機械畢業(yè)設計-角磨機的裝配工藝編制及改進設計（通過答辯帶圖紙）

機械畢業(yè)設計-角磨機的裝配工藝編制及改進設計（通過答辯帶圖紙）,機械,畢業(yè)設計,角磨機,裝配,工藝,編制,改進,改良,設計,通過,答辯,圖紙 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院 JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY 畢業(yè)綜合項目成果 （20 屆） 角磨機的裝配工藝編制及改進設計 題 目 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 年 月 日 金華職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)綜合項目成果 目 錄 摘 要 III Abstract 4 1 緒論 5 1.1 機械專業(yè)傳統(tǒng)的教學方式存在的問題 5 1.2 將三維技術(shù)應用到機械類專業(yè)課的教學中 6 1.3 設計概述 7 2 資料查詢與市場調(diào)研 8 2.1資料查詢 8 2.2市場調(diào)研 8 2.2.1消費者購買角磨機時考慮的事項 8 2.2.2 產(chǎn)品定位 9 3 角磨機總體方案設計 10 3.1 工作原理分析與說明 10 3.2角磨機總體結(jié)構(gòu)設計 11 3.3 典型機構(gòu)設計 11 3.3.1直流電動機 11 3.3.2 空間齒輪 13 4 齒輪設計 14 4.1齒輪結(jié)構(gòu)設計 14 4.2設計說明 21 4.3軸承 22 4.4 角磨機零件建模設計 23 4.5 角磨機主體的設計 24 4.5.1 角磨機前蓋的設計 25 4.5.2 創(chuàng)建后蓋的設計 26 4.5.6 其它零件的創(chuàng)建 26 4.6 角磨機裝配設計 28 5 總結(jié) 32 參考文獻 33 致謝 34 3 角磨機的裝配工藝編制及改進設計 **學院**專業(yè) 學生姓名 摘 要 本課題是角磨機設計。利用三維軟件，綜合運用所學的基木理論、基木知識和相關(guān)的機械設計專業(yè)知識，完成角磨機的工業(yè)設計及特定零件的模具設計。主要內(nèi)容包括角磨機主題元素的確定、運用Pro/Engineer對產(chǎn)品進行造型、產(chǎn)品渲染、零件裝配、運用CAD結(jié)合Pro/Engineer繪制加工圖紙、設計總結(jié)。 關(guān)鍵詞：角磨機，機械設計，外觀設計，建模 34 1 緒論 計算機輔助教學是教學發(fā)展的一個焦點，Pro/E等三維建模軟件的發(fā)展以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為機械類專業(yè)課教學提供了一種極好的現(xiàn)代化教學的工作平臺[1]。電動角磨機學名“角向磨光機”，一種普遍使用的電動手持式切割研磨工具。就是以交流電或直流電驅(qū)動電機，驅(qū)動傘狀齒輪高速運轉(zhuǎn)帶動砂輪高速運轉(zhuǎn)，從而利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪以及橡膠砂輪、鋼絲輪等對金屬構(gòu)件進行磨削、切削、除銹、磨光加工。角磨機適合用來切割、研磨及刷磨金屬與石材，作業(yè)時不可使用水。切割石材時必須使用引導板。針對配備了電子控制裝置的機型，如果在此類機器上安裝合適的附件，也可以進行研磨及拋光作業(yè)。角磨機被廣泛應用于機械制造業(yè)、建筑、家具制造等行業(yè)領(lǐng)域，角磨機經(jīng)實驗和現(xiàn)場實際操作證明，具有結(jié)構(gòu)合理、體積 小、重量輕、功利大、操作靈活、攜帶方便等優(yōu)點，深受廣大電力電信作業(yè)者等的歡迎。了解角磨機工作原理、結(jié)構(gòu)等可以幫助人們更好的使用；對角磨機的再設計能夠更好的滿足廣大消費者的功能需求，同時增加了消費者使用的安全性以及舒適度。 1.1 機械專業(yè)傳統(tǒng)的教學方式存在的問題 （1） 在機械類課程的教學中，經(jīng)常需要實物模型幫助學生理解教學內(nèi)容，如果沒有模型，僅僅依靠講解，是很難講清楚一個立體結(jié)構(gòu)的。學生缺少對實物的感官認識也就更難理解沒有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學方式是利用教學實物模型，但實物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。 （2） 教學中存在的另一個問題是傳統(tǒng)的教學實物模型一成不變，更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學模型已不能滿足教學和科技時代不斷進步的需要。時代在發(fā)展，教學內(nèi)容在不斷更新，當然教學模型也要跟上教學內(nèi)容的更新，要想根據(jù)教學需要更改實物模型是很困難的。更換新實物模型成本又很高，而舊模型基本沒有再利用的價值，造成很大的浪費。 （3） 傳統(tǒng)的教學模型作運動演示和運動分析也存在很多缺陷，一是學校很難保證有一套完整的機械專業(yè)的教學模型，而且成本也較大；二是有些空間的機構(gòu)內(nèi)部的運動很難觀察到；三是裝配模型時容易損壞零件，運動容易出故障；四是運動特性的分析也很困難。 （4） 對于機械設計的教學，傳統(tǒng)的教學方法是先展開平面簡圖的構(gòu)思，形成稍微完整的方案之后，開始繪制三維簡圖，完全定型后再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或制作簡易的模型。在造型設計的過程中，需要用樣品實物模型來表達設計者的構(gòu)思，但對每一種方案都制作實物樣品，要付出大量的勞動，還存在著精度低、修改調(diào)整困難、設計周期長及成本費用高等問題。 1.2 將三維技術(shù)應用到機械類專業(yè)課的教學中 Pro/E系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC)的產(chǎn)品。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，改變了機械CAD／CAE／CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD／CAE／CAM 領(lǐng)域的新標準。將現(xiàn)代化的Pro/E三維技術(shù)應用到在機械專業(yè)課的教學中，可以解決以上傳統(tǒng)教學存在的很多不足[2]。 （1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學，在教學中如果應用Pro/E的三維技術(shù)建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學模型的缺點，它同樣具有實物教學模型的直觀、容易理解的優(yōu)點，又克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難的問題，還便于制作多謀體課件。 （2） 把教學中常用的零件、部件和標準件建立起自己的模型庫，利用Pro/E提供的強大的基于特征的參數(shù)化實體造型功能，把教學中常用的零件、部件和標準件，利用微機的存儲信息量大的特點建立起自己的模型庫，以充分利用已有的設計成果和前人的經(jīng)驗。 我們建立的教學模型庫有如下特點： 1） 零件模型庫的覆蓋面廣、標準新； 2） 當教學需要某一零件模型時，可直接從零件模型庫中調(diào)出，不必手工繪制； 3） 零件模型從模型庫中調(diào)入后可任意移動、旋轉(zhuǎn)，在裝配時確定準確的位置； 4） 零件模型庫的操作使用簡捷、方便、靈活、易學易懂； 5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)零件模型庫的資源共享，充分運用網(wǎng)絡資源為教學服務。 （3） 可將各種三維零部件和機械傳動在Pro/E內(nèi)進行虛擬裝配、三維動畫演示和運動特性分析。 總之，把Pro/E的三維技術(shù)引入機械專業(yè)課的教學，徹底改變了傳統(tǒng)的教學理念，大大改善了輔助教學環(huán)境，提高了教學效果[3]。通過實踐證明，我們只要認真研究和大膽嘗試輔助教學這一現(xiàn)代化教學手段，不斷地去學習、掌握這種技術(shù)，很好地將Pro/E的三維技術(shù)應用到我們的機械專業(yè)教學中去，提高工作效率，充分利用微機多媒體輔助教學的優(yōu)越性，調(diào)動學生的積極性，就一定能有效地幫助我們達到降低教學成本，提高教學質(zhì)量的目的。 1.3 設計概述 本設計主要圍繞角磨機設計這個實例展開。液壓角磨機作為一種重要的液壓元件，其規(guī)格和型號比較繁多，傳統(tǒng)的開發(fā)過程繁瑣、 效率低下、 繪圖量大，Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，克服了以上的不足之處，大大提高設計人員的開發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實體建模、虛擬裝配、機構(gòu)仿真等功能進行角磨機的設計。角磨機包含多個零部件，其設計巧妙運用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫這一特點并綜合運用多種建模方法和設計方法。 設計的具體要求為： （1） 角磨機零件建模設計； （2） 角磨機裝配設計； 2 資料查詢與市場調(diào)研 2.1資料查詢 在確定了課題后的第一天，我們小組就角磨機的工作原理和運動簡圖等開始瀏覽并收集資料，我們到圖書館和上網(wǎng)查閱了相關(guān)機械的資料，對于電磁感應產(chǎn)生電能的原理（即電動機工作原理）和空間齒輪機構(gòu)的構(gòu)成有了比較具體的的了解，也對角磨機的工作原理有了初步認識。然后對角磨機進行拆卸，對各部進行數(shù)據(jù)測量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，對角磨機的結(jié)構(gòu)有更深的了解。 研究對象 此次我們小組研究的角磨機是日本日立電動角磨機G10SF3 560W，主要參數(shù)如下 砂輪外徑：100公厘（4英寸） 孔徑：16公厘（5/8英寸） 主軸螺紋：M10×1.5 輸入功率：560瓦 空載轉(zhuǎn)速：12,000/分鐘 最大輸出功率：640瓦 全長：254公厘（10英寸） 重量：1.4公斤（3.1磅） 最大輸出功率：640W 2.2市場調(diào)研 2.2.1消費者購買角磨機時考慮的事項 （一）個人愛好和財力 ，以及角磨機的用途。 （二）角磨機的質(zhì)量、價格和維修等因素，其中進口機的質(zhì)量明顯優(yōu)于國產(chǎn)機，并且使用壽命較長，而國產(chǎn)機的價格及維修費用低于進口機。 （三）塑料外殼的表面光潔度（包括附件光潔度），模具開得好壞（塑料機殼和附件棱角是否清晰、美觀、整齊）。 （四）角磨機穩(wěn)定性的強弱。 （五）功能是否齊全，看功率大小。要考慮其工作使的震動大小以及發(fā)出的噪聲大小。 （六）了解價格。角磨機價格屬市場調(diào)節(jié)價、可上下浮動；因各店進貨渠道不同，進價不一，更會出現(xiàn)售價不一，甚至高、低懸殊的現(xiàn)象。 2.2.2 產(chǎn)品定位 下面是市場上比較暢銷的幾款角磨機的對比分析 產(chǎn)品類型 圖片 重要參數(shù)及特點 博世Bosch角磨機 GWS7-125 輸入功率：1,200瓦 空載轉(zhuǎn)速：8,500/分鐘 全長：391公厘（15～13/32英寸） 重量：2.7公斤（5.9磅） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、突破壽命瓶頸 1.高效馬達冷卻系統(tǒng) 2.全機身嚴密防塵保護 3.世界最細握柄 日立180mm 730W角磨機 G18SS 砂輪外徑180公厘（7英寸） 空載轉(zhuǎn)速：8,500/分鐘 最大輸出功率：3150瓦 全長：463公厘（18-7/32英寸 重量：4.3公斤（9.5磅） 1.1900W大功率輸入 2.高性價比產(chǎn)品定位 3.120%高過載力設計 百雷仕 砂輪外徑230mm 空載轉(zhuǎn)速：6,000/分鐘 輸入功率：1800瓦 全長：530公厘重量：3.9公斤（9.5磅） 牧田電動角磨機GA5030 砂輪外徑125公厘 空載轉(zhuǎn)速：11，000/分鐘 最大輸出功率：3150瓦 全長：266公厘 重量：,1.4公斤 該產(chǎn)品在定位上不僅注意其功率、轉(zhuǎn)速、重量、體積等各方面等功能因素，還要注意其外觀的體現(xiàn)及形式美的要素，使人們在笨重枯燥的工作中更感覺輕松自如。 3 角磨機總體方案設計 3.1 工作原理分析與說明 1、工作原理圖、運動簡圖 工作原理圖 角磨機運動簡圖 2、 工作原理分析、說明 角磨機就是利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪以及橡膠砂輪、鋼絲輪等對金屬構(gòu)件進行磨削、切削、除銹、磨光加工。通過電磁感應產(chǎn)生電能，帶動軸承轉(zhuǎn)動，通過空間齒輪結(jié)構(gòu)將水平傳動轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直傳動，從而帶動薄片砂輪或橡膠砂輪，鋼絲輪等高速旋轉(zhuǎn)。 3.2角磨機總體結(jié)構(gòu)設計 角磨機總體分為以下幾個方面： 1）、外殼包裝及操作按鈕 2）、轉(zhuǎn)子組件和定子組件及軸承 3）、空間齒輪機構(gòu)及砂輪軸 由于角磨機工作頻率較高，會產(chǎn)生震動,所以在各零件連接之間都要做好防震措施，在螺絲連接處要多加墊圈，外殼多采用塑料，角磨機的尾部外殼要留出出風孔，防止角磨機工作散熱不及時導致原件損壞。 3.3 典型機構(gòu)設計 3.3.1直流電動機 直流電動機分為兩部分： 1）轉(zhuǎn)子組件 2）定子組件 轉(zhuǎn)子組件和定子組件的尺寸一定要相符合，兩者之間的間隙要合適，該間隙稱為氣隙。 定子部分包括機座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置； 轉(zhuǎn)自部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部件 轉(zhuǎn)子(電樞)： 直流電動機的轉(zhuǎn)子又稱電樞，它是產(chǎn)生感應電動勢、電流、電磁轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件。? 1) 電樞鐵心 電樞鐵心是直流電動機主磁路的一部分，在鐵心槽中嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般采用硅鋼片疊壓而成。? 2) 電樞繞組 電樞繞組的作用是通過電流產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。? 3) 換向器 換向器的作用是將電樞中的交流電動勢和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢和電流，從而保證所有導體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向一致。? 4) 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸作用是用來傳遞轉(zhuǎn)矩。為了使電機能可靠地運行，轉(zhuǎn)軸一般用合金鋼鍛壓加工而成。? 5) 風扇 風扇用來降低運行中電機的溫升 直流電動機的工作原理? ? 直流電動機的工作原理如下： 如下上圖所示為最簡單的直流電動機的原理圖。其換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構(gòu)成的，每一換向片都與相應的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負電位，那么在N極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導體在磁埸中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場方向和導體中的電流方向，利用電動機左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則向右。由于磁場是對稱的，導體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時，線圈中的電流為零。因此，電磁力也等于零。但由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中的電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流，則從b流向a。因此，電磁力f的方向仍然不變，轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時針方向轉(zhuǎn)動。可見，分別在N，S極范圍內(nèi)的導體中的電流方向總是不變的。因此，線圈二邊受力方向也不變。這樣線圈就可以按受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。 3.3.2 空間齒輪 空間齒輪機構(gòu) 傳遞兩相交軸間的運動和動力 圓錐 傳遞兩交錯軸間的運動和動力 交錯軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu) 蝸桿蝸輪機構(gòu) 空間齒輪運動簡圖 空間齒輪立體圖 在設計中運用空間齒輪，主要是利用兩個斜齒輪來將水平方向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為豎直方向的旋轉(zhuǎn)，旨在改變從動件的方向。此空間齒輪組采用的材質(zhì)是合金，在高速的旋轉(zhuǎn)中能夠承受巨大的沖擊力，其中一個齒輪小，若在使用中磨損，可以更換只小斜齒輪，這樣易于降低成本，節(jié)約能耗。 4 齒輪設計 4.1齒輪結(jié)構(gòu)設計 齒輪立體圖 直齒圓錐齒輪傳動設計 1.齒輪得材料及熱處理方法 小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為260HBS。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度220HBS，HBS1-HBS2=260-220=40,合適。 查得σFlim1=240Mpa, σFlim2=240Mpa,SF=1.3 故[σF1]== =129Mpa [σF2]== =195Mpa 粗選8級精度 取小齒輪齒數(shù)Z1=17，則大齒輪Z2=17×2.673=45.441，取Z2=46，實際傳 動比i ==2.706，與要求相差不大，可用。 2.齒輪疲勞強度設計 查表，取載荷系數(shù)K=1.1，推薦齒寬系數(shù)ΨR=0.25—0.3,取ΨR=0.3。 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 T1===1.7297×105N·mm 粗選8級精度 小齒輪齒數(shù)Z1=17 大齒輪齒數(shù)Z2=46 （1）計算分度圓錐角 δ1=arctan= arctan=69.72° δ2=90°-δ1=90°-69.72°=20.28° （2）計算當量齒數(shù) Zv1===18.12 Zv2===132.71 （3）計算模數(shù) 查的YF1=3.02, YF2=2.16 因為==0.023，==0.011 ＞，故將代入計算。 mm≥==3.43 （4）計算大端模數(shù) m ===4.04 查表取m=4.5 （5）計算分度圓直徑 d1=mZ1=4.5×17=76.50mm d2=mZ2=4.5×46=207.00mm (6)計算外錐距 R===109.16mm (6)計算齒寬 b=ΨRR=0.3×109.16=32.75mm 取b1=b2=35mm (7)計算齒輪的圓周速度 齒寬中點處直徑dm1=d1(1-ΨR)=76.50×(1-0.5×0.3)=65.025mm 分度圓錐角 δ1=69.72° δ2=20.28° 當量齒數(shù) Zv1=18.12 Zv2=132.71 模數(shù)mm=3.43 大端模數(shù)m=4.5 分度圓直徑 d1=76.50mm d2=207.00mm 外錐距R=109.16mm 齒寬b1=b2=35mm 則圓周速度 v ===1.10m/s 由表可知，選擇8級精度合適。 3.驗算輪齒彎曲疲勞強度 σF1===95.38Mpa [σF1]=129Mpa, σF1＜[σF1]，故安全。 1.低速軸的設計 （1）確定軸上零件的定位和固定方式(如圖) (2)按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑 dmin≥ 查表取A0=105，于是得dmin≥=27.57mm (3)確定軸各段直徑和長度 左起第一段，由于安裝帶輪，屬于基孔制配合，因開有鍵槽，增大7%并圓整，取軸徑35mm，長度87mm，為了便于安裝，軸端進行2×45°倒角。 左起第二段直徑取42mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對軸承添加潤滑脂的要求和箱體的厚度，則取第二段的長度34mm。 左起第三段，該段裝有滾動軸承，選用圓錐滾子軸承， 取軸徑45mm，長度為39mm。 左起第四段，僅為軸段的過渡,其直徑略小于第三段軸，取42mm，長 度取50mm。 齒輪的圓周速度 v =1.10m/s 8級精度合適 輪齒彎曲疲勞強度 σF1＜[σF1]，安全 估算軸的最小直徑 dmin=27.57mm 左起第五段為滾動軸承段，則此段的直徑為45mm。由于還裝有擋油環(huán)，長度取52mm。 左起第六段，對軸承右端進行定位，取軸徑53mm。長度取8mm。 2.輸出軸的設計 （1）確定軸上零件的定位和固定方式(如圖) (2)按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑 dmin≥ 查表取A0=105，于是得dmin≥=36.86mm (3)確定軸各段直徑和長度 左起第一段，由于安裝聯(lián)軸器，因開有鍵槽，軸徑擴大7%并圓整，取軸徑40mm，長度80mm，為了便于安裝，軸端進行2×45°倒角。 左起第二段直徑取46mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對軸承添加潤滑脂的要求和箱體的厚度，則取第二段的長度46mm。 左起第三段，該段裝有滾動軸承，選用圓錐滾子軸承， 取軸徑50mm，長度為46mm。 左起第四段，對軸承起到軸肩定位作用,其直徑大于第三段軸，取60mm。根據(jù)整體布局，長度取90mm。 左起第五段安裝大圓錐齒輪，根據(jù)齒輪的孔徑，此段的直徑取54mm，長度取60mm。 左起第六段，為軸承安裝段，根據(jù)軸承的尺寸，取軸徑50mm。長度取50mm。 軸的強度校核 由于該軸為轉(zhuǎn)軸，應按彎扭組合強度進行校核計算。 2.作軸的垂直面受力圖（d） 3.繪制垂直面彎矩圖 （1）求垂直面的支反力 Rv1===1036.81N Rv2= Rv1-Fr=1036.81-618.17=418.64N （2）求垂直面彎矩 MVC1= -Rv2L2=-283.76×143=-40577.68N·mm MVC2= MVC1+Fa·= -40577.68+1543.86×=119211.83N·mm (3)繪制彎矩圖（e） 4.作軸水平面受力簡圖（b） 5.繪制水平彎矩圖 （1）求支反力 RH1= RH2===2261.045N （2）求水平彎矩 MHC=RH2L2=2261.045×143=323329.3625N·mm （3）繪制彎矩圖（c） 6.繪制合成彎矩圖 （1）計算合成彎矩 MB==0 MC1===325865.656N·mm MC2===344606.062N·mm (2)繪制彎矩圖（f） 7.繪制扭矩當量彎矩圖（g） 軸單向轉(zhuǎn)動，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取α≈0.6，則當量彎矩為 MT=αT=0.6×172.97×1000=103782N·mm 8.繪制總當量彎矩圖（h） （1）計算總當量彎矩 MeB===103782N·mm MeC1===103782N·mm MeC2===359894.487N·mm 9.校核軸的強度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，[σ-1]=60Mpa.從總當量彎矩圖可以看出，截面C為危險截面。 截面C為齒輪處，dC=54mm，則 σbC===22.856Mpa＜[σ-1]，軸的強度足夠。 軸的強度足夠，可用 軸承的選擇及校核 主動軸32309軸承兩對，從動軸32310軸承兩對。根據(jù)要求對從動軸上的軸承進行強度校核。 查相關(guān)手冊，32310軸承的判斷系數(shù)e=0.35，當≤e時，Pr=Fr；當＞e時，Pr=0.4Fr+YFa,Y=1.7。軸承基本額定動載荷Cr=168KN，軸承采用正裝，要求壽命為105120小時。 1.繪制軸承計算簡圖 2.計算各軸承所受總徑向力 由軸的計算知：B、D處水平支反力RH1= RH2=2261.045N，B、D處垂直面支反力Rv1=1036.81N,RV2=418.64N。 Fr1===2487.43N Fr2===2299.47N 3.計算各軸承內(nèi)部派生軸向力 FS1=eFr1=0.35×2487.43=807.60N FS2=eFr2=0.35×2299.47=804.81N 4.判斷放松、壓緊端 FS1+Fa=807.60+1543.86=2414.46N＞FS2 故，軸承2壓緊，軸承1放松。 則 Fa1=FS1=807.60N , Fa2=FS1+Fa=2414.46N 5.計算當量動載荷 對軸承1 ==0.3499＜e, P1=Fr1=2487.43N 對軸承2 ==1.05＞e, P2=0.4Fr2+1.7Fa2=5024.37N 因P2＞P1，故按軸承2的當量動載荷計算壽命，即取 P=P1=5024.37N 6.軸承壽命校核計算 Lh== =8.99×105h＞105120h 故，所選軸承符合要求。 鍵的選擇及校核 高速軸與帶輪連接選用鍵A10×8×70 σp===41.18MPa＜[σp]=100MPa 故，該鍵滿足強度要求。 輸出軸與大齒輪連接選用鍵A16×10×50 σp===94.74MPa＜[σp]=100MPa 故，該鍵滿足強度要求。 輸出軸與聯(lián)軸器連接選用鍵A12×8×70 σp===93.72MPa＜[σp]=100MPa 故，該鍵滿足強度要求。 4.2設計說明 此零件是連接電機與磨削部分的重要零件，電機力的傳遞都是通過此構(gòu)件傳送給磨砂輪，電機的高速運轉(zhuǎn)與磨砂輪受到的阻力會使該零件收到嚴重損壞，接處應該有比較大的強度才能承受磨砂所產(chǎn)生的阻力，因此在連接處用了合金來作為連接件。 因為此構(gòu)件會收到很大的力，為了防止構(gòu)件與電機分離，應使構(gòu)件與電機連接（即合金）的螺紋方向與電機的旋轉(zhuǎn)方向相反。同理，構(gòu)件與磨削部分連接處的受力方向應與旋轉(zhuǎn)方向相反。 此構(gòu)件上中間有一個孔，通過軸連接，使其與磨砂輪相連，中間有三個孔，不僅節(jié)省了材料，更為角磨機的減震提供了條件，在一定程度上還是角磨機使用起來更加的輕便。 該零件與從動裝置的連接是軸連接，與主動裝置的連接是螺紋連接，是可分離連接。 4.3軸承 深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡圖 電動角磨機中用的是滾動軸承中的深溝球軸承，使用此滾動軸承是因為其有吐下有點： 1 摩擦阻力小，功率消耗小，機械效率高，易起動。 2、尺寸標準化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便。 3、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，軸向尺寸更為縮小。 4、精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長。 5、該軸承具有自動調(diào)心的性能。 6、適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高。 7、在角磨機的工作中可以承受偶純軸向載荷很大的徑向載荷，在轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太大時，可承受純軸向載荷。 4.4 角磨機零件建模設計 角磨機包含20多個零部件，其設計巧妙運用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫這一特點并綜合運用多種建模方法和設計方法[4]，角磨機的最后設計結(jié)果如圖1所示，組件分解圖如圖2所示。 圖1 角磨機三維圖 4.5 角磨機主體的設計 （1） 新建零件文檔； 單擊“新建”按鈕打開新建對話框。在“類型”中選“零件”，在“子類型”中選“實體”，在“名稱”文本框中輸入零件名稱“Gear_part_m”。 （2） 創(chuàng)建外部繼承特征； 1） 單擊“插入”主菜單中選取“共享數(shù)據(jù)”/“合并/繼承”選項，系統(tǒng)打開設計圖標版[6]； 2） 單擊“打開”按鈕，使用瀏覽的方式打開上一小節(jié)設計的角磨機骨架文件“Gear_pump”.同時系統(tǒng)打開“外部合并”對話框，在該對話框的“約束類型”下選取“缺省”選項，在系統(tǒng)默認位置裝配角磨機骨架文件； 3） 單擊“外部合并”中的“確定”，單擊“設計板”上的“確定”。 （3） 創(chuàng)建拉伸實體特征； 1） 單擊“拉伸”打開設計板，在設計板中單擊“放置”打開參照面板，單擊其中“定義”打開“草繪”對話框，選擇FRONT為草繪平面，接受其它默認設置單擊“草繪”進入草繪模式； 2） 在草繪平面內(nèi)使用“抓取邊”工具繪制拉伸剖面圖，然后單擊“確定”退出草繪，調(diào)整方向輸入拉伸深度“25.2”，最后創(chuàng)建的拉伸實體如圖。再次單擊“拉伸”按鈕，選取上一零件端面作為草繪平面，進入草繪模式； 3） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，最后創(chuàng)建的實體特征如圖所示； 4） 再次單擊“拉伸”，選取上一零件右側(cè)面為草繪平面，進入草繪模式； 4.5.1 角磨機前蓋的設計 角磨機左蓋的設計同樣以角磨機骨架作為母體零件，綜合運用拉伸、孔和鏡像復制等建模方法。角磨機的最后設計結(jié)果，如圖11所示。 （1） 新建零件文件，輸入零件名稱“l(fā)eftcover”； 4.5.2 創(chuàng)建后蓋的設計 角磨機后蓋和角磨機前蓋的設計相似，都是以角磨機的骨架作為母本二進行設計的。設計步驟參照左蓋設計，角磨機右蓋的設計結(jié)果如圖17所示。 4.5.6 其它零件的創(chuàng)建 至此角磨機的主要零件以創(chuàng)建完成，下面還有很多裝配用的小零件，其建模過程不再詳細介紹。只列出其最終結(jié)果，如圖32。 包括：螺釘、外部齒輪、平鍵、圓墊片、螺母、壓蓋、圓柱銷。 a）螺釘 b）外罩 c）平鍵 d）圓墊片 e）螺母 f）壓蓋 g）圓柱銷 圖32 其它零件 至此角磨機所有零件三維建模都以完成，下一步就是裝配。 4.6 角磨機裝配設計 角磨機的裝配綜合運用到無連接接口約束和連接接口約束。在進行角磨機的裝配前，設計者首先要對角磨機進行整體的分析，要弄清楚那些元件具有運動自由度，那些元件完全約束。對于具有運動自由度的元件就要根據(jù)具體要求選擇合適的連接接口，反之使用無連接接口的約束進行裝配即可。 （1） 創(chuàng)建組件文檔，輸入組件名稱“Gear_pump_model”； （2） 在默認位置裝配角磨機主體； 單擊“添加元件”按鈕，打開下設計板，選擇缺省，以在默認位置裝配主體。 （3） 向組件中裝配銷； 使用“插入”“對齊”“對齊”三種約束裝配銷釘，使其高出端面“8”。 （4） 重復裝配銷釘； 選中前面裝配好的銷釘零件，然后在“編輯”中選取“重復”打開“重復元件”對話框。 按住“ctrl”鍵，選中“插入”和“對齊”兩種約束方式。單擊添加，共裝配4根銷釘。 （5） 向組件中裝配角磨機左蓋； 使用“匹配”“插入”“插入”三種約束。 （6） 向組件中裝配軸一； 1） 單擊右工具箱中的“向組件中添加元件”按鈕，打開角磨機文件Gear_shaft_1； 2） 在系統(tǒng)打開的設計板上的“用戶定義”中選取“銷釘”連接類型； 3） 完成“放置”列表，裝配結(jié)果如圖33。 圖34 裝配二 （8） 向組件中裝配角磨機右蓋； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，使用瀏覽方式打開角磨機零件文件Gear_pump_rightcover； 2） 在系統(tǒng)打開的裝配設計板上單擊“放置”按鈕，然后在“放置”列表的“約束類型”下拉菜單中選取“對齊”約束類型，然后分別選取軸A8和A15作為約束參照。新建“對齊”約束選取軸A9和A16作為約束參照； 3） 新建“匹配”約束類型，選取角磨機主體端面和右蓋端面，輸入偏距“0”； 4） 最后完成的“放置”列表如下圖，最后裝配結(jié)果如圖35。 圖35 裝配右蓋 （9） 在裝配的元件之間進行布爾運算； 1） 在“編輯”主菜單中選取“元件操作”選項打開“元件”菜單，選取“切除”選項； 2） 根據(jù)系統(tǒng)提示選取右蓋為被切除元件，單擊“確定”，接著選取和其有相交關(guān)系的兩個銷作為切除參照元件； 3） 最后單擊“再生”，再生后轉(zhuǎn)配結(jié)果如圖，被切除的右蓋零件會相應變化。 （10） 裝配螺栓； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開“blot.prt”； 2） 使用“對齊”約束，選取螺栓軸線和螺栓孔軸線； 3） 使用“匹配”約束，選取螺栓頭下端面和螺栓孔上端面。 （11） 重復裝配螺栓； （12） 向組件中裝配壓緊螺母； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開角磨機零件文件Pack； 2） 使用“插入”和“匹配”兩中約束選取相應參照。 （13） 在元件之間進行布爾運算 同步驟9一樣，切除壓緊螺母； （14） 裝配鍵； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開角磨機零件文件key； 2） 使用“匹配”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應參照。 （15） 裝配齒輪； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開角磨機零件文件gear； 2） 使用“對齊”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應參照。 （16） 裝配墊片； （17） 裝配螺母； （18） 影藏曲線特征。 1） 在模型樹上選中“pack”元件，單擊右鍵，選取“打開”打開該元件； 2) 單擊“層”按鈕，系統(tǒng)顯示“層樹”窗口。選取“PRT_ALL_CURVES”,單擊右鍵選取保存； 3) 在空白處單擊右鍵，選取“保存狀態(tài)”； 4) 接著保存對“pack”元件的修改結(jié)果，最后的組件顯示結(jié)果如圖36。 圖36 角磨機設計結(jié)果 5 總結(jié) 本文詳細介紹了角磨機的三維設計，從零件建模、零件裝配設計到機構(gòu)仿真。其中齒輪軸的設計采用了參數(shù)化設計，參數(shù)化設計是Pro/E的一個重要特點。重點描述了角磨機工作原理的動畫設計，通過直觀的三維動畫，方便學生理解記憶，且充分調(diào)動學生的積極性，達到了降低教學成本，提高教學質(zhì)量的目的。 參考文獻 [1] 謝曉華.淺談Pro／ENGINEER的三維技術(shù)在機械專業(yè)教學中的應用 [J].湖南科技學院學報,2005(05)：287~288 [2] 劉明光 ，蔣立軍. 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Pro／E軟件的反求工程技術(shù)與應用[J]。機械研究與應用，2008 致謝 本次畢業(yè)設計是在指導老師的悉心指導下完成的。指導老師具有嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和較高的理論水平，在治學及做人方面使我受益匪淺。衷心感謝老師對我的關(guān)心指導和幫助。同時對于大學幾年來關(guān)心過、指導過、給予我以幫助的老師一并表示感謝。非常感謝學院領(lǐng)導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的環(huán)境條件。通過這次畢業(yè)設計，不但使我能夠?qū)⒋髮W期間所學的專業(yè)知識再次回顧學習，而且也使我學到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導和親切關(guān)懷的老師及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我。我對指導老師表示崇高的敬意和誠摯的感謝！