較低，需要一定的減速機(jī)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)，減速箱的傳動(dòng)比將會(huì)很大。而本設(shè)計(jì)中的進(jìn)給系統(tǒng)由一個(gè)傳送帶、減速箱與驅(qū)動(dòng)電機(jī)簡(jiǎn)單組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速箱減速后與傳送帶聯(lián)接，可以較好的實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。減速箱一般可由廠家訂購(gòu)，由于起傳動(dòng)比較大，而蝸輪蝸桿傳動(dòng)比往往很大且有較好的傳動(dòng)性能，因而選用二級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的減速箱，這樣就可以很好的解決此問(wèn)題。所以只需根據(jù)實(shí)際磨削運(yùn)動(dòng)選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及完成傳送帶的設(shè)計(jì)，將可以實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給速度為Vw=3m/min 這一要求。具體結(jié)構(gòu)及安裝見(jiàn)傳送帶安裝圖。下面對(duì)選用的電機(jī)及傳送帶設(shè)計(jì)介紹如下：
5.1進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇
在工件的磨削過(guò)程中，傳送帶帶動(dòng)工件移動(dòng)，工件受磁臺(tái)吸附定位加緊，且受到砂帶的磨削運(yùn)動(dòng)，因而作用到傳送上的作用力，實(shí)際上為砂帶對(duì)工件的磨削力與傳送帶與磁臺(tái)的摩擦力。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的載荷就是克服這些力所做的功以及加上在傳動(dòng)過(guò)程中的功率損失。選用電機(jī)應(yīng)該按照此條件來(lái)選用。
1.求電機(jī)克服阻力所做的功N
已知：不計(jì)工件重量，作用到工件上的磨削力為：Fn=511N，F(xiàn)t=355N，設(shè)傳送帶與磁臺(tái)之間的摩擦系數(shù)u=0.5。則
可以看出驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要的功率很小，幾乎可以忽略不計(jì)，而電機(jī)所作的另一部分功為也很小。因而選用Y132S-8電機(jī)，可以完全滿足進(jìn)給要求，它的主要技術(shù)參數(shù)如下：
額定功率：2.2Kw
滿載轉(zhuǎn)速：710r/min
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.0N/m
最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.0N/m
5.2傳送帶設(shè)計(jì)
現(xiàn)在傳送帶設(shè)計(jì)中，主要考慮帶輪的直徑、寬度以及中心距。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)已經(jīng)選定，而減速箱傳動(dòng)比i由廠家產(chǎn)品決定，可以先初定帶輪直徑，在選用一定傳動(dòng)比i的減速箱。由于前面工作臺(tái)的設(shè)計(jì)中給出了工作臺(tái)的裝配高度，其高度為355mm，輪徑應(yīng)大于355mm，綜合考慮初定帶輪直徑 d0=400mm ，寬度由于砂帶寬度 B=200mm，因而帶輪寬度選為 B′=220mm。帶輪需要兩個(gè)組合安裝，帶輪材料選用一般鋁材即可，詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)傳送帶安裝圖。
求傳動(dòng)比i：
帶輪轉(zhuǎn)速：
傳動(dòng)比：
選用傳動(dòng)比i=1:300的減速箱， 則
，合適
即帶輪直徑為d=400mm
此外帶輪間中心距選擇時(shí)主要考慮工作臺(tái)的寬度尺寸，由于前文已經(jīng)給出磁臺(tái)長(zhǎng)度為200mm，工作臺(tái)寬度應(yīng)大于200mm，綜合考慮初定帶輪中心距a=800mm。
皮帶長(zhǎng)度：
查標(biāo)準(zhǔn)，選取L=2800mm
實(shí)際中心距：
值得注意的是，工作臺(tái)的升降必將會(huì)導(dǎo)致傳送帶的長(zhǎng)度改變，但是由于加工工件的厚度范圍限于3-20mm，這是一個(gè)很小的微量變化，因此不必因此設(shè)計(jì)中心距調(diào)節(jié)裝置，只需在傳送帶張緊時(shí)設(shè)定一個(gè)合適的張緊力即可。
河南理工萬(wàn)方科技學(xué)院（論文）
6 機(jī)床功能分析
通過(guò)前面幾個(gè)章節(jié)的詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明，基本實(shí)現(xiàn)機(jī)床各部分的功能?？偟膩?lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的砂帶磨削機(jī)床主要由砂帶磨削頭、傳送帶動(dòng)力頭以及磁性工作臺(tái)三個(gè)部分組成。其中，砂帶磨頭采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)V帶傳動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)接觸輪，簡(jiǎn)單高效，整個(gè)砂帶磨頭安裝在工作臺(tái)垂直方向的正中位置，且位置恒定不動(dòng)，保證磨削了磨削運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。在工件實(shí)際磨削加工過(guò)程中，工件放入傳送帶右端，將擁有飛邊、毛刺面朝上，由傳送帶自動(dòng)輸向磨頭。傳送帶由進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速箱后帶動(dòng)。工件進(jìn)入磨削區(qū)域后，由于工件材料的特殊性，磁臺(tái)將自動(dòng)將工件吸貼在帆布傳送帶上。當(dāng)砂帶對(duì)工件表面磨削時(shí)，依靠磁臺(tái)的磁性，吸住工件與傳送帶同步通過(guò)砂帶磨削區(qū)域。當(dāng)傳送帶驅(qū)使工件離開(kāi)工作臺(tái)磁性區(qū)域時(shí)，工件自動(dòng)消磁，到達(dá)傳送帶左端。在此處可以安放一個(gè)料箱，工件依據(jù)慣性力方向可以自動(dòng)落入料想內(nèi)。整個(gè)過(guò)程連續(xù)高效，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
6.1 磨頭功能分析
砂帶磨頭作為機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行構(gòu)件，其功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)床來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。一個(gè)完整的砂帶磨頭，除具有基本的驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪和接觸功能件（本設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)輪直接為接觸輪，沒(méi)有其他接觸功能部件）外，還必須有許多與磨