曲軸振動自動拋光機的設計

曲軸振動自動拋光機的設計,曲軸振動自動拋光機的設計,曲軸,振動,自動,拋光機,設計 2013 屆學生畢業(yè)設計（論文）前期工作材料 理工類 題 目: 振動自動拋光機結構設計 學 院： 機械工程學院 專業(yè)班級： 機械設計及其自動化 機械083 學生姓名： 鄒學泉 學 號： 指導教師： 葛藤（講師） 材 料 目 錄 序 號 名 稱 數 量 備 注 1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 1 4 畢業(yè)設計(論文)中期檢查表 1 5 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 學院意見： 學院（公章 ） 年 月 日 2012年10 月淮海工學院畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 申報課題名稱 振動自動拋光機結構設計 指導教師 葛藤 專業(yè)技術 職 務 講師 課題性質 A B C D E 課題來源 A B C D √ √ 課題預計 工作量 大 適中 小 課題預計 難易程度 難 一般 易 √ √ 課題簡介 曲軸自動拋光機可以對曲軸進行自動拋光，使得曲軸支撐表面粗糙度達到0.2微米以下。曲軸自動拋光機的容器與立式激振器連成一體，并支承于隔振彈簧上。當激振器主鈾高速旋轉時，偏心塊產生激振力(離心力)和激振力矩，容器產生周期性的振動。容器底部為一圓環(huán)形狀，各點的振幅不一．使容器中的磨料(磨介質)和被磨工件既繞容器中心軸線(垂直抽)公轉，又繞圓環(huán)中心自轉。其合成運動為環(huán)形螺旋運動，磨料和工件在運動時互相磨削，可對工件進行均勻加工。 設計(論文) 要 求 （包括應具 備的條件） (1) 實現(xiàn)曲軸進行自動拋光； (2) 零件的機械強度和疲勞強度滿足使用要求； (3) 正確編寫出設計說明書； 系審定意見： 系主任(簽名)： 年 月 日  淮海工學院畢業(yè)設計（論文）任務書 題 目 振動自動拋光機結構設計 學 院 機械工程學院 專業(yè)班級 機械設計及其自動化 DZ機械091 學生姓名 鄒學泉 學 號 1.畢業(yè)設計（論文）應達到的目的 畢業(yè)設計（論文）應達到的目的是：①了解課題研究方向的課題國內的發(fā)展情況；②掌握典型機械產品設計的一般思想和步驟；③綜合運用已學的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，分析與解決實際問題；④初步具備從事機械設計工作所必需的基本技能和進行科學研究工作的能力。本次畢業(yè)設計把機械產品結構設計和強度分析結合起來，注重以下方面能力的培養(yǎng)： 1、 調查研究、查閱中外文獻和收集資料的能力； ⑵、理論分析、制定設計方案的能力； ⑶、設計、計算和繪圖的能力； ⑷、綜合分析、總結提高、編制設計說明書及撰寫科技論文的能力； ⑸、外語、計算機應用的能力； 2.畢業(yè)設計（論文）的內容和要求〔包括原始數據、技術要求、工作要求等〕 1. 設計內容 （1）工作原理 曲軸自動拋光機的容器與立式激振器連成一體，并支承于隔振彈簧上。當激振器主鈾高速旋轉時，偏心塊產生激振力(離心力)和激振力矩，容器產生周期性的振動。容器底部為一圓環(huán)形狀，各點的振幅不一．使容器中的磨料(磨介質)和被磨工件既繞容器中心軸線(垂直抽)公轉，又繞圓環(huán)中心自轉。其合成運動為環(huán)形螺旋運動，磨料和工件在運動時互相磨削。 （2）設計項目和基本參數 曲軸主軸頸φ60mm，連桿軸頸φ76mm，總長度h=300mm，8根曲軸的總體積V=0.01526mm3，總質量118kg；支撐表面粗糙度小于Ra0.2微米，工件轉速60-120轉/分。 2. 設計要求： （1）實現(xiàn)曲軸進行自動拋光； （2）零件的機械強度和疲勞強度滿足使用要求； （3）正確編寫出設計說明書； 淮海工學院畢業(yè)設計（論文）任務書 3.畢業(yè)設計（論文）的成果要求〔包括圖表、實物等硬件要求〕 （1）設計計算說明書一份，要求格式正確、條理清晰； （2）總裝圖A0號一張； （3）CAD繪制一張零部件圖； （4）外文翻譯要求文字流暢、通順，語言描述準確。 4.主要參考文獻 [1] 王之櫟，王大康.機械設計綜合課程設計.北京：機械工業(yè)出版社，2003. [2] 機械設計組.實用機械設計手冊（第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，2000 [3] 張英會，劉輝航，王得成.彈簧手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1997 [4] 濮良貴.機械設計.北京：高等教育出版社，2001 [5] 成大先.機械設計手冊·軸承.北京：化學工業(yè)出版社，2004 [6] 曲彩云.機械設計手冊·連接與緊固.北京：機械工業(yè)出版社，2007 [7] 王鴻文.材料力學.高等教育出版社.2001 淮海工學院畢業(yè)設計（論文）任務書 5.畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃 序號 起 迄 日 期 工 作 內 容 1 12.10.25—12.11.1 下達審題表、任務書，畢業(yè)實習 2 12.11.2—12.11.16 查閱相關文獻參考資料，外文翻譯 3 12.11.17—12.11.19 撰寫開題報告 4 12.11.20—13.3.20 設計計算、繪圖 5 13.3.21—13.5.15 編寫畢業(yè)設計說明書 6 13.6.1—13.6.5 計算說明書和設計圖的審核和修改 7 13.6.5—13.6.10 準備答辯材料 8 13.6.11—13.6.15 畢業(yè)答辯 指導教師 日 期： 年 月 日 系審查意見： 系主任(簽名)： 年 月 日 淮海工學院學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 題 目 振動自動拋光機結構設計 學 院 機械工程學院 專業(yè)班級 機械設計及其自動化 DZ機械091 學生姓名 鄒學泉 學 號： 010817335 符 合 規(guī)范化 的要求 畢業(yè)（設計） 論文任務書 有 √ 開題報告 有 √ 無 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 √ 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 優(yōu) 良 √ 中 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 √ 中 差 中期成績 良 畢 業(yè) (設計) 論 文 調 整 情 況 按計劃進行，不需調整 指導教師（簽名） 年 月 日 系 意 見 系主任（簽名） 年 月 日 摘 要 壓縮機曲軸軸頸及曲軸銷是動配合，要求表面粗糙度通常在Ra0.4以下，常用磨削的方法加工及拋光。由于其形狀不規(guī)則，安裝復雜，產量低，加工成本高，設備昂貴。提出采用振動拋光機專用設備進行拋光。 拋光是超精密加工中一種重要加工方法，其優(yōu)點是加工精度高，加工材料范圍廣。拋光機是用嵌入磨料的研具對工件表面進行研磨的工具，是保證研磨加工的重要條件。由于傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質量不穩(wěn)定等缺點，這使得傳統(tǒng)研磨應用受到了一定限制，為了提高研磨加工效率，機械研磨機已經取代了傳統(tǒng)的手工研磨。 本文主要是合理的分析了振動拋光機的傳動系統(tǒng)和拋光原理，本振動拋光機設計由電動機、減速裝置、振動馬達、振動盤等組成，并設計了減速裝置。為了使其具有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性，對蝸輪蝸桿減速器上的主要零部件進行了壽命校。 關鍵詞：曲軸；振動拋光；蝸輪蝸桿； Abstract Compressor crank journal and crank pin is moving with the surface roughness is usually in the following Ra0.4 commonly grinding machining and polishing. Because of its irregular shape, installation complexity, low-yield, high processing costs, expensive equipment. Proposed special equipment vibration polishing machine polishing. Polishing is an ultra-precision machining processing method, the advantage of high precision machining and processing a wide range of materials. The polishing machine is embedded abrasive lap on the workpiece surface grinding tool, is an important condition to ensure that the abrasive machining. Traditional grinding low processing efficiency, processing costs, unstable machining precision and quality shortcomings, which makes traditional grinding application subject to certain restrictions, in order to improve the efficiency of grinding, mechanical polishing machine has replaced the traditional hand-grinding. This paper is reasonable analysis of vibration polishing machines the drivetrain and polishing principle, the vibration polishing machine design by the motor, deceleration device, vibration motor, vibration disk, and the design of the deceleration device. In order to have a sufficient rigidity, strength and stability of the main parts of the worm gear reducer school life. 【Key word】Crankshaft; vibration polishing; worm 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1本課題的研究背景及意義 1 1.2振動研磨機國內外發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3本課題研究內容 5 第2章 振動拋光機研究 6 2.1振動研磨機的工作原理 6 2.2振動研磨的運動機理 8 第3章 蝸輪蝸桿減速器設計 10 3.1電動機的選擇 10 3.2傳動零件的設計計算 12 3.3 軸的設計 16 第4章 軸承的選擇和計算 21 4.1渦輪軸的軸承的選擇和計算 21 4.2 減速器鑄造箱體的主要結構尺寸 22 第5章 其他零件設計 24 5.1鍵連接的選擇和強度校核 24 5.2 聯(lián)軸器的選擇和計算 24 5.3 減速器的潤滑 25 致 謝 26 參考文獻 27 III 第1章 緒論 1.1本課題的研究背景及意義 研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進行微量加工的過程。研磨加工的特征是加工精度和質量高。并且加工材料廣，幾乎可以加工任何固態(tài)材料。近年來，隨著人們對產品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工質量高再次受到人們的關注。 振動研磨機是一種高效、節(jié)能的新型磨粉設備，主要解決冶金、化工、非金屬礦、醫(yī)藥、陶瓷、建筑新材料、水泥、磁性材料等諸多行業(yè)超細粉體加工難題。由于粉體實現(xiàn)超細化或超微化后，原子或分子在熱力學上處理亞穩(wěn)定狀態(tài)，使得比面積增大，從而性格較為活潑，其光學、電學、磁學、熱學和化學活性等發(fā)生了變化，并在使用中更具有超常的效果。這些變化既不屬固體物理又不是原子或分子物理，是物理學中一門新課題，形成獨具特色的超微粒子粉體物理學。現(xiàn)代科學技術往往需要粉體粒徑細至500～12500目，有的甚至需要粒徑達亞微米或納米，這是古老傳統(tǒng)的粉碎技術及設備所無法實現(xiàn)的。目前國內外許多高校、科研機構都把粉體超細化或超微化做為研究開發(fā)的主攻方向，將重點集中在如何能獲得更細粉碎技術及設備的研究上。 振動研磨機的質量直接影響工件的質量和生產效率。其主要有以下幾個方面的因素： ??? (1) 研磨平板的振動研磨機性能。這是決定振動研磨機質量的基本條件，特別是在機械研磨中，由于研磨平板是配對使用的，所以還要求配對的兩塊研磨平板的振動研磨機性能應相近。?????? ??? (2) 研磨平板的平面性。不僅要求研磨平板有良好的平面性，而且還要求配對使用的兩塊研磨平板的幾何形狀應當偶合，如果研磨平板的平而性差(例如：用直徑80 mm，2級平晶測量時，平面性超過2條光波干涉帶)或配對兩塊平板偶合性不好時，則在整個平板板面上振動研磨機將是不均勻的或根本不可能振動研磨。 ???? ? (3) 所選用的磨料的材質。磨科按其來源可以分為天然磨料和人造磨料。天然磨料包括金剛石、剛玉、石榴石等。人造磨料有人造金剛石、人造剛玉、碳化硅、磁化硼等。 金剛石系碳(C)的結晶體，比重在3.4~3.6之間，維氏硬度10000以上，是最硬的。由于金剛石價格昂貴，因此在研磨加工中，經常使用的是由粒度為微米級的金剛石粉末配制的研磨膏，對澀質合金或陶瓷等材質的工件進行精研和拋光。 剛玉系氧化鋁(Al2O3)的結晶體，天然剛玉的比重在3.9~400之間，人造剛玉比重在3.2~4.0之間，氧化鋁具有較大的韌性，維氏硬度約為2000以上。 碳化硅(SiC)的結晶系薄板狀，維氏硬度3000左右，由于雜質的存在而常常帶有各種顏色。常見的為綠色和黑色。黑色的碳化硅含量約98％，綠色的約98.5％，碳化硅韌性較小，綠色碳化硅比黑的更脆些，適于加工各種脆性材料。 碳化硼(B4C)的比重約2.5，硬度超過碳化硅而接近于金剛石。用于硬度很高的工件的研磨加工。 人造金剛石研磨膏是以人造金剛石粉相其它混合劑為原料配制而成。膏體為水溶性質，具有理想的潤滑性。使用時可用水和甘油進行稀釋。各生產廠家所生產的研磨膏，根據不同規(guī)格，都配上不同的顏色，便于使用時鑒別。 (4) 操作者的振動研磨機技術水平。這里重要的是掌握振動研磨機時煤油量的多少。在一般情況下，研磨平板油層厚度應是所嵌磨料顆粒大小的1~2倍。油量過少，磨料顆粒不易在研磨平板板面布均，影響振動研磨機的均勻性；如果油量過多，將產生“趕”砂現(xiàn)象，使振動研磨機工作受到破壞。 ??? 實踐證明，振動研磨機只有充分掌握上述各點，才能保證研磨的質量。 曲軸零件形狀復雜，其軸頸的拋光，一直以來采用磨削的方法加工。由于零件安裝復雜，設備昂貴，產量低，加工成本高。制約了發(fā)展。振動拋光機采用的磨料為自由移動的松散磨料石塊，當把零件放人裝有磨料的振動拋光容器內時，由于容器不停地運動而將慣性作用傳遞給磨料使之自由移動，并與零件外表面磨擦，由于磨料與零件之問都有各自的比重，從而導致這些磨料與零件的相對運動，這種磨擦的切削量很?。畯亩鸬搅藪伖庾饔茫@種拋光不改變零件的尺寸。如果將零件任意放入振動拋光容器內，那么被加工零件之問必然發(fā)生相互碰撞，極易損壞零件，而且加工也不均勻。采用專用設備與振動拋光容器配合，即保證了拋光的質量，又防止了零件相互之間的碰撞，起到較好的效果。 1.2振動研磨機國內外發(fā)展現(xiàn)狀 1、國內振動磨機生產研究狀況 我國的研磨設備有：球磨機、氣流磨、雷蒙磨、攪拌磨、輥式磨和柱磨機等。球磨機目前仍是我國水泥、陶瓷等行業(yè)的主導磨機。上述這些設備雖然有許多優(yōu)點，但也有本身的弱點。比如，受到工藝及磨機本身加工特點的限制，大多都無法加工硬度較高的礦渣、粉煤灰以及高硬度非金屬材料，特別是球磨機還存在著噪音大、能耗高、污染環(huán)境等缺點，無法滿足生產高標號水泥、高檔次陶瓷制品和其它新型建筑材料所需的粉體細度。 大型多用途超細振動研磨機從結構、工藝、磨介外形以及原理上都與傳統(tǒng)的磨機有根本的不同，它是采用機械振動原理，整機在較小的能量消耗下就可以工作，從而降低在超細粉加工過程中，材料破碎等所需的較大功耗。這項技術成果可以說是對傳統(tǒng)研磨技術的一場革命，比較適合對硬度較高的脆性材料做超細、超微粉加工。同時具有噪音小、能耗低、不污染環(huán)境等優(yōu)點。 由于受各種歷史原因的影響，我國在六十年代初開始從事這方面研究，但由于大型振動磨機在設計和生產中還存在諸多技術問題，如支承彈簧壽命、磨體整體鋼度及連接件強度、焊接強度、耐磨材料等，并缺少配套的部件及相應的設計標準等原因，其研究進展緩慢。到了八十年代中期，僅有溫州礦山機械廠生產小型振動磨機。以后相繼有河南新鄉(xiāng)東方礦山設備廠、煙臺卓悅機械傳動有限公司、洛陽礦山研究所、武漢大學、西安建筑科技大學等單位生產振動磨機。但是，上述單位所研制生產的振動磨機普遍存在的問題是臺時加工量偏小、大規(guī)模工業(yè)化生產時工藝配套不理想、粉磨過程中鐵雜質污染原材料。由于超細粉體在加工、分級、去污提純、表面改性方面仍存在的許多技術難題，使得超細粉體加工工藝及設備，長期落后于發(fā)達國家。許多產品因原材料及制造工藝與國外尚有一定差距，造成幾十年超細粉體加工質量徘徊不前，尤其在水泥、建材、陶瓷、油漆、涂料等領域很難邁進市場產品品質優(yōu)良和制造技術領先行列。開發(fā)推廣新一代節(jié)能振動粉磨設備，既可以填補超細粉加工行業(yè)設備空缺，又能加快企業(yè)舊設備的技術改造，并充分發(fā)揮新技術設備的加工能力，增加產品的市場競爭能力。 2、國外振動研磨機研究發(fā)展概況 德國是振動磨機研制較早的國家。四十年代初，雖然Hochst公司對振動磨機進行了較系統(tǒng)的研制，但直到五十年代末，西德Klockner-Humboldt-Deutz公司研制的PALLA系列振動磨機才成為定型產品在歐州各國普遍暢銷。 從七十年代起德國國家研究部一直把超細粉體制備技術作為特殊研究領域對待，并以Claustabl Braunschweig工業(yè)大學及KHDAlpine公司為中心形成了攻關群體。據資料介紹，目前Lurge公司所生產的振動磨機品種齊全，工藝配套性好，磨筒有效容積為60～2500L，可滿足不同加工場合的需求。但由于德國在設備制造過程中對材料選擇比較精良，以及工藝標準較高，參振磨體支承采用橡膠復合簧，使整機生產成本偏高，難于向發(fā)展中國家銷售。 日本中央化工機械、川崎重工、大工產物等公司制造的振動磨機，是六十年代初從西德SIEBTECHNIK公司引進的單筒磨技術，爾后他們獨立地進行研究試制。目前，日本不僅可生產間歇式的，也可生產連續(xù)和臥式渦流振動磨機，無論在生產數量、種類、技術性能、理論研究和新品試制方面都是極為先進的，在市場上獲得很高的聲譽，并申報了許多專利，產品銷往中國及東南亞各國。 美國Allis-chalmers也采用德國技術，生產出多管振動磨機，磨管可達六管，臺時產量較高，傳動方式由德國的單邊傳動改為中心驅動雙邊激振。該系列振動磨機工作穩(wěn)定，工藝配套性好，應用范圍廣，已被世界上許多國家所接受，對世界振動磨機的發(fā)展起了推進作用，是九十年代超細粉體加工的主要設備。 前蘇聯(lián)曙光生產聯(lián)合體（CBITAHOK），于八十年代末在引進德國振動磨機技術的基礎上，設計開發(fā)出雙電機同步驅動式振動磨機，并采用特殊設計的非線性空氣彈簧作支承，既改善了磨體的振型，又起到了隔振降噪的效果。為振動磨機向大型化發(fā)展奠定了基礎，在振動磨的設計研究領域取得了突破性進展。目前，該公司生產的振動磨機有單管和雙管兩種類型，臺時產量0.3～8T/h，被廣泛應用于東歐及南亞各國的建材、礦山行業(yè)。 俄羅斯·斯特羅諾佛依德工廠也在研制振動磨機方面做了許多工作。據介紹，該廠已完成粉磨CaO達15t/h的磨機設計，磨管有效容積達3000L以上，但由于該企業(yè)經濟原因，至今也未制造出樣機。 由此可見，制造大型振動磨機技術，尤其是某些關鍵技術，至今仍為少數國家掌握，并且對我國采取一定程度的限制。因此開發(fā)研制中國自己的大型振動磨，將顯示我們的科研實力和水平，同時也對我國的國民經濟建設起到重要促進作用。 1.3本課題研究內容 設計一臺曲軸振動拋光機，該機可以對曲軸進行自動拋光，使得曲軸支撐表面粗糙度達到0.2微米以下。曲軸自動拋光機的容器與立式激振器連成一體，并支承于隔振彈簧上。當激振器主鈾高速旋轉時，偏心塊產生激振力(離心力)和激振力矩，容器產生周期性的振動。容器底部為一圓環(huán)形狀，各點的振幅不一．使容器中的磨料(磨介質)和被磨工件既繞容器中心軸線(垂直抽)公轉，又繞圓環(huán)中心自轉。其合成運動為環(huán)形螺旋運動，磨料和工件在運動時互相磨削，可對工件進行均勻加工。 第2章 振動拋光機研究 2.1 振動研磨機的工作原理 圖2-1 工作原理圖 振動研磨機的工作原理如圖2-1：在振動盤中安裝有振動馬達，振動盤通過振動彈簧與底座連接； 啟動振動研磨機時，振動馬達產生強大的激振力，通過振動彈簧帶動振動盤中的研磨混合物（即研磨材料、研磨助劑等混合物）產生三個方向的運動，即上下振動、由里向外的翻轉、螺旋形的逆時針旋轉。為了使曲軸各部位拋光均勻，曲軸必須能夠自轉。電動機帶動蝸輪蝸桿減速器，減速器輸出軸與曲軸工件通過聯(lián)軸器連接。這樣，曲軸自轉的同時，磨料又圍繞曲軸公轉，從而達到拋光均勻的目的。 振動馬達是振動研磨機中的核心部件，它是一種特殊的振動馬達（如上圖所示），它在兩端的軸心上安裝有偏心塊（也叫振動塊），通過調節(jié)這兩塊偏心塊的相對角度、重量，可以很方便的調節(jié)振動研磨機的振動頻率、翻轉速度。本次設計選擇YZUL-10-4立式振動電機。 振動盤機體：是該機主要部分，形狀像個“大火鍋” 組成一個環(huán)行槽。槽內壁鑲有粘貼牢固、耐磨且具有彈性、表面平整的橡膠襯里。拋光介質和產品放在其中。 機座：是個兩端帶法蘭圓筒。下法蘭有地腳螺孔，是全機的支撐部分。整個機體靠彈簧座落在上面。其上開有一孔為調整偏重鐵和裝拆電機之用。 電機：是該機振源。牢固地與機體連接在一起。通常用的是4極電機。從上往下看逆時針方向旋轉。因為是在惡劣的振動條件下工作，所以必須是專用的特殊電機。其軸承和線圈甚至接線盒都要適應強烈的振動。電機上下端伸出軸固定兩個偏重鐵， 當電機軸旋轉時，產生足夠的激振力矩。 振動彈簧：組成振動系統(tǒng)最基本的參量是振體的質量(轉動慣量)和恢復力(恢復力矩)，該振動系統(tǒng)恢復力(恢復力矩)就是由彈簧提供的。彈簧為圓柱壓力彈簧，其制造材料有60Mn、50CrVA等。經熱處理后，硬度為HRC=45~50，旋向一般為左旋。一定數量的彈簧均勻排列在機座法蘭上。 蝸輪蝸桿減速器：蝸輪蝸桿減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將電機的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。特點是： 1、機械結構緊湊、體積外形輕巧、小型高效； 2、熱交換性能好、散熱快； 3、安裝簡易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護檢修； 4、運行平穩(wěn)、噪音小、經久耐用； 5、使用性強、安全可靠性大； 那么，坯體是如何被拋光的呢，通電后，電機帶動偏重鐵旋轉，由于上下偏重鐵重心不平衡產生的偏心力矩作用于機體，使機體產生振動，進而帶動機體內介質運動，通過介質的沖擊和磨擦作用坯體被拋光。介質以螺旋軌跡，繞機體中心逆時針旋轉，如圖2-2。 圖2-2 磨料運動軌跡圖 2.2 振動研磨機的運動機理 實際的拋光機作為一個振動系統(tǒng)是很復雜的，為便于分析，系統(tǒng)是否可簡化為最簡單的力學模型：如圖2-3所示的質量彈性系統(tǒng)。m為質量，K為彈簧常數。該系統(tǒng)具有兩個自由度。振動位置需要兩個坐標Z，才能確定，Z表示振體的質心，C在鉛垂軸上的坐標，則表示振體在水平方向相對質心的轉角。系統(tǒng)的振動是由上下垂直運動和水平扭擺振動合成的結果 圖2-3 質量彈性系統(tǒng)模型 振動理論指出：在簡諧干擾力作用下，受迫振動也是簡諧運動。振動的頻率與干擾力的頻率相同。田電機轉速恒定，即頻率不變；偏重鐵固定后，振幅也不變，電機帶動偏重鐵的振動是簡諧振動。所以拋光機的振動為簡諧振動。振動頻率按振源電機的頻率進行。即 決定振動程度有兩個主要因素； 1) 上下偏振塊之間的相位角。相位角指從上俯視兩偏鐵之間的夾角，我們通過觀察三項實驗說明問題吧。 a) 把兩偏重鐵調到同一方向，即相位角為0。這時槽內介質運動的垂直分量很小，而水平運動分量很大，循環(huán)運動很快。 b) 相位角從0~90°逐漸加大，介質運動的垂直分量隨角度增大而增大；相應的水平分量逐漸減??； 運動軌跡為螺旋線。 c) 相位角從90°。這時，運動的水平分量很小，而垂直分量很大。這種現(xiàn)象可稱為“噴流運動”。 上述試驗可解釋為：當上下偏重鐵相位角為0°時，由上下偏重鐵引起的諧振同相；相位角在0~90°范圍變化時，則兩個諧振相位差也在0~90°之間變化。介質的運動就是兩個諧振運動合成的結果。 2) 上下偏重鐵距系統(tǒng)重心C的距離。即對重心C產生的力矩。據英國資料介紹，下邊的偏重鐵決定垂直分量運動程度；上邊的偏重鐵決定水平分量運動程度。從圖中我們可以看出上邊的偏重鐵距重心近，下邊的偏重鐵距重心遠。但是機器裝好后，上下偏重鐵距重心的距離也就確定了，不能隨便調整，實際使用中都是通過增減上下偏重鐵的重量，來調整對重心的力矩，也就是調整振幅的。 由上述分析可知，使用拋光機有個選擇最佳相位角問題。試驗表明，對于最大部位尺寸太小不同的被拋光物體，要采用相應的偏重鐵相位角才能滿足拋光工藝要求，即使拋光介質在槽內運動一周過程中，露出拋光的次數為1~2次。 再談談拋光介質。拋光機適用于骨灰瓷、硬質瓷、高長石瓷、高石英瓷及紫砂制品等。介質硬度要因瓷而異，一般說介質硬度應高出被拋光物體硬度10%左右。介質過硬，會使被拋光物體表面劃出痕跡；過軟則介質易損耗。常用的介質有石英碴、碎瓷片等。骨灰瓷為瓷質軟，其介質為正方體小硬木塊和小的三棱柱形瓷塊混合使用，各為50%。此外，介質的形狀、規(guī)格尺寸及介質在機體內的深度也很有講究，在此不一一贅述。 最后要說明的是：拋光機在起動和停車的片刻，機體會以超過臨介振相的頻率作過幅的振動，因此在未裝入足夠的介質前，決不能空載啟動電機。 第3章 蝸輪蝸桿減速器設計 3.1 電動機的選擇 （1）選擇電動機的類型 按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機，封閉式結構，電壓380V。 （2）選擇電動機的功率 電動機所需的功率 式中 —工作機要求的電動機輸出功率，單位為Kw； —電動機至工作機之間傳動裝置的總效率； —工作機所需輸入功率，單位為Kw； 輸送機所需的功率輸送機所需的功率 =1200×1.5/1000×0.8=2.25Kw 電動機所需的功率 = =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76 =2.25/0.76=2.96kW 查表，選取電動機的額定功率=4kw。 （3）選擇電動機的轉速 已經曲軸轉速為60~120r/min，暫定轉速為80r/min，由表推薦的傳動比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動比，故電動機轉速的可選范圍為： 符合這范圍的電動機同步轉速有1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉速的電動機進行分析比較。 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格、傳動比及市場供應情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號為Y112M—4 1. 確定傳動裝置的傳動比及其分配 減速器總傳動比及其分配： 減速器總傳動比 式中—傳動裝置總傳動比 —工作機的轉速，單位r/min —電動機的滿載轉速，單位r/min 2. 計算傳動裝置的運動和動力參數 （1）各軸的輸入功率 軸I 軸II （2）各軸的轉速 電動機： 軸I： 軸II： （3）各軸的輸入轉矩 電動機軸： 軸I： 軸II： 上述計算結果匯見表3-1 表3-1傳動裝置運動和動力參數 輸入功率 轉速n 輸入轉矩 傳動比 效率 電動機軸 2.96 1440 19.63 1 0.98 軸I 2.9 1440 19.23 18 0.784 軸II 2.27 80 270.98 3.2 傳動零件的設計計算 3.2.1 蝸輪蝸桿傳動設計 一.選擇蝸輪蝸桿類型、材料、精度 根據GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）蝸桿材料選用45鋼，整體調質，表面淬火，齒面硬45~50HRC。蝸輪齒圈材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級精度，標準保證側隙c。 二.計算步驟 1.按接觸疲勞強度設計 設計公式≥mm 選，： 查表7.2取， 在30～64之間，故合乎要求。 初估 （2）蝸輪轉矩： （3）載荷系數K： 因載荷平穩(wěn)，查表7.8取K=1.1 （4）材料系數ZE 查表7.9， （5）許用接觸應力 查表7.10， （6）： （7）初選的值： 查表7.1取m=6.3， m （8）導程角 （9）滑動速度 （10）嚙合效率 由，查表得 （11）傳動效率 取軸承效率 ，攪油效率 （12）檢驗的值 =1.1×301183×=1323＜2500.47 原選參數滿足齒面接觸疲勞強度要求 2.確定傳動的主要尺寸 (1)中心距a (2)蝸桿尺寸 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 導程角 右旋 軸向齒距 齒輪部分長度 取 (3)蝸輪尺寸 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 d 齒根圓直徑 導程角 右旋 軸向齒距 蝸輪齒寬 齒寬角 蝸輪咽喉母圓半徑 (4)熱平衡計算 ①估算散熱面積A ②驗算油的工作溫度t 室溫：通常取。 散熱系數： ＜80℃ 油溫未超過限度 (5)潤滑方式 根據=4.84m/s，查表7.14，采用浸油潤滑，油的運動粘度 幾何尺寸計算結果列于下表： 名 稱 代號 計算公式 結 果 蝸桿 中 心 距 = a=141.75 傳 動 比 i=17.59 蝸桿分度圓柱的導程角 蝸桿軸向壓力角 標準值 齒 數 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸桿螺紋部分長度 名 稱 代號 計算公式 結 果 蝸輪 中 心 距 = a=141.75 傳 動 比 i=17.59 蝸輪端面壓力角 標準值 蝸輪分度圓柱螺旋角 o 齒 數 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸輪最大外圓直徑 3.3 軸的設計 3.3.1 蝸輪軸的設計 （1）選擇軸的材料 選取45鋼，調質，硬度HBS=230，強度極限，由表查得其許用彎曲應力，查《機械設計基礎》（表10-1、10-3） （2）初步估算軸的最小直徑 取C=120，得≥=120× =36.32mm 根據《機械設計》表11.5，選 （3）軸的結構設計 ①軸上零件的定位、固定和裝配 單級減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，周向固定靠平鍵和過渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過渡配合或過盈配合固定。聯(lián)軸器以軸肩軸向定位,右面用軸端擋，圈軸向固定. 鍵聯(lián)接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承 從做從左面裝入，齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器依次右面裝到軸上。 ②確定軸各段直徑和長度 I段 II段選30208型圓錐滾子軸承，其內徑為40mm，寬度為19.75mm。故II段直徑。 III段考慮齒輪端面和箱體內壁、軸承端蓋與箱體內壁應有一定距離，則取套筒長為42mm。故，。 IV段， V段， VI段， VII段， （4）按彎扭合成應力校核軸的強度 ① 繪出軸的結構與裝配圖(a)圖 ②繪出軸的受力簡圖(b)圖 ③繪出垂直面受力圖和彎矩圖(c)圖 軸承支反力： 計算彎矩： 截面C右側彎矩： 截面C左側彎矩： ④繪制水平面彎矩圖(d)圖 軸承支反力： 截面C處的彎矩： ⑤繪制合成彎矩圖(e)圖 ⑥繪制轉矩圖(f)圖 ⑦繪制當量彎矩圖(g)圖 轉矩產生的扭剪應力按脈動循環(huán)變化，取0.6，截面C處的當量彎矩為 圖3.2 低速軸的彎矩和轉矩 (a)軸的結構與裝配 (b)受力簡圖 (c)水平面的受力和彎矩圖 (d)垂直面的受力和彎矩圖 (e)合成彎矩圖 (f)轉矩圖 (g)計算彎矩圖 3.3.2 蝸桿軸的設計 (1)選擇軸的材料 選取45鋼，調質處理，硬度HBS=230，強度極限，屈服極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，對稱循環(huán)變應力時的許用應力。 (2) 初步估算軸的最小直徑 最小直徑估算，取 (3)軸的結構設計 按軸的結構和強度要求選取軸承處的軸徑d=40mm，初選軸承型號為30208圓錐滾子軸承（GB/T297—94），采用蝸桿軸結構，其中，齒根圓直徑，分度圓直徑，齒頂圓直徑，長度尺寸根據中間軸的結構進行具體的設計，校核的方法與蝸輪軸相類似，經過具體的設計和校核，得該蝸桿軸結構是符合要求的，是安全的。 第4章 軸承的選擇和計算 4.1蝸輪軸的軸承的選擇和計算 按軸的結構設計，初步選用30208（GB/T297—94）圓錐滾子軸承，內徑d=40mm,外徑D=80mm，B=20mm. （1）計算軸承載荷 ① 軸承的徑向載荷 軸承A： 軸承B： ② 軸承的軸向載荷 軸承的派生軸向力 查表得：30208軸承15°38′32″ 所以， 無外部軸向力。 因為＜，軸承A被“壓緊”，所以，兩軸承的軸向力為 ③ 計算當量動載荷 由表查得圓錐滾子軸承30208的 取載荷系數， 軸承A：＜e 取X=1，Y=0，則 軸承B：＜e 取X=1，Y=0，則 按軸的結構設計，選用30208圓錐滾子軸承（GB/T297—94），經校核所選軸承能滿足使用壽命，合適。具體的校核過程略。 4.2減速器鑄造箱體的主要結構尺寸 (1) 箱座（體）壁厚：=≥8，取=15； (2) 箱蓋壁厚：=0.85≥8，取=12； (3) 箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度：，； (4) 地腳螺栓直徑及數目：根據=154.35，得，取=18,地腳螺釘數目為4個； (5) 軸承旁聯(lián)結螺栓直徑： (6) 箱蓋、箱座聯(lián)結螺栓直徑：=9～14.4，取=12； (7) 表2.5.1軸承端蓋螺釘直徑： 高速軸 低速軸 軸承座孔（外圈）直徑 100 130 軸承端蓋螺釘直徑 12 16 螺 釘 數 目 6 6 (8) 檢查孔蓋螺釘直徑：本減速器為一級傳動減速器，所以取=10； (9) 軸承座外徑：，其中為軸承外圈直徑， 把數據代入上述公式，得數據如下： 高速軸：，取， 低速軸：，??； (10) 表2.5.2螺栓相關尺寸： 锪孔直徑 36 30 26 至箱外壁的距離 24 20 18 至凸緣邊緣的距離 20 18 16 (11) 軸承旁聯(lián)結螺栓的距離：以螺栓和螺釘互不干涉為準盡量靠近，一般??； (12) 軸承旁凸臺半徑：，根據而得； (13) 軸承旁凸臺高度：根據低速軸軸承外徑和扳手空間的要求，由結構確定； (14) 箱外壁至軸承座端面的距離：，?。? (15) 箱蓋、箱座的肋厚：＞0.85，取=12，≥0.85，取=14； (16) 大齒輪頂圓與箱內壁之間的距離：≥，取=16； (17) 鑄造斜度、過渡斜度、鑄造外圓角、內圓角：鑄造斜度=1：10， 過渡斜度=1：20，鑄造外圓角=5，鑄造內圓角=3。 第5章 其他零件設計 5.1 鍵聯(lián)接的選擇和強度校核 5.1.1 高速軸鍵聯(lián)接的選擇和強度校核 高速軸采用蝸桿軸結構，因此無需采用鍵聯(lián)接。 5.1.2 低速軸與蝸輪聯(lián)接用鍵的選擇和強度校核 (1) 選用普通平鍵（A型） 按低速軸裝蝸輪處的軸徑d=50mm，以及輪轂長， 查表，選用鍵16×10×76 GB1096—2003。 (2) 強度校核 鍵材料選用45鋼，查表知，鍵的工作長度，，按公式的擠壓應力 ＜，故鍵的聯(lián)接的強度是足夠的。 5.2 聯(lián)軸器的選擇和計算 5.2.1 高速軸輸入端的聯(lián)軸器 計算轉矩查表取有，查表選用TL5型彈性套柱銷聯(lián)軸器，材料為35鋼，許用轉矩，許用轉速，標記：LT5聯(lián)軸器30×50 GB4323—84。 選鍵，裝聯(lián)軸器處的軸徑為20mm，選用鍵8×7×45 GB1096—79， 對鍵的強度進行校核，鍵同樣采用45鋼，有關性能指標見（2.6.2），鍵的工作長度，，按公式的擠壓應力 ＜，合格。所以高速級選用的聯(lián)軸器為LT5聯(lián)軸器30×50 GB4323—84，所用的聯(lián)結鍵為8×7×45 GB1096—79。 5.2.2 低速軸輸出端的聯(lián)軸器 根據低速軸的結構尺寸以及轉矩，選用聯(lián)軸器LT8聯(lián)軸器50×70 GB4323—84，所用的聯(lián)結鍵為10×8×50 GB1096—79，經過校核計算，選用的鍵是符合聯(lián)結的強度要求的，具體的計算過程與上面相同，所以省略。 5.3 減速器的潤滑 減速器中蝸輪和軸承都需要良好的潤滑，起主要目的是減少摩擦磨損和提高傳動效率，并起冷卻和散熱的作用。另外，潤滑油還可以防止零件銹蝕和降低減速器的噪聲和振動等。 本設計選取潤滑油溫度時的蝸輪蝸桿油，蝸輪采用浸油潤滑，浸油深度約為h1≥1個螺牙高，但油面不應高于蝸桿軸承最低一個滾動體中心。 致謝 兩個月的畢業(yè)設計時間匆匆而過，在老師的悉心指導和同學的熱情幫助下，我如期順利地完成了畢業(yè)設計。在此，我對老師及幫助過我的同學致以誠摯的謝意！ 畢業(yè)設計是大學課程的一個重要環(huán)節(jié)，它可以讓我們對大學四年所學所知所見綜合的系統(tǒng)的應用和實踐，并在前幾次課程設計的基礎上進一步鞏固和加深所學的理論知識。通過畢業(yè)設計把所學相關課程（如機械制圖、機械原理、機械設計、理論力學、材料力學、機械工程材料等）中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，使理論知識和生產實踐密切的結合起來。而且，本次畢業(yè)設計是我首次進行完整綜合的機械設計的實戰(zhàn)演練，它讓我樹立了正確的設計思想，培養(yǎng)了我對機械工程設計的獨立工作能力，讓我具有了初步的機構選型與組合和確定傳動方案的能力，為我今后的設計工作打了良好的基礎。 通過畢業(yè)設計，還提高了我的計算和AutoCAD制圖能力；我能夠比較熟悉地運用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范；熟悉有關的國家標準和行業(yè)標準（如GB、JB等），獲得了一個工程技術人員在機械設計方面所必須具備的基本技能訓練。 在這即將畢業(yè)的時刻，我要特別感謝院領導和老師的關心支持。是你們的辛勤勞動和無私奉獻使我能夠認認真真的作完畢業(yè)設計，更是你們的關心和教導使我順利完成大學的學業(yè)。你們所從事的職業(yè)是太陽底下最光榮的。十年樹木，百年樹人。作為人類靈魂的工程師，我為你們感到驕傲！ 我也要感謝和我共同走過這風雨兼程的學習生活的同學們。是你們的支持和幫助，使我勇往直前，永不后退。我們朝夕相處，榮辱與共。 通過這次畢業(yè)設計，不僅使我對以前所學的知識進行了一次綜合應用，而且也使我明白了作為一名機械設計師應具備的基本素質。除了扎實的專業(yè)知識以外，認真，嚴謹也是必不可少的要素。 總之，這次畢業(yè)設計使我收益非淺，可以說，它將對我以后的學習，工作產生很大的影響。最后，再次對老師表示感謝！同時，也對學校里的關心我們的領導表示誠摯的謝意。 參考文獻 [1] 孫恒.機械原理[M]七版.北京：高等教育出版社，2006.5 [2] 濮良貴，紀名剛.機械設計[M]八版.北京：高等教育出版社，2006.5 [3] 王愛珍.機械工程材料[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.2 [4] 黃健求.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.11 [5] 鄭修本.機械制造工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.5 [6] 吳宗澤，羅圣國. 機械設計課程設計手冊[M]. 北京：高等教育出版社，2006.5 [7] 孔慶華，母福生. 互換性與測量技術基礎[M]. 北京：同濟大學出版社，2008.9 [8] 沈鴻. 機械工程手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1982.2 [9] 王亞輝. 工程力學[M]. 北京：清華大學出版社，2009.5 [10] 袁哲俊. 精密和超精密加工技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.3 [11] 曹天寧. 光學零件制造工藝[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1981.9 [12] 成大先. 機械設計手冊[M](第五版). 北京：化學工業(yè)出版社，2010.1 [13] 談文亮. 超精加工對零件耐磨性影響的試驗[M]. 機械制造，1985.7 [14] 周俊. 高精度精密主軸套筒的研磨[M]. 機械工藝師，1989.9 [15] 裴慶魁. 平面高速精磨中的均勻磨削[M]. 光學機械，1991.2 [16] 金令誠. 研磨[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3 [17] Tian Chunlin. 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