砂輪回轉試驗機設計,砂輪回轉試驗機設計,砂輪,回轉,試驗,實驗,設計 黃河科技學院本科畢業(yè)設計（論文）任務書 工 學院 機械 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 08 級 3 班 學 號 學生 指導教師 畢業(yè)設計（論文）題目 砂輪回轉試驗機設計 畢業(yè)設計（論文）工作內容與基本要求（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁） 一．主要內容： 1.分析課題條件要求，查閱文獻，擬定總體設計方案；2.機械設計和控制電路設計；3.編寫設計說明書，翻譯外文，編寫文獻綜述。 二．要求： 1. 機械設計；2. 編寫設計說明書不少于6000字；3. 查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；獻綜述不少于3000字。 三．主要參考資料： 《機械設計手冊》 化學工業(yè)出版社 《現(xiàn)代機床電器》 機械工業(yè)出版社 《傳感器原理及應用》 強錫富編 三、時間安排 1-4 周 完成開題報告、文獻翻譯、文獻綜述及總體方案設計 5-10 周 完成總體設計、完成電路圖及程序并撰寫說明書 10-12 周 修改論文、資格審查等 13 周 畢業(yè)答辯 畢業(yè)設計（論文）時 間： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日 計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 05 月 19 日 專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人簽名： 日 期： 單位代碼 學 號 分 類 號 密 級 畢業(yè)設計說明書 砂輪回轉試驗機設計 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 2012年 5 月 15 日 黃河科技學院畢業(yè)設計（論文）開題報告表 課題名稱 砂輪回轉試驗機設計 課題來源 課題類型 AX 指導教師 學生姓名 專 業(yè) 學 號 一、調研資料的準備 根據(jù)任務書的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關的資料有：機械設計、機械原理、機械制圖、機械制造工藝學、機械制造基礎、機械設計課程手冊、砂輪回轉機的使用和維護、微機控制砂輪高速回轉試驗機與畢業(yè)設計指導等以及與設計相關的手冊。 二、設計的目的與要求 畢業(yè)設計是大學教學中最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該設計過程，可以檢驗學生所學的知識，同時培養(yǎng)學生處理工程中實際問題的能力，因此意義特別重大。 擬定機械設計和控制電路設計，編寫設計說明書不少于6000字，查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇，文獻綜述不少于3000字。 三、設計的思路與預期成果 1、設計思路 本設計通過電機控制使砂輪在其額定轉速1.5倍轉速下旋轉，檢驗砂輪是否合格，電機與砂輪間的速度傳遞通過同步齒形帶保證其傳遞效率，而電機的增速通過變頻器的控制來調節(jié)。 2、預期的成果 （1）完成文獻綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關的英文翻譯一篇，不少于3000字 （2）完成內容與字數(shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設計說明書一份 （3）繪制裝配圖，部分零件圖 （4）刻錄包含本次設計的所有內容的光盤一張 四、任務完成的階段內容及時間安排 1周——2周 收集設計資料并完成開題報告 3周——4周 完成英文資料翻譯并寫出文獻綜述 5周——6周 進行總體設計和部分零部件的選擇與設計 7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫畢業(yè)設計說明書 11周 修改整理，準備答辯 五、完成設計（論文）所具備的條件因素 本人已修完機械設計、機械原理、機械制圖、機械制造工藝學、金屬工藝學、機械制造技術基礎、與畢業(yè)設計指導等課程，借助圖書館的相關文獻資料，以及相關的網(wǎng)絡等資源。 指導教師簽名： 日期： 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供 課題類型：（1）A—工程設計（藝術設計）；B—技術開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調研報告 （2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 黃河科技學院畢業(yè)設計(文獻綜述) 第 8 頁 砂輪回轉試驗機設計文獻綜述 摘　要　本文介紹了大型自動控制砂輪回轉試驗機的設計研制,通過設計一體式砂輪卡盤及新結構防護罩,采用交流變 頻、計算機控制技術,研制出了新一代性能優(yōu)良的大型回轉試驗機,具有自動化程度高,操作維護簡便,數(shù)字化顯示主軸 轉速,節(jié)能等優(yōu)點。 關鍵詞　自動控制;砂輪;回轉試驗機 1　概述 砂輪回轉強度是衡量砂輪質量的最重要指標之一,直接影響到人身及設備的安全,回轉機是檢測砂輪回轉強度的專用設備。隨著我國加入WTO 和機械行業(yè)的振興,特別是汽車行業(yè)的發(fā)展,對曲軸磨等大直徑砂輪的需求迅速增長,因而生產(chǎn)大直徑砂輪廠家的數(shù)量增多,砂輪生產(chǎn)廠家和使用廠家對大型回轉機的市場需求變大。 我國目前生產(chǎn)和使用的大型回轉機主要有以下幾種: (1)簡易回轉機:采用人工開關直接控制電機的啟動停止,電機和回轉機主體分別固定在基礎上,無測速及速度控制裝置,速度變化通過更換皮帶輪來實現(xiàn),速度誤差大,安全防護措施簡單,屬于五六十年代的水平。(2)使用電磁調速電機拖動的回轉機:通過控制器控制調速電機的運行及速度,控制簡單,便于維修;利用轉速表可實現(xiàn)速度的測量及顯示。缺點是噪音大,不能實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制,控制精度低;由于電磁調速電機要通過電磁離合器傳遞力矩,故同樣載荷下所需電機功率較大。( 3)采用直流電機拖動回轉機:直流電機拖動的回轉機,這種設備噪音低,升降速平穩(wěn),控制精度高,但線路復雜,造價也偏高,維修水平要求也高。 綜上所述,從目前已生產(chǎn)出回轉機的情況來看還有許多需加以改進的地方:(1)主軸系統(tǒng)需重新設計。主軸系統(tǒng)是回轉機的關鍵,現(xiàn)在的主軸系統(tǒng)采用分體結構,油浴潤滑,結構復雜,精度不易保證,裝配維修復雜。(2)防護罩存在著安全隱患?，F(xiàn)有的回轉機均采用活動式防護罩,沉重的防護罩僅靠立柱通過螺栓固定,存在著安全隱患。(3)裝卸砂輪麻煩。由于砂輪沉重,常采用數(shù)人人工裝卸,勞動強度大且不安全;條件較好的廠家采用軟帶兜著砂輪而后行車裝卸,工人勞動強度降低了,但行車裝卸找正不易,最少仍需兩人且配合要特別好。(4)電氣控制部分有的極其簡單, 有的線路復雜,造價也偏高,維修水平要求也高,已不能適應信息社會及行業(yè)發(fā)展的要求。本設備的推出,對提高砂輪檢測設備的水平,促進技術進步,具有較大的積極作用。 2　調速技術簡述 回轉試驗機由于適用的砂輪規(guī)格較多,相關標準對砂輪試驗時的速度精度要求嚴格,所以要求回轉試 驗機有很好的調速和穩(wěn)速性能,調速范圍從幾百轉/分到數(shù)千轉/分。常用的調速技術有:機械調速、液壓氣動調速、電氣調速,下面簡要介紹各種調速技術的優(yōu)缺點。 ⑴機械調速通過采用各種齒輪、鏈輪、蝸輪蝸桿減速器,僅能得到有限的一擋或幾檔速度, 一般用于減速傳動; 采用摩擦輪的各種機械式變速器,一般用于低速傳動,傳遞功率較小。機械調速裝置體積大,噪音大,調速范圍有限。 ⑵液壓、氣動調速通過采用節(jié)流閥或變量泵來改變供給液壓馬達的流量,可實現(xiàn)液壓馬達轉速的無級調整。液壓調速在速度變化范圍寬時低速功率損失較大,調速精度不易保證,液壓調速裝置易發(fā)生跑冒滴漏,發(fā)熱量大,液壓泵噪音大。液壓調速國外只在小型高速輕負荷的回轉試驗機有所應用,國內尚無實例。氣動調速機械特性很軟,不能適用于回轉試驗機,噪音同樣較大。 ⑶電氣調速分交流調速和直流調速兩種方式。直流調速線路復雜,造價也偏高。現(xiàn)主要介紹交流調速。 近十年來,隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展,電氣傳動技術面臨著一場歷史革命,即交流調速取代直流調速和計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制技術已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善設備性能以提高產(chǎn)品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速是通過改變電機電流的頻率進而改變電機的轉速,已從簡單的V / f控制到高性能的矢量控制、磁通控制、轉矩控制、模糊控制等新的方式; 16 位、32位高速微處理器以及信號處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術的快速發(fā)展,為實現(xiàn)變頻器高精度、多功能提供了硬件手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起、制動性能,高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。變頻器從模擬式、數(shù)字式、智能化、多功能向集中型發(fā)展。最近,日本安川公司提出了以變頻器、伺服裝置、控制器及通訊裝置為中心的” D&M&C”概念。 我國變頻器設計制造水平、產(chǎn)品質量、可靠性、售后服務水平都有了顯著的提高,價格迅速降低,性價比明顯。變頻調速技術的應用范圍已有很大發(fā)展,石油、石化、機械、冶金、紡織等行業(yè)都經(jīng)過了單系統(tǒng)試用、大量使用和整套裝置系統(tǒng)使用3個發(fā)展階段。將變頻技術用于磨料磨具行業(yè)到了水到渠成的時候。 3　設計與研制 參照國內外現(xiàn)有相近的回轉試驗機,結合我們多年的實際經(jīng)驗,經(jīng)過分析和論證,我們確定了下述技術方案: ⑴重新設計主軸系統(tǒng),提高其裝配精度;重新設計新結構的防護罩,消除安全隱患;設計新結構的砂輪卡盤,便于砂輪裝卸。 ⑵采用先進的變頻調速技術,實現(xiàn)電機轉速的無級調整。 ⑶采用微機解決相應的軟硬件問題,通過人機對話界面輸入砂輪有關的實驗參數(shù),能自動檢查、提示;設備運行狀態(tài)有指示燈顯示;實時數(shù)字顯示主軸的瞬間轉速;試驗數(shù)據(jù)可按用戶的要求進行查詢、打印。 ⑷采用單片機為前置機,接受微機Rs232口發(fā)出的控制指令,控制變頻器的運行;單片機把主軸運行狀態(tài)通過微機Rs232口在主控界面上顯示出來,從而由微機實現(xiàn)檢驗過程的全自動控制。根據(jù)技術方案,進行了設計與研制: 3. 1　機械設計 3. 1. 1　主電機功率確定 本設備適用砂輪的直徑范圍: 300～1100mm;最高轉速6000r /min;最大負荷150kg;砂輪最大使用速度100m / s。采用變頻調速技術后根據(jù)計算和經(jīng)驗,確定主電機功率2.2kW,轉速2840 r /min。 3. 1. 2　軸承的選擇 軸承是主軸系統(tǒng)的關鍵件,由于軸承要承受砂輪高速旋轉狀態(tài)下不平衡所產(chǎn)生的巨大離心力,又要高速旋轉,為避免因配合精度導致主軸旋轉過程中溫度過高及平穩(wěn)性受影響,以往采用高精度進口軸承,價格昂貴。為了在滿足設備性能需要的同時又降低成本和便于采購,我們考察了國內主要的軸承生產(chǎn)廠家,我們選用了角接觸軸承7022AC /P5。為了滿足軸承的潤滑要求,降低噪聲,我們優(yōu)選了高性能的軸承潤滑脂,該潤滑脂耐160℃的溫度,可滿足高速大負荷軸承的潤滑要求,可長期使用,避免了采用油浴潤滑易于泄露污染的缺點。 3. 1. 3　主軸的結構 鑒于試驗的砂輪孔徑不同, 其孔徑從D127 ～D305mm,主軸的結構有兩種方案可供選擇。一:主軸采用通軸結構,不同孔徑通過更換卡盤的方式來解決,主軸精度高,容易加工。二:主軸采用錐軸結構,不同孔徑的砂輪可用強度相匹配的芯軸,但是加工難度大,精度不易保證。經(jīng)過分析論證,我們采用了方案一進行主軸的設計。為減小高速回轉砂輪產(chǎn)生的振動,應保證砂輪裝卡過程中其對軸心的同軸度,我們提高了砂輪卡盤內孔和主軸配合精度。主軸材料為40Cr,主軸加工采取通軸精磨。為避免裝卸砂輪對主軸表面的磨損及磕碰,影響其安裝精度,造成偏心力增大而引起劇烈振動,主軸表面高頻淬火提高其表面硬度。 3. 1. 4　設計新結構的砂輪卡盤,便于砂輪裝卸。 我們設計新結構的一體式砂輪卡盤。安裝砂輪時首先將砂輪卡盤和砂輪固定在一起,然后用吊鉤鉤著卡盤,平衡吊車輕松找正,一人即可操作。既減輕了工人勞動強度且安全性提高,又保證了砂輪內孔在裝卸中不受破壞。 3. 1. 5　設計新結構的防護罩。 砂輪檢驗時在回轉過程中經(jīng)常破碎,直接影響到人身及設備的安全,防護罩是提供保護的最重要部件。 現(xiàn)有的回轉機均采用活動式防護罩,沉重的防護罩僅靠立柱通過螺栓固定機座或基礎上,存在著安全隱患,某廠就發(fā)生過立柱斷裂情況,險些傷人。防護罩本身有數(shù)百公斤重,砂輪檢驗在回轉過程中破碎,由動能定律知,碎片擊打防擴罩的能量相當高,可達數(shù)噸/米。固定防護罩的立柱呈懸臂結構,砂輪經(jīng)常破碎所產(chǎn)生的強大沖擊力使立柱發(fā)生疲勞破壞,固定螺栓易于松動,危及人身及設備的安全。同時數(shù)百公斤重的防護罩開關亦不方便。我們設計的防護罩牢固地焊接在機座上,從根本上保證了人身及設備的安全。防護罩采用雙層結構,內外圈之間加減振材料,減少噪聲。防護罩上裝有輕便的安全門,砂輪裝卸打開安全門即可,操作方便。 3. 2　自動控制系統(tǒng)設計與研制 經(jīng)過分析和論證,我們認為控制系統(tǒng)應實現(xiàn)以下功能: ( l)實時數(shù)字顯示主軸的瞬間轉速。 (2)設備運行狀態(tài)有指示燈顯示。 (3)主軸運行曲線調整。 (4)電氣能耗剎車。 (5)輸入?yún)?shù)自動檢查、提示。 (6)試驗數(shù)據(jù)可按用戶的要求進行查詢、打印。 自動控制系統(tǒng)由微機和單片機聯(lián)合控制實現(xiàn)設備的自動工作。此系統(tǒng)中,單片機部分作為前置機,通過 串口接受微機發(fā)出的控制指令,微機通過Rs232口再把單片機傳送過來的主軸運行狀態(tài)顯示出來在主控界面上,從而由微機實現(xiàn)檢驗過程的全自動控制。微機通過人機對話界面輸入砂輪的外徑、工作線 速度或檢驗轉速等與砂輪有關的實驗參數(shù),若待檢砂輪的實驗參數(shù)輸入錯誤、不符合標準,可自動檢查、提示;設備運行狀態(tài)有指示燈顯示;實時數(shù)字顯示主軸的瞬間轉速;試驗數(shù)據(jù)可按用戶的要求進行查詢、打印。 人機對話界面 單片機系統(tǒng)采用價廉、抗干擾性能好的51系列單片機,控制系統(tǒng)根據(jù)設定轉速值和升速時間,計算出用 于控制D /A轉換的單位時間的遞增值,D /A輸出的電壓控制變頻器的輸出頻率,從而控制主軸按設定的升速曲線將主軸的轉速從零勻速升至設定轉速。轉速升到設定轉速值,啟動維持時間定時器,開始計時,進入維持時間。在維持轉速時間內根據(jù)設定轉速與實際轉速的誤差,應用PID方法調節(jié),使轉速維持在1%的誤差范圍內。 4　設備技術指標 設備達到的技術指標如下: ⑴回轉砂輪最大直徑: 1100mm ⑵最高轉速4000 r /min ⑶最大負荷150kg ⑷主軸徑向跳動0. 02mm ⑸轉速調整精度≤0. 5% ⑹轉速靜態(tài)穩(wěn)定度≤0. 5% ⑺空載時最大噪音80分貝 ⑻轉速變化率≤1% ⑼延時精度≤1% ⑽電機功率11kW 5　使用結果 設備經(jīng)一汽集團大連柴油機廠、二汽發(fā)動機廠等用戶使用,用于曲軸磨等大直徑砂輪的試驗,普遍反映該設備具有自動化程度高、操作簡便、數(shù)值化顯示主軸轉速準確直觀、維護簡單方便、節(jié)能、便于管理,其性能優(yōu)于國內其他同類型砂輪回轉機。 6　結論 通過重新設計主軸系統(tǒng),采用交流變頻、微機控制技術,研制出了新一代性能優(yōu)良的大型回轉試驗機,具有操作簡單、維護簡單方便、節(jié)能降耗、試驗數(shù)據(jù)可按用戶的要求進行查詢打印等特點,所研制的自動控制大型砂輪回轉強度試驗機先進適用,該設備的研制成功提高了我國砂輪檢測設備的技術水平。 參考文獻 [1] 徐瀕，李元科，劉章俊，等．機械設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991：28—26，28—29． [2]周開勤．機械零件手冊[M]．北京：高等教育出版社，1994：65—66，77—78． [3] 唐宗軍．機械制造基礎[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1996：118 126． [4] 薄宵．機械加工工藝手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991：13—47，13 48． [5]　黃秉麟等. 《陶瓷磨具制造》[M ]. 北京,機械工業(yè)部機床工具工業(yè)局, 1985. 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The grinding wheel turn strength is the most important measure of grinding wheel quality indexes, directly affect the person and the safety equipment, back to the turn of the strength of the grinding wheel is used to test the return of special equipment. Because of the grinding wheel rotation testing machine for specifications, so relevant standards to the grinding wheel speed test accuracy requirement strictly, so the requirement rotation testing machine have very good control performance and steady speed, speed range from hundreds of thousands to turn/turn/points. This design including mechanical design and control circuit design two parts, mechanical design part mainly includes the motor model selection, synchronous belt of the design, bearing a shaft of choice and flange constructed and the design of the grinding wheel cover. Circuit design is the design of the main part of the frequency converter. This design is driven by motor synchronous belt transmission shaft grinding wheel rotation to drive, motor speed through the frequency converter to control, so as to realize the strength of the grinding wheel validation if they are qualified. Key words: grinding wheel, synchronous belt, inverter 目錄 1緒 論 1 1.1砂輪回轉試驗機概述 1 1.2回轉試驗機工藝要求分析 1 1.3回轉試驗機的拖動方式 2 1.4砂輪機操作規(guī)程 3 1.5砂輪的保養(yǎng) 4 1.5.1砂輪的檢查 4 1.5.2砂輪的安裝 4 1.5.3砂輪的平衡試驗 5 1.5.4砂輪的修整 5 2　機械設計 6 2.1電機功率的確定 6 2.2步進電機同步齒形帶的設計 6 2.2.1選擇帶的帶型 6 2.2.2 確定帶輪直徑及帶速 6 2.2.3確定中心距及帶長 7 2.2.4 確定帶寬 7 2.2.5確定帶輪的寬度 8 2.2.6結果整理 8 2.3　軸的結構設計 9 2.4 軸的強度校核 10 2.5　軸承的選擇 10 2.6 軸承壽命校核 11 2.7 設計新結構的砂輪卡盤 12 2.8 設計新結構的防護罩 12 結 論 13 致 謝 14 參考文獻 15 1緒 論 1.1砂輪回轉試驗機概述 砂輪回轉強度是衡量砂輪質量的最重要指標之一,直接影響到人身及設備的安全,回轉機是檢測砂輪回轉強度的專用設備。隨著我國加入WTO 和機械行業(yè)的振興,特別是汽車行業(yè)的發(fā)展,對曲軸磨等大直徑砂輪的需求迅速增長,因而生產(chǎn)大直徑砂輪廠家的數(shù)量增多,砂輪生產(chǎn)廠家和使用廠家對大型回轉機的市場需求變大。 我國目前生產(chǎn)和使用的大型回轉機主要有以下幾種: (1)簡易回轉機:采用人工開關直接控制電機的啟動停止,電機和回轉機主體分別固定在基礎上,無測速及速度控制裝置,速度變化通過更換皮帶輪來實現(xiàn),速度誤差大,安全防護措施簡單,屬于五六十年代的水平。(2)使用電磁調速電機拖動的回轉機:通過控制器控制調速電機的運行及速度,控制簡單,便于維修;利用轉速表可實現(xiàn)速度的測量及顯示。缺點是噪音大,不能實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制,控制精度低;由于電磁調速電機要通過電磁離合器傳遞力矩,故同樣載荷下所需電機功率較大。( 3)采用直流電機拖動回轉機:直流電機拖動的回轉機,這種設備噪音低,升降速平穩(wěn),控制精度高,但線路復雜,造價也偏高,維修水平要求也高。 綜上所述,從目前已生產(chǎn)出回轉機的情況來看還有許多需加以改進的地方:(1)主軸系統(tǒng)需重新設計。主軸系統(tǒng)是回轉機的關鍵,現(xiàn)在的主軸系統(tǒng)采用分體結構,油浴潤滑,結構復雜,精度不易保證,裝配維修復雜。(2)防護罩存在著安全隱患?，F(xiàn)有的回轉機均采用活動式防護罩,沉重的防護罩僅靠立柱通過螺栓固定,存在著安全隱患。(3)裝卸砂輪麻煩。由于砂輪沉重,常采用數(shù)人人工裝卸,勞動強度大且不安全;條件較好的廠家采用軟帶兜著砂輪而后行車裝卸,工人勞動強度降低了,但行車裝卸找正不易,最少仍需兩人且配合要特別好。(4)電氣控制部分有的極其簡單, 有的線路復雜,造價也偏高,維修水平要求也高,已不能適應信息社會及行業(yè)發(fā)展的要求。本設備的推出,對提高砂輪檢測設備的水平,促進技術進步,具有較大的積極作用。 1.2回轉試驗機工藝要求分析 (1)由于砂輪規(guī)格上萬種。其性能與物理參數(shù)差異較大。對于它的起動時間不能過快，要能夠任意可調。設想一片質地松軟的砂輪在大的起動加速度下，其加速力可使合格的產(chǎn)品在起動過程中破裂。如果起動時間可調，就意味著起動加速度的大小可調，即加速力可調。這樣可以避免合格產(chǎn)品在檢驗其強度中破裂。 (2)速度的調整范圍要大，也就是說設備的速比應大。即：設備的最高轉速與最低轉速之比要大，這樣可以適應多種規(guī)格的砂輪回轉要求，尤其是線速度不同的砂輪均可以回轉檢驗。 (3)起動電流應能限鑭在某一數(shù)值上，因為起動時間并非幾秒。由于拖動電機的功率是選在一個合適的值．所以對于較重的，直徑信大的砂輪有的甚至達幾分鐘的起動時間才能轉至檢驗速度。這就要求我們采取一定的措施．以免過負荷而造成電氣部件損壞。 (4)速度升至額定檢測速度后．其靜差率要小。所謂靜差率即：速度上下限之差與額定轉速之比的百分數(shù)。因為達到額定檢覆l速度時，砂輪已處于工作轉速的1．5倍或1．6倍。它已接近了砂輪破裂的臨界轉速，如果砂輪回轉機的靜差率太，其速度的上限就可使砂輪破裂，這種破裂并非砂輪不合格．而是因設備性能不好造成的。 (5)超調量要小，超調量就是指升速至額定轉速時，會超過一點額定轉速，這個參數(shù)至關重要，越小越好，以免造成不必要的砂輪破裂。 (6)制動的時間不能過快，如果沒有制動，回轉機的效率太低，若翻動的時間過快，那么卡緊砂輪的法蘭盤就會因慣性而脫落，其后果是砂輪松動，在主軸上靠慣性自由旋轉，很有可能被碰壞或擠爛。 (7)速度的指示應準確．醒目，最好是用數(shù)字轉速表指示。 (8)設備的剛性應好，其重量也是一個很重要的參數(shù)。不能因砂輪的不平衡克數(shù)在高速回轉中所產(chǎn)生的離心力而造成設備的振動。主軸的徑向跳動至少應在0．03mm 以下。 1.3回轉試驗機的拖動方式 (1)由電磁讕速電機拖動，采用平皮帶或多楔帶傳動。這種高速回轉機的價格比較低。控制簡單，便于維修。缺點是噪音大，控制精度低，不易做成太高轉速。但是，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在已有一種帶有單片計算機的控制器，價格也根低。可以無級調整升速時間，控{制精度也大大提高，并具有多種保護。 (2)用變頻器控制舶電主軸或交流電機誦速，這種高速回轉試驗機造價偏高，易于實現(xiàn)高速，最高轉速可達十幾萬轉，甚至更高，但制動較困難，尤其是砂輪破裂后的射動。 (3)利用內圓磨頭原理膩作曲高速屈轉機，結構簡單，造價低，易于制作，但其功能少，精度差，而且僅能運用于小負荷砂輪。 (4)直流電機拖動構高速回轉機，這種設備噪音低，升降速平穩(wěn)，控制精度高，但線路復雜，造價也偏高，維修水平要求也高。 由以上分析可以看出：小負荷的高速回轉機適合用變頻器控制或由內圓磨頭原理制成。而本設計速度較高回轉機可由變頻器調速電機拖動。 1.4砂輪機操作規(guī)程 （1）操作場地必須整潔，照明充分。砂輪必須戴好砂輪罩，托架距砂輪不得超過5mm；使用后必須拉閘。 （2）操作人員必須戴好安全眼鏡不得正對砂輪，而應站在側面。不準戴手套，嚴禁使用棉紗等物包裹刀具進行磨削。 （3）砂輪只限于磨刀具、不得磨笨重的物料或薄鐵板以及軟質材料(鋁、銅等)和木質品。 （4）砂輪機在開動前，要認真察看砂輪機與防護罩之間有無雜物。應先用手轉動砂輪,觀察轉動是否靈活，有無相擦現(xiàn)象。確認無問題時，再開動砂輪機。 （5）在同一塊砂輪上，禁止兩人同時使用，更不準在砂輪的側面磨活。磨工件時，操作者應站在砂輪機的側面。不要站在砂輪機的正面，以防砂輪崩裂，發(fā)生事故。 （6）使用時要精神集中，磨削時的站立位置應與砂輪機成一夾角，且接觸壓力要均勻，嚴禁撞擊砂輪，以免碎裂。 （7）對于細小的，大的和不好拿的工件，不準在砂輪機上磨。特別是小工件要用工夾具拿牢，以防擠入砂輪機內或擠在砂輪與托板之間，將砂輪擠碎。 （8）砂輪機起動后，需待砂輪運轉平穩(wěn)后，方可進行磨削，壓力不可過大或用力過猛。砂輪的三面(兩側及圓周)不得同時磨削工件。 （9）在使用過程中要經(jīng)常檢查砂輪片是否有裂紋、異常聲音、搖擺、跳動等現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)應立即停車報告車間主任和安全設備環(huán)境管理員。 （10）砂輪不準沾水，要經(jīng)常保持干燥，以防濕水后失去平衡，發(fā)生事故。 （11）新砂輪片在更換前應檢查是否有裂紋，更換后需經(jīng)10分鐘空轉后方可使用。 砂輪磨小到接近法蘭盤邊沿旋轉面10毫米時，應予更新，發(fā)現(xiàn)砂輪面溝槽，徑向跳動過大時，不準使用。嚴禁私自拆卸砂輪。 1.5砂輪的保養(yǎng) 1.5.1砂輪的檢查 砂輪在安裝使用前必須經(jīng)過嚴格的檢查，有裂紋等缺陷的砂輪絕對不準安裝使用。 1、砂輪標記檢查。砂輪沒有標記或標記不清，無法核對、確認砂輪特性的砂輪，不管是否有缺陷，都不可使用。 2、砂輪缺陷檢查。其檢查方法是目測和音響檢查 （1）目測檢查是直接用肉眼或借助其他器具察看砂輪表面是否有裂紋或破損等缺陷。 （2）音響檢查也稱敲擊試驗，主要針對砂輪的內部缺陷，檢查方法是用小木錘敲擊砂輪。正常的砂輪聲音清脆，聲音沉悶、嘶啞，說明有問題。 砂輪的回轉強度檢驗。對同種型號一批砂輪應進行回轉強度抽驗，未經(jīng)強度檢驗的砂輪批次嚴禁安裝使用。 1.5.2砂輪的安裝 （1）核對砂輪的特性是否符合使用要求，砂輪與主軸尺寸是否相匹配。 （2）將砂輪自由地裝配到砂輪主軸上，不可用力擠壓。砂輪內徑與主軸和卡盤的配合間隙適當，避免過大或過小。配合面清潔，沒有雜物。 （3）砂輪的卡盤應左右對稱，壓緊面徑向寬度應相等。壓緊面平直，與砂輪側面接觸充分，裝夾穩(wěn)固，防止砂輪兩側面因受不平衡力作用而變形甚至碎裂。 （4）卡盤與砂輪端面之間應夾墊一定厚度的柔性材料襯墊（如石棉橡膠板、彈性厚紙板或皮革等），使卡盤夾緊力均勻分布。 （5）緊固砂輪的松緊程度應以壓緊到足以帶動砂輪不產(chǎn)生滑動為宜，不宜過緊。當用多個螺栓緊固大卡盤時，應按對角線成對順序逐步均勻旋緊，禁止沿圓周方向順序緊固螺栓，或一次把某一螺栓擰緊。緊固砂輪卡盤只能用標準板手，禁止用接長扳手或用敲打辦法加大擰緊力。 1.5.3砂輪的平衡試驗 造成砂輪的不平衡原因是由于砂輪的重心與回轉軸線不重合。它產(chǎn)生的原因是砂輪制造和安裝缺陷，例如，砂輪的密度不均勻，端面不平行，幾何形狀或內外孔同心度誤差，砂輪安裝偏心等。不平衡的砂輪在高速旋轉時會產(chǎn)生迫使砂輪偏離軸心的離心力，從而引起砂輪振動。其后果不僅影響磨削質量，還加速砂輪主軸軸承的磨損；當離心力超過砂輪強度允許范圍時，將造成砂輪的碎裂。 新砂輪和經(jīng)第一次修整的砂輪，以及發(fā)現(xiàn)運轉不平衡的砂輪都應進行平衡試驗。調整砂輪的平衡方法有動平衡和靜平衡兩種方法。 1、動平衡法。該方法借助安裝在機床上的傳感器，直接顯示出旋轉時砂輪裝置的不平衡量，通過調整平衡塊的位置和距離，將不平衡量控制到最小。 2、靜平衡法。靜平衡調整在平衡架上進行，用手工辦法找出砂輪重心，加裝平衡塊,調整平衡塊位置，直到砂輪平衡，一般可在八個方位使砂輪保持平衡。 調整平衡后的砂輪需在裝好防護罩后進行空轉試驗。空轉試驗時間：直徑≥400mm，空轉時間大于5min；直徑＜400mm，空轉時間大于2min。 空轉試驗期間，操作者應站在砂輪的側方安全位置，不得站在砂輪前面或切線方向，以防意外。 1.5.4砂輪的修整 定期修整可使砂輪保持良好的磨削性能和正確的幾何形狀，避免出現(xiàn)砂輪的鈍化、堵塞和外形失真，常使用的修整工具是金剛石筆。操作時，修整工具位置過高、修整方向不當（如逆砂輪旋轉方向，傾斜角過大過小）或修整量過大，都會使砂輪產(chǎn)生強烈振動，或引起金剛石筆啃刀，嚴重的還會導致砂輪破裂。正確的操作方法是：金剛石筆處于砂輪中心水平線下1～2mm處，順砂輪旋轉方向，與水平面的傾斜角為5°～10°左右。修整時要用力均勻，速度平穩(wěn)，一次修整量不要過大。操作者應站在砂輪的側方安全位置，不可站在砂輪正面操作。修整后的砂輪必須重新經(jīng)回轉試驗后，方可使用。 2　機械設計 2.1電機功率的確定 本設備適用砂輪的直徑范圍: 300～1100mm;最高轉速6000 r /min;最大負荷150kg;砂輪最大使用速度100m / s。采用變頻調速技術后根據(jù)計算和經(jīng)驗,確定主電機功率2.2kW,轉速2840 r /min。 2.2步進電機同步齒形帶的設計 同步帶利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動和動力。它兼具帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，能方便地實現(xiàn)較遠中心距的傳動，傳動過程無相對滑動，平均傳動比較準確，傳動精度高，且齒形帶的強度高，厚度小，重量輕，故可以用于低速及高速傳動;齒形帶無需特別張緊，作用在軸和軸承等處的載荷小，傳動效率高，因此在數(shù)控機床、工業(yè)機器人等伺服傳動中的到廣泛應用。 2.2.1選擇帶的帶型 帶的節(jié)距是反應帶工作能力的特征參數(shù)，因此帶的型號是以節(jié)距來區(qū)分的，而設計功率由以下公尺計算：，K為的工作情況系數(shù)，根據(jù)表3確定K=1.0。 代入計算得 根據(jù)設計功率和小帶輪轉速n可從圖2中查找交點所在區(qū)域，得到選定的帶型為L型。 2.2.2 確定帶輪直徑及帶速 1、確定帶輪直徑 從結構緊湊角度分析，小帶輪直徑應盡可能小，但是直徑過于小，帶與輪的嚙合齒數(shù)減小，帶齒上的載荷增大，從而產(chǎn)生彎曲變形，因此要對帶輪的最小直徑進行限制（即對帶輪的最小齒數(shù)進行限制）。帶輪的最少齒數(shù)由表4得,由表1查的節(jié)距，最小節(jié)徑（mm），小帶輪的節(jié)徑可根據(jù)，選擇小帶輪的齒數(shù)為，按表5帶輪節(jié)徑系列選定小帶輪的節(jié)徑mm，因為，按表5帶輪節(jié)徑系列選定大帶輪節(jié)徑mm。 2、確定帶速 帶入數(shù)值得 2.2.3確定中心距及帶長 1、初定中心距 ，代入數(shù)據(jù)的 初取中心距a=180mm 2、確定帶長 帶長，，， 帶入上式得。根據(jù)L從表2中選擇最接近的標準節(jié)線長，帶的齒數(shù)，帶長型號為240。 3、確定實際中心距 帶入數(shù)據(jù)得a=180mm 2.2.4 確定帶寬 1、確定帶的基準額定功率 同步帶在正常工作條件下，其主要失效形式是帶在變拉力的作用下疲勞斷裂，因此以帶的抗拉強度來確定其承載能力。 其中—帶寬為時帶的許用拉力（見表1） m—帶寬為時帶的單位長度質量（見表1） —帶的圓周速度（ｍ／ｓ） 代入上式得 小齒輪嚙合齒數(shù)計算公式，代入數(shù)據(jù)得，圓整得。 2、確定帶的標準寬度 mm 為嚙合齒數(shù)系數(shù)，根據(jù)小帶輪嚙合齒數(shù)選取：取1；=5時取0.8；=4時取0.6。 應按照表1取標準帶寬為25.4mm，帶寬代號為100. 代入數(shù)據(jù)得。 2.2.5確定帶輪的寬度 帶輪的寬度取決于帶的寬度和帶輪設置的擋圈形式。為了防止帶從帶輪上沿軸向滑動，通常在帶輪的輪緣外加設擋圈。本次設計選擇雙邊擋圈，查表6可知小帶輪的最小寬度，大帶輪的最小寬度。 2.2.6結果整理 1、帶的節(jié)線長，帶寬被8mm，帶型號為240L100. 2、帶輪節(jié)距，大帶輪節(jié)徑小帶輪節(jié)徑 3、傳動中心距a=180mm 2.3　軸的結構設計 鑒于試驗的砂輪孔徑不同, 其孔徑從D127 ～D305mm,主軸的結構有兩種方案可供選擇。一:主軸采用通軸結構,不同孔徑通過更換卡盤的方式來解決,主軸精度高,容易加工。二:主軸采用錐軸結構,不同孔徑的砂輪可用強度相匹配的芯軸,但是加工難度大,精度不易保證。經(jīng)過分析論證,我們采用了方案一進行主軸的設計。為減小高速回轉砂輪產(chǎn)生的振動,應保證砂輪裝卡過程中其對軸心的同軸度,我們提高了砂輪卡盤內孔和主軸配合精度。主軸材料為40Cr,主軸加工采取通軸精磨。為避免裝卸砂輪對主軸表面的磨損及磕碰,影響其安裝精度,造成偏心力增大而引起劇烈振動,主軸表面高頻淬火提高其表面硬度。 本設計中的傳動軸位于電機與同步帶軸承座之間，用于傳遞電機動力到運動執(zhí)行件。考慮提高抗彎強度，和軸承座的布局原理，將電機同步帶和從動同步帶布置在軸承座的兩側。有上知，與軸承配合處軸頸為D2=35，公差為6k。根據(jù)總體設計，確定各部分的長度如圖2.1所示，軸的基本參數(shù)見表2.1。 圖2.1 表2.1軸的基本參數(shù) 2.4 軸的強度校核 1、軸的受力簡圖如圖2.1A所示。 2、求支反力 ，。 3、做彎矩圖 M=，彎矩圖如圖2.1B所示。 4、做扭矩圖如圖2.1C所示。 5、校核危險截面軸徑 因為40Cr調質處理時，，，，。 C剖面直徑d5=22mm8.24mm，故強度足夠。 圖2.1 2.5　軸承的選擇 軸承是主軸系統(tǒng)的關鍵件,由于軸承要承受砂輪高速旋轉狀態(tài)下不平衡所產(chǎn)生的巨大離心力,又要高速旋轉,為避免因配合精度導致主軸旋轉過程中溫度過高及平穩(wěn)性受影響,以往采用高精度進口軸承,價格昂貴。為了在滿足設備性能需要的同時又降低成本和便于采購,我們考察了國內主要的軸承生產(chǎn)廠家,我們選用了角接觸軸承7007AC。為了滿足軸承的潤滑要求,降低噪聲,我們優(yōu)選了高性能的軸承潤滑脂,該潤滑脂耐160℃的溫度,可滿足高速大負荷軸承的潤滑要求,可長期使用,避免了采用油浴潤滑易于泄露污染的缺點。 2.6 軸承壽命校核 該設計中用到7007AC角接觸球軸承前后共3個，而二者是同步的，即每分鐘的轉數(shù)相同，但前端軸承受力大于后端軸承，所以對前端軸承校核即可。 公式： ——軸承基本額定動載荷KN； ——軸承的當量動載荷； ——軸承轉速=5042r/min； ——所選軸承為球軸承，所以； 計算 ——軸承所受徑向當量動載荷； ——軸承所受軸向當量動載荷； ——徑向當量動載荷系數(shù)； ——軸向當量動載荷系數(shù)； ——經(jīng)驗載荷系數(shù)； 在該設計中軸承僅受同步帶的拉力，即軸承只承受徑向載荷作用 所以 ，=200N，，=1 所以 =N =(h) 砂輪回轉試驗機不是連續(xù)使用，只是驗證砂輪強度時用到，故該軸承的壽命大于預期壽命，所以軸承選用合理。 2.7 設計新結構的砂輪卡盤 我們設計新結構的一體式砂輪卡盤。安裝砂輪時首先將砂輪卡盤和砂輪固定在一起,然后用吊鉤鉤著卡盤,平衡吊車輕松找正,一人即可操作。既減輕了工人勞動強度且安全性提高,又保證了砂輪內孔在裝卸中不受破壞。 2.8 設計新結構的防護罩 砂輪檢驗時在回轉過程中經(jīng)常破碎,直接影響到人身及設備的安全,防護罩是提供保護的最重要部件。 現(xiàn)有的回轉機均采用活動式防護罩,沉重的防護罩僅靠立柱通過螺栓固定機座或基礎上,存在著安全隱患,某廠就發(fā)生過立柱斷裂情況,險些傷人。防護罩本身有數(shù)百公斤重,砂輪檢驗在回轉過程中破碎,由動能定律知,碎片擊打防擴罩的能量相當高,可達數(shù)噸/米。固定防護罩的立柱呈懸臂結構,砂輪經(jīng)常破碎所產(chǎn)生的強大沖擊力使立柱發(fā)生疲勞破壞,固定螺栓易于松動,危及人身及設備的安全。同時數(shù)百公斤重的防護罩開關亦不方便。我們設計的防護罩牢固地焊接在機座上,從根本上保證了人身及設備的安全。防護罩采用雙層結構,內外圈之間加減振材料,減少噪聲。防護罩上裝有輕便的安全門,砂輪裝卸打開安全門即可,操作方便。 結 論 在機械加工行業(yè)中，由于高速磨削可以大大提高工作效率，致使砂輪的發(fā)展也趨于高速化，而高速砂輪的出廠又必需經(jīng)過回轉試驗機的強度檢驗。這就要求其轉速越來越高，性能越來越好。本文設計的砂輪回轉試驗機就是檢驗高速旋轉的砂輪的強度的設備，它對高速旋轉的砂輪的強度起到了一定的驗證作用，對保障砂輪使用者的人身安全起到了一定作用。 在設計的開始，因為對砂輪回轉試驗機不太了解，不知道砂輪回轉試驗機應是什么樣的，總體設計也就不知道應該從那里入手。后來，在導師的悉心講解和介紹下，我親自到學校的實訓中心參觀了砂輪機的外形及工作狀況，對砂輪回轉試驗機總體設計有了基本概念。設計過程中我遇到一些問題，如電動機型號的選擇，同步帶的設計，法蘭的選用等等。在老師和同學們的幫下我解決了帶傳動系統(tǒng)設計中所遇見的問題，以及法蘭的選擇。 經(jīng)過三個多月的忙碌，我已設計出基本符合要求的砂輪回轉試驗機。由于能力有限，又是初次設計加工機械，我的設計之中難免有一些不足之處，還望老師給予指導。 致 謝 幾個月來，從開始接到畢業(yè)設計題目到實驗的完成，再到論文文章的完成，每一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。衷心感謝四年來黃河科技學院對我的悉心培育，這里有許多博學的老師，感謝他們在這四年里對我們耐心負責，諄諄教誨，是他們讓我在這四年里不但學習到專業(yè)知識，而且我也學到了許多做人的道理，這些都是我順利完成畢業(yè)設計的基礎和源泉也是我們將來走向社會并為社會做出貢獻的必要手段。 本文是在我尊敬的導師李長詩教授悉心指導下完成的，導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和精益求精的工作作風使我受益匪淺。在此，我首先向導師表示誠摯的感謝，并致以崇高的敬意!在課題的研究和開發(fā)階段，得到了學院老師的大力支持和幫助，在此一并向他們表示衷心的感謝。在日常生活和學習中，學院的各位老師，以及全體同學給與我大力支持和幫助，在此我向他們以及多年來為我的成長付出辛勤勞動的老師和同學們表示衷心的感謝。感謝父母 、家人，感謝所有關心我的朋友和老師，感謝黃河科技學院的學習環(huán)境。 參考文獻 [1] 徐瀕，李元科，劉章俊，等．機械設計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991 [2] 周開勤．機械零件手冊[M]．北京：高等教育出版社，1994 [3] 唐宗軍．機械制造基礎[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1996 [4] 薄宵．機械加工工藝手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1991 [5] Rowe W B，Black S C E，Mills B．Temperature Control in cBN Grinding[J]．Advanced Manufaeturing Technology，1996 [6] 蔡美良，丁惠麟，孟滬龍．新編模具鋼金相熱處理[M]．北京：機械工業(yè)出版社．1998 [7] 楊威，冀清發(fā)，羅艷春．砂輪平衡精度對工件表面粗糙度影響的研究[J]．長春工程學院學報2005 [8] 孫桂靜，張鴻海，師漢民等．砂輪不平衡對磨削表面波紋度的影響[J]．磨料磨具與磨削，1993 [9] 靖民， 梁迎春． 機械優(yōu)化設計[M]． 北京： 機械工業(yè)出版社，2007 [10] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004. 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