单砂金属砂带机的设计毕业论文.doc

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1、单砂金属砂带机的设计机电院机制0901班：及兆林指导教师：王会强 李新领 孙维连摘要:砂带机是对工件进行降低表面粗糙度加工的一类机器。金属砂带机也就是人称之为：带式金属砂带机。砂带机主要用于磨削金属，是利用砂带上的颗粒对金属进行磨削，改变表面粗糙度。砂带机在金属抛光中使用广泛，需求量大，品种较多，近年来发展迅速。砂带机的特点是适应性强，能提高工作的尺寸精度，也能降低工件的表面粗糙度，是金属磨削的重要机床之一。 综合以上考虑之后，将本次设计内容定为单面金属砂带机的设计。主要包括动力源，传动装置，变速装置，工作部分等，考虑到防止重心过高引起整机振动，设计中将主电机置于下方，并通过皮带传动带动变速器

2、，使整机重心下降，有效增强整机的稳定性。关键词：砂带；单面磨削；防尘；冷却；Abstract: belt machine is a kind of machine to reduce the surface roughness of workpiece. The metal belt machine is also called: with a metal belt machine. Abrasive belt grinding machine is mainly used for grinding metal, is the use of metal abrasive belt grindi

3、ng particles on the surface roughness, change. Abrasive belt machine is widely used in metal polishing, high demand, more variety, developing rapidly in recent years. Features of abrasive belt machine is adaptable, can improve the size precision of the work, but also can reduce the workpiece surface

4、 roughness, is one of the most important metal grinding machine. After the comprehensive consideration of the above, the design content designed for single metal abrasive belt machine. Mainly includes power source, driving device, transmission device, working part, considering the vibration due to h

5、igh center of gravity, the main motor is arranged on the bottom, and through a belt drive transmission, so that the whole machine weight decrease, effectively enhance the stability of the whole.Keywords: single-sided grinding belt; dust; cooling;1 引言1.1 课题背景和研究意义砂带机是利用砂带上的颗粒对金属进行砂削（或称磨削）加工的设备。砂带机在金属

6、磨削和抛光中使用面广，需求量大，品种较多，近年来发展速度较快。砂带机的特点是适应性强，能提高工作的尺寸精度，也能提高工件的表面粗糙度；能加工宽度较大的工件，也能加工窄的工件；能加工多种平面，也能加工多种曲面；能用于大量生产，也能用于小批量生产。目前，国外的砂带机越来越多的代替刨床加工。砂带不仅可以大大的减少刨刀造成的金属裂纹和表面损坏现象，也可以减少坯料的尺寸510%，而且克服了刨床不安全，噪声大等缺点。如将其与铣床，车床等组合，可以连续完成成型和砂光加工。因此，砂带机成为金属磨削的重要机床之一。砂带机的主要特点有：（1）具有“快削法”之称。由于粘满尖锐磨粒的磨具是一种多刀多刃的特殊切削工具，

7、砂粒均为精选的针状磨粒，其长宽比大于1.5，粒度均布，磨粒等高性好，可使全部磨粒同时参与磨削，对工件的砂削效率很高，带式磨削的效率可达铣削的十倍左右。（2）具有“冷态磨削”之称。由于现在的砂带，砂纸大都采用静电植砂工艺，所以磨粒均直立于基底且锋刃向上，定向整齐排列，磨粒间容屑空间大，磨粒与工件的接触面积小，磨削热产生少。砂带机磨粒散热时间间隔长，磨削后的工件表面残余应力和表面硬化层的深度均大大低于砂轮磨削和辊式磨削，减少了工件的变形和烧伤。（3）具有“弹性磨削”之称。砂带机在砂削过程中与工件的接触大都为柔性接触，有较好的抛光作用，且静电植砂后的磨粒具有较小的负前角和较大的后角，即使对粗糙的金属

8、表面进行加工也能得到好的表面粗糙度。1.2 砂带机的发展趋势（1）向高精度发展。为提高加工精度，各国都采取了许多措施：如提高接触辊的制造精度和调整精度；提高输送带式工作台的平度；接触辊等回转件都经动平衡矫正。（2）向低粗糙度发展。砂带横向摆动方式趋于普遍应用。许多砂带机上采用了电子控制砂带的横向摆动，气垫式压带器，电子控制分段式压带器，采用大直径的硬度接触辊。（3）向高加工能力发展。为了提高砂光效率，有的砂带机上采用大功率电机，高砂削速度（达40m/s），高进给速度（达75m/min），为提高加工短工件和油漆面的能力，许多砂光机上采用真空输送带式工作台，采用橡胶输送带，采用各种软质压带器等。（

9、4）向高自动化程度发展。近年来又出现了微机控制的仿型砂带机。（5）向安全和无尘方向发展。在各种砂带机上普遍采用高效的集尘除尘装置，改善工作环境卫生条件，保持工件表面的清洁。随着中国改革开放带来的信息技术，中国的机械厂家也开始研制自己的砂带机。国内最早的砂带机研制厂家是牡丹江机械厂，从一九八三年起参照日本菊川的技术生产出了BSG系列砂带机；然后青岛机械制造总公司从一九八七年引进意大利DMC整套技术取得了成功，并逐步拓展成多规格和多功能的系列化产品；其次苏州林机厂引进德国BION的技术生产出重型砂带机，随后其精细类宽带砂带机也应运而生。就砂带机的生产起步来说，我国同国内外先进国家相比约落后四十多年

10、；就技术水平而言，由于起点较高，约落后十五年左右。在中国，砂带机的市场还是很大的，但面对国际市场的冲击，还有价格低，功能全的中国台湾砂带机的冲击，使得国内大陆砂带机的生产厂家变得较为严峻，而且我国砂带机的研制厂家都在纷纷上马，使得砂带机市场竞争变得更加激烈。1.3 国内外砂带机的发展动态砂带机作为一种先进的技术手段，特别是其高生产率和完美的加工质量深受用户的欢迎。七十年代后期，随着我国经济发展和对外开放政策的实施，国内许多厂家通过各种渠道引进国外多种形式的砂带机。88年之前引进了来自日本、意大利、德国、美国、英国、荷兰、芬兰等七个国家18个厂商超过200台砂带机；89年以后，随着三资企业的兴起

11、，台湾、香港等地的砂光机纷纷进入大陆。这些砂带机均能起到满意效果，对我国金属磨削工艺的进步起到推动作用。而我国砂带机制造起步较晚，是在85年以后又六家工厂在引进制造技术，参考样机基础上，试制成功多种型号的砂带机，填补我国砂带磨削机械生产上的空白。可见我国机械制造行业对砂带机的应用已达到相当规模。现在国产砂带机与国外同类产品的差距已经不是很大，列如苏福马股份有限公司，青岛千川木业设备有限公司等厂家，他们的产品已经达到了很高的水平。随近几年国内几家机械制造企业的蓬勃发展，对我国机械制造行业的进步做出了一定贡献。金属砂带机作为一种技术要求较高，生产工艺复杂的机床在中国的发展还须全体同仁共同努力，开创

12、我国机械制造行业的新纪元。 1.4 本课题的立题依据砂带机是现代机械加工生产中广泛应用的设备之一，用于各种金属零件的精加工，以提高其尺寸精度，表面平直度和光洁度，为金属零件的油漆或板材的二次加工获得良好的基面。金属砂带机的优点：（1）砂带磨削能够加工表面质量及精度要求高的各种形状的工件。砂带磨削不但可以加工常见的平面、内外圆表面的工件，还能以极高的效率加工表面质量及精度要求都较高的大型或异型件。（2）大面积板材的抛磨加工。砂轮的宽度最大仅1000mm，而砂带可以做到2500mm以上。金属带材或线材的连续抛磨加工。由于宽砂带磨削的发展，使薄型带材在整个宽度上都有相同的磨削条件，不至于发生局部受力

13、过大，产生应力变形，故冷扎钢带、铜、铝带及其它合金带材等的表面都适合于用砂带连续抛磨。（3）长径比很大的工件内、外圆抛磨。现代工业中的各种大型的、长径比很大的轴类工件的外圆和管类工件的内圆表面的加工利用砂带磨削十分方便。（4）复杂异型工件的抛磨。曲面工件的成型磨削，难度较大。然而利用砂带的柔性可方便地加工各种复杂曲面，曲率半径仅为3mm的内圆角，砂带亦可对其进行抛磨。综合了以上的考虑之后，我将本次设计的题目定为单面上砂式单砂架砂带机，其形式为辊压组合式。这个砂带机的设计目标主要用于金属零件的砂光和表面磨光。本机在设计过程中进行了充分的立题论证，从理论到实践都符合设计的基本要求，因此客观依据充分

14、，使整机在性能和经济性方面符合客观要求。2 总体方案拟定2.1 设计的总体原则（1）应考虑金属砂削工艺方面的各种因素，以适合于不同工件加工的工艺灵活性，保证较高的加工精度和稳定的加工质量。（2）操作方便舒适，易于维护、维修和调整。（3）最大限度地降低振动、粉尘和噪声，提高机床的整体强度，保证其可靠性和安全性。结构布局要合理，保证机床的使用寿命。（4）降低成本，经济实惠性，耐用、电能、消耗适中。（5）整个机床的几何精度、工作精度、制造与验收条件、安全防护等均应符合国家规定的砂带机的标准。2.2 砂架的形式 根据砂削部分的结构不同，砂光机有三种基本形式的砂架： 辊式砂架（如图1所示）、压磨式砂架（

15、如图2所示）和组合式砂架（如图3所示）。砂光机砂架的设计应保证刚度及抗震性能，砂架与机架结合应紧密，使之与机架成一牢固整体。只有满足上述两个条件才能保证砂光机工作过程的稳定性和较强的砂削力。图1 辊式砂架图2 压磨式砂架图3 组合式砂架相应的，砂带磨削方式也有三种：接触辊式、压磨垫式和组合式。 接触辊磨削：从理论上讲，砂带与工件的接触是线接触，接触面小，分配到单个磨料上的压力非常大，因此有利于去除大的加工余量，用于对对板材进行厚度方向的几何尺寸的精确校准加工，以获得所需的均匀一致的板材厚度，是用于定厚磨削工序。相应的砂光头上需安装粗粒度的砂带。压磨垫式磨削：工作区面积较大，为平面磨削，参与磨削

16、的磨料多单个磨料受到的压力较小，有很多磨料同时参与工作，适用于磨削量小、需要增加光洁度的抛光工序，用于去除粗砂砂痕，和砂光波痕，以获得手感细腻光滑的砂光表面。相应的砂光头上需安装细粒度的砂带。组合磨削：接触辊与压磨式垫的组合，兼有定厚和精砂的功能。定厚辊和压磨器可以分别单独调整。当定厚是将接触辊调整到工作位置，此时定厚辊作为过渡导向辊使用。这种砂削方式的灵活性好，抛光磨削之前，接触辊和压磨垫磨削量不同的比例根据具体情况进行调整设置。2.3 机架的设计 （1）对振动、噪声、刚度、可靠性等因素要着重考虑，如有的砂带机整个焊接机架里面注满了水泥沙石，这种结构坚实，抗震的钢框架结构保证了定厚砂光的精度

17、。 （2）应考虑整个机床的吊装、运输、校平与固定的问题。 （3）机床应具有快速更换砂带的功能，清扫方便，便于维修人员进行日常维护的基本要求。 （4）机架采用厚钢板焊接而成经济实用。2.4 防尘和冷却系统 工件在磨削制造过程中要产生大量的粉尘，火星四射，因此在砂带处要装有防尘和冷却装置。当砂带机工作时，冷却水也不断循环，一边冷却工件，一边冷却被磨掉的粉尘，同时冷却水阻止粉尘的飞溅，金属粉尘会随着冷却水流回水箱，在水箱里经过过滤、沉淀，最后再人工把这些金属残渣清除掉。在防尘和冷却系统中，通过冷却水，即实现了防尘也实现了冷却，改善了操作者的工作环境，同时极大的避免了飞溅的金属火星对人身造成的伤害。2

18、.5 无级变速系统 砂带在砂削工件过程中，会遇到各种各样形状的零件，为了增加该机床的通用性，给它增加了一个无级变速装置，这个变速装置可以为操作者，提供大转矩或者大转速，在加工不同形状、不同材料的零件时，改变到最适应最恰当的速度，来进行磨削，是金属表面达到一个最好的粗糙度。2.6 总体方案 本机采用辊式砂架和压磨式砂架的组合式砂架。机架大量采用厚钢板的焊接形式，有效降低整机质量，机床内部空间较大利于砂带的冷却和工作粉尘的排出，使结构简单易于制造。在机床的工作部分有冷却和防尘装置，用于将砂带磨削过程中产生的粉尘带出机床内部，改善工作环境。工件在砂削之前和砂削之后需要采用软质的毛刷辊清扫杂质和金属屑

19、，便于砂削的正常进行和砂削质量的鉴定。3 机床的结构及重要部件的选择3.1 机床的总体结构3.1.1 机床的布局本机床在布局上采用上砂式单砂架布局，相应的布局为辊式砂架;采用压磨式砂架。砂架位于工作台上方，为了平衡整机的重心，主电机置于工作台的下方，采用皮带传动，总体结构如图4。图 4 总体结构3.2 机床的总体结构该砂带机的主体结构分为五大部分：（1）电动机，主要为机床提供动力源；（2）传动部分，将电动机的动力传递到变速器，完成动力的传递；（3）无级变速部分，随时改变转速或者扭矩，为机床提供一个最恰当的工作状态；（4）工作部分，主要对金属零件的加工，同时为防尘和冷却的功能提供一个密闭环境，改

20、善工作环境和增加安全系数；（5）水箱部分，主要是为防尘和冷却系统提供充足的冷却水。3.3重要部件的选择3.3.1电机的选择功率的确定方法有计算法、实验法和类比法，此处选用类比法初选。最后还须对电机进行校核。电机 所选型号为Y100L-4技术参数：p =3kw =1420r/min 3.3.2 带轮与V带的选择(1).工况系数：=1.2(2).设计功率： Pca=kap 是工况系数，P是传递功率，初定3kw，故=3.6kw。(3).两个带轮直径相同 带轮直径 D=90mm通常带轮的节圆直径可看作为基准直径。(4).带速：V= 普通V带 =25-30，。一般V不低于5m/s，为充分发挥v带传动能力

21、，应使v带速约为20m/s。V=15.39m/s (6).初定轴间距： 0.7（）2（）所以=620mm(7).所需带长：=2+（）+=1540mm (3.3)(8).基准带长： =1600mm 选B型V带3.3.3 轴承的选择工作辊的轴承选择深沟球轴承，型号：6004。基本尺寸：d=20 D=42 B=12安装尺寸：da=25 Da=37 B=12无级变速器的轴承选择角接触轴承，型号：7205C基本尺寸：d=25 D=52 B=15安装尺寸：da=31 Da=46 B=153.3.4冷却泵的选择电泵型号：AB-12 额定功率：40W 额定电压：380V 最高扬程：3M 最大流量：12L3.4

22、砂带机的安全防护和润滑3.4.1整机的防护整机的防护措施有以下几方面：机架及外露部分喷涂深绿漆，防止其受腐蚀而生锈，影响机床外观及使用寿命。定期检查各重要部件，如立柱是否强度刚度保持足够，摩擦轮是否反应灵敏，各配合处是否仍符合标准。定期注油或涂油，加强润滑，防止机床过度磨损。3.4.2润滑在机床中凡是具有相对运动零件表面都会由于摩擦而造成不同程度的磨损，为了控制摩擦，减小磨损，必须加强润滑。润滑的作用有以下几个方面：（1）控制摩擦在摩擦表面之间加入润滑剂，形成油膜，就可以降低摩擦系数，减小摩擦阻力。例如在良好的液体摩擦条件下可以将摩擦系数降低到0.001甚至更低。（2）减小摩损只有选用合适的润

23、滑剂，就能形成良好的润滑条件，避免油膜的破坏，保持零件配合精度，从而大大减小摩损。（3）降低温度机床运转时，摩擦消耗的机械能转化为热能，引起摩擦部件的温度升高。使用润滑油，可以使摩擦表面温度降低，起到降温冷却作用，使机械控制在所要求的温度范围内运转。（4）防止腐蚀，保护金属表面润滑剂对金属没有腐蚀作用，能隔绝空气中的水分和有害介质的腐蚀，在机械的金属表面添加润滑剂使可起到防腐，防锈和保护金属表面的作用。（5）密封作用润滑剂不仅起到润滑，减小摩擦作用，而且还有增强密封的作用，防止水湿或其他灰尘，杂质，进入摩擦幅从而起到良好的密封效果。4 主要的设计计算4.1切削速度及接触辊直径的确定经多方面查证

24、，宽带砂光机的砂带运行速度一般为1832m/s。则：其中： V-砂带线速度 D-接触辊直径 N-电机转速 i-皮带轮传动比（i=2）故：=60000 20/(3.14 2840 2)=67.3mm所以取D=70mm4.2轴强度校核计算接触辊的受力情况见图5： A B Ft Fr图5接触辊的受力图在水平面上的受力情况见图6：Fr Rax Rbx A B Ft 160 1500 160 240 图6水平面受力图在水平面上： =0 1500=160 =451500/160=422X=0 +=0 （4.1）=-132 N 图7为水平面上的弯矩图：Fr Rax Rbx A B 图7水平面的弯矩图图8为垂

25、直面上的受力图为Fr Rax Rbx A B Ft 图8 垂直面上受力图=0 120=12=181500/160=169NY=0 -+=0 （4.2）=52.8 N图9为垂直面弯矩图：Fr A B 图9 垂直面弯矩图=58=34.858=2018.4 （4.3）图10为合成弯矩图： A B 图10 合成弯矩图M= = =7919.6 Nmm （4.4）许用应力值 用插入法由查表得： =102.5 MPa =60 MPa 应力校正系数 =0.59图11为扭矩图： A B 图11 扭矩图扭矩 T=973.6 其中： 轴传递的功率 n-轴的转速 n=2800r/min则 T=973.6=973.6=

26、0.76 Kg=9000 Nmm （4.5）图12为弯扭合成图： A B 图12 弯矩合成图=8930Nmm =11.430 （4.6）所以符合安全要求。安全系数校核：A为危险截面。轴的材料选用45钢调质， =650 MPa, =360 MPa由表所列公式计算疲劳极限：对称疲劳极限 =0.44=0.44650=286 MPa =0.30=0.30650=195 MPa （4.7）脉动疲劳极限 =1.7=1.7286=486 MPa =1.6195=312 MPa （4.8）等效系数 =0.18=0.25 （4.9）弯矩应力幅 =2.93kw （4.10）弯矩平均应力 =0扭转切应力 =1.30

27、 kw （4.11）扭转应力幅和平均切应力 =0.65有效应力集中系数 因在此截面处，轴有直径变化，过渡圆角半径r=2 mm,由D/d=30/24=1.25 r/d=2/24=0.083 MPa 从附表中查出 如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从中取最大值。表面状态系数 由附表5查得 =0.92尺寸系数 由附表6查得 =0.91 =0.89弯曲安全系数 设为无限寿命 =1 =58 （4.12）扭曲安全系数 （4.13）复合安全系数=55.3 S （4.14）轴的静强度校核：A截面安全系数校核 （4.15） 其中： 材料的屈服极限 =36 Kg/mm轴上所受的

28、最大弯矩=7917.6 Nmm轴上所受的最大扭矩=7000 NmmZ截面抗弯截面模数截面抗扭截面系数=1346 （4.16） 则 （4.17） 所以轴有足够的静强度，轴的强度符合要求。4.3 轴承的校核与计算辊的轴承： 轴承校核：附加轴向力=N =N (3.6) 轴承轴向力 因+ =230+900=1130Fs2 轴承2被压紧，故： N X，Y值 e,查表得=1，=0 e,查表得=0.4, =1.6 冲击载荷系数=1.5 当量动载荷 =N =N 轴承寿命 因,只计算轴承1寿命 =206807hh 所以，所选轴承合格。4.4电动机的校核计算砂带的磨削力（F）计算： （4.22）式中：q-磨削单位

29、压力，;A-砂带与木材的接触面积; C-砂带与金属咬合系数，可以理解为单位磨削压力下所需的磨削力。 C与金属材质有关，根据实验， 铁合金： 为验证电动机的可靠性，现取C值最大，查表得其切削单位压力 ； 切削功率（） Pc=2.6kw3kw （4.23） 所选电机符合要求。5 本机的技术经济指标5.1 本机的技术经济指标一台机械的好坏要从多方面来衡量.从使用部门来看,希望质量好,效率高,操作方便,价格低廉。这些要求构成了机械的各种技术经济指标: (1) 工艺可能性：机械设备的工艺可能性,是指它适应不同生产要求的能力,属于使用方便的标志。本机床可以加工木质板、人造中高密度纤维板、刨花板等，只须进行

30、细微调整即可加工其他类型的工件，通用性高。(2) 生产率和自动化程度：要想最大限度地提高生产率,最有效的方法是提高主轴的转速,并相应地提高进给速度,在满足加工结果的条件下,尽量提高进给速度.据有关资料表明,国外的宽带砂光机进给速度最大达到92m/s,其生产率是很高的了。机械的自动化程度是高效率的主要体现之一,一般自动化程度越高的机械,劳动生产率也高.本机床的自动控制系统是相当先进的,只需二个操作工作台即可实现大批量和连续生产。(3) 加工精度和光洁度机械质量的好坏,主要表现在某使用性能上.因而机械的加工精度和光洁度是质量好的一个重要指标。加工精度和光洁度在很大程度上要靠机械本身的精度来保证。本

31、机床的加工精度可达和负之间,与国外的同类产品相比较,还是较低,故在加工精度方面仍要进一步研究。(4) 系列化、通用化、标准化程度本机大部分零部件都采用了标准化的结构,其中包括等多种标准.这样有着显著的经济技术效果。(5) 使用维修方便性和操作安全性机械应操作方便省力易于掌握,便于检修和不易于产生事故.这样不仅可以减少工人的劳动强度,保证工人和机械的安全,而且也提高了机械的生产率。(6) 效率和寿命机械的效率是指消耗于加工的有效功率与电动机输出功率之比.影响机械生产率的主要原因是摩擦损失,就本机而言,轴承处的摩擦必须减至最小,联轴器的传动效率也应较高。为了加强本机床的寿命保护,必须每年年底都大修

32、一次,平时注重润滑油和润滑脂的加注和涂沫。(7) 结构的工艺性本机床尽量采用一些标准化结构,其工艺性良好。(8) 其它方面屑末的排除采用气力吸集装置,外涂深绿漆,外型美观。6 致谢 通过本次对砂带机的设计对我的能力有了巨大的提高。在王会强老师的帮助指导下，我从对砂带机的一无所知，到对其结构、传动、工作原理有了清晰的了解，同时能够独立地分析机床内的经典结构的工作原理，掌握各零部件的设计计算和校核。并且能够提出新的方案，为丰富砂带机的种类方案出一份力。本次的设计过程中需要绘制大量的图纸，这也提高和完善了我的绘图能力。本次设计将四年所学的知识进行温习加深，将各种零散的知识进行综合，并将其应用于设计之

33、中。通过这次设计锻炼了我独立设计的能力，对于即将走上工作岗位的我是一次很好的实际锻炼机会，使我认识到自己的能力与不足，今后我将继续学习文化知识不断努力完善， 为今后的工作生活打下坚实的基础。参考文献1李建功.机械设计.中国林业出版社，2008.2杨惠英，王玉坤.机械制图.清华大学出版社，1989.3成大先.机械设计手册（第二卷）.化学工业出版社，2007.4濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社，2006.5贾铭新.液压传动与控制（第二版）.北京：国防工业出版社，2002.6孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理.高等教育出版社，2006.7冯开平，左忠义.画法几何与机械制图.华南理工大学出版社，2008.8 李伟，谭豫之. 机械制造工程学.化学工业出版社.2009.9 哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学.北京：高等教育出版社,1995. 10 廖念钊互换性与测量技术基础.中国计量出版社,1988.11吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社,1991.12龚湘义等.机械设计课程设计图册.北京：高等教育出版社,1987.