2338 柴油機氣缸磨缸機設計

2338 柴油機氣缸磨缸機設計,柴油機,氣缸,磨缸機,設計 本科學生畢業(yè)設計柴油機氣缸磨缸機設計系部名稱： 機電工程學院 專業(yè)班級：機械設計制造及其自動化 08-13 學生姓名： 指導教師： 職 稱： XXXX 學 院二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeDiesel Engine Cylinder GrinderCandidate： Specialty： Class： Supervisor： 2012-06·I摘 要柴油機磨缸機是發(fā)動機氣缸表面精加工所用設備,在機械加工工業(yè)中占有重要的地位。通過對國內外柴油機磨缸機的發(fā)展現狀和趨勢，以及現代生產的珩磨機采用的新技術（如控制技術、雙膨脹珩磨頭制造技術）和柴油機磨缸機的磨削精度等問題的分析提出了設計方案。為了提高柴油機磨缸機的珩磨質量和生產效率，對柴油機磨缸機主軸往復及旋轉運動系統進行了分析與設計。根據系統特點珩磨頭采用液壓傳動方案。要求珩磨軸往復運動和轉動速度均可調，從而使設計出的柴油機磨缸機滿足設計指標的要求。關鍵詞：柴油機磨缸機；珩磨；珩磨軸；液壓傳動；磨削精度IIABSTRACTDiesel engine cylinder grinder which is used for finishing the surface of engine cylinder occupies an important position in the machining industry. By analyzed the status and trends of cylinder honing machine, modern honing technologies.(such as control technology, double expansive honing head’s manufacturing technology) and grinding accuracy of cylinder honing machine, the design program is put forward. To improve the quality and production efficiency of honing cylinder machine, reciprocating and rotating system of the spindle is analyzed and designed. Based on features of the system, hydraulic transmission program is decided. The speed of reciprocating movement and notation is adjusted to meet the requirement of the design.Key words: Diesel Engine Cylinder Grinder; Honing; Honing Spindle; Hydraulic Transmission; Grinding Precision 目 錄摘 要 ................................................................................................................................IAbstract .................................................................................................................................II第 1 章 緒 論 ...............................................................................................................11.1 課題背景及研究的意義 .............................................................................................11.2 珩磨技術及國內外發(fā)展現狀 .....................................................................................11.3 柴油機磨缸機的發(fā)展趨勢 .........................................................................................31.4 本課題研究的主要內容 .............................................................................................3第 2 章 柴油機磨缸機本體結構方案設計 .........................................................................42.1 柴油機磨缸機的組成 .................................................................................................42.1.1 床身 ...................................................................................................................42.1.2 動力傳動系統 ...................................................................................................42.1.3 工作機構 ...........................................................................................................42.1.4 液壓系統 ...........................................................................................................42.2 柴油機磨缸機的工作原理 .........................................................................................52.2.1 珩磨軸往復運動 ...............................................................................................52.2.2 珩磨軸旋轉傳動 ...............................................................................................62.2.3 橫拖板部分 .......................................................................................................62.2.4 工作臺部分 .......................................................................................................62.2.5 磨頭控制 ...........................................................................................................72.3 柴油機磨缸機主要技術參數的確定 .........................................................................72.4 傳動系統設計方案 .....................................................................................................82.5 機身結構設計方案 .....................................................................................................82.6 本章小結 .....................................................................................................................9第 3 章 柴油機磨缸機傳動系統設計 ..................................................................................103.1 電動機規(guī)格的選取 ...................................................................................................103.2 帶傳動設計 ...............................................................................................................103.3 鏈傳動設計 ...............................................................................................................133.3.1 滾子鏈設計 .....................................................................................................143.3.2 鏈輪設計 .........................................................................................................153.3.3 鏈輪傳動的布置、張緊和潤滑 .....................................................................163.4 本章小結 ...................................................................................................................16第 4 章 柴油機磨缸機主要零部件設計 ............................................................................174.1 軸的校核 ..................................................................................................................174.1.1 軸的材料選擇 .................................................................................................174.1.2 軸的設計 .........................................................................................................174.1.3 軸的扭轉強度的校核 .....................................................................................184.1.4 軸的靜強度安全系數校核 .............................................................................194.2 鍵連接設計 ...............................................................................................................204.3 彈簧的選用 ...............................................................................................................214.3.1 彈簧的主要功用 .............................................................................................214.3.2 彈簧的類型 .....................................................................................................214.3.3 彈簧的材料 .....................................................................................................214.4 機身結構設計 ..........................................................................................................224.5 液壓缸的選取 ..........................................................................................................224.6 本章小結 ..................................................................................................................23結 論 ..................................................................................................................................24參考文獻 .............................................................................................................................25致 謝 ..................................................................................................................................261第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究的意義我國生產珩磨機的歷史還不太長，過去主要是仿照國外的樣機設計制造，從六十年代起，開始獨立設計自己的珩磨機床。現在自己設計的珩磨機床從數量和品種上已占國產珩磨機床的絕大多數，其經濟技術指標已顯著增高，其主要性能（如加工精度，生產效率等）已達到或接近世界先進水平。隨著珩磨技術的發(fā)展，生產珩磨機床的公司和廠家也日趨增多，珩磨理論的研究也越來越深人。我國珩磨加工在汽車、拖拉機氣缸內表和齒輪表面加工中應用較早，但主要作為一種光飾加工使用，對精密小孔，珩磨的研究則起步較晚，經過多年的生產實踐，越來越多的人認識到珩磨是一種有效而經濟的加工方法，已引起機械制造行業(yè)的重視。伴隨國民經濟的飛速發(fā)展和科學技術的日益提高，我國的五金工具、醫(yī)療器械、餐具等行業(yè)的發(fā)展日新月異。汽車、火車、拖拉機 、航空等交通行業(yè)的機械鍛造工藝對設備的噸位、精度、可靠性及自動化程度提出了更高的要求，所以現代生產的柴油機磨缸機應具有主軸旋轉和往復運動變速機構、珩磨頭向進給機構、短程區(qū)段磨削機構和強制冷卻系統。至于實現上述機構的傳動方式，應由生產廠家自行確定，以保證標準的最大自由度原則。但是，根據汽車保修機械的特點和汽車維修行業(yè)對保修機械的特殊要求，以及珩磨機的工作特點和珩磨工藝的發(fā)展趨勢，實現主軸旋轉和往復運動的無級調速，更能滿足現代珩磨業(yè)的需要，從而還可以提高珩磨質量和生產效率。近年來，電子技術、計算機技術與機床技術相結合，強烈要求分析設計內容完善化、目標最優(yōu)化、使機床加工高速化、加工過程自動化和柔性化，并且具有高可靠性和良好的經濟效益。因此，研究高精度、高質量、高效率、自動化程度高、安全可靠的柴油機磨缸機對現代的機械加工行業(yè)具有重要的現實意義。1.2 珩磨技術及國內外發(fā)展現狀珩磨是磨削加工的特殊形式，又是一種高效率的加工方法。它不僅能去除預留的加工余量，而且是一種提高工作尺寸、幾何形狀精度和表面光潔度的有效加工方法。珩磨的加工特點是：（1）加工精度高，工件經珩磨后，尺寸精度、形位精度均能提高，表面粗糙度可打 Ra0.8-Ra0.2 m，有的甚至低于 Ra0.025 m.(2)表面質量好，珩??2磨加工面具有交叉網紋，有利于潤滑油的貯存及油膜的保持，并有較高的表面支撐率（孔與軸的實際接觸面積與兩者間的配合面積之比） ，因而能承受較大的載荷，耐磨損，從而延長了受用壽命等。 （3）加工范圍較廣，珩磨主要用于加工各種圓柱形孔（包括光孔、軸向或徑向間斷表面孔、通孔、盲孔和多臺階孔） ，還能加工圓錐孔、橢圓形孔等。珩磨的加工原理是利用安裝與珩磨頭圓周上的若干條油石，由漲開機構將油石徑向漲開，使其壓向工件孔壁以便產生一定的面接觸，同時使磨頭作旋轉和往復運動（工件不動） ，由此而實現對孔的低速磨削。影響工件珩磨精度的因素很多，但主要有三種：珩磨頭旋轉速度，油石的膨脹壓力，珩磨頭往復運動速度。這三種因素合理的配合可以極大的提高工件的加工質量，而以往珩磨件的加工精度主要取決于操作工人的技術水平，存在著很大的不確定性，這就限制了珩磨技術在更廣泛的場合應用。傳統的珩磨，即早期的珩磨實際上是采用一種摩擦工藝，最初生產珩磨頭裝于鉆床上進行珩磨，來處理各種類型氣缸套的機械加工，以原孔中心為導向，砂條與工件間相對運動來切削工件，即用來作最后光整加工，其切削量非常小，切削量最大0.15mm。因此對機床本身的精度要求較低，對控制系統、液壓系統、冷卻系統要求不是很高。現代珩磨可定義為一種切削金屬的方法，實現尺寸、圓度、直線度、位置度、表面粗糙度的要求。珩磨作為一種萬能的孔加工方法，在粗珩工序采用大切削量的粗珩，最大切削量可達 0.70-0.10mm。并可取消傳統的精鏜、精磨工序，具有安全、經濟、可靠、耐用、高效等優(yōu)點，被廣泛地應用于加工氣缸套、油缸、齒輪內孔、活塞銷孔、連桿孔、泵體缸孔、液壓閥孔、軸承孔、軸瓦等?，F代生產的珩磨機大量采用新的技術，如控制技術、雙膨脹珩磨頭制造技術、多種材質的珩磨條的制造和使用、現代測量技術的使用等使得珩磨機的生產日新月異。特別是隨著現代珩磨工件的要求，對與之配套的刀具材料也提出了越來越高的要求，總體來說是由單一的油石向金剛石、剛玉、CBN、氮化物、碳化硅發(fā)展，從而實現大加工余量的切削。而在測量系統上，由傳統的手動量缸表測量到用機械塞規(guī)、空氣塞規(guī)、內擂式測表，自動定時器、千分表設定頭、機械步進頭 AMIS 測盤系統、電—機步進頭 MFSA 測量系統等多種測量系統，實現珩磨過程的自動循環(huán)。由上可知珩磨是一種高效、精密的加工工藝，它具有加工精度高，表面質量好，加工范圍廣，切削余量小，糾孔能力強等特點，而且隨著珩磨工藝的技術成熟，可以預感到珩磨工藝將會與計算機系統結合起來，通過科學的推理和準確的判斷，引導人們采用先進科學的珩磨工藝，排除人工操作的不利影響因素，獲得理想的珩磨網紋結構，實現珩磨技術的飛躍。由于珩磨工作壓力和加工質量的要求，必須保證珩磨條的3粒度準確和硬度均勻，不但磨粒要均勻分布，不允許含有雜質和混有個別粗磨粒，并要讓珩磨條切削部分具有一定硬度、彈性和耐磨性，使其保證具備較好的加工效益、獲得較高的加工精度。國外珩磨技術的飛速發(fā)展對中國的珩磨機制造業(yè)和珩磨工藝的使用行業(yè)提出了挑戰(zhàn)。我們應該抓住歷史機遇，吸收、消化從國外引進的先進技術，把我國的珩磨機科研、制造業(yè)提高一個檔次，在保住我們自己的市場的基礎上，把我們的產品打進國際市場。1.3 柴油機磨缸機的發(fā)展趨勢1.高速化、高效化、低能耗。提高柴油機磨缸機的工作效率，降低生產成本。2.機電液一體化。充分合理利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統的完善。3.自動化、智能化。微電子技術的高速發(fā)展為液壓珩磨機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現的在加工，應能夠實現對系統的自動診斷和調整，具有故障預處理的功能。4.液壓元件集成化、標準化。集成的液壓系統減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的維修帶來方便。1.4 本課題研究的主要內容本論文主要對柴油機磨缸機的傳動系統進行設計與研究，包括主運動系統的設計、珩磨軸的無級變速、電動機規(guī)格的選取、帶傳動的設計，鏈輪傳動的設計等。本課題要求氣缸珩磨機主軸能進行往復及旋轉運動, 珩磨軸往復運動和轉動速度均可調。4第 2 章　柴油機磨缸機本體結構方案設計2.1 柴油機磨缸機的組成柴油機磨缸機主要由床身，傳動部分，減速裝置，液壓系統，電氣設備等五部分組成。2.1.1 床身 床身由珩磨箱、立柱、機座、橫拖板、工作臺組成。機身大多為鑄鐵材料，床身首先要滿足剛度、強度條件，有利于減振降噪，保證珩磨機的工作穩(wěn)定性。機座用于支承其他零件并承受工作載荷，故首先要求其具有一定的強度和剛度，以保證整臺機械的正常工作；其次要求機座的尺寸具有一定的穩(wěn)定性，即熱變形小，磨損小。機座應具有良好的工藝性和經濟性，最后還要求起外型美觀，操作方便等。床身布局形式對機床整體結構和使用性能有較大影響，設計時，必須充分考慮機床和珩磨頭的調整、工件的裝卸、機床操作的方便性，以及機床的加工精度，并考慮到排屑性和抗震性，選擇適合的布局形式。柴油機磨缸機的床身布局主要有水平床身、立式床身。一般的柴油機磨缸機都采用立式床身和水平床身布局。采用立式床身布局的柴油機磨缸機，可以在同等條件下，改善受力情況，提高床身的剛度，特別是珩磨頭的布置比較方便。因此，在此設計中采用了立式床身布局。2.1.2 動力傳動系統動力傳動系統由電動機、傳動裝置（鏈輪傳動或帶傳動） ，其中電動機是動力部件。2.1.3 工作機構工作機構是由珩磨軸、磨頭，光桿、絲杠和鏈輪組成。珩磨頭是珩磨機最主要部分，輸入的動力通過減速裝置-絲杠帶動珩磨箱上下移動，鏈輪將運動轉化成珩磨軸的往復旋轉運動。2.1.4 液壓系統由油箱，油泵，控制閥，壓力泵及壓力表等組成。液壓系統由于具有容易實現往復運動和多種動作驅動，調速方便、工作平穩(wěn)和便于進行自動控制等優(yōu)點，所以廣泛應用于珩磨機床上?，F代珩磨機床大多數都采用液壓驅動，特別是主軸行程大于l00mm、往復速度較高、自動化程度較高的珩磨機床，液壓系統更是不可取代的。液5壓系統的水平高低對珩磨機床的性能有決定性的影響。液壓系統在珩磨機床中具有多種功能，除主要地用于驅動主軸往復和旋轉外，還廣泛地用于許多其它方面，如液動回轉式、往復移動式工作臺，停車時主軸部件定位用的液壓掛鈞，實現主軸往復運動短行程的控制機構，實現主運動變速的液壓預選變速機構。使主軸旋轉運動迅速停止的液壓剎車機構，液壓夾具，甚至還有用于控制加工時間的液壓延時機構。用液壓裝置實現這些復雜的輔助動作，大大簡化了機床結構，提高了機床的使用性能和自動化程度。2.2 柴油機磨缸機的工作原理柴油機磨缸機是主傳動系帶動珩磨頭旋轉，使珩磨頭作往復和旋轉運動，并實現工件夾緊，磨頭漲開等動作?，F多數配有氣動測量儀，與 PLC 配合控制，可實現半自動或全自動加工。2.2.1 珩磨軸往復運動1、3、4、7、8、15、16、17、18、19. 鏈輪 2. 端架 5. 主動架 6. 油缸9. 旋閥 10. 磨頭 11. 凸輪 12. 搖桿 13. 撞塊 14. 行程盤圖 2.1 鏈輪傳動示意圖如圖 2.1 所示,由油泵輸出的油液經過旋閥 9 ,到油缸 6。圖示位置為推動油缸活塞向下移動，并通過與活塞桿相連的主動架 5 使鏈輪 1,3,4,7,8,15,16,17,18,19 全部轉動，鏈輪 15 帶動行程盤 14 擺動。行程盤上有兩個位置可調的撞塊 13,通過撞塊 13 推動搖12435619879108716541326桿 12 往同一方向擺動，并經過軸使旋閥 9 內的旋塞轉動，油路方向改變，油缸 6 內活塞向上移動，以達到活塞往復運動帶動珩磨軸(用端架 2 與鏈條連在一起)和珩磨頭往復運動。2.2.2 珩磨軸旋轉傳動如圖 2.2 所示，搖動手輪 22，經過鏈輪 25, 20，使絲桿螺母 17 轉動，由絲桿 15帶動杠桿 11,推動無級變速皮帶輪 10，實現調速，通過減速箱 9 使絲桿 4、光桿 5 轉動。光桿 5 有滑動鍵槽，帶動鏈輪 6(鏈輪 6 下有平面軸承座 7，固定在珩磨箱 30 平面上) ，由鏈輪 6 傳動鏈輪 29，使珩磨軸 28 作旋轉運動。絲桿 4 轉動(在減速箱內有變速裝置) ，使珩磨箱 30 上下往復運動。1．立柱 2、3. 平衡鏈輪 4、15、18. 絲杠 5. 光桿 6、20、 25、29 鏈輪 7.軸承座 8. 平衡塊 9. 減速箱 10. 絲桿 11. 杠桿 12. 無級變速皮帶輪 13. 電動機 14. 齒輪鏈條 16．橫拖板 17. 絲杠螺母 19. 工作臺操縱桿 21、24. 齒輪 22. 無級變速手輪 23. 橫拖板手輪 26. 工作臺 27. 磨頭 28. 珩磨軸 29. 珩磨箱圖 2.2 傳動系統簡圖2.2.3 橫拖板部分由手輪 23 通過齒輪 24, 21，轉動絲桿 18，使橫拖板 16 前后移動。1245678910213451781902132456782930372.2.4 工作臺部分由手動操縱桿 19，通過齒輪 14 傳動齒條，使工作臺 26 左右移動。2.2.5.磨頭控制10. 砂條 11. 推動銷 12. 彈簧 13. 柱塞 14. 推桿 15. 萬向節(jié) 16．活塞 17. 珩磨軸圖 2.3 磨頭控制示意圖如圖 2.3 所示，由調節(jié)閥傳遞出的油壓作用在珩磨軸內的活塞 16 上，推力經活塞桿與推桿的傳遞作在柱塞 13 上，利用柱塞圓錐面通過推動銷 11，克服拉簧 12 的拉力，把砂條 10 漲開。如果將調節(jié)閥彈子閥門打開，油液即由此閥門流回到油箱，磨頭砂條 10 在拉簧 12 的作用下回到原來位置(即磨頭收緊)。102134516782.3 柴油機磨缸機主要技術參數的確定柴油機磨缸機的主要技術參數如下圖：表 2.1　氣缸珩磨機技術參數表2.4 傳動系統設計方案傳動系統由電動機、傳動裝置（皮帶輪傳動和滾子鏈輪傳動）構成，其形式及布置對柴油機磨缸機的總體結構、外觀、能量損耗都有影響。傳動系統的作用是將電動機的能量傳遞給珩磨頭，使其完成珩磨動作。目前國內生產的珩磨機按其驅動方式分為機械、液壓一機械兩類。本設計中珩磨軸的旋轉、進給動作為無級調速，速度特性良好，被加工件的光潔度能達到 Q9，珩磨頭的脹縮由液壓系統執(zhí)行。柴油機磨缸機的主傳動為：電動機傳動軸與帶輪之間采用普通 V 形皮帶，可起到保護電機的作用，傳動軸與珩磨軸之間采用圓柱滾子鏈輪，傳動平穩(wěn)，噪音低、效率高。項目 名稱 量值 單位最快 16 m/min1 珩磨軸往復運動速度最慢 4.6 m/min2 珩磨軸轉速 80-350 m/min3 珩磨軸行程（最大） 400 mm4 珩磨箱行程（最大） 700 mm5 可磨最長缸孔 450 mm6 可磨缸徑 50-240 mm電動機功率（旋轉運動） 1.7 kw（往復運動） 0.6 kw7（冷卻液泵） 0.125 kw8 外型尺寸（長×寬× 高） 1400×1520×2360 mm92.5 機身結構設計方案機身是柴油機磨缸機的一個基本部件，柴油機磨缸機機身不僅要承受珩磨機工作時全部的變形力，還要承受各種裝置和各個部件的重力。機身的結構形式與珩磨機的類型密切相關，它主要決定于使用時的工藝要求和自身的承載能力。2.6　本章小結本章給出了柴油機磨缸機的本體結構初步設計方案。包括主要執(zhí)行機構、傳動系統、機身結構的設計。通過介紹柴油機磨缸機的組成、原理以及氣缸珩磨機的主要參數確定了機床設計的整體方案。10第 3 章 柴油機磨缸機傳動系統設計3.1 電動機規(guī)格的選取柴油機磨缸機主傳動系統一般采用直流或交流電動機，通過帶傳動和減速箱，帶動主軸旋轉，由于這種電動機調速范圍廣，可無機調速，使得柴油機磨缸機結構大為簡化，直流電動機在額定轉速時，可輸出全部功率和最大轉矩。在額定轉速和最高轉速之間，為調壓調速、恒功率；在額定轉速以下，為恒轉矩調速，功率隨轉速下降而線性降低。對于珩磨機床來說，由于主運動所需的是恒功率調速，而恒轉矩調速只有在轉速很低時才需要。所以，要使機床在大的轉速范圍內實現恒功率切削，必須使主軸變速?？梢?，對于主運動來說，最主要的是電動機的選擇。由于本次設計的柴油機磨缸機是通用系列的加工氣缸內表面的機床。經調研，加工所需的功率絕大部分在1.7kw 之內，轉速在 之間。所以從功率方面來看，1.7kw 完全能滿足min/30~45r要求三相異步電動機，一般有 3000、1500、1000 及 750 四種同步轉速。電動1min??r機同步轉速愈高，磁極對數愈少，價格愈低。但是電動機轉速愈高，傳動裝置總傳動比愈大，會使傳動裝置外部尺寸增加，提高制造成本。而電動機同步轉速愈低，其優(yōu)缺點剛好相反。因此，在確定電動機轉速時，應綜合考慮，分析比較。電動機轉速對整個機構的運動的速度都有很大的影響，由此可得電動機速度的選擇要根據帶傳動的變速來綜合考慮。表 3.1 Y 系列三相異步電動機的技術數據由參考文獻[14] 可查得選用電動機的型號：旋轉運動電動機：Y100L 1-4型號額定功率（kw）電流（ A）轉速r/min 效率功率因子堵轉電流/額定電流堵轉轉矩/額定轉矩最大轉矩/額定轉矩Y100L1-4 2.2 5.0 1420 81 0.82 7.0 2.2 2.3113.2 帶傳動設計帶傳動是由主動帶輪、從動帶輪和撓性傳動帶組成。根據工作原理不同，分為摩擦型的嚙合型兩類。在摩擦型帶傳動中，帶必須以一定的張緊力 F （又稱初拉力）0緊套在兩帶輪上，使帶與帶輪接觸面具有一定的正壓力。當原動機驅動主動帶輪回轉時，帶與帶輪接觸面上便產生摩擦力。正是依靠這種摩擦力，主動帶輪牽動了帶，帶又牽動從動帶輪，從而傳動運動和轉矩。按傳動帶的截面形狀不同，摩擦型帶傳動可分為平帶傳動、V 帶傳動、和圓帶傳動等。其中 V 帶傳動靠帶的兩側面與帶輪槽側面之間的摩擦力傳遞動力，帶的厚度較大，撓性較差，帶輪制造較復雜。但與平帶傳動相比，在同樣張緊力下，V 帶傳動能產生更大的摩擦力，因而在同樣條件下能傳遞更大的功率，或在傳遞相同功率時傳動結構尺寸較緊湊。此外，V 帶傳動允許的傳動比較大，加之 V 帶多已經標準化并大量生產，故在一般機械傳動中， V 帶傳動以基本取代了平帶傳動成為最常用的帶傳動裝置。帶傳動的特點：易于實現兩軸中心距較大的傳動；帶富有彈性，能緩沖吸收，因而傳動平穩(wěn)無噪聲；結構簡單，制造、安裝、維護方便，成本低；摩擦型帶傳動過載時，帶會在帶輪上打滑，可防止其他機件損壞，起過載保護作用。其缺點是外輪廓尺寸大，不緊湊；傳動效率低，平帶傳動一般為 0.95，V 帶傳動一般為 0.92；帶的壽命較短，一般為 2000-3000 小時；摩擦型帶傳動因帶輪間存在相對滑動，而不能保證準確的傳動比。帶傳動的設計：⒈確定計算功率 Pc（kw）由參考文獻[13] 表 8-9 查得工作情況系數 KA=1.2, 故 Pc=KA P=1.2×2.2kw=2.64 kw 　　 (3.1)⒉選擇帶型根據 Pc=2.64 kw，n 1=1420 r/min,由機械設計基礎圖 8-12 初步選用普通 V 帶 A型⒊確定帶輪的基準直徑 D1、D 2 ⑴　初選小帶輪的基準直徑 D1 根據Ｖ帶截型，參考文獻[13]表 8-4 選取 D1≥ Dmin。為了提高Ｖ帶的壽命，宜選取較大的直徑。D min=75mm，選取主動輪基準直徑 D1=95mm，從動輪基準直徑 D2 = i1D1= 4×96=380mm，根據參考文獻[13] 表 8-4 選取基準直徑系列值 D2=400 mm12⑵　驗算帶的速度帶速太高則離心力大，減小帶與帶輪間的壓力，易打滑；帶速太低，要求傳遞的圓周力大，使帶根數過多，故 V 應在 5～25m/s 之內。若 V 超此范圍可調整小帶輪基準直徑 D1 或轉速。帶速計算式為：(3.2)106??nD??帶入數值得 m/s3.7106429????帶的速度合適。⒋確定中心距 a 和帶的基準長度 Ld帶傳動中心距不宜過大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動。中心距也不宜過小否則帶短饒轉次數多，會降低帶的使用壽命，同時也使 a1 減小，降低傳動能力。所以，對于帶傳動，中心距 a0 一般可取為： 0.7（D 1+ D2） ≤ a0 ≤ 2（D 1+ D2） 　　　 (3.3) 將 D1、D 2 代入 初選中心距 a0 =300 mm帶長 　　　 　 (3.4) 021210 4)()(2aLd ????=901.4mm查參考文獻[13] 表 8-3 選取 A 型帶的標準基準長度 Ld=900 mm實際中心距 a= 299.3 mm中心距可調范圍 amin=a-0.015d=286.5mmamin=a+0.03Ld=327mm⒌驗算小帶輪上的包角 α 1α1=180o- (D2- D1) ×57.3o/a=180o＞120 o故包角合適。⒍確定帶的根數 Z取 Z=1 根⒎確定帶的初拉力 F0初拉力的大小是保證帶傳動正常工作的重要因素。初拉力過小，摩擦力小，容易打滑；初拉力過大，帶的壽命低，軸和軸的承受力大。單跟 V 帶張緊后的初拉力 F0為： 13(3.5)20)15.(qvKzvPFac???查參考文獻[13] 表 8-2 得　q=0.10 kg·m-1 查參考文獻[13] 表 8-2 得 Ka=1=500×2.04/(1×7.13)×(2.5/1—1)+0.1×7.132=219.6 N0F⒏計算帶傳動作用在軸上的力（壓軸力）Q為了設計安裝帶輪的軸和軸系，必須計算 V 帶傳動作用在軸上的力 Q，它等于兩邊拉力的合力，該力可近似按下式計算： Q=2zF0sin 1a(3.6）=439.2N⒐帶輪結構設計⑴　對Ｖ帶輪的設計的主要要求設計Ｖ帶輪的一般要求為：質量??；結構工藝性好；無過大的鑄造應力；質量分布均勻；與帶接觸的工作面要精細加工（表面粗糙度一般為 Ｒ a3.2 m),以減少帶的?磨損；各槽的尺寸和角度都應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻。⑵　帶輪材料當帶速 v ≤ 30m/s 時，用鑄鐵 HT200；當帶速 v ≥ 25-45m/s 時宜用球墨鑄鐵或鑄鋼，也可用鋼板沖壓——焊接；小功率傳動可用鑄鋁或塑料。由于帶速 v=7.13m/s≤ 30 m/s,所以選用鑄鐵 HT200。⑶結構尺寸鑄鐵制的Ｖ帶輪的典型結構有實心式，腹板式，孔板式，輪輻式。由 D1=96mm≤300 mm,故小帶輪采用腹板式結構；D 2=384 mm＞300 mm，故大帶輪采用輪輻式結構。根據帶輪截型確定輪槽尺寸。3.3 鏈傳動設計鏈傳動是一種常見的機械傳動形式，它由鏈條和主，從動輪組成，工作時依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和轉矩，是一種具有中間撓性件的嚙合運動。鏈傳動有許多優(yōu)點。與摩擦型帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比準確，工作可靠，效率較高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；所需張緊力小，作用與軸上的壓力??；能在高溫、多塵、潮濕、有污染等惡劣環(huán)境中14工作。與齒輪傳動相比，易于實現較大中心距的傳動或多軸傳動，結構輕便；制造和安裝要求較低，成本低廉。鏈傳動主要缺點是：瞬時的鏈速和傳動比不恒定，傳動平穩(wěn)性較差，有噪聲，不宜用于載荷變化很大和急速反向的傳動中。鏈傳動應用廣泛。中心距較大有要求平均傳動比準確的傳動、環(huán)境惡劣的開式傳動、低速重載傳動、潤滑良好的高速傳動，都可以成功的應用鏈傳動。通常。鏈傳動傳遞的功率 P≤ 100kw，鏈速 v≤ 15m/s,傳動比 i＜ 8,傳動中心距 a≤ 5-6m。目前，鏈傳動最大的傳遞功率可達 5000kw，鏈速可達 40m/s,傳動比可達 15，中心距可達 8m。按用途不同鏈可分為：傳動鏈、起重鏈和牽引鏈。起重鏈和牽引鏈主要用于起重和輸送機械中。在一般機械傳遞運動和動力的鏈傳動裝置中，常用的是傳動鏈，其形式主要有短節(jié)距精密滾子鏈和齒形鏈兩種。其中滾子鏈產量最多，應用廣泛。鏈的使用壽命在很大程度上取決于鏈的材料及熱處理方法。因此，組成鏈的所有元件均需經過熱處理，以提高強度、耐磨性和耐沖擊性。鏈傳動的設計：3.3.1 滾子鏈設計1.確定鏈輪齒數 z1 、z 2 由題意估計鏈速 v=3-8m/s,希望結構緊湊，由參考文獻 [13]表 8-13 選取小鏈輪齒數 z1=21;取 i=3,從動大鏈輪齒數 z2=i×z1=63(z2<120,合適)。2.確定鏈條鏈節(jié)數 LP初定中心距 ao=40P, 則鏈節(jié)數LP =(3.7)210210 )(?zapzpa??=123.12(節(jié)) 取 LP=124 節(jié)3.計算單排鏈所能傳遞的功率 PO 及鏈節(jié)距 P由參考文獻[13] 表 8-14 查得工作情況系數 KA=1，故Pca=KAP=2.2 kw由參考文獻[13] 圖 8-21 按小鏈輪鏈速估計，鏈工作在功率曲線凸峰左側時，可能出現鏈板疲勞破損。由參考文獻[13]表 8-15 查得小鏈輪齒數系數 Kz=1.11；由機械設計基礎查得鏈長系數 KL=1.07；選單排鏈，由參考文獻[13]表 8-16 查得 KP=1.0，故得所需傳遞功率為PO ≥ Pcα/KzKLKP=1.431 kw15根據小鏈輪轉速 n1=1050 r/min 及功率 PO=1.431KW，鏈節(jié)距 P=12.70mm。選擇鏈好為 8A-1×124 GB1243.1-83。同時也證實原估計鏈工作在額定功率曲線凸峰左側是正確的。4.確定鏈實際長度 L 及中心距 αL=LPP/1000=1.57ma=(3.8)212121 )(8)()[(4 ?zzLzPP ?????=514mm中心距調整量 α≥ 2P=25.4mm?實際中心距 α1=α- α≈ 488mm 5.驗算鏈速V=n1z1P/(60×1000)≈ 4.67m/s 　 (3.9)與原估計鏈速相符。6.驗算小鏈輪轂孔 dK小鏈輪轂孔許用最大直徑 dkmax=47mm,大于電動機軸徑 D=28 mm，合適。7.作用在軸上的壓軸力 Q圓周力 F=1000P/V≈ 370N按水平布置取壓軸力系數 KQ=1.15，有Q=KQF≈ 426N3.3.2 鏈輪設計鏈輪是鏈傳動的主要零件，起齒形已經標準化。鏈輪設計主要是確定其結構和尺寸、選擇材料及熱處理方法。鏈輪的結構尺寸與其直徑有關。小尺寸的鏈輪一般做成整體結構，中等尺寸的鏈輪則制成孔板式結構，大尺寸的鏈輪常采用齒圈式的焊接結構或裝配結構，具體的結構尺寸查有關的機械設計手冊可得。1.小鏈輪 小鏈輪幾何尺寸計算分度圓直徑 d=p/sin(180°/z1)=94mm齒頂圓直徑 dα=P[0.54+cot(180°/ z1)=100.61mm齒根圓直徑 df= d- d0 d0 為滾子外徑可得 d0=7.95mm所以 df=94-7.95=86.05mm由相關手冊可以查出 p=12.7mm 單排鏈輪的軸面齒行幾何參數，鏈輪毛坯公差和16輪齒尺寸公差，形狀位置公差。根據使用條件為，采用 45 號鋼經淬火處理，輪齒表面硬度為 HRC40-45。由上述設計結果，可繪出小鏈輪的零件圖。2.大鏈輪（參照小鏈輪設計）3.3.3 鏈輪傳動的布置、張緊和潤滑鏈傳動的布置是否合理，對傳動的工作能力及使用都有較大的影響。鏈傳動張緊的目的在于調節(jié)鏈條松邊的垂度，增大包角和補償鏈條磨損后的伸長，使鏈條和鏈輪嚙合良好，減小沖擊和振動。鏈傳動的潤滑十分重要，對高速、重載的鏈傳動更為重要。良好的潤滑可緩和沖擊，減輕磨損，避免鏈鉸鏈的早期嚙合，延長鏈條的使用壽命，提高傳動效率。根據許用功率曲線圖查出此鏈輪需用油浴和飛濺潤滑。3.4　本章小結本章敘述了氣缸珩磨機的傳動系統設計過程及尺寸計算，包括電動機規(guī)格的選取、帶傳動的設計、鏈輪傳動的設計，并進行校核計算。17第 4 章　氣缸珩磨機主要零部件設計4.1 軸的校核4.1.1 軸的材料選擇為了使主軸長時期保持旋轉精度，合理選擇主軸材料和熱處理方法也是非常重要的.砂輪主軸的表面應有較高的硬度，而中心部分又要有較高的強度和韌性，以保證工作時耐磨且變形小。.本設計軸的材料選擇 45 號鋼，調質到 200-250HB 左右。該材料即具有一定的韌性，又有良好的可焊性，具有良好的耐腐蝕性能，因此有著較為廣泛應用于腐蝕條件下工作的軸。4.1.2 軸的設計： 已知工件主軸電動機的功率為 P=1.7 kw,工作轉速為 1420r/min.對實心圓軸，其強度條件為：= = ?TW][2.01953???dnP（4.1）式中：T —— 軸傳遞的轉矩 (N.mm) WT——軸的抗扭截面模量 mm3P —— 軸所傳遞的功率(kw),n—— 軸的轉速(r/min)——軸的許用扭轉應力(MPa)???表 4.1 軸常用幾種材料的 及 A 值???軸的材料 Q235-A，20 Q275，35 45 40Cr,35SiMn/MPa][?15-25 20-35 25-45 35-5518A 149-126 135-112 126-103 112-97軸的直徑 d 的計算公式:d =A??332.0195???nP3（4.2）式中:P——軸傳遞的額定功率 1.7 kwN——軸的轉速 473.3r/min [τ]——軸的許用應力 MPaA——按[τ]所定的系數：查表得 A=120將數據帶入公式得：≥ 34mm3nPd?圓整后取工件主軸的直徑 d=40mm4.1.3 軸的扭轉強度的校核：????????32.0195dnpWT（4.3）式中：T——軸傳遞的轉矩（ Nmm）——軸的抗扭截面模量(mm 3)WP——軸的傳遞功率（kw） ，P=2.13 kwn——軸的轉速（r/min） ，n=439r/min——軸的許用扭轉剪應力（MPa）?圖 4.1　軸的受力簡圖19圖 4.2　力矩圖圖 4.3　扭矩圖將數值帶入公式得： 6.3402.91.953???TW?=3.6＜ [ ]所以滿足扭轉強度條件，符合要求4.1.4 軸的靜強度安全系數校核：軸的靜強度安全系數校核，是根據軸上的最大瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）和軸材料的屈服極限，計算并判斷軸危險截面的靜強度安全系數是否滿足，其目的是檢驗軸對塑性變形的抵抗能力。校核公式為：][0200SS?????（4.4）式中： 為軸危險截面的強度安全系數0S為靜強度許用安全系數][為只考慮彎曲時的靜強度安全系數?0為只考慮扭轉時的靜強度安全系數?maxax0MWSsS???（4.5）20maxa0TWSss???（4.6）式中 、 為軸材料的抗彎、抗扭屈服極限（MPa）,見文獻[13] 、 為軸危s?? maxMaT險截面上的最大彎矩、最大轉矩（N.mm）; 、 為軸危險截面的抗彎、抗扭截面T模量（mm 3） 。、 的計算公式為?S?maKS??????1（4.7）ma???1（4.8）數值代入公式可得： ≈ 11.5＞[ ]=1.3-1.5?S符合疲勞強度安全系數。綜上所述，軸安全。4.2 鍵連接設計電動機傳動軸與無級變速皮帶輪之間用圓頭普通平鍵連接。普通平鍵用于軸轂間無軸向移動的靜連接，按鍵的端部形狀分為圓頭、方頭和單圓頭三種。采用圓頭或單圓頭平鍵時，軸上鍵槽用指狀端銑刀加工，鍵放在與鍵相同形狀的鍵槽中，因而鍵的固定性好，缺點是軸上鍵槽端部的應力集中較大。采用方頭平鍵時，軸上的鍵槽用圓盤銑刀加工，軸的應力集中小，但鍵在槽中固定不好。單圓頭平鍵常用于軸端與軸上零件的連接，但應用較少。軸的直徑 D=28mm,從標準中查出鍵的截面尺寸 b×h =8×7mm,t1=3.3 mm初步擬定鍵長 L=60mm,對于圓頭普通平鍵，因為兩端的圓頭部分與輪轂上的鍵槽不接觸，所以：L ＇ =L－b=60－8=52 mm平鍵連接所需傳遞的扭矩 T=32.587 N·m 平鍵材料為 45 號鋼，大皮帶輪的材料為 HT200（比平鍵和軸的材料差）按參考文獻[13] 表 10-6 查得：[σp]=200 ～250 MPa普通平鍵工作時，受到擠壓和剪切，但其主要失效形式是因擠壓而造成的壓潰破壞，所以應驗算擠壓強度。21受壓表面的擠壓應力 σp=2T/(Dt1L)＇ （4.9）=2×32.587×103/(28×3.3×52）≈ 13.56MPa＜[σp]=200～250 MPa傳動軸與小鏈輪之間用圓頭普通平鍵連接,其中 T=123.86N·m ，t 1=3.3mm， D=40mm按標準查得 b×h =12×8，初擬 L=50mm；所以　L =L－b=50－