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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
設(shè)計(jì)題目：一種摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)院名稱：
專 業(yè)： ****
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V
摘 要
本文主要介紹摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，測(cè)試驅(qū)動(dòng)的多功能綜合和多功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、總體方案分析和試驗(yàn)測(cè)定試驗(yàn)、多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)部分，總體和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)論和建議。
在機(jī)械專業(yè)學(xué)習(xí)，有很多需要實(shí)驗(yàn)，，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試架，可實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)和傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)在不同的形式，如各種形式的特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，在各種形式的運(yùn)輸它以交換 的試驗(yàn)和拆卸，方便，靈活，學(xué)生的各種機(jī)械設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、傳動(dòng)帶、摩擦塊構(gòu)成。由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過(guò)帶輪減速器將需要的動(dòng)力傳遞到帶輪上，帶輪帶動(dòng)V帶，從而帶動(dòng)整機(jī)裝置運(yùn)動(dòng)。
本論文研究?jī)?nèi)容摘要：
(1) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4)對(duì)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。?
?
關(guān)鍵詞：摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)
Abstract
Is mainly introduced in this paper friction wear testing machine development, test driven multi function comprehensive and multifunctional structural design principles, overall scheme analysis and testing determination test, multi functional structure design includes the design calculation of mechanical transmission part, overall and structural design, conclusions and recommendations.
In mechanical professional learning, requires a lot of experimental, design a test platform of the test frame, can realize gear transmission and the transmission and chain transmission in different forms, the experiments such as various forms of characteristics and movement, in various forms of transport it in exchange for the test and disassembly, convenient, flexible, students of all kinds of mechanical equipment and field test.
The structure of the whole machine is mainly composed of a motor, a machine frame, a transmission belt and a friction block. The power is generated by the electric motor through a belt wheel speed reducer, and the required power is transferred to the belt wheel, and the belt wheel drives the V belt to drive the whole machine movement.
Summary of the research content of this paper:
(1) overall structural design.
Analysis on the working performance of (2) friction and wear testing machine.
(3) the choice of motor.
(4) the transmission system, the executive component and the frame design of the friction and wear testing machine.
(5) the design of the parts to design calculation and check.
(6) drawing the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of the important parts and the parts drawing of the design parts.
Keywords: friction and wear testing machine, structural design, transmission system, design
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 1
1.3 課題設(shè)計(jì)目的和意義 2
1.4 研究?jī)?nèi)容 2
1.5 設(shè)計(jì)方案 2
1.5.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3
1.5.2 工作原理 3
1.5.3 主要組件的設(shè)計(jì) 3
第2章 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)總體參數(shù)的設(shè)計(jì) 5
2.1 系統(tǒng)總體方案的分析 5
2.2傳動(dòng)原理圖 5
2.3大彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算 6
2.5估算切削功率 11
第3章 帶傳動(dòng)的計(jì)算 14
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 14
3.2選擇帶型 15
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 16
3.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角 16
3.5確定帶的根數(shù)z 17
3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 18
3.7確定帶的張緊裝置 18
第4章 主軸組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.1 主軸的基本要求 21
4.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 21
4.1.2 剛度 22
4.1.3 抗振性 22
4.1.4 溫升和熱變形 22
4.1.5 耐磨性 23
4.2 主軸組件的布局 23
4.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 26
4.4 主軸的材料與熱處理 26
4.5 主軸的技術(shù)要求 27
4.6 主軸直徑的選擇 27
4.7 主軸前后軸承的選擇 28
4.8 軸承的選型及校核 29
4.9 主軸前端懸伸量 32
4.10 主軸支承跨距 32
4.11 主軸結(jié)構(gòu)圖 33
4.12 主軸組件的驗(yàn)算 33
4.12.1 支承的簡(jiǎn)化 33
4.12.2 主軸的撓度 34
4.12.3 主軸傾角 35
第5章 鍵的選擇與校核 44
5.1 帶輪1上鍵的選擇與校核 44
5.1.1鍵的選擇 44
5.1.2 鍵的校核 44
5.2 帶輪2上鍵的選擇與校核 46
5.2.1 鍵的選擇 46
5.2.2 鍵的校核 46
結(jié) 論 48
參考文獻(xiàn) 49
致 謝 50
第1章 緒論
1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，是用于測(cè)試和研究機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)總成部件的設(shè)備。傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)是用來(lái)測(cè)試和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體組件包括變速器、驅(qū)動(dòng)橋，半軸、差速器、主減速器等。這些機(jī)器的鑰匙，一部分功率是直接關(guān)系到運(yùn)動(dòng)機(jī)，經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試功能的發(fā)揮，核心部分是一個(gè)控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)的控制系統(tǒng)，可以提高控制精度的試驗(yàn)臺(tái)，充電狀態(tài)的元件在不同操作條件下的傳輸，保證穩(wěn)定性和安全性的測(cè)試。
一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)參數(shù)的采集要求，使試驗(yàn)臺(tái)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集和實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)量的觀察所需的控制回路測(cè)試，以創(chuàng)造條件。試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)由主機(jī)發(fā)送指令，通過(guò)逆變器運(yùn)行狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，提供源動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)組件的驅(qū)動(dòng)控制原理，分析性能指標(biāo)，控制，驅(qū)動(dòng)的加載essai.système臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，控制負(fù)載變換器的仿真機(jī)電機(jī)滑動(dòng)狀態(tài)在不同條件下的強(qiáng)度條件E和行駛工況，測(cè)試組件適用于各種負(fù)載傳輸系統(tǒng)。
1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)于傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究起步相對(duì)較晚。研究工作開始于20世紀(jì)80年代最早的單位在這方面的研究工作，北京理工大學(xué)、重慶大學(xué)、鄭州大學(xué)學(xué)院機(jī)械、汽車研究所，長(zhǎng)春西安重型機(jī)械研究學(xué)院，西安理工大學(xué)、合肥、四川理工學(xué)院，西安減速機(jī)廠機(jī)組，西安交通大學(xué)路。他們建立了發(fā)射臺(tái)，各種形式的這些實(shí)驗(yàn)建立。從理論和實(shí)踐上都取得了很大的進(jìn)步，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，代表我們的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的發(fā)展水平。
1，2004年，工程機(jī)械同濟(jì)大學(xué)建立了工程車輛動(dòng)力傳動(dòng)閉式液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上臺(tái)系試驗(yàn)臺(tái)主要由動(dòng)力傳輸系統(tǒng)、變量液壓泵、變量液壓馬達(dá)、變速箱、傳動(dòng)軸和輪胎。加載時(shí)，在變速箱后連接負(fù)載測(cè)功機(jī)傳動(dòng)軸，或兩側(cè)裝液比例電控液壓變量泵和變量液壓馬達(dá)電氣控制系統(tǒng)關(guān)閉液壓傳動(dòng)，變量泵的斜盤角度可由PWM控制器輸出的控制信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)桿斜盤角度進(jìn)行調(diào)整通用電氣的連續(xù)，從而改變大小和移動(dòng)液壓泵液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)工程車輛傳動(dòng)系統(tǒng)臺(tái)可調(diào)排量液壓控制單元的輸出開關(guān)信號(hào)大小雙速室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)主要包括合理匹配的動(dòng)力系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制和顯示，并調(diào)整發(fā)送功率的機(jī)械，主要用于研究中的應(yīng)用、性能工程車輛液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的封閉齒輪箱，電機(jī)和系統(tǒng)的變化復(fù)合變速特性和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工程車輛傳動(dòng)系統(tǒng)和其他測(cè)量臺(tái)使用型控制器mc050紹爾-丹佛斯公司生產(chǎn)的以DSP為核心，一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算能力和豐富的I / O資源調(diào)度的圖形顯示和控制算法的控制器的顯示的圖形編程軟件更特別+ 1的基礎(chǔ)上強(qiáng)大的。
1.3 課題設(shè)計(jì)目的和意義
大學(xué)時(shí)光，悄然逝去。這四年里，我學(xué)到的不僅是自己的需要，也是提高其，學(xué)到了很多，畢竟僅僅是書本上的理論知識(shí)和實(shí)際的，顯然有很大的本畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能更好的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)實(shí)踐，從運(yùn)動(dòng)能力我的思路，也為全球應(yīng)用近年來(lái)，基礎(chǔ)知識(shí)，也為未來(lái)的職業(yè)，必須有好的。
設(shè)計(jì)也是教育的一個(gè)重要組成部分，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我可以靈活的知識(shí)體系，提高分析能力和他們的文化，解決問題的認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘L(fēng)格，工作和學(xué)習(xí)，一絲不茍，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。同時(shí)他是最熟練的“如何查閱技術(shù)資料和文件的，學(xué)會(huì)調(diào)查，收集和比較有價(jià)值的數(shù)據(jù)，同時(shí)保持了同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用新技術(shù)、新方法和新信息、新材料；創(chuàng)新，為同類產(chǎn)品的缺點(diǎn)，使產(chǎn)品更趨于理性，更先進(jìn)，更優(yōu)化，更具有使用價(jià)值和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.4 研究?jī)?nèi)容
（1）摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的需求分析。
（2）摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3）確定摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)主要零部件并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
（4）繪制主要零件圖和裝配圖。
（5）整理并組織相關(guān)材料，完成設(shè)計(jì)圖及設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫。
1.5 設(shè)計(jì)方案
在潤(rùn)滑油的摩擦磨損性能試驗(yàn)中，需要測(cè)定摩擦力、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、磨損量及磨損率等參數(shù)。通常試驗(yàn)方法有兩種:一種是按試驗(yàn)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，如潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定法(四球法卜一種是在相同的模擬工作條件下，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。前一種方法試驗(yàn)規(guī)范、數(shù)據(jù)可靠。但對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求高，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備昂貴;后一種方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)靈活，試驗(yàn)環(huán)境與設(shè)備的選擇有一定的自主性，可以根據(jù)具體要求，模擬工作條件，自己研制儀器設(shè)備。本人在噴油泵專用潤(rùn)滑油摩擦磨損性能試驗(yàn)研究中，充分利用已有儀器設(shè)備，動(dòng)手設(shè)計(jì)了一種摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制作費(fèi)用低廉。
1.5.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
試驗(yàn)機(jī)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、油箱、磨損測(cè)試組件及摩擦測(cè)試組件組成。其中，摩擦組件又由加載組件及測(cè)力組件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理如示意圖1所示。
1.5.2 工作原理
(I) 磨損測(cè)量。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)摩擦環(huán)塊旋轉(zhuǎn).磚碼可在加力杠桿上連續(xù)移動(dòng)，調(diào)節(jié)作用在摩擦環(huán)塊與磨塊之間的正壓力。摩擦環(huán)塊的硬度比磨塊的硬度高，通過(guò)測(cè)量磨塊的磨損質(zhì)量就可測(cè)定某種油品、某種荷載下的磨損量.
(2) 摩擦測(cè)試。加在摩擦環(huán)塊與磨塊間的正壓力由擰緊螺母壓縮彈簧實(shí)現(xiàn)，圓鋼桿穿過(guò)固定塊與磨塊一起可繞摩擦環(huán)塊轉(zhuǎn)動(dòng)，圓鋼桿與指示力臂均固接在軸承上?？衫@環(huán)塊軸轉(zhuǎn)動(dòng)，指示力臂連接拉力彈簧。工作前，擰緊加載彈簧，從彈簧的壓縮量計(jì)算出環(huán)塊與磨塊間的正壓力。運(yùn)轉(zhuǎn)后，磨塊與環(huán)塊間的摩擦力使整臂拉動(dòng)拉伸彈簧伸長(zhǎng)，直到摩擦力與拉力彈簧的拉力平衡。由指示力臂轉(zhuǎn)過(guò)的角度就可換算出拉力彈簧的伸長(zhǎng)量，從而計(jì)算出摩擦力F的大小。相應(yīng)地由公式F-/N及T=FR，還可計(jì)算出摩擦系數(shù)f及摩擦力矩。
1.5.3 主要組件的設(shè)計(jì)
1.動(dòng)力及油箱
電動(dòng)機(jī)選用廣東韶關(guān)電機(jī)廠生產(chǎn)的交流電動(dòng)機(jī)，額定功率及轉(zhuǎn)速為600W和1360r/min，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦環(huán)塊，環(huán)塊軸由兩滾動(dòng)軸承在油箱外支承，軸穿過(guò)油箱處可用橡膠圈進(jìn)行密封。為監(jiān)測(cè)油溫，安裝有溫度計(jì);油箱底部有放油螺釘，油箱尺寸為400 x 300 x 200mm，油箱頂部部分覆蓋，防止油液飛濺，同時(shí)固定拉伸彈簧、刻度板及作為加力杠桿的支點(diǎn)。
2. 磨損組件
磨損組件：包括摩擦環(huán)塊、磨塊、固定塊、加力杠桿及祛碼。為加工方便，磨塊使用030的圓鋼，可雙面使用。固定塊與加力杠桿焊接，杠桿力臂交角為900，長(zhǎng)度比為1:4。長(zhǎng)臂端車有螺紋，硅碼為圓盤形，可沿力臂移動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)壓力(計(jì)算時(shí)，須考慮力臂的自重)。
零件的材料及主要參數(shù)如下:
摩擦環(huán)塊。45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)及滲碳處理，硬度64HRC，環(huán)面粗糙度0.32gm，直徑0 l00mm,厚
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第2章 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)總體參數(shù)的設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體方案的分析
我們摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的目的是要將主軸的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為彈簧的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（壓縮或者伸長(zhǎng)）。我們進(jìn)車間進(jìn)行實(shí)地考察，詢問工人師傅。他們耐心的給我們講解運(yùn)動(dòng)，還拆開主軸部位讓我們?cè)敿?xì)了解。憑借他們多年的操作經(jīng)驗(yàn)，首先他們對(duì)我們改進(jìn)的課題給予了肯定，之后我們彼此交流了想法?；貋?lái)之后我們結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)分析得如下運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：
圖2-1 總體方案分析
2.2傳動(dòng)原理圖
我們摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的目的是要將主軸的水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為彈簧的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（壓縮或者伸長(zhǎng)），這讓我們想到了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如上圖4-1所示，曲柄1做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滑塊3在軌道4上作豎直方向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，連桿2可將曲柄1和滑塊3連接起來(lái)，針對(duì)上述原理的分析并結(jié)合實(shí)際考慮強(qiáng)度、便與主軸配合以及使用壽命等等.
彈簧試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力由電磁調(diào)速電機(jī)輸出，將載荷傳遞到試驗(yàn)機(jī)的主動(dòng)軸上，主動(dòng)軸上裝有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于曲柄相對(duì)很短，在機(jī)械設(shè)計(jì)中一般將其設(shè)計(jì)成磨擦環(huán)塊機(jī)構(gòu)，磨擦環(huán)塊與驅(qū)動(dòng)桿之間通過(guò)連桿鉸接在一起。當(dāng)主動(dòng)軸帶動(dòng)磨擦環(huán)塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿把磨擦環(huán)塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成為驅(qū)動(dòng)桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)其頂端的彈簧壓盤做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓縮其間的彈簧，使彈簧受到往復(fù)的壓力，從而模擬其在工作狀態(tài)下的受力，如圖2-2所示，本實(shí)驗(yàn)的機(jī)械構(gòu)建主要由大帶輪、主軸、偏心機(jī)構(gòu)、機(jī)架、彈簧壓盤座等組成。
2.3大彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算
彈簧選擇圓柱螺旋壓縮彈簧[30]，具體設(shè)計(jì)方法和步驟
1) 工作時(shí)，假設(shè)彈簧所受最大工作載荷為600N，工作環(huán)境有腐蝕性，故選擇材料為1Cr18Ni9，類彈簧，許用切應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力， 彈性模量 ，切變模量 ，此種材料耐腐蝕，耐高溫，有良好的工藝性，適用于小彈簧。
2) 選擇旋繞比 ，暫取 ，
則根據(jù)公式
計(jì)算出曲度系數(shù)
3）根據(jù)安裝空間，初定彈簧中徑，
則根據(jù)公式
計(jì)算出
4）計(jì)算彈簧絲直徑
取
5）對(duì)于壓縮彈簧，工作圈數(shù)根據(jù)公式 計(jì)算
實(shí)際工作中正常情況下 ，為保證檢測(cè)時(shí)鉆桿過(guò)度偏向一邊時(shí)的儀器的安全，這里取
彈簧內(nèi)徑
彈簧外徑
彈簧節(jié)距
彈簧自由長(zhǎng)度
因在實(shí)際安裝中，允許的空間滿足不了所設(shè)計(jì)的彈簧自由高度值，也即過(guò)大，不符合實(shí)際應(yīng)用要求，需重新設(shè)計(jì)。
重新設(shè)計(jì)如下:
重選
則 曲度系數(shù)：
彈簧絲直徑： 取
彈簧中徑：
彈簧內(nèi)徑：
彈簧外徑：
彈簧節(jié)距：
彈簧工作圈數(shù)： 取
彈簧自由長(zhǎng)度： 取
7）驗(yàn)算穩(wěn)定性：細(xì)長(zhǎng)比 符合兩端固定彈簧的選擇標(biāo)準(zhǔn)，故不需要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。
8）疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算
疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算公式
已知：
由 可得
對(duì)于變應(yīng)力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)值按公式 計(jì)算，
式中：
--彈簧疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算和材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，??；
--彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞極限，按變載荷作用次數(shù)N，由下表查取；
表3-1 彈簧參數(shù)表
變載荷作用次數(shù)N
取
故設(shè)計(jì)合理。
1）選材：
1Cr18Ni9
2）旋繞比：取， 則
3）彈簧中徑：
4）彈簧絲直徑： 取
5）對(duì)于壓縮彈簧工作圈數(shù)根據(jù)公式 計(jì)算，其中
在實(shí)際工作中正常情況下
這里取
則 取
6）計(jì)算彈簧內(nèi)徑，外徑，節(jié)距，自由長(zhǎng)度：
彈簧內(nèi)徑
彈簧外徑
彈簧節(jié)距
彈簧自由長(zhǎng)度 取
7）驗(yàn)算穩(wěn)定性：細(xì)長(zhǎng)比 符合兩端固定彈簧的選擇標(biāo)準(zhǔn)，故不需要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。
8）疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算
疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算公式
由 可得
對(duì)于變應(yīng)力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)值
按公式 演算
即 故彈簧設(shè)計(jì)合理。
大彈簧的有關(guān)參數(shù)如下表：
表3-2 彈簧參數(shù)表
參數(shù)名稱及代號(hào)
計(jì)算公式
結(jié)果
中徑
30mm
內(nèi)徑
25mm
外徑
35mm
旋繞比
6
長(zhǎng)細(xì)比
3.67
自由長(zhǎng)度
110mm
工作長(zhǎng)度
30.15mm
有效圈數(shù)
11.5圈
總?cè)?shù)
13.5圈
節(jié)距
9mm
軸向間距
4mm
展開長(zhǎng)度
1277.5mm
螺旋角
5.458°
質(zhì)量
0.203Kg
2.4估算切削功率
由于帶在傳動(dòng)過(guò)程中，存在著功率的損失，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，
為V帶的效率,為第一、二對(duì)軸承的效率， 為聯(lián)軸器的效率。
則電機(jī)所需估算功率為7.5KW
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
選擇，其銘牌如下表2-1：
表2-1 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率 KW
滿載轉(zhuǎn)速 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量 Kg
Y132M-4
7.5
同步轉(zhuǎn)速1500 r/min,4級(jí)
1440
2.2
2.2
81
（a）
（b）
圖2-14 電動(dòng)機(jī)的安裝及外形尺寸示意圖
表2-2 電動(dòng)機(jī)的安裝技術(shù)參數(shù)
中心高/mm
外型尺寸/mm
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝
尺寸A×B
地腳螺栓 孔直徑K
軸伸尺
寸D×E
裝鍵部位
尺寸F×GD
132
515× 345× 315
216 ×178
12
38× 80
10 ×43
第3章 帶傳動(dòng)的計(jì)算
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸出功率P=7.5kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=500r/min
表3-1 工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時(shí)間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動(dòng)小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動(dòng)較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4，
取KA＝1.1。即
3.2選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計(jì)》P297圖13－11選取。
圖3-1 帶型圖
根據(jù)算出的Pd＝8.25kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1=90mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3-2 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=250mm
① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s
300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
3.7確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
3.8計(jì)算壓軸力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝133.46N，上面已得到=153.36o，z=4，則
對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來(lái)聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表3-5 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
符號(hào)
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對(duì)稱面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時(shí))，如圖3-2a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時(shí))，如圖3-2b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時(shí))，如圖3-2c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時(shí))，如圖3-2d。
（a） （b） （c） （d）
圖3-2 帶輪結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇孔板帶輪如圖（c）
第4章 主軸組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算
主軸組件是特殊磨頭的執(zhí)行件，它的功用是支承并帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，完成表面成形運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還起傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩、承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷的作用。由于主軸組件的工作性能直接影響到特殊磨頭的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此它是特殊磨頭中的一個(gè)關(guān)鍵組件。
主軸和一般傳動(dòng)軸的相同點(diǎn)是，兩者都傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩并承受傳動(dòng)力，都要保證傳動(dòng)件和支承的正常工件條件，但主軸直接承受切削力，還要帶動(dòng)工件或刀具，實(shí)現(xiàn)表面成形運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)主軸有較高的要求。
4.1 主軸的基本要求
4.1.1 旋轉(zhuǎn)精度
主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在手動(dòng)或低速、空載時(shí)，主軸前端定位面的徑向跳動(dòng)△r、端面跳動(dòng)△a和軸向竄動(dòng)值△o。如圖2-1所示：圖中實(shí)線表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實(shí)際的旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)主軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運(yùn)動(dòng)精度。
主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件（如主軸、軸承及支承座孔等）的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運(yùn)動(dòng)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能和潤(rùn)滑以及主軸部件的動(dòng)態(tài)特性。各類通用特殊磨頭主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在特殊磨頭精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用特殊磨頭主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度則根據(jù)工件精度要求確定。
圖4-1 主軸的旋轉(zhuǎn)誤差
4.1.2 剛度
主軸組件的剛度K是指其在承受外載荷時(shí)抵抗變形的能力，如圖2-2所示，即K=F/y（單位為N/m），剛度的倒數(shù)y/F稱為柔度。主軸組件的剛度，是主軸、軸承和支承座的剛度的綜合反映，它直接影響主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。顯然，主軸組件的剛度越高，主軸受力后的變形就越小，如若剛度不足，在加工精度方面，主軸前端彈性變形直接影響著工件的精度；在傳動(dòng)質(zhì)量方面，主軸的彎曲變形將惡化傳動(dòng)齒輪的嚙合狀況，并使軸承產(chǎn)生側(cè)邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方面，將使主軸在變化的切削力和傳動(dòng)力等作用下，產(chǎn)生過(guò)大的受迫振動(dòng)，并容易引起切削自激振動(dòng)，降低了工件的平穩(wěn)性。
圖4-2 主軸組件靜剛度
主軸組件的剛度是綜合剛度，影響主軸組件剛度的因素很多，主要有：主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造與裝配質(zhì)量等。
4.1.3 抗振性
主軸組件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。在切削過(guò)程中，主軸組件不僅受靜載荷的作用，同時(shí)也受沖擊載荷和交變載荷的作用，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。如果主軸組件的抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著特殊磨頭向高精度、高效率方向發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來(lái)越高。
評(píng)價(jià)主軸組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)能力的大小。
4.1.4 溫升和熱變形
主軸組件工作時(shí)因各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升，溫升使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應(yīng)以主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后各部分位置的變化來(lái)度量。
主軸組件溫升和熱變形，使特殊磨頭各部件間相對(duì)位置精度遭到破壞，影響工件加工精度，高精度特殊磨頭尤為嚴(yán)重；熱變形造成主軸彎曲，使傳動(dòng)齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使主軸和軸承，軸承與支承座之間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承正常工作，間隙過(guò)小將加速齒輪和軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。
影響主軸組件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式，軸承間隙及預(yù)緊力的大小，潤(rùn)滑方式和散熱條件等。
4.1.5 耐磨性
主軸組件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主軸組件各個(gè)滑動(dòng)表面，包括主軸端部定位面、錐孔，與滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面，移動(dòng)式主軸套筒外圓表面等，都必須具有很高的硬度，以保證其耐磨性。
為了提高主軸組件的耐磨性，應(yīng)該正確地選用主軸和滑動(dòng)軸承的材料及熱處理方法、潤(rùn)滑方式，合理調(diào)整軸承間隙，良好的潤(rùn)滑和可靠的密封。
4.2 主軸組件的布局
主軸組件的設(shè)計(jì)，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)，考慮主軸組件的布局。
特殊磨頭主軸有前、后兩個(gè)支承和前、中、后三個(gè)支承兩種，以前者較多見。兩支承主軸軸承的配置型式，包括主軸軸承的選型、組合以及布置，主要根據(jù)對(duì)所設(shè)計(jì)主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求，并考慮軸承的供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性等具體情況，加以確定。在選擇時(shí)，具體有以下要求：
（1）適應(yīng)剛度和承載能力的要求
主軸軸承選型應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。徑向載荷較大時(shí)，可選用滾子軸承；較小時(shí)，可選用球軸承。雙列滾動(dòng)軸承的徑向剛度和承載能力，比單列的大。同一支承中采用多個(gè)軸承的支承剛度和承載能力，比采用單個(gè)軸承大。一般來(lái)說(shuō)，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。因?yàn)榍爸С袆偠葘?duì)主軸組件剛度的影響要比后支承的大。表2-1所示為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較。
表4-1 滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較
基本要求
滾動(dòng)軸承
滑動(dòng)軸承
動(dòng)壓軸承
靜壓軸承
旋轉(zhuǎn)精度
精度一般或較差。可在無(wú)隙或預(yù)加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難
單油楔軸承一般，多油楔軸承較高
可以很高
剛度
僅與軸承型號(hào)有關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載荷無(wú)關(guān)，預(yù)緊后可提高一些
隨轉(zhuǎn)速和載荷升高而增大
與節(jié)流形式有關(guān)，與載荷轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)
承載能力
一般為恒定值，高速時(shí)受材料疲勞強(qiáng)度限制
隨轉(zhuǎn)速增加而增加，高速時(shí)受溫升限制
與油腔相對(duì)壓差有關(guān)，不計(jì)動(dòng)壓效應(yīng)時(shí)與速度無(wú)關(guān)
抗振性能
不好，阻尼系數(shù)D=0.029
較好，阻尼系數(shù)D=0.055
很好，阻尼系數(shù)D=0.4
速度性能
高速受疲勞強(qiáng)度和離心力限制，低中速性能較好
中高速性能較好。低速時(shí)形不成油漠，無(wú)承載能力
適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速
摩擦功耗
一般較小，潤(rùn)滑調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較大f=0.002～0.008
較小f=0.001~0.08
本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=0.0005～0.001
噪聲
較大
無(wú)噪聲
本身無(wú)噪聲，泵有噪聲
壽命
受疲勞強(qiáng)度限制
在不頻繁啟動(dòng)時(shí)，壽命較長(zhǎng)
本身壽命無(wú)限，但供油系統(tǒng)的壽命有限
（2）適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求
由于結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，不同型號(hào)和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速是不同的。軸承的規(guī)格越大，精度等級(jí)越低，允許的最高轉(zhuǎn)速越低。在承受徑向載荷的軸承當(dāng)中，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，比圓錐滾子軸承的高。在承受軸向載荷的軸承當(dāng)中，向心推力軸承的極限轉(zhuǎn)速最高；推力球軸承的次之；圓錐滾子軸承的最低，但承載能力與上述次序相反。因此，應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)速和承載能力兩方面要求來(lái)選擇軸承型式。
（3）適應(yīng)精度的要求
起止推作用的軸承的布置有三種方式：前端定位—止推軸承集中布置在前支承；后端定位—集中布置在后支承；兩端定位—分別布置在前、后支承。
采用前端定位時(shí)，主軸受熱變形向后延伸，不影響軸向定位精度，但前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整軸承間隙較不便，前支承處發(fā)熱量較大；后端定位的特點(diǎn)與前述的相反；兩端定位時(shí)，主軸受熱伸長(zhǎng)后，軸承軸向間隙的改變較大，若止推軸承布置在徑向軸承內(nèi)側(cè)，主軸可能因熱膨脹而彎曲。
（4）適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求
當(dāng)要求主軸組件在性能上有較高的剛度和一定的承載能力，而在結(jié)構(gòu)上徑向尺寸要緊湊時(shí)，則可在一個(gè)支承（尤其是前支承）中配置兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸承。
對(duì)于軸間距很小的多主軸特殊磨頭，由于結(jié)構(gòu)限制，宜采用滾針軸承來(lái)承受徑向載荷，用推力球軸承來(lái)承受軸向載荷，并使兩軸承錯(cuò)開排列。
（5）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求
確定主軸軸承配置型式，除應(yīng)考慮滿足性能和結(jié)構(gòu)方面要求外，還應(yīng)作經(jīng)濟(jì)性分析，使經(jīng)濟(jì)效果好。
在中速和大載荷情況下，采用圓錐滾子軸承要比采用向心軸承和推力軸承組合配置型式成本低，因?yàn)榍罢吖?jié)省了兩個(gè)軸承，而且箱體工藝性較好。
綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)的主軸采用前、后支承的兩支承主軸，前支承采用雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承的組合，D級(jí)精度；后支承采用圓柱滾子軸承，E級(jí)精度。其中前支承的雙列圓柱滾子軸承，滾子直徑小，數(shù)量多（50—60個(gè)），具有較高的剛度；兩列滾子交錯(cuò)布置，減少了剛度的變化量；外圈無(wú)擋邊，加工方便；軸承內(nèi)孔為錐孔，錐度為1：12，軸向移動(dòng)內(nèi)圈使之徑向變形，調(diào)整徑向間隙和預(yù)緊；黃銅實(shí)體保持架，利于軸承散熱。前支承的總體特點(diǎn)是：主軸靜剛度好，回轉(zhuǎn)精度高，溫升小，徑向間隙可以調(diào)整，易保持主軸精度，但由于前支承結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前、后支承的溫升不同，熱變形較大，此外，裝配、調(diào)整比較麻煩。
4.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定
主軸的結(jié)構(gòu)主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動(dòng)件、軸承和密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時(shí)還要考慮主軸加工和裝配的工藝性，一般在特殊磨頭主軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把主軸設(shè)計(jì)成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。主軸是空心的或者是實(shí)心的，主要取決于特殊磨頭的類型。此次設(shè)計(jì)的主軸，也設(shè)計(jì)成階梯形，同時(shí)，在滿足剛度要求的前提下，設(shè)計(jì)成空心軸，以便通過(guò)刀具拉桿。
主軸端部系指主軸前端。它的形狀決定于特殊磨頭的類型、安裝夾具或刀具的形式，并應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠、定位準(zhǔn)確，裝卸方便和能傳遞一定的扭矩。
4.4 主軸的材料與熱處理
主軸材料主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素選擇。
主軸的剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，鋼的E值較大（2.1×10N/cm左右），所以，主軸材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量E的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無(wú)關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量E基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼（如45鋼），只有在載荷特別重和有較大的沖擊時(shí)，或者精密特殊磨頭主軸需要減少熱處理后的變形時(shí)，或者軸向移動(dòng)的主軸需要保證其耐磨性時(shí)，才考慮選用合金鋼。
當(dāng)主軸軸承采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少45鋼主軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火（HRC48～54）.有關(guān)45鋼主軸熱處理情況如下表2.2所列：
表4-2 使用滾動(dòng)軸承的45鋼主軸熱處理等參數(shù)
工 作 條 件
使 用 機(jī) 床
材 料 牌 號(hào)
熱 處 理
硬 度
常 用
代 用
輕中負(fù)載
車、鉆、銑、磨床主軸
45
50
調(diào)質(zhì)
HB220～250
輕中負(fù)載局部要求高硬度
磨床的砂輪軸
45
50
高頻淬火
HRC52～58
輕中負(fù)載PV≤40（N·m/cm·s）
車、鉆、銑、磨床的主軸
45
50
淬火回火高頻淬火
HRC42～50
HRC52～58
此次設(shè)計(jì)的特殊磨頭主軸，考慮到主軸材料的選擇原則，選用價(jià)格便宜的中碳鋼（45鋼）。查表2-2中，因工作中承受輕、中負(fù)荷，且要求局部高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。
4.5 主軸的技術(shù)要求
主軸的精度直接影響到主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度，零件接觸表面形狀愈準(zhǔn)確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接觸剛度愈高。因此，對(duì)主軸設(shè)計(jì)必須提出一定的技術(shù)要求。
（1）軸頸
此次設(shè)計(jì)的主軸，應(yīng)首先考慮軸頸。支承軸頸是主軸的工作基面、工藝基面和測(cè)量基面。主軸工作時(shí)，以軸頸作為工作基面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；加工主軸時(shí)，為了保證錐孔中心和軸頸中心同軸，一般都以軸頸作為工藝基面來(lái)最后精磨錐孔；在檢查主軸精度時(shí)，以軸頸作為測(cè)量基面來(lái)檢查各部分的同軸度和垂直度。采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸的精度必須與軸承的精度相適應(yīng)。軸頸的表面粗糙度和硬度，將影響其與滾動(dòng)軸承的配合質(zhì)量。
對(duì)于普通精度級(jí)特殊磨頭的主軸，其支承軸頸的尺寸精度為IT5，軸頸的幾何形狀允差（圓度、圓柱度等）通常應(yīng)小于直徑公差的1/4～1/2。
（2）內(nèi)錐孔
內(nèi)錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。在檢驗(yàn)特殊磨頭精度時(shí)，它是代表主軸中心線的基準(zhǔn)，用來(lái)檢查主軸與其他部件的相互位置精度，如主軸與導(dǎo)軌的平行度等。由于刀具和頂尖要經(jīng)常裝拆，故內(nèi)錐孔必須耐磨。
錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距100～300毫米處對(duì)軸頸的徑向跳動(dòng)表示；其形狀誤差用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)錐著色檢查的接觸面積大小來(lái)檢驗(yàn)，此乃綜合指標(biāo)；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。
4.6 主軸直徑的選擇
主軸直徑對(duì)主軸組件剛度的影響很大，直徑越大，主軸本身的變形和軸承變形引起的主軸前端位移越小，即主軸組件的剛度越高。
但主軸前端軸頸直徑D1越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要達(dá)到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時(shí)，加大直徑還受到軸承所允許的極限轉(zhuǎn)速的限制，甚至為特殊磨頭結(jié)構(gòu)所不允許。
通常，主軸前軸頸直徑D1可根據(jù)傳遞功率，并參考現(xiàn)有同類特殊磨頭的主軸軸頸尺寸確定。查《金屬切削特殊磨頭設(shè)計(jì)》第506頁(yè)表5-12中，幾種常見的通用特殊磨頭鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D1，可供參考，如下表2-3所示：
特殊磨頭，查上表中對(duì)應(yīng)項(xiàng)，初取D1= D2=30。
表4-3 主軸前軸頸直徑D1的選擇
機(jī)床
機(jī)床功率 （千瓦）
1.47～2.5
2.6～3.6
3.7～5.5
5.6～7.3
7.4～11
11～14.7
車床
60～80
70～90
70～105
95～130
110～145
140～165
銑床
50～90
60～90
60～95
75～100
90～105
100～115
外圓磨床
—
50～90
55～70
70～80
75～90
75～100
4.7 主軸前后軸承的選擇
根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則，查《金屬切削設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第375頁(yè)，選取主軸前支承的36206是舊型號(hào)，新型號(hào)是7206C，即接觸角為15°的角接觸球軸承。
圖4-6 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸
4.8 軸承的選型及校核
滾動(dòng)軸承的選擇包括軸承類型選擇、軸承精度等級(jí)選擇和軸承尺寸選擇。
軸承類型選擇適當(dāng)與否，直接影響軸承壽命以至機(jī)器的工作性能。選擇軸承類型時(shí)應(yīng)當(dāng)分析比較各類軸承的特性，并參照同類機(jī)器中的軸承使用經(jīng)驗(yàn)。
在選擇軸承類型時(shí)，首先要考慮載荷的大小、方向以及軸的轉(zhuǎn)速。一般說(shuō)來(lái)，球軸承便宜，在載荷較小時(shí)，宜優(yōu)先選用。滾子軸承的承載能力比球軸承大，而且能承受沖擊載荷，因此在重載荷或受有振動(dòng)、沖擊載荷時(shí)，應(yīng)考慮選用滾子軸承。但要注意滾子軸承對(duì)角偏斜比較敏感。
當(dāng)主要承受徑向載荷時(shí)，應(yīng)選用向心軸承。當(dāng)承受軸向載荷而轉(zhuǎn)速不高時(shí)，可選用推力軸承；如轉(zhuǎn)速較高，可選用角接觸球軸承。當(dāng)同時(shí)承受徑向裁荷和軸向載荷時(shí)，若軸向載荷較小，可選用向心球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承；若軸向載荷較大，而轉(zhuǎn)速不高，可選用推力軸承和向心軸承的組合方式，分別承受軸向載荷和徑向載荷；’當(dāng)軸向載荷較大，且轉(zhuǎn)速較高時(shí)，則應(yīng)選用接觸角較大的角接觸軸承。
各類軸承適用的轉(zhuǎn)速范圍是不相同的，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中列出了各類軸承的極限轉(zhuǎn)速。一般應(yīng)使軸承在低于極限轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。向心球軸承、角接觸球軸承和短圓柱痞子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高。適用于較高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低．只能用于較低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。
其次，在選擇軸承類型時(shí)還需考慮安裝尺寸限制、裝拆要求，以及軸承的調(diào)心件能和風(fēng)度，一般球軸承外形尺寸較大，滾子軸承較小，滾針軸承的徑向尺寸最小而軸向尺寸較大，此外，不同系列的軸承，其外形尺寸也不相同。
選擇軸承一般應(yīng)根據(jù)機(jī)械的類型、工作條件、可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)先確定一個(gè)適當(dāng)?shù)氖褂脡勖麹b (用工作小時(shí)表示)，再進(jìn)行額定動(dòng)裁荷和額定靜載荷的計(jì)算。
對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的軸承(n>10r／min),可按基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時(shí)考慮溫度、振動(dòng)、沖擊等變化，則軸承基本額定動(dòng)載荷可按下式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh——壽命因數(shù)；1
fn——速度因數(shù)；0.822
fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2；
fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT——溫度因數(shù)；1
CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
查文獻(xiàn)[3]中的表6-2-8至6-2-12，得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
在本輸送裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷為：
P=XFr+YFa
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。由以上可得：
本輸送機(jī)中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻(xiàn)[6]的附表6-1，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數(shù)為：內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。
然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計(jì)算公式為：
式中：
——基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
——當(dāng)量靜載荷，N；
——安全因數(shù)
——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，N。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，對(duì)于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，安全系數(shù)
則軸承的基本額定靜載荷為：
由上式可知，選取的軸承符合要求。
4.9 主軸前端懸伸量
主軸前端懸伸量a指的是主軸前支承支反力的作用點(diǎn)到主軸前端受力作用點(diǎn)之間的距離，它對(duì)主軸組件剛度的影響較大。懸伸量越小，主軸組件剛度越好。
主軸前端懸伸量a取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，有時(shí)為了提高主軸剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。
另外，主軸前端懸伸量a還與前支承中軸承的類型及組合型式、工件或夾具的夾緊方式以及前支承的潤(rùn)滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。
因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量a，以利于提高主軸組件的剛度。
初算時(shí)，可查《金屬切削特殊磨頭設(shè)計(jì)》第158頁(yè)，如下表2-4所示：
表4-4 主軸的懸伸量與直徑之比
類型
機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型
a/ D1
Ⅰ
通用和精密車床，自動(dòng)車床和短主軸端銑床，用滾動(dòng)軸承支承，適用于高精度和普通精度要求
0.6～1.5
Ⅱ
中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車床和銑床，懸伸量不太長(zhǎng)（不是細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求
1.25～2.5
Ⅲ
孔加工特殊磨頭，專用加工細(xì)長(zhǎng)深孔的特殊磨頭，由加工技術(shù)決定需要有長(zhǎng)的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，由于切削較重而不適用于有高精度要求的特殊磨頭
>2.5
根據(jù)上表所列，所設(shè)計(jì)的特殊磨頭屬于Ⅱ型，所以取a/ D1為1.25～2.5，即：
a=（1.25～2.5）D1=（1.25～2.5）×30=37.5～75
初取a=45。
4.10 主軸支承跨距
主軸支承跨距L是指主軸前、后支承支承反力作用點(diǎn)之間的距離。
合理確定主軸支承跨距，可提高主軸部件的靜剛度?？梢宰C明，支承跨距越小，主軸自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的主軸前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的主軸前端的位移量較小，但主軸本身的彎曲變形將增大?？梢姡С锌缇噙^(guò)大或過(guò)小都會(huì)降低主軸部件的剛度。
有關(guān)資料對(duì)合理跨距選擇的推薦值可作參考：
（1） L=（4～5）D1
（2） L=（3～5）a，用于懸伸長(zhǎng)度較小時(shí)；
（3） L=（1～2）a，用于懸伸長(zhǎng)度較大時(shí)。
根據(jù)此次設(shè)計(jì)的特殊磨頭剛性主軸的懸伸量較大，取L≤2.5a為宜。即此次設(shè)計(jì)的主軸兩支承的合理跨距
L≤2.5a=2.5×120=300
初取L=280。
4.11 主軸結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)以上的分析計(jì)算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖4-7所示：
圖4-7 主軸結(jié)構(gòu)圖
4.12 主軸組件的驗(yàn)算
主軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允