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單位代碼 0 2
學(xué) 號(hào) 080105070
分 類(lèi) 號(hào) TH6
密 級(jí)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
Φ300研磨機(jī)設(shè)計(jì)
院（系）名稱(chēng)
工學(xué)院機(jī)械系
專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
潘 其 好
指導(dǎo)教師
李 長(zhǎng) 詩(shī)
2012年 5 月 15 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 IV 頁(yè)
Φ300研磨機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
研磨是超精密加工中一種重要加工方法，其優(yōu)點(diǎn)是加工精度高，加工材料范圍廣。由于傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，這使得傳統(tǒng)研磨應(yīng)用受到了一定限制，為了提高研磨加工效率，機(jī)械研磨機(jī)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的手工研磨。研磨機(jī)從加工精度上基本分為兩種：一種是加工不僅對(duì)精度要求較高并對(duì)面形精度也有所要求的工件；另外一種是加工只要求表面粗糙度的零件,例如各種材質(zhì)的機(jī)械密封環(huán)、陶瓷片、硅、石英晶體、石墨、藍(lán)寶石、光學(xué)水晶、玻璃、鈮酸鋰、硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的平面研磨。這種研磨機(jī)適合加工一些尺寸較小，而且數(shù)量較大的零件。
本文主要是合理的分析了研磨機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)和研磨機(jī)械原理，本研磨機(jī)設(shè)計(jì)由電動(dòng)機(jī)、減速裝置、傳動(dòng)裝置、研磨盤(pán)組成，根據(jù)研磨功率選擇了合理的電動(dòng)機(jī)，并設(shè)計(jì)了減速裝置和主要的傳動(dòng)零件及研磨盤(pán)主軸。為了使研磨機(jī)具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)蝸輪蝸桿減速器上的主要零部件進(jìn)行了壽命校核，同時(shí)還對(duì)研磨盤(pán)主軸上的主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。
關(guān)鍵詞：平面磨削，研磨，主軸，星型輪系傳動(dòng)
Φ300 Grinding Machine Design
Author：Pan Qihao
Tutor：Li Changshi
Abstract
Grinding is a kind of important ultra-precision processing method, its advantage is processing precision is high, wide range of materials. As the traditional grinding existence processing efficiency is low, the manufacturing cost is high, the processing precision and processing quality is not stable shortcomings, this makes the traditional grinding application subject to a certain limit, in order to improve the grinding machining efficiency, mechanical grinding machine have replaced the traditional manual polishing. From processing precision grinding machine on basic divided into two kinds: one kind is processing not only to higher accuracy and precision to form across the requirements of the workpiece; Another is only required processing surface roughness of parts, such as all kinds of material mechanical sealing rings, ceramics, silicon, quartz crystal, graphite, sapphire, optic crystal, glass, lithium niobate, hard alloy, stainless steel and other metal material plane grinding. This kind of grinding machine is suitable for processing some smaller, and the greater number of parts.
This paper is mainly reasonable analysis the grinding machine transmission system and grind mechanical principle, the grinding machine design from motor, slow, device, gearing, grinding plate composition, according to grinding chosen the reasonable motor power, and design a slowdown and the main transmission device parts and grinding plate spindle. In order to make it has enough stiffness, strength and stability of worm gear and worm reducer is the main parts were checking service life, and at the same time also on grinding plate spindle is the main parts were strength check.
Key words：Flat surface grinding, Grinding,Principal axis, Star gear transmission
目 錄
前 言 1
1 研磨機(jī)的發(fā)展史 3
1.1研磨技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 3
1.2 固著磨料高速研磨的研究現(xiàn)狀 4
1.3 研磨機(jī)的發(fā)展情況 5
2 研磨原理分析 7
2.1 研磨機(jī)的工作原理 7
2.2 研磨網(wǎng)紋分析 9
2.3 研磨速度分析 9
3 研磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)分析 11
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 11
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型 11
3.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)的功率 11
3.1.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 12
3.2 計(jì)算總傳動(dòng)比 13
3.3 研磨盤(pán)主軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 13
3.3.1 研磨盤(pán)主軸的轉(zhuǎn)速 13
3.3.2 研磨盤(pán)主軸的功率 13
3.3.3 研磨盤(pán)主軸轉(zhuǎn)速 13
4 蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì) 14
4.1 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 14
4.1.1蝸桿傳動(dòng)材料的選擇 14
4.1.3 驗(yàn)算滑動(dòng)速度 14
4.1.5 熱平衡計(jì)算 15
4.2 軸的設(shè)計(jì)和校核 16
4.2.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì) 16
4.2.2 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 21
4.3 滾動(dòng)軸承壽命的校核 26
4.3.1 軸承的受力分析 26
4.3.2 軸承的選擇及壽命校核 26
4.4 減速器箱體的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
4.4.1 箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料 29
4.4.2 鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸 29
5 研磨盤(pán)主軸設(shè)計(jì) 31
5.1 主軸的設(shè)計(jì) 31
5.1.1 選擇軸的材料 31
5.1.2 按許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力初估軸的直徑 31
5.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
5.2 軸的校核 32
5.3 主軸軸承的選擇及壽命校核 36
5.3.1 軸承的受力分析 36
5.3.2 主軸軸承的選擇及壽命校核 36
6 鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇 38
6.1 鍵的選擇 38
6.2 聯(lián)軸器的選擇 38
6.3 螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇 38
結(jié) 論 40
致 謝 41
參考文獻(xiàn) 42
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 42 頁(yè)
前 言
研磨機(jī)是用涂上或嵌入磨料的研具對(duì)工件表面進(jìn)行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋面和其他型面。研磨機(jī)是保證研磨加工的重要條件，因此人們專(zhuān)門(mén)研究了各種不同的研磨機(jī)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高速研磨機(jī)的廠(chǎng)家不少，但由于研磨加工的針對(duì)性較強(qiáng)，對(duì)不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差別，所以人們研究開(kāi)發(fā)出了許多專(zhuān)用的研磨機(jī)。研磨機(jī)從加工精度上基本分為兩種：一種是加工不僅對(duì)精度要求較高并對(duì)面形精度也有所要求的工件；另外一種是加工只要求表面粗糙度的零件,例如主要用于LED藍(lán)寶石襯底、光學(xué)玻璃晶片、石英晶片、硅片、諸片、模具、導(dǎo)光板、光扦接頭等各種材料的單面研磨、拋光等。這種研磨機(jī)適合加工一些尺寸較小，而且數(shù)量較大的零件。在研磨中將工件與磨料一起置入一容器內(nèi)，加以振動(dòng)，進(jìn)行研磨拋光。還有人專(zhuān)門(mén)研制出相應(yīng)的振動(dòng)研磨機(jī)。目前這種振動(dòng)研磨機(jī)國(guó)內(nèi)外都有廠(chǎng)家生產(chǎn)，而且這種研磨加工技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也日趨廣泛。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)后一種的廠(chǎng)家較多。
為提高加工效率人們研制出雙面研磨機(jī)，如蘭州東勝機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DSL9B-5P型雙平面研磨機(jī),它加工出的產(chǎn)品精度為10微米級(jí),平面度及平行度在千分之一毫米。還有深圳宏達(dá)公司生產(chǎn)的雙平面研磨機(jī),其平行度及平面度也為千分之一毫米。球面高速研磨機(jī)按加工工件表面的曲率半徑不同,分為大球面、中球面和小球面三種，其中Q875型高速精磨機(jī)和QJM-40小球面高速精磨機(jī)和QJM-100中球高速研磨機(jī)應(yīng)用較為普遍。
隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。加工技術(shù)水平也在不斷提高，由原來(lái)的精密、超精密加工,發(fā)展到現(xiàn)在的納米級(jí)加工。納米級(jí)高效研磨加工技術(shù)主要采用固著磨料高速研磨加工方法。固著磨料高速研磨與傳統(tǒng)的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固著磨料研磨的這一特點(diǎn)，根據(jù)工件磨具間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡密度分布，合理地設(shè)計(jì)磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過(guò)程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。
目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的研磨機(jī)基本上都是中大型的，其中高速研磨機(jī)的發(fā)展方向主要是進(jìn)一步提高研磨加工質(zhì)量和加工效率,提高研磨機(jī)的自動(dòng)化程度，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，而對(duì)維修設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式研磨機(jī)還沒(méi)有人進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。
研磨機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)是：
1. 合理地設(shè)計(jì)研磨機(jī)的結(jié)構(gòu)，以保證研磨機(jī)具有足夠的剛、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而避免研磨機(jī)在高速運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象；
2. 壓力可調(diào)的工件加壓方式。
研磨機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是：
1. 使磨具能達(dá)到均勻磨損，從而避免了磨具修整的麻煩,降低磨具的損耗，提高加工效率，保證工件的加工精度和質(zhì)量；
2. 合理地確定出被研磨的工件相對(duì)于磨具的位置。
主要技術(shù)指標(biāo)：研磨盤(pán)直徑D=300mm；
工作壓力FN=900N；
摩擦系數(shù)f=0.5；
研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速n=0—60r/min。
1 研磨機(jī)的發(fā)展史
1.1研磨技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過(guò)磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過(guò)程。研磨加工的特征是加工精度和質(zhì)量高。并且加工材料廣，幾乎可以加工任何固態(tài)材料。近年來(lái)，隨著人們對(duì)產(chǎn)品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工質(zhì)量高再次受到人們的關(guān)注。尤其近幾年信息技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光學(xué)零件不僅需求量增大，而且對(duì)其質(zhì)量和精度都提出很高要求，而研磨作為光學(xué)加工中一種非常重要的加工方法，起到了不可替代的作用。許多人從事研磨加工技術(shù)的研究，目的都是進(jìn)一步提高研磨加工效率和加工精度，降低加工成本。
目前國(guó)內(nèi)外研磨加工普遍采用散粒磨料在慢速研磨機(jī)上研磨，存在的缺點(diǎn)主要有：
1. 磨料散置于磨盤(pán)上，為避免磨料飛濺，磨盤(pán)轉(zhuǎn)速不能太高，因此加工效率低；
2. 磨料與從工件上磨下的碎屑混淆在一起，不能充分發(fā)揮切削作用，而且還要與這些碎屑一起被清洗掉，浪費(fèi)能源、浪費(fèi)磨料；
3. 磨料在磨盤(pán)上是隨機(jī)分布的，其分布密度不均，造成對(duì)工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制。特別是磨料與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，這也增加了工件面形精度的不確定因素；
4. 在研磨加工中要嚴(yán)格控制冷卻液的流量，以避免沖走磨料，這使得冷卻效果變差，容易引起工件升溫，造成加工精度下降；
5. 大顆粒磨料起主要切削作用，易劃傷工件表面，所以對(duì)磨料尺寸均勻性要求高；
6. 磨料能嵌入軟材質(zhì)的工件表面，影響工件的使用性能；
7. 在研磨中磨料之間相互切削，浪費(fèi)磨料；
8. 磨盤(pán)磨損后修整難，需要三個(gè)磨盤(pán)對(duì)研；
9. 各道工序間清洗工件要嚴(yán)格；
10. 工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)工人操作技術(shù)水平要求高。
由于傳統(tǒng)研磨存在上述缺點(diǎn)，所以許多人在研究如何改進(jìn)這種研磨技術(shù)。有人研究新型研磨液，有人研究不同磨料和不同材料磨盤(pán)的研磨效果，以尋求對(duì)應(yīng)于不同工件的最佳磨料和磨盤(pán)。
刀具的質(zhì)量直接影響著被加工工件的質(zhì)量。為提高工件的質(zhì)量，人們對(duì)刀具提出了較高的要求，特別是用于精密和超精密加工的金剛石刀具都要采用研磨加工。所以國(guó)內(nèi)外一些人專(zhuān)門(mén)研究刀具加工技術(shù)的研究。為了提高加工效率，有人研究可以同時(shí)加工工件兩個(gè)表面的雙面研磨機(jī)。
最近人們也探索了許多新的研磨技術(shù)，如施加特殊研磨力研磨，有振動(dòng)研磨、磁性流體研磨和磁力研磨。采用微粒子沖擊去除材料研磨，有彈性發(fā)射加工、非接觸研磨和利用電泳動(dòng)研磨。用特殊工具研磨有砂帶研磨、液體結(jié)合劑砂輪研磨、采用研磨膜研磨和固著磨料研磨，復(fù)合研磨有機(jī)械化學(xué)研磨和電解研磨法等。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們研究出來(lái)了高速研磨機(jī)變速控制方法，這種技術(shù)屬于機(jī)械加工技術(shù)中的超精密加工技術(shù)，在研磨加工開(kāi)始及結(jié)束兩個(gè)階段控制磨具轉(zhuǎn)速的變化，使之有一個(gè)緩慢、迅速、緩慢的提速和降速過(guò)程。其效果在于大為減輕磨具與工件表面的沖擊，從而提高加工精度和加工效率。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高，加工技術(shù)水平也在不斷提高，由原來(lái)的精密、超精密加工，發(fā)展到現(xiàn)在的納米級(jí)加工。但是目前的納米級(jí)加工技術(shù)普遍存在著加工效率低、成本高的問(wèn)題,這就限制了納米加工技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1.2 固著磨料高速研磨的研究現(xiàn)狀
固著磨料高速研磨是將散粒的磨料固結(jié)起來(lái)，制成專(zhuān)用磨具，在高速研磨機(jī)上進(jìn)行研磨的方法。所用的專(zhuān)用磨具是根據(jù)工件的要求，用不同的磨料制成丸片，再用丸片制成不同形狀的磨具。固著磨料高速研磨國(guó)外是在六十年代發(fā)展起來(lái)的，我國(guó)是從七十年代開(kāi)始著手研究的。固著磨料研磨很好地解決了傳統(tǒng)的散粒磨料研磨中所存在的大部分缺欠。其最大特點(diǎn)是能顯著提高研磨加工效率，而加工效率低是限制傳統(tǒng)研磨廣泛應(yīng)用的最大障礙，因此固著磨料高速研磨一出現(xiàn)就受到了人們的重視。長(zhǎng)春理工大學(xué)從七十年代起開(kāi)始從事固丸片著磨料研磨加工技術(shù)的研究，并成立了專(zhuān)門(mén)從事這一技術(shù)研究的課題組，探討了在固著磨料研磨中，研磨壓力、研磨速度、冷卻液等對(duì)研磨效率和加工質(zhì)量的影響，這些研究有力地推動(dòng)了這一新技術(shù)的推廣應(yīng)用。
由于固著磨料研磨具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此不僅國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者從事這一技術(shù)的研究，而且國(guó)外也有人從事這一技術(shù)的研究。早在80年就有人研究固著磨料研磨機(jī)理，固著磨料研磨加工工件已加工表面粗糙度及破壞層等的變化規(guī)律。研究的加工材料是玻璃，重點(diǎn)是探討工件已加工表面粗糙度和材料去除量隨研磨加工時(shí)間的變化規(guī)律。還比較了不同冷卻液的效果。發(fā)現(xiàn)了表面粗糙度與破壞層深度有一恒定關(guān)系，這就使人們能根據(jù)工件表面粗糙度值來(lái)確定下道工序的去除深度。
目前國(guó)外較重視磨料性能的改進(jìn)，以及丸片制作技術(shù)的研究，如探討如何避免丸片的脫層及裂縫，避免丸片中混入空氣，提高磨料和結(jié)合劑的均勻性等。為了更好地改善固著磨料研磨效果，提高丸片質(zhì)量，日本東京大學(xué)有人還研究了利用電泳沉積法制造高質(zhì)量、細(xì)磨粒丸片。采用他們研制的丸片加工硅片，已加工表面質(zhì)量得到了很大改善。國(guó)外還有人采用金剛石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。
為進(jìn)一步完善固著磨料研磨加工技術(shù)，長(zhǎng)春理工大學(xué)的楊建東老師對(duì)固著磨料的浮動(dòng)研磨中工件轉(zhuǎn)速進(jìn)行了研究，解決了工件轉(zhuǎn)速與偏心距、研磨壓力、工件半徑、工件與磨具間的摩擦系數(shù)等加工參數(shù)之間的關(guān)系，并提出了磨具均勻磨損及工件均勻研磨理論。
1.3 研磨機(jī)的發(fā)展情況
研磨機(jī)是用涂上或嵌入磨料的研具對(duì)工件表面進(jìn)行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋面和其他型面。研磨機(jī)是保證研磨加工的重要條件，因此人們專(zhuān)門(mén)研究了各種不同的研磨機(jī)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高速研磨機(jī)的廠(chǎng)家不少，但由于研磨加工的針對(duì)性較強(qiáng)，對(duì)不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差別，所以人們研究開(kāi)發(fā)出了許多專(zhuān)用的研磨機(jī)。研磨機(jī)從加工精度上基本分為兩種：一種是加工不僅對(duì)精度要求較高并對(duì)面形精度也有所要求的工件。另外一種是加工只要求表面粗糙度的零件，例如各種材質(zhì)的機(jī)械密封環(huán)、陶瓷片、氣缸活塞環(huán)、油泵葉片軸承端面及硅、鍺、石英晶體、石墨、藍(lán)寶石、光學(xué)水晶、玻璃、鈮酸鋰、硬質(zhì)合金、不銹鋼、粉灰冶金等金屬材料的平面研磨。這種研磨機(jī)適合加工一些尺寸較小，而且數(shù)量較大的零件。在研磨中將工件與磨料一起置入一容器內(nèi)，加以振動(dòng)，進(jìn)行研磨拋光。還有人專(zhuān)門(mén)研制出相應(yīng)的振動(dòng)研磨機(jī)。目前這種振動(dòng)研磨機(jī)國(guó)內(nèi)外都有廠(chǎng)家生產(chǎn)，而且這種研磨加工技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也日趨廣泛。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)后一種的廠(chǎng)家較多。
我國(guó)在八十年代研究出來(lái)第一臺(tái)PJM320型平面研磨機(jī)。曾獲得國(guó)家科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)?，F(xiàn)在西安秦川發(fā)展有限公司生產(chǎn)的PJM320B就是以它為原型改進(jìn)的。在光學(xué)加工中研磨又稱(chēng)精磨，所以研磨機(jī)也稱(chēng)為精磨機(jī)。目前還有南京儀機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的PLM-400精密拋光機(jī)。以及我國(guó)臺(tái)灣高鈺精密有限公司生產(chǎn)的各種精磨機(jī)。其中平面精磨機(jī)有DL-380和CDL-600和及CDL-900型號(hào)和雙面精磨機(jī)有CDL-4B-4L和CDL-6B-6L及CDL-9B-5L等型號(hào)。其中CDL-380型研磨機(jī)研磨精度高，可達(dá)到的平面度為0.2μm～0.5μm,表面粗糙度Ra<0.1μm，它可加工各種材質(zhì)。
為提高加工效率人們研制出雙面研磨機(jī)，如蘭州東勝機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DSL9B-5P型雙平面研磨機(jī),它加工出的產(chǎn)品精度為10微米級(jí)，平面度及平行度在千分之一毫米。還有深圳宏達(dá)公司生產(chǎn)的雙平面研磨機(jī)，其平行度及平面度也為千分之一毫米。球面高速研磨機(jī)按加工工件表面的曲率半徑不同，分為大球面、中球面和小球面三種，其中Q875型高速精磨機(jī)和QJM-40小球面高速精磨機(jī)和QJM-100中球高速研機(jī)應(yīng)用較為普遍。
國(guó)外高品質(zhì)的研磨機(jī)床已實(shí)現(xiàn)系列化，而且加工精度已達(dá)到很高的水平。如SPEEDFAM高速平面研磨機(jī)，具有粗研磨及精研磨的廣泛研磨能力，能以短時(shí)間和低成本獲得較高的平行度、平面度以及表面粗糙度。即使不熟練的操作人員，亦能達(dá)到尺寸公差3μm、平面度0.3μm、平行度3μm,表面粗糙度Ra0.2μm以?xún)?nèi)的高精度加工水平。又如Takao NAKAMURA等人研制的硅片研磨機(jī)，可同時(shí)加工5片直徑為125mm的硅片，當(dāng)硅片厚度在500～515μm時(shí)，經(jīng)過(guò)24～30min的拋光，尺寸可達(dá)到480士3μm，平均材料去除率0.51～0.57μm/min。
2 研磨原理分析
2.1 研磨機(jī)的工作原理
目前，平面研磨機(jī)主要用于各種精密零件如LED藍(lán)寶石襯底、光學(xué)玻璃晶片、石英晶片、硅片、諸片、模具、導(dǎo)光板、光扦接頭等各種材料的單面研磨、拋光主要使用端面研磨機(jī)。端面研磨機(jī)有多種，在本行業(yè)使用較多的要算是 “平面行星鏈輪式 ”端面研磨機(jī)[1][2]。其工作原理如圖2—1所示。
圖 2—1 工作原理
1.環(huán)套 2.齒圈 3.行星輪 4.鑄鐵塊（壓工件） 5.被研磨工件
6.鑄鐵研磨盤(pán) 7.傳動(dòng)主軸
研磨盤(pán)由一臺(tái)ＹＤ系列電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速器、聯(lián)軸器以及傳動(dòng)主軸以一定角速度旋轉(zhuǎn)。齒圈固定在研磨盤(pán)上，行星齒輪由齒圈帶動(dòng)繞其中心公轉(zhuǎn)，同時(shí)自轉(zhuǎn)，工件位于行星輪內(nèi)，.工件的運(yùn)動(dòng)由行星輪帶動(dòng)，同時(shí)在鑄鐵塊的壓力作用下工件繞其軸線(xiàn)自轉(zhuǎn)。因此，工件的運(yùn)動(dòng)是行星運(yùn)動(dòng)與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成[3]。
在研磨開(kāi)始前，工件和研磨盤(pán)都處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)研磨開(kāi)始時(shí)，研磨盤(pán)先轉(zhuǎn)動(dòng)，工件由行星輪帶動(dòng)作行星運(yùn)動(dòng)，然后在研磨切削力作用下開(kāi)始繞其自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，工件由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的.過(guò)程為啟動(dòng)過(guò)程，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束之后，工件的運(yùn)動(dòng)為行星運(yùn)動(dòng)與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成運(yùn)動(dòng)。
首先，將被研磨工件放入行星輪內(nèi)，工件鑄鐵塊的壓力作用下使工件與研磨盤(pán)有一定的摩察力，進(jìn)而達(dá)到磨削的目的。行星輪3以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因行星輪3與固定齒圈2嚙合，驅(qū)使行星輪繞自己的中心旋轉(zhuǎn)(或稱(chēng)自轉(zhuǎn))的同時(shí)還繞中心圓柱銷(xiāo)輪的中心旋轉(zhuǎn)(或替公轉(zhuǎn))。此時(shí)工件端面上某點(diǎn)的平面軌跡是一條曲線(xiàn)。另一方面，研磨盤(pán)6以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在工件端面上上述某點(diǎn)重合的研磨盤(pán)上相應(yīng)點(diǎn)的軌跡是一條圓弧。這樣，在工件端面上同一個(gè)點(diǎn)便有兩條軌跡通過(guò)而形成“研磨網(wǎng)紋”。過(guò)該點(diǎn)分別與兩條軌跡曲線(xiàn)相切而存在的“相對(duì)速度”（因兩條切線(xiàn)所表明的速度方向不可能一致），這就具備了研磨工藝條件而實(shí)現(xiàn)了研磨過(guò)程。
機(jī)械端面研磨工藝在三種產(chǎn)品的密封端面研磨中幾乎是最終工序（因?yàn)橛械淖詈筮€要安排手工平面研磨）。因此，精度和表面粗糙度表列數(shù)據(jù)便是應(yīng)達(dá)到的要求。粗糙度與研磨盤(pán)的材科、研磨劑材料及配方、研磨參數(shù)（相對(duì)速度、研磨壓力）、研磨工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定（機(jī)床、研具、工件組成的工藝系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)程度）有關(guān)，與機(jī)床的研磨原理也有關(guān)。對(duì)于密封端面的垂直度、平行度這是研磨工序的前遭工序已經(jīng)達(dá)到的精度，本研磨工序必須“均勻去除研磨余量”得以保持原始精度。對(duì)于平面度是本序的主要任務(wù)， 研磨工藝提高平面度降低表面粗糙度，保持垂直度和平行度。顯然，這“四度”與端面研磨機(jī)的研磨原理都有直接關(guān)系。這是因?yàn)楸３执怪倍?、平行度、提高平面度取決于密封端面的研磨過(guò)程中各點(diǎn)去除研磨余量是否相等（在剛開(kāi)始研磨時(shí)端面凸部研磨量較凹部研磨量大是提高平面度初期研磨階段的情況應(yīng)例外），也就是研磨全過(guò)程端面上各點(diǎn)的相對(duì)速度是相等的（各點(diǎn)的研磨壓力也是相同的）。各點(diǎn)的研磨量相等。若端面上各點(diǎn)的相對(duì)速度(研磨速度)相等，但從研磨開(kāi)始到終了各點(diǎn)的研磨速度有規(guī)律的變化，研磨壘過(guò)程結(jié)柬，各點(diǎn)研磨速度的?？偡e分值相等。即瞬時(shí)研磨量不相等，總研磨量各點(diǎn)相等。另一個(gè)條件是端面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡和研磨盤(pán)相應(yīng)點(diǎn)圓周運(yùn)動(dòng)軌 跡在工件端面上形成密集而交叉的“研磨網(wǎng)紋”[4]。
總之，要達(dá)到四度（垂直度、平行度、平面度、粗糙度）的要求，必須保證在工件端面上形成密集合理的研磨阿紋和各點(diǎn)均勻的去除研磨余量。這就是研究端面研磨機(jī)研磨原理的出發(fā)點(diǎn)。
2.2 研磨網(wǎng)紋分析
在平面上形成研磨同紋，可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析：一是工件被研平面上任意點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)研磨盤(pán)與工件相應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡在工件被研平面上形成“研磨網(wǎng)紋”。二是工件被研平面上任意點(diǎn)有二個(gè)瞬時(shí)速度，一個(gè)是工件運(yùn)動(dòng)在該點(diǎn)的瞬時(shí)速度，另一個(gè)是因研磨盤(pán)運(yùn)動(dòng)在該點(diǎn)產(chǎn)生的瞬時(shí)圓周速度。這兩個(gè)速度合成形成的綜合運(yùn)動(dòng)軌跡，該軌跡在工件平面上反復(fù)出現(xiàn)并移動(dòng)位置而形成“研磨網(wǎng)紋“ [5]。
2.3 研磨速度分析
工件端面上某一點(diǎn)的“研磨速度”系指該點(diǎn)因夾具自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)而具有的線(xiàn)速度與旋轉(zhuǎn)的研磨盤(pán)上相重合點(diǎn)的線(xiàn)速度的“向量和”。為了計(jì)算和研究問(wèn)題方便，“研磨速度”可以分成“徑向研磨速度”和“切向研磨速度”。研磨盤(pán)上各點(diǎn)只有切向線(xiàn)速度而無(wú)徑向線(xiàn)速度。工件端面上某一點(diǎn)的“徑向研磨速度”就是該點(diǎn)徑向分量。該點(diǎn)的“切向研磨速度”是該點(diǎn)切向分量和研磨盤(pán)上重合點(diǎn)切向線(xiàn)速度的向量和。
圖 2—2 研磨軌跡
如圖2—2所示，一個(gè)是兩個(gè)工件中心和中心輪中心成一直線(xiàn)的A、B位置；另一個(gè)是工件端面上最外圓某點(diǎn)的切向線(xiàn)速度(繞O2旋轉(zhuǎn))與研磨盤(pán)上重合點(diǎn)的圓周速度相垂直的位置C。為計(jì)算簡(jiǎn)便，且因工件直徑很小而中心輪中心翻夾具中心的距離（R1)很大。故將工件取在工件中心與中心輪中心連線(xiàn)所在圓相切的位置。此時(shí)，可近似的認(rèn)為工件徑向研磨速度就是工件繞夾具中心旋轉(zhuǎn)的線(xiàn)速度。而切向研磨速度是研磨盤(pán)線(xiàn)速度和夾具公轉(zhuǎn)線(xiàn)速度的向量和[6]。
通過(guò)研磨速度分析和計(jì)算結(jié)果表明：工件在任何位置。同一端面上各點(diǎn)的切向研磨速度幾乎相同；工件在任意位置，端面上的切向研磨速度幾乎相同；工件端面切向速度的不變性，與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)幾乎無(wú)關(guān)；由于工件端面上任意點(diǎn)的軌跡是沿研磨盤(pán)圓軌跡幾乎同向而平穩(wěn)變化的曲線(xiàn)，可想而知其徑向研磨速度變化亦很小，計(jì)算表明徑向研磨速度在同一工件端面上的各點(diǎn)或同一瞬時(shí)不同工件位置上工件端面各點(diǎn)的變化范圍較小，最小徑向速度是最大徑向速度的1/2左右，且?jiàn)A具旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，徑向速度的變化反復(fù)出現(xiàn)。因此。工件端面上各點(diǎn)在研磨全過(guò)程中速度總積值是相等的。因此，行星式端面研磨原理就研磨速度而言是合理的。
3 研磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)分析
圖 3—1 傳動(dòng)系統(tǒng)
1.研磨盤(pán) 2.聯(lián)軸器 3.蝸輪蝸桿一級(jí)減速器 4.電動(dòng)機(jī) 5.聯(lián)軸器
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型
考慮研磨機(jī)所需功率和傳動(dòng)裝置的總效率，選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y802-4。
3.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)的功率
工作機(jī)上研磨盤(pán)的速度：
工作機(jī)所需功率：
其中，研磨機(jī)的效率
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]得蝸輪蝸桿傳動(dòng)（雙頭）效率，一個(gè)聯(lián)軸器效率，一對(duì)深溝球軸承效率，一對(duì)滾動(dòng)軸承效率，故電動(dòng)機(jī)至研磨機(jī)主軸的總機(jī)械效率：
電動(dòng)機(jī)的輸出功率：
電動(dòng)機(jī)的額定功率：
查技術(shù)手冊(cè)得：
蝸桿軸功率：
蝸輪軸功率：
3.1.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：
取單級(jí)（雙頭）蝸桿傳動(dòng)比：
則總傳動(dòng)比的范圍：
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)為：
綜合考慮，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速選為。
低速時(shí)，即nw=20r/min時(shí)，同理可得
（1~1.3）=0.199~0.258kw
160~800r/min
電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速選為。
查技術(shù)手冊(cè)確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y802-4 ，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速nm=1390/2160r/min，P=0.75kw。
研磨盤(pán)主軸功率：
故合適。為了實(shí)現(xiàn)研磨機(jī)上研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速能在n=0~60r/min變速，故在所選電動(dòng)機(jī)上配裝變頻器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)研磨機(jī)的調(diào)速。
3.2 計(jì)算總傳動(dòng)比
主傳動(dòng)軸傳動(dòng)比：
即：蝸輪蝸桿傳動(dòng)比：
3.3 研磨盤(pán)主軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
3.3.1 研磨盤(pán)主軸的轉(zhuǎn)速
3.3.2 研磨盤(pán)主軸的功率
3.3.3 研磨盤(pán)主軸轉(zhuǎn)速
4 蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)
4.1 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
蝸桿傳動(dòng)多在需要交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的場(chǎng)合使用。通常交錯(cuò)角為，一般蝸桿為主動(dòng)力。其主要優(yōu)點(diǎn)為傳動(dòng)比大，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)可以自鎖。其缺點(diǎn)是效率低，需要貴重的金屬。蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型有很多種，本文根據(jù)需要選用了普通的圓柱蝸桿—阿基米德蝸桿（ZA）。
4.1.1蝸桿傳動(dòng)材料的選擇
在蝸桿傳動(dòng)中，普通齒輪傳動(dòng)中齒輪所發(fā)生的點(diǎn)蝕、彎曲、折斷、膠合和磨損等失效形式必然都會(huì)出現(xiàn)。更特殊的是由于蝸桿傳動(dòng)中齒輪在齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，磨損、發(fā)熱、膠合的現(xiàn)象更容易發(fā)生。
基于蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，蝸桿副的材料組合首先要求具有良好的減磨、耐磨、易于跑合的特性和抗膠合能力，此外要求有足夠的強(qiáng)度。由于速轉(zhuǎn)不高、功率不大，蝸輪材料選用ZQAl9-4，砂模鑄造，[]=250MPa；蝸桿材料選用40Cr，表面調(diào)制處理，硬度為241~286HBS[8]。
4.1.2 選擇齒數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取Z1=2，Z2=72
4.1.3 驗(yàn)算滑動(dòng)速度
式中 —蝸桿頭數(shù)；
m—模數(shù)（mm）；
—蝸桿分度圓直徑（mm）；
—蝸桿分度圓柱上螺旋升角；
—滑動(dòng)速度，m/s。
所以，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，原材料選擇是合適的。
4.1.4 主要尺寸計(jì)算
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以得到蝸桿傳動(dòng)的主要尺寸，如表4-1所示。
表4-1 蝸桿傳動(dòng)的主要尺寸
名 稱(chēng)
符 號(hào)
蝸 桿
蝸 輪
模數(shù)
4
4
頭數(shù)
2
72
分度圓直徑
d
40
288
中心距
a
164
齒頂圓直徑
48
296
齒根圓直徑
30
278
蝸輪
最大外圓直徑
—
302
齒頂圓弧直徑
—
16
齒根圓弧直徑
—
25
蝸輪輪緣寬度
—
36
蝸桿分度圓柱上螺旋升角
11.31°
齒距
p
特性系數(shù)
q
10
壓力角
20°
螺旋方向
右 旋
蝸輪變位系數(shù)
0
4.1.5 熱平衡計(jì)算
蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是效率低，發(fā)熱量較大。在工作中就可能出現(xiàn)齒面磨損加劇，甚至引起齒面膠合的情況。出現(xiàn)工作失效的原因在于散熱不充分，溫升過(guò)高，使?jié)櫥宛ざ冉档停瑴p小潤(rùn)滑作用。因此，閉式蝸桿傳動(dòng)必須進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡計(jì)算的原理是：閉式蝸桿傳動(dòng)正常工作時(shí)，由摩擦產(chǎn)生的熱量應(yīng)小于或等于箱體表面散發(fā)的熱量，以保證溫升不超過(guò)允許值。公式為：
式中，P=0.72kw，在通風(fēng)良好的條件下，取，取允許潤(rùn)滑油工作溫度，室溫，。
將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算得箱體所需要有效散熱面積A為：
這將為箱體設(shè)計(jì)和是否考慮采取散熱措施提供依據(jù)[9]。
4.2 軸的設(shè)計(jì)和校核
4.2.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)
從設(shè)計(jì)機(jī)床的工作特點(diǎn)來(lái)看，蝸輪軸要同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用。從傳動(dòng)情況來(lái)看，轉(zhuǎn)矩是由蝸桿軸傳給蝸輪軸軸的，彎矩主要是由主軸上兩個(gè)滾動(dòng)軸承承受。
1、選擇軸的材料
主軸材料選用40Cr鋼，調(diào)制處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：硬度為241~286HBS，，，A=126~97。
2、按許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力初估軸的直徑
mm
考慮到軸上的鍵槽，直徑應(yīng)增大5%，則d≥36.5~31.6mm，取d=55mm
3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)估算所得直徑，輪轂寬及安裝情況等條件，軸的結(jié)構(gòu)和尺寸可進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，根據(jù)裝配零件的尺寸以及軸向定位和固定的要求，逐段確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。根據(jù)減速器的內(nèi)壁到蝸輪和軸承端面的距離，以及軸承端蓋裝拆方便等要求參見(jiàn)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將軸的結(jié)構(gòu)尺寸初步取定如圖4-1所示，這樣軸承跨距為180mm，由此由此可進(jìn)行軸和軸承等的校核計(jì)算。
（1）軸承段 取d=65mm，l=23mm
（2）空心軸段 取d=71mm，l=25mm
（3）軸環(huán)段 取d=76mm，l=9mm
（4）齒輪段 取d=70mm，l=86mm
（5）套筒、軸承段 取d=65mm，l=60mm
（6）軸承端蓋段 取 d=60mm，l=35mm
（7）聯(lián)軸器段 取 d=55mm，l=84mm
圖4-1 蝸輪軸結(jié)構(gòu)示意圖
4、計(jì)算蝸輪受力
蝸桿、蝸輪分度圓直徑分別為：40mm，288mm。
蝸桿、蝸輪所受轉(zhuǎn)矩分別為：
蝸輪作用力：
圓周力：
徑向力：
軸向力：
由于蝸輪軸是立式安裝，軸上裝配的零件產(chǎn)生的力均有減速器承受，因此軸上承受的軸向力為。
軸受力大小及方向如圖4-2所示
4-2 軸受力示意圖
5、計(jì)算軸承反力
垂直面受力圖如圖4-3所示，水平面受力圖如圖4-3所示
圖4-3 垂直面受力示意圖 圖4-4水平面受力示意圖
垂直面：
水平面：
6、繪制彎矩圖
垂直面彎矩圖如圖4-5所示：
圖4-5 垂直面彎矩示意圖
水平面彎矩圖如圖4-6所示：
4-6 水平面彎矩示意圖
合成彎矩圖如圖4-7所示：
4-7 合成彎矩示意圖
7、繪制扭矩圖
扭矩示意圖如圖4-8所示：
4-8 扭矩示意圖
由蝸輪受力計(jì)算結(jié)果可知：
又根據(jù)，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，，
故
8、繪制當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量彎矩圖如圖4-9所示：
4-9 當(dāng)量彎矩示意圖
9、計(jì)算危險(xiǎn)截面C處的直徑
危險(xiǎn)截面C出的直徑為：
所以取截面C直徑為70mm。所以該軸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求[10]。
4.2.2 蝸桿軸的設(shè)計(jì)
1、選擇軸的材料
主軸材料選用40Cr鋼，調(diào)制處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：硬度為241~286HBS，，，A=126~97。
2、按許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力初估軸的直徑
考慮到軸上的鍵槽，對(duì)軸的影響較大，為了增大強(qiáng)度，取d=20mm。
3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
蝸桿軸的結(jié)構(gòu)及尺寸可進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，安裝聯(lián)軸器處的直徑為20mm，長(zhǎng)度為52mm。軸肩寬度取10mm，軸間左右兩端為擋油環(huán)（直徑為52mm）。同時(shí)左右軸端裝配在套杯，使其與套杯過(guò)盈配合。根據(jù)減速器的內(nèi)壁到蝸桿和軸承端面的距離，以及軸承端蓋裝拆方便等要求參見(jiàn)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將軸的結(jié)構(gòu)尺寸初步取定如圖4-10所示，這樣軸承跨距為322mm，由此由此可進(jìn)行軸和軸承等的校核計(jì)算。
圖4-10 蝸桿軸結(jié)構(gòu)示意圖
4、計(jì)算蝸桿受力
蝸桿傳動(dòng)中蝸桿與蝸輪嚙合受力，根據(jù)作用力與反作用力，可得蝸桿受力。
圓周力：
徑向力：
軸向力：
軸受力大小及方向如圖4-11所示
圖4-11 軸受力示意圖
5、計(jì)算軸承反力
垂直面受力圖如圖4-12所示，水平面受力圖如圖4-13所示
圖4-12 垂直面受力示意圖 圖4-13水平面受力示意圖
垂直面：
水平面：
6、繪制彎矩圖
垂直面彎矩圖如圖4-14所示：
圖4-14 垂直面彎矩示意圖
水平面彎矩圖如圖4-15所示：
4-15 水平面彎矩示意圖
合成彎矩圖如圖4-16所示：
4-16 合成彎矩示意圖
7、繪制扭矩圖
扭矩示意圖如圖4-17所示：
4-17 扭矩示意圖
由蝸輪受力計(jì)算結(jié)果可知：
又根據(jù)，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，，
故
8、繪制當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量彎矩圖如圖4-18所示：
4-18 當(dāng)量彎矩示意圖
9、計(jì)算危險(xiǎn)截面C處的直徑
危險(xiǎn)截面C出的直徑為：
所以取截面C直徑為40mm。所以該軸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
4.3 滾動(dòng)軸承壽命的校核
滾動(dòng)軸在工作一段時(shí)間后，可能出現(xiàn)的失效形式是接觸表面發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕。此現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)后，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道接觸處產(chǎn)生變化的接觸應(yīng)力，應(yīng)力足夠大且循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值。對(duì)于一般在正常工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，疲勞點(diǎn)蝕是主要的失效形式，應(yīng)按此進(jìn)行壽命計(jì)算。其目的是保證選用適當(dāng)?shù)妮S承在給定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的壽命[11]。
4.3.1 軸承的受力分析
1、蝸桿軸軸承的受力分析：
此外右端軸承還受軸向力：
2、蝸桿軸軸承的受力分析：
此外左端軸承還受軸向力：
4.3.2 軸承的選擇及壽命校核
1、蝸桿軸軸承的選擇及壽命校核
軸上受到蝸輪的作用，軸承同時(shí)承受徑向載荷與軸向載荷，根據(jù)蝸桿軸的結(jié)構(gòu)要求，軸承的配置采用一端固定，一端游動(dòng)式。游動(dòng)端選用輕（2）窄系列深溝球軸承6010型，固定端選用圓錐滾子軸承30210型。
所選用軸承各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如表4-2所示
表4-2
軸承代號(hào)
基本尺寸/mm
安裝尺寸/mm
基本額定動(dòng)載荷
基本額定靜載荷
kN
6210
50
80
20
1.1
57
83
1
35
23.2
30210
50
90
20
17
1.5
57
79
1.5
73.2
92.0
⑴ 校核左端軸承的使用壽命：
由于左端軸為游動(dòng)端，所以不受軸向力，，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè),取，同樣由設(shè)計(jì)手冊(cè)取，則：
由軸承壽命計(jì)算的基本公式：
式中：n—軸承轉(zhuǎn)速，r/min；
C—額定動(dòng)載荷，N；
P—當(dāng)量動(dòng)載荷，N，；
—壽命指數(shù)，對(duì)球軸承=3，對(duì)滾子軸承=10/3。
⑵ 校核右端軸承的使用壽命：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取 e=0.42， Y=1.4。
取X=0.4，Y=1.4，由設(shè)計(jì)手冊(cè)取，則：
所以蝸桿軸兩端的軸承滿(mǎn)足使用要求。
2、蝸輪軸軸承的選擇及壽命校核
蝸輪軸上同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，由于軸向載荷作用于左端軸承，根 據(jù)軸的直徑軸的兩端軸承均選用（02）尺寸系列圓錐滾子軸承30213型，參數(shù)如下表：
表4-3
軸承代號(hào)
基本尺寸/mm
安裝尺寸/mm
基本額定動(dòng)載荷
基本額定靜載荷
kN
30213
65
120
23
20
2
74
106
2.5
120
152
⑴ 校核左端軸承的使用壽命：
由軸承壽命計(jì)算的基本公式：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?。?，
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取：；取
⑵ 校核右端軸承的使用壽命
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取: ，
所以蝸輪軸兩端的軸承滿(mǎn)足使用要求。
4.4 減速器箱體的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.4.1 箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料
采用立式蝸桿減速器。鑄造箱體，材料HT150。因其屬于中型鑄件，鑄件最小壁厚8～10mm，取δ=10mm。
4.4.2 鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸
各項(xiàng)結(jié)構(gòu)尺寸如表4-4所示
表4-4
名稱(chēng)
符號(hào)
尺寸關(guān)系（mm）
箱座壁厚
δ
δ=10
箱蓋壁厚
δ1
δ1=15
箱蓋凸緣厚度
b1
b1=15
箱座凸緣厚度
b
b=15
箱座底凸緣厚度
b2
b2=25
地腳螺釘直徑
df
df=18
地腳螺釘數(shù)目
n
n=4
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
d1
d1=13.5
箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑
d2
d2=10
連接螺栓d2的間距
L
L=180
軸承端蓋螺釘直徑
d3
d3=8
軸承端蓋螺釘數(shù)目
n
n=6
df，d1，d2至外壁距離
C1
C1=24
d1，d2至凸緣邊緣距離
C2
C2=22
軸承旁凸臺(tái)半徑
R1
R1=22
軸承旁凸臺(tái)高度
h
箱體外壁至軸承座端面的距離
L1
L1=70
蝸輪外圓與箱內(nèi)壁間距離
△1
△1=27
蝸輪輪轂端面與箱內(nèi)壁距離
△2
△2=28
箱蓋、箱座上的肋厚
m1，m
m1=9；m=9
軸承端蓋外徑
D2
(蝸輪軸)D2=180；
(蝸桿軸)D2=130
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
S
S=130
5 研磨盤(pán)主軸設(shè)計(jì)
5.1 主軸的設(shè)計(jì)
從設(shè)計(jì)機(jī)床的工作特點(diǎn)來(lái)看，主軸要同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用。從傳動(dòng)情況來(lái)看，轉(zhuǎn)矩是由蝸輪軸傳給主軸的，彎矩主要是由主軸上三個(gè)球軸承承受。
5.1.1 選擇軸的材料
主軸材料選用45鋼，調(diào)制處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：硬度為197~229HBS，，，A=126~103。
5.1.2 按許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力初估軸的直徑
mm
考慮到軸上的鍵槽，直徑應(yīng)增大5%，則d≥22.5~20.6mm，取d=24mm
5.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主軸為階梯軸，擬定聯(lián)軸器、空心軸、軸承、套筒、彈性墊圈、端蓋、研磨盤(pán)、墊圈、螺母等依次裝配。根據(jù)裝配零件的尺寸以及軸向定位和固定的要求，逐段確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。見(jiàn)圖5—1
1. 聯(lián)軸器段 取d=45mm，l=84；
2. 空心軸段 取d=52mm，l=20mm；
3. 軸承、套筒段 取d=45mm，l=79mm；
4. 軸承端蓋段 取d=40mm，l=40mm；
5. 研磨盤(pán)段 取楔形d=40x30mm，l=34.5mm；
6. .螺紋軸段 根據(jù)螺母的標(biāo)準(zhǔn)，取 d=24mm，l=23mm。
圖5—1 研磨盤(pán)主軸
5.2 軸的校核
由前文可知，主軸所受扭矩，，。
軸受力大小及方向如圖5-2所示
圖5-2 主軸受力示意圖
1、計(jì)算軸承支反力
XOY平面受力圖如圖5-3所示，YOZ平面受力圖如圖5-4所示
圖5-3 XOY平面受力圖 圖5-4 YOZ平面受力圖
XOY平面內(nèi)的支反力：
由得：
YOZ平面內(nèi)的支反力
由得：
由受力平衡可得：
2、繪制彎矩圖
XOY平面彎矩圖如圖5-5所示：
圖5-5 XOY平面彎矩圖
YOZ平面彎矩圖如圖5-6所示：
圖5-6 YOZ平面彎矩圖
合成彎矩圖如圖5-7所示：
圖5-7 合成彎矩圖
3、繪制扭矩圖
扭矩示意圖如圖5-8所示：
圖5-8 扭矩示意圖
由軸受力計(jì)算可知：
又根據(jù)，由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，，
故
4、繪制當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量彎矩圖如圖5-9所示：
圖5-9 當(dāng)量彎矩圖
5、計(jì)算危險(xiǎn)截面C處的直徑
危險(xiǎn)截面C出的直徑為：
所以取截面C直徑為45mm，所以該軸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
5.3 主軸軸承的選擇及壽命校核
5.3.1 軸承的受力分析
主軸承的受力分析：
5.3.2 主軸軸承的選擇及壽命校核
主軸上同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，由于軸向載荷作用于右端軸承，根 據(jù)軸的直徑軸的兩端軸承均選用（03）尺寸系列深溝球軸承6309型，參數(shù)如下表：
表 5—1
軸承代號(hào)
基本尺寸/mm
安裝尺寸/mm
基本額定動(dòng)載荷
基本額定靜載荷
kN
30213
45
100
25
15
1.1
54
91
1.5
52.8
31.8
1、校核左端軸承的使用壽命：
由軸承壽命計(jì)算的基本公式：
式中：n—軸承轉(zhuǎn)速，r/min；
C—額定動(dòng)載荷，N；
P—當(dāng)量動(dòng)載荷，N，；
—壽命指數(shù)，對(duì)球軸承=3，對(duì)滾子軸承=10/3。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取: ，。
2、校核右端軸承的使用壽命
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?。?
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?。海蝗?
所以主軸兩端的軸承滿(mǎn)足使用要求。
第六章 鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇
本部分含鍵的選擇聯(lián)軸器的選擇，螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇墊圈，墊片的選擇，具體內(nèi)容如下：
6.1 鍵的選擇
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[14]：
電動(dòng)機(jī)軸與聯(lián)軸器配合鍵：A型普通平鍵
蝸桿軸與聯(lián)軸器配合鍵：A型普通平鍵
蝸輪軸與蝸輪配合鍵：A型普通平鍵
蝸輪軸與聯(lián)軸器配合鍵：A型普通平鍵
傳動(dòng)主軸與聯(lián)軸器配合鍵：A型普通平鍵
6.2 聯(lián)軸器的選擇
根據(jù)軸設(shè)計(jì)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，查表GB/T 5843-2003，蝸桿與電動(dòng)機(jī)連接選用GY2型凸緣聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為，半聯(lián)軸器與蝸桿軸配合孔徑為，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度；半聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸配合孔徑為：，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為：。
蝸輪軸與傳動(dòng)主軸連接選用GY7型凸緣聯(lián)軸器，其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩為，半聯(lián)軸器與蝸輪軸配合孔徑為，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度；半聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸配合孔徑為：，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度為：。
6.3 螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇
考慮到研磨機(jī)的工作條件，減速器箱體及附件的結(jié)構(gòu)，以及其他因素的影響選用
螺栓GB/T 27-1988
M8 ， 數(shù)量為12個(gè)；
M10， 數(shù)量為8個(gè)；
M12， 數(shù)量為8個(gè)。
螺母GB/T 6170-2000
M8， 數(shù)量為12個(gè)；
M12， 數(shù)量為8個(gè)；
M22， 數(shù)量為1個(gè)；
M24， 數(shù)量為2個(gè)。
螺釘GB/T 77-2000
M6， 數(shù)量為14個(gè)；
M8， 數(shù)量為12個(gè)；
M10， 數(shù)量為14個(gè)；
M12， 數(shù)量為12個(gè)；
M16， 數(shù)量為4個(gè)；
M18， 數(shù)量為4個(gè)。
結(jié) 論
1.本文設(shè)計(jì)的研磨機(jī)，實(shí)現(xiàn)了單面研磨工藝，做到了高效、高精度的有機(jī)結(jié)合，并且實(shí)現(xiàn)了多工件同時(shí)加工，從而徹底擺脫了傳統(tǒng)手工或慢速研磨機(jī)加工效率低，磨料浪費(fèi)嚴(yán)重的缺點(diǎn)[15]，加工效率比傳統(tǒng)研磨提高了30一100倍，磨料成本降低了60%。
2.本文設(shè)計(jì)的研磨機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，有效地減小了研磨機(jī)的體積，攜帶方便，可以降低生產(chǎn)費(fèi)用，為企業(yè)節(jié)約大量的資金[16]。
3.本文設(shè)計(jì)的研磨機(jī)的上研磨盤(pán)主軸有足夠的強(qiáng)度、剛度及很高的精度，有效地提高了研磨機(jī)的壽命[17][18]。
4. 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了諸多的問(wèn)題，真正的認(rèn)識(shí)到了自己需要學(xué)習(xí)的東西海有很多很多。同時(shí)對(duì)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)掌握得也不夠扎實(shí)，需要再進(jìn)行鞏固。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于自己來(lái)說(shuō)是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，對(duì)以后的工作和學(xué)習(xí)都有很大的幫助，受益匪淺。本次論文雖然經(jīng)過(guò)多次的改正與調(diào)整，但仍然存在很多不足之處。懇請(qǐng)各位老師批評(píng)、指正。
致 謝
兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間匆匆而過(guò)，在李長(zhǎng)詩(shī)老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)的熱情幫助下，我如期順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。飲其流時(shí)思其源，成吾學(xué)時(shí)念吾師，在此論文完成之際，我對(duì)李長(zhǎng)詩(shī)老師及幫助過(guò)我的同學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意！
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它可以讓我們對(duì)大學(xué)四年所學(xué)所知所見(jiàn)綜合的系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)踐，并在前幾次課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識(shí)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)把所學(xué)相關(guān)課程（如機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械工程材料等）中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合運(yùn)用，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來(lái)。而且，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我首次進(jìn)行完整綜合的機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)戰(zhàn)演練，它讓我樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了我對(duì)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的獨(dú)立工作能力，讓我具有了初步的機(jī)構(gòu)選型與組合和確定傳動(dòng)方案的能力，為我今后的設(shè)計(jì)工作打了良好的基礎(chǔ)。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，還提高了我的計(jì)算和AutoCAD制圖能力；我能夠比較熟悉地運(yùn)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖集、規(guī)范；熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如GB、JB等），獲得了一個(gè)工程技術(shù)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)方面所必須具備的基本技能訓(xùn)練，也使我明白了作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)師應(yīng)具備的基本素質(zhì)。除了扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以外，認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)也是必不可少的要素。
在這即將畢業(yè)的時(shí)刻，我要特別感謝院領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)心支持。在我學(xué)業(yè)的最后階段，是你們的辛勤勞動(dòng)和無(wú)私奉獻(xiàn)使我能夠認(rèn)認(rèn)真真的作完畢業(yè)設(shè)計(jì)，更是你們的關(guān)心和教導(dǎo)使我順利完成大學(xué)的學(xué)業(yè)。你們所從事的職業(yè)是太陽(yáng)底下最光榮的，無(wú)法用言語(yǔ)形容感激，惟愿師生情誼一生延續(xù)。十年樹(shù)木，百年樹(shù)人，作為人類(lèi)的靈魂的工程師，我為你們感到驕傲！
總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我收益非淺，可以說(shuō)，它將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)，工作產(chǎn)生很大的影響。最后，再次對(duì)李長(zhǎng)詩(shī)老師表示感謝！同時(shí)，也對(duì)學(xué)校里的關(guān)心我們的領(lǐng)導(dǎo)表示誠(chéng)摯的謝意。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫恒.機(jī)械原理[M]七版.北京：高等教育出版社，2006.5
[2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]八版.北京：高等教育出版