708 陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【全套10張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說明書】

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The wheelhead uses eight groups high- speed whirling diamond grinding wheel to grind the surface of porcelain brick., and process minimally to the polishing brick in order to make the surface even and lubricious, then it can minish the comsuption of unprocessed brcik, reduce the production cost and improve productivity and efficiency. This design is mainly on contruction designming and calculation of the high-speed rotation of grinding wheel and slow-speed revolution of wheelhead. Because of the difference of rotate speed of the two drives, so it has to use two electric machine to drive. The rotation of grinding wheel is degined into a big bevel gear running with eight samll bevel gear in mesh, so as to realize the high-speed rotation of diamond grinding wheel. Worm wheel and worm transmission designment is used to realize the revolution of it. And this design checks the strength of gear and the worm wheel, axis, bearing and bond separately. Two-dimensional view is drawn by CAD, and the weight calculation of the cabinet and shell is done by PRO/E medeling. Keywords: Polish ceramic tile；whirling wheelhead；bevel gear；worm and worm wheel IV 目 錄 1 緒論 1 2 磨頭傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 2 2.1 確定傳動(dòng)方案 2 2.1.2 方案一 2 2.1.1 方案二 3 2.1.3 磨頭傳動(dòng)方案的選定 3 2.2 電動(dòng)機(jī)的確定 4 2.2.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 4 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的容量 4 2.2.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 5 2.3 總傳動(dòng)比的確定和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 5 2.4 磨頭的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 6 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 6 2.4.2 各軸功率的計(jì)算 7 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 7 3 磨頭傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號(hào) 9 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.2.1 齒輪材料的選則 9 3.2.2 主要參數(shù)的選則 9 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個(gè)尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 .10 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)計(jì)算 .15 3.3.1 傳動(dòng)類型、精度等級(jí)和材料的確定 .15 3.3.2 初選幾何參數(shù) .15 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 .15 3.3.4 按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) .15 3.3.5 主要幾何尺寸 .16 V 3.3.6 蝸輪圓周速度的計(jì)算并核對(duì)傳動(dòng)的效率 .16 3.3.7 接觸強(qiáng)度的校核 .16 3.3.8 蝸輪彎曲強(qiáng)度的校核 .17 3.3.9 其他幾何尺寸計(jì)算 .17 4 磨頭軸系的設(shè)計(jì) .19 4.1 初繪裝配底圖及驗(yàn)算軸系零件 .19 4.1.1 確定箱內(nèi)傳動(dòng)件輪廓及其相對(duì)位置 .19 4.1.2 箱體內(nèi)壁位置的確定 .20 4.1.3 初步進(jìn)行視圖布置及繪制裝配底圖 .20 4.1.4 磨頭公轉(zhuǎn)蝸桿軸的設(shè)計(jì) .21 4.1.5 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐主動(dòng)齒的輪軸的設(shè)計(jì) .26 4.1.6 磨輪公轉(zhuǎn)蝸輪軸的設(shè)計(jì) .30 4.1.7 磨輪自轉(zhuǎn)小錐齒輪軸的設(shè)計(jì) .34 4.1.8 旋風(fēng)磨頭上各軸鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 .38 4.1.9 旋風(fēng)磨頭上各軸承的疲勞強(qiáng)度校核 .40 4.1.10 磨頭主要部件螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的校核 45 4.1.11 軸結(jié)構(gòu)的修改 45 4.2 設(shè)計(jì)和繪制磨頭的軸系結(jié)構(gòu) .45 4.2.1 錐齒輪和蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .45 5 磨頭箱體的設(shè)計(jì) .48 5.1 磨頭箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .48 5.1.1 磨頭箱體的裝配 .48 5.1.2 磨頭殼體的尺寸確定 .51 5.1.3 箱體的潤滑及密封和散熱 .52 結(jié) 論 55 參考文獻(xiàn) 57 致 謝 58 附 錄 1 1 緒論 隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的持續(xù)提升，中國老百姓對(duì)陶瓷墻地磚 的消費(fèi)也產(chǎn)生了多樣化的需求，拋光磚的產(chǎn)銷量仍然保持強(qiáng)勁增長。而陶瓷磚的生產(chǎn) 是由建筑陶瓷機(jī)械來完成的。 截止 2000 年底，在我國現(xiàn)在仍生產(chǎn)的 2900 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線 共有 580 條，其中進(jìn)口線約占 30％，大多進(jìn)口線為 97 年以前引進(jìn)，其余 70%為 95 年 開始投放市場的國產(chǎn)線。在廣東地區(qū) 984 條建筑陶瓷生產(chǎn)線中，瓷質(zhì)磚拋光線有 387 條，約占全國瓷質(zhì)磚拋光線總量的 70％左右。 陶瓷拋光磚在國內(nèi)市場風(fēng)行以來，各種利用機(jī)械加工瓷磚以提高產(chǎn)品檔次的方法 不斷涌現(xiàn)，如水刀切割、圓弧拋光、線條拋光等等。深加工已經(jīng)成為陶瓷產(chǎn)品錦上添 花的主要手段之一，在提高產(chǎn)品附加值方面大有可為。為陶瓷深加工專門制作的深加 工機(jī)械是陶瓷機(jī)械行業(yè)中的后起之秀，近年來在國內(nèi)外的需求呈現(xiàn)急劇上升的勢頭。 拋光機(jī)是瓷磚深加工，也就是生產(chǎn)拋光磚的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，拋光加工由兩臺(tái)的拋 光機(jī)完成，第一臺(tái)進(jìn)行精磨、粗拋，第二臺(tái)進(jìn)行半精拋、精拋。根據(jù)拋光磨頭所用磨 料的粗細(xì)，按工藝將拋光機(jī)分為粗拋機(jī)和精拋機(jī)，拋光過程是：瓷磚由主傳動(dòng)皮帶送 到機(jī)內(nèi),有磚檢測裝置檢出有磚進(jìn)入,磨頭上的氣缸動(dòng)作,使旋轉(zhuǎn)的磨頭緩慢下降,磨輪 對(duì)瓷磚表面進(jìn)行磨削拋光,瓷磚經(jīng)過若干個(gè)個(gè)磨頭的拋光后由人工取料。連續(xù)進(jìn)磚,磨 頭便對(duì)瓷磚連續(xù)磨削。采用先進(jìn)的磨頭對(duì)陶瓷墻地磚表面進(jìn)粗磨拋光的，有效率高、 加工表面質(zhì)量好、破損率少等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)拋光機(jī)加工的瓷磚表面可達(dá)鏡面光度。 旋風(fēng)磨頭它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是向外伸展出 8 根軸，每根軸上各安裝一個(gè)圓筒形金剛磨 輪，磨頭由 2 根電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生兩個(gè)動(dòng)作，一是每根軸上的金剛磨輪自身的高速自轉(zhuǎn) （轉(zhuǎn)速高達(dá) 2700 轉(zhuǎn)/分鐘） ，二是整個(gè)磨頭帶動(dòng)八個(gè)金剛磨輪的低速公轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速為 70 轉(zhuǎn)/分鐘） 。這種磨頭與滾動(dòng)式磨頭有些相似，但區(qū)別也是很明顯的，前者使用金剛磨 具，并由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自轉(zhuǎn)高速，公轉(zhuǎn)低速；而后者則是使用普通磨料磨具，僅由 一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自轉(zhuǎn)低速，公轉(zhuǎn)高速。旋風(fēng)磨頭可取代原來的刮平磨頭，適用于刮平 階段和粗磨階段。 本設(shè)計(jì)所研究的是陶瓷拋光機(jī)的旋風(fēng)磨頭機(jī)構(gòu)。 2 2 磨頭傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 2.1 確定傳動(dòng)方案 2.1.2 方案一 1-電動(dòng)機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-齒輪組 4-主動(dòng)齒輪 5-從動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪 6-從動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪 7-空套錐齒輪軸 8-磨頭 9-磨輪 圖 1 磨頭傳動(dòng)方案一簡圖 該方案采用一個(gè)電機(jī)為整個(gè)磨頭提供動(dòng)力，減少了整體的成本，其傳動(dòng)路線是通 過一個(gè)主動(dòng)齒輪 4 帶動(dòng)一個(gè)齒輪組 3，該齒輪組 3 嚙合兩個(gè)齒輪，分別是從動(dòng)公轉(zhuǎn)齒 輪 5 和從動(dòng)自傳齒輪 6，由從動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪 5 帶動(dòng)磨頭 8 進(jìn)行公轉(zhuǎn)，由從動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪帶 動(dòng)空套錐齒輪軸 7，再由空套錐齒輪 7 嚙合著 8 個(gè)磨輪 9 進(jìn)行高速自轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)磨 頭公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)不同轉(zhuǎn)速的分離。 3 2.1.1 方案二 1-自轉(zhuǎn)電機(jī)(主電機(jī)) 2-聯(lián)軸器 3-公轉(zhuǎn)電機(jī) 4-蝸桿 5-蝸輪 6-空心蝸輪軸 7-自轉(zhuǎn)主軸 8-磨頭 9 磨輪 10 大錐齒輪 11 小錐齒輪 圖 2 磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)方案二簡圖 該方案采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別用于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的自轉(zhuǎn)，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分兩條路 線進(jìn)行傳動(dòng)，線路一：主電機(jī) 1 通過聯(lián)軸器 2 將動(dòng)力傳遞至自轉(zhuǎn)主軸 7，再到大錐齒 輪 10，由大錐齒輪嚙合著 8 個(gè)小錐齒輪 11，將動(dòng)力傳遞至金剛磨輪 9 上，實(shí)現(xiàn)金剛 磨輪的高速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。線路二：公轉(zhuǎn)電機(jī) 3 也是通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞至蝸桿 4，蝸 桿 4 帶動(dòng)蝸輪 5 把動(dòng)力傳遞至空心蝸輪軸 6 上，空心蝸輪軸 6 上安裝磨頭 8，因此磨 頭將隨空心蝸輪軸 6 一起旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)磨頭的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于磨頭的公轉(zhuǎn)和磨輪的 自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相差較大，因此該方案能較好的實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比，但是需要使用兩個(gè)電機(jī)。 2.1.3 磨頭傳動(dòng)方案的選定 由于磨頭的公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 60r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大約為 2700r/min,轉(zhuǎn)速相差較大。 4 因此采用方案二有利于減小磨頭的尺寸簡化傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算也能提高整個(gè)磨頭的 工作效率.而方案一雖然只用一個(gè)電動(dòng)機(jī)但是要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相差較大的轉(zhuǎn)速比較困難， 不僅會(huì)增大傳動(dòng)比使齒輪的體積增加而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。因此選定方案二為磨頭傳動(dòng) 方案。 2.2 電動(dòng)機(jī)的確定 2.2.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 陶瓷拋光機(jī)旋風(fēng)磨頭使用于工廠,工廠使用的是三相交流電,而且對(duì)于電動(dòng)機(jī)沒有 特殊的要求所以選用三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。 2.2.2 電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)所需的功率 Pd應(yīng)由磨頭工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得: (1)KWTnmd?950? 式中:T-磨頭所需的轉(zhuǎn)矩 N/M，由任務(wù)書給出 nm-磨頭的轉(zhuǎn)速 r/min，由任務(wù)書給出 η m-磨頭的效率，η m＝η 1η 2…η n分別為傳動(dòng)裝置中每一個(gè)傳動(dòng)副（齒輪、 蝸輪蝸桿） 、每對(duì)齒輪、每個(gè)聯(lián)軸器的效率。其概略值見表 [1]1-7。選用此 數(shù)值時(shí)一般取中間值，如工作條件差，潤滑不良時(shí)應(yīng)取低值，已知磨頭內(nèi) 部的潤滑條件較好，所以取的值都較高。 在自轉(zhuǎn)磨輪中，其傳動(dòng)的機(jī)械效率由以下幾個(gè)部分組成：聯(lián)軸器 0.98、軸承 4 對(duì) 0.994、圓錐齒輪 0.96 η Z＝0.98×0.99 4×0.96≈0.9 在公轉(zhuǎn)磨頭中：聯(lián)軸器 0.98、軸承 3 對(duì) 0.983、蝸輪蝸桿 0.8 η G=0.98×0.983×0.8≈0.74 根據(jù)任務(wù)書，磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2500～2800 r/min,轉(zhuǎn)矩為 7～10 N/m.磨頭有 8 個(gè) 磨輪，因此磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)的功率范圍為： kwkkwnTPzd 26~3.19.05)28~()17(89502 ???? 而磨頭公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為 50～80 r/min,轉(zhuǎn)矩為 300～320 N/m，因此磨頭的公轉(zhuǎn)電機(jī) 的功率范圍為： kwkkwnTPGd 6.3~127.095)8()32~(950???? 5 2.2.3 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 同一類型的電動(dòng)機(jī)，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選用。如選用低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)， 因極數(shù)較多而外廓尺寸及重量較大，故價(jià)格較高，但可以使傳動(dòng)裝置總轉(zhuǎn)動(dòng)比及尺寸 減小。選用高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來選定電機(jī)轉(zhuǎn)速。 按照磨頭公轉(zhuǎn)和磨輪自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，可以推算電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，如： n=(i1i2…in)nw r/min 式中：n－電動(dòng)機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍 i1、i 2、i n-各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，見表 [1]1-8 或表 [1]13-2 對(duì)于磨頭公轉(zhuǎn)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，查表得 iw=10～40 而磨輪自轉(zhuǎn)采用的直齒錐齒輪 is=2～3 則磨頭公轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為： ndG=iwnG=(10～40)×(50～80)=500～3200 r/min 磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍(此機(jī)構(gòu)為增速機(jī)構(gòu)，之所以選則增速機(jī)構(gòu)是因?yàn)槟ヮ^的 結(jié)構(gòu)所限，根據(jù)圖 2 是由一個(gè)大錐齒輪主動(dòng)嚙合 8 個(gè)小錐齒輪從動(dòng)，如果采用減速機(jī) 構(gòu)那么將是小錐齒輪主動(dòng)嚙合 8 個(gè)大錐齒輪這在結(jié)構(gòu)上會(huì)造成困難。) min/140~3)20~5(13( rnizsz ??? 對(duì)于 Y 系列電動(dòng)機(jī)，通常多選用同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 或 1200r/min 的電動(dòng)機(jī)， 如無特殊要求不選用低于 750r/min 的電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)計(jì)算所得的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍查表 [1]12-1～12-2,選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 為：磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)采用 Y200L2-6V1。磨頭公轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)速范圍較廣，可選擇 的型號(hào)也較多在這里主要考慮電機(jī)的體積大小和重量，因?yàn)榇穗姍C(jī)是安裝在磨頭殼體 的側(cè)面要求選用體積小重量輕的電機(jī)再者考慮到降速的方便，所以采用折中法采用同 步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的 4 極電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 Y100L2-4B5。 Y200L2-6V1 參數(shù)：P Z=22kw nZ=970r/min mZ=250kg Y100L2-4B5 參數(shù)：P G=3kw nG=1420r/min mZ=38kg 設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置時(shí)一般按工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率 Pd計(jì)算，在這里由于 所選取的電動(dòng)機(jī)功率有一定余量計(jì)算時(shí)采用電動(dòng)機(jī)的額定功率計(jì)算，轉(zhuǎn)速則取滿載轉(zhuǎn) 速。 6 2.3 總傳動(dòng)比的確定和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 傳動(dòng)裝置的總體傳動(dòng)比要求應(yīng)為： (2)wdni? nd－電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 r/min nw－磨頭工作轉(zhuǎn)速 r/min 由于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是在磨頭殼體中實(shí)現(xiàn)，考慮到磨頭體積和結(jié)構(gòu)的限制， 都設(shè)計(jì)為一級(jí)傳動(dòng) 則磨輪自轉(zhuǎn)傳動(dòng)比為： 346.0~8.20~597??zi 磨頭公轉(zhuǎn)傳動(dòng)比為： 51481G 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的轉(zhuǎn)速范圍確定旋風(fēng)磨頭磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 2700r/min，磨頭公轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速為 70r/min，這里則暫取這兩個(gè)值為設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)據(jù)。 則磨頭自轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為： 359.027?zi 磨頭公轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為： 14G 而磨頭的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的實(shí)際傳動(dòng)比要由選定的蝸輪蝸桿和錐齒輪齒數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的 計(jì)算，因而與設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比可能有誤差，但誤差是允許的。 2.4 磨頭的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 為方便陳述，以下計(jì)算中Ⅰ軸指代主傳動(dòng)軸即蝸桿軸和大錐齒輪軸，Ⅱ軸指代從 動(dòng)軸即蝸輪軸和小錐齒輪軸。 2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 nⅠ =nd r/min (3) (4)min/riⅠⅡ ? 式中 nⅠ、 nⅡ －為Ⅰ軸Ⅱ軸轉(zhuǎn)速 r/min nd－為電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 i－為Ⅰ軸Ⅱ軸傳動(dòng)比 則磨輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： nzⅠ =nzd=970r/min 7 min/270359.rinz??ⅠⅡ 磨頭公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為： nGⅠ =nGd=1420 r/min in/703.214riG?ⅠⅡ 2.4.2 各軸功率的計(jì)算 PⅠ =Pdη 01 kw (5) PⅡ = PⅠ η 12 kw (6) 式中：P d－電動(dòng)機(jī)輸出功率 PⅠ 、P Ⅱ －Ⅰ軸Ⅱ軸輸入功率 η 01、η 12－依次為電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸Ⅱ軸間的傳動(dòng)效率 則磨輪自轉(zhuǎn)是各軸的功率為： PZⅠ =Pzdη 01Z=22×0.98=21.56 kw (由于大錐齒輪嚙合 8 個(gè)小錐齒輪) PZⅡ =PZⅠ η 12Z/8=21.56×0.992×0.96=2.54 kw 磨頭公轉(zhuǎn)時(shí)各軸的功率為： PGⅠ =PGdη G01=3×0.98×0.99=2.91 kw PGⅡ = PGⅠ η G12=2.91×0.8=2.33 kw 2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 TⅠ =Tdη 01 N/m (7) TⅡ = TⅠ iη 12 N/m (8) 式中：T d－電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩 N/m TⅠ 、T Ⅱ 為Ⅰ軸Ⅱ軸的輸入轉(zhuǎn)矩 N/m mNnPdd??950TZd /217G04395? 則磨輪自轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TZⅠ =TZdη Z01=217×0.98=213 N·m 8 TZⅡ = TZⅠ iη Z12/8=213×0.992×0.96×0.359=9 N·m 磨頭公轉(zhuǎn)的各軸轉(zhuǎn)矩為： TGⅠ =TGdη G01=20×0.98×0.99=19.4 N·m TGⅡ = TGⅠ iη G12=19.4×0.8×20.3=315 N·m 將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果整理為列表備查。 表 1 磨頭各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 序號(hào) 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn) Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 970 2739 1420 69 功率 P(kw) 21.56 2.54 2.91 2.33 轉(zhuǎn)矩 T(N·m) 213 9 19.4 315 9 3 磨頭傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 選則聯(lián)軸器的類型和型號(hào) 對(duì)于磨輪自轉(zhuǎn)和磨頭公轉(zhuǎn)都是直接采用聯(lián)軸器使電動(dòng)機(jī)直接和磨頭內(nèi)部的傳動(dòng)軸 相連，并且受限于磨頭的體積和重量所選的聯(lián)軸器不能太大太重，根據(jù)計(jì)算結(jié)果兩電 動(dòng)機(jī)所傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速不是太大，再綜合考慮的情況下兩者均選用平鍵套筒聯(lián)軸器。 對(duì)于磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī)和軸Ⅰ相連時(shí)由于其是垂直安裝采用螺釘用作軸向固定。查表 [1] 12-5,得知磨輪自轉(zhuǎn)電機(jī) Y200L2-6V1 型和磨頭公轉(zhuǎn)電機(jī) Y100L2-4B5 型電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的 直徑分別為 55mm 和 28mm。鍵槽寬分別為 16mm 和 8mm。傳遞的轉(zhuǎn)矩為 217 N·m 和 20 N·m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)查表 [3]29.2-2 由于套筒聯(lián)軸器尚未標(biāo)準(zhǔn)化，故只將所選平鍵套 筒聯(lián)軸器的軸孔直徑列出，主要尺寸和特性參數(shù)直接看表即可。 3.2 磨輪自轉(zhuǎn)的直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 齒輪材料的選則 由于直齒圓錐齒輪是在磨頭殼體之內(nèi)屬于密封的工作環(huán)境再加上大的錐齒輪要嚙 合 8 個(gè)小錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而且轉(zhuǎn)速較高，因此對(duì)齒輪的要求是具有足夠的硬度，以抵抗齒 面磨損，對(duì)齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷，再此選 擇具有強(qiáng)度高，韌性好，便于制造便于熱處理的鍛鋼，具體選則材料為 20Cr 經(jīng)滲碳、 淬火，硬度達(dá)到 56～62HRC，熱處理后需要磨齒。 3.2.2 主要參數(shù)的選則 ⑴ 傳動(dòng)比 i 由前面計(jì)算可知直齒圓錐齒輪的傳動(dòng)比為 i=0.359 ⑵ 齒數(shù) Z 根據(jù)磨頭的工作條件，在封閉硬齒面齒輪傳動(dòng)中齒根折斷為主要的失效形式，因 此可適當(dāng)?shù)臏p少齒數(shù)以保證模數(shù)取值的合理，一般計(jì)算中取 ZZmin,查表 [3]23.4-4， 取小錐齒輪齒數(shù) Z2=17，則 Z1=17/iZ=17/0.359=48。 根據(jù)齒數(shù)重新計(jì)算自轉(zhuǎn)Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速：n ZⅡ =970×48×17=2739 r/min 并更新表 1 數(shù)據(jù)。 ⑶ 齒輪精度等級(jí)選擇 10 由于直齒錐齒輪嚙合轉(zhuǎn)速較高，因此齒輪精度等級(jí)選定為 7c GB11365 級(jí)，齒面 粗糙度 Ra=0.8～1.6μm。 ⑷ 錐齒輪的齒高形式 以往廣泛應(yīng)用直齒錐齒輪中的不等頂隙收縮齒因缺點(diǎn)較嚴(yán)重，近來被等頂隙收縮 齒代替，因此本設(shè)計(jì)選擇的直齒錐齒輪為等頂隙收縮齒。 3.2.3 直齒圓錐齒輪的幾個(gè)尺寸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 ⑴ 初步設(shè)計(jì) 根據(jù)材料的許用應(yīng)力和齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩初步估計(jì)齒輪大端分度圓直徑，查表 [1] 23.4-22 得： (9)muKTdHPe3021195?? 載荷系數(shù)：由于所設(shè)計(jì)的圓錐齒輪均為懸臂布置，故 K 取 1.5 齒數(shù)比：u=i=Z 1/Z2=17/48=0.354 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，根據(jù)圖 [3]23.2-18d 得 σ Hlim=1300 N/mm2 估算的安全系數(shù)：S 0H=1.1 齒輪的許用接觸應(yīng)力：σ 0HP=σ Hlim/ S0H=1300/1.1=1182 N/mm2 估算結(jié)果： mde 7.1682354.0191 ??? ⑵ 幾何計(jì)算 由表 [3]23.4-4 查得等頂隙收縮齒： 齒數(shù)：由前面設(shè)計(jì)得 Z1=48 Z2=17 分錐角：Σ＝90° `301979075.48arctnarct1221 ?????? 大端模數(shù)： m e=de1/Z1=168.7/48=3.51 取 m e=3.5mm 大端分度圓直徑： d e1=Z1me=48×3.5=168 mm de2=Z2me=17×3.5=59.5 mm 齒寬系數(shù)： Φ R一般取 0.3 平均分度圓直徑： d m1=de1(1-0.5Ф R)=168(1-0.5×0.3)=142.8 mm dm2=de2(1-0.5Ф R)=59.5(1-0.5×0.3)=50.575 mm 11 平均模數(shù)： m m=me(1-0.5Ф R)=3.5(1-0.5×0.3)=2.975 mm 外錐距： mdR1.895.70sin26i1???? 齒寬： b=Ф R·Re=0.3×89.111=26.733 mm 取 b=27 mm 徑向變位系數(shù)： X 1=X2=0 大端齒頂高：h a1=(1+X1)me=(1+0)×3.5=3.5 mm ha2=(1+X2)me=(1+0)×3.5=3.5 mm 頂隙系數(shù)(查表 [3]23.4-2)： c *=0.2 大端齒根高： h fe1=(1+ c*- X1)me=(1+0.2-0)×3.5=4.2 mm hfe2=(1+ c*- X2)me=(1+0.2-0)×3.5=4.2 mm 齒根角： `5341269884artnart11 ???effR? `.1.2rctrct22effh 齒頂角（等頂隙收縮齒）： `5342??fa? 1f 頂錐角： `7``30711 ????aa?? 5324922 ? 根錐角： `86`1`11 ???ff 73022?ff?? 大端齒頂圓直徑： mhdaea 34.1705.cos.32cos11 ??????? 695922 切相變位系數(shù): X i1=Xi2=0 壓力角： α=20° 大端分度圓齒厚： XmSie 478.2.3)tan(111 ??????? mi 9.5.222 12 大端分度圓弦齒厚： mdSe 4968.5)167.(498.5)61( 22 ?????? e .).(.)( 222 大端分度圓弦齒高： mdShea 51.3168470cos9.534cos11 ???????? ea 97.222 當(dāng)量齒數(shù)： 8.1435.70cos11???Zv .922v 齒高系數(shù)(查表 [3]23.4-2)： h *=1 端面重合度： ??????? 06.218.43cosar2cosars111XZvv ?? ?5.rsr2*22hvva 709.1)]2tan5.3(ta18)20tan6.(ta8.143[2 )]n21 ??????????? vvvvva ZZ ⑶ 接觸強(qiáng)度校核 由式 [3]23.4-2 得： (10)HPKEHmHvAtH ZubdKF?????? ??85.021 式中：F t－分度圓切向力，查表 [3]23.4-21 得 (11)NTmt 2.983.4221?? KA－使用系數(shù)，查表 [3]23.4-24 得 K A=1.25 Kv－動(dòng)載系數(shù)，由式 [3]23.4-3 得 13 (12)11085.0221?????????uvZKbFttAV 式中：K 1、K 2－系數(shù)：其值列于表 [3]23.4-23，取 K1=10.11 K2=0.0193 vt－線速度： 5.76098.461?????Zmtndv 故 09.13.257093.2785.01 2??????????v KHβ －齒向載荷系數(shù)： K Hβ =1.5KHβbe 式中：K Hβbe －支撐情況，查表 [3]23.4-24，兩輪皆懸臂布置取值 KHβbe =1.5 故 K Hβ =1.5×1.5=2.25 KHα －齒間載荷分配系數(shù)，查表 [3]23.4-25 取 KHα =1 ZH－節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查圖 [3]23.4-21，螺旋角 β m=0°故 ZH=2.5 ZE－彈性系數(shù)，查表 [3]23.2-29 取 ZE=189.8 N/mm2 重合度、螺旋角系數(shù)： 由式 [3]23.4-6 得： 873.09.143?????ve 由式 [3]23.4-9 得： cos?mZ?? 由式查表 [3]23.4-10 得： 874.03.1?e ZK－錐齒輪系數(shù)：Z K=1 將上面的計(jì)算結(jié)果代入 σ H中得： 22 /980174.0528.19354.08,14275.0.9.2983 mNH ??????? 許用接觸應(yīng)力，由式 [3]23.4-11 得： (13)WXLVRNHPZS?minl? 式中：σ Hlim=1300 N/mm2 ZN－壽命系數(shù)，齒輪長期工作取 ZN=1 ZLVR－潤滑油膜影響系數(shù)，查閱 [3]23.2-21 取 ZLVR=0.985 SHmin－最小安全系數(shù)，取 SHmin=1.1 14 ZX－尺寸系數(shù)，查閱 [3]23.2-23 取 ZX=1 ZW－工作硬化系數(shù)，查圖 [3]23.2-22 取 ZW=1 故許用接觸應(yīng)力值為： 2/4.16985.01.3mNHP???? 結(jié)論： σ H＜σ HP 通過 ⑷ 彎曲強(qiáng)度校核 由式 [3]23.4-12 得： (14)?????YbmKFFSvAt 185.0?? 式中：K A、K v、K Fβ =KHβ 、K Fα =KHα 同前 即：K A=1.25、K v=1.032、K Fβ =2.25、K Fα =1 YFS－復(fù)合齒形系數(shù)，按 ZV1=143.8 ZV2=18 查圖 [3]23.2-28 得 YFS1=4.54 YFS2=4.83 Yεβ －彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度和螺旋角系數(shù)，查圖 [3]23.2-28 取 Yεβ =0.68 將各值代入 σ F公式中的得： 21 /5.39168.05497.285.0131293 mN????? 212 /3YFSF??? 許用彎曲應(yīng)力，由式 [3]23.4-13 得： (15)XRrelTlNFEPY??min 式中：σ FE－齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值，查圖 [3]23.2-29 取 σ FE=630 N/mm2 YN－壽命系數(shù)，查圖 [3]23.2-30，長期工作取 YN=1 YδrelT －相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)，查表 [3]23.2-30 和圖 [3]23.2-24 取 YδrelT =1 YRrelT－相對(duì)（齒根）表面狀況系數(shù)，表面粗糙度較好取 YRrelT=1 YX－尺寸系度 查圖 [3]23.2-31 取 YX=1 SFmin－齒根彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)取 SFmin=1.4 式 [3]23.2-20 將上列各值代入公式故許用彎曲應(yīng)力值： 15 2/45014.1630mNFP???? 結(jié)論：σ F1＜σ FP1，σ F2＜σ FP2 因此設(shè)計(jì)的錐齒輪有足夠的強(qiáng)度。 3.3 磨頭公轉(zhuǎn)的蝸輪蝸桿傳動(dòng)計(jì)算 3.3.1 傳動(dòng)類型、精度等級(jí)和材料的確定 根據(jù)前面設(shè)計(jì)參數(shù)，蝸輪蝸桿所傳遞的功率小于 3KW 轉(zhuǎn)速也不太高，故選用阿基 米得蝸桿傳動(dòng)。由于該蝸輪蝸桿只用于一般的動(dòng)力傳動(dòng)中，故選定精度 8c GB 10089-88。 由于蝸桿的速度不高，載荷不大因此采用 40Cr，表面淬火,HRC=45～50 。表面 粗糙度 Ra 為 1.6μm 。由于錫青銅耐磨性及膠合性能較好，但價(jià)格較高，因此選用 蝸輪輪緣為 ZCUSn10P1 金屬模鑄造。 3.3.2 初選幾何參數(shù) 傳動(dòng)比 i=n1/n2=1420/70=20.3，參考表 [3]23.5-3，取 Z1=2,Z2=Z1i=2×20.3=40.6 取 Z2=41。故 i=41/2=20.5，n 2=n1/i=1420/20.5=69 r/min，并更新表 2.1。 3.3.3 確定許用接觸應(yīng)力 由表 [3]23.5-8 可知： NVSHPZ???? 由表 [3]23.5-12 查得: =220 N/mm2 由圖 [3]23.5-4 查得:ν s≈4.5 m/s 傳動(dòng)采用浸油潤滑，由圖 [3]23.5-5 查得 Zvs=0.93 蝸輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由資料查得磨頭使用壽命 5 年，每年工作 300 天，每天工作 10h，每小時(shí)載荷率為 60％。 故：N L=60·n2·j·LN=60×69×1×300×5×10×0.6=3.7×107 查圖 [3]23.5-6 得 ZN=0.85 σ HP=220×0.93×0.85=173.9 N/mm2 3.3.4 按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按表 [3]23.5-8 中接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 (16)3212)50(mKTZdmHP?? 載荷系數(shù) K=1.2 蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩由前計(jì)算得 T2=TGⅡ =315 N/m 16 3212 16735.419.7350mdM????????? 查表 [3]23.5-2,可選用 m=5 mm d1=90 mm 3.3.5 主要幾何尺寸 按表 [3]23.5-5 中的公式： 蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=5×41=205 mm 傳動(dòng)的中心距: mda5.147)9025(1)(2??? 導(dǎo)程角 r: “2'63.arctn1rct ???mz 3.3.6 蝸輪圓周速度的計(jì)算并核對(duì)傳動(dòng)的效率 蝸輪的圓周速度： smnd/74.01692510622 ????? 齒面間滑動(dòng)速度： srs /3.6.coscos1 ??? 按式 [3]23.5-2 得： 321?? 按式 [3]23.5-3 得： 853.0).14.6tan()tan( ?????vpr 由表 [3]23.5-14 查得： P v=1.08° 攪油損耗率： 取 96.02?? 滾動(dòng)軸承效率：取 83 8.09.653.?? 與之前計(jì)算蝸輪軸所設(shè)效率相近 3.3.7 接觸強(qiáng)度的校核 按表 [3]23.5-8 的公式： (17)HPVAEHKdTZ?????21940 17 彈性系數(shù) ZE由表 [3]23.5-9 查得 ZE=155 N/mm2 使用系數(shù) KA由表[3]23.5-10 查得 KA=1 動(dòng)載系數(shù) KV=1.1 齒向載荷分布系數(shù) Kβ =1.1 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩： mNT/32698.01542??? 按圖[3]23.5-5 查得滑動(dòng)速度影響系數(shù) ZVS=0.88 于是將各值代入公式中得許用接觸應(yīng)力： 22 /153.059341H????? 結(jié)論： σ H ＜σ HP 通過 3.3.8 蝸輪彎曲強(qiáng)度的校核 按表 [3]23.5-8 中公式: (18)221 /6mNYmdKTFPFSVAF?????? 式中：Y FS－齒形系數(shù)，按 查圖 [3]23.2-24 得76.413.cos32??rZV YFS=4.03 Yβ －螺旋角系數(shù)： 9.0610???Y? 故： 2/74.35209.136 mNF ????? 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力: σ FP= ﹒Y NFP?? 壽命系數(shù) YN 當(dāng) NL=3.7×107 查圖 [3]23.5-6 得 YN=0.7 蝸輪材料 N=107時(shí) =70 N/mm2FP? 故：σ FP=70×0.7=49 N/mm2 結(jié)論 : σ Fσ FP 通過 3.3.9 其他幾何尺寸計(jì)算 按表 [3]23.5-5： ZA齒形 α x=20° 一般頂隙系數(shù) c *=0.2 齒頂高系數(shù) ha*=1 則 c=c *m=0.2×5=1 mm 18 da1=d1+2ha*m=90+2×1×5=100 mm df1=d1-2(ha*+c*)m=90-2(1+0.2)×5=78 mm ha2=m(ha*+x2)=5(1+0)=5 mm da2=d2+2ha2=205+2×5=215 mm hf2=m(ha*+c*-x2)=5(1+0.2-0)=6 mm df2=d2-2hf2=205-2×6=193 mm de2≤da 2+1.5m=215+1.5×5=222.5 mm 取 de 2=220 mm b2≤0.75d a1=0.75×100=70 mm b1≥(11+0.06Z 2)m=(11+0.06×41) ×5=67.3 mm 考慮到磨削蝸桿的增加量 取 b 1=100 mm mdRa405292???cf 1.12 ???mpX7.54.3???mPSxx 8105.1rn 6cos.7cos??ha1?mmxS 85.7)04.35()t25.0( 2 ????? 19 4 磨頭軸系的設(shè)計(jì) 4.1 初繪裝配底圖及驗(yàn)算軸系零件 4.1.1 確定箱內(nèi)傳動(dòng)件輪廓及其相對(duì)位置 ⑴ 磨頭結(jié)構(gòu)初步構(gòu)想 磨頭的整個(gè)結(jié)構(gòu)是圍繞蝸輪蝸桿和錐齒輪來設(shè)想的。由于錐齒輪是實(shí)現(xiàn)金剛磨輪 的高速自轉(zhuǎn)需要將錐齒輪安裝在磨頭的下部，所以將蝸輪蝸桿安裝在磨頭的中上部。 其傳動(dòng)件輪廓及相對(duì)位置如圖 4.1 所示。 ⑵ 傳動(dòng)件安裝的構(gòu)想 考慮到傳動(dòng)件的安裝，和以后維護(hù)的方便。將整個(gè)磨頭分為三個(gè)部分即圖 4.1 所 示的磨頭上箱體、磨頭下箱體和磨頭殼體。其中磨頭上下箱體的分界線為蝸桿的軸線， 這樣的分法是為了讓蝸輪可以從磨頭下箱體上面直接裝入，而上箱體主要是與電動(dòng)機(jī) 相連。如果采用垂直剖面則部利于箱體的密封。磨頭殼體與箱體的分界線由以后磨頭 的總體尺寸來確定，將磨頭殼體從箱體中分離出來是因?yàn)閭鲃?dòng)的需要，這里磨頭的公 轉(zhuǎn)即是磨頭殼體的自轉(zhuǎn)。 圖 3 箱內(nèi)傳動(dòng)件輪廓及其相對(duì)位置 20 4.1.2 箱體內(nèi)壁位置的確定 ⑴磨頭箱體主要為安裝蝸輪蝸桿，查表 [1]11－1，箱體的壁厚為 δ X＝0.04a＋3≥8mm，a 為蝸輪蝸桿中心距。計(jì)算得 δ X≥8.9,取箱體壁厚為 15mm， 而箱體內(nèi)壁與蝸輪頂圓之間應(yīng)留有一定的間距 Δ 1此間距值應(yīng)大于或等于箱體壁厚， 現(xiàn)在確定 Δ 1＝15mm。 ⑵磨頭殼體主要為安裝錐齒輪，查表 [1]11－1，殼體的壁厚為 δ K=0.01(d1m+d2m) +1≥8mm。計(jì)算得 δ K≥8mm，取殼體壁厚與箱體一樣為 15mm。為了避免干涉，使殼體 內(nèi)壁與錐齒輪輪轂端面間距 Δ 2＝(0.3～0.6)δ K=4.5～9mm。 ⑶殼體底部的內(nèi)壁位置，由于考慮到潤滑及冷卻，需要一定的裝油量，并使臟物 能沉淀，所以箱體底部內(nèi)壁與小錐齒輪大端齒頂圓的距離 b0應(yīng)大于 8～12 倍模數(shù)， 這里結(jié)合磨頭殼體的結(jié)構(gòu)，其底部面積較大，取 Δ 3＝8mm。 圖 4 輪系端面與箱壁的間距 4.1.3 初步進(jìn)行視圖布置及繪制裝配底圖 在確定箱體內(nèi)壁壁厚和距離后即可確定箱體的最大輪廓尺寸了。蝸輪蝸桿和錐齒 輪具體的視圖布置如圖 4.3、4.4 所示。 21 圖 5 蝸輪蝸桿裝配底圖 圖 6 錐齒輪裝配底圖 4.1.4 磨頭公轉(zhuǎn)蝸桿軸的設(shè)計(jì) ⑴ 選則軸的材料確定許用應(yīng)力 由已知條件可知旋風(fēng)磨頭的功率屬中小功率，對(duì)材料無特殊要求，故選用 45 鋼 22 并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表 [3]26.1-1 查得強(qiáng)度極限 σ B=650 MPa,再由表 [4]13.2 得許用彎曲 應(yīng)力[σ -1b]=60 MPa ⑵ 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 根據(jù)表 [4]13.1 得 c=118～107,又由式 [4]13.2 得: (19)mnpcd 15~6.314209.80733 ???）～（ 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑加大 3％～5％取為 14～15.8 mm，由于蝸桿軸是經(jīng)由聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)相連，而由前面確定 的電動(dòng)機(jī)型號(hào)查出電動(dòng)機(jī)伸出軸的直徑為 28 mm 為了與之通過聯(lián)軸器相連，所以確定 軸的最小尺寸為 28mm 且 28＞14 mm 滿足估算軸徑，以下驗(yàn)算聯(lián)軸器的強(qiáng)度，查表 [3] 29.2-1 得聯(lián)軸器軸孔直徑為 28mm 的許用轉(zhuǎn)矩為 TF=127 N·m。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： Tc=KTGI=1.5×19.4=29.1 N·m K 為工作情況系數(shù)聯(lián) K=1.5 結(jié)論 TcT C因此確定聯(lián)軸器內(nèi)徑為 55mm 具體參數(shù)查表 [3]29.2-1。 ⑵ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)磨頭工作要求，軸的兩端為錐齒輪和聯(lián)軸器，靠近錐齒輪和聯(lián)軸器處各有 軸承支撐 1) 確定軸上零件的位置和固定方式 如圖 4.4 所示錐齒輪周向采用鍵定位，軸向采用軸肩和軸端擋板定位。軸段④的軸 承采用軸肩和雙螺母定位，軸段①軸承采用軸肩和箱體內(nèi)壁定位。軸承周向采用過盈 配合。 2) 確定各軸段直徑 如圖 8 所示，軸段①為配合聯(lián)軸器其軸徑 d1=55mm ，由于軸段①上同時(shí)裝有軸承 27 查表選用 0011 型滾動(dòng)軸承內(nèi)徑為 55mm，軸段①的軸徑參考軸承安裝高度查表 0011 型軸承的安裝高度為 62mm，故取 d2=62mm。軸段③為螺紋，查表 [3]21.1-2 取螺紋大徑 D=64mm 螺紋小徑 D1=62.376mm。軸段④為安裝軸承，考慮到有螺母定位，其值高大于 64mm，查表選擇 0013 型滾動(dòng)軸承，根據(jù)其內(nèi)徑，取 d4=65mm。根據(jù)安裝高度，取 d5=72mm。軸段⑥為安裝錐齒輪，取 d6=55mm。 3) 確定各段長度 軸段⑥為安裝錐齒輪的部分，查表 [3]23.4-26 算得錐齒輪輪轂寬度為 L=(1～1.2) d6=(1～1.2)×55=55～66mm 取輪轂寬為 60mm 取 l6=58mm。軸段⑤為定位軸肩取 l5=1.4h=5mm 。軸段④為安裝軸承的部分，查表可知軸承寬度為 18mm，則取 l4=34mm。軸段⑦為退刀槽，取 l7=2mm 。軸段③ 為螺紋段，查表 [3]21.2-76 選用小圓 螺母 M64×2 寬度為 10mm 取 l3=22mm 。軸段②為光軸，但由于其長度與整個(gè)磨頭的 結(jié)構(gòu)有關(guān)，故參考 [2]取 l2=360mm 。軸段①的長度由聯(lián)軸器的長度和軸承寬度決定， 查表 [3]29.2-1 得套筒內(nèi)徑為 55mm 的長度為 160mm，查表得軸承的寬度為 18mm 取 l1=102mm。 4) 選定軸的細(xì)節(jié) 查表 [5]15-2 軸的倒角為 c=2×45°，軸的圓角半徑為 R=2mm ，軸段⑦退刀槽為 寬 2×2mm。 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。 ⑶ 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸徑 錐齒輪的受力計(jì)算： Ft1=2TZI/dm1=2×213/142.8×103=2983 N Frl=Ft1﹒tanα﹒cosδ=2983×tan20°cos 70.5°=362 N Fa1=Ft1﹒tanαsinδ=2983×tan20°sin70.5°=1023 N 1) 畫出軸的受力圖（圖 8.b） 2) 作出水平面內(nèi)的彎矩圖（圖 8.c） 支點(diǎn)反力為： 分析受力圖可知該軸為靜不定軸，根據(jù)材料力學(xué)來求解。如圖 9 將 B 點(diǎn)的約束拿 掉得到原靜不定系統(tǒng)的靜定基。 查表 [3]16-1 得知，在相應(yīng)的受力系統(tǒng)下 B 點(diǎn)處的撓度為： 28 圖 8 大錐齒輪結(jié)構(gòu)草圖及受力分析 29 圖 9 去掉 B 點(diǎn)約束的靜定基 ZtZtZBF EIFEIFxlETay 8.1035)420(426)(62 ??????? 如圖 4.8，假設(shè)只有 B 點(diǎn)約束得到原靜不定軸的另一個(gè)靜定基 圖 10 只有 B 點(diǎn)約束的靜定基 查表表 [6]16-1 得知，在相應(yīng)受力系統(tǒng)下 B 點(diǎn)處的撓度為： ZHBZHZBF EIFEIFbxlETby 3.415)8402(420618)(622 ???????? 根據(jù)疊加原理： 得：F HB=2.5Ft 方向與 Ft相同?BFBy 由靜力學(xué)平衡方程： ΣM C=0: 13323219. 0)()(tHAHBt llll?????? ΣF H=0: 12.0tHCBAF 將 Ft1代入得到各支點(diǎn)反力： NFHCBA6274583?? 計(jì)算各截面處的彎矩： 30 mNlFMHCBtA ???????2516406329831 3) 作出垂直面內(nèi)彎矩圖： 由于磨輪餓自轉(zhuǎn)是由大錐齒輪帶動(dòng) 8 個(gè)小錐齒輪傳動(dòng)，而 8 個(gè)小錐齒輪是等分分布 在大追齒輪圓周，因此各小錐齒輪對(duì)大錐齒輪的徑向力相互抵消，所以在垂直面內(nèi)僅 有一個(gè)軸向力分八處等分作用在錐齒輪上且 8 個(gè)小錐齒輪的軸向力等于一個(gè)合力作用 在大錐齒輪中心所以在整個(gè)垂直面內(nèi)軸僅受軸向壓力作用而無彎矩，由于軸向力引起 的壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力相比一般很小，此軸也是故忽略不計(jì)。 4) 作轉(zhuǎn)矩圖（圖 8.e） 查表 2.1 得：T ZI=213000 N·mm 5) 求當(dāng)量彎矩圖（圖 4.6.f） 因磨輪自轉(zhuǎn)為單向轉(zhuǎn)動(dòng)，故可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)變化，修正系數(shù) α=0.6mNTMZIAe ??????? 1839)206.()1325()( 222?＋B 4＋ 6) 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 由圖 4.4 可知截面 A 處和 B 處的軸徑相同，因此只對(duì)彎矩較大處進(jìn)行校核： (25)MPadWe3.10.284??? 查表表 [5]15-1 得[σ -1b]=60MPa，滿足 σ eB＜[σ -1b]的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠強(qiáng)度 并有一定裕量。 4.1.6 磨輪公轉(zhuǎn)蝸輪軸的設(shè)計(jì) ⑴ 選擇軸的材料確定許用應(yīng)力 由前面設(shè)計(jì)可知磨頭公轉(zhuǎn)功率較小，對(duì)材料又無特殊要求，但由于磨頭結(jié)構(gòu)的特 殊性該軸為一個(gè)空心軸，尺寸較大，且軸上又裝有蝸輪同時(shí)又是整個(gè)磨頭的支架。故 考慮到該軸的形狀較復(fù)雜。因此軸材料選用吸振性高的球墨鑄鐵同時(shí)也方便造型。選 擇的牌號(hào)為 QT600-3，查表表 [3]26.1-1 可知：σ b=197～269MPa σ -1=215MPa。 ⑵ 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 查表 [3]26.3-2 A=160～135 查表 [3]26.3-3 得： (26)34)1(vnPAd??? 式中：v 為軸的大小徑之比，參考 [1]取 v=0.73，則： md 8.~.57)3.01(69.2)135~0(34???? 31 由于該軸中間套的是磨輪自轉(zhuǎn)的主傳動(dòng)軸，根據(jù)結(jié)構(gòu)將兩軸間距取為 10mm，則本軸 的內(nèi)徑為 d0=82mm,大于估算直徑，按軸徑比和標(biāo)準(zhǔn)值取 d= d0/v=82/0.73=110mm。 ⑶ 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 由于該軸是通過蝸輪傳動(dòng)從而帶動(dòng)整個(gè)磨頭自轉(zhuǎn)，所以軸的右端為蝸輪，左端為 磨頭公轉(zhuǎn)負(fù)載，軸承安裝于中間段并靠近蝸輪和負(fù)載。 1) 確定軸上零件的位置和固定方式 蝸輪是通過鍵進(jìn)行周向固定，軸向采用軸端擋圈進(jìn)行固定。兩軸承周向采用過盈 配合，軸向采用軸肩定位。 2) 確定各軸段的直徑 如圖 4.9 所示，根據(jù)前面設(shè)計(jì) d0=82mm d=110mm 壁厚 δ=14mm，在 d01處由于 該處距錐齒輪軸的小圓螺母較近為防止干涉，查表知小圓螺母的大徑 dk=85mm。同時(shí) 該處也為錐齒輪軸的軸承提供軸向定位處。查表可知軸承的安裝直徑為 93mm 則取 d01=93mm,在 d02處，該處是安裝錐齒輪軸的軸承處，查表可知軸承外徑為 100mm，則 取 d02=100mm。 3) 確定各軸段的長度 根據(jù)蝸輪的齒寬并查圖 [5]11.25-a 確定蝸輪輪轂的鑄造寬度為 l1=80mm，軸段 l2 的長度的選擇則要考慮套在其里面的錐齒輪軸的結(jié)構(gòu)而定見圖 4.6 和圖 4.9，確定其 長度為：l 2=360+22-(70-80/2)-80-20-5=247mm，軸段 l3的長度根據(jù)錐齒輪軸小圓螺 母的寬度并且距離取為 5mm，查表 [3]21.2-76 可知小圓螺母寬度為 10mm，故取 l3=2×10＋5=25mm。軸段 l4根據(jù)錐齒輪軸軸承選取 l4=39mm。 4) 選定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) 由于軸的外徑是根據(jù)整個(gè)磨頭的形狀來確定，因此外徑大小和壁厚在磨頭總體結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定。 ⑷ 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸徑 1) 畫出軸的受力圖 根據(jù)前面設(shè)計(jì)，蝸輪的受力大小和蝸桿相等，方向相反，故： 32 圖 11 蝸輪軸結(jié)構(gòu)草圖及受力分析 33 NFrtat14321? 方向與蝸桿受力相反 2) 作出水平面內(nèi)彎矩圖（圖 11.b） 支點(diǎn)反力為： NFlHArBrA 1453)0(14395221 ????????? B 處的彎矩為： mlMAHB ???61 3) 作出垂直平面內(nèi)的彎矩圖（圖 11.c） 支點(diǎn)反力為： NF NldlllVAtVBattVA 421507311074390392221??? ???????? B 處的彎矩為： mlMB ???3761 C 處的彎矩為： NdFaVC ????4182052 4．作合成彎矩圖：（圖 11.e） VHM? 截面 B 的彎矩為： mNMHBV ????? 24511376)690(22＋ 截面 C 的彎矩為： CC ??8422＋ 5) 作轉(zhuǎn)矩圖（圖 11.f） 由表 2.1 得：T=T GⅡ =322000 N·mm 6) 求當(dāng)量彎矩 因磨頭公轉(zhuǎn)為單向轉(zhuǎn)動(dòng)，故可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)變化，修正系數(shù) α=0.6 B 截面的當(dāng)量彎矩為： 34 mNTMBe ?????? 294637)306.(2451)(2?＋ C 截面的當(dāng)量彎矩為： Ce ?18.782＋ 7) 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 由圖 11 可以看出，截面 B 為危險(xiǎn)截面，故對(duì) B 截面進(jìn)行校核： (27)MPaWeB?? 式中：W 查表 [1]15.4 可得：????34343 9517.012.12 mvd?????? 則： PaeB5.967? 查表 [3]26.1-1 得 σ -1b=215MPa, σ eB遠(yuǎn)小于 σ -1故設(shè)計(jì)軸有足夠的強(qiáng)度 ⑸ 繪制軸的零件圖 見蝸輪軸零件圖 WLZ0102 4.1.7 磨輪自轉(zhuǎn)小錐齒輪軸的設(shè)計(jì) ⑴ 選擇軸的材料確定許用應(yīng)力 由于該軸是安裝小錐齒輪，考慮到小錐齒輪的尺寸較小因此將小錐齒輪和軸做成 整體式，軸的材料也跟小錐齒輪用的材料一樣為 20Cr 經(jīng)滲碳淬火方便制造。由表 [3] 26.1-1 查得許用強(qiáng)度極限為 σ b=56～62Mpa 許用彎曲疲勞應(yīng)力[σ -1b]=208～250Mpa ⑵ 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 根據(jù) [3]26.3-2 得 A=100,查表 [3]26.3-1 得式： mnpAd75.9234.103?? 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會(huì)有鍵槽存在，故將直徑加大 3％～5％，再者估算值對(duì)于磨頭結(jié)構(gòu)來說較小，因此參考 [2]并按標(biāo)準(zhǔn)值取 d=30mm ⑶ 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 由于軸的兩端分別安裝小錐齒輪和磨輪，故將軸承安裝在中央并盡量靠近兩端負(fù) 載。 1) 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式。參考 [2]確定錐 齒輪從外側(cè)裝入，右端軸承用軸肩固定下圈，兩軸承上圈采用套筒固定，左端軸承軸 向采用端蓋固定，磨輪利用鍵和軸端擋板固定。 35 2) 確定各軸段的直徑 如圖 12 所示，軸段①為外伸端直徑最小 d1=30mm，軸段②為安裝軸承段，取標(biāo)準(zhǔn) 值 d2=35mm。軸段③為軸承的定位軸肩，查表 [1]6-1 選取軸承型號(hào) 0007 安裝高度為 41mm 故取 d