宽砂带去毛刺专用设备设计（可编辑） .doc

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1、宽砂带去毛刺专用设备设计 重庆大学本科学生毕业设计(论文)摩擦片表面去毛刺机床设计 学 生: 学 号: 指导教师: 助理指导教师: 专 业:机械设计制造及其自动化年六月摘 要 本文针对摩擦片表面去毛刺的加工现状,着重对砂带磨削机床进行了相关研究与设计。根据设计任务的要求,运用专用机床设计方法,通过各种计算校核,运用制图表达等,最终实现机床的这一功能,可以很好的完成摩擦片表面去毛刺这一加工任务。本文的主要内容包括: 1.介绍目前摩擦片表面去毛刺的加工现状和国内外砂带磨床的发展现状和发展趋势,以及砂带磨床设计的简介。 2.砂带磨床总体方案的确定,主要是确定机床的总体布局,各功能模块的实现方案,以及

2、主要技术参数的选择与确定和传动链的计算。 3.砂带磨床的各功能模块的详细设计,主要是主轴,磨头,工作台,进给系统的详细设计,包括各部分的结构,装配以及功能分析。关键词:摩擦片,去毛刺,砂带磨削,机床ABSTRACT In this paper, the friction surface of the processing status of deburring, abrasive belt grinding machine tool focused on a related research and design. According to the design of tasks, the u

3、se of Special Purpose Machine design methodology, verification through a variety of computing, such as the use of cartographic expression, and ultimately the function of machine tools can be a very good surface friction of the completion of the processing task of deburring. The main contents of this

4、 article include: 1. Introduced friction surface to the current processing status of burr abrasive belt grinding machine at home and abroad of the status quo and development trend of development, as well as a brief introduction of abrasive belt grinding machine design. 2. Abrasive belt grinding mach

5、ine to determine the overall program, the main tool is to determine the overall layout of the realization of the function modules, as well as the choice of main technical parameters and the identification and calculation of transmission chain. 3. Abrasive belt grinder features of the detailed design

6、 of modules, mainly spindle, grinding head, table, into the detailed design of the system, including the part of the structure, assembly and functional analysis.Key words:Friction plate, Deburring, Belt grinding, Machine Tool目录中文摘要.ABSTRACT1绪论11.1 摩擦片去毛刺的加工现状.11.2 砂带磨床介绍.1 1.2.1砂带磨床发展背景介绍.1 1.2.2 砂带

7、磨床的发展现状与趋势1 1.2.3砂带磨床的设计介绍.42总体方案设计.72.1工件加工工艺分析72.2机床总体布局72.3机床主要技术参数的确定83磨头设计.9 3.1磨削分析与计算以及磨头结构设计9 3.1.1磨削力的理论计算.9 3.1.2磨削功率计算.9 3.1.3砂带张紧力计算.10 3.1.4磨头结构的尺寸设计.10 3.1.5砂带尺寸选择与计算.11 3.1.6砂带磨削过程中的受力分析.11 3.1.7张紧机构及快换操纵机构和调偏机构.123.2主轴设计.123.3带轮设计.184工作台设计.214.1涡轮蜗杆传动设计.214.2丝杆螺母传动设计.225进给系统设计245.1经给

8、系统驱动电机选择.245.2传送带设计.256机床功能分析266.1磨头功能分析.266.2磁性工作台功能分析.26 6.3进给系统功能分析.277结论.29致谢.30参考文献.31绪论1.1 摩擦片去毛刺加工现状 本课题中,研究解决摩擦片表面去毛刺的解决方法。由于摩擦片属于薄板平面零件,在其经过一系列加工过程后,表面总会产生一些飞边毛刺。为了到达其使用要求,必须将表面毛刺去除,以达到其工艺标准。目前工业生产中,薄板平面零件除毛刺工艺虽然有很多种,但大多采用机械去毛刺方法,去毛刺动作过程及原理、适用范围各不相同。总的来说有以下几种1:手工去毛刺工艺;滚筒去毛刺工艺;震动光饰去毛刺;磨削去毛刺;

9、喷射去毛刺等。由于在薄板平面零件生产中,有些零件必须去毛刺后才可以转入后续加工或进入产品装配,交付用户使用。从经济合理的角度考虑,不同的此类零件,应选用各种不同的去毛刺工艺,以确保产品质量好、生产效率高、成本低2。 本课题从这些方面考虑,将选用磨削去毛刺工艺来解决本课题问题。在磨削去毛刺工艺中,采用电动砂轮机和砂布带轮手工修理虽然工时费用低,但工人操作安全性较差,工作效率不高。而砂带磨削拥有一次磨削宽度大、磨削效率高、系统振动小且稳定性好等特点。由于摩擦片属于加工易变形的厚度不大的平板类零件,且批量生产、数量较多,因而选用砂带磨削设备能很好的解决本课题问题,即设计摩擦片表面去毛刺砂带磨削机床。

10、 1.2 砂带磨床介绍1.2.1 砂带磨床发展背景介绍 砂带磨床是一种既古老而又新兴的工艺。近30多年来, 粘满尖锐砂粒的砂布或砂纸制成一种高速的多刀多刃连续切削工具用于砂带磨床之后, 砂带磨削技术获得了很大的发展。这种砂带磨削技术远远超越了原有的只用来加工和抛光的陈旧概念。现在砂带磨床的加工效率甚至超过了车、铣、刨等常规加工工艺,加工精度已接近或达到同类型机床的水平,机床功率的利用率领先于所有的金属切削机床,应用范围不仅遍及各行各业,而且对几乎所有的材料,无论是金属还是非金属都可以进行加工3。长期以来不大引人注意的砂带磨削工艺现在正进入现代化发展的新阶段。1.2.2砂带磨床的发展现状与趋势3

11、 砂带磨削在世界各国、特别是美国和西德的应用非常广泛,从日用的汤匙到宇航器具的蜂窝夹层结构各行各业无不竞相采用。 美国 美国是在世界上最早研制砂带磨床的国家。第一台砂带磨床用于加工木材,随后广泛用于加工金属。据美国对全国金属加工设备调查表明,70 年代,美国的砂带磨床已突破4 万台。到90 年代,每10 台磨床至少有一台砂带磨床,而抛光机床中每3 台就有 1 台是砂带抛光机。在美国注册砂带磨床的公司和工厂多达53 家,著名的工厂有哈蒙德公司、希尔艾克米公司、泰姆塞费斯公司等,它们主要生产运输带式平面砂带磨床、无心外圆砂带磨床、大平面宽砂带磨床。在美国,砂带磨床的应用遍及所有行业。随着砂带制造工

12、艺的不断改善,机床结构刚性的加强,机床功率的增加,自动化程度的提高,使机床金属切削率逐年增加,加工精度有了大幅度的提高,同时加工范围和对象也不断扩大。 西德 西德从50 年代就开始研究砂带磨削,各型砂带磨床都有生产,瓦德里希?科堡厂W aldrich2 cobnrg 和文得令登vander linden 厂都是生产大型机床的著名工厂。他们利用长期生产大型机床的经验,利用导轨磨床的部件,如静压导轨道、龙门结构、大型真空吸附高精度工作台等,设计和制造了大量的宽砂带平面磨床。 日本 日本自行生产砂带磨床的工厂主要有松下电机厂、东芝机械厂等,已生产各类型平面砂带磨床、无心外圆砂带磨床。80 年代,东芝

13、机械厂制成了55L -V K 型超小气动砂带机,突破以前无法用砂带加工小沟槽的这一难题,值得注意。 国内 国内的砂带磨削技术是在20世纪70年代末才得以真正发展,随着国内的改革开放,砂带磨削技术日益引起了各行业,研究单位和企业的重视,加之砂带制造技术的提高及品种的增加,使得砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。目前国内的砂带制造厂家有郑州白鸽等数十家企业等,砂带磨削设备的生产厂家有重庆三磨海达磨床公司等十来家企业,研究单位有郑州三磨所,华侨大学,广东工业大学,湖南大学,东北大学,重庆大学等多家科研院所和高校。 1).砂带磨床的应用 A .应用范围: a.大型平面的厚板、中等厚板、薄板、特

14、别是耐热难加工材料,如不锈钢板、钛合金板等。 b 大量生产的平面零件。如电子工业的印刷板、变压器硅钢片、齿轮箱体等。 c 型面加工。各种大小尺寸的复杂型面,特别是发动机叶片。如采用直径小于 25mm 的砂轮进行加工,砂轮会很快磨损,而且也无法确保精度,而砂带磨床则能以稳定的速度工作,精度、粗糙度精度、效率都很高。 d 用砂轮磨床加工大型容器、大尺寸棒料、管料时砂轮直径要大于125mm ,如改用砂带磨床,效率至少可提高一倍。 e 对于直径大于 25mm 的长内孔进行磨削、抛光,尤其是薄壁内孔最为适用。 B 砂带磨削的加工精度 砂带磨床的一般精度最高可以保证在01005mm ,美国森斯特兰Sund

15、strand 厂的“H i-Grind”砂带平面磨床加工直径为380mm 的汽车发动机铸铁缸盖,不平度已达到0.001mm。 C 砂带磨床的生产效率 在加工效率方面,砂带磨床远高于砂轮磨床,一般约为 4 倍。美国的“H i- Grind”砂带平面磨床,每分钟切除每立方英寸的金属切屑所需功率仅为立式平面磨床的1/ 3。砂带磨床用于切除金属的功率可高达其输入功率的96% , 几乎全部转换为有用功。 D 加工成本: 砂带磨床高速发展的原因之一是经济效果十分显著。日本曾就砂带磨削的生产成本进行了详细的分析,认为砂轮磨床的成本比砂带磨床高,砂带磨床要比铣床的生产成本低。例如,以切除铸铁工件每一立方英寸切

16、屑计,用砂带磨床比用砂轮磨床成本低 25%。 2 砂带磨床的发展趋势4 A 继续提高生产效率 a 提高磨削速度和增大机床功率。长期以来,砂带磨床的砂带工作速度一直停留在 20m/s 30m/s。据美国制造工程学会研究报告说, 100m/s 的高速砂带磨床已在试验。在过去较长一个时期,机床功率从每一平方英寸砂带面积 4.4kW 7.5kW ,到了 70 年代已提高到 18.5kW 26kW ,机床功率现如今为200kW以上的已屡见不鲜,为提高金属切除率,机床的功率必将增大。 b 发展宽砂带磨削,扩大宽砂带磨床的使用范围。目前,最大宽度的砂带磨床可磨削 4.9m 宽的平面。据报导,宇航器具、大型舰

17、艇、高能物理的研究和应用都要大量使用高精度、高粗糙度精度的板材。提高板材加工效率的途径就是要发展宽砂带磨床。 B 提高加工精度 西德瓦德里希科堡厂在砂带磨床上大量采用高精度常规磨床的结构。美国森斯特兰厂的砂带磨床,按照砂带磨削工作的特性,设计相应的专用部件以便提高机床的加工精度。但就砂带磨床本身来说,砂带制造精度的提高,同样是很重要的。 C 延长砂带寿命 延长砂带寿命是降低砂带磨床加工成本最为关键的一个因素。目前,使用寿命已从 2h 4h 提高到 8h12h 。为进一步延长砂带寿命,除改善磨料、粘结剂基底之外,国外还从砂带磨损的机理上解决延长寿命的问题。砂带磨损主要“粘盖”和“磨钝”,特别是“

18、粘盖”现象最为严重,一旦出现“粘盖”,砂带就无法继续使用。因此,美国最近在制造砂带中已加添抗“粘盖”的化学添加剂。 D 提高自动化程度 多头砂带磨床、运输带式或回转台式砂带磨床都是实现自动化的一些手段。至于数控砂带磨床,早在 1973 年在西德就开始使用,西德的 FBSA ? 800 、 FBSA - 1000mm 大平面砂带磨床也早已开始应用。 E 扩大万能性和适应性 一机多能、一机多头机床,上下表面同时加工的机床,磨完工件上表面后工件自行翻身再磨下表面的机床,连续加工而工件自动退回的机床,机电一体化的各种砂带磨床,随着工业发展已相继问世和投入使用。砂带磨床的万能性、适应性今后还会进一步发展

19、,使砂带磨床在工业生产中无所不能。1.2.3 砂带磨床的设计介绍 砂带磨削是根据工件形状,用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件表面进行磨削和抛光的一种新工艺。随着汽车、建材、装饰工业、模具工业及其它轻工业的进步和发展,对金属和非金属材料特别是难加工材料如塑料、皮革、橡胶、不锈钢、陶瓷等表面机械加工质量、生产率及劳动环境提出了越来越高的要求,用一般传统的切削加工方法已难以满足这些要求。在过去的五、六十年内,砂带磨削作为一种新工艺,在这些加工领域发挥着越来越大的作用。砂带磨床主要用来作为粗磨、去毛刺、大余量磨削、精磨、细磨、装饰抛光、无心磨以及成形磨削之用。在现代工业中,砂带磨削技术以其独具的加

20、工特点被视为是一种很重要的加工方法。国外有专家曾把砂带磨床比作“未来的巨人”来加以评述5。 1) 砂带磨削原理: 实现砂带磨削加工的主要方法有:砂带自由张紧法、带有接触轮的转动砂带法和接触板法。最常用的是带有接触轮的转动砂带法。如图 1 所示: 砂带套在传动轮、接触轮的外表面上,并使砂带张紧和高速运动,根据工件形状和加工要求,以相应接触方式和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。 砂带磨削的基本部件有: A 主轴传动装置。有单速或具有较大灵活性的变速传动,有时装有可逆电动机,以改变砂带的运动方向。皮带速度为 10 50m/ min , 通常取16 30m/min ,主传动装置的功率,在每10mm

21、宽的砂带上是0.30. 7kW。图 1 :接触轮式砂带磨削 B 砂带张紧装置。保持磨削及导向时砂带的适当张力在砂带磨削过程中起到重要作用,它影响到砂带的切削性能和加工零件表面粗糙度。当增加砂带拉力时,可提高金属切除量,但同时也提高表面粗糙度值和磨料覆盖层的消耗量。经试验表明,砂带的张力在68N/ mm 范围内,在逆磨削时每次行程能切出最大的金属量。拉紧机构有各种形式,从简单的机械或弹簧方法到宽砂带与重负载磨削机床用的气动及液压拉紧装置。同时,为了获得最大的生产率,必须使更换砂带的时间最少,通常操作者能在1min 之内更换砂带。 C 砂带导向装置。砂带工作时, 惰轮或张紧轮应当可以调整,使砂带定

22、位及对中,根据砂带的宽度,这一装置可以手动或自动。砂带宽度大于 200mm 时,通常使用自动导向装置,使接触轮与张紧轮之间的砂带自动对正。 D 接触轮。接触轮在磨削点上支承砂带,其本体是用铝或钢制成,轮上覆盖橡胶、纤维、毛毡或其它材料制造的弹性圈厚度为315mm。根据需要,可制成各种密度橡胶轮,轮的表面制成交错开槽式或平滑式。使用各种橡胶化合物作为接触轮的覆盖面,以满足一定的磨削要求。这些化合物包括:氯丁橡胶、乙烯树脂、硅酮橡胶、氯硫酸化聚乙烯合成橡胶。 E 若在砂带后面安装一块型板钢、硬质合金或铸铁平板来代替接触轮,则可完成磨边、四边形、端面、平面及精磨工作,保证零件的平面度或直线性。 此外

23、还有吸尘系统等。 2 砂带磨削特点 砂带与易损坏的工具如用于单刃车削、铣削、砂轮磨削等工具相比,具有下列特点: A 加工效率高。经过精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法”,使砂粒均匀直立于基底、且锋口向上、定向整齐排列,等高性好,容屑间隙大,接触面小,具有较好的切削性能。应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工,对钢材的切除率已达每 mm 宽砂带 200600 mm3 / min。 B 加工表面质量高。砂带磨削时接触面小摩擦发热少,且磨粒散热时间间隔长,可以有效地减少工件变形及烧伤,故加工精度高,尺寸精度可达0.002mm,平面度可达0. 001mm。另外,砂带在磨削时是柔性接触,具有较好地磨削

24、、研磨和抛光等多重作用,再加上磨削系统振动小,磨削速度稳定使得表面加工质量粗糙度值小,残余应力状态好,工件的粗糙度可达 Ra0. 40. 1m ,且表面有均匀的粗糙度。但由于砂带不能修整,故砂带磨削加工精度比砂轮磨削略低。 C 工艺灵活性大,适应性强。砂带磨削可以方便地用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工、切削余量 20mm 以下的粗加工磨削、去毛刺和为镀层零件的预加工、抛光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接处的凸瘤、代替钳工作业的手工劳动。除了有各种通用、专用设备外,设计一个砂带磨头能方便地装于车床、刨床和铣床等常规现成设备上,不仅能使这些机床功能大为扩展,而且能解决

25、一些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规则表面等的精密加工。 D 砂带有很大的弹性, 因而整个系统有较高的抗振性。 E 砂带尺寸可很大,适用于大面积高效率加工,且设备简单,操作安全,使用维护方便,更换砂带和培训机床操作人员花费时间较少。 F 在加工过程中砂带增长,外形和尺寸达不到高精度,加工零件上的尖锐突出部位和用细粒度磨料精磨困难,砂带的坚固性比较低,同时在大多数情况下砂带不可能修正,所以使用期限短。 3 砂带磨床设计:砂带磨床设计一般包括下面三部分内容:A 传动设计:一般来说,机床传动设计相对较简单,主要由三方面组成:a 砂带的主运动b 砂带的进给运动c 工件的进给运动。B 主要机

26、构设计:a 砂带张紧装置b 接触轮设计。 C 主要技术参数选择:砂带速度、砂带长度、宽度、砂带电动机功率。总体方案设计2.1 工件加工工艺分析 本课题中,研究摩擦片表面去毛刺的解决方法,上一章节中对其加工现状做了简要介绍,可以看出,现有的加工方法中砂带磨削应该是一种经济实惠的方法。根据中华人民共和国机械行业标准?工程机械制动摩擦片技术条件(JB/T 8817-1998),摩擦片加工过后,其外观质量要求为:摩擦片的外观不应有影响使用的龟裂、伤痕、分层、气泡、翘曲、扭曲等缺陷。同时,摩擦片的推荐材质一般有铜丝石棉编织带、钢纤维树脂模压型、石棉橡胶树脂模压型,本课题中将重点针对钢纤维树脂模压型这一类

27、进行专用砂带磨床设计。由于摩擦片属于薄板工件,往往其厚度在几到几十毫米之间,因而在加工过程中难于对其定位夹紧,且易变形,所以在加工过程中必须特别注意。摩擦片的表面去毛刺这一加工过程,可以理解为对其表面进行精加工,或者可以看成对其表面进行抛磨,以最终达到使用要求,所以在加工过程中没有大的磨削量。最终摩擦片加工后将达到:尺寸精度 0.005mm ,平面度 0.001mm ,工件粗糙度 Ra 0.4-0.1 um 。针对以上问题,下面将详细叙述其解决办法。 首先,摩擦片表面去毛刺只是对表面进行加工,因而所要设计的砂带磨床将定义为平面砂带磨削磨床。就平面砂带磨削而言,实现平面磨削的方式只能是接触轮式和

28、压磨板式,因此平面砂带磨削的接触方式、工件运动轨迹以及磨头结构的布局和组合形式等都是以此为基础的6。本设计将采用接触轮式设计。 其次,针对摩擦片属于薄板工件,难于定位夹紧、易变形等特点,且只对钢纤维树脂模压型这一类进行磨床设计。将采用磁台对其加紧定位,传输带进行工件进给的组合方式来实现。 最后,由于加工过程中,不需要大的磨削量,所以磨头将设计为固定,即磨削主运动为固定,磨削量的控制将由一个微变升降工作台来实现。 2.2 机床总体布局 上文已经提到,将设计一个平面砂带磨削机床,且主要需要一个磨头、磁台、传输带、工作台组合成一台机床。因而,将采用传输带式平面砂带磨床的形式,简明布局见图2: 由图分

29、析,工件随传输带一次进入磨削区域,由磁台对其定位夹紧,效率高,易于实现,操作很简单,便于自动化。 1-磨头 2-工件 3-磁台 4-工作台 5-传输带图 2 :机床总体布局示意图2.3 机床主要技术参数的确定 砂带磨床的主要技术参数设计包括磨削速度即砂带速度;砂带长度、宽度;工件进给速度即传送带速度;驱动砂带电机功率。 由于去毛刺属于轻载精加工,一般砂带速度选择为 25-35 m/s ,本设计中将选用 30 m/s ,即 Vs30 m/s 。此外工件速度将定于 3 m/min,即 Vw3 m/min ,以此保证工件加工的足够精度。砂带磨床主要参数选择如下:砂带速度:Vs30 m/s工件进给速度

30、:Vw 3m/min砂带:1950mm 200 mm(长度宽度)( VSM KK711 422)砂带磨头电机额定功率:15 Kw ( Y160L-4)加工范围:工件直径200mm,厚度 3-20 mm传送带尺寸:1800 mm220 mm(长度宽度)磁台尺寸:200mm200mm(长度宽度)进给系统电机额定功率:2.2 Kw (Y132S-8)电源:380V/220V50HZ磨削方式:干磨磨头设计3.1 磨削分析与计算以及磨头结构设计3.1.1 磨削力的理论计算: 磨削力是研究砂带磨削过程中的一个极为重要的参数,它和砂带的磨损,磨削表面质量及比磨削能等有着直接关系。而且磨削力易于测量和控制,因

31、此可以用磨削力诊断磨削状态,作为适应控制的评定参数7。且通过磨削力的计算可以对磨床的后续设计做好准备。一般来说,磨削力可以分解为法向和切向两个方向的力,具体计算如下: 已知:砂带速度 Vs30m/s,工件速度Vw3m/min,砂带宽度 B200mm,有效磨削深度 ap0.01mm,比磨削能 Us800kg/mmmm。 根据公式计算如下:法向磨削力:FnUsB/Vs3-1511N切向磨削力:FtUsB/ (3-2)355N 由于砂带磨削其磨削分力的比例(即切向力和法向力之比)不同与常规的车、刨、铣等8。一般的车、铣等工序的切向分力是法向风力的 2 - 3 倍;而砂带磨削的情况却正好相反,因为起磨

32、削深度和进给量均很小,而磨粒的切削刃钝圆半径较大且为负前角切削的缘故,经实验研究表明,砂带磨削时一般为: Ft/Fn0.33-0.7(3-3)本设计中,Ft/Fn 355N/511N0.69,所以满足这一规律,即说明各参数设定合适。3.1.2 磨削功率计算: 由物理学与功率的关系可知: NFV/1000(3-4)式中 N?功率(kW) F?作用力(N) V?物体在力F作用下的运动速度( m/s )显然对于砂带磨削来说,上式中 FFt(切向磨削力) VVs(砂带磨削速度)所以,砂带磨削的功率应为: N Ft Vs/1000(kW) (3-5)因而,由(3-5)计算得: N Ft Vs/10003

33、5530/100010.65Kw由于电机在传输过程中有必要的功率损失,所以选用电机 Y132S-4 ,其主要技术数据如下:额定功率:15Kw满载转速:1460r/min起动转矩额定转矩:2.2N/m最大转矩额定转矩:2.2N/m3.1.3 砂带张紧力计算: Fo PB (3-6) 式中 P?砂带张力系数 50-100/25mmB?砂带宽度 200mm由(3-6)计算得: FoPB 400-800N3.1.4 磨头结构的尺寸设计: 接触轮设计驱动轮直径( D1 )的确定驱动轮直径( D1 )可由下式计算,即 D1(601000Vs)/NS(mm) (3-7)式中 Vs?砂带速度 30m/s Ns

34、?驱动轮转速 r/min初定驱动轮直径 D1 250mm,可由公式(3-7)得: Ns(601000Vs)/D1 2304 r/min由于砂带驱动电机的满载转速 N1460r/min由此可得主运动传动比 i: iNS/N2304/14601.57取标准值 i1.6. 因为设计中选用接触轮式且驱动轮为接触轮,所以接触轮直径 D 即为驱动轮直径 D1,即 D D1250mm 。同时,由于去毛刺的加工性质为轻载精加工,因而接触轮将选用表面为平坦状的形式,轮材选用吕材,表面材料为橡胶,硬度和密度为 Hs40-959,具体设计见附图。 张紧轮设计 砂带必须在一定张紧力作用下才能工作,张紧机构产生的张紧力

35、通过张紧轮使砂带得以张紧,并在驱动作用下使砂带进行磨削,张紧轮不但起张紧砂带的作用,而且还起导向作用,使砂带不致偏离接触轮。张紧轮直径越大,导向控制越灵敏。一般情况下建议直径大于 125mm。张紧轮过小会引起砂带弯曲过分或振动,也会使其转速过高带来其他不利影响。为使砂带定心,张紧轮和驱动轮外圆都要求作成中凸弧形。中凸高度值不能过大,否则会引起砂带振动及受力不均并使砂带中部损伤。本设计中,因为 B200mm,中凸高度值由查阅有关资料得: 2mm。 同时为了磨削性能的抱枕,必须让砂带有一定的包角,且由于驱动轮为接触轮,所以张紧轮直径 D2应该小于接触轮直径 D。 综上,选定张紧轮直径 D2200m

36、m。3.1.5 砂带尺寸选择及计算: 前文提到选用的砂带为:1950mm200mm(长度宽度)( VSM KK711 422 ),其粒度为 P120,可以很好的完成加工要求。 由于接触轮与张紧轮的直径都已经确定,又选定砂带型号,即已知: D250mm、D1200mm、L1950mm。因而可以计算出带轮间的中心距d和砂带的包角a,公式如下:中心距: d(L-Dm)/4+()/4 (3-8)式中 Dm(D+D2)/2; (D-D2)/2;可得:d621.2mm驱动轮包角: a180+D-D260/d (3-9)可得: a184.83 由于包角的大小影响砂带的传载能力,包角越大,传载能力越强,一般来

37、说包角越大越好。若包角过小,传递动力时易打滑。计算包角不得小于许用包角值 a,即 aa 这在磨头结构设计时非常重要。驱动轮面是钢材或铝材时取a150,而本设计中a184.83,满足条件。3.1.6 砂带磨削过程中的受力分析: 上文提到本设计将采用接触轮式磨削,而接触轮式磨削是砂带磨削所有类型中应用最多,也是最有代表性的形式,其结构方式有两种基本形式:接触轮直接作为驱动轮,另一轮子为张紧轮;接触轮不做驱动轮,驱动轮同时又是张紧轮。考虑到机床的总体布局,本设计中将采用接触轮直接作为驱动轮的形式。砂带磨削过程中的砂带受力分析如下: 当砂带静止时,上下两边的砂带张力均为砂带初张力 F0 。当驱动轮转动

38、时,驱动轮对砂带的作用力为Ff(有效圆周力)。砂带与工件接触产生一定的磨削力,分法向磨削力(Fn)和切向磨削力(Ft),并反作用与砂带。此时砂带两边的张力发生变化,分别为F1、F2。在临界状态(即砂带磨削中将要而又没有打滑的状态)时,各种作用力之间存在如下关系: Ff + F1 Ft + F2 如果不计轮子本身的转动惯量和轮轴轴承间的摩擦阻力,应有: F1 F2 ,得Ff Ft 。 由此可见,欲使砂带能保持正常磨削而不打滑,必须 Ff Ft 。 由平带传动原理可知,有效圆周力Ff与张紧力 F0 和轮子结构尺寸之间的关系是: (3-10)其中 F0 ?砂带初张力,选 F0 400N e?自然对数

39、的底( e 2.718) u?砂带与驱动轮接触面的摩擦系数 a?砂带绕驱动轮的有效包角由此可以得出理论圆周力,而实际圆周力应为: Ff0 Ff + kuFn (3-11)式中 k?与接触弧长和接触轮开槽情况有关的系数,当接触轮无开槽时k1;Fn ?法向磨削力。最后通过计算得出实际圆周力为:Ff0 1311 N3.1.7 张紧机构及快换操纵机构和调偏机构10 为使砂带磨头正常传递动力,使砂带正常磨削,砂带必须张紧。另外,在工作中由于砂带也会塑形伸长,其预紧力会下降,必须使砂带重新张紧。 张紧方式有内部张紧(张紧轮压在砂带背面)与外部张紧(张紧轮压在砂带砂面)两类,本设计中采用的是前者内部张紧。此

40、外张紧机构可分为周期性张紧和自动张紧两类。周期性张紧多采用螺纹和涡轮副等。自动一般采用弹簧、配重及气动、液压张紧装置等。本设计中采用的是弹簧自动张紧装置,结构见磨头结构图。前文张紧轮设计说明中提到,张紧轮通过设计一个中凸值,可以很好地防止砂带在磨削运动过程中不致于偏离接触轮,因而不必独立设计调偏机构。快换操纵机构主要采用了手柄杠杆原理来简单实现,操作简单且高效。详细结构见磨头机构图。3.2 主轴设计10 选择轴的材料 选用45钢,正火处理。估计轴的直径小于100mm,查的:b 600Mpa,s 300Mpa,-1275 Mpa,-1140 Mpa。 所承受的扭矩初估计轴的最小直径 (3-12)

41、 查的,C 118-107,取 C 118(此轴为转轴)。则 因最小直径在带轮处,此处有一键槽,且由于轴的悬伸量较大,故轴径因适当增大,参照有关经验,取标注值d26mm。 轴的结构设计(见图3-2a) A 确定各段轴的直径 考虑到轴上接触轮与皮带轮分别由轴的两端装卸,且皮带轮处为最小轴径,接触轮安装在轴上需要一定的锥度,且接触轮处悬伸量较大,所以接触轮轴头处轴径应适当增大,取28mm,为保证一定锥度,到轴颈处取轴径30mm,即两端轴径都取30mm。轴肩处需安装轴承,轴径应大于轴颈处轴径30,同时考虑到滚动轴承内径的标准值,所以轴肩直径取标准值35mm。轴肩与轴颈过渡处的倒圆半径取为2mm,轴身

42、轴径适当增大,取为40mm,轴肩与轴身处退刀槽尺寸为21mm。接触轮轴端处需螺母固定接触轮,选用M20螺母,因此此处轴径为M20。 B 初选轴承类型及型号 因轴主要承受径向载荷,所以选用深沟球轴承,且主轴部件是磨头的关键部件,为了防止轴承磨损后造成较大的径向跳动,采用双联轴承自行消除轴向间隙的结构,即各自选用一对C级6307轴承,详情见主轴装配图。 C 确定各段轴的长度 轴承间采用套筒进行轴向定位。为保证套筒与轴承端面紧靠定位,且轴承间有定距环,装轴承处的轴肩长度应略小于两轴承宽度和定距环宽度之和,定距环宽度初定为3mm,所以两端轴肩处长度取为42mm。带轮处轴径由于需安装端盖,且到带轮处需一

43、定的悬伸量,取为80mm。带轮轴头长度由带轮宽度决定,下一节中将对带轮设计作详细介绍,长度取为52mm。由于接触轮宽度为200mm,有较大悬伸量,且此端轴颈需安装定距环和端盖,定距环初定为15mm,加上端盖厚度,此处轴颈长度取为50mm。接触轮安装出轴头,应比接触轮宽度小,取为150mm,轴端需上一个螺母与垫片固定接触轮,长度取20mm。轴身长度为86mm。 D 轴上零件的周向固定 带轮出采用A型普通平键联接,由手册查得截面尺寸bh为8mm7mm,长度取为45mm。 E 确定轴上倒圆半径及轴肩与轴头表面粗糙度 轴肩与轴颈过渡处的倒圆半径取为1.5mm,轴头表面粗糙度 ,轴肩表面粗糙度由轴承标准

44、查得 。 轴的受力分析 A 求轴上扭矩955044.1 B 求接触轮上及带轮上作用力由前文知,接触轮受磨削力与砂带反作用于它的实际圆周力,分别为:Ff1311N,Ft355N ,Fn 511N带轮上的作用力将在下节作详细介绍,得 F1384NC 确定跨距右端支反力作用点到带轮作用点间的距离为:50mm左端支反力作用点到接触轮作用点间的距离为:100mm 两支反力作用点间的距离为:213mmD 作计算简图(见图3-2 b )E 求水平面内支反力 及 ,并作水平弯矩 图(见图3-2 c、d )截面1的弯矩: 截面2的弯矩: F 求垂直面内支反力和,并作垂直面弯矩图(见图3-2 e、f )截面1的弯

45、矩: 截面2的弯矩: G 作合成弯矩M图(见图3-2 g )截面1的合成弯矩:截面2的合成弯矩: H 作扭矩T图(见图3-2 h ) 轴的疲劳强度安全系数校核计算 确定危险截面:由图3-2a所示看出,轴上多个截面存在应力集中,但截面3和截面6所受载荷较小,可不考虑。截面4和截面5轴径相同,但截面4比截面5所受的载荷小,故排除截面4。截面2所受载荷较小,可排除。所以只需对截面1和截面5进行安全系数校核。 A 截面5的安全系数校核计算查得: 有效应力集中系数:2.52, 1.82 绝对尺寸系数:0.91,0.89 表面状态系数:0.85,1.5, 1.275 等效系数查得:0.34,0.21 截面

46、的抗弯、抗扭截面模量()由轴的直径d30mm,查得: 截面上的应力: 弯曲应力为对称循环变化,弯曲应力幅: 平均应力0; 扭转切应力为脉动循环变化,扭转切应力: 扭转切应力幅与平均切应力相等, 安全系数: 弯曲安全系数: 扭转安全系数: 综合安全系数: 取S1.0-1.1,SS,合适。 B 截面1的安全系数计算查得: 有效应力集中系数:1.86, 1.54 绝对尺寸系数:0.91,0.89 表面状态系数:0.93,1, 0.93 等效系数查得:0.34,0.21 截面的抗弯、抗扭截面模量()由轴的直径 d 26mm,键槽宽 b 8 mm,键槽深 t 4 mm ,查得: 截面上的应力: 弯曲应力为对称循环变化,弯曲应力幅: 平均应力0; 扭转切应力为脉动循环变化,扭转切应力: 扭转切应力幅与平均切应力相等, 安全系数: 弯曲安全系数: 扭转安全系数: 综合安全系数: 取S1.0-1.1,SS,合适。