3M4740鋼球研球機(jī)設(shè)計(jì)【含5張CAD圖紙+文檔全套】

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This graduation design instruction including 3M4740 steel ball lapping machine structure and working principle of what happened, and their use in any possible problems and solutions provide a detailed description, focusing on the use of the knowledge acquired by science on the types of hydraulic system components and design program comparison and analysis, We thus determine the optimal design and design parameters, then right 3M4740 steel ball lapping machine exercise, to ensure its feasibility, so in the course of a more secure, easy to maintain, easy workers to operate. Keyword: 3M4740 Steel Ball Lapping Machine Supply System Main Structure Map第1章緒論1.1金屬切削機(jī)床及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 在人們?nèi)粘Ｉ钪?，使用著大量各種各樣的機(jī)器、機(jī)械、儀表和工具。它們都是有一定形狀和尺寸精度的零件組成。生產(chǎn)零件并把它們裝配成各式各樣的機(jī)器、機(jī)械、儀表和工具的工業(yè)稱(chēng)為機(jī)械制造工業(yè)，也稱(chēng)為機(jī)械制造業(yè)。它的任務(wù)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)提供現(xiàn)代化的技術(shù)裝備。如果沒(méi)有強(qiáng)大而完美的現(xiàn)代化制造工業(yè)，就沒(méi)有現(xiàn)代化的裝備來(lái)武裝國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)，也就無(wú)法保證我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。1.2我國(guó)機(jī)床工業(yè)及軸承行業(yè)的發(fā)展概況 中國(guó)人民是聰明勤勞的，早在公元前就出現(xiàn)了原始的鉆床和木工車(chē)床。比如早期的加工機(jī)械是靠人的雙手作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)加工木料。為加工回轉(zhuǎn)體，出現(xiàn)了依靠人力的回轉(zhuǎn)車(chē)床。在原始加工階段，人既機(jī)床的原動(dòng)力，又是機(jī)床的操作者。 當(dāng)加工對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘贂r(shí)，其鉆孔、車(chē)削需加大動(dòng)力，出現(xiàn)了水力、風(fēng)力和畜力等驅(qū)動(dòng)的裝置。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，1516世紀(jì)出現(xiàn)了銑床、磨床。在宋代所著“天工開(kāi)物”中就已有對(duì)天文儀器進(jìn)行銑削和磨削加工的記載，18世紀(jì)出現(xiàn)了刨床。 18世紀(jì)末，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，提供了新型的巨大能源，使生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。由于專(zhuān)業(yè)化的分工，出現(xiàn)了各種通用及專(zhuān)用機(jī)床。19世紀(jì)末，機(jī)床類(lèi)型種類(lèi)得到擴(kuò)大，這些機(jī)床多采用天軸帶傳動(dòng)，性能及效率低。20世紀(jì)以來(lái)，齒輪變速箱的出現(xiàn)，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)和性能發(fā)生了根本的變化。隨著電器控制、液壓傳動(dòng)等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的應(yīng)用與控制也得到了根本的轉(zhuǎn)變。 近些年來(lái)，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)等的發(fā)展在機(jī)床領(lǐng)域得到應(yīng)用，使機(jī)床進(jìn)入了迅猛發(fā)展的時(shí)代。多樣化、精密化、高效化、自動(dòng)化是這一時(shí)代機(jī)床發(fā)展的基本特征，也就是說(shuō)，機(jī)床的發(fā)展緊密迎合社會(huì)生產(chǎn)的多種多樣和越來(lái)越高的要求，并極大的推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力。 新技術(shù)的迅速發(fā)展和客觀(guān)要求的多樣化，決定了機(jī)床必須多品種。因此現(xiàn)代機(jī)床不僅要保證加工精度、效率和自動(dòng)化，還必須有一定的柔性，使之能夠很方便地適應(yīng)加工對(duì)象的改變。數(shù)控機(jī)床以其加工精度高、效率高、柔性高、適應(yīng)中小批生產(chǎn)日益受到重視。由于數(shù)控機(jī)床是靠數(shù)字控制程序完成加工循環(huán)，調(diào)整方便，適應(yīng)靈活多變的產(chǎn)品，使得中、小批生產(chǎn)自動(dòng)化成為可能。20世紀(jì)80年代是數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)大發(fā)展的時(shí)代，這個(gè)發(fā)展大潮方興未艾。1989年全世界數(shù)控機(jī)床（含鍛壓機(jī)床）的年產(chǎn)量超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)。數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)換刀的各種加工中心已成為當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)。世界著名企業(yè)中數(shù)控機(jī)床在加工設(shè)備中所占比例明顯提高。美國(guó)通用電器公司數(shù)控機(jī)床占70%。從1982年起，日本的機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值連年獨(dú)占鰲頭，日本機(jī)床發(fā)展反映著世界機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)。日本數(shù)控機(jī)床以年均2.88%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到1990年，日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率超過(guò)80%，且主要是生產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床。自2000年以來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量以平均37%的增長(zhǎng)速度增長(zhǎng)，2003年國(guó)產(chǎn)數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到3.68萬(wàn)臺(tái)，2004年達(dá)到5.19萬(wàn)臺(tái)，到2004年為止，我國(guó)已擁有數(shù)控金屬切削機(jī)床15.6萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì)到2010年將擁有數(shù)控加工機(jī)床40萬(wàn)臺(tái)左右。在機(jī)床數(shù)控化過(guò)程中，機(jī)械部件的成本在機(jī)床系統(tǒng)中的比重不斷下降，而電子硬件和軟件比重不斷上升。以美國(guó)為例，在20世紀(jì)70年代，機(jī)械部分成本比重占80%，電子硬件占20%；到20世紀(jì)90年代，機(jī)械部分成本下降30%，而電子硬件和軟件卻上升為70%。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已由硬件數(shù)控進(jìn)入軟件數(shù)控時(shí)代，實(shí)現(xiàn)模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。用戶(hù)只要根據(jù)不同需求，選用不同模塊，編織自己所需的程序，就可很方便地達(dá)到目的。新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)機(jī)床工業(yè)獲得了高速發(fā)展。目前我國(guó)已形成了布局比較合理、比較完整的機(jī)床工業(yè)體系。機(jī)床產(chǎn)量不斷上升，機(jī)床產(chǎn)品除滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)建設(shè)的需求以外，而且有一部分產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)國(guó)外。我國(guó)已制定了完整的機(jī)床系列型譜，生產(chǎn)的機(jī)床品種也日趨齊全，現(xiàn)在已經(jīng)具備成套裝備現(xiàn)代化工廠(chǎng)的能力。已能生產(chǎn)從小型儀表機(jī)床到重型機(jī)床的各種各樣機(jī)床，也能生出各種精密的、高度自動(dòng)化的、高效率的機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)。我國(guó)機(jī)床性能也在逐漸提高，有些機(jī)床的性能已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。我國(guó)目前對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求日益增加，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求量很大，而且可望開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)。我們一定要盡快開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出我國(guó)自己的是控機(jī)床產(chǎn)品，從而較快地縮短我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家的差距。因此，我國(guó)機(jī)床工業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務(wù)，我們必須奮發(fā)圖強(qiáng)、努力工作，不斷擴(kuò)大技術(shù)隊(duì)伍和提高人員的技術(shù)素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，以便早日趕上世界先進(jìn)水平。我國(guó)的軸承工業(yè)經(jīng)歷了從無(wú)到、從小到大的發(fā)展過(guò)程，已經(jīng)形成產(chǎn)品門(mén)類(lèi)較為齊全、生產(chǎn)布局基本合理、具有大中小企業(yè)相結(jié)合、綜合型企業(yè)和專(zhuān)業(yè)企業(yè)相結(jié)合、各種經(jīng)濟(jì)類(lèi)型企業(yè)共同發(fā)展得較為完善的工業(yè)體系。目前，我國(guó)已進(jìn)入世界軸承工業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，為邁進(jìn)世界軸承工業(yè)強(qiáng)國(guó)奠定了良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)我國(guó)可以生產(chǎn)內(nèi)徑尺寸從0.6mm，重量從0.06g的微型到最大外徑至5.492m，重6.38t的特大型各式各樣標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)軸承。精度從普通級(jí)到精密級(jí)以至于超高精度級(jí)。應(yīng)用范圍包括普通民用機(jī)械、交通運(yùn)輸、冶金到天文臺(tái)、航海、航空、航天以及計(jì)算機(jī)用軸承。軸承生產(chǎn)由單一軸承向組合件、單元化發(fā)展。為滿(mǎn)足軸承行業(yè)的發(fā)展，與之相配套的機(jī)床制造業(yè)也得到飛速的發(fā)展，眾多企業(yè)紛紛加大技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造力度，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。如：代表我國(guó)軸承套圈車(chē)削設(shè)備水平的車(chē)削加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，代表我國(guó)軸承圈磨超設(shè)備水平的高精度雙端面磨床、數(shù)控?zé)o心外圓磨床、磨超加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，代表我國(guó)軸承滾動(dòng)體磨超設(shè)備水平的高精度立（臥）鋼球研磨機(jī)、圓錐滾子球基面磨床、滾子凸度超精機(jī)等，使我國(guó)專(zhuān)用設(shè)備的技術(shù)水平大大提高，部分加工設(shè)備及加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)已接近或達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。我們堅(jiān)信，隨著技術(shù)的升級(jí)，我國(guó)將有一批具有國(guó)際先進(jìn)水平、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、核心競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足軸承企業(yè)生產(chǎn)的需求。第2章研球機(jī)的方案選擇鋼球在軸承中作為滾動(dòng)體，是一種既承受載荷、又與軸承的動(dòng)態(tài)性能有直接關(guān)系的零件，其質(zhì)量直接影響著球軸承的質(zhì)量，而高精度的鋼球加工設(shè)備則是保證生產(chǎn)出高質(zhì)量鋼球的前提。如前所述，鋼球加工的基本工藝路線(xiàn)是：球坯成形光球熱處理硬磨初研精研清洗涂油包裝。可以看出，鋼球的光、磨、研工序是鋼球加工中的主要和關(guān)鍵工序，因此，高質(zhì)量的光、磨、研加工設(shè)備是生產(chǎn)高精度鋼球的首要條件。鋼球的光、磨、研加工設(shè)備分別有立式和臥式兩大系列，立式機(jī)床的主軸是豎直放置的，磨板為水平放置，輸球方式為水平輸球料盤(pán)。而臥式機(jī)床則相反，它的主軸是水平放置，磨板為垂直放置，輸球方式有輸球桶、提升料斗以及水平或傾斜輸球料盤(pán)。立式和臥式兩大系列鋼球加工設(shè)備在鋼球的加工中有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。2.1磨板的布局2.1.1臥式機(jī)床的磨板采用垂直安裝臥式機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是：1）鋼球進(jìn)球非常順暢，鋼球在無(wú)外力作用下借自身重量自動(dòng)進(jìn)入磨板，因此鋼球表面不會(huì)產(chǎn)生于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)撞擊所產(chǎn)生的任何損傷。2）可避免由于金屬磨屑經(jīng)常介于鋼球磨板之間，致使這些金屬屑細(xì)粒嵌入球板表面而損壞鋼球。3）切削液的循環(huán)流動(dòng)始終處于最佳狀態(tài)。切削液回流時(shí)很容易將磨板間的金屬屑沖洗出來(lái)，沉淀到切削液箱內(nèi)，所以臥式機(jī)床更有利于加工中的排屑。4）由于臥式機(jī)床良好的排屑性能，所以更適合樹(shù)脂砂輪“一磨代研”新工藝的運(yùn)用，這是立式機(jī)床所不能比擬的。臥式機(jī)床的缺點(diǎn)是主軸水平放置，重量較大的磨板裝置在軸的一端，形成懸臂梁，磨板對(duì)鋼球的作用力不均勻，影響了磨削尺寸的選擇性。另外，鋼球在板溝中的運(yùn)動(dòng)方向與重力方向的夾角始終在不斷變化，當(dāng)溝深差不多到某個(gè)值時(shí)，鋼球會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而會(huì)出現(xiàn)碰、擠傷現(xiàn)象。2.1.2立式機(jī)床的磨板采用水平安裝立式機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是：1）鋼球在板溝中的運(yùn)動(dòng)方向始終與重力方向垂直，所以切削過(guò)程中不受重力變化的影響。2）上板呈“浮動(dòng)”狀態(tài)定位，由于上板在導(dǎo)向時(shí)有一定的間隙，徑向可作擺動(dòng)，所以上下板溝易于同心，因而有良好的磨削尺寸選擇性，能快速修正鋼球的幾何誤差。3）壓力分布合理，偏心加壓使兩板間的鋼球受力均勻，上板磨損均勻，而且通過(guò)改變加壓點(diǎn)的位置可使進(jìn)出球口處的壓力低一些，使球的進(jìn)出更為順暢。立式機(jī)床的缺點(diǎn)是出球口處堆積，易產(chǎn)生死角，影響加工等概率性，而進(jìn)球質(zhì)量受壓力、轉(zhuǎn)速的制約，尚需進(jìn)一步改進(jìn)提高。另外，排屑困難也是立式機(jī)床的一大缺陷。2.2機(jī)床的性能2.2.1機(jī)床的占的面積臥式機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局決定了其輸球料盤(pán)裝置只能位于機(jī)床的前方，這無(wú)疑增大了機(jī)床的占地面積。立式機(jī)床的輸球料盤(pán)裝置圍繞在機(jī)床上，所以立式機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，更加節(jié)省占地面積，輸球料盤(pán)直徑的大小也就決定了立式機(jī)床的占地面積的大小。在球板外經(jīng)相同的情況下，立式機(jī)床的占地面積僅為臥式機(jī)床的1/31/2。2.2.2機(jī)床操作方便性從操作方便性來(lái)看，立式機(jī)床要優(yōu)于臥式機(jī)床。鋼球在加工過(guò)程中，操作人員需經(jīng)常觀(guān)察鋼球的進(jìn)出球情況。臥式機(jī)床的前置輸球裝置極不方便。鋼球的進(jìn)球口被鋼球的出球口所遮擋，觀(guān)察鋼球進(jìn)球情況很困難。而在鋼球的加工中，觀(guān)察進(jìn)球情況是非常重要的，它是控制最佳進(jìn)球量的前提條件。與臥式機(jī)床相比，立式機(jī)床的進(jìn)出球口就一目了然，便于隨時(shí)觀(guān)察控制。2.2.3板溝中的容球量鋼球在研磨過(guò)程中，每個(gè)鋼球在溝板中的分布狀態(tài)是不確定的，任何時(shí)候不會(huì)重復(fù)以前某時(shí)刻的分布，立、臥式機(jī)床進(jìn)球的差別決定了鋼球在板溝中分布的不同。在臥式機(jī)床上，鋼球從端面切向流入垂直放置的磨板內(nèi)，由于鋼球進(jìn)入各溝道的距離基本一致，各溝道內(nèi)的容球量則基本相等，從而形成各溝道內(nèi)各鋼球之間的間隔以星狀向外輻射的狀態(tài)，磨板內(nèi)的球呈星狀分布。由于單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入每條溝道內(nèi)進(jìn)行磨削的鋼球數(shù)基本相等，每個(gè)鋼球在被磨削的同時(shí)也磨削板溝，由于內(nèi)溝道長(zhǎng)短于外溝道，則內(nèi)溝道會(huì)比外溝道磨得深，這樣就造成鋼球尺寸的不一致性。在立式機(jī)床上，位于輸球料盤(pán)上的鋼球從外側(cè)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的下板進(jìn)入機(jī)床，鋼球在外側(cè)進(jìn)球口自然形成儲(chǔ)球區(qū)，從而保證有足夠量的鋼球進(jìn)入旋轉(zhuǎn)板的外溝，板溝內(nèi)形成球接球的分布狀態(tài)，因此，無(wú)論是內(nèi)溝還是外溝，溝內(nèi)鋼球之間的空隙是均等的，這樣內(nèi)外溝的磨損基本一致。2.2.4進(jìn)出球情況立、臥式機(jī)床進(jìn)球的形式及效果存在較大的差異，臥式機(jī)床明顯強(qiáng)于立式機(jī)床。立式機(jī)床進(jìn)球時(shí)鋼球的入溝點(diǎn)一般在一定范圍內(nèi)隨機(jī)擺動(dòng)。而臥式機(jī)床進(jìn)球時(shí)，鋼球是在導(dǎo)球板的引導(dǎo)下通過(guò)分配器進(jìn)入球板間，鋼球入溝點(diǎn)較易對(duì)準(zhǔn)中心溝，可減少鋼球隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的溝壁等處的碰劃傷。立、臥式機(jī)床出球的形式及效果也存在較大的差異，臥式機(jī)床也明顯優(yōu)于立式機(jī)床。立式機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)形成了鋼球在出球口必須先堆積在導(dǎo)出。出球靠后面不斷離開(kāi)球板間的鋼球的推擠傳遞到前面的球，通過(guò)鏟球板逐漸離開(kāi)出球口進(jìn)入料盤(pán)，另一部分則通過(guò)鏟球板隨機(jī)進(jìn)入其他空間，在出球口翻滾位移，尋找機(jī)會(huì)進(jìn)入料盤(pán)，所以不可避免出現(xiàn)鋼球在出球口停留的時(shí)間的長(zhǎng)短的差異，即出現(xiàn)在相同時(shí)間內(nèi)部分鋼球入溝次數(shù)少的現(xiàn)象，這樣一方面不同程度地破壞了原已達(dá)到的鋼球形狀和表面，另一方面也有可能破壞鋼球幾何精度的一致性。臥式機(jī)床加工的鋼球在收球刀的引導(dǎo)下，依運(yùn)動(dòng)慣性和重力的作用，通過(guò)流球槽進(jìn)入料盤(pán)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，臥式機(jī)床的出球明顯優(yōu)于立式機(jī)床，更容易控制其對(duì)鋼球的碰擦傷，且能使同一盤(pán)鋼球在一段加工時(shí)間內(nèi)入溝的次數(shù)大體相等。綜上所訴，立式機(jī)床和臥式機(jī)床在鋼球的加工過(guò)程中，各有自己的特點(diǎn)：立式機(jī)床在占地面積、操作方便性以及機(jī)床的柔性等方面更適合中、小規(guī)格球的加工；臥式機(jī)床的進(jìn)出球情況、加工中的排屑情況、樹(shù)脂砂輪的配套使用情況以及機(jī)床的鋼性方面均比較好，所以更適合中、大球的加工。2.3鋼球的加工設(shè)備和研磨機(jī)理2.3.1鋼球的加工設(shè)備軸承鋼球所用原材料一般是Gcr15冷拔退火盤(pán)圓料機(jī)冷拔退火定尺寸棒料（或稱(chēng)條料）。鋼球毛坯直徑D25mm者是在冷墩機(jī)上冷墩成形，25mmD48mm者用冷墩機(jī)熱墩成形。目前也有用滾壓法連續(xù)軋制鋼球毛坯的。D50mm以上者為棒料熱切下料壓力機(jī)模鍛成形常用的冷墩機(jī)型號(hào)為：Z327.5、Z3210、Z3216和Z3228。將鋼球毛坯去除兩極及環(huán)帶，磨去多余留量，統(tǒng)一尺寸公差的磨削過(guò)程叫光球，常用的光球機(jī)是3M7980和3M7480，（小型球）光磨后，為進(jìn)一步縮小球坯的尺寸公差及球形尺寸偏差降低光球表面粗糙度，有的工廠(chǎng)在熱處理（淬火）前還在磨球機(jī)上（一般是3M7680、3M7180）進(jìn)行磨削加工，這叫軟磨。將淬回火后的鋼球在磨球機(jī)上（仍是3M7680或3M7180）用SiC砂輪及鑄鐵板對(duì)鋼球第二次磨削加工，去除熱處理中產(chǎn)生的表面氧化脫碳層、表面缺陷及屈氏體組織缺陷，進(jìn)一步提高精度和表面質(zhì)量的磨削過(guò)程叫硬磨。采用鋼球互相碰撞的方法使其表面發(fā)生宏觀(guān)的彈性變形和微觀(guān)的塑性變形，并使其表面層進(jìn)一步變硬且均勻，表面呈壓應(yīng)力分布的過(guò)程叫鋼球的強(qiáng)化，該過(guò)程一般在強(qiáng)化機(jī)上進(jìn)行。將強(qiáng)化后的鋼球放置在鑄鐵板間，施加一定的壓力，沿著一定的軌道加研磨劑和研磨液經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程叫研磨，研磨又分初（粗）研和細(xì)（精）研，有時(shí)還要進(jìn)行超精研，有的工廠(chǎng)又叫一次研磨、二次研磨，所用機(jī)床均為研球機(jī)，近年來(lái)又采用細(xì)粒樹(shù)脂砂輪“以磨代研”工藝，提高了效率和精度，所用研球機(jī)為3M4740和3M7770。以上加工方法就是鋼球行業(yè)所說(shuō)的光、磨、研加工工藝，所用設(shè)備為3M7980、3M7480、3M7680、3M7180、3M4740、3M7770和3M7280。2.3.2鋼球研磨機(jī)理鋼球是球軸承的重要零件之一。不少學(xué)者指出，這種類(lèi)型的軸承精度及綜合力學(xué)性能指標(biāo)的50%以上取決于鋼球?？梢?jiàn)，鋼球在球軸承中占有多么重要的地位。鋼球是個(gè)球性零件，其中全部表面是加工面，又都是與外界的接觸面，在工作中還都是工作面，加之對(duì)精度和表面質(zhì)量的要求又非常高，因而其制造工藝過(guò)程也非常特殊，并需經(jīng)過(guò)一系列的磨加工工序，才能逐步形成精度和表面質(zhì)量越來(lái)越高的圓球，最后通過(guò)研磨，達(dá)到高精度和高表面質(zhì)量要求。作為終加工工序的研磨（特別是最后一道精研），對(duì)鋼球的尺寸和形狀精度、表面粗糙度和表面質(zhì)量起著最后的決定性作用。研磨盤(pán)由特殊材料（傳統(tǒng)的研磨盤(pán)適合金鑄鐵或樹(shù)脂砂輪）經(jīng)特殊工藝制成。在研磨壓力作用下，研磨盤(pán)與鋼球在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生接觸變形并形成微小接觸變形區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)分布著表面接觸壓應(yīng)力。由于研磨盤(pán)在帶動(dòng)鋼球作無(wú)打滑研磨運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接觸點(diǎn)處存在著相對(duì)樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，研磨盤(pán)便對(duì)鋼球在接觸變形區(qū)域表面形成一種特殊的旋轉(zhuǎn)磨削“樞轉(zhuǎn)磨削”。這是一種不同于普通磨削而特別適合于對(duì)球形零件作精細(xì)加工的“點(diǎn)接觸”精微磨削。當(dāng)鋼球作無(wú)打滑研磨運(yùn)動(dòng)時(shí)，研磨盤(pán)對(duì)鋼球的這種樞轉(zhuǎn)磨削使沿著鋼球表面的三條研磨軌跡同時(shí)逐點(diǎn)進(jìn)行。研磨盤(pán)與鋼球在接觸點(diǎn)處除存在相對(duì)樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，還同時(shí)存在著相對(duì)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。同樣，由于接觸變形區(qū)域表面分布著接觸壓應(yīng)力，這種相對(duì)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)使研磨盤(pán)對(duì)鋼球在接觸變形區(qū)域上形成“滾轉(zhuǎn)碾壓”。當(dāng)研磨盤(pán)帶動(dòng)鋼球作無(wú)打滑研磨運(yùn)動(dòng)時(shí)，研磨盤(pán)對(duì)鋼球的這種滾轉(zhuǎn)碾壓也沿著鋼球三條研磨軌跡同時(shí)逐點(diǎn)進(jìn)行。研磨盤(pán)對(duì)鋼球在接觸點(diǎn)處同時(shí)存在著樞轉(zhuǎn)磨削和滾轉(zhuǎn)碾壓，這兩種作用相輔相成，并同時(shí)沿著鋼球表面的三條研磨跡線(xiàn)同時(shí)逐點(diǎn)展開(kāi)，共同構(gòu)成對(duì)鋼球這種特殊球形零件的“研磨”。在鋼球的同一研磨循環(huán)不同自轉(zhuǎn)圈的研磨中，研磨盤(pán)對(duì)鋼球只是沿著表面的三條研磨跡線(xiàn)進(jìn)行研磨，鋼球也只能處在研磨盤(pán)上同一V行槽中被研磨。為了能主動(dòng)地改變研磨跡線(xiàn)在鋼球表面的位置和鋼球在研磨盤(pán)上所處V形槽的位置，使鋼球表面較快地形成研磨跡線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和使同盤(pán)所有鋼球都獲得同等的研磨，對(duì)中小規(guī)格鋼球采用的大批量或小批量循環(huán)作法。由于鋼球在每個(gè)研磨循環(huán)中，研磨跡線(xiàn)只占鋼球表面極小區(qū)域，磨削量也極為微小，又由于采用的大批量或小批量循環(huán)作法是隨機(jī)改變鋼球表面的研磨跡線(xiàn)位置，因此必須使鋼球經(jīng)歷大數(shù)量的研磨循環(huán)和長(zhǎng)時(shí)間的研磨，才能使鋼球表面的研磨跡線(xiàn)分別越來(lái)越密和越來(lái)越均勻，也才能使同盤(pán)所有鋼球表面都逐漸獲得處處機(jī)會(huì)均等和磨削量達(dá)到要求的研磨。研磨盤(pán)與鋼球在接觸點(diǎn)的兩種相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)：樞轉(zhuǎn)和滾動(dòng)以及研磨壓力的存在，只是使研磨具備了運(yùn)動(dòng)和力兩方面的條件，還必須通過(guò)研磨液中的磨料，研磨盤(pán)才能對(duì)鋼球?qū)嵤┭心?。研磨液有油劑和水劑兩種，分別由潤(rùn)滑冷卻油和水溶性循環(huán)液加進(jìn)磨料和表面活性劑構(gòu)成。磨料和活性劑通過(guò)油或水性介質(zhì)均勻撒涂和粘附于鋼球表面，并在研磨壓力的作用下均勻嵌入經(jīng)特殊材料和工藝制成的研磨盤(pán)接觸面上。研磨液除了起研磨作用，同時(shí)還起潤(rùn)滑、冷卻、清洗和防銹等作用，以及特殊的活性化學(xué)物理作用。研磨液中的磨料在研磨中還不斷被細(xì)化。通過(guò)上述作用綜合，使鋼球在研磨中其表面不斷地磨精和磨光，最后達(dá)到高精度和高表面質(zhì)量要求。所謂打滑，廣義來(lái)說(shuō)，就是鋼球與外界在接觸點(diǎn)的相對(duì)滑動(dòng)。對(duì)于大批量和小批量研磨，進(jìn)出球口處鋼球相互間和鋼球與研磨機(jī)之間的碰擦是不可避免的。所有打滑對(duì)鋼球研磨都是有害因素。但危害最嚴(yán)重的是鋼球在研磨中研磨盤(pán)與鋼球在理想接觸點(diǎn)的相對(duì)滑動(dòng)。這種打滑不僅直接嚴(yán)重破壞鋼球表面，而且還影響鋼球的正常研磨運(yùn)動(dòng)，又會(huì)引起同一V形槽中相鄰鋼球之間的相互碰擦。因此，必須消除鋼球在研磨中的打滑，確保鋼球作物打滑研磨運(yùn)動(dòng)。車(chē)有V型溝槽的下研磨盤(pán)通過(guò)變速箱帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)鋼球繞盤(pán)中心的公轉(zhuǎn)，如圖2-1所示。繞球軸心自轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)如圖2-2所示。在同軸二研磨盤(pán)，鋼球繞盤(pán)中心轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)，實(shí)際上在A(yíng)、B、C三處形成三條環(huán)帶，如圖2-2所示，其中PP 為自轉(zhuǎn)軸。然后通過(guò)大循環(huán)實(shí)現(xiàn)鋼球表面研磨跡線(xiàn)的均勻分布，這就是采用等概率法來(lái)完成鋼球的精研加工。由上圖可知：鋼球研磨是由三接觸點(diǎn)共同完成的。鋼球的研磨精度和研磨效率取決于三接觸點(diǎn)的研磨能力和綜合研磨性能。根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的研磨機(jī)的工作情況初步選定研球機(jī)的型號(hào)是3M4740立式研磨機(jī)床。2.4 3M4740型立式研磨機(jī)床2.4.1機(jī)床的總體布局機(jī)床是立式結(jié)構(gòu)，共分為床身、輸球?qū)Лh(huán)系統(tǒng)、左右立柱、橫梁及加壓機(jī)構(gòu)。四周為開(kāi)放式，調(diào)整操作方便，床身為整體鑄造，剛性好，并留有足夠的空腔用于安裝下研磨盤(pán)的傳動(dòng)系統(tǒng)。圖2-3為該機(jī)床外觀(guān)圖。2.4.2機(jī)床的用途和適用范圍 3M4740型微型研球機(jī)，適用于微型軸承鋼球的廠(chǎng)家使用，是鋼球制造過(guò)程中研磨工序加工用機(jī)床，可用于0.53mm的鋼球細(xì)研工序和精研工序。2.4.3性能簡(jiǎn)介機(jī)床采用液壓加壓，經(jīng)精確計(jì)算確保鋼球在兩研磨板間載荷均勻。本機(jī)床采用立式輸球?qū)Лh(huán)，變頻器無(wú)級(jí)調(diào)速，穩(wěn)定可靠，所有鋼球在加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)研磨板間的加工次數(shù)基本一致，從而保證該批鋼球一致的尺寸精度。機(jī)床的下主軸傳動(dòng)采用交流電動(dòng)機(jī)變頻器無(wú)級(jí)調(diào)速，使下研磨板有多種轉(zhuǎn)速可供選擇，以滿(mǎn)足加工不同規(guī)格鋼球及多種工藝參數(shù)的要求，使機(jī)床始終處于最佳工作狀態(tài)，同時(shí)為滿(mǎn)足精研鋼球的需要，下研磨板中心可調(diào)。操縱箱從電柜上方伸出懸掛于機(jī)床左上方，操縱面板上設(shè)有下研磨板轉(zhuǎn)速表、輸球?qū)Лh(huán)轉(zhuǎn)速表和機(jī)床的工作壓力表，直觀(guān)，方便，機(jī)床的工作壓力通過(guò)置于壓力液壓鋼后的位移傳感器在操縱箱上顯示。2.4.4加壓液壓鋼及上盤(pán)（見(jiàn)圖2-4）加壓液壓鋼置于橫梁中間?；钊麠U下端裝有稍帶浮動(dòng)的上盤(pán)，活塞在液壓鋼中上下移動(dòng)。液壓鋼上腔進(jìn)入壓力油后，將活塞壓下，通過(guò)壓縮彈簧把壓力傳至上研磨板，在上下研磨板間產(chǎn)生作用力。其值可通過(guò)位移傳感器測(cè)量壓縮彈簧并在操縱面板上直接讀出，最大工作壓力為25kN。固定盤(pán)上設(shè)有彈簧保壓，且起到了浮動(dòng)緩沖作用。上盤(pán)壓板前方裝有聚球座，使上研磨板的缺口分成兩個(gè)開(kāi)口，右端為進(jìn)球口，左端為出球口。左端下部裝有成梳狀的鏟球板，梳齒可深入下研磨板的溝槽中，鋼球經(jīng)鏟球板進(jìn)入出球口。上盤(pán)法蘭上裝有3個(gè)保險(xiǎn)螺栓，工作時(shí)應(yīng)預(yù)先調(diào)整好螺栓高度，用3對(duì)螺母鎖緊。當(dāng)上下研磨板中鋼球斷流時(shí)，此保螺栓可以防止上研磨板下降而發(fā)生“碰板”事故。2.4.5加壓進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由油鋼內(nèi)高壓油推動(dòng)活塞桿，活塞桿推著靜研磨板做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鋼球在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)、靜研磨板之間的壓力作用下，即隨動(dòng)盤(pán)做公轉(zhuǎn)，又根據(jù)自身運(yùn)動(dòng)要求做自轉(zhuǎn)，其結(jié)果是鋼球在動(dòng)盤(pán)和精盤(pán)之間產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生研磨作用。第3章液壓缸缸體及缸蓋的設(shè)計(jì)3.1液壓缸的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求3.1.1研球機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)研球機(jī)加工鋼球的直徑為：0.53mm；研磨盤(pán)規(guī)格為（直徑厚度）：40080mm；研磨盤(pán)最大工作壓力為：25kN。3.1.2研球機(jī)的設(shè)計(jì)要求研球機(jī)的功能是研磨鋼球，實(shí)現(xiàn)鋼球的加工精度和表面質(zhì)量。鋼球研磨加工屬于精密加工，它是在研磨盤(pán)與鋼球之間置以研磨劑，研磨盤(pán)在一定壓力下與鋼球作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)研磨劑的機(jī)械及化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼球的研削加工，該產(chǎn)品的加工質(zhì)量將最終決定鋼球的加工精度。在規(guī)定的使用條件下，產(chǎn)品應(yīng)能順利完成所有要求的功能。使用經(jīng)濟(jì)性應(yīng)越來(lái)越好，并注意降低產(chǎn)品成本。3.2液壓缸的類(lèi)型3.2.1液壓缸的選型根據(jù)所給出的條件選擇雙作用單活塞桿液壓缸。這類(lèi)液壓缸因兩腔的活塞有效面積不相等，而且活塞桿直徑越大，有效面積相差越大，當(dāng)輸入液壓缸兩腔壓力和流量相等時(shí)，無(wú)桿腔推力大而速度慢，有桿腔推力大而速度快，這個(gè)特點(diǎn)符合大多數(shù)工作機(jī)械的作業(yè)要求，因此，雙作用單活塞桿液壓缸使用最廣泛。3.2.2活塞（或缸體）的運(yùn)動(dòng)速度和推力計(jì)算（1）無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)（如圖3-1（a）所示） （3-1）不考慮摩擦和回油阻力時(shí)，則 （3-2）（2）有桿腔進(jìn)油時(shí)（如圖3-1（b）所示） （3-3）不考慮摩擦和回油阻力時(shí)，則 （3-4）式中：q輸入液壓缸的流量，； p輸入液壓缸的壓力，； 、活塞所產(chǎn)生的推力，（N）； 、活塞所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)速度，（m/s）； 、分別為無(wú)桿腔、有桿腔的有效面積， D、d分別為活塞、活塞桿的直徑，（m）；3.3液壓缸具體參數(shù)的確定3.3.1外負(fù)載計(jì)算外負(fù)載是為了確定液壓缸所需要的牽引力。液壓缸的牽引力應(yīng)該能克服所受到的總阻力，即液壓缸的最大牽引力，計(jì)算公式如下： （3-5）式中：工作負(fù)載，包括工作機(jī)構(gòu)的工作阻力及自重等對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用，N； 啟動(dòng)、制動(dòng)或換向時(shí)的慣性力，N。（1） 工作負(fù)載根據(jù)工作情況： （3-6）式中：研磨盤(pán)的工作壓力，N； 研磨盤(pán)的重力，N。 =25.983N（2） 運(yùn)動(dòng)部件的慣性力因比較小，可近似取。=0.125.983N=2.5983N外負(fù)載：=25.983N+2.5983N=28.5813N3.3.2確定液壓缸的有效工作壓力p根據(jù)所設(shè)計(jì)的研球機(jī)的工作條件可確定其工作壓力，即p=63.3.3液壓缸內(nèi)徑、活塞桿直徑 液壓缸選用單桿式，液壓缸無(wú)桿腔工作面積為有桿腔工作面積的兩倍，即活塞直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為d=0.707D。（1） 液壓缸的內(nèi)徑 對(duì)于雙作用單活塞桿推力缸，其無(wú)桿腔的推力為 （3-7） 由推力和外負(fù)載相等，既可求出缸筒內(nèi)徑為 （3-8） 式中：工作壓力，； 回液背壓，； 活塞桿直徑，m； 機(jī)械效率，一般=0.9。 根據(jù)d=0.707D，可把（3-8）式推導(dǎo)為 （3-9） 把數(shù)據(jù)代入式（3-9）中，可得缸筒內(nèi)徑 缸筒內(nèi)徑極為活塞直徑，所以活塞直徑為120mm。 根據(jù)d=0.707D，可得活塞桿直徑為： d=0.707120mm=66mm 根據(jù)活塞桿直徑列表1取活塞桿直徑為d=65mm。3.3.4液壓缸缸筒長(zhǎng)度L液壓缸缸筒的長(zhǎng)度L應(yīng)根據(jù)所需行程和結(jié)構(gòu)上的需要而定，即：液壓缸缸筒的長(zhǎng)度=活塞行程+活塞寬度+法蘭定位槽高度+其他長(zhǎng)度。通常液壓缸缸筒的長(zhǎng)度L大于缸筒內(nèi)徑的20倍。根據(jù)給定的條件在表4-92可查得活塞的行程為260mm，法蘭定位槽高度為45mm，其他長(zhǎng)度取85.2mm。3.3.5確定最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H，如圖3-2所示。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度H過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此必須保證有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般的液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為 （3-10）式中：L液壓缸最大行程，mm； D缸筒直徑，mm。由以上的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H：活塞寬度B=（0.61.0）D，取B=0.64DB=0.64D=0.64120mm=76.8mm液壓缸缸筒長(zhǎng)度L：L=260mm+76.8mm+45mm+85.2mm=467mm3.3.6缸筒壁厚根據(jù)液壓缸外徑表1，由缸筒內(nèi)徑及缸筒內(nèi)最高工作壓力得出液壓缸的外徑，因此可計(jì)算出缸筒壁厚：3.4缸體材料缸體材料常用20、35、45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。工作溫度低于-50的油缸缸體，必須用35、45號(hào)鋼，且要調(diào)質(zhì)處理。與端部焊接的缸體，使用35號(hào)鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)，不與其他零件焊接的缸體，使用調(diào)質(zhì)45號(hào)鋼。缸體端部，一端用法蘭連接，另一端用端蓋封住且用螺釘及鎖緊螺母連接，所以缸體材料選用調(diào)質(zhì)45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。3.5缸蓋的設(shè)計(jì)缸體內(nèi)徑為120mm，所以取缸蓋凸臺(tái)的直徑，它與缸筒采用螺紋聯(lián)結(jié)，如圖3-3所示。螺紋連接的基本類(lèi)型共有四種，分別是螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接和緊定螺釘聯(lián)接。螺紋聯(lián)接在被聯(lián)接件上開(kāi)有通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母。這種聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被聯(lián)接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，使用時(shí)不受被聯(lián)接件材料的限制，因此應(yīng)用極廣。雙頭螺柱聯(lián)接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓聯(lián)接的場(chǎng)合，例如被聯(lián)接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比較軟（例如用鋁鎂合金制造的殼體），且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用雙頭螺柱聯(lián)接。顯然，拆卸這種聯(lián)接時(shí)，不用拆下螺柱。螺釘聯(lián)接的特點(diǎn)是螺柱（螺釘）直接擰入被聯(lián)接件的螺紋孔中，不用螺母，在結(jié)構(gòu)上比雙頭螺柱聯(lián)接簡(jiǎn)單、緊湊。其用途和雙頭螺柱聯(lián)接相似，但如經(jīng)常拆裝時(shí)，易使螺紋孔磨損，可能導(dǎo)致被聯(lián)接件報(bào)廢，故多用于受力不大，或不需要經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。緊定螺釘聯(lián)接是利用擰入零件螺紋孔中的螺釘末端頂住另一零件的表面或頂入縣相應(yīng)的凹坑中，以固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或扭矩。根據(jù)油缸的工作情況，應(yīng)選擇螺釘聯(lián)接。油缸蓋與橫梁也采用螺釘聯(lián)接。根據(jù)表13-113可選出油缸蓋與缸壁連接的螺釘型號(hào)GB70-85 M825，油缸蓋與橫梁連接的螺釘型號(hào)GB70-85 M1230，法蘭與缸壁連接的螺釘型號(hào)GB70-85 M825。缸蓋的外徑應(yīng)與橫梁連接，所以一定大于油缸外徑，為了美觀(guān)，使缸蓋外徑與橫梁凸臺(tái)的大圓直徑相等，所以取=240mm。為了使活塞能運(yùn)動(dòng)，必須在缸蓋上開(kāi)有一個(gè)進(jìn)油口，根據(jù)工作條件其進(jìn)油口的直徑選為9mm。3.6液壓缸與油缸套的聯(lián)接根據(jù)研球機(jī)的工作條件，液壓缸與油缸套之間采用螺紋聯(lián)接。螺紋由外螺紋和內(nèi)螺紋之分，它們共同組成螺旋副。起聯(lián)接作用的螺紋稱(chēng)為聯(lián)接螺紋；其傳動(dòng)作用的螺紋稱(chēng)為傳動(dòng)螺紋。此處聯(lián)接應(yīng)起傳動(dòng)作用，所以選用傳動(dòng)螺紋。傳動(dòng)螺紋分為三種：矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋。（1）矩形螺紋（如圖3-4所示）：牙型為正方形，牙型角。其傳動(dòng)效率較其它螺紋高，但牙根強(qiáng)度弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度降低。為了便于銑、磨削加工，可制成10的牙型角。矩形螺紋尚未標(biāo)準(zhǔn)化，目前已逐漸被梯形螺紋所代替。（2）梯形螺紋（如圖3-5所示）：牙型為等腰梯形，牙型角。內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。與矩形螺紋相比，傳動(dòng)效率略低，但工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。梯形螺紋是最常用的傳動(dòng)螺紋。（2） 鋸齒形螺紋（如圖3-6所示）：牙型為不等腰梯形，工作面的牙側(cè)角為3，非工作面的牙側(cè)角為30。外螺紋牙根有較大的圓角，以減少應(yīng)力集中。內(nèi)、外螺紋旋合后，大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中。這種螺紋兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率高，梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但只能用于單向受力的螺紋聯(lián)接或螺旋傳動(dòng)中。根據(jù)研球機(jī)上液壓缸所要做的工作來(lái)看，液壓缸與油缸套之間應(yīng)該選用梯形螺紋。3.7液壓缸的強(qiáng)度和剛度校核3.7.1缸筒壁厚的校核研球機(jī)的液壓壓缸工作在中、高壓的情況下，并選用了無(wú)縫鋼管，大多屬于薄壁筒（即），可按薄壁公式校驗(yàn)其強(qiáng)度，即 （3-11）式中：p缸筒內(nèi)最高工作壓力（指試驗(yàn)壓力），； 缸筒材料的許用應(yīng)力。，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=3.55； D缸筒內(nèi)徑，m。缸筒為45號(hào)鋼，其抗拉強(qiáng)度=333441，取=335，n=4。=335/4=83.75根據(jù)計(jì)算公式：上面算得油缸缸筒壁厚，符合強(qiáng)度校核。3.7.2液壓缸缸蓋固定螺釘直徑的校核液壓缸缸蓋固定螺釘在工作過(guò)程中，同時(shí)承受拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，其螺釘直徑可按下式校核 （3-12）式中：螺栓螺紋底徑，m； K螺紋擰緊系數(shù)，一般取K=1.21.5； F液壓缸最大作用力，N； Z螺栓個(gè)數(shù)； 螺栓材料的許用應(yīng)力，為螺栓材料的屈服極限，n為安全系數(shù)，一般取n=1.22.5。取螺栓的擰緊系數(shù)K=1.2，安全系數(shù)n=1.3，螺栓材料的屈服極限為=520。=520/1.3=400把以上數(shù)據(jù)帶入式（3-12）中：根據(jù)液壓缸的工作條件，所選用的螺釘螺紋底徑為，所以液壓缸缸蓋所用固定螺釘符合強(qiáng)度條件。第4章活塞桿和活塞的設(shè)計(jì)4.1活塞桿的設(shè)計(jì)活塞桿是把活塞組件上還原而來(lái)的機(jī)械能施功于負(fù)載的零件，是液壓傳遞機(jī)械力的主要零件。在不同的工作環(huán)境下承受壓縮、拉伸、彎曲、振動(dòng)、沖擊，甚至扭轉(zhuǎn)等載荷的作用，所以要求它具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且還要具有耐磨性和耐腐蝕性。4.1.1材料選擇活塞桿一般用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。為了提高強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，活塞桿均要求進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。為了提高耐磨性和耐腐蝕性，在活塞表面鍍硬鉻。根據(jù)實(shí)際運(yùn)用效果，硬鉻層以0.030.05mm為佳（太薄了達(dá)不到使用效果，太厚了反而容易引起脫落），且要求鍍硬鉻的整個(gè)過(guò)程符合要求，所以選用調(diào)質(zhì)45號(hào)鋼作為活塞桿的材料。4.1.2活塞桿的尺寸確定（見(jiàn)圖4-1）活塞桿一頭接活塞，另一頭接研磨盤(pán)，應(yīng)把活塞桿設(shè)計(jì)成階梯式，如圖4-1。（1） 初步確定活塞桿的最小直徑活塞桿的最小直徑應(yīng)為與固定研磨盤(pán)的法蘭盤(pán)連接的部分，它與法蘭之間采用螺紋聯(lián)接，所以其直徑，其長(zhǎng)度由鎖緊螺母的寬度確定，所選用的鎖緊螺母的寬度為24mm，即，在這一段上應(yīng)留有退刀槽。鎖緊螺母選用的螺釘為GB68-85 M516。（2） 活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)最小直徑的確定可以計(jì)算出與活塞連接的一段活塞桿的直徑，活塞桿與活塞連接的部分中間也有一個(gè)鎖緊螺母，所以確定出此段活塞桿的直徑為，長(zhǎng)度為，此處鎖緊螺母上選用的螺釘型號(hào)為GB19-85 M512。確定與活塞連接的活塞桿段的直徑，此段與第1段緊挨，所以應(yīng)比第1段直徑大，即，所以。由此計(jì)算得：。此段長(zhǎng)度應(yīng)與活塞桿中間部分的寬度相同，即。確定活塞桿其他段的直徑和長(zhǎng)度第3段的直徑應(yīng)為活塞桿的最大直徑，其直徑應(yīng)大于且小于液壓缸內(nèi)徑120mm，選此段直徑為。長(zhǎng)度根據(jù)活塞寬度、液壓缸長(zhǎng)度和油缸套的長(zhǎng)度確定，即。此段活塞桿下端與法蘭連接，此處的配合選為H7/f6，同時(shí)確定了法蘭的內(nèi)徑為65mm。第4段與壓盤(pán)連接且選用螺紋聯(lián)接，此段活塞桿直徑及長(zhǎng)度都由壓盤(pán)的孔徑及壓盤(pán)的寬度確定，即，。第5段活塞桿一部分與法蘭連接，另一部分由彈簧的自由長(zhǎng)度確定。其長(zhǎng)度為，直徑取決于法蘭的孔內(nèi)定位套內(nèi)徑的大小，即，此處于定位套的配合為H7/g6，定位套與法蘭的配合為H7/g6。4.1.3活塞桿的形位公差（1）活塞桿軸線(xiàn)的直線(xiàn)度不大于0.03mm/100mm。（2）外徑的圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半。（3）與外圓同軸度允差不大于0.03mm。（4）安裝活塞的軸肩與活塞桿軸線(xiàn)垂直度允差不大于0.04mm/100mm。（5）端部的螺紋與活塞桿軸線(xiàn)同軸度允差不大于0.03mm。4.1.4螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接都能滿(mǎn)足自鎖條件，但在沖擊、振動(dòng)或變載荷的作用下，螺旋副間的摩擦力可能減小或瞬時(shí)消失。這種現(xiàn)象多次重復(fù)后，就會(huì)使聯(lián)接松脫。螺紋聯(lián)接一旦出現(xiàn)松脫，輕者會(huì)影響機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重者會(huì)造成嚴(yán)重的事故。因此，為了防止聯(lián)接松脫，保證聯(lián)接安全可靠，設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的防松措施。防松的根本問(wèn)題在于防止螺紋副在受載時(shí)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。防松的方法，按其工作原理了分為摩擦防松、機(jī)械防松以及鉚沖防松等。一般說(shuō)，摩擦防松簡(jiǎn)單、方便，但沒(méi)有機(jī)械防松可靠。對(duì)于重要的聯(lián)接，特別是在機(jī)器內(nèi)部的不易檢查的聯(lián)接，應(yīng)采用機(jī)械防松。根據(jù)上述介紹及研球機(jī)工作的環(huán)境可初步確定活塞桿兩端選用摩擦防松。摩擦防松包括：對(duì)頂螺母、彈簧墊圈、自鎖螺母。（1）對(duì)頂螺母（如圖4-2所示）：兩螺母對(duì)頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用。工作載荷有變動(dòng)時(shí)，該摩擦力仍然存在。旋合螺紋間的接觸情況如圖4-2所示，下螺母螺紋牙受力較小，其高度可小些，但為了防止裝錯(cuò)，兩螺母的高度取成相等為宜。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于平穩(wěn)、低速和重載的固定裝置上的聯(lián)接。（2）彈簧墊圈（如圖4-3所示）：螺母擰緊后，靠墊圈壓平而產(chǎn)生的彈性反力使旋合螺紋間壓緊。同時(shí)墊圈斜口的尖端抵住螺母與被聯(lián)接件的支承面也有防松作用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。但由于墊圈的彈力不均勻，在沖擊、振動(dòng)的工作條件下，其防松效果較差，一般用于不甚重要的聯(lián)接。（3）自鎖螺母（如圖4-4所示）：螺母一段制成非圓形收口或開(kāi)縫后徑向收口。當(dāng)螺母擰緊后，收口脹開(kāi)，利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，放松可靠，可多次裝拆而不降低防松性能。因此，活塞桿兩端都選用鎖緊螺母。4.1.5活塞桿強(qiáng)度及壓桿穩(wěn)定性校核活塞桿直徑d可按下式校核強(qiáng)度： （4-1）式中：活塞桿材料的許用應(yīng)力。，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=1.4； F活塞桿所受負(fù)載，N； d活塞桿直徑，m?；钊麠U為45號(hào)鋼，其抗拉強(qiáng)度=333441，取=335，n=1.4。=335/1.4=239.3把以上數(shù)值帶入式（4-1）中我們所設(shè)計(jì)的活塞桿的直徑為，符合活塞桿穩(wěn)定性校核。4.2活塞的設(shè)計(jì) 活塞組件是將壓力能直接轉(zhuǎn)換還原機(jī)械能的主要零件，直接影響到液壓缸的工作壓力、運(yùn)動(dòng)速度和效率等。4.2.1材料選擇活塞選材主要從活塞的結(jié)構(gòu)型式考慮：（1） 若采用有支承環(huán)的結(jié)構(gòu)，則常采用20、35、45號(hào)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（2） 少數(shù)情況下，為用支承環(huán)則采用耐磨鑄鐵，灰口鑄鐵HT200-300，球墨鑄鐵以及錫青銅、鋁合金。因此研球機(jī)上活塞的材料選用灰口鑄鐵HT200。4.2.2活塞的尺寸確定（見(jiàn)圖4-5）（1）確定活塞的總長(zhǎng)度活塞的總長(zhǎng)度是根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑來(lái)確定的，液壓缸內(nèi)徑為120mm，所以活塞的總長(zhǎng)度為120mm。（2）確定活塞各段的尺寸第段和第段內(nèi)徑是活塞與液壓缸內(nèi)壁的密封部分，因此，此處的長(zhǎng)度由密封件的尺寸確定，即，其直徑為。第段活塞的直徑應(yīng)不能碰觸到油缸蓋的凸臺(tái)且超出活塞桿第2段的長(zhǎng)度，即。第段活塞與第2段活塞桿連接，活塞的直徑取決于第2段活塞桿的長(zhǎng)度，活塞的長(zhǎng)度取決于鎖緊螺母的外徑。因此，。4.2.3確定活塞的相關(guān)配合活塞與活塞桿配合的內(nèi)孔尺寸精度取IT7級(jí)，內(nèi)孔表面粗糙度1.6以上（此處為滑動(dòng)輕配合，若間隙過(guò)大裝配后會(huì)因同軸度差而產(chǎn)生別徑及局部磨損），所以此處的配合為H7/n6。設(shè)計(jì)使用中考慮到，若活塞磨損密封件容易嵌入活塞與缸壁運(yùn)動(dòng)副之間，故活塞與缸壁間的間隙要適宜。此處采用活塞環(huán)密封，則活塞外徑基本偏差為f6f7（采用不同密封件、壓力大小不同所留間隙不同）。另外，為了防止活塞運(yùn)行到底部與缸蓋碰傷，活塞本體導(dǎo)致內(nèi)污染，活塞兩端倒R3R5圓角?；钊鈴奖砻娲植诙?.2以上，故活塞外徑與缸壁的配合H7/f6。4.2.4活塞的形位公差（1）內(nèi)、外徑的圓度、圓柱度誤差不大于尺寸公差的一半。（2）活塞外徑對(duì)內(nèi)孔及密封件溝槽的同軸度允差不大于0.03mm。（3）端面對(duì)軸線(xiàn)的垂直度允差不大于0.04mm/100mm。（4）活塞與活塞桿軸肩的接合端面，表面粗糙度可在1.6以上，但垂直度不一定大于0.04mm/100mm。4.3 C語(yǔ)言程序#include”math.h”,#define p1 3.14int n,zhu=0;float p1,q1,i,i1,g,a,f,c1,x1,y1,H1,H2,q2,x2,y2,m,N,t,Xc,Yc,o,d;float z,p4,x,y,ex,p2,b,q,q3,p3,x3,y3,cont,M;clrscr();printf(“please input H1=”);scanf(“%f”,&H1);printf(“please input H2=”);scanf(“%f”,&H2);for(p1=0.6;p1=0.8;p1=p1+0.04) for(q1=0.83;q1=0.91;q1=q1+0.016) for(I=1.0;I=1.3;I=I+0.06) for(i1=0.22;i1=0.3;i1=i1+0.016) g=H1/(sin(p1)+I*sin(q1); a=i*g; b=i1*g; f=g-b; e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); x1=f*cos(p1); y1=H1-f*sin(p1); q2=5; m=g*g-(e1+a*cos(q2)*(e1+a*cos(q2); If(M=0)M= -M; p2=atan(sqrt(M)/(c1+a*cos(q2); x