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南 通 職 業(yè) 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）題目 立式磨簧機(jī)設(shè)計(jì)(總體、磨頭設(shè)計(jì))
2007年 3月 5 日至 2007 年 5月23日共12周
系 科 機(jī)械工程系
專業(yè)班級(jí) 機(jī)制054D(數(shù)控)
姓 名
學(xué) 號(hào)
系 主 任
指導(dǎo)教師
2008年 1 月 5 日
一、 課題內(nèi)容及要求
內(nèi)容:
1． 總體設(shè)計(jì)
2． 磨頭設(shè)計(jì)
要求:
1. 磨簧機(jī)應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度；
2. 磨簧機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
3. 工件裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
4.盡量使用通用件，以便降低制造成本。
南通職業(yè)大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書
設(shè)計(jì)（論文）題目立式磨簧機(jī)設(shè)計(jì)(總體、磨頭設(shè)計(jì))
系 機(jī)械工程系
專業(yè)班級(jí) 機(jī)制054D(數(shù)控)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
2008年1月5日
南 通 業(yè) 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文）成績(jī) 考 核 表
課 題： 立式磨簧機(jī)設(shè)計(jì)(總體、磨頭設(shè)計(jì))
系： 機(jī)械工程系 專業(yè)：機(jī)械制造及自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)制054D(數(shù)控)
學(xué)生姓名： 校外指導(dǎo)教師：
校內(nèi)指導(dǎo)教師：
審閱意見：
校外指導(dǎo)教師：
校內(nèi)指導(dǎo)教師：
評(píng)審意見：
評(píng)閱人：
答辯意見：
答辯小組：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)：
總 分
評(píng) 級(jí)
系 主 任
二零 年 月 日
南 通 職 業(yè) 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）題目 立式磨簧機(jī)設(shè)計(jì)(總體、磨頭設(shè)計(jì))
2007年 3月 5 日至 2007 年 5月23日共12周
系 科 機(jī)械工程系
專業(yè)班級(jí) 機(jī)制054D(數(shù)控)
姓 名
學(xué) 號(hào)
系 主 任
指導(dǎo)教師
2008年 1 月 5 日
一、 課題內(nèi)容及要求
內(nèi)容:
1． 總體設(shè)計(jì)
2． 磨頭設(shè)計(jì)
要求:
1. 磨簧機(jī)應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度；
2. 磨簧機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
3. 工件裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
4.盡量使用通用件，以便降低制造成本。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
08.03．5
布置任務(wù)
下達(dá)任務(wù)書
08.03.05—08.04.13
調(diào)查研究，收集資料，熟悉課題,畢業(yè)實(shí)習(xí)
08.04.16—08.04.20
總體設(shè)計(jì)，方案論證
08.04.23—08.05.04
部件、零件設(shè)計(jì)階段
08.05.07—08.05.18
編寫說(shuō)明書
08.05.21—08.05.22
修改整理畢業(yè)設(shè)計(jì)材料
08.05.23—08.06.01
材料評(píng)閱
08.06.02—08.06.03
畢業(yè)答辯
08.06.04—08.06.05
材料整理裝袋
三、其他
南通職業(yè)大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
系部
機(jī)械工程系
專業(yè)班級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
題 目
立式磨簧機(jī)設(shè)計(jì)(總體、磨頭設(shè)計(jì))
題目類型
企業(yè)課題
一、選題背景及依據(jù)（簡(jiǎn)述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況，說(shuō)明選題目的、意義）
課題來(lái)源于鹽城市雙圓彈簧廠。為高效率磨削彈簧端面需設(shè)計(jì)立式磨簧機(jī)。
磨簧機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)主要有杭州之江機(jī)械廠、福州立洲彈簧廠以及洛陽(yáng)機(jī)床廠，摩托車減震彈簧和離合器彈簧的生產(chǎn)發(fā)展拉動(dòng)了磨簧機(jī)生產(chǎn)。噴丸機(jī)依然是青島鑄造機(jī)械廠一支獨(dú)秀，產(chǎn)品以立式噴丸機(jī)為主，滾筒式噴機(jī)已趨于淘汰，通過(guò)式噴丸機(jī)亦有少量生產(chǎn)。
目前國(guó)內(nèi)普遍使用的磨簧機(jī),一般是采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái),使其在固定的導(dǎo)軌上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)必然存在如下問(wèn)題: (1) 由于磨簧工作環(huán)境較惡劣,工作導(dǎo)軌容易磨損,且無(wú)法補(bǔ)償,從而導(dǎo)致所磨削彈簧的平面度及端面對(duì)軸線的垂直度難以得到保證。(2) 維修周期短,費(fèi)用高,難度大。
西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，設(shè)備生產(chǎn)廠家制造水平及技術(shù)水平相當(dāng)高，而國(guó)產(chǎn)設(shè)備普遍存在加工精度底、生產(chǎn)效率低、可靠性差、型號(hào)老化等問(wèn)題。所以現(xiàn)在彈簧行業(yè)中先進(jìn)的制造設(shè)備一般都依靠進(jìn)口。進(jìn)口設(shè)備存在的問(wèn)題：一是價(jià)格高，二是維修和配件不便。但這種局面正在改變，國(guó)內(nèi)已有一些生產(chǎn)彈簧設(shè)備的新興企業(yè)及合資企業(yè)，其設(shè)備精度、生產(chǎn)效率已接近進(jìn)口設(shè)備，但總體上說(shuō)，還存有差距。
意義：立式磨簧機(jī)能滿足加工要求，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工件裝卸方便，便于維修、調(diào)整
二、具體研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容、研究（設(shè)計(jì)）思路及工作方法或工作流程
內(nèi)容：磨頭的設(shè)計(jì)與加工，電機(jī)的選擇與磨頭主軸的設(shè)計(jì)
思路：首先根據(jù)彈簧的材料，選擇合適的砂輪，然后根據(jù)普通磨削的要求確定砂輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速、砂輪的進(jìn)給量等。根據(jù)以上的參數(shù)計(jì)算磨削功率，分析擬定傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)圖，畫出總裝備圖，然后根據(jù)裝備圖設(shè)計(jì)零件圖。
工作流程：收集資料，選課題→繪圖→寫論文
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排
2008.3.5-4.13 收集資料，選課題
2008.4.23-5.04 畫零件圖，裝配圖
2008.5.07-5.18 寫論文
2008.5.21-5.22 核查畢業(yè)設(shè)計(jì)
指 導(dǎo)
教 師
意 見
指導(dǎo)教師簽字___________
年 月 日
系 部
畢 業(yè)
設(shè) 計(jì)
領(lǐng) 導(dǎo)
小 組
審 核
意 見
系（公章）___________
年 月 日
南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
目 錄
1前言…………………………………………………………………………………1
2總體方案論證………………………………………………………………………2
2.1進(jìn)給磨頭的確定…………………………………………………………………2
2.2工作臺(tái)高度的確定………………………………………………………………2
2.3工作臺(tái)工作方式…………………………………………………………………2
3磨頭設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………3
3.1工件材料…………………………………………………………………………3
3.2砂輪的選擇………………………………………………………………………3
3.2.1磨料的選擇……………………………………………………………………3
3.2.2粒度的選擇……………………………………………………………………4
3.2.3磨具硬度的選擇………………………………………………………………4
3.2.4結(jié)合劑的選擇…………………………………………………………………5
3.2.5磨具形狀及尺寸的選擇………………………………………………………5
3.3.1磨削功率計(jì)算…………………………………………………………………6
3.3.2選擇電機(jī)………………………………………………………………………7
3.4磨頭主軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………8
3.4.1磨頭主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………8
3.4.2軸的最小直徑估算……………………………………………………………9
3.4.3軸的總長(zhǎng)度……………………………………………………………………9
3.4.4各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定…………………………………………………10
3.4.5軸承的選擇…………………………………………………………………11
3.4.6軸承的潤(rùn)滑…………………………………………………………………11
3.4.7滾動(dòng)軸承的密封……………………………………………………………11
3.5磨頭進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………12
3.5.1套筒和導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)………………………………………………………12
3.5.2上磨頭進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………13
3.5.3齒輪軸的校核………………………………………………………………18
4結(jié)論………………………………………………………………………………21
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………22
致謝…………………………………………………………………………………23
附錄…………………………………………………………………………………24
南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
摘要：
本課題主要完成立式磨簧機(jī)的設(shè)計(jì)，為滿足彈簧業(yè)批量生產(chǎn)彈簧需求而設(shè)計(jì)。為提高磨削效率，減少裝工件的次數(shù)和時(shí)間，把磨簧機(jī)設(shè)計(jì)成雙面磨，即用兩個(gè)砂輪同時(shí)對(duì)彈簧的兩個(gè)端面進(jìn)行磨削。先根據(jù)磨簧機(jī)的功能確定磨簧機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，為砂輪在磨削時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和滿足不同高度彈簧的磨削要求，砂輪必須實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，只要一磨頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，另一個(gè)磨頭固定。綜合各種因素，確定把下磨頭固定，不實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，上磨頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
在結(jié)構(gòu)上磨頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給、復(fù)位。降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人勞動(dòng)條件。工人可以同時(shí)操作多臺(tái)磨簧機(jī)，提高了生產(chǎn)力。在卸料上實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)卸料。解放工人的雙手，進(jìn)一步提高了工作效率。砂輪經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間磨削產(chǎn)生損耗，會(huì)引起彈簧加工精度的下降，該磨簧機(jī)在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了砂輪的補(bǔ)償，磨削精度得到了保障。
設(shè)計(jì)的該磨簧機(jī)自動(dòng)化程度高、磨削效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，有效地利用了廠房空間。本次設(shè)計(jì)在滿足工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等要求下，盡量使用了通用部件，降低了制造成本。
關(guān)鍵詞：彈簧；磨簧機(jī)；磨頭
Abstract: To meet the needs of volume mass spring production , this topic mainly completes the vertical spring grinding machine design, In order to enhance the grinding efficiency, and reduce the work piece the number of install times , I designed the spring grinding machine which doubling surface to rub, namely carries on the grinding with two grinding wheels at the same time to the spring two end surfaces. Acts according to first the spring grinding machine function to determine spring grinding machine overall structure, for grinding wheel when grinding realizes the feed motion and satisfies the different spring the grinding request, the grinding wheel must realize the end motion highly. In order to simplify the structure, so long as a grinding realization to feed, another grinding is fixed. Synthesizes each kind of factor, determined is fixed under grinding, does not realize to feed, on grinding realization feed motion.
In structure grinding realization auto-feed, replacement. Reduced worker's labor intensity, improved the worker work condition. The worker may concurrent operation multi-Taiwan rub the reed machine, enhanced the productive forces. Realizes the work piece self-dumping on the ex-denning. Liberates worker's both hands, further enhanced the working efficiency. The grinding wheel passes through the long time grinding to be able to have the batardeau to consume, can cause the spring processing precision drop, should rub the reed machine to realize the grinding wheel compensation in the structure, the processing precision has been high.
The machine has high automaticity high and the grinding efficiency, the workers labor intensity is low, the structure is compact, the area is small, the workshop space effectively is used. This design satisfies the demands of relable, structure simple and so on , the general part are used as far as possible, the production cost is reduced.
Key words: Spring ; Spring grinding machine ; Grinding head
南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
1前言
彈簧是人們熟悉的機(jī)械基礎(chǔ)件，它適用于緩沖或減振，在機(jī)械設(shè)備、生活用品上的各種彈性元件都屬于彈簧。彈簧元件在機(jī)械設(shè)備中往往處于運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部位，它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)主機(jī)的質(zhì)量水平有重要影響。彈簧的優(yōu)劣不僅取決于彈簧材料，還取決于彈簧的加工工藝。中國(guó)彈簧行業(yè)專業(yè)化、自動(dòng)化程度還比較低，不少工序還停留在手工操作水平上。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)條件差、生產(chǎn)效率低。國(guó)外磨簧等關(guān)鍵工序都已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。德國(guó)磨簧機(jī)有10種，中國(guó)僅有4種，而且設(shè)備精度較差。為滿足國(guó)內(nèi)彈簧生產(chǎn)的需要現(xiàn)設(shè)計(jì)立式磨簧機(jī)。
磨簧機(jī)主要用于彈簧端面的磨削。彈簧鋼絲經(jīng)過(guò)卷簧機(jī)卷制，形成彈簧的半成品，其兩個(gè)端面不平行，還不能滿足使用要求。需要通過(guò)磨簧機(jī)將半成品的兩個(gè)端面磨平，并使兩端面與彈簧的軸線保持一定的垂直度。
磨簧分兩種形式：A.只需將彈簧端面磨平；
B.高度磨削。除了要把彈簧端面磨平外，還要把彈簧磨到指
定的高度。
本課題來(lái)源于鹽城市雙圓彈簧廠。為高效率磨削彈簧端面需設(shè)計(jì)立式磨機(jī)。其
中：
a.磨簧機(jī)應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度；
b.磨簧機(jī)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
c.工件裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
d.盡量使用通用件，以便降低制造成本。
在陳祥林老師的指導(dǎo)下，首先進(jìn)行了方案論證，確定機(jī)床總體結(jié)構(gòu)。由于磨簧機(jī)是針對(duì)彈簧磨削而設(shè)計(jì)的，所以整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都是圍繞彈簧磨削這一功能而展開的。首先根據(jù)彈簧的材料，選擇合適的砂輪，然后根據(jù)普通磨削的要求確定砂輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速、砂輪的進(jìn)給量等。根據(jù)以上的參數(shù)計(jì)算磨削功率，分析擬定傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)圖，畫出總裝備圖，然后根據(jù)裝備圖設(shè)計(jì)零件圖。
2總體方案論證
本次設(shè)計(jì)的課題是立式磨簧機(jī)，用于彈簧端面的磨削。為避免彈簧多次裝夾引起的加工精度誤差，以及減少裝夾時(shí)間，擬采用兩個(gè)砂輪一起磨削，提高工作效率。兩個(gè)砂輪有兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。為適合加工不同高度的彈簧，以及在磨削時(shí)砂輪實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，磨頭要能實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)。為簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，只要一個(gè)磨頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，另一個(gè)磨頭固定。
2.1進(jìn)給磨頭的確定
為彈簧順利進(jìn)入磨削區(qū)域，下磨頭要和工作臺(tái)處于同一個(gè)平面。假如下磨頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，那么工作臺(tái)也要隨著磨頭運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)比較質(zhì)量比較大，上下運(yùn)動(dòng)在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，定位難以實(shí)現(xiàn)，加工精度難以得到保證。綜合各方面因素，確定由上磨頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。下磨頭在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的磨削運(yùn)動(dòng)，砂輪厚度會(huì)減小，砂輪就會(huì)低于工作臺(tái)，料盤就難以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以砂輪經(jīng)過(guò)一段時(shí)間磨削后，下磨頭需要實(shí)現(xiàn)高度補(bǔ)償，使砂輪和工作臺(tái)重新處在同一個(gè)平面。在結(jié)構(gòu)上用升降桿來(lái)調(diào)節(jié)下磨頭高度。
2.2工作臺(tái)高度的確定
工作臺(tái)的高度主要根據(jù)人的身高來(lái)確定，工作臺(tái)不宜太高，太高會(huì)使工人的手上抬，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)加快工人的勞累；工作臺(tái)太低，使工人弓著腰工作，同樣加快工人的疲勞。工作臺(tái)高度定位標(biāo)準(zhǔn)是使工人工作舒適。綜合國(guó)人的平均身高，工作臺(tái)的高度擬確定120.5㎝。
2.3工作臺(tái)工作方式
為便于以后磨頭的維修、調(diào)整，把工作臺(tái)設(shè)計(jì)成活動(dòng)的，即磨頭在維修、卸載時(shí)可以方便地把工作臺(tái)打開。
3磨頭設(shè)計(jì)
3.1工件材料
彈簧材料的種類繁多,目前大量使用的是彈簧鋼,其次是具有特殊性能的彈簧材料,如不銹耐酸鋼、耐熱鋼(合金)、銅合金以及橡膠、塑料等。
一般彈簧鋼包括:
a.碳素彈簧鋼 ；
b.合金彈簧鋼 。
本次設(shè)計(jì)擬確定工件材料為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。
3.2砂輪的選擇
砂輪選擇應(yīng)考慮的因素：
砂輪對(duì)磨削過(guò)程的影響是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生產(chǎn)效率等。為了獲得良好的磨削效果，正確選擇砂輪十分重要。選擇砂輪時(shí)主要考慮下列磨削條件和技術(shù)要求：
a．工件材料的物理機(jī)械性能；
b．工件的熱處理方法；
c．工件的加工精度和表面粗糙度的要求；
d．工件的形狀和尺寸；
e．工件的磨削余量；
f．磨削方式（外圓、內(nèi)圓或平面磨、開槽、切斷等）；
g．磨削用量，切削液情況，磨床情況，生產(chǎn)類型以及操作者的熟練程度。
3.2.1磨料的選擇
磨料直接參加磨削工作，所以磨料的硬度要高，耐熱性要好，還要具有一定的韌性和強(qiáng)度；為了能進(jìn)行切削，磨料上還必須具有鋒利的邊刃。
磨料分為天然磨料和人造磨料兩大類。一般天然磨料含雜質(zhì)多，質(zhì)地不均。
表3-1磨料的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍
磨料名稱
新代號(hào)
舊代號(hào)
特點(diǎn)
應(yīng)用范圍
棕剛玉
A
GZ
棕褐色、硬度高韌度大、價(jià)格便宜
磨削和研磨碳鋼、和金剛、鑄鋼、硬青銅等
白剛玉
WA
GB
白色，硬度比棕剛玉略高，韌度較棕剛玉低
磨削、研磨、衘磨和超精加工、淬火鋼、高速鋼、螺紋、齒輪及薄壁零件等
單晶剛玉
SA
GD
淺黃色或白色，顆粒呈球狀，硬度和韌度都比白剛玉高
磨削、研磨或衘磨不銹鋼和高釩高速鋼等高強(qiáng)度韌度大的材料
微晶剛玉
MA
GW
顏色于棕剛玉近似，剛度高，韌度和自勵(lì)性能良好
磨削或研磨不銹鋼、軸承鋼、球墨鑄鐵、并適于高速磨削
鉻剛玉
PA
GG
玫瑰紅，或紫紅色，硬度和韌度比白剛玉高，磨削表面粗糙度細(xì)小
磨削、研磨、或衘磨淬火鋼，高速鋼軸承等表面粗糙度值要求較小的量具，儀表零件和薄壁工件
根據(jù)彈簧材料：碳素彈簧鋼或65Mn來(lái)確定磨料，并對(duì)照磨料的應(yīng)用范圍來(lái)選擇。
對(duì)照表3-1，綜合考慮磨料的應(yīng)用范圍以及價(jià)格，磨料選擇棕剛玉，代號(hào)：A。
3.2.2粒度的選擇
砂輪的粒度是指砂輪所含磨料顆粒尺寸的大小，通常以粒度號(hào)表示。磨料按其顆粒尺寸大小分為41個(gè)號(hào)，粒度號(hào)數(shù)越大顆粒越小。
選擇磨料粒度時(shí)應(yīng)遵循以下原則：粗磨用粗粒度、精磨用細(xì)粒度；工件材料軟、塑性大（如有色金屬）和磨削面積大的時(shí)，為避免砂輪堵塞，應(yīng)選用粗粒度；成形磨削和高速磨削時(shí)粒度應(yīng)選細(xì)些；磨削淬火鋼及硬質(zhì)合金鋼時(shí)，宜選用中等粒度的磨料；內(nèi)磨應(yīng)選用較外磨為粗的粒度；磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件應(yīng)選用較粗的粒度。
表3-2不同粒度磨具的使用范圍
粒度號(hào)數(shù)
實(shí)用范圍
非金剛石磨具
22~40
磨鋼錠、去鑄件毛刺、切鋼坯等
46~60
一般外圓、內(nèi)圓、平面、無(wú)心磨、工具磨等
60~90
外圓、內(nèi)圓、平面、無(wú)心磨等半精磨
100~240
精磨、成形磨、衘磨、超精磨刀具刃磨
280~W20
精密磨、衘磨、螺紋磨等超精加工
W20以下
研磨、精細(xì)磨、境面磨等超精加工
表3-3加工表面粗糙度與磨料粒度的關(guān)系
磨料粒度
加工表面粗糙度Ra(μm)
24~36
≤5
>36~46
2.5~1.25
>46~60
0.63~0.32
80～120
0.16
彈簧端面磨削是一次性磨削，且對(duì)端面的粗糙度要求不是太高，根據(jù)粒度與粗糙度的關(guān)系，對(duì)照表3-2，表3-3，磨具的粒度選取50。
3.2.3磨具硬度的選擇
磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，從磨具表面脫落的難易程度。硬度高，表示磨粒難易脫落，硬度低則表示容易脫落。
硬度選擇的一般原則是：加工硬鋼或淬火鋼時(shí)選擇較軟的磨具，加工軟鋼時(shí)選擇較硬的磨具；加工青銅、韌黃銅時(shí)選軟磨具；磨具與工件接觸面積大時(shí)選擇較軟的磨具；磨削導(dǎo)熱性差的材料時(shí)選擇較軟的磨具；精磨、精密磨、超精磨和成形磨時(shí)，應(yīng)該選擇硬的磨具；磨平面時(shí)應(yīng)選用磨削相同金屬零件外圓時(shí)為軟的砂輪；干磨時(shí)所用砂輪應(yīng)較濕軟些；鏡面磨削、緩進(jìn)時(shí)宜選較軟砂輪；采用寬砂輪大縱向進(jìn)給磨外圓時(shí)應(yīng)選較軟砂輪；砂輪粒度較細(xì)時(shí)，硬度應(yīng)稍軟些。機(jī)械加工中常用的砂輪硬度等級(jí)是H-N。
彈簧磨削是干磨，由彈簧材料可知，彈簧的材料的硬度屬于中硬，根據(jù)磨具選用原則，彈簧磨削磨具選中軟，代號(hào)為K。
3.2.4結(jié)合劑的選擇
表3-4 結(jié)合劑的分類及應(yīng)用范圍
名稱
代號(hào)
特性
應(yīng)用范圍
陶瓷結(jié)合劑
V
由粘土等配置，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱、耐油、耐酸、耐堿，多用性好，耐用度高，強(qiáng)度較高，成本低，但較脆
適用成形磨削，如磨螺紋、齒輪、軸承滾道等，砂輪速度宜在35m/s以下
樹脂結(jié)合劑
B
強(qiáng)度高、彈性好，能在高速下工作，耐熱性差，在200攝氏度以上失去粘結(jié)作用,不耐算堿
可作較厚的砂輪和石墨砂輪，用于細(xì)粗糙度、高精度磨削，用作切斷和開槽用的薄片砂輪，修磨鋼坯、鑄件的粗粒度砂輪
橡膠結(jié)合劑
R
彈性好磨粒容易脫落,耐熱、耐酸、耐油性均差，且有異味
可作切斷、開槽用的薄砂輪及拋光砂輪、無(wú)心磨導(dǎo)輪，不適于粗磨
金屬結(jié)合劑
J
強(qiáng)度高、韌度高和成形性好，但自勵(lì)性差
常用的為青銅結(jié)合劑，主要用于金剛石砂輪，用于粗磨，半精磨硬質(zhì)合金及切斷光學(xué)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體等
根據(jù)結(jié)合劑的特性和應(yīng)用范圍選擇：陶瓷結(jié)合劑。
3.2.5 磨具形狀及尺寸的選擇
A．砂輪型號(hào)的選擇
各種砂輪的形狀及尺寸在參考文獻(xiàn)[11]中已有規(guī)定。
表3-5砂輪型號(hào)
砂輪名稱
代號(hào)
一般用途
平形砂輪
P
根據(jù)不同尺寸用于外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、無(wú)心磨、工具磨、螺紋磨和砂輪機(jī)上
雙斜面一號(hào)砂輪
PSX1
用于磨齒輪齒面和磨單線螺紋
雙面凹砂輪
PSA
用于外圓磨和刃磨刀具，還用作無(wú)心磨的砂輪和導(dǎo)輪
薄片砂輪
PB
用于切斷和開槽等
筒形砂輪
N
用于立式平面磨床上
坯形砂輪
B
用其端面刃磨刀具，也可用其圓周磨平面和內(nèi)孔
碗形砂輪
BW
用于刃磨刀具，也可用于導(dǎo)軌磨床磨機(jī)床導(dǎo)軌
碟形一號(hào)砂輪
D1
適于磨銑刀、鉸刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齒輪的齒面
根據(jù)砂輪的一般用途，選擇砂輪：平行砂輪，代號(hào)：P
B．砂輪內(nèi)外直徑的選擇
砂輪的內(nèi)外直徑?jīng)Q定了砂輪的磨簧寬度，磨簧寬度主要有料盤來(lái)決定。有設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，彈簧的最大外徑為φ50mm，根據(jù)彈簧的最大外徑，通過(guò)作圖法來(lái)確定相關(guān)參數(shù)。
圖3-1砂輪、料盤位置示意圖
由圖3-1可知，彈簧的排列寬度為100.4mm,，則砂輪的磨削寬度應(yīng)該在100mm左右。對(duì)照參考文獻(xiàn)[11]，確定砂輪的內(nèi)外經(jīng)以及砂輪的厚度。砂輪外徑φ400mm，內(nèi)徑φ203，厚度為50mm。
3.3.1磨削功率計(jì)算
F=C(v?f?B/ v)tg? (3-1)
公式中各參數(shù)的含義：
C———單位切屑所需的力（N/mm）；
v———指工件的速度。這里指彈簧相對(duì)料盤軸線的線速度；
f———徑向進(jìn)給量（mm）,這里指料盤旋轉(zhuǎn)一周后，砂輪的磨削量；
B——— 原指砂輪的寬度，這里取彈簧中徑的1/4；
v———指砂輪的線速度；
———磨粒的錐頂半角（60°～75°）。
確定公式中各參數(shù)值：
表3-6各種工件材料的C值
工件材料
花崗石
硅
純鐵
鑄鐵
高速鋼
C（N/mm）
4300
5500
2800
4900
18000
根據(jù)彈簧材料65Mn和砂輪材料棕剛玉，選擇：C＝10000N/ mm。
表3-7 磨削常用進(jìn)給量f（mm）
磨削方式
平面磨削
粗磨
0.010～0.025
精磨
0.005～0.015
簧磨削屬于粗磨，對(duì)照表3-7，f擬確定0.02mm。
砂輪普通磨削線速度30－35m/s,高速磨削35m/s以上。彈簧磨削屬于干磨，速度不宜太高。速度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生高溫，影響彈簧的性能。在這里我擬選用v＝30m/s。
錐頂半角＝60°。
由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，彈簧鋼絲最大直徑8mm,彈簧最大外徑50mm，則彈簧中徑為：
D=50-16=34mm
D=(34+50)/2=42mm
B= D/4=10.15mm
參照平面磨削參數(shù)工件的速度v＝0.15m/s。
表3-8磨削的摩擦系數(shù)
工件材料
砂輪切削液
干磨
退火碳素鋼
A46NV
0.73
淬火高速鋼
A46GV
0.32
彈簧磨削屬于干磨，工件材料為65Mn或者碳素鋼，所以摩擦系數(shù)選擇＝0.73。
由公式3－1得：
F＝×10000(0.15×0.02×10.5/ 30) ×tg60°×0.73
＝20.84N
F是磨單個(gè)彈簧所需的磨削力，有圖3-1可知，有7個(gè)彈簧同時(shí)進(jìn)行磨削
P＝7× F ×v/1000＝720.8430/1000＝4.38KW
總傳動(dòng)效率：
軸有4個(gè)角接觸軸承支撐，單個(gè)軸承的傳動(dòng)效率為0.99，則總傳動(dòng)效率為：
＝0.99＝0.96
電機(jī)輸入功率為：
P＝ P/＝4.38/0.96＝4.56KW
3.3.2選擇電動(dòng)機(jī)
電機(jī)轉(zhuǎn)速：
n＝(D為砂輪的外徑) (3-2)
由3－2得：
n ＝＝1433.12r/min
根據(jù)輸入功率以及輸入轉(zhuǎn)速選擇電機(jī)，查參考文獻(xiàn)[3]，選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)Y132S-4，額定功率5.5KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min。
3.4磨頭主軸的設(shè)計(jì)
通常，軸的設(shè)計(jì)步驟包括：
a.按工作要求合理選擇軸的材料和熱處理方法；
b. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
c.軸的強(qiáng)度校核計(jì)算；
d.必要時(shí)作軸的剛度或振動(dòng)穩(wěn)定性等的校核計(jì)算；
e.繪制軸的零件工作圖。
A．軸的材料及其熱處理選擇
軸的常用材料是碳素鋼，合金剛及球墨鑄鐵。
鋼軸毛坯多數(shù)用軋制圓鋼或鍛件，也有的用圓鋼。
碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，經(jīng)熱處理或化學(xué)處理可得到較高的綜合力學(xué)性能（尤其在耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度兩個(gè)方面），應(yīng)用最多。常用的碳鋼有35、40、45和50等優(yōu)質(zhì)中碳鋼，其中45鋼應(yīng)用最廣，通常進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，一般用于比較重要或承載較大的軸。對(duì)于不重要或承載較小的軸，也可采用Q235,Q275等普通碳素鋼。
合金鋼比碳素鋼具有更好的力學(xué)性能和熱處理性能，常用于承載很大而重量、尺寸受限或有較高耐磨性、防腐性要求的重要的軸，以及處理高溫或低溫條件下工作的軸。
選擇軸的材料和熱處理方法，主要根據(jù)軸的受力、轉(zhuǎn)速、重要性等對(duì)軸的強(qiáng)度和耐磨性提出的要求。研究表明，鋼材的種類和熱處理措施對(duì)其彈性模量影響甚小，如欲采用合金鋼代替碳素鋼或通過(guò)熱處理來(lái)提高軸的高度，收效甚微。軸的剛度主要取決于軸的剖面尺寸，可用適當(dāng)增加軸的截面面積來(lái)提高軸的剛度。此外，合金鋼對(duì)應(yīng)力集中敏感性較強(qiáng)，價(jià)格也較高。選材是也應(yīng)考慮到。
綜合考慮軸的運(yùn)行環(huán)境以及軸材料的力學(xué)性能，軸的材料選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
3.4.1磨頭主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu)，以及包括各軸段長(zhǎng)度、直徑及其他細(xì)小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工藝以及其他一些要求。由于影響因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)具有較大的靈活性和多樣性。但是，不論具體情況人如何，軸的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：
a.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；
b.軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；
c.軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；
d.軸的受力合理，有利于提高強(qiáng)度和剛度；
e.節(jié)省材料，減輕重量；F
f.形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般已知裝配簡(jiǎn)圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率及傳動(dòng)零件的類型和尺寸等。
3.4.2軸的最小直徑估算
轉(zhuǎn)軸受彎扭組合作用，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，其長(zhǎng)度、跨距、支反力及其作用點(diǎn)的位置等都未知，尚無(wú)法確定軸上彎矩的大小和分布情況，因此也無(wú)法按彎扭組合來(lái)確定轉(zhuǎn)軸上各軸段的直徑。為此應(yīng)先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算轉(zhuǎn)軸上僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸段的直徑——軸的最小直徑d，然后才能通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定各軸段的直徑。
d=C (3-3)
C———計(jì)算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況。
當(dāng)軸段上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大直徑以考慮鍵槽對(duì)軸的削弱：d>100mm時(shí)，單鍵槽增大3％，雙鍵槽增大7％；d100mm時(shí)，單鍵槽增大5％～7％，雙鍵槽增大10％～15％。最后對(duì)d進(jìn)行圓整。
查參考文獻(xiàn)[10]P292表11.3（軸常用C值）：
C＝111
由公式3-3得：
d＝111＝17.35mm
電機(jī)和軸的連接方式是直聯(lián)，即在軸的一段開孔，電機(jī)主軸套在孔內(nèi)，并用鍵連接。查閱參考文獻(xiàn)[3]可知，Y132S-4電機(jī)主軸直徑為φ38mm，計(jì)算值d比電機(jī)主軸小得多，砂輪在磨削時(shí)軸受到的徑向力，以及振動(dòng)比較大，d＝17.35mm難以滿足強(qiáng)度要求。綜合各種因素，以及指導(dǎo)老師的建議，磨頭主軸d＝φ60。
3.4.3軸的總長(zhǎng)度
軸的長(zhǎng)度主要決定磨頭的穩(wěn)定性，為滿足裝配空間的要求，盡可能把軸設(shè)計(jì)得長(zhǎng)些。首先確定下磨頭的長(zhǎng)度。從總體方案中知道工作臺(tái)的高度為1205㎜，查閱參考文獻(xiàn)[3]可知Y132S-4電機(jī)的安裝尺寸，電機(jī)總長(zhǎng)度為475㎜，砂輪和電機(jī)的安裝空間擬確定為162.5㎜，則軸的長(zhǎng)度：
L＝1205－475－162.5＝568.5mm。
上磨頭要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，根據(jù)磨簧的高度15-150mm，彈簧的磨削量以及砂輪厚度的補(bǔ)償，來(lái)確定上磨頭的主軸長(zhǎng)度。
L＝568.5＋150＋71.5＝790mm。
3.4.4各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定
A.各軸段的直徑
階梯軸各軸段直徑的變化應(yīng)遵循下列原則：a.配合性質(zhì)不同的表面（包括配合表面與非配合表面），直徑應(yīng)有所不同；b.加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應(yīng)有所不同；c.應(yīng)便于軸上零件的裝拆。通常從初步估算的軸段最小直徑d開始，考慮軸上配合零部件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和定位、固定、裝拆、受力情況等對(duì)軸結(jié)構(gòu)的要求，一次確定軸段的直徑。具體操作時(shí)還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面問(wèn)題：
d.與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列。
e.軸上螺紋部分必須符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)。
f.軸肩定位是軸上零件最方便可靠的定位方法。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩，定位軸肩通常用于軸向力較大的場(chǎng)合，非定位軸肩是為加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。
g.與軸上傳動(dòng)零件配合的軸頭直徑，應(yīng)盡可能圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸系列。
h.非配合的軸身直徑，可不取標(biāo)準(zhǔn)值，但一般應(yīng)取成整數(shù)。
B.各軸段的長(zhǎng)度
各軸段的長(zhǎng)度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a.軸頸的長(zhǎng)度通常于軸承的寬度相同。
b.軸頭的長(zhǎng)度取決于與其相配合的傳動(dòng)輪轂的寬度。
c.軸身長(zhǎng)度的確定應(yīng)考慮軸上各零件之間的相互位置關(guān)系和拆裝工藝要求，各零件間的間距查參考文獻(xiàn)[3]。
根據(jù)軸設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則以及軸上零件裝配要求，把軸設(shè)計(jì)成如下結(jié)構(gòu)形式：
圖3-2 磨頭主軸結(jié)構(gòu)示意圖
在L1段和L4段安裝軸承，用于軸的定位。
軸的詳細(xì)尺寸見圖MHJ-01-18,MHJ-01-10。
3.4.5軸承的選擇
選擇滾動(dòng)軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)入手。在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，時(shí)用于載荷較大或有沖擊的場(chǎng)合。當(dāng)承受純徑向載荷時(shí)，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當(dāng)承受純軸向載荷時(shí)，通常選用推力軸承；當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時(shí)，可選用角接觸球軸承。
根據(jù)軸的應(yīng)用場(chǎng)合可知，軸在砂輪、彈簧的作用下受到軸向力，以及在磨削時(shí)受到的徑向力。查詢常用滾動(dòng)軸承的性能和特點(diǎn)，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點(diǎn)：可同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷，也可承受純軸向符合。適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中調(diào)整游隙時(shí)，常用于蝸桿減速器、離心機(jī)、電鉆、穿孔機(jī)等。
角接觸球軸承所能承受的軸向力是單向的，磨簧機(jī)的磨頭在磨削時(shí)，收到的軸向力一般是雙向的，所以為滿足使用要求，角接觸軸承是成對(duì)使用，用背對(duì)背的方式安裝。
由圖MHJ-01-10可知
D=60mm；D=70mm
則軸兩端的軸承型號(hào)分別是：7212AC,7214AC。
3.4.6軸承的潤(rùn)滑
潤(rùn)滑對(duì)于滾動(dòng)軸承具有重要意義。軸承中的潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還具有散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)、防止銹蝕等。潤(rùn)滑方式與軸承速度有關(guān)，一般根據(jù)軸承的d值（d為滾動(dòng)軸承內(nèi)徑，單位mm；n為軸承轉(zhuǎn)速，單位r/min）作出選擇。
d＝d×n (3-4)
式中d=60mm;n=1433.12r/min
由公式3－4得：
d＝60×1433.12＝8.6×10mm?r/min
表3-9 d值界限（10mm?r/min）
軸承類型
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
角接觸球軸承
16
>25
對(duì)照表3-9，軸承的潤(rùn)滑方式選擇脂潤(rùn)滑。
3.4.7滾動(dòng)軸承的密封
軸承工作時(shí)，潤(rùn)滑劑不允許很快流失，且外界灰塵、水分及其他雜物也不允許進(jìn)入軸承，故應(yīng)對(duì)軸承設(shè)置可靠的密封裝置。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩類。
A.接觸式密封
通過(guò)軸承蓋內(nèi)部放置的密封件與傳動(dòng)軸表面的直接接觸而起密封作用。密封件主要用毛氈、橡膠圈、皮碗等軟性材料，也有用減磨性好的硬質(zhì)材料如石墨、青銅、耐磨鑄鐵等。軸與密封件接觸部位需要磨光，以增強(qiáng)防泄漏能力和延長(zhǎng)密封件的壽命。
B.非接觸式密封
接觸式密封必然在接觸處產(chǎn)生摩擦，非接觸式密封則可以避免此類缺點(diǎn)，故非接觸式密封常用于速度較高的場(chǎng)合。
鑒于磨頭主軸在靠近砂輪端受到的振動(dòng)比較大，在磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削四處飛濺。假如用接觸式密封，主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)軸和密封圈摩擦厲害，磨簧機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間密封圈就達(dá)不到密封效果。磨屑容易進(jìn)入軸承，影響軸承壽命和磨削精度。權(quán)衡利弊，我選擇非接觸式密封，即選用迷宮式密封，在縫隙中填脂。
3.5磨頭進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
軸一般由軸承固定，難以實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)?，F(xiàn)在用套筒和導(dǎo)向套來(lái)實(shí)現(xiàn)軸的軸下移動(dòng)。首先把軸安裝在套筒內(nèi),套筒安裝在導(dǎo)向套內(nèi),由套筒在導(dǎo)向套內(nèi)實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)磨頭的軸向移動(dòng)。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見磨頭裝配圖MHJ-01-00。
3.5.1套筒和導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)
A.套筒的設(shè)計(jì)
套筒的內(nèi)經(jīng)主要有軸承的外徑來(lái)確定。見圖3-2，軸承的最大外徑在L4段，根據(jù)軸承型號(hào)7214AC可知，軸承外徑D=125㎜，軸承7214AC安裝尺寸D＝116mm，對(duì)套筒內(nèi)徑進(jìn)行圓整，則D=110mm，現(xiàn)擬確定套筒厚度為25mm，則套筒外徑D＝160mm。
套筒的長(zhǎng)度主要以下磨頭主軸的長(zhǎng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)?？紤]到安裝尺寸，套筒長(zhǎng)度確定為500mm。
我們可以把套筒看成空心軸?？招妮S對(duì)提高軸的剛度、減小軸的質(zhì)量具有顯著的作用。由計(jì)算知，內(nèi)外徑之比為0.6的空心軸與質(zhì)量相同的實(shí)心軸相比，截面系數(shù)可增大70％。
套筒剛度校核：
i= (3-5)
由公式3－5得：
i＝＝0.69
V =)L (3-6)
由公式3-6得：
V ＝)×500＝5298750mm
V＝L (3-7)
由公式3-7得：
V＝×602×568.5 ＝1606581 mm
V> V；i>0.6
所以套筒滿足剛度要求。
上磨頭因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)，所以上磨頭套筒長(zhǎng)度要比下磨頭套筒長(zhǎng)些。上磨頭套筒長(zhǎng)度增量主要取決于磨簧高度，由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，磨簧高度在15－150㎜，再考慮安裝尺寸、砂輪補(bǔ)償?shù)男枰?，上磨頭升降套筒長(zhǎng)度確定為700.5㎜。
B.導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向套的內(nèi)徑由套筒的外徑確定，為160㎜，外徑擬確定為220㎜?？紤]到其他零件的安裝尺寸，以及砂輪的補(bǔ)償高度，導(dǎo)向套的長(zhǎng)度擬確定為425mm。
導(dǎo)向套剛度校核：
由公式3-5得：
i＝＝0.73
由公式3-6得：
V=)×425=7606650 mm
V> V；i>0.6
所以導(dǎo)向套滿足剛度要求
3.5.2上磨頭進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
磨頭進(jìn)給動(dòng)力有電機(jī)來(lái)提供，磨頭進(jìn)給是直線運(yùn)動(dòng)，而電機(jī)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磨頭進(jìn)給系統(tǒng)主要的功能是把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成磨頭的直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一要求，選擇齒輪-齒條機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)磨頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
A.上磨頭質(zhì)量計(jì)算：
根據(jù)繪制零件圖的尺寸，計(jì)算各零件的質(zhì)量：
a.升降套筒：
由公式3-6得：
V＝)×700.5＝7423548.75 mm
b.磨頭主軸：
V＝45×45×25×＋×642×16＋24××1092＋
702×69＋×652×577＋×602×50
＝2646309.925 mm (3-8)
c.軸承：
查參考文獻(xiàn)[3]，可知7212AC軸承的質(zhì)量為0.8㎏；214AC軸承的質(zhì)量為1.1㎏。
則軸承總質(zhì)量為：
0.8×2＋1.1×2＝3.8㎏
e.電機(jī)質(zhì)量：
查參考文獻(xiàn)[3]，電機(jī)Y132S-4的質(zhì)量為68㎏。
f.上電機(jī)法蘭質(zhì)量：
上電機(jī)法蘭形狀不規(guī)則，根據(jù)繪制的零件圖，用相關(guān)計(jì)算軟件計(jì)算上電機(jī)法蘭
的質(zhì)量，計(jì)算結(jié)果為：26.52㎏。
g.砂輪質(zhì)量：
查詢參考文獻(xiàn)資料[11]，砂輪質(zhì)量為50㎏。
h.上磨頭總質(zhì)量：
鋼的密度＝7.8㎏/cm
M＝50＋3.8＋68＋26.52＋（7423548.75＋2646309.925）/1000×7.8/1000
＝226.86㎏ (3-9)
B.磨頭進(jìn)給功率計(jì)算：
F＝M?g (3-10)
由公式3-10得：
F＝226.86×9.8＝2223.228N
磨頭進(jìn)給速度不能太高，太高會(huì)引起磨削力的突變，容易引起砂輪的崩
碎。鑒于以上原因砂輪進(jìn)給速度為：
v=20㎜/min
則P＝F?v (3-11)
由公式3-11得：
P＝2223.228×0.02/60＝0.74
C.傳動(dòng)齒輪、齒條的設(shè)計(jì)
選擇齒輪材料、熱處理方法、精度等級(jí)、齒數(shù)：
考慮到齒輪傳遞的功率不大，故齒輪、齒條都選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為220HBS、260HBS,7級(jí)精度。
齒輪、齒條的模數(shù)擬確定為：m=3；
圓柱齒輪齒數(shù)為：z=19
分度圓直徑：d=m?z (3-12)
由公式3-12得：
d＝3×19＝57mm
因?yàn)辇X輪－齒條傳遞的功率不大，齒寬系數(shù)：=0.4
b= ?d (3-13)
由公式3-13得：
b ＝0.4×57＝22.8mm
對(duì)齒寬進(jìn)行圓整b=25mm
b= b+(5～10)mm (3-14)
由公式3-14 得：
b＝25+5
＝30mm
齒高h(yuǎn)=2.25m (3-15)
由公式3-15得：
H＝2.25×3＝7.25㎜
D.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
(3-16)
確定公式中各參數(shù)值：
a.計(jì)算載荷系數(shù)K：
K＝KAKvK (3-17)
查參考文獻(xiàn)[10]P112表6.2得使用系數(shù)KA=1；根據(jù)v＝20㎜/min、7級(jí)精度，查參考文獻(xiàn)[10]P114圖6.10得動(dòng)載系數(shù)Kv=1，查參考文獻(xiàn)[10]P115圖6.13得K=1.15
則由公式3-17得：
K＝1×1×1.15 ＝1.15
由公式3-2得：
n＝＝0.112r/min
T＝9.55×106× (3-18)
由公式3-18得：
T ＝9.55×106×＝6.3098×10N?mm
b. 查參考文獻(xiàn)[10]P111圖6.9，齒輪、齒條的彎曲疲勞強(qiáng)度極限＝220MPa,=240MPa；
c.彎曲疲勞壽命系數(shù)：
查參考文獻(xiàn)[10]P109圖6.7取K=0.90,K=0.88；
d.許用彎曲應(yīng)力：
取定彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,應(yīng)力修正系數(shù)Y=2.0
[]＝K Y/ S (3-19)
由公式3-19得：
[]＝K Y/ S＝240×0.88×2/1.4＝282.86MPa
[]＝K Y/ S＝220×0.9×2/1.4＝301.71MPa
e.齒型系數(shù)Y、Y和應(yīng)力修正系數(shù)Y、Y：
查參考文獻(xiàn)[10]P120，表6.4得：
Y＝2.85，Y＝2.06
Y＝1.54，Y＝1.97
f.計(jì)算大小齒輪的Y Y/[]于Y Y/[]，并加以比較取其中大值
代入公式計(jì)算：=＝0.0156
＝＝0.0100
圓柱齒輪的數(shù)值大，應(yīng)按圓柱齒輪校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
g.校核計(jì)算：
將相關(guān)參數(shù)代入3-16得：
＝×2.85×1.54＝163.37MPa<
所以設(shè)計(jì)的齒輪、齒條滿足使用要求。
E．傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
a. 軸的材料選擇：
軸的材料選擇45鋼
b.最小直徑估算：
查參考文獻(xiàn)[10]P292表11.3，C=110。
由公式3-3得：
d＝110＝20.64mm
因?yàn)檩S上開有鍵槽，
所以d= d×(1+7%) (3-20)
由公式3-20得：
d＝20.64×（1＋7％）＝22.08㎜
對(duì)軸進(jìn)行圓整：
D＝30㎜
d＝d＝30mm
由于軸的直徑和齒輪的分度圓直徑相差不大，所以考慮做成齒輪軸。如圖所示：
圖3-3 齒輪軸結(jié)構(gòu)示意圖
軸1段裝滾子鏈聯(lián)軸器，鏈與鏈輪間的嚙合間隙可補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移。
軸2、軸6段裝軸承，該軸主要承受徑向力，所以采用深溝球軸承。
軸4段為齒輪。
F.齒條長(zhǎng)度以及齒輪軸的安裝高度的確定：
齒輪軸、齒條安裝示意圖如圖3－4所示高度L5取決于彈簧的最長(zhǎng)長(zhǎng)度,L5 取決于彈簧的最小長(zhǎng)度。L4為齒條的長(zhǎng)度。假設(shè)初始狀態(tài)下，上下磨頭之間的距離為100mm，彈簧的最小長(zhǎng)度是15mm，則L2＝100-15=85mm，彈簧的最長(zhǎng)長(zhǎng)度為150mm，則L5=150-100=50mm，齒條向下移動(dòng)時(shí)，為有足夠的下移空間L1=90mm，考慮到齒條的安裝尺寸，以及防止齒條因過(guò)量進(jìn)給與支撐板產(chǎn)生碰撞，齒輪軸的安裝高度為175mm。齒條的安裝尺寸擬確定為25mm,為防止在齒條最高、最低點(diǎn)時(shí)與齒輪嚙合不充分，把齒條適當(dāng)增長(zhǎng)，擬確定為10mm，砂輪的補(bǔ)償高度為5mm。
則齒條的總長(zhǎng)度：
L4＝L5＋L2＋25×2＋10×2＋5
＝50＋85＋50＋20＋5
＝210mm
G．電機(jī)與減速器的選擇
有上面的計(jì)算可知，輸出功率為0.74W，則輸入功率：
P入＝(為總傳動(dòng)效率) (3-21)
軸承的傳動(dòng)效率為0.98，減速器擬采用擺線針輪減速器，擺線針輪減速器傳動(dòng)效率高：由于該機(jī)嚙合部位采用了滾動(dòng)嚙合，一般效率為可達(dá)0.98。
＝0.98×0.98×0.98＝0.941
由公式3-21得：
P入＝＝0.786W
由公式3-2得：
齒輪轉(zhuǎn)速 ＝＝0.112r/min
齒輪的轉(zhuǎn)速很低，結(jié)合擺線針輪減速器的選擇，傳動(dòng)比不能太大，傳送比大，擺線針輪的尺寸、價(jià)格都會(huì)相應(yīng)增加。所以電機(jī)選擇YC系列。查閱參考文獻(xiàn)[3]，電機(jī)型號(hào)選擇YC90S-4，額定功率0.55Kw，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min。
傳動(dòng)比：i=＝1250
根據(jù)傳動(dòng)比，以及輸入功率選擇減速器。查閱參考文獻(xiàn)[3],減速器型號(hào)選擇：ZD0.55-2B-1250。
3.5.3齒輪軸的校核
軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求。
a. 求出主軸上的轉(zhuǎn)矩 T
在工作時(shí)，主軸上所承受的功率P=0.74w（不計(jì)齒輪的嚙合損耗和軸承損
耗的功率）。則由公式3-18得：
N·mm
b．求作用在齒輪上的力
N (3-22)
N (3-23)
c. 軸的受力分析
計(jì)算支承反力：
軸承相對(duì)齒輪成對(duì)稱安裝。
在水平面內(nèi)：
＝N
在垂直平面內(nèi)：
＝N
d.畫彎矩圖（圖3-4）
在水平面內(nèi)：
MaH=Ftl1=1107×164=181548 N·mm (3-24)
在垂直平面內(nèi) ：
MaV=Frl1=402.9×164=66075.6 N·mm
合成彎矩：
N·mm (3-25)
圖3-4 軸的彎矩、扭矩圖
e.危險(xiǎn)截面的判斷
合成彎矩以齒輪為中心成對(duì)稱分布，所以只要一邊滿足強(qiáng)度要求即可。
f.軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
由參考文獻(xiàn)[10]表11.2查得[σ]=[ σ-1]=60Mpa,
＝0.1×40＝6400mm3 (3-26)
=30.19Mpa<[σ] (3-27)
g. 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]表11.2,查得，，，，
=0.2×40=12800 mm3 (3-28)
由參考文獻(xiàn)[10]附表1.8查得，；由附表1.4查得絕對(duì)尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，由附表11.4得表面質(zhì)量系數(shù)。則
彎曲應(yīng)力：
(3-29)
應(yīng)力幅：
平均應(yīng)力：
切應(yīng)力： (3-30)
安全系數(shù)： (3-31)
(3-32)
查參考文獻(xiàn)[13]表11.8得許用安全系數(shù),,則主軸的強(qiáng)度滿足要求。
4論 結(jié)
立式磨簧機(jī)主要針對(duì)彈簧磨削而設(shè)計(jì)的，機(jī)床的創(chuàng)新點(diǎn)在于磨簧機(jī)能加工不同高度的彈簧，實(shí)現(xiàn)磨頭的自動(dòng)進(jìn)給、復(fù)位，自動(dòng)卸料。該立式磨簧機(jī)采用雙端面磨削，避免彈簧因多次裝夾引起的加工誤差。料盤采用回轉(zhuǎn)式圓盤，可以同時(shí)加工多個(gè)彈簧。
立式磨簧機(jī)能滿足加工要求，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工件裝卸方便，便于維修、調(diào)整。
參考文獻(xiàn)：
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[10]徐錦康主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2004
[11]全國(guó)磨料磨具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編. 中國(guó)機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999
致 謝
為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)已經(jīng)結(jié)束。回顧整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程，雖然充滿了困難與曲折，但我感到受益匪淺。本設(shè)計(jì)是學(xué)完所有大學(xué)期間本專業(yè)應(yīng)修的課程以后所進(jìn)行的，是對(duì)我三年來(lái)所學(xué)知識(shí)的一次大檢驗(yàn)。使我能夠在畢業(yè)前將理論與實(shí)踐更加融會(huì)貫通，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化了實(shí)際生產(chǎn)中的感性認(rèn)識(shí)。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我基本上掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題等，另外還更加熟悉運(yùn)用查閱各種相關(guān)手冊(cè)，選擇使用工藝裝備等。這次設(shè)計(jì)，使我在基本理論的綜合運(yùn)用以及正確解決實(shí)際問(wèn)題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為我以后從事實(shí)際工程技術(shù)工作奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)任務(wù)業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗(yàn)，難免會(huì)留下一些遺憾，在此懇請(qǐng)各位專家、老師及同學(xué)不吝賜教。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在陳祥林老師的認(rèn)真指導(dǎo)下進(jìn)行的。陳老師經(jīng)常為我解答一系列的疑難問(wèn)題，指導(dǎo)我的思想，引導(dǎo)我的設(shè)計(jì)思路，以及教我良好的繪圖習(xí)慣。
在此，我忠心地向他表示誠(chéng)摯的感謝和敬意！
附 錄
1立式磨簧機(jī) MHJ-00 A0
2磨頭裝置 MHJ-01-00 A0
3齒條 MHJ-01-01 A3
4齒輪軸 MHJ-01-02 A3
5軸承端蓋(一) MHJ-01-03 A4
6軸承端蓋(二) MHJ-01-04 A4
7軸承座 MHJ-01-05 A3
8下電機(jī)法蘭 MHJ-01-06 A2
9下磨頭升降桿 MHJ-01-07 A4
10下磨頭導(dǎo)向套 MHJ-01-08 A3
11下磨頭升降套筒 MHJ-01-09 A3
12下磨頭主軸 MHJ-01-10 A3
13迷宮盤 MHJ-01-11 A3
14密封盤 MHJ-01-12 A3
13砂輪壓蓋 MHJ-01-13 A4
16砂輪座 MHJ-01-14 A3
17砂輪 MHJ-01-15 A3
18彈簧壓板 MHJ-01-16 A3
19導(dǎo)向桿 MHJ-01-17 A4
20上磨頭主軸 MHJ-01-18 A3
21上磨頭導(dǎo)向套 MHJ-01-19 A3
22上磨頭升降套筒 MHJ-01-20 A2
23滑套 MHJ-01-21 A4
24上電機(jī)法蘭 MHJ-01-22 A2
25定位環(huán) MHJ-01-23 A4
23