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第1章 緒論
1.1本課題的研究背景及意義
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磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過程。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，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。
振動(dòng)研磨機(jī)是一種高效、節(jié)能的新型磨粉設(shè)備，主要解決冶金、化工、非金屬礦、醫(yī)藥、陶瓷、建筑新材料、水泥、磁性材料等諸多行業(yè)超細(xì)粉體加工難題。由于粉體實(shí)現(xiàn)超細(xì)化或超微化后，原子或分子在熱力學(xué)上處理亞穩(wěn)定狀態(tài)，使得比面積增大，從而性格較為活潑，其光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)活性等發(fā)生了變化，并在使用中更具有超常的效果。這些變化既不屬固體物理又不是原子或分子物理，是物理學(xué)中一門新課題，形成獨(dú)具特色的超微粒子粉體物理學(xué)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)往往需要粉體粒徑細(xì)至500～12500目，有的甚至需要粒徑達(dá)亞微米或納米，這是古老傳統(tǒng)的粉碎技術(shù)及設(shè)備所無法實(shí)現(xiàn)的。目前國內(nèi)外許多高校、科研機(jī)構(gòu)都把粉體超細(xì)化或超微化做為研究開發(fā)的主攻方向，將重點(diǎn)集中在如何能獲得更細(xì)粉碎技術(shù)及設(shè)備的研究上。
振動(dòng)研磨機(jī)的質(zhì)量直接影響工件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。其主要有以下幾個(gè)方面的因素：
??? (1) 研磨平板的振動(dòng)研磨機(jī)性能。這是決定振動(dòng)研磨機(jī)質(zhì)量的基本條件，特別是在機(jī)械研磨中，由于研磨平板是配對(duì)使用的，所以還要求配對(duì)的兩塊研磨平板的振動(dòng)研磨機(jī)性能應(yīng)相近。??????
??? (2) 研磨平板的平面性。不僅要求研磨平板有良好的平面性，而且還要求配對(duì)使用的兩塊研磨平板的幾何形狀應(yīng)當(dāng)偶合，如果研磨平板的平而性差(例如：用直徑80 mm，2級(jí)平晶測(cè)量時(shí)，平面性超過2條光波干涉帶)或配對(duì)兩塊平板偶合性不好時(shí)，則在整個(gè)平板板面上振動(dòng)研磨機(jī)將是不均勻的或根本不可能振動(dòng)研磨。
???? ? (3) 所選用的磨料的材質(zhì)。磨科按其來源可以分為天然磨料和人造磨料。天然磨料包括金剛石、剛玉、石榴石等。人造磨料有人造金剛石、人造剛玉、碳化硅、磁化硼等。
金剛石系碳(C)的結(jié)晶體，比重在3.4~3.6之間，維氏硬度10000以上，是最硬的。由于金剛石價(jià)格昂貴，因此在研磨加工中，經(jīng)常使用的是由粒度為微米級(jí)的金剛石粉末配制的研磨膏，對(duì)澀質(zhì)合金或陶瓷等材質(zhì)的工件進(jìn)行精研和拋光。
剛玉系氧化鋁(Al2O3)的結(jié)晶體，天然剛玉的比重在3.9~400之間，人造剛玉比重在3.2~4.0之間，氧化鋁具有較大的韌性，維氏硬度約為2000以上。
碳化硅(SiC)的結(jié)晶系薄板狀，維氏硬度3000左右，由于雜質(zhì)的存在而常常帶有各種顏色。常見的為綠色和黑色。黑色的碳化硅含量約98％，綠色的約98.5％，碳化硅韌性較小，綠色碳化硅比黑的更脆些，適于加工各種脆性材料。
碳化硼(B4C)的比重約2.5，硬度超過碳化硅而接近于金剛石。用于硬度很高的工件的研磨加工。
人造金剛石研磨膏是以人造金剛石粉相其它混合劑為原料配制而成。膏體為水溶性質(zhì)，具有理想的潤(rùn)滑性。使用時(shí)可用水和甘油進(jìn)行稀釋。各生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的研磨膏，根據(jù)不同規(guī)格，都配上不同的顏色，便于使用時(shí)鑒別。
(4) 操作者的振動(dòng)研磨機(jī)技術(shù)水平。這里重要的是掌握振動(dòng)研磨機(jī)時(shí)煤油量的多少。在一般情況下，研磨平板油層厚度應(yīng)是所嵌磨料顆粒大小的1~2倍。油量過少，磨料顆粒不易在研磨平板板面布均，影響振動(dòng)研磨機(jī)的均勻性；如果油量過多，將產(chǎn)生“趕”砂現(xiàn)象，使振動(dòng)研磨機(jī)工作受到破壞。
??? 實(shí)踐證明，振動(dòng)研磨機(jī)只有充分掌握上述各點(diǎn)，才能保證研磨的質(zhì)量。
曲軸零件形狀復(fù)雜，其軸頸的拋光，一直以來采用磨削的方法加工。由于零件安裝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，產(chǎn)量低，加工成本高。制約了發(fā)展。振動(dòng)拋光機(jī)采用的磨料為自由移動(dòng)的松散磨料石塊，當(dāng)把零件放人裝有磨料的振動(dòng)拋光容器內(nèi)時(shí)，由于容器不停地運(yùn)動(dòng)而將慣性作用傳遞給磨料使之自由移動(dòng)，并與零件外表面磨擦，由于磨料與零件之問都有各自的比重，從而導(dǎo)致這些磨料與零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種磨擦的切削量很?。畯亩鸬搅藪伖庾饔?，而這種拋光不改變零件的尺寸。如果將零件任意放入振動(dòng)拋光容器內(nèi)，那么被加工零件之問必然發(fā)生相互碰撞，極易損壞零件，而且加工也不均勻。采用專用設(shè)備與振動(dòng)拋光容器配合，即保證了拋光的質(zhì)量，又防止了零件相互之間的碰撞，起到較好的效果。
1.2振動(dòng)研磨機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1、國內(nèi)振動(dòng)磨機(jī)生產(chǎn)研究狀況
我國的研磨設(shè)備有：球磨機(jī)、氣流磨、雷蒙磨、攪拌磨、輥式磨和柱磨機(jī)等。球磨機(jī)目前仍是我國水泥、陶瓷等行業(yè)的主導(dǎo)磨機(jī)。上述這些設(shè)備雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有本身的弱點(diǎn)。比如，受到工藝及磨機(jī)本身加工特點(diǎn)的限制，大多都無法加工硬度較高的礦渣、粉煤灰以及高硬度非金屬材料，特別是球磨機(jī)還存在著噪音大、能耗高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)，無法滿足生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥、高檔次陶瓷制品和其它新型建筑材料所需的粉體細(xì)度。
大型多用途超細(xì)振動(dòng)研磨機(jī)從結(jié)構(gòu)、工藝、磨介外形以及原理上都與傳統(tǒng)的磨機(jī)有根本的不同，它是采用機(jī)械振動(dòng)原理，整機(jī)在較小的能量消耗下就可以工作，從而降低在超細(xì)粉加工過程中，材料破碎等所需的較大功耗。這項(xiàng)技術(shù)成果可以說是對(duì)傳統(tǒng)研磨技術(shù)的一場(chǎng)革命，比較適合對(duì)硬度較高的脆性材料做超細(xì)、超微粉加工。同時(shí)具有噪音小、能耗低、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
由于受各種歷史原因的影響，我國在六十年代初開始從事這方面研究，但由于大型振動(dòng)磨機(jī)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中還存在諸多技術(shù)問題，如支承彈簧壽命、磨體整體鋼度及連接件強(qiáng)度、焊接強(qiáng)度、耐磨材料等，并缺少配套的部件及相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等原因，其研究進(jìn)展緩慢。到了八十年代中期，僅有溫州礦山機(jī)械廠生產(chǎn)小型振動(dòng)磨機(jī)。以后相繼有河南新鄉(xiāng)東方礦山設(shè)備廠、煙臺(tái)卓悅機(jī)械傳動(dòng)有限公司、洛陽礦山研究所、武漢大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)等單位生產(chǎn)振動(dòng)磨機(jī)。但是，上述單位所研制生產(chǎn)的振動(dòng)磨機(jī)普遍存在的問題是臺(tái)時(shí)加工量偏小、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)工藝配套不理想、粉磨過程中鐵雜質(zhì)污染原材料。由于超細(xì)粉體在加工、分級(jí)、去污提純、表面改性方面仍存在的許多技術(shù)難題，使得超細(xì)粉體加工工藝及設(shè)備，長(zhǎng)期落后于發(fā)達(dá)國家。許多產(chǎn)品因原材料及制造工藝與國外尚有一定差距，造成幾十年超細(xì)粉體加工質(zhì)量徘徊不前，尤其在水泥、建材、陶瓷、油漆、涂料等領(lǐng)域很難邁進(jìn)市場(chǎng)產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良和制造技術(shù)領(lǐng)先行列。開發(fā)推廣新一代節(jié)能振動(dòng)粉磨設(shè)備，既可以填補(bǔ)超細(xì)粉加工行業(yè)設(shè)備空缺，又能加快企業(yè)舊設(shè)備的技術(shù)改造，并充分發(fā)揮新技術(shù)設(shè)備的加工能力，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
2、國外振動(dòng)研磨機(jī)研究發(fā)展概況
德國是振動(dòng)磨機(jī)研制較早的國家。四十年代初，雖然Hochst公司對(duì)振動(dòng)磨機(jī)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研制，但直到五十年代末，西德Klockner-Humboldt-Deutz公司研制的PALLA系列振動(dòng)磨機(jī)才成為定型產(chǎn)品在歐州各國普遍暢銷。
從七十年代起德國國家研究部一直把超細(xì)粉體制備技術(shù)作為特殊研究領(lǐng)域?qū)Υ?，并以Claustabl Braunschweig工業(yè)大學(xué)及KHDAlpine公司為中心形成了攻關(guān)群體。據(jù)資料介紹，目前Lurge公司所生產(chǎn)的振動(dòng)磨機(jī)品種齊全，工藝配套性好，磨筒有效容積為60～2500L，可滿足不同加工場(chǎng)合的需求。但由于德國在設(shè)備制造過程中對(duì)材料選擇比較精良，以及工藝標(biāo)準(zhǔn)較高，參振磨體支承采用橡膠復(fù)合簧，使整機(jī)生產(chǎn)成本偏高，難于向發(fā)展中國家銷售。
日本中央化工機(jī)械、川崎重工、大工產(chǎn)物等公司制造的振動(dòng)磨機(jī)，是六十年代初從西德SIEBTECHNIK公司引進(jìn)的單筒磨技術(shù)，爾后他們獨(dú)立地進(jìn)行研究試制。目前，日本不僅可生產(chǎn)間歇式的，也可生產(chǎn)連續(xù)和臥式渦流振動(dòng)磨機(jī)，無論在生產(chǎn)數(shù)量、種類、技術(shù)性能、理論研究和新品試制方面都是極為先進(jìn)的，在市場(chǎng)上獲得很高的聲譽(yù)，并申報(bào)了許多專利，產(chǎn)品銷往中國及東南亞各國。
美國Allis-chalmers也采用德國技術(shù)，生產(chǎn)出多管振動(dòng)磨機(jī)，磨管可達(dá)六管，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量較高，傳動(dòng)方式由德國的單邊傳動(dòng)改為中心驅(qū)動(dòng)雙邊激振。該系列振動(dòng)磨機(jī)工作穩(wěn)定，工藝配套性好，應(yīng)用范圍廣，已被世界上許多國家所接受，對(duì)世界振動(dòng)磨機(jī)的發(fā)展起了推進(jìn)作用，是九十年代超細(xì)粉體加工的主要設(shè)備。
前蘇聯(lián)曙光生產(chǎn)聯(lián)合體（CBITAHOK），于八十年代末在引進(jìn)德國振動(dòng)磨機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)出雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)式振動(dòng)磨機(jī)，并采用特殊設(shè)計(jì)的非線性空氣彈簧作支承，既改善了磨體的振型，又起到了隔振降噪的效果。為振動(dòng)磨機(jī)向大型化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在振動(dòng)磨的設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。目前，該公司生產(chǎn)的振動(dòng)磨機(jī)有單管和雙管兩種類型，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量0.3～8T/h，被廣泛應(yīng)用于東歐及南亞各國的建材、礦山行業(yè)。
俄羅斯·斯特羅諾佛依德工廠也在研制振動(dòng)磨機(jī)方面做了許多工作。據(jù)介紹，該廠已完成粉磨CaO達(dá)15t/h的磨機(jī)設(shè)計(jì)，磨管有效容積達(dá)3000L以上，但由于該企業(yè)經(jīng)濟(jì)原因，至今也未制造出樣機(jī)。
由此可見，制造大型振動(dòng)磨機(jī)技術(shù)，尤其是某些關(guān)鍵技術(shù)，至今仍為少數(shù)國家掌握，并且對(duì)我國采取一定程度的限制。因此開發(fā)研制中國自己的大型振動(dòng)磨，將顯示我們的科研實(shí)力和水平，同時(shí)也對(duì)我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到重要促進(jìn)作用。
1.3本課題研究?jī)?nèi)容
設(shè)計(jì)一臺(tái)曲軸振動(dòng)拋光機(jī)，該機(jī)可以對(duì)曲軸進(jìn)行自動(dòng)拋光，使得曲軸支撐表面粗糙度達(dá)到0.2微米以下。曲軸自動(dòng)拋光機(jī)的容器與立式激振器連成一體，并支承于隔振彈簧上。當(dāng)激振器主鈾高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心塊產(chǎn)生激振力(離心力)和激振力矩，容器產(chǎn)生周期性的振動(dòng)。容器底部為一圓環(huán)形狀，各點(diǎn)的振幅不一．使容器中的磨料(磨介質(zhì))和被磨工件既繞容器中心軸線(垂直抽)公轉(zhuǎn)，又繞圓環(huán)中心自轉(zhuǎn)。其合成運(yùn)動(dòng)為環(huán)形螺旋運(yùn)動(dòng)，磨料和工件在運(yùn)動(dòng)時(shí)互相磨削，可對(duì)工件進(jìn)行均勻加工。
第2章 振動(dòng)拋光機(jī)研究
2.1 振動(dòng)研磨機(jī)的工作原理
圖2-1 工作原理圖
振動(dòng)研磨機(jī)的工作原理如圖2-1：在振動(dòng)盤中安裝有振動(dòng)馬達(dá)，振動(dòng)盤通過振動(dòng)彈簧與底座連接； 啟動(dòng)振動(dòng)研磨機(jī)時(shí)，振動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生強(qiáng)大的激振力，通過振動(dòng)彈簧帶動(dòng)振動(dòng)盤中的研磨混合物（即研磨材料、研磨助劑等混合物）產(chǎn)生三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，即上下振動(dòng)、由里向外的翻轉(zhuǎn)、螺旋形的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。為了使曲軸各部位拋光均勻，曲軸必須能夠自轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速器，減速器輸出軸與曲軸工件通過聯(lián)軸器連接。這樣，曲軸自轉(zhuǎn)的同時(shí)，磨料又圍繞曲軸公轉(zhuǎn)，從而達(dá)到拋光均勻的目的。
振動(dòng)馬達(dá)是振動(dòng)研磨機(jī)中的核心部件，它是一種特殊的振動(dòng)馬達(dá)（如上圖所示），它在兩端的軸心上安裝有偏心塊（也叫振動(dòng)塊），通過調(diào)節(jié)這兩塊偏心塊的相對(duì)角度、重量，可以很方便的調(diào)節(jié)振動(dòng)研磨機(jī)的振動(dòng)頻率、翻轉(zhuǎn)速度。本次設(shè)計(jì)選擇YZUL-10-4立式振動(dòng)電機(jī)。
振動(dòng)盤機(jī)體：是該機(jī)主要部分，形狀像個(gè)“大火鍋” 組成一個(gè)環(huán)行槽。槽內(nèi)壁鑲有粘貼牢固、耐磨且具有彈性、表面平整的橡膠襯里。拋光介質(zhì)和產(chǎn)品放在其中。
機(jī)座：是個(gè)兩端帶法蘭圓筒。下法蘭有地腳螺孔，是全機(jī)的支撐部分。整個(gè)機(jī)體靠彈簧座落在上面。其上開有一孔為調(diào)整偏重鐵和裝拆電機(jī)之用。
電機(jī)：是該機(jī)振源。牢固地與機(jī)體連接在一起。通常用的是4極電機(jī)。從上往下看逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。因?yàn)槭窃趷毫拥恼駝?dòng)條件下工作，所以必須是專用的特殊電機(jī)。其軸承和線圈甚至接線盒都要適應(yīng)強(qiáng)烈的振動(dòng)。電機(jī)上下端伸出軸固定兩個(gè)偏重鐵， 當(dāng)電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生足夠的激振力矩。
振動(dòng)彈簧：組成振動(dòng)系統(tǒng)最基本的參量是振體的質(zhì)量(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)和恢復(fù)力(恢復(fù)力矩)，該振動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)力(恢復(fù)力矩)就是由彈簧提供的。彈簧為圓柱壓力彈簧，其制造材料有60Mn、50CrVA等。經(jīng)熱處理后，硬度為HRC=45~50，旋向一般為左旋。一定數(shù)量的彈簧均勻排列在機(jī)座法蘭上。
蝸輪蝸桿減速器：蝸輪蝸桿減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)是：
1、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；
2、熱交換性能好、散熱快；
3、安裝簡(jiǎn)易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)檢修；
4、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小、經(jīng)久耐用；
5、使用性強(qiáng)、安全可靠性大；
那么，坯體是如何被拋光的呢，通電后，電機(jī)帶動(dòng)偏重鐵旋轉(zhuǎn)，由于上下偏重鐵重心不平衡產(chǎn)生的偏心力矩作用于機(jī)體，使機(jī)體產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)體內(nèi)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，通過介質(zhì)的沖擊和磨擦作用坯體被拋光。介質(zhì)以螺旋軌跡，繞機(jī)體中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖2-2。
圖2-2 磨料運(yùn)動(dòng)軌跡圖
2.2 振動(dòng)研磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理
實(shí)際的拋光機(jī)作為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)是很復(fù)雜的，為便于分析，系統(tǒng)是否可簡(jiǎn)化為最簡(jiǎn)單的力學(xué)模型：如圖2-3所示的質(zhì)量彈性系統(tǒng)。m為質(zhì)量，K為彈簧常數(shù)。該系統(tǒng)具有兩個(gè)自由度。振動(dòng)位置需要兩個(gè)坐標(biāo)Z，才能確定，Z表示振體的質(zhì)心，C在鉛垂軸上的坐標(biāo)，則表示振體在水平方向相對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)角。系統(tǒng)的振動(dòng)是由上下垂直運(yùn)動(dòng)和水平扭擺振動(dòng)合成的結(jié)果
圖2-3 質(zhì)量彈性系統(tǒng)模型
振動(dòng)理論指出：在簡(jiǎn)諧干擾力作用下，受迫振動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的頻率與干擾力的頻率相同。田電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，即頻率不變；偏重鐵固定后，振幅也不變，電機(jī)帶動(dòng)偏重鐵的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。所以拋光機(jī)的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。振動(dòng)頻率按振源電機(jī)的頻率進(jìn)行。即
決定振動(dòng)程度有兩個(gè)主要因素；
1) 上下偏振塊之間的相位角。相位角指從上俯視兩偏鐵之間的夾角，我們通過觀察三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)說明問題吧。
a) 把兩偏重鐵調(diào)到同一方向，即相位角為0。這時(shí)槽內(nèi)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的垂直分量很小，而水平運(yùn)動(dòng)分量很大，循環(huán)運(yùn)動(dòng)很快。
b) 相位角從0~90°逐漸加大，介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的垂直分量隨角度增大而增大；相應(yīng)的水平分量逐漸減??； 運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線。
c) 相位角從90°。這時(shí)，運(yùn)動(dòng)的水平分量很小，而垂直分量很大。這種現(xiàn)象可稱為“噴流運(yùn)動(dòng)”。
上述試驗(yàn)可解釋為：當(dāng)上下偏重鐵相位角為0°時(shí)，由上下偏重鐵引起的諧振同相；相位角在0~90°范圍變化時(shí)，則兩個(gè)諧振相位差也在0~90°之間變化。介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)就是兩個(gè)諧振運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。
2) 上下偏重鐵距系統(tǒng)重心C的距離。即對(duì)重心C產(chǎn)生的力矩。據(jù)英國資料介紹，下邊的偏重鐵決定垂直分量運(yùn)動(dòng)程度；上邊的偏重鐵決定水平分量運(yùn)動(dòng)程度。從圖中我們可以看出上邊的偏重鐵距重心近，下邊的偏重鐵距重心遠(yuǎn)。但是機(jī)器裝好后，上下偏重鐵距重心的距離也就確定了，不能隨便調(diào)整，實(shí)際使用中都是通過增減上下偏重鐵的重量，來調(diào)整對(duì)重心的力矩，也就是調(diào)整振幅的。
由上述分析可知，使用拋光機(jī)有個(gè)選擇最佳相位角問題。試驗(yàn)表明，對(duì)于最大部位尺寸太小不同的被拋光物體，要采用相應(yīng)的偏重鐵相位角才能滿足拋光工藝要求，即使拋光介質(zhì)在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)一周過程中，露出拋光的次數(shù)為1~2次。
再談?wù)剴伖饨橘|(zhì)。拋光機(jī)適用于骨灰瓷、硬質(zhì)瓷、高長(zhǎng)石瓷、高石英瓷及紫砂制品等。介質(zhì)硬度要因瓷而異，一般說介質(zhì)硬度應(yīng)高出被拋光物體硬度10%左右。介質(zhì)過硬，會(huì)使被拋光物體表面劃出痕跡；過軟則介質(zhì)易損耗。常用的介質(zhì)有石英碴、碎瓷片等。骨灰瓷為瓷質(zhì)軟，其介質(zhì)為正方體小硬木塊和小的三棱柱形瓷塊混合使用，各為50%。此外，介質(zhì)的形狀、規(guī)格尺寸及介質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的深度也很有講究，在此不一一贅述。
最后要說明的是：拋光機(jī)在起動(dòng)和停車的片刻，機(jī)體會(huì)以超過臨介振相的頻率作過幅的振動(dòng)，因此在未裝入足夠的介質(zhì)前，決不能空載啟動(dòng)電機(jī)。
第3章 蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
（1）選擇電動(dòng)機(jī)的類型
按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V。
（2）選擇電動(dòng)機(jī)的功率
電動(dòng)機(jī)所需的功率
式中 —工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位為Kw；
—電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率；
—工作機(jī)所需輸入功率，單位為Kw；
輸送機(jī)所需的功率輸送機(jī)所需的功率
=1200×1.5/1000×0.8=2.25Kw
電動(dòng)機(jī)所需的功率
= =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76
=2.25/0.76=2.96kW
查表，選取電動(dòng)機(jī)的額定功率=4kw。
（3）選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
已經(jīng)曲軸轉(zhuǎn)速為60~120r/min，暫定轉(zhuǎn)速為80r/min，由表推薦的傳動(dòng)比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
符合這范圍的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速有1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析比較。
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格、傳動(dòng)比及市場(chǎng)供應(yīng)情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號(hào)為Y112M—4
1. 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比及其分配
減速器總傳動(dòng)比及其分配：
減速器總傳動(dòng)比
式中—傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
—工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min
—電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，單位r/min
2. 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
（1）各軸的輸入功率
軸I
軸II
（2）各軸的轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)：
軸I：
軸II：
（3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)軸：
軸I：
軸II：
上述計(jì)算結(jié)果匯見表3-1
表3-1傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
輸入功率
轉(zhuǎn)速n
輸入轉(zhuǎn)矩
傳動(dòng)比
效率
電動(dòng)機(jī)軸
2.96
1440
19.63
1
0.98
軸I
2.9
1440
19.23
18
0.784
軸II
2.27
80
270.98
3.2 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
一.選擇蝸輪蝸桿類型、材料、精度
根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）蝸桿材料選用45鋼，整體調(diào)質(zhì)，表面淬火，齒面硬45~50HRC。蝸輪齒圈材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級(jí)精度，標(biāo)準(zhǔn)保證側(cè)隙c。
二.計(jì)算步驟
1.按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式≥mm
選，：
查表7.2取，
在30～64之間，故合乎要求。
初估
（2）蝸輪轉(zhuǎn)矩：
（3）載荷系數(shù)K：
因載荷平穩(wěn)，查表7.8取K=1.1
（4）材料系數(shù)ZE
查表7.9，
（5）許用接觸應(yīng)力
查表7.10，
（6）：
（7）初選的值：
查表7.1取m=6.3，
m
（8）導(dǎo)程角
（9）滑動(dòng)速度
（10）嚙合效率
由，查表得
（11）傳動(dòng)效率
取軸承效率 ，攪油效率
（12）檢驗(yàn)的值
=1.1×301183×=1323＜2500.47
原選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求
2.確定傳動(dòng)的主要尺寸
(1)中心距a
(2)蝸桿尺寸
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
導(dǎo)程角 右旋
軸向齒距
齒輪部分長(zhǎng)度
取
(3)蝸輪尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑 d
齒根圓直徑
導(dǎo)程角 右旋
軸向齒距
蝸輪齒寬
齒寬角
蝸輪咽喉母圓半徑
(4)熱平衡計(jì)算
①估算散熱面積A
②驗(yàn)算油的工作溫度t
室溫：通常取。
散熱系數(shù)：
＜80℃
油溫未超過限度
(5)潤(rùn)滑方式
根據(jù)=4.84m/s，查表7.14，采用浸油潤(rùn)滑，油的運(yùn)動(dòng)粘度
幾何尺寸計(jì)算結(jié)果列于下表：
名 稱
代號(hào)
計(jì)算公式
結(jié) 果
蝸桿
中 心 距
=
a=141.75
傳 動(dòng) 比
i=17.59
蝸桿分度圓柱的導(dǎo)程角
蝸桿軸向壓力角
標(biāo)準(zhǔn)值
齒 數(shù)
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度
名 稱
代號(hào)
計(jì)算公式
結(jié) 果
蝸輪
中 心 距
=
a=141.75
傳 動(dòng) 比
i=17.59
蝸輪端面壓力角
標(biāo)準(zhǔn)值
蝸輪分度圓柱螺旋角
o
齒 數(shù)
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸輪最大外圓直徑
3.3 軸的設(shè)計(jì)
3.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)
（1）選擇軸的材料
選取45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度HBS=230，強(qiáng)度極限，由表查得其許用彎曲應(yīng)力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（表10-1、10-3）
（2）初步估算軸的最小直徑
取C=120，得≥=120× =36.32mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.5，選
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①軸上零件的定位、固定和裝配
單級(jí)減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，周向固定靠平鍵和過渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過渡配合或過盈配合固定。聯(lián)軸器以軸肩軸向定位,右面用軸端擋，圈軸向固定.
鍵聯(lián)接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承 從做從左面裝入，齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器依次右面裝到軸上。
②確定軸各段直徑和長(zhǎng)度
I段
II段選30208型圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為40mm，寬度為19.75mm。故II段直徑。
III段考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁、軸承端蓋與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離，則取套筒長(zhǎng)為42mm。故，。
IV段，
V段，
VI段，
VII段，
（4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
① 繪出軸的結(jié)構(gòu)與裝配圖(a)圖
②繪出軸的受力簡(jiǎn)圖(b)圖
③繪出垂直面受力圖和彎矩圖(c)圖
軸承支反力：
計(jì)算彎矩：
截面C右側(cè)彎矩：
截面C左側(cè)彎矩：
④繪制水平面彎矩圖(d)圖
軸承支反力：
截面C處的彎矩：
⑤繪制合成彎矩圖(e)圖
⑥繪制轉(zhuǎn)矩圖(f)圖
⑦繪制當(dāng)量彎矩圖(g)圖
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取0.6，截面C處的當(dāng)量彎矩為
圖3.2 低速軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩
(a)軸的結(jié)構(gòu)與裝配 (b)受力簡(jiǎn)圖 (c)水平面的受力和彎矩圖
(d)垂直面的受力和彎矩圖 (e)合成彎矩圖 (f)轉(zhuǎn)矩圖 (g)計(jì)算彎矩圖
3.3.2 蝸桿軸的設(shè)計(jì)
(1)選擇軸的材料
選取45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=230，強(qiáng)度極限，屈服極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用應(yīng)力。
(2) 初步估算軸的最小直徑
最小直徑估算，取
(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按軸的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求選取軸承處的軸徑d=40mm，初選軸承型號(hào)為30208圓錐滾子軸承（GB/T297—94），采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，其中，齒根圓直徑，分度圓直徑，齒頂圓直徑，長(zhǎng)度尺寸根據(jù)中間軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，校核的方法與蝸輪軸相類似，經(jīng)過具體的設(shè)計(jì)和校核，得該蝸桿軸結(jié)構(gòu)是符合要求的，是安全的。
第4章 軸承的選擇和計(jì)算
4.1蝸輪軸的軸承的選擇和計(jì)算
按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步選用30208（GB/T297—94）圓錐滾子軸承，內(nèi)徑d=40mm,外徑D=80mm，B=20mm.
（1）計(jì)算軸承載荷
① 軸承的徑向載荷
軸承A：
軸承B：
② 軸承的軸向載荷
軸承的派生軸向力
查表得：30208軸承15°38′32″
所以，
無外部軸向力。
因?yàn)椋?，軸承A被“壓緊”，所以，兩軸承的軸向力為
③ 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
由表查得圓錐滾子軸承30208的
取載荷系數(shù)，
軸承A：＜e
取X=1，Y=0，則
軸承B：＜e
取X=1，Y=0，則
按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用30208圓錐滾子軸承（GB/T297—94），經(jīng)校核所選軸承能滿足使用壽命，合適。具體的校核過程略。
4.2減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸
(1) 箱座（體）壁厚：=≥8，取=15；
(2) 箱蓋壁厚：=0.85≥8，取=12；
(3) 箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度：，；
(4) 地腳螺栓直徑及數(shù)目：根據(jù)=154.35，得，取=18,地腳螺釘數(shù)目為4個(gè)；
(5) 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑：
(6) 箱蓋、箱座聯(lián)結(jié)螺栓直徑：=9～14.4，取=12；
(7) 表2.5.1軸承端蓋螺釘直徑：
高速軸
低速軸
軸承座孔（外圈）直徑
100
130
軸承端蓋螺釘直徑
12
16
螺 釘 數(shù) 目
6
6
(8) 檢查孔蓋螺釘直徑：本減速器為一級(jí)傳動(dòng)減速器，所以取=10；
(9) 軸承座外徑：，其中為軸承外圈直徑，
把數(shù)據(jù)代入上述公式，得數(shù)據(jù)如下：
高速軸：，取，
低速軸：，?。?
(10) 表2.5.2螺栓相關(guān)尺寸：
锪孔直徑
36
30
26
至箱外壁的距離
24
20
18
至凸緣邊緣的距離
20
18
16
(11) 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓的距離：以螺栓和螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近，一般??；
(12) 軸承旁凸臺(tái)半徑：，根據(jù)而得；
(13) 軸承旁凸臺(tái)高度：根據(jù)低速軸軸承外徑和扳手空間的要求，由結(jié)構(gòu)確定；
(14) 箱外壁至軸承座端面的距離：，取；
(15) 箱蓋、箱座的肋厚：＞0.85，取=12，≥0.85，取=14；
(16) 大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁之間的距離：≥，取=16；
(17) 鑄造斜度、過渡斜度、鑄造外圓角、內(nèi)圓角：鑄造斜度=1：10，
過渡斜度=1：20，鑄造外圓角=5，鑄造內(nèi)圓角=3。
第5章 其他零件設(shè)計(jì)
5.1 鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核
5.1.1 高速軸鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核
高速軸采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，因此無需采用鍵聯(lián)接。
5.1.2 低速軸與蝸輪聯(lián)接用鍵的選擇和強(qiáng)度校核
(1) 選用普通平鍵（A型）
按低速軸裝蝸輪處的軸徑d=50mm，以及輪轂長(zhǎng)，
查表，選用鍵16×10×76 GB1096—2003。
(2) 強(qiáng)度校核
鍵材料選用45鋼，查表知，鍵的工作長(zhǎng)度，，按公式的擠壓應(yīng)力
＜，故鍵的聯(lián)接的強(qiáng)度是足夠的。
5.2 聯(lián)軸器的選擇和計(jì)算
5.2.1 高速軸輸入端的聯(lián)軸器
計(jì)算轉(zhuǎn)矩查表取有，查表選用TL5型彈性套柱銷聯(lián)軸器，材料為35鋼，許用轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，標(biāo)記：LT5聯(lián)軸器30×50 GB4323—84。
選鍵，裝聯(lián)軸器處的軸徑為20mm，選用鍵8×7×45 GB1096—79，
對(duì)鍵的強(qiáng)度進(jìn)行校核，鍵同樣采用45鋼，有關(guān)性能指標(biāo)見（2.6.2），鍵的工作長(zhǎng)度，，按公式的擠壓應(yīng)力
＜，合格。所以高速級(jí)選用的聯(lián)軸器為L(zhǎng)T5聯(lián)軸器30×50 GB4323—84，所用的聯(lián)結(jié)鍵為8×7×45 GB1096—79。
5.2.2 低速軸輸出端的聯(lián)軸器
根據(jù)低速軸的結(jié)構(gòu)尺寸以及轉(zhuǎn)矩，選用聯(lián)軸器LT8聯(lián)軸器50×70 GB4323—84，所用的聯(lián)結(jié)鍵為10×8×50 GB1096—79，經(jīng)過校核計(jì)算，選用的鍵是符合聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度要求的，具體的計(jì)算過程與上面相同，所以省略。
5.3 減速器的潤(rùn)滑
減速器中蝸輪和軸承都需要良好的潤(rùn)滑，起主要目的是減少摩擦磨損和提高傳動(dòng)效率，并起冷卻和散熱的作用。另外，潤(rùn)滑油還可以防止零件銹蝕和降低減速器的噪聲和振動(dòng)等。
本設(shè)計(jì)選取潤(rùn)滑油溫度時(shí)的蝸輪蝸桿油，蝸輪采用浸油潤(rùn)滑，浸油深度約為h1≥1個(gè)螺牙高，但油面不應(yīng)高于蝸桿軸承最低一個(gè)滾動(dòng)體中心。
致謝
兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間匆匆而過，在老師的悉心指導(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)。在此，我對(duì)老師及幫助過我的同學(xué)致以誠摯的謝意！
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。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。
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。是你們的辛勤勞動(dòng)和無私奉獻(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)是太陽底下最光榮的。十年樹木，百年樹人。作為人類靈魂的工程師，我為你們感到驕傲！
我也要感謝和我共同走過這風(fēng)雨兼程的學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們。是你們的支持和幫助，使我勇往直前，永不后退。我們朝夕相處，榮辱與共。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次綜合應(yīng)用，而且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)的專業(yè)知識(shí)以外，認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)也是必不可少的要素。
總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我收益非淺，可以說，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)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)表示誠摯的謝意。
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