M2110A内圆磨床毕业设计论文

M2110A型内圆磨床设计

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摘 要

磨床是应用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料精加工的一种机床。近年来由于科学技术的发展，现代机械零件的精度和表面粗糙度要求越来越高，各种硬度材料日益增多，所以磨床的应用越来越广泛。

基于市场对内圆磨床的变速要求高，磨削内圆直径大的要求，经过重新布局和对主轴箱的设计后，M2110A 型内圆磨床的加工性能得到了很大的提高，外形更加美观，结构更紧凑，操纵也更方便，更省力。

设计的该型磨床主要用于磨削精密圆柱孔和圆锥孔，适用于单件小批量生产。 同时该磨床工作台由液压无级传动，工作台的工作进给、快速进给及退回、修整砂轮时的进给等均能自动变换。砂轮微量横进给可以手动或液动，液动进给即工作台每一个往复行程，砂轮作一次自动进给。修整砂轮用液压手柄操纵。

关键词：内圆磨床 进给机构 砂轮 修整器

ABSTRACT

Grinding machine is used in parts finishing,in particular hardened steel and special

materials of high hardness of a machine tool for finishing.In recent years,due to the development of science and technology, modern machinery parts of the surface roughness and precision demand is higher and higher, the hardness of material is increasing,so the Grinding machine is more and more widely applied.

Based on high speed requirements of market for internal grinder and grinding inside diameter big request,after a new layout and design of spindle box,type M2110A internal grinder in the processing performance has been greatly improved, the appearance is more beautiful, more compact in structure,operation more convenient, also is more efficient.

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Design of this type of grinding machine is mainly used for grinding precision cylindrical bore and conical bore, suitable for single piece and small batch production.

Meanwhile, the grinding table by the hydraulic stepless transmission,bench work feeding, rapid feed and return,dressing grinding wheel feed, etc all can automatically transform.. Trace wheel infeed can be manual or hydraulic,hydraulic table feed that each reciprocating stroke,wheel as an automatic feed.Dressing grinding wheel with a hydraulic lever to manipulate.

Key word: internal grinder

feed mechanism grinding wheel

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grinding wheel dresser

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第一章 绪 论

1.1磨床的类型与用途

机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削机床，精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需要的精度。金属切削机床所担负的工作量约占机器制造总工作量的40%～60%，金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。换言之，一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。

纵观几十年来的历史，机械制造业从早期降低成本的竞争，经过20世纪70年代、80年代发展到20世纪90年代乃至21世纪初的新的产品的竞争。目前，我国已加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来，我国机械制造业面临严峻的挑战，也面临着新的形势：知识——技术——产品的更新周期越来越短，产品的批量越来越小，产品的性能和质量的要求越来越高，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强，因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要、不断推出新产品、赢得竞争、求得生存和发展的主要手段。

1.1.1磨床的类型及其特点

磨床种类很多，主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。 磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：

1、磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在35米 /秒左右，目前已向200米/秒以上发展）；

2、它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件； 3、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度； 4、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；

5、磨床通常是电动机、油泵（发动部件），通过机械，电气，液压传动（传动部件）带动工件和砂轮相对运动。

1.1.2磨床的用途

随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范围日益扩大。它在金属切削机床所占的比重不断上升。目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达30%—40%。据1997年欧洲机床展览会(EMO)的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%，钻削占22%，其它占8%；而磨床在企业中占机床的比例高达42%，车床占23%，铣床占22%，钻床占14%。由此可见，在精密加工

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当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削 加工会要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但是要实现精密磨削加工，则所用的磨床就应该满足以下几个基本要求：

1.高几何精度。精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于1um，轴向圆跳动应在2—3um以内。 2.低速进给运动的稳定性。由于砂轮的修整导程要求10—15mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。

3.减少振动。精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考虑减少振动。

4.减少热变形。精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的50％，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。

1.2内圆磨床

用砂轮磨削工件内孔的磨床。它具有磨床的一般特征，它的磨削分为普通内圆磨削、无心内圆磨削和砂轮作行星运动的磨削方式式。

加工工件的圆柱形、圆锥形或其他形状素线展成的内孔表面及其端面的磨床。内圆磨床分为普通内圆磨床、行星内圆磨床、无心内圆磨床、坐标磨床和专门用途的内圆磨床等。按砂轮轴配置方式，内圆磨床又有卧式和立式之分。

1.普通内圆磨床。由装在头架主轴上的卡盘夹持工件作圆周进给运动，工作台带动砂轮架沿床身导轨作纵向往复运动，头架沿滑鞍作横向进给运动，头架还可绕竖直轴转至一定角度以磨削锥孔。

2.行星内圆磨床。工作时工件固定不动,砂轮除绕本身轴线高速旋转外还绕被加工孔的轴线回转，以实现圆周进给。它适于磨削大型工件或不宜旋转的工件如内燃机气缸体等。

3.无心内圆磨床。工作时工件外圆支承在滚轮或支承块上，工件端面由磁力卡盘吸住并带动旋转，但略可浮动，以保证内外圆的同心度。小规格内圆磨床的砂轮转速最高可达十几万转每分。在大批量生产中使用的内圆磨床，自动化程度要求较高，在磨削过程中，可用塞规或测微仪自动控制尺寸。 特点：

1.机床的进给及补偿,由二个互不干涉的传动机构执行。进给系统具有定程磨削功能,采用手动或液动二种进给方式。

2.机床设有快跳机构，因此退出砂轮进行测量或修整后不必重新手动对刀。 3.工作台快退设有中停装置，快退距离可按需要调整，以减少辅助时间。 4.工作台起动手把设有安全联锁装置，确保装卸和测量工作时的安全性。

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5.机床砂轮轴最高转速为24000转/分，以提高磨削小孔。 6.用户特殊订货。可改装电主轴变频调速以磨削小直径内孔。 7.机床设有端面磨削装置，能保证工件内孔与端面的垂直度。

1.3M2110A型磨床的设计任务要求 1.3.1设计基本参数

磨孔直径： 6~100毫米 磨孔最大深度： 150毫米 工件最大长度： 200毫米 工作台最大行程： 550毫米 床头箱轴线最大回转角度：20°

工件转速（4级）： 200、300、400、600转/分 砂轮转速（3级）： 10000、18000、24000转/分 工件电机：功率 0.45/0.75千瓦 转速 700/1400转/分 砂轮电机：功率 3千瓦 转速 2860转/分

机床外形尺寸（长×宽×高）：1850×1130×1290毫米

1.3.2任务及要求

1.合理设计机床砂轮轴，工作台进给机构和砂轮修整机构 2.用CAD做出零号图纸

3.轴承种类与形式、选用、特点及计算 4.受力分析、计算和校核。 5.说明书 6.外文翻译

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第二章 M2110A型磨床机械传动系统

本机床的传动有两种形式：一种是液压传动，如工作台纵向往复移动、砂轮架快速进退、砂轮架周期径向自动切入等；另一种就是机械传动。其传动系统如图所示。

图2-1 M2110A机械传动图

2.1头架的传动

此传动链实现工件的圆周进给运动。其传动路线的表达式为 102

194工件电机— —拨盘或卡盘 194

102由于电机为双速电机，故可以使得工件获得4种转速。

2.2砂轮的传动

此传动链较短，使得砂轮高速旋转。其传动路线为： 砂轮电机—

25072 —砂轮

2.3工作台手动驱动

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为了调整机床，工作台还可以通过手轮来驱动。其传动路线表示如下： 手轮—1572—1872—齿条—工作台纵向移动

2.4砂轮架周期径向切入运动

这个运动可以分成两种：一种是手动周期切入；另一种是液动周期自动切入。如图

图2-2 砂轮架机械传动图

2.4.1手动周期切入

在手轮B上装有齿轮Z12和Z50（同轴）。D为刻度盘，外圆表面上刻有200格刻度，而内圆周却是一个Z110的内齿轮，其齿顶圆就作为定位面与手轮B上的P圆柱表面动配合（即可以转动）。C为一补偿旋钮，其上开有21个小孔，平时总有1个孔和固装在B上的销子K接合。C上又有一只Z48的齿轮与Z50齿轮啮合，而Z12又与Z110啮合，故转动手轮B时，各齿轮无相对运动，上述各零件仿佛一个整体，Z110也不在P圆柱面上相对运动，于是B和D一起旋转。

当顺时针方向转动手轮时，就可以实现砂轮架的径向切入，其传动路线表示如下： 手轮B—VIII—IX—4488—丝杠—半螺母

在磨削一批工件时，通常总是先试磨一只，待磨到尺寸要求时，将手轮B转动的位

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置固定下来，这就可以借助固装在刻度盘D上的挡块F碰到固定在床身上的定位爪N来实现，此时手轮B就不能再继续转动，说明工件已经磨到尺寸要求了。

2.4.2液动周期自动切入

当自动控制的压力油通入油缸的右腔时，时活套在活塞J槽内销轴上的棘爪H左移，推动棘轮E转过一角度，E用螺钉固定在手轮B上。所以随着棘轮E的转动，刻度盘D也转动。棘轮E上有200个棘齿，正好与刻度盘D上的刻度200格相对应。棘爪H最多可以推过棘轮上4个棘齿，即相当于刻度盘转过4格。转动齿轮S使空套的扇形的齿轮板G转动，根据它的位置就可以控制棘爪H推过的棘齿数目。其原理简述如下：当右腔通回路时，弹簧将活塞J推至右极限位置，此时棘爪H就顶在扇形板G的外圆表面上，待右腔注入高压油后，活塞J左移，棘爪H便开始沿着G的外圆表面滑动，随后就经斜面T而落入棘齿槽底，推动棘轮E转动。故此T斜面越转越接近中心线a–a，H所推过的棘齿越少。

当自动径向切入达到工件尺寸要求时，与F成180º安装的调整块R正好处于中心线 a–a位置。由于R的外圆比棘，故棘爪H就被压下，这时J即使左右移动，H也只是在外圆表面滑动，不会落入棘齿E的齿槽。自动径向切入就停止。

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第三章 主轴组件设计计算与校核

主轴组件是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具旋转，完成表面成形运动，同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响到机床的加工质量和生产率，因此它是机床中的一个关键组件。

主轴和一般传动轴的相同点是，两者都传递运动、扭矩并承受传动力，都要保证传动件和支承的正常工件条件，但主轴直接承受切削力，还要带动工件或刀具，实现表面成形运动，因此对主轴有较高的要求。

3.1主轴的基本要求 3.1.1旋转精度

主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动△r、端面跳动△a和轴向窜动值△o。如图3-1所示：图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。

图3-1 主轴的旋转误差

3.1.2刚度

主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，如图3-2所示，即K=F/y（单位为N/mm），刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承和支承座的刚度的综合反映，它直接影响主轴组件的旋转精度。显然，主轴组件的刚度越高，主轴受力后的变形就越小，如若刚度不足，在加工精度方面，主轴前端弹性变形直接影响着工件的精度；在传动质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。

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图3-2 主轴组件静刚度

3.1.3抗震性

主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。在切削过程中，主轴组件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷和交变载荷的作用，使主轴产生振动。如果主轴组件的抗振性差，工作时容易产生振动，从而影响工件的表面质量，降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声影响工作环境。随着机床向高精度、高效率方向发展，对抗振性要求越来越高。

3.1.4温升和热变形

主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。

主轴组件温升和热变形，使机床各部件间相对位置精度遭到破坏，影响工件加工精度，高精度机床尤为严重；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态变坏；热变形还使主轴和轴承，轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承正常工作，间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损，严重时甚至会发生轴承抱轴现象。

影响主轴组件温升、热变形的主要因素有：轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预 紧力的大小，润滑方式和散热条件等。

3.2主轴的初步确定

1.拟定轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括带轮，套筒，轴承和轴承盖。 2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。

3.装轴承端：这两段轴径由滚动轴承的内圆孔径决定，因d=40，选用角接触球轴承7208AC，其尺寸为d×D×B=40×80×18，轴段的长度由滚动轴承的B决定。

4.轴上零件的周向固定，轴承与轴的周向固定采用套筒和轴承端盖来定位，同时为了保证轴承与轴的配合有良好的对中性，滚动轴承与轴采用H6/k6，轴端倒角区1×45º。

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3.3主轴计算校核

3.3.1主轴材料和热处理

根据载荷特点和耐磨性的要求，该轴传递较小功率，无特殊要求故选用45优质碳素结构钢调制处理，在主轴端部，锥孔，空心轴颈部位进行局部高频淬硬50—55HRC，以提高耐磨性，其机械性能可查得B637MPa，S353MPa，1268MPa，

1155MPa，b159MPa，0.2，0.1。

3.3.2磨削力计算

由于砂轮速度很高，功率消耗很大，主运动消耗功率为Pm=Pnm，Pn为砂轮电机功率。m为机械传动总效率0.7—0.85。

PmPnm=3×0.8=2.4kw

6所以 T9.5510pm2.49.551062292N.mm n带10000另外，作用在砂轮上的径向力为：

FyKyVayfabyacyp

式中 Ky——磨削系数，查得可知为119.09 V——工件圆周进给速度 Vnd ap——砂轮径向切入深度 0.1mm fa——工件轴向进给量 10mm/r

ay，by，cy——磨削径向力指数，查资料可分别得0.417,0.714,0.751；

0.417所以 FyKyVayfabyacy100.7140.10.751696.72N p119.0984.8210006004584.82m/min

1000同上可知得，作用在砂轮上的法向力为：

FzKzVazfabzaczp

式中 az，bz，cz——法向磨削力指数，查资料可分别得0.417,0.731,0.698； Kz——磨削系数，查得可知为60.04

0.4170.7310.698所以 FzKzVazfabzacz60.0484.82100.1412.69N p3.3.3按弯扭合成强度条件校核

1. 轴的受力情况分析

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图3-3 主轴受力

垂直方向上：分析如图

图3-4 垂直方向受力

垂直面支撑反力

(LL2)FyFa1(179174)696.721413.46N L2174FbFaFy1413.46696.72716.74N

水平方向上：分析如图

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图3-5 水平方向受力

水平面支撑反力 Ft1(L1L2)Fz(174179)412.69837.24N L2174Ft2Ft1Fz837.24412.69424.55N

2.弯矩图，转矩图，计算弯矩图

水平面弯矩图

M1Ft2L2424.5517473871N.mm

图3-6 水平弯矩

垂直面弯矩图

M2FyL1696.73179124713N.mm

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图3-7 垂直弯矩

合成弯矩图

2McM12M27387121247132144949N.mm

图3-8 合成弯矩

转矩图

T2292N.mm

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图3-9 转矩

计算弯矩图

转矩按脉动循环变化处理，即0.6。

Mc1T22920.61375.2N.mm

Mc2Mc2(T)21449492(22920.6)2144955N.mm

图3-10 计算弯矩

3.校核轴的强度

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图3-11 轴的零件图

由图3-11知，I剖面的直径小而弯矩较大，II剖面所承受的弯矩最大而轴径却不是最大，即I和II剖面较危险，所以校核I和II剖面。

I剖面的计算应力为 caIMcaIW11447522.6MPa

0.1373II剖面的计算应力为 caIIMcaIIW14495522.6MPa

0.1403又知道b159MPa,cab1 所以安全

3.3.4精确校核轴的疲劳强度

由于轴段没有键槽，只存在过渡圆角和过盈配合引起的应力集中。因而只需要验算I剖面的疲劳强度。

I剖面由于过盈配合(H7/k6)引起的应力集中系数查表可得k1.97，k1.51。由于过渡圆角引起的应力集中系数查得

Ddr40373，r10.027，k1.76，k1.49

1d37故应该按过盈配合引起的应力集中系数来验算I剖面。

I剖面产生的扭应力，应力幅，平均应力为：

maxTW22920.226MPa

0.2373Tammax20.22620.113MPa 绝对尺寸影响系数由表查得0.88，0.81 表面质量系数由表查得1 I剖面的安全系数为：

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SS1k1551.510.1130.10.11310.81698

am取S1.5~1.8,则SS，所以I剖面安全 。

3.3.5主轴扭转刚度的校核

轴的扭转变形的一般公式如下：

Tlrad GI式中：——扭转角（rad） T——轴传递的扭矩（N.cm） l——轴产生扭矩变形部分长度（cm） I——轴的端面极惯性矩cm4

G——钢的剪切弹性模量，G8.1105N/cm2 对于空心轴：

(Dd)I

32所以可得： 12292620.0019(rad)

(3722)8.1107322292470.000366(rad) 378.1107322292620.000447(rad) 408.110732229230.0000222(rad) 398.11073222921280.000738(rad) 5078.11032 2 3 4 5 64 73

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82292120.0000108(rad) 328.110732 可得1280.001190.0003660.00001080.00324rad0.186

0.25~0.5 又查资料可得，许用扭转角由于，故主轴的扭转刚度合格。

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第四章 进给机构原理设计计算及校核

4.1进给机构——三滚轮摩擦机构

三滚轮摩擦机构是根据摩擦自锁的原理用来传递一个方向运动的传动机构，故又称之为三滚轮单向超越离合器。此机构在国内外自动内圆及轴承套圈磨床的微进给机构及砂轮磨损的补偿系统 中应用较广，并和其它进给机构（如凸轮—— 杠杆——斜楔——杠杆等机构）联合使用，进给的定程精度较高。

在普通内圆磨床中，由于对定程进给精度要求不高，所以可以用它作为主要的进给机构。M2110A 内圆磨床就采用这种三滚轮机构作为进给系统。它与原先的行星进给机构相比，具有结构简单、制造容易、调整方便、稳定准确、进给量可无级调整等优点。现将三滚轮进给机构的结构工作原理，自锁条件及使用调整等方面的问题简要介绍如下。

4.1.1结构和工作原理

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图4-1 进给机构结构图

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三滚轮进给机构主要由大滚轮(固定滚轮),中滚轮(摆动滚轮)，小滚轮(驱动滚轮）支承板等零件组成（见图进给机构结构图）。中滚轮和支承板由螺钉连接成一整体，可绕手轮轴转动一角度；小滚轮在弹簧和托销的作用下在支承板的导向槽内保持其固定的位置（尽力消除空程，使其两摩擦 滚轮间隙控制适中）。

进给机构固定在磨架前段，用于控制磨架做周期横向自动进给或手动进给。 自动进给时，工作台每往复一次，通过压力油推动柱塞，经顶杆3推动摆动架1转过一个角度。因悬浮的滚子7在弹簧和圆柱6的作用下，紧压在小摩擦轮5和大摩擦轮8之间。摆动架1顺时针摆动时，以滚子7和摩擦轮5、8之间的摩擦力，带动大摩擦轮8也顺时针转过一个角度，然后经大摩擦轮上的齿轮传动丝杠，带动磨架作横向进给。若柱塞的压力油腔接回油时，由弹簧9将摆动架1、小摩擦轮5、顶杆3和柱塞拉回，恢复原位不动。

调整螺母，调节顶杆上下行程，控制摩擦轮的摆动角度，亦即改变大摩擦轮的转动角度，改变横向进给量大小，便得到无极调整。按下手柄将油路断开，可实现手轮的微量横向进给。转动手轮便可以得到手动进给。止动顶杆在手轮逆时针转动时，顶住滚子7，防止摆动架1随手轮及大摩擦轮8一起逆时针转动。

4.1.2自锁条件

在进给过程中，小滚轮分别与大滚轮和中滚轮紧密接触，并且象楔子一样将它们楔紧，使三个滚轮 锁为一体；在中滚轮向上回摆复位时，自锁状态应解除 ，以防大轮反转。保证实现这种运动的条件 可以从滚轮的受力分析和平衡原理中推导出来。

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图4-2 三滚轮受力图

即小滚了为研究对象若不计其本身的重量及弹簧对他的作用力，则小轮受4个力的作用，即大滚轮对它的正压力N1和摩擦力F1，中滚轮对它的正压力N2和摩擦力F2（见上图）。根据力合成的平行四边形法则N1和F1，N2和F2可分别用它们的合力R1和R2来表示，小滚轮即为两力构件，它处于平衡的充分和必要条件是：R1和R2大小相等，方向相反，而且作用在一条直线上。于是由上图的几何关系可以看出：

2

 因此，三滚轮摩擦机构的自锁条件可写为

12 （1） ——接触角，即小滚轮与大滚轮以及中滚轮与小滚轮两接触点处的切线的交角；

1——小滚轮与大滚轮间的最大极限摩擦角； 2——小滚轮与中滚轮间的最大极限摩擦角。

在ABC中

ACB180 根据余弦定理

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a2b2c2 cos(180)

2abc2a2b2即 cos

2ab故保证自锁的条件又可以写作

c2a2b2cos(12) （2）

2ab其中 ad中d小2 bd大d小2

a——中滚轮和小滚轮中心距；

b——大滚轮和小滚轮中心距；

c——大滚轮和中滚轮中心距；

d大、d中、d小分别表示大、中、小滚轮的直径。当中滚轮上抬时，不许小滚轮在大

滚轮和中滚轮间产生自锁，而希望小滚轮能够松开，以防大滚轮反转，这时必须保证大、中滚轮对小滚轮的作用力N所产生的滑动摩擦力矩大于或等于滚动摩擦力矩：

Ntan tan即

K——滚动摩擦系数 d——小轮直径

从以上的分析和计算可得出这样的结论：

1.保证三滚轮进给机构正常工作的重要条件是合理地选择接触角，它的上限值和下限值可分别由上面导出的式子（1）、（3）计算出来。

2.三个滚轮直径大小及其中心距可根据传递力矩的大小及空间位置情况确定，但必须满足式（2）的要求。

如果考虑到进给机构中小滚轮的自重，托销弹簧的拉力及大滚轮到进给丝杆螺母间各传动链的摩擦阻力距等客观条件，则接触角不可取得太小，因为接触角太小时，在托销弹簧作用下，易引起大滚轮的反转。因此接触角的大小应根据具体情况选择。当弹簧拉力较大，传动链的摩擦阻力距较小，大滚轮易反转时，接触角应靠近上限选取，反之可减小，一般情况取7。

下面对本磨床三滚轮进给机构的实际尺寸对自锁条件进行验算： 已知d大105mm，d中15mm，d小12mm

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22d2NK 2K （3） d大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）

a=15.45mm，b=55mm，c=70mm

c2a2b270215.4525520.9628 则 cos2ab215.455515.67

因三个滚轮皆为淬硬钢，在无润滑的情况下滑动摩擦系数 tan1tan20.15 则 128.27 1216.54

由此可见12，故能满足自锁条件。

4.2进给机构齿轮校核

4.2.1使用条件分析

传递功率2.5kw，主动轮转速n1600r/min，齿轮比u2.4。

25则转矩T9.5510614921.88N.mm

1600载荷平稳，预计每天工作8小时，每年工作300天，使用寿命10年，属于中速、中载、可靠性好的齿轮传动。

4.2.2齿轮的材料，热处理方式

按使用条件可知，可选用软齿面齿轮，也可选用硬齿面齿轮。 具体选用为：

小齿轮材料选用40Cr钢，调质处理，查表得硬度为241~286HB，取250~280HB。 大齿轮材料选用ZG310-570，正火处理，硬度为156~217HB，取162~185HB。 选齿轮精度等级8级（GB10095-88）查图得，Hlim1690MPa；Hlim2440MPa。

4.2.3确定许用应力

计算应力循环次数N，确定寿命系数ZN1,ZN2

N160an1t60300(103008)4.32108

N14.321081.8108 N2u2.4查图可得 ZN11.05，ZN21.1 取ZW1.0,ZLVR0.92,SHmin1.0 则接触疲劳许用应力为 H1 H2Hlim1SHminZN1ZWZLVR6901.051.00.92666.5MPa 1.04401.11.00.92445.28MPa 1.024

Hlim2SHminZN2ZWZLVR

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4.2.4校核齿根弯曲疲劳强度

齿轮的主要几何参数：Z135,Z284，m1.5 分度圆直径 d1mZ11.53552.5 d2mZ21.584126

基圆直径 db1d1cos52.5cos2049.334 db2d2cos126cos20118.401

*m52.521.01.555.5 齿顶圆直径 da1d12ha*m12421.01.5129 da2d22ha端面重合度计算得 a1arccosdb149.334arccos27.265 da155.5db2118.401arccos23.388 da2129a2arccos1Z1tana1tanZ2(tana2tan)2135(tan27.265tan20)84(tan23.388tan20) 21.759 弯曲疲劳应力为

F2KT1YFaYSaY bd1mYFa——齿形系数 YSa——应力修正系数

Y——计算齿根弯曲强度的重合度系数，Y0.25查图得 YFa12.54，YFa22.29 YSa11.62，YSa21.69 又KKAKvKKa其中

KA1.0，Kv1.08，K1.09，Ka1.1

0.750.250.750.676 1.759则KKAKvKKa1.01.081.091.11.295

2.514921N.mm T9.551061600故

F12KT21.29514921YFa1YSa1Y2.541.620.67637.917MPabd1m3652.51.5

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YFa2YSa2Y37.9172.291.69F2Fa135.662MPa

Fa1YSa12.541.62弯曲疲劳许用应力

FFlimYSTSYNYX

FminFmin——试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限

SFmin——弯曲疲劳计算的最小安全系数

YST——应力修正系数

YN——弯曲疲劳强度计算的寿命系数

YX——尺寸系数

差表可得：Flim1290MPa，Flim2152MPa，YN11，取YST2，SFmin1.4 则 Flim1YSTF1SY2902N1YX1Fmin1.411414MPa Flim2YST1522F2SYN2YX211217Fmin1.4MPa 综上所述可得 F1F1，F2F2，齿轮安全。

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N21，YX1YX21Y 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）

第五章 磨床其他部件的设计

5.1头架的设计

头架由底座，体壳，主轴及传动装置组成。

头架体壳可绕着轴销在底座上回转0-90度之间的任意角度，并由螺钉紧固，回转角度的大小可以从刻度盘上读出，底座和体壳上分别装有挡销，当转动体壳是两挡销相互紧靠时，头架即回复到了0位，这样不仅操作方便，而且定位准确，头架通过底座用两个L型螺钉固定在工作台左侧。

头架主轴应具有高度的旋转精度，刚度和抗振性。在头架主轴的前后支撑中各有两个滚动轴承，它们采用背对背排列的方式。通过修磨隔圈可使轴承预。

轴承的预紧，就是讲滚动轴承并紧，使其在空载荷时就在滚动体与外圆滚道接触处产生微量的初始弹性变形。头架主轴轴承实现预紧的方法是：修磨内隔圈或外隔圈，使内圈的宽度大于外隔圈的宽度。然后在装配时，使轴承内外圈之间发生轴向相对运动，将滚动体与内外圈滚道压紧。滚动轴承经预紧后，不仅消除了轴承中原来存在的间隙，而且还在接触处产生了微量的弹性变形，提高了轴承的旋转精度和刚度，所以各种主轴的滚动轴承都经过预紧。但是预紧力不能过大，否则会使轴承的磨损和发热增大，寿命下降。

主轴的轴向定位由前支撑中的两个轴承实现。作用在主轴的轴向力，通过轴承外圈，套筒，调整圈和法兰传给头架体壳，通过法兰传给头架体壳。

传动工件旋转的带轮，都采用卸荷结构。带轮支承在法兰上的滚动轴承上，法兰则固定在头架体壳上，带轮支承在装于头架体壳凸台上的滚动轴承上，因此，传动带的拉力不会作用在主轴上，可避免主轴发生弯曲。

5.2磨架的设计

磨架由滑座、滑板、及磨具座等组成。滑座和床身固定在一起。磨具座和电机装在滑板上，由滑座上的滚动导轨作支承，通过进给机构经丝杠传动滑块，使磨具实现横向进给。丝杠与螺母之间的间隙靠弹簧消除，弹簧压力大小由带槽螺母调整。磨具装在磨具座的孔中，用电机经平胶带传动。

磨具座后面安装砂轮修整器保险块，保证在砂轮进入工件时，将未及时抬起的修整器抬起，避免碰撞磨具。

5.3砂轮修整器

砂轮修整器装在工作台上，被带动作往复运动。砂轮修整器的动作由液压控制，也可以手动。修整砂轮时，压力油推动活塞，经圆柱使金刚笔倒下，直至碰到定位螺钉。转动刻度头，可微量调节金刚笔的位置。修整后，砂轮磨削内孔时，使金刚笔和磨具座不相碰，用弹簧将金刚笔拉起。

5.4工作台的设计

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工作台相对于底座可作较小的回转调整，用以磨削锥形工件。调整时，用扳手转动刻度盘，通过丝杠螺母机构，使工作台绕定位心轴转动一个角度。工作台可以分别转过7度、6度、5度。液压缸固定在底座的下部。工作台做成倾斜10度的型面，能加快冷却液和铁屑流出，并有利于保持尾架移动的精度，工作台左端标牌用来指示液压缸放气阀旋转钮“开”与“关”的位置。

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谢 辞

非常感谢沈积军老师老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，他放弃了自己的休息时间。他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。

同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！

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参考文献

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