708 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計（有cad圖+文獻翻譯）,708,陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計（有cad圖+文獻翻譯）,陶瓷,拋光機,旋風,機構(gòu),設(shè)計,cad,文獻,翻譯 端銑削自適應(yīng)切削力的模糊控制策略 摘要 這篇文章討論了在高速端銑削時的切削力的模糊適應(yīng)的控制策略。這項研究是關(guān)于運用標準計算機數(shù)字控制裝置來憂化金屬切削過程的整合自適應(yīng)性控制。它被設(shè)計成服務(wù)于允許在刀具上對長時間復(fù)雜成形加工很有益的切削力時適應(yīng)性地使切削速度最大化的控制.目的是產(chǎn)生一個可靠的，強有力的人工神經(jīng)控制器協(xié)助自適應(yīng)協(xié)調(diào)切削速度來防止過分的刀具磨損，即刀具的磨損量和保持高的排屑率。許多的仿真和實驗用來肯定這個體系的功效。 關(guān)鍵詞：端銑；自適應(yīng)力控制；模糊 1.諸論 一個CNC系統(tǒng)遺留下來的缺點是加工參數(shù)，如進給速度，切削速度和深度，被離線編程。加工參數(shù)通常在加工前根據(jù)編程者的經(jīng)驗和加工手冊被選擇。為了防止損害和避免加工失敗。運行的條件通常被設(shè)置的很保守。結(jié)果是，有很多的CNC系統(tǒng)運行于遠遠低于憂化標準運行條件下效率差。即使加工參數(shù)在離線時通過憂化計算法憂化了，在加工過程中它們也不能被協(xié)調(diào)起來。為了確保加工產(chǎn)品的質(zhì)量，為了降低加工成本和提高加工的效率，協(xié)調(diào)實時加工的參數(shù)來符合憂化的加工標準是有必要的。由此，提供在線運行下協(xié)調(diào)的自適應(yīng)控制，被有興趣地研究起來。在我們的自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，不管是在切削條件下變化時，進給速度總是在線協(xié)調(diào)下來保持一個常數(shù)切削力。在這篇文章中，一個簡單的模糊控制策略被在智能系統(tǒng)和一些運用模糊控制策略的實驗性的仿真中發(fā)展起來。結(jié)果證明這個目標系統(tǒng)有效地控制在一般端銑削條件下的峰值切削力。力的控制運算法則已經(jīng)被眾多的研究者開發(fā)和評估了。被固定的增加比例積分控制器，先前是為銑削現(xiàn)為了一個可協(xié)調(diào)的增加比例積分控制器，在那里控制器根據(jù)變化的切削條件被協(xié)調(diào)。完整的自適應(yīng)參考模擬，自適應(yīng)控制裝置方法最初是被Cusand Balic研究的。這些控制器被模擬和求解及實際上地被實現(xiàn)。兩項研究發(fā)現(xiàn)全布三參數(shù)自適應(yīng)控制器執(zhí)行得比已固定的遞增積分器要好。關(guān)于模糊控制系統(tǒng)，Huang and Lin提供了一個先驅(qū)活動的介紹性調(diào)查，另一個系統(tǒng)性觀念被提出。模糊系統(tǒng)對照比例積分微分控制和模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及管理模糊控制在[3]中反映.被提到。關(guān)于為銑削的自適應(yīng)切削力控制很多的工作已經(jīng)被做。然而，很多以前的工作把問題簡單化在一個自由度運動上。這次投稿中，我們將考慮到三個自由度上銑削的切削力。文章的組成如下。第二部分主要描述全面的力控制策略。第三部分包括了CNC加工模擬1.第五部分描述了仿真/實驗和目標控制計劃執(zhí)行的方法。最后，第六和七部分展現(xiàn)實驗結(jié)果，結(jié)論和以后研究的建議。 2.自適應(yīng)模糊控制器結(jié)構(gòu) 一個新的在線控制計劃，這個計劃被稱作自適應(yīng)模糊控制，是通過使用模糊集合論開發(fā)的。這個方法的基本思想是合并人操作者在控制設(shè)計中的經(jīng)驗。這個控制策略是用公式表達成許多的規(guī)則，這些規(guī)則手工執(zhí)行很簡單但是對于用一般的數(shù)學(xué)運算法則來實現(xiàn)很困難?；谶@個新的控制策略，很多復(fù)雜的過程能夠標準方法似的更容易地和更精確地被控制。模糊控制的目標是保持金屬切除率，能可能的高和保持切削力盡可能地接近一個給定的參照值。此外，計算任務(wù)和時間可能就像金典或者現(xiàn)代控制理論那樣被減少。示意性的控制規(guī)則通過使用真實的實驗數(shù)據(jù)被構(gòu)造出。模糊自適應(yīng)控制確保了連續(xù)地憂化進給速度的控制。這個控制是自動被協(xié)調(diào)到每一個特殊的切削情況。當軸的負載低的時候，系統(tǒng)增加切削進給到或者超過預(yù)先編程的進給速度，直接導(dǎo)致循環(huán)周期和產(chǎn)品成本相當大的減少。當軸的負載高時，進給速度就被降低，以保護工作母機不損害和損壞。當系統(tǒng)偵測到極端的切削力時，它會自動停機來保護切削工具。它減少了一定的操作者的監(jiān)督管理。在線銑削憂化的步驟次序如下： 1.預(yù)編程進給速度被送到銑床CNC控制器。 2.測量出的切削力被送到模糊控制器。 3.模糊控制器使用輸入的規(guī)則來找到（協(xié)調(diào)）憂化的進給速度，將它送回到機器。 4.第一步和第三步被重復(fù)直到加工結(jié)束。 自適應(yīng)切削力控制器協(xié)調(diào)進給速度是基于一個測量出的峰值切削力通過布置一個進給速度超過CNC控制器在四軸上的百分比， 真實的切削速度是超過部分和已編程的進給速度。如果進給速度憂化模擬是完美的，憂化的進給速度也將總是等于參照的峰值力。在這種情況下，超出部分的正確率將是100%。為了控制器調(diào)整峰值力，力的信息必須在每個采樣時間對控制運算法則是有用的。一個探測軟件被用來提供這些信息。 2.1一個模糊控制器的結(jié)構(gòu) 在模糊過程控制中，專門技術(shù)被壓縮成一個根據(jù)關(guān)于人操作標準和輸入輸出關(guān)系的系統(tǒng)。運算法則是基于操作者的知識但考慮到過程編輯通過改寫誤差，它也包括了控制理論。 從而，控制器有輸入切削力誤差F和第一次不同誤差2F，輸出變化的進給速度f。模糊控制變化和規(guī)則創(chuàng)基礎(chǔ)創(chuàng)建從專家操作者那帶走。切削力誤差和第一次誤差的差異被計算，在每一個采樣時間k，如_F(k) = Fref ?F(k)和_2F(k) =_F(k)?_F(k?1),這里F是測量的切削力，F(xiàn)ref是力的設(shè)定點。 3.CNC加工模擬 在進行實驗測試之前，一個CNC加工模擬模擬器被用來估算控制者的設(shè)計。 過程模擬由人工神經(jīng)力模擬和進給驅(qū)動模擬。人工神經(jīng)力模擬基于切削條件和已描述的形狀切削估算切削力。進給驅(qū)動模擬模擬機器對已指定進給速度變化的反應(yīng)。進給驅(qū)動模擬通過檢查步的已指定速度的改變被決定。最好的模擬被發(fā)現(xiàn)是一個頻率為3Hz和節(jié)拍時間為0.4s的二級命令系統(tǒng)。對比實驗和仿真從7到22mm/s圖3顯示的速度步調(diào)改變結(jié)果。進給驅(qū)動和人工神經(jīng)力模擬被結(jié)合形成CNC加工模擬。模擬輸入是已指定的進給速度，輸出是X、Y合成的切削力。切削形狀在人工神經(jīng)力模擬中被定義。模擬器通過比較實驗和模擬仿真結(jié)果被修改。伴隨進給速度改變的各種切削被確定。從0.05到2mm/tooth每一步改變，實驗和仿真合力展現(xiàn)如圖4。實驗結(jié)果與在平均和峰值力方面模擬結(jié)果聯(lián)系的很好。明顯的差異可能是因為人工神經(jīng)模擬和沒有模擬的系統(tǒng)編輯器的錯誤。 3.1切削力模擬 為明白在線切削力模擬，基于流行的反饋原理，一個標準BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）被提出在預(yù)備實驗期間，它被證明是很有可能直接從實驗加工數(shù)據(jù)提取力模擬。它被用來模擬切削過程。用來模擬的NN需要為進給速度f，切削速度vc 切削軸向深度AD 和切削徑向深度RD 4個輸入人工神經(jīng)元。NN的輸出是切削力的要素，因此需要兩個輸出神經(jīng)元。帶優(yōu)化參數(shù)使用的NN詳細的布局和神經(jīng)元的數(shù)學(xué)原理如圖5所示。最好的NN配置包含5，3和7在隱藏層隱藏的神經(jīng)元。 3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的布局和其模擬問題的自適應(yīng)性 布局的效果也通過考慮不同的情況而被研究。通過改變在隱藏層的人工神經(jīng)元的個數(shù)來改變布局。為估計個別與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能有關(guān)程序參數(shù)的效果，40個不同網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練，測試和分析。網(wǎng)絡(luò)性能使用ETstMax, ETst, ETrn, and ETrnMax四個不同標準和程序周期數(shù)來估計。在輸入輸出層的神經(jīng)元數(shù)通過輸入輸出參數(shù)的數(shù)量來決定。由結(jié)果得到的如下所述結(jié)論： ? 0.3比率給出可接受的預(yù)期誤差而掌握比率必須在0.01到0.2之間來最小化程序周期數(shù)。 ?為了最小化判斷誤差，比率在0.001到0.005之間是好的。然而，如果程序周期數(shù)也是最小化，掌握比率應(yīng)該不超過0.004 ?最佳的隱蔽層節(jié)點數(shù)是3或6.節(jié)點數(shù)在2到12或不是3或6的網(wǎng)絡(luò)也表現(xiàn)的好但是導(dǎo)致更高的程序周 期。 ?用正弦函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)需要最低的程序周期數(shù)，緊跟的是正切函數(shù)而用雙曲線切線那些需要更高的程序周期。 4.數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)和實驗設(shè)備 用在這個獲取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取設(shè)備由測力計，固定模塊，硬件和軟件如圖1所示。切削力使用安在工件和工作臺壓電測力計測量。當?shù)毒哒谇邢鞴ぜr，力將通過刀具施加到測力計。在測力計上的壓電石英產(chǎn)生形變，電荷將會產(chǎn)生。電荷然后通過連接電纜傳遞到多通道電荷放大器。電荷然后使用多通路放大器放大。在多通路電放大器中，不同參數(shù)能被調(diào)整以完成必需解決的。在放大器的輸出端，電壓將對應(yīng)于取決于設(shè)置在放大器中參數(shù)的力。接口硬件模塊由連接設(shè)計塊，模擬信號協(xié)調(diào)模塊和一個16通道A/D接口板(PC-MIO-16E-4)。在A/D板里，模擬信號將轉(zhuǎn)變成數(shù)了信號，以使LabVIEW軟件能讀和接收數(shù)據(jù)。用LabVIEW電壓將轉(zhuǎn)變成在X，Y和Z方向的力。用這個程序，三個軸向力要素能同時獲得，并能為分析力的變化而顯示在屏幕上。選R216-16B20-040型直徑16mm10度螺旋角帶雙刃可互換球狀端立銑刀來加工。前角12度R216-1603 M-M型立銑刀被選。立銑刀的材料是P10-P20涂上TiC/TiN ，GC4040。冷卻液RENUS FFM用來冷卻。模糊控制被智能操縱器模塊（Labview），修正進給速度被遞到力控制軟件和NC機床之間CNC通信設(shè)備。控制器能通過存儲器共享。在頻率1KHz時，超出部分的進給速度，可變DNCFRO對分配力控制軟件有用。 5.模擬和模糊控制銑實驗 為檢查自適應(yīng)模糊控制策略的穩(wěn)定性和耐用度，通過用Simulink and Labview fuzzy Toolset模擬來檢查系統(tǒng)。然后，通過在一個CNC銑床的對Ck45和Ck45鋼工件改變切削深度的不同實驗來改變系統(tǒng)（如圖6）R216-16B20-040型直徑16mm10度螺旋角帶雙刃可互換球狀端立銑刀被選來進行實驗。切削條件為：銑削寬度RD = 3 mm，銑削深度AD = 2mm和切削速度vc = 80m/min. 模糊控制的參數(shù)相同于對傳統(tǒng)系統(tǒng)性能的實驗。用模糊控制結(jié)構(gòu)如圖1，憂化進給速度，想要的切削力是[Fref] = 280 N,預(yù)編程的進給是0.05mm/teech，允許調(diào)整率為[0–150%]。當切削深度改變時，圖7是切削力和進給速度的反映。它顯示出實驗結(jié)果，結(jié)果中進給速度在線調(diào)整來保持切削力在最大想要值。模擬控制器響應(yīng)在軸向深度一步改變，顯示如圖8.模擬代表了一個16mm，兩面銑刀，在2000rpm時,正遇到一步從軸向深度從3到4.2mm的改變。這步改變發(fā)生在2s，在0.5s內(nèi)控制器返回峰值成參考峰值力在這項研究中模糊控制器的穩(wěn)定性通過模擬被估算。用在過程增益中小和大步改變測試模擬是為確保系統(tǒng)穩(wěn)定在一定范圍條件內(nèi)。小的過程增益改變用一個在2000rpm轉(zhuǎn)速下從3到4.2mm軸向深度改度來模擬。大的增益改變用一個軸向深度在2000rpm時從3到6mm改變來模擬。伴隨很少的性能降低系統(tǒng)在全布模擬仿真中保持穩(wěn)定。 6.結(jié)果和討論 在用不變進給速度（常用切削，如圖7a）的第一次實驗中,MRR僅僅在最后一步時達到它的固有值。然而，在第二次測試中，使用模糊控制加工相同的工件，平均完成的MRR很接近固有的MRR值。對比圖7a和b，人工神經(jīng)控制銑削系的在切削力是保持在240N左右，自適應(yīng)銑削系統(tǒng)的進給速度接近于傳統(tǒng)CNC銑削系統(tǒng)從C點到D點。從A點到C點，自適應(yīng)銑削系統(tǒng)的進給速度高于正統(tǒng)CNC系統(tǒng)，因此 ，自適應(yīng)銑削系統(tǒng)銑削效率提高了。實驗結(jié)果顯示出MRR可能提高高到27%。相比于大多數(shù)的現(xiàn)有端銑削控制系統(tǒng)，目標模糊控制系統(tǒng)有下列優(yōu)勢： 1.多參數(shù)調(diào)整。 2.對工件形狀、刀具形狀和工件材料的改變敏感； 3.合算和容易實現(xiàn)； 4.數(shù)學(xué)建模方便模擬仿真結(jié)果顯示使用設(shè)計的模糊控制器的銑削過程耐用度、穩(wěn)定性，比標準的控制器有更高加工效率。實驗顯示模糊控制器比傳統(tǒng)控制器有重大的優(yōu)勢。主要的優(yōu)勢是一個控制器快速響應(yīng)復(fù)雜傳感輸入而在傳統(tǒng)控制器上老的控制運算法則下運行速度受限制。當前研究顯示模糊控制比傳統(tǒng)控制器有很大的優(yōu)勢。 第一個優(yōu)勢是一個模糊控制器能有效率地利用在計劃和執(zhí)行一個控制動作方面比一個工人更巨大的感官信息。 第二個優(yōu)勢是模糊控制器快速響應(yīng)復(fù)雜的傳感輸入而在傳統(tǒng)控制器的傳統(tǒng)控制法則下的執(zhí)行速度受到嚴格的限制。 7.結(jié)論 這次投稿的目的是為介紹一輔助自適應(yīng)調(diào)整進給速度來防止過度刀具磨損，刀具破損和保持高的金屬去除率的可靠而耐用的模糊力控制器。帶自適應(yīng)控制策略的智能銑削實驗結(jié)果表明模糊控制器有高的耐用度和完全穩(wěn)定性。方法成功應(yīng)用于實驗Heller銑削加工中。目標在線最佳切削條件決定系統(tǒng)在這篇文章中應(yīng)用于球端銑削，但顯然此系統(tǒng)也可延伸到其它的機床上來提高切削效率。 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)工作中期檢查表 題目 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 學(xué)生姓名 梅彪 班級學(xué)號 機本0705 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指 導(dǎo) 教 師 填 寫 學(xué)生開題情況 學(xué)生調(diào)研及查閱文獻情況 畢業(yè)設(shè)計（論文）原計劃有無調(diào)整 學(xué)生是否按計劃執(zhí)行工作進度 學(xué)生是否能獨立完成工作任務(wù) 學(xué)生的英文翻譯情況 學(xué)生每周接受指導(dǎo)的次數(shù)及時間 畢業(yè)設(shè)計（論文）過程檢查記錄情況 學(xué)生的工作態(tài)度在相應(yīng)選項劃“√” □認真 □一般 □較差 尚存在的問題及采取的措施： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 系部意見： 負責人簽字： 年 月 日 湖南工學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書 系：機械工程系 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師 朱萍玉 學(xué)生姓名 梅彪 課題名稱 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 內(nèi)容及任務(wù) 內(nèi)容：陶瓷拋光機的旋風磨頭機構(gòu)是陶瓷拋光機的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，要求確定其傳動方案，對磨頭傳動裝置進行總體設(shè)計，對磨頭傳動件進行設(shè)計計算以及磨頭軸系、磨頭箱體進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 任務(wù)： (1) 繪制磨頭總裝圖 （2）繪制磨頭殼體圖； （3）繪制蝸輪部件裝配圖； （4）繪制零件圖 （5）撰寫設(shè)計計算說明書。 擬達到的要求或技術(shù)指標 (1) 統(tǒng)一要求： 按任務(wù)書要求完成規(guī)定的任務(wù)，撰寫設(shè)計說明書（論文），一律采用計算機編輯。內(nèi)容包括設(shè)計的意義與作用、設(shè)計方案選擇和計算、主要零件的受力分析和強度校核、經(jīng)濟技術(shù)分析等。寫出不少于400字的中文摘要；至少翻譯一篇本專業(yè)外文文獻（10000個以上印刷符號），并附譯文。 需完成不少于3張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合1號圖幅以上的圖紙用手工繪制，查閱到10篇以上與題目相關(guān)的文獻，按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設(shè)計說明書。 (2) 主要技術(shù)參數(shù)： 磨塊自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：50～80轉(zhuǎn)/分鐘 公轉(zhuǎn)阻力矩：300～320?！っ祝? 磨塊公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：2500～2800轉(zhuǎn)/分鐘 自轉(zhuǎn)阻力矩：7～10?！っ?； 磨頭直徑：500～600mm 進度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 第2～5周（2.28~3.27） 畢業(yè)調(diào)研及實習(xí)、搜集設(shè)計的相關(guān)資料 第6周（3.28~4.3） 方案論證及總體設(shè)計 第7～12周（4.4~5.15） 主要零部件設(shè)計 第13周（5.16~5.22） 繪制總裝配圖 第14～15周（5.23~6.5） 設(shè)計修改完善 第16周（6.6~6.10） 畢業(yè)答辯 主要參考資料 [1] 申永勝主編.機械原理教程[M]..北京：清華大學(xué)出版社，1998 [2] 濮良貴 紀名剛 主編. 機械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社， 2003.5 : [3] 陳國威等.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1992 [4] 楊志偉.旋風磨頭的設(shè)計介紹.佛山陶瓷.2001,4:17-19 [5]高鎮(zhèn)清,蔡小蘭.建筑陶瓷工業(yè)的發(fā)展趨勢淺析.中國陶瓷工業(yè).2005,2(12)-1:50-51. [6] 中國陶瓷工業(yè)協(xié)會.我國建筑陶瓷及技術(shù)裝備行業(yè)現(xiàn)狀分析. [7] 吳宗澤，羅圣國．機械設(shè)計課程設(shè)計手冊［Ｍ］.北京:高等教育出版社,1999. [8] 楊志偉．旋風磨頭的設(shè)計介紹［J］．佛山陶瓷，2001，49(4)：17－19. [9] 徐灝．機械設(shè)計手冊［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，1991：3－43． [10] 陳立德．機械設(shè)計基礎(chǔ)［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2000：71－98． [11] 濮良貴，紀名剛．機械設(shè)計［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2001：235－265． [12] 張 榮，章劍青．工程力學(xué)［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，2003：238－241． [13] 數(shù)字化手冊編委會．機械設(shè)計手冊軟件版V3.0［EB/OL］．http://www.minfre.com. 教研室 意見 年 月 日 系主管領(lǐng)導(dǎo)意見 年 月 日 湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題　　目 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 學(xué)生姓名 梅彪 班級學(xué)號 機本0705 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 1. 結(jié)合課題任務(wù)情況，查閱文獻資料，撰寫2000字以上的文獻綜述。 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的持續(xù)提升，中國老百姓對陶瓷墻地磚的消費也產(chǎn)生了多樣化的需求，拋光磚的產(chǎn)銷量仍然保持強勁增長之外，釉面磚的需求不知不覺間悄然興起，近兩年以來愈來愈紅火的“復(fù)古磚”現(xiàn)象就是這種需求的具體表現(xiàn)。而陶瓷磚的生產(chǎn)是由建筑陶瓷機械來完成的。 改革開放以前，我國建材機械工業(yè)十分弱小，附屬于幾個產(chǎn)瓷區(qū)的陶機廠是在修理廠的基礎(chǔ)發(fā)展起來的國有企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備落后，產(chǎn)品質(zhì)量低、產(chǎn)量小。近十幾年來，由于建材行業(yè)的高速發(fā)展，建材機械工業(yè)亦得到了極其迅猛的發(fā)展。特別是經(jīng)過“九五”、“十五”的項目攻關(guān)開發(fā)、研究，在原有引進、消化、吸收的基礎(chǔ)上，建筑陶瓷國產(chǎn)生產(chǎn)線裝備的生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高，包括原料制備裝備、成形設(shè)備、干燥施釉裝飾設(shè)備、燒成設(shè)備、拋光裝備等已基本實現(xiàn)了建筑陶瓷生產(chǎn)的整線國產(chǎn)化。 截止2000年底，在我國現(xiàn)在仍生產(chǎn)的2900條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線共有580條，其中進口線約占30％，大多進口線為97年以前引進，其余70%為95年開始投放市場的國產(chǎn)線。在廣東地區(qū)984條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線有387條，約占全國瓷質(zhì)磚拋光線總量的70％左右。 1992年中國第一臺陶瓷磨邊機、1994年中國第一臺陶瓷刮平定厚機、1995年中國第一臺陶瓷拋光機誕生。96年開始，由以上產(chǎn)品組成的具有國際先進技術(shù)水平的國產(chǎn)陶瓷拋光線開始大量替代進口產(chǎn)品，并以其良好的價格性能比優(yōu)勢，開始小批量出口南美、中東、東南亞等國家。瓷質(zhì)磚拋光設(shè)備的國產(chǎn)化，極大推動了我國建陶拋光磚市場的極大發(fā)展。 據(jù)對我國瓷質(zhì)磚生產(chǎn)廠家新建、技改的需求統(tǒng)計分析。我國建筑陶瓷企業(yè)1999年對瓷質(zhì)磚拋光線的總需求量約110條，2000年總需求量為125條。目前，我國建筑陶瓷企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要方向是向高檔有釉磚或中高檔拋光磚調(diào)整，廠家對拋光線設(shè)備和高水平釉線設(shè)備的需求保持著穩(wěn)定增長的態(tài)勢。 國家“十一五”期間將繼續(xù)扶持機電一體化機械裝備的研發(fā)與生產(chǎn)，大力振興裝備制造業(yè)，進行重點技術(shù)改造，提高設(shè)計與制造水平，推進機電一體化，為各行業(yè)提供先進和成套的技術(shù)裝備。陶瓷行業(yè)未來的發(fā)展方向是“總量控制，結(jié)構(gòu)調(diào)整”。產(chǎn)業(yè)政策和市場環(huán)境促使我國陶瓷行業(yè)從數(shù)量價格競爭轉(zhuǎn)向技術(shù)和質(zhì)量的競爭，陶瓷企業(yè)出路的一個重要方面在于技術(shù)設(shè)備改造和產(chǎn)業(yè)升級，然而建陶產(chǎn)業(yè)的升級，客觀上需要上游產(chǎn)業(yè)建陶制造裝備技術(shù)進步的支持，這就為一些科技含量高、新產(chǎn)品開發(fā)能力強的陶機生產(chǎn)企業(yè)提供了巨大的市場機會，同時客觀上要求他們加大技改和研發(fā)投資，面對來自國內(nèi)和國際的競爭。 陶瓷拋光磚在國內(nèi)市場風行以來，各種利用機械加工瓷磚以提高產(chǎn)品檔次的方法不斷涌現(xiàn)，如水刀切割、圓弧拋光、線條拋光等等。深加工已經(jīng)成為陶瓷產(chǎn)品錦上添花的主要手段之一，在提高產(chǎn)品附加值方面大有可為。為陶瓷深加工專門制作的深加工機械是陶瓷機械行業(yè)中的后起之秀，近年來在國內(nèi)外的需求呈現(xiàn)急劇上升的勢頭。 拋光機是瓷磚深加工，也就是生產(chǎn)拋光磚的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，拋光加工由兩臺的拋光機完成，第一臺進行精磨、粗拋，第二臺進行半精拋、精拋。根據(jù)拋光磨頭所用磨料的粗細，按工藝將拋光機分為粗拋機和精拋機，但機器結(jié)構(gòu)及工作原理完全相同。其結(jié)構(gòu)主要由機架、橫梁、磨頭、導(dǎo)軌、調(diào)節(jié)機構(gòu)及輸送系統(tǒng)等組成。拋光過程是：瓷磚由主傳動皮帶送到機內(nèi),有磚檢測裝置檢出有磚進入,磨頭上的氣缸動作,使旋轉(zhuǎn)的磨頭緩慢下降,磨輪對瓷磚表面進行磨削拋光,瓷磚經(jīng)過若干個個磨頭的拋光后由人工取料。連續(xù)進磚,磨頭便對瓷磚連續(xù)磨削。采用先進的磨頭對陶瓷墻地磚表面進粗磨拋光的，有效率高、加工表面質(zhì)量好、破損率少等優(yōu)點，經(jīng)拋光機加工的瓷磚表面可達鏡面光度。 談到陶瓷深加工的前景，個人認為，陶瓷產(chǎn)品要提高檔次，必定離不開深加工技術(shù)。深加工，其實是對陶瓷產(chǎn)品起了錦上添花的作用，有助于企業(yè)增加產(chǎn)品附加值和提高經(jīng)濟效益。如佛山某企業(yè)今年的最新產(chǎn)品線條拋光機，就是根據(jù)客戶的要求將陶瓷深加工成木線的形狀和效果，與拋光磚搭配使用，不僅提高了產(chǎn)品檔次，還產(chǎn)生了富貴華麗，蓬蓽增輝的藝術(shù)效果。而這一切都是建筑陶瓷機械的功勞。這是一個很有前途的行業(yè)和機械，隨著人們對居住環(huán)境藝術(shù)性要求的提高，陶瓷深加工行業(yè)和機械的前景將會更好。 2.選題依據(jù)、主要研究內(nèi)容、研究思路及方案。 本課題所涉及的拋光機是廣泛用于陶瓷地磚、石材等建材產(chǎn)品精磨、拋光的生產(chǎn)設(shè)備，其特點是對脆性材料進行磨削，要求加工后的表面平整、無劃痕，達到鏡面光亮而且破損率低。因此要求其關(guān)鍵部分——磨頭驅(qū)動部分必須有良好的動態(tài)性能。 磨頭驅(qū)動部分是瓷質(zhì)拋光機的關(guān)鍵設(shè)備，目前，瓷磚拋光機所使用的磨頭種類大致有三種： 1. 擺動式磨頭，即磨頭伸展出6個或7個擺腳，工作時磨頭以420～500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，同時擺腳以50～80/分鐘的頻率左右往復(fù)擺動，以實現(xiàn)磨削時磨塊對磚坯是線接觸而非面接觸。這種磨頭使用最廣泛，適合于粗磨和精磨階段。 2. 滾動式磨頭，即磨頭向外伸展出6根軸，每根軸上各安裝一個圓筒形砂輪磨具，工作時磨頭以420～500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，圓筒形磨具以50～80/分鐘的速度繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。這種磨頭與擺動式磨頭相比較，生產(chǎn)效率可以提高10%以上，主要用于粗磨階段。 3. 旋風磨頭，它的結(jié)構(gòu)特點是向外伸展出8根軸，每根軸上各安裝一個圓筒形金剛磨輪，磨頭由2根電機驅(qū)動產(chǎn)生兩個動作，一是每根軸上的金剛磨輪自身的高速自轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速高達2700轉(zhuǎn)/分鐘），二是整個磨頭帶動八個金剛磨輪的低速公轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為70轉(zhuǎn)/分鐘）。這種磨頭與滾動式磨頭有些相似，但區(qū)別也是很明顯的，前者使用金剛磨具，并由兩個電機驅(qū)動，自轉(zhuǎn)高速，公轉(zhuǎn)低速；而后者則是使用普通磨料磨具，僅由一個電機驅(qū)動，自轉(zhuǎn)低速，公轉(zhuǎn)高速。旋風磨頭可取代原來的刮平磨頭，適用于刮平階段和粗磨階段。 本設(shè)計所研究的是陶瓷拋光機的旋風磨頭機構(gòu)。旋風磨頭是粗磨機對瓷磚進行加工的執(zhí)行部件，是比較新式的磨頭，該磨頭是采用八組高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪對瓷質(zhì)磚表面進行剛性磨削，對拋光磚進行粗加工，使磚面平整細滑，減小粗拋磨塊的消耗量，降低生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。 設(shè)計的主要研究就是從運動學(xué)理論、空間機構(gòu)學(xué)理論拋光機磨頭旋風傳動機構(gòu)，因為旋風磨頭的傳動機構(gòu)是一個高速、增速機構(gòu)。這必將引起高溫、噪聲等問題，所以傘齒輪組潤滑、密封、降溫等是本機構(gòu)的設(shè)計要點。希望可以通過本設(shè)計的研究以求得一個性能良好且從動件振動小的設(shè)計方案，改善陶瓷拋光機的性能，降低磨頭的振動及故障率，提高瓷地磚的表面質(zhì)量，降低震碎率。 主要的研究思路及方案為： 1.傘齒輪組 在旋風磨頭中，傘齒輪組是用于實現(xiàn)金剛磨輪的自轉(zhuǎn)，是一個高速、增速的運動副，并且又是八個的齒輪組，所以是最重要的機構(gòu)，設(shè)計時著重考慮了機構(gòu)的強度、壽命和噪聲問題。主要的解決方案為采用大模數(shù)的格里森制螺旋傘齒輪形式，因為格里森傘齒輪有著比直齒傘齒輪更好的嚙合性能，承載能力高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。同時，還采取了提高齒輪精度和降低齒面表面粗糙度，合理的齒輪安裝間隙等措施來降噪，取得了明顯的效果。齒輪材料使用20CrMnTi，并經(jīng)滲碳淬火，提高齒輪的齒面硬度，從而提高齒輪的壽命。 2.磨頭的公轉(zhuǎn) 由于磨輪的轉(zhuǎn)速很高，如果采用同一個動力源的話那減速機構(gòu)會比較龐大，因此采用雙電機的形式。磨頭的公轉(zhuǎn)采用一個公轉(zhuǎn)電機再加上螺桿減速機構(gòu)就可以實現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)問題。 3.潤滑 在傘齒輪嚙合處由于轉(zhuǎn)速較高且溫度也較高可以采用浸浴的方式并且可以選擇極壓齒輪油。 4.密封 在磨頭小傘齒輪軸端的密封是一個關(guān)鍵，因為這里轉(zhuǎn)速度高，溫度高，很容易就產(chǎn)生泄漏，可以考慮采用骨架密封圈和密封環(huán)等。 5.降溫 因為磨頭工作時產(chǎn)生高溫，可以采用大流量壓力水源來對著磨頭噴水。 旋風磨頭的設(shè)計參數(shù)為： 磨頭轉(zhuǎn)速：50～80轉(zhuǎn)/分鐘，公轉(zhuǎn)阻力矩：300～320牛·米； 磨輪轉(zhuǎn)速：2500～2800轉(zhuǎn)/分鐘，自轉(zhuǎn)阻力矩：7～10牛·米； 磨頭直徑：500～600mm 設(shè)計時，在確定了方案的基礎(chǔ)上，進行總體設(shè)計和詳細設(shè)計，繪制拋光機磨頭總圖和主要零部件圖，要求結(jié)構(gòu)合理，操作方便。圖紙要求符合國家有關(guān)標準規(guī)定，圖面清晰，投影正確。并且撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 3.工作進度及具體安排。 第7學(xué)期 14～20周：收集資料，文獻綜述、開題報告 第8學(xué)期 1～4周：畢業(yè)實習(xí) 第8學(xué)期 5～7周：總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、外文翻譯 第8學(xué)期 8～12周：磨頭主要零部件設(shè)計，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 第8學(xué)期 13～14周：設(shè)計修改完善 第8學(xué)期 14～15周：畢業(yè)設(shè)計評閱 指導(dǎo)教師批閱意見 指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日 2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 材 料 系 、 部： 機械工程系 學(xué)生姓名： 梅 彪 指導(dǎo)教師： 朱萍玉 職 稱： 副教授 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機本0705班 學(xué) 號： 214070520 2011年06月 湖南工學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱表 系：機械工程系 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 梅彪 學(xué) 號 214070520 班 級 機本0705班 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師姓名 朱萍玉 課題名稱 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 是否同意參加答辯： 是□ 否□ 指導(dǎo)教師評定成績 分值： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 湖南工學(xué)院200 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及最終成績 評 定 表 系（公章）： 學(xué)生姓名 梅彪 學(xué)號 214 070520 班級 機本0705班 答辯 日期 課題名稱 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 指導(dǎo) 教師 朱萍玉 成 績 評 定 分值 評 定 小計 教師1 教師2 教師3 教師4 教師5 課題介紹 思路清晰，語言表達準確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴謹，設(shè)計（論文）有應(yīng)用價值。 30 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準確大、深入,知識面寬。 必 答 題 40 自 由 提 問 30 合 計 100 答 辯 評 分 分值： 答辯小組長簽名： 答辯成績a： ×40％＝ 指導(dǎo)教師評分 分值： 指導(dǎo)教師評定成績b： ×60％＝ 最終評定成績： 分數(shù)： 等級： 答辯委員會主任簽名： 年 月 日 說明：最終評定成績＝a+b，兩個成績的百分比由各院、系自己確定，但應(yīng)控制在給定標準的10％左右。 湖南工學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱表 系：機械工程系 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 題　　目 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 學(xué)生姓名 梅彪 班級學(xué)號 214070520 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 評閱 教師姓名 職稱 工作單位 評分內(nèi)容 具 體 要 求 總分 評分 開題情況 調(diào)研論證 能獨立查閱文獻資料及從事其他形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實施方案，有分析整理各類信息并從中獲取新知識的能力。 10 外文翻譯 摘要及外文資料翻譯準確，文字流暢，符合規(guī)定內(nèi)容及字數(shù)要求。 10 設(shè)計質(zhì)量 論證、分析、設(shè)計、計算、結(jié)構(gòu)、建模、實驗正確合理。 35 創(chuàng)新 工作中有創(chuàng)新意識，有重大改進或獨特見解，有一定實用價值。 10 撰寫質(zhì)量 結(jié)構(gòu)嚴謹，文字通順，用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書寫格式規(guī)范，符合規(guī)定字數(shù)要求。 15 綜合能力 能綜合運用所學(xué)知識和技能發(fā)現(xiàn)與解決實際問題。 20 總評分 評閱教師 評閱意見 評閱成績 總評分ⅹ20% 評閱教師簽名 日期 I 陶瓷拋光機旋風磨頭機構(gòu)的設(shè)計 II 摘 要 旋風磨頭是用于粗磨機對瓷磚進行加工的執(zhí)行部件，是比較新式的磨頭，該磨頭 是采用八組高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪對瓷質(zhì)磚表面進行剛性磨削，對拋光磚進行粗加工， 使磚面平整細滑，減小粗拋磨塊的消耗量，降低生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。 本設(shè)計主要是對于旋風磨頭的磨輪高速自轉(zhuǎn)和磨頭慢速公轉(zhuǎn)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算。 由于兩個傳動的轉(zhuǎn)速差較大采用兩個電機分別進行驅(qū)動。磨輪的自轉(zhuǎn)設(shè)計為大錐齒輪 嚙合八個小錐齒輪進行轉(zhuǎn)動，用于實現(xiàn)金剛磨輪的高速自轉(zhuǎn)，磨頭的公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸 桿傳動設(shè)計用來實現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)，并且分別對錐齒輪和蝸輪蝸桿進行了強度校核。本 設(shè)計還對磨頭中各軸、軸承和鍵進行了強度校核。使用 CAD 繪制完二維視圖后還采用 PRO/E 建模對箱體殼體進行重量計算。 關(guān)鍵詞：陶瓷拋光，旋風磨頭，錐齒輪，蝸輪蝸桿 III ABSTRACT A whirling wheelhead on a rasping machine is an executive unit that is used to process the ceramic tile, and it is a new type. The wheelhead uses eight groups high- speed whirling diamond grinding wheel to grind the surface of porcelain brick., and process minimally to the polishing brick in order to make the surface even and lubricious, then it can minish the comsuption of unprocessed brcik, reduce the production cost and improve productivity and efficiency. This design is mainly on contruction designming and calculation of the high-speed rotation of grinding wheel and slow-speed revolution of wheelhead. Because of the difference of rotate speed of the two drives, so it has to use two electric machine to drive. The rotation of grinding wheel is degined into a big bevel gear running with eight samll bevel gear in mesh, so as to realize the high-speed rotation of diamond grinding wheel. Worm wheel and worm transmission designment is used to realize the revolution of it. And this design checks the strength of gear and the worm wheel, axis, bearing and bond separately. Two-dimensional view is drawn by CAD, and the weight calculation of the cabinet and shell is done by PRO/E medeling. Keywords: Polish ceramic tile；whirling wheelhead；bevel gear；worm and worm wheel IV 目 錄 1 緒論 ..................................................................1 2 磨頭傳動裝置的總體設(shè)計 ................................................2 2.1 確定傳動方案 ......................................................2 2.1.2 方案一 ........................................................2 2.1.1 方案二 ........................................................3 2.1.3 磨頭傳動方案的選定 ............................................3 2.2 電動機的確定 ......................................................4 2.2.1 電動機類型和結(jié)構(gòu)形式 ..........................................4 2.2.2 電動機的容量 ..................................................4 2.2.3 確定電動機的轉(zhuǎn)速 ..............................................5 2.3 總傳動比的確定和各級傳動比的分配 ..................................5 2.4 磨頭的運動和動力參數(shù)的計算 ........................................6 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計算 ................................................6 2.4.2 各軸功率的計算 ................................................7 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 ................................................7 3 磨頭傳動件的設(shè)計計算 ..................................................9 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號 ............................................9 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計計算 ..................................9 3.2.1 齒輪材料的選則 ................................................9 3.2.2 主要參數(shù)的選則 ................................................9 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個尺寸設(shè)計和強度校核 .........................10 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿傳動計算 .......................................15 3.3.1 傳動類型、精度等級和材料的確定 ...............................15 3.3.2 初選幾何參數(shù) .................................................15 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 .............................................15 3.3.4 按接觸強度設(shè)計 ...............................................15 3.3.5 主要幾何尺寸 .................................................16 V 3.3.6 蝸輪圓周速度的計算并核對傳動的效率 ...........................16 3.3.7 接觸強度的校核 ...............................................16 3.3.8 蝸輪彎曲強度的校核 ...........................................17 3.3.9 其他幾何尺寸計算 .............................................17 4 磨頭軸系的設(shè)計 .......................................................19 4.1 初繪裝配底圖及驗算軸系零件 .......................................19 4.1.1 確定箱內(nèi)傳動件輪廓及其相對位置 ...............................19 4.1.2 箱體內(nèi)壁位置的確定 ...........................................20 4.1.3 初步進行視圖布置及繪制裝配底圖 ...............................20 4.1.4 磨頭公轉(zhuǎn)蝸桿軸的設(shè)計 .........................................21 4.1.5 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐主動齒的輪軸的設(shè)計 .........................26 4.1.6 磨輪公轉(zhuǎn)蝸輪軸的設(shè)計 .........................................30 4.1.7 磨輪自轉(zhuǎn)小錐齒輪軸的設(shè)計 .....................................34 4.1.8 旋風磨頭上各軸鍵聯(lián)接的強度校核 ...............................38 4.1.9 旋風磨頭上各軸承的疲勞強度校核 ...............................40 4.1.10 磨頭主要部件螺栓聯(lián)接強度的校核 ..............................45 4.1.11 軸結(jié)構(gòu)的修改 ................................................45 4.2 設(shè)計和繪制磨頭的軸系結(jié)構(gòu) .........................................45 4.2.1 錐齒輪和蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...................................45 5 磨頭箱體的設(shè)計 .......................................................48 5.1 磨頭箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...............................................48 5.1.1 磨頭箱體的裝配 ...............................................48 5.1.2 磨頭殼體的尺寸確定 ...........................................51 5.1.3 箱體的潤滑及密封和散熱 .......................................52 結(jié) 論 ..................................................................55 參考文獻 ................................................................57 致 謝 ..................................................................58 附 錄 1 1 緒論 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的持續(xù)提升，中國老百姓對陶瓷墻地磚 的消費也產(chǎn)生了多樣化的需求，拋光磚的產(chǎn)銷量仍然保持強勁增長。而陶瓷磚的生產(chǎn) 是由建筑陶瓷機械來完成的。 截止 2000 年底，在我國現(xiàn)在仍生產(chǎn)的 2900 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線 共有 580 條，其中進口線約占 30％，大多進口線為 97 年以前引進，其余 70%為 95 年 開始投放市場的國產(chǎn)線。在廣東地區(qū) 984 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線有 387 條，約占全國瓷質(zhì)磚拋光線總量的 70％左右。 陶瓷拋光磚在國內(nèi)市場風行以來，各種利用機械加工瓷磚以提高產(chǎn)品檔次的方法 不斷涌現(xiàn)，如水刀切割、圓弧拋光、線條拋光等等。深加工已經(jīng)成為陶瓷產(chǎn)品錦上添 花的主要手段之一，在提高產(chǎn)品附加值方面大有可為。為陶瓷深加工專門制作的深加 工機械是陶瓷機械行業(yè)中的后起之秀，近年來在國內(nèi)外的需求呈現(xiàn)急劇上升的勢頭。 拋光機是瓷磚深加工，也就是生產(chǎn)拋光磚的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，拋光加工由兩臺的拋 光機完成，第一臺進行精磨、粗拋，第二臺進行半精拋、精拋。根據(jù)拋光磨頭所用磨 料的粗細，按工藝將拋光機分為粗拋機和精拋機，拋光過程是：瓷磚由主傳動皮帶送 到機內(nèi),有磚檢測裝置檢出有磚進入,磨頭上的氣缸動作,使旋轉(zhuǎn)的磨頭緩慢下降,磨輪 對瓷磚表面進行磨削拋光,瓷磚經(jīng)過若干個個磨頭的拋光后由人工取料。連續(xù)進磚,磨 頭便對瓷磚連續(xù)磨削。采用先進的磨頭對陶瓷墻地磚表面進粗磨拋光的，有效率高、 加工表面質(zhì)量好、破損率少等優(yōu)點，經(jīng)拋光機加工的瓷磚表面可達鏡面光度。 旋風磨頭它的結(jié)構(gòu)特點是向外伸展出 8 根軸，每根軸上各安裝一個圓筒形金剛磨 輪，磨頭由 2 根電機驅(qū)動產(chǎn)生兩個動作，一是每根軸上的金剛磨輪自身的高速自轉(zhuǎn) （轉(zhuǎn)速高達 2700 轉(zhuǎn)/分鐘） ，二是整個磨頭帶動八個金剛磨輪的低速公轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為 70 轉(zhuǎn)/分鐘） 。這種磨頭與滾動式磨頭有些相似，但區(qū)別也是很明顯的，前者使用金剛磨 具，并由兩個電機驅(qū)動，自轉(zhuǎn)高速，公轉(zhuǎn)低速；而后者則是使用普通磨料磨具，僅由 一個電機驅(qū)動，自轉(zhuǎn)低速，公轉(zhuǎn)高速。旋風磨頭可取代原來的刮平磨頭，適用于刮平 階段和粗磨階段。 本設(shè)計所研究的是陶瓷拋光機的旋風磨頭機構(gòu)。 2 2 磨頭傳動裝置的總體設(shè)計 2.1 確定傳動方案 2.1.2 方案一 1-電動機 2-聯(lián)軸器 3-齒輪組 4-主動齒輪 5-從動公轉(zhuǎn)齒輪 6-從動自轉(zhuǎn)齒輪 7-空套錐齒輪軸 8-磨頭 9-磨輪 圖 1 磨頭傳動方案一簡圖 該方案采用一個電機為整個磨頭提供動力，減少了整體的成本，其傳動路線是通 過一個主動齒輪 4 帶動一個齒輪組 3，該齒輪組 3 嚙合兩個齒輪，分別是從動公轉(zhuǎn)齒 輪 5 和從動自傳齒輪 6，由從動公轉(zhuǎn)齒輪 5 帶動磨頭 8 進行公轉(zhuǎn)，由從動自轉(zhuǎn)齒輪帶 動空套錐齒輪軸 7，再由空套錐齒輪 7 嚙合著 8 個磨輪 9 進行高速自轉(zhuǎn)。從而實現(xiàn)磨 頭公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)不同轉(zhuǎn)速的分離。 3 2.1.1 方案二 1-自轉(zhuǎn)電機(主電機) 2-聯(lián)軸器 3-公轉(zhuǎn)電機 4-蝸桿 5-蝸輪 6-空心蝸輪軸 7-自轉(zhuǎn)主軸 8-磨頭 9 磨輪 10 大錐齒輪 11 小錐齒輪 圖 2 磨頭轉(zhuǎn)動方案二簡圖 該方案采用兩個電動機分別用于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的自轉(zhuǎn)，兩個電動機分兩條路 線進行傳動，線路一：主電機 1 通過聯(lián)軸器 2 將動力傳遞至自轉(zhuǎn)主軸 7，再到大錐齒 輪 10，由大錐齒輪嚙合著 8 個小錐齒輪 11，將動力傳遞至金剛磨輪 9 上，實現(xiàn)金剛 磨輪的高速自轉(zhuǎn)運動。線路二：公轉(zhuǎn)電機 3 也是通過聯(lián)軸器將動力傳遞至蝸桿 4，蝸 桿 4 帶動蝸輪 5 把動力傳遞至空心蝸輪軸 6 上，空心蝸輪軸 6 上安裝磨頭 8，因此磨 頭將隨空心蝸輪軸 6 一起旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)運動。由于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的 自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相差較大，因此該方案能較好的實現(xiàn)傳動比，但是需要使用兩個電機。 2.1.3 磨頭傳動方案的選定 由于磨頭的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 60r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 2700r/min,轉(zhuǎn)速相差較大。 4 因此采用方案二有利于減小磨頭的尺寸簡化傳動部件的設(shè)計計算也能提高整個磨頭的 工作效率.而方案一雖然只用一個電動機但是要實現(xiàn)兩個相差較大的轉(zhuǎn)速比較困難， 不僅會增大傳動比使齒輪的體積增加而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此選定方案二為磨頭傳動 方案。 2.2 電動機的確定 2.2.1 電動機類型和結(jié)構(gòu)形式 陶瓷拋光機旋風磨頭使用于工廠,工廠使用的是三相交流電,而且對于電動機沒有 特殊的要求所以選用三相鼠籠異步電動機。 2.2.2 電動機的容量 電動機所需的功率 Pd應(yīng)由磨頭工作阻力和運動參數(shù)計算求得: (1)KWTnmd?950? 式中:T-磨頭所需的轉(zhuǎn)矩 N/M，由任務(wù)書給出 nm-磨頭的轉(zhuǎn)速 r/min，由任務(wù)書給出 η m-磨頭的效率，η m＝η 1η 2…η n分別為傳動裝置中每一個傳動副（齒輪、 蝸輪蝸桿） 、每對齒輪、每個聯(lián)軸器的效率。其概略值見表 [1]1-7。選用此 數(shù)值時一般取中間值，如工作條件差，潤滑不良時應(yīng)取低值，已知磨頭內(nèi) 部的潤滑條件較好，所以取的值都較高。 在自轉(zhuǎn)磨輪中，其傳動的機械效率由以下幾個部分組成：聯(lián)軸器 0.98、軸承 4 對 0.994、圓錐齒輪 0.96 η Z＝0.98×0.99 4×0.96≈0.9 在公轉(zhuǎn)磨頭中：聯(lián)軸器 0.98、軸承 3 對 0.983、蝸輪蝸桿 0.8 η G=0.98×0.983×0.8≈0.74 根據(jù)任務(wù)書，磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2500～2800 r/min,轉(zhuǎn)矩為 7～10 N/m.磨頭有 8 個 磨輪，因此磨輪自轉(zhuǎn)電機的功率范圍為： kwkkwnTPzd 26~3.19.05)28~()17(89502 ???? 而磨頭公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為 50～80 r/min,轉(zhuǎn)矩為 300～320 N/m，因此磨頭的公轉(zhuǎn)電機 的功率范圍為： kwkkwnTPGd 6.3~127.095)8()32~(950???? 5 2.2.3 確定電動機的轉(zhuǎn)速 同一類型的電動機，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選用。如選用低轉(zhuǎn)速電動機， 因極數(shù)較多而外廓尺寸及重量較大，故價格較高，但可以使傳動裝置總轉(zhuǎn)動比及尺寸 減小。選用高轉(zhuǎn)速電動機則相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來選定電機轉(zhuǎn)速。 按照磨頭公轉(zhuǎn)和磨輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速要求和傳動機構(gòu)的合理傳動比范圍，可以推算電 動機轉(zhuǎn)速的可選范圍，如： n=(i1i2…in)nw r/min 式中：n－電動機可選轉(zhuǎn)速范圍 i1、i 2、i n-各級傳動機構(gòu)的合理傳動比范圍，見表 [1]1-8 或表 [1]13-2 對于磨頭公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸桿傳動，查表得 iw=10～40 而磨輪自轉(zhuǎn)采用的直齒錐齒輪 is=2～3 則磨頭公轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速范圍為： ndG=iwnG=(10～40)×(50～80)=500～3200 r/min 磨輪自轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速范圍(此機構(gòu)為增速機構(gòu)，之所以選則增速機構(gòu)是因為磨頭的 結(jié)構(gòu)所限，根據(jù)圖 2 是由一個大錐齒輪主動嚙合 8 個小錐齒輪從動，如果采用減速機 構(gòu)那么將是小錐齒輪主動嚙合 8 個大錐齒輪這在結(jié)構(gòu)上會造成困難。) min/140~3)20~5(13( rnizsz ??? 對于 Y 系列電動機，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或 1200r/min 的電動機， 如無特殊要求不選用低于 750r/min 的電動機。 根據(jù)計算所得的電機轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍查表 [1]12-1～12-2,選用電動機的型號 為：磨輪自轉(zhuǎn)電機采用 Y200L2-6V1。磨頭公轉(zhuǎn)的電動機由于轉(zhuǎn)速范圍較廣，可選擇 的型號也較多在這里主要考慮電機的體積大小和重量，因為此電機是安裝在磨頭殼體 的側(cè)面要求選用體積小重量輕的電機再者考慮到降速的方便，所以采用折中法采用同 步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的 4 極電動機，型號為 Y100L2-4B5。 Y200L2-6V1 參數(shù)：P Z=22kw nZ=970r/min mZ=250kg Y100L2-4B5 參數(shù)：P G=3kw nG=1420r/min mZ=38kg 設(shè)計傳動裝置時一般按工作機實際需要的電動機輸出功率 Pd計算，在這里由于 所選取的電動機功率有一定余量計算時采用電動機的額定功率計算，轉(zhuǎn)速則取滿載轉(zhuǎn) 速。 6 2.3 總傳動比的確定和各級傳動比的分配 傳動裝置的總體傳動比要求應(yīng)為： (2)wdni? nd－電動機滿載轉(zhuǎn)速 r/min nw－磨頭工作轉(zhuǎn)速 r/min 由于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是在磨頭殼體中實現(xiàn)，考慮到磨頭體積和結(jié)構(gòu)的限制， 都設(shè)計為一級傳動 則磨輪自轉(zhuǎn)傳動比為： 346.0~8.20~597??zi 磨頭公轉(zhuǎn)傳動比為： 51481G 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的轉(zhuǎn)速范圍確定旋風磨頭磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2700r/min，磨頭公轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速為 70r/min，這里則暫取這兩個值為設(shè)計計算的數(shù)據(jù)。 則磨頭自轉(zhuǎn)的設(shè)計傳動比為： 359.027?zi 磨頭公轉(zhuǎn)的設(shè)計傳動比為： 14G 而磨頭的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的實際傳動比要由選定的蝸輪蝸桿和錐齒輪齒數(shù)進行詳細的 計算，因而與設(shè)計的傳動比可能有誤差，但誤差是允許的。 2.4 磨頭的運動和動力參數(shù)的計算 為方便陳述，以下計算中Ⅰ軸指代主傳動軸即蝸桿軸和大錐齒輪軸，Ⅱ軸指代從 動軸即蝸輪軸和小錐齒輪軸。 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計算 nⅠ =nd r/min (3) (4)min/riⅠⅡ ? 式中 nⅠ、 nⅡ －為Ⅰ軸Ⅱ軸轉(zhuǎn)速 r/min nd－為電動機滿載轉(zhuǎn)速 i－為Ⅰ軸Ⅱ軸傳動比 則磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： nzⅠ =nzd=970r/min 7 min/270359.rinz??ⅠⅡ 磨頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： nGⅠ =nGd=1420 r/min in/703.214riG?ⅠⅡ 2.4.2 各軸功率的計算 PⅠ =Pdη 01 kw (5) PⅡ = PⅠ η 12 kw (6) 式中：P d－電動機輸出功率 PⅠ 、P Ⅱ －Ⅰ軸Ⅱ軸輸入功率 η 01、η 12－依次為電動機軸與Ⅰ軸Ⅱ軸間的傳動效率 則磨輪自轉(zhuǎn)是各軸的功率為： PZⅠ =Pzdη 01Z=22×0.98=21.56 kw (由于大錐齒輪嚙合 8 個小錐齒輪) PZⅡ =PZⅠ η 12Z/8=21.56×0.992×0.96=2.54 kw 磨頭公轉(zhuǎn)時各軸的功率為： PGⅠ =PGdη G01=3×0.98×0.99=2.91 kw PGⅡ = PGⅠ η G12=2.91×0.8=2.33 kw 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 TⅠ =Tdη 01 N/m (7) TⅡ = TⅠ iη 12 N/m (8) 式中：T d－電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩 N/m TⅠ 、T Ⅱ 為Ⅰ軸Ⅱ軸的輸入轉(zhuǎn)矩 N/m mNnPdd??950TZd /217G04395? 則磨輪自轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TZⅠ =TZdη Z01=217×0.98=213 N·m 8 TZⅡ = TZⅠ iη Z12/8=213×0.992×0.96×0.359=9 N·m 磨頭公轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TGⅠ =TGdη G01=20×0.98×0.99=19.4 N·m TGⅡ = TGⅠ iη G12=19.4×0.8×20.3=315 N·m 將運動和動力參數(shù)的計算結(jié)果整理為列表備查。 表 1 磨頭各軸運動和動力參數(shù) 序號 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn) Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 970 2739 1420 69 功率 P(kw) 21.56 2.54 2.91 2.33 轉(zhuǎn)矩 T(N·m) 213 9 19.4 315 9 3 磨頭傳動件的設(shè)計計算 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號 對于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是直接采用聯(lián)軸器使電動機直接和磨頭內(nèi)部的傳動軸 相連，并且受限于磨頭的體積和重量所選的聯(lián)軸器不能太大太重，根據(jù)計算結(jié)果兩電 動機所傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不是太大，再綜合考慮的情況下兩者均選用平鍵套筒聯(lián)軸器。 對于磨輪自轉(zhuǎn)電機和軸Ⅰ相連時由于其是垂直安裝采用螺釘用作軸向固定。查表 [1] 12-5,得知磨輪自轉(zhuǎn)電機 Y200L2-6V1 型和磨頭公轉(zhuǎn)電機 Y100L2-4B5 型電機驅(qū)動軸的 直徑分別為 55mm 和 28mm。鍵槽寬分別為 16mm 和 8mm。傳遞的轉(zhuǎn)矩為 217 N·m 和 20 N·m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表 [3]29.2-2 由于套筒聯(lián)軸器尚未標準化，故只將所選平鍵套 筒聯(lián)軸器的軸孔直徑列出，主要尺寸和特性參數(shù)直接看表即可。 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計計算 3.2.1 齒輪材料的選則 由于直齒圓錐齒輪是在磨頭殼體之內(nèi)屬于密封的工作環(huán)境再加上大的錐齒輪要嚙 合 8 個小錐齒輪轉(zhuǎn)動而且轉(zhuǎn)速較高，因此對齒輪的要求是具有足夠的硬度，以抵抗齒 面磨損，對齒芯應(yīng)有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷，再此選 擇具有強度高，韌性好，便于制造便于熱處理的鍛鋼，具體選則材料為 20Cr 經(jīng)滲碳、 淬火，硬度達到 56～62HRC，熱處理后需要磨齒。 3.2.2 主要參數(shù)的選則 ⑴ 傳動比 i 由前面計算可知直齒圓錐齒輪的傳動比為 i=0.359 ⑵ 齒數(shù) Z 根據(jù)磨頭的工作條件，在封閉硬齒面齒輪傳動中齒根折斷為主要的失效形式，因 此可適當?shù)臏p少齒數(shù)以保證模數(shù)取值的合理，一般計算中取 Z>Zmin,查表 [3]23.4-4， 取小錐齒輪齒數(shù) Z2=17，則 Z1=17/iZ=17/0.359=48。 根據(jù)齒數(shù)重新計算自轉(zhuǎn)Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速：n ZⅡ =970×48×17=2739 r/min 并更新表 1 數(shù)據(jù)。 ⑶ 齒輪精度等級選擇 10 由于直齒錐齒輪嚙合轉(zhuǎn)速較高，因此齒輪精度等級選定為 7c GB11365 級，齒面 粗糙度 Ra=0.8～1.6μm。 ⑷ 錐齒輪的齒高形式 以往廣泛應(yīng)用直齒錐齒輪中的不等頂隙收縮齒因缺點較嚴重，近來被等頂隙收縮 齒代替，因此本設(shè)計選擇的直齒錐齒輪為等頂隙收縮齒。 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個尺寸設(shè)計和強度校核 ⑴ 初步設(shè)計 根據(jù)材料的許用應(yīng)力和齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩初步估計齒輪大端分度圓直徑，查表 [1] 23.4-22 得： (9)muKTdHPe3021195?? 載荷系數(shù)：由于所設(shè)計的圓錐齒輪均為懸臂布置，故 K 取 1.5 齒數(shù)比：u=i=Z 1/Z2=17/48=0.354 實驗齒輪的接觸疲勞極限，根據(jù)圖 [3]23.2-18d 得 σ Hlim=1300 N/mm2 估算的安全系數(shù)：S 0H=1.1 齒輪的許用接觸應(yīng)力：σ 0HP=σ Hlim/ S0H=1300/1.1=1182 N/mm2 估算結(jié)果： mde 7.1682354.0191 ??? ⑵ 幾何計算 由表 [3]23.4-4 查得等頂隙收縮齒： 齒數(shù)：由前面設(shè)計得 Z1=48 Z2=17 分錐角：Σ＝90° `301979075.48arctnarct1221 ?????? 大端模數(shù)： m e=de1/Z1=168.7/48=3.51 取 m e=3.5mm 大端分度圓直徑： d e1=Z1me=48×3.5=168 mm de2=Z2me=17×3.5=59.5 mm 齒寬系數(shù)： Φ R一般取 0.3 平均分度圓直徑： d m1=de1(1-0.5Ф R)=168(1-0.5×0.3)=142.8 mm dm2=de2(1-0.5Ф R)=59.5(1-0.5×0.3)=50.575 mm 11 平均模數(shù)： m m=me(1-0.5Ф R)=3.5(1-0.5×0.3)=2.975 mm 外錐距： mdR1.895.70sin26i1???? 齒寬： b=Ф R·Re=0.3×89.111=26.733 mm 取 b=27 mm 徑向變位系數(shù)： X 1=X2=0 大端齒頂高：h a1=(1+X1)me=(1+0)×3.5=3.5 mm ha2=(1+X2)me=(1+0)×3.5=3.5 mm 頂隙系數(shù)(查表 [3]23.4-2)： c *=0.2 大端齒根高： h fe1=(1+ c*- X1)me=(1+0.2-0)×3.5=4.2 mm hfe2=(1+ c*- X2)me=(1+0.2-0)×3.5=4.2 mm 齒根角： `53412698..84artnart11 ???effR? `.1.2rctrct22effh 齒頂角（等頂隙收縮齒）： `5342??fa? 1f 頂錐角： `7``30711 ????aa?? 5324922 ? 根錐角： `86`1`11 ???ff 73022?ff?? 大端齒頂圓直徑： mhdaea 34.1705.cos.32cos11 ??????? 695922 切相變位系數(shù): X i1=Xi2=0 壓力角： α=20° 大端分度圓齒厚： XmSie 478.2.3)tan(111 ??????? mi 9.5.222 12 大端分度圓弦齒厚： mdSe 4968.5)167.(498.5)61( 22 ?????? e .).(.)( 222 大端分度圓弦齒高： mdShea 51.3168470cos9.534cos11 ???????? ea 97...222 當量齒數(shù)： 8.1435.70cos11???Zv .922v 齒高系數(shù)(查表 [3]23.4-2)： h *=1 端面重合度： ??????? 06.218.43cosar2cosars111XZvv ?? ?5.rsr2*22hvva 709.1)]2tan5.3(ta18)20tan6.(ta8.143[2 )]n21 ??????????? vvvvva ZZ ⑶ 接觸強度校核 由式 [3]23.4-2 得： (10)HPKEHmHvAtH ZubdKF?????? ??85.021 式中：F t－分度圓切向力，查表 [3]23.4-21 得 (11)NTmt 2.983.4221?? KA－使用系數(shù)，查表 [3]23.4-24 得 K A=1.25 Kv－動載系數(shù)，由式 [3]23.4-3 得 13 (12)11085.0221?????????uvZKbFttAV 式中：K 1、K 2－系數(shù)：其值列于表 [3]23.4-23，取 K1=10.11 K2=0.0193 vt－線速度： 5.76098.461?????Zmtndv 故 09.13.257093.2785.01 2??????????v KHβ －齒向載荷系數(shù)： K Hβ =1.5KHβbe 式中：K Hβbe －支撐情況，查表 [3]23.4-24，兩輪皆懸臂布置取值 KHβbe =1.5 故 K Hβ =1.5×1.5=2.25 KHα －齒間載荷分配系數(shù)，查表 [3]23.4-25 取 KHα =1 ZH－節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查圖 [3]23.4-21，螺旋角 β m=0°故 ZH=2.5 ZE－彈性系數(shù)，查表 [3]23.2-29 取 ZE=189.8 N/mm2 重合度、螺旋角系數(shù)： 由式 [3]23.4-6 得： 873.09.143?????ve 由式 [3]23.4-9 得： cos?mZ?? 由式查表 [3]23.4-10 得： 874.03.1?e ZK－錐齒輪系數(shù)：Z K=1 將上面的計算結(jié)果代入 σ H中得： 22 /980174.0528.19354.08,14275.0.9.2983 mNH ??????? 許用接觸應(yīng)力，由式 [3]23.4-11 得： (13)WXLVRNHPZS?minl? 式中：σ Hlim=1300 N/mm2 ZN－壽命系數(shù)，齒輪長期工作取 ZN=1 ZLVR－潤滑油膜影響系數(shù)，查閱 [3]23.2-21 取 ZLVR=0.985 SHmin－最小安全系數(shù)，取 SHmin=1.1 14 ZX－尺寸系數(shù)，查閱 [3]23.2-23 取 ZX=1 ZW－工作硬化系數(shù)，查圖 [3]23.2-22 取 ZW=1 故許用接觸應(yīng)力值為： 2/4.16985.01.3mNHP???? 結(jié)論： σ H＜σ HP 通過 ⑷ 彎曲強度校核 由式 [3]23.4-12 得： (14)?????YbmKFFSvAt 185.0?? 式中：K A、K v、K Fβ =KHβ 、K Fα =KHα 同前 即：K A=1.25、K v=1.032、K Fβ =2.25、K Fα =1 YFS－復(fù)合齒形系數(shù)，按 ZV1=143.8 ZV2=18 查圖 [3]23.2-28 得 YFS1=4.54 YFS2=4.83 Yεβ －彎曲強度計算的重合度和螺旋角系數(shù)，查圖 [3]23.2-28 取 Yεβ =0.68 將各值代入 σ F公式中的得： 21 /5.39168.05497.285.0131293 mN????? 212 /..3YFSF??? 許用彎曲應(yīng)力，由式 [3]23.4-13 得： (15)XRrelTlNFEPY??min 式中：σ FE－齒輪材料的彎曲疲勞強度基本值，查圖 [3]23.2-29 取 σ FE=630 N/mm2 YN－壽命系數(shù)，查圖 [3]23.2-30，長期工作取 YN=1 YδrelT －相對齒根圓角敏感系數(shù)，查表 [3]23.2-30 和圖 [3]23.2-24 取 YδrelT =1 YRrelT－相對（齒根）表面狀況系數(shù)，表面粗糙度較好取 YRrelT=1 YX－尺寸系度 查圖 [3]23.2-31 取 YX=1 SFmin－齒根彎曲強度的最小安全系數(shù)取 SFmin=1.4 式 [3]23.2-20 將上列各值代入公式故許用彎曲應(yīng)力值： 15 2/45014.1630mNFP???? 結(jié)論：σ F1＜σ FP1，σ F2＜σ FP2 因此設(shè)計的錐齒輪有足夠的強度。 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿傳動計算 3.3.1 傳動類型、精度等級和材料的確定 根據(jù)前面設(shè)計參數(shù)，蝸輪蝸桿所傳遞的功率小于 3KW 轉(zhuǎn)速也不太高，故選用阿基 米得蝸桿傳動。由于該蝸輪蝸桿只用于一般的動力傳動中，故選定精度 8c GB 10089-88。 由于蝸桿的速度不高，載荷不大因此采用 40Cr，表面淬火,HRC=45～50 。表面 粗糙度 Ra 為 1.6μm 。由于錫青銅耐磨性及膠合性能較好，但價格較高，因此選用 蝸輪輪緣為 ZCUSn10P1 金屬模鑄造。 3.3.2 初選幾何參數(shù) 傳動比 i=n1/n2=1420/70=20.3，參考表 [3]23.5-3，取 Z1=2,Z2=Z1i=2×20.3=40.6 取 Z2=41。故 i=41/2=20.5，n 2=n1/i=1420/20.5=69 r/min，并更新表 2.1。 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 由表 [3]23.5-8 可知： NVSHPZ???? 由表 [3]23.5-12 查得: =220 N/mm2 由圖 [3]23.5-4 查得:ν s≈4.5 m/s 傳動采用浸油潤滑，由圖 [3]23.5-5 查得 Zvs=0.93 蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由資料查得磨頭使用壽命 5 年，每年工作 300 天，每天工作 10h，每小時載荷率為 60％。 故：N L=60·n2·j·LN=60×69×1×300×5×10×0.6=3.7×107 查圖 [3]23.5-6 得 ZN=0.85 σ HP=220×0.93×0.85=173.9 N/mm2 3.3.4 按接觸強度設(shè)計 按表 [3]23.5-8 中接觸強度的設(shè)計公式 (16)3212)50(mKTZdmHP?? 載荷系數(shù) K=1.2 蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩由前計算得 T2=TGⅡ =315 N/m 16 3212 16735.419.7350mdM????????? 查表 [3]23.5-2,可選用 m=5 mm d1=90 mm 3.3.5 主要幾何尺寸 按表 [3]23.5-5 中的公式： 蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=5×41=205 mm 傳動的中心距: mda5.147)9025(1)(2??? 導(dǎo)程角 r: "2'63.arctn1rct ???mz 3.3.6 蝸輪圓周速度的計算并核對傳動的效率 蝸輪的圓周速度： smnd/74.01692510622 ????? 齒面間滑動速度： srs /3.6.coscos1 ??? 按式 [3]23.5-2 得： 321?? 按式 [3]23.5-3 得： 853.0).14.6tan()tan( ?????vpr 由表 [3]23.5-14 查得： P v=1.08° 攪油損耗率： 取 96.02?? 滾動軸承效率：取 83 8.09.653.?? 與之前計算蝸輪軸所設(shè)效率相近 3.3.7 接觸強度的校核 按表 [3]23.5-8 的公式： (17)HPVAEHKdTZ?????21940 17 彈性系數(shù) ZE由表 [3]23.5-9 查得 ZE=155 N/mm2 使用系數(shù) KA由表[3]23.5-10 查得 KA=1 動載系數(shù) KV=1.1 齒向載荷分布系數(shù) Kβ =1.1 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩： mNT/32698.01542??? 按圖[3]23.5-5 查得滑動速度影響系數(shù) ZVS=0.88 于是將各值代入公式中得許用接觸應(yīng)力： 22 /153.059341H????? 結(jié)論： σ H ＜σ HP 通過 3.3.8 蝸輪彎曲強度的校核 按表 [3]23.5-8 中公式: (18)221 /6mNYmdKTFPFSVAF?????? 式中：Y FS－齒形系數(shù)，按 查圖 [3]23.2-24 得76.413.cos32??rZV YFS=4.03 Yβ －螺旋角系數(shù)： 9.0610???Y? 故： 2/74.35209.136 mNF ????? 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力: σ FP= ﹒Y NFP?? 壽命系數(shù) YN 當 NL=3.7×107 查圖 [3]23.5-6 得 YN=0.7 蝸輪材料 N=107時 =70 N/mm2FP? 故：σ FP=70×0.7=49 N/mm2 結(jié)論 : σ F<σ FP 通過 3.3.9 其他幾何尺寸計算 按表 [3]23.5-5： ZA齒形 α x=20° 一般頂隙系數(shù) c *=0.2 齒頂高系數(shù) ha*=1 則 c=c *m=0.2×5=1 mm 18 da1=d1+2ha*m=90+2×1×5=100 mm df1=d1-2(ha*+c*)m=90-2(1+0.2)×5=78 mm ha2=m(ha*+x2)=5(1+0)=5 mm da2=d2+2ha2=205+2×5=215 mm hf2=m(ha*+c*-x2)=5(1+0.2-0)=6 mm df2=d2-2hf2=205-2×6=193 mm de2≤da 2+1.5m=215+1.5×5=222.5 mm 取 de 2=220 mm b2≤0.75d a1=0.75×100=70 mm b1≥(11+0.06Z 2)m=(11+0.06×41) ×5=67.3 mm 考慮到磨削蝸桿的增加量 取 b 1=100 mm mdRa405292???cf 1.12 ???mpX7.54.3???mPSxx 8105.1rn ..6cos.7cos??ha1?mmxS 85.7)04.35()t25.0( 2 ????? 19 4 磨頭軸系的設(shè)計 4.1 初繪裝配底圖及驗算軸系零件 4.1.1 確定箱內(nèi)傳動件輪廓及其相對位置 ⑴ 磨頭結(jié)構(gòu)初步構(gòu)想 磨頭的整個結(jié)構(gòu)是圍繞蝸輪蝸桿和錐齒輪來設(shè)想的。由于錐齒輪是實現(xiàn)金剛磨輪 的高速自轉(zhuǎn)需要將錐齒輪安裝在磨頭的下部，所以將蝸輪蝸桿安裝在磨頭的中上部。 其傳動件輪廓及相對位置如圖 4.1 所示。 ⑵ 傳動件安裝的構(gòu)想 考慮到傳動件的安裝，和以后維護的方便。將整個磨頭分為三個部分即圖 4.1 所 示的磨頭上箱體、磨頭下箱體和磨頭殼體。其中磨頭上下箱體的分界線為蝸桿的軸線， 這樣的分法是為了讓蝸輪可以從磨頭下箱體上面直接裝入，而上箱體主要是與電動機 相連。如果采用垂直剖面則部利于箱體的密封。磨頭殼體與箱體的分界線由以后磨頭 的總體尺寸來確定，將磨頭殼體從箱體中分離出來是因為傳動的需要，這里磨頭的公 轉(zhuǎn)即是磨頭殼體的自轉(zhuǎn)。 圖 3 箱內(nèi)傳動件輪廓及其相對位置 20 4.1.2 箱體內(nèi)壁位置的確定 ⑴磨頭箱體主要為安裝蝸輪蝸桿，查表 [1]11－1，箱體的壁厚為 δ X＝0.04a＋3≥8mm，a 為蝸輪蝸桿中心距。計算得 δ X≥8.9,取箱體壁厚為 15mm， 而箱體內(nèi)壁與蝸輪頂圓之間應(yīng)留有一定的間距 Δ 1此間距值應(yīng)大于或等于箱體壁厚， 現(xiàn)在確定 Δ 1＝15mm。 ⑵磨頭殼體主要為安裝錐齒輪，查表 [1]11－1，殼體的壁厚為 δ K=0.01(d1m+d2m) +1≥8mm。計算得 δ K≥8mm，取殼體壁厚與箱體一樣為 15mm。為了避免干涉，使殼體 內(nèi)壁與錐齒輪輪轂端面間距 Δ 2＝(0.3～0.6)δ K=4.5～9mm。 ⑶殼體底部的內(nèi)壁位置，由于考慮到潤滑及冷卻，需要一定的裝油量，并使臟物 能沉淀，所以箱體底部內(nèi)壁與小錐齒輪大端齒頂圓的距離 b0應(yīng)大于 8～12 倍模數(shù)， 這里結(jié)合磨頭殼體的結(jié)構(gòu)，其底部面積較大，取 Δ 3＝8mm。 圖 4 輪系端面與箱壁的間距 4.1.3 初步進行視圖布置及繪制裝配底圖 在確定箱體內(nèi)壁壁厚和距離后即可確定箱體的最大輪廓尺寸了。蝸輪蝸桿和錐齒 輪具體的視圖布置如圖 4.3、4.4 所示。 21 圖 5 蝸輪蝸桿裝配底圖 圖 6 錐齒輪裝配底圖 4.1.4 磨頭公轉(zhuǎn)蝸桿軸的設(shè)計 ⑴ 選則軸的材料確定許用應(yīng)力 由已知條件可知旋風磨頭的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45 鋼 22 并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表 [3]26.1-1 查得強度極限 σ B=650 MPa,再由表 [4]13.2 得許用彎曲 應(yīng)力[σ -1b]=60 MPa ⑵ 按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑 根據(jù)表 [4]13.1 得 c=118～107,又由式 [4]13.2 得: (19)mnpcd 15~6.314209.80733 ???）～（ 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會有鍵槽存在，故將估算直徑加大 3％～5％取為 14～15.8 mm，由于蝸桿軸是經(jīng)由聯(lián)軸器與電動機相連，而由前面確定 的電動機型號查出電動機伸出軸的直徑為 28 mm 為了與之通過聯(lián)軸器相連，所以確定 軸的最小尺寸為 28mm 且 28＞14 mm 滿足估算軸徑，以下驗算聯(lián)軸器的強度，查表 [3] 29.2-1 得聯(lián)軸器軸孔直徑為 28mm 的許用轉(zhuǎn)矩為 TF=127 N·m。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩為： Tc=KTGI=1.5×19.4=29.1 N·m K 為工作情況系數(shù)聯(lián) K=1.5 結(jié)論 TcT C因此確定聯(lián)軸器內(nèi)徑為 55mm 具體參數(shù)查表 [3]29.2-1。 ⑵ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)磨頭工作要求，軸的兩端為錐齒輪和聯(lián)軸器，靠近錐齒輪和聯(lián)軸器處各有 軸承支撐 1) 確定軸上零件的位置和固定方式 如圖 4.4 所示錐齒輪周向采用鍵定位，軸向采用軸肩和軸端擋板定位。軸段④的軸 承采用軸肩和雙螺母定位，軸段①軸承采用軸肩和箱體內(nèi)壁定位。軸承周向采用過盈 配合。 2) 確定各軸段直徑 如圖 8 所示，軸段①為配合聯(lián)軸器其軸徑 d1=55mm ，由于軸段①上同時裝有軸承 27 查表選用 0011 型滾動軸承內(nèi)徑為 55mm，軸段①的軸徑參考軸承安裝高度查表 0011 型軸承的安裝高度為 62mm，故取 d2=62mm。軸段③為螺紋，查表 [3]21.1-2 取螺紋大徑 D=64mm 螺紋小徑 D1=62.376mm。軸段④為安裝軸承，考慮到有螺母定位，其值高大于 64mm，查表選擇 0013 型滾動軸承，根據(jù)其內(nèi)徑，取 d4=65mm。根據(jù)安裝高度，取 d5=72mm。軸段⑥為安裝錐齒輪，取 d6=55mm。 3) 確定各段長度 軸段⑥為安裝錐齒輪的部分，查表 [3]23.4-26 算得錐齒輪輪轂寬度為 L=(1～1.2) d6=(1～1.2)×55=55～66mm 取輪轂寬為 60mm 取 l6=58mm。軸段⑤為定位軸肩取 l5=1.4h=5mm 。軸段④為安裝軸承的部分，查表可知軸承寬度為 18mm，則取 l4=34mm。軸段⑦為退刀槽，取 l7=2mm 。軸段③ 為螺紋段，查表 [3]21.2-76 選用小圓 螺母 M64×2 寬度為 10mm 取 l3=22mm 。軸段②為光軸，但由于其長度與整個磨頭的 結(jié)構(gòu)有關(guān)，故參考 [2]取 l2=360mm 。軸段①的長度由聯(lián)軸器的長度和軸承寬度決定， 查表 [3]29.2-1 得套筒內(nèi)徑為 55mm 的長度為 160mm，查表得軸承的寬度為 18mm 取 l1=102mm。 4) 選定軸的細節(jié) 查表 [5]15-2 軸的倒角為 c=2×45°，軸的圓角半徑為 R=2mm ，軸段⑦退刀槽為 寬 2×2mm。 設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。 ⑶ 按彎扭合成強度校核軸徑 錐齒輪的受力計算： Ft1=2TZI/dm1=2×213/142.8×103=2983 N Frl=Ft1﹒tanα﹒cosδ=2983×tan20°cos 70.5°=362 N Fa1=Ft1﹒tanαsinδ=2983×tan20°sin70.5°=1023 N 1) 畫出軸的受力圖（圖 8.b） 2) 作出水平面內(nèi)的彎矩圖（圖 8.c） 支點反力為： 分析受力圖可知該軸為靜不定軸，根據(jù)材料力學(xué)來求解。如圖 9 將 B 點的約束拿 掉得到原靜不定系統(tǒng)的靜定基。 查表 [3]16-1 得知，在相應(yīng)的受力系統(tǒng)下 B 點處的撓度為： 28 圖 8 大錐齒輪結(jié)構(gòu)草圖及受力分析 29 圖 9 去掉 B 點約束的靜定基 ZtZtZBF EIFEIFxlETay 8.1035)420(426)(62 ??????? 如圖 4.8，假設(shè)只有 B 點約束得到原靜不定軸的另一個靜定基 圖 10 只有 B 點約束的靜定基 查表表 [6]16-1 得知，在相應(yīng)受力系統(tǒng)下 B 點處的撓度為： ZHBZHZBF EIFEIFbxlETby 3.415)8402(420618)(622 ???????? 根據(jù)疊加原理： 得：F HB=2.5Ft 方向與 Ft相同?BFBy 由靜力學(xué)平衡方程： ΣM C=0: 13323219. 0)()(tHAHBt llll?????? ΣF H=0: 12.0tHCBAF 將 Ft1代入得到各支點反力： NFHCBA6274583?? 計算各截面處的彎矩： 30 mNlFMHCBtA ???????2516406329831 3) 作出垂直面內(nèi)彎矩圖： 由于磨輪餓自轉(zhuǎn)是由大錐齒輪帶動 8 個小錐齒輪傳動，而 8 個小錐齒輪是等分分布 在大追齒輪圓周，因此各小錐齒輪對大錐齒輪的徑向力相互抵消，所以在垂直面內(nèi)僅 有一個軸向力分八處等分作用在錐齒輪上且 8 個小錐齒輪的軸向力等于一個合力作用 在大錐齒輪中心所以在整個垂直面內(nèi)軸僅受軸向壓力作用而無