机电一体化毕业设计论文车床用砂带磨削装置设计.doc

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1、吉林电子信息职业技术学院电气工程系毕业论文车床用砂带磨削装置设计毕 业 生 姓 名： 指导教师、职称：学 号：专 业 名 称：机电一体化目 录摘 要1引 言31砂带磨头设计概述51.1设计目的51.2砂带磨削概述51.2.1目前砂带研究的概况和发展趋势51.2.2砂带磨削机理61.2.3砂带磨削特点61.2.4砂带磨削适用范围71.2.5砂带磨削方式82砂带磨削工艺参数及砂带选择112.1砂带磨削工艺参数选择112.2砂带选择122.2.1砂带种类选择122.2.1砂带尺寸和公差的确定153砂带磨头结构设计173.1 磨头结构方案设计173.1.1拟定砂带磨削方式173.1.2拟定砂带磨头的结

2、构183.2 动力参数计算193.3主动轮、从动轮结构设计223.4从动轮心轴结构设计243.5校核计算263.5.1从动轮心轴校核263.5.2轴承寿命校核293.6 张紧结构设计30结 论31致 谢32参考文献33摘 要砂带隶属涂附磨具，砂带磨削已作为一种新的加工技术，在国外目前得到广泛应用，发展非常迅速，与传统的车削、铣削、砂轮磨削产生了激烈竞争。经“静电植砂”的砂带砂粒等高性好、容屑间隙大、接触面小，具有较好的切削性能。另外砂带磨削可以用于平面磨削、内外圆磨削、复杂的异形面加工，已日益广泛地应用于各种材料的磨削和抛光中，特别适用于加工大型薄板、带材、长径比很大的薄壁孔和外圆。目前砂带磨

3、削技术正随着砂带制造质量的提高和品种的增加而不断地发展，除了有各种通用、专用设备外，设计一个砂带磨头能方便地装于车床等常规现成设备上，不仅能使这些机床功能大为扩展，而且能解决一些难加工零件，如超长超大型轴类、平面零件等。为解决直径范围为100mm250mm、长为800mm1000mm的铜管表面在车床上的磨削加工问题，本设计拟采用砂带磨削技术，以自由式磨削为基本结构，由一对张紧轮支撑砂带，电机带动主动轮旋转，从而实现主运动，并可固定在车床中拖板上，由其带动磨头纵向移动，从而实现轴向进给运动。该装置结构简单、易于制造，应用于车床上，则使得车削和磨削可同机加工，即减少了加工中的辅助时间，又节省了资源

4、 关键词： 车床用； 砂带； 磨头； 设计； 引 言砂带磨削几乎能用于加工所有的工程材料，作为在先进制造技术领域有着“万能磨削”和“冷态磨削”之称的新型工艺，砂带磨削已成为与砂轮磨削同等重要的不可或缺的加工方法。综观近几年砂带磨削在国内外各行业的应用状况，可以看出砂带磨削在制造业种发挥着越来越重要的作用，有着广泛的应用及广阔的发展前景。例如在机械加工行业中，一些要求较高的轴类零件，传统的加工工艺一般为粗车热处理精车粗磨精磨，零件表面的精加工主要依靠在外圆磨床上用砂轮磨削来实现。而对于细长零件和直径较大(超出磨床的加工范围)的零件，采用普通砂轮磨削就会受到加工范围的限制，且其精度要求并不是很高

5、无需备用磨床并重新装夹加工。因此采用另一类磨具，即涂附磨具中的砂带磨削。砂带是一种用粘结剂将磨料粘结在柔软的基体上的特殊磨具，其磨粒重叠、堆积较少，磨粒分布等高性好，在单位时间内，磨料接触工件的次数少，同时，磨粒接触工件的时间要比磨粒与空气接触时间短得多，且在空气中易散热，易于磨削热扩散，故砂带磨削温度低，对工件表面磨削烧伤低。而且砂带磨削方式较多，可选择空间较大。与常规的加工方法相比，砂带磨削是一种优质、高效、低消耗的新颖的加工方法。在国外，由于各种类型砂带磨床的迅速发展，砂带磨削的功能已远远超出了除锈、粗磨及抛光等，其加工效率为砂轮磨削的520倍，加工质量可与常规的磨削方法相媲美，加工精

6、度已接近或达到砂轮磨削的水平，其应用范围遍及各个行业，几乎所有材料（如木材、橡胶、各种金属等）都可以进行磨削加工。在国内，一些砂带生产厂家都相继引进了新工艺，保证了砂带表面磨粒的“定向排列”，使砂带的磨削性能得到显著提高。虽然目前我国各类砂带磨床的型号尚不完备，但研制和使用一些砂带磨削装置是切实可行的。 一般砂带磨削装置有几种不同的结构：一种是由电机输出轴直接传动砂带的装置，另一种是由电机经磨削主轴传动砂带的装置，还有一种是供内圆磨削使用的装置。本设计拟用第一种传动方案，研制砂带磨头装置以应用于通用车床。旨在解决铜管表面磨削在车床上加工受到局限的问题。通常，依靠在外圆磨床上用砂轮磨削来实现表面

7、磨削，但该零件较长且直径较大，且其精度要求并不是很高，仅为去除零件表面氧化层和缺陷，粗糙度达到Ra1.60.8即可，无需备用磨床并重新装夹加工。所以，采用砂带磨头可减少辅助工时，并解决设备不足等问题，本设计为一对张紧轮支撑砂带，其转速可达3800r/min；电机带动主动轮旋转以实现主运动，砂带线速度可达到20m/s；基本外形为三角式结构，并以自由磨削为基本磨削方式对零件进行加工，整体尺寸小拆卸方便，且结构简单易于制造。当零件直径较小时，可将磨头固定在C6140型车床的中拖板上，由其带动磨头做轴向进给运动，而当零件直径较大时，则可固定在C6163型车床上对零件进行加工。因此可使车削和磨削在一个机

8、床上实现，从而扩大机床的加工范围，提高其利用率，并节省了资源。1砂带磨头设计概述1.1设计目的本课题是针对大连大山结晶器制造有限公司生产的直径范围为100mm250mm、长为800mm1000mm的结晶器铜管坯料，其精度要求不是很高，主要为去除零件表面氧化层和缺陷，粗糙度达到Ra1.60.8m即可，因此本设计为用于车床的铜管外圆砂带磨削装置，主要与C6140型和C6163型车床配合，使车削和磨削在同一个机床上实现，从而扩大机床的加工范围，提高车床利用率，并减少辅助工时及避免资源浪费。1.2砂带磨削概述1.2.1目前砂带研究的概况和发展趋势自20世纪60年代以来，特别是静电植砂技术及涂附磨具技术

9、的出现和发展，砂带制造技术和砂带磨床制造技术发展得非常迅速，并引起了各行业、各研究单位和各企业的日益重视。在国外，砂带磨削发展得非常迅速。目前欧、美、日等国家在砂带制造技术和砂带磨床制造技术上都取得了巨大的进步。在砂带制造技术方面，随着许多特殊涂附磨料及涂附形式的出现，产生了如金刚石、立方氮化硼、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂带，使得砂带已经能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削领域，以及高精密零件的磨削加工领域。国内的砂带磨削技术是在20世纪70年代末开始得以真正发展，随着国内的改革开放，砂带磨削技术引起了各行业、各研究单位和各企业的日益重视，加之砂带制造技术的发展及砂带品种的增加

10、现代砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。砂带本身在不断的发展和完善中。在砂带结构方面，近年出现了堆积磨料砂带、金字塔型砂带、空心球型砂带、复层砂带、高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带等1。1.2.2砂带磨削机理砂带是一种用粘结剂将磨料粘结在 柔软的基体上的特殊磨具（取代砂轮）。砂带所用磨料大都为精选的针状磨粒，力度均匀，长宽比一般大于1.5，磨粒棱角比较明显，即磨粒微刃具有正前脚与较小的负前角，故微刃锋利，切除率高。经静电植砂后，磨料以定向排列，呈单层均匀地分布在集体表面。磨粒重叠、堆积较少，磨粒分布等高性好。通过改变植砂条件可以控制磨料植砂密度，以调整磨粒之间空隙，利

11、于排屑和容屑。砂带的周长与宽度一般比固结砂轮大得多，在单位时间内，磨料接触工件的次数减少，同时，磨粒接触工件的时间要比磨粒与空气接触时间短得多，且在空气中易于散热。用砂带进行磨削时，每颗磨粒相当于一把锋利的多刃刀具，各刃与工件接触角度、接触深度不同。因此，磨粒对工件既有切削作用，又有刻划与滑擦作用。前颗磨粒在工件表面上所留下的切削沟痕边缘及因刻划而产生的塑性变形，又被后一颗磨粒切削、刻划、滑擦，实现砂带对工件连续的磨削加工2。1.2.3砂带磨削特点（1）有“快削法”之称。砂带磨削效率高，已达到铣削的10倍、普通砂轮磨削的5倍。（2）有“冷态”磨削之称。由于摩擦生热少，磨粒散热时间间隔长，可以有

12、效地减少工件变形、烧伤，故加工精度一般可达到普通砂轮磨床的加工精度。（3）有“弹性”磨削之称。由于砂带磨削与工件时柔性接触，具有较好的跑合和抛光作用，工件的表面粗糙度可达Ra0.80.2m。（4）设备结构简单，制造成本低，接触轮极少磨损，可使砂带保持恒速。传动链端，机床功率利用率可达到85%。（5）适应性强。可在普通机床（车床、立式车床、龙门刨床等）上，利用砂带磨头对外圆、内圆、平面进行磨削加工。（6）辅助时间少。工件一次定位后，可多次更换砂带完成全部加工，无需像砂轮那样进行平衡及修整工作。（7）操作简单，安全可靠3。1.2.4砂带磨削适用范围（1）外圆（锥） 中、大尺寸的周（锥）类、管件、圆

13、柱形大型容器的外表面，以及半径为R3mm的线材等。（2）内圆 一般通孔、深孔、大型圆柱形容器的内表面以及直径1mm左右的小孔。b)闭式（3）平面 各类大型金属板材、卷板材、带材，难磨的不锈钢、钛合金板材，大量生产的平面加工件，如印制电路板、硅钢片、各类材料的薄片工件、箱体平面以及电气、轻工产品的平面工件等。（4）曲面 各类汽轮机、涡轮机、导航器的叶片，犁铧以及聚光灯反射曲面等，也可加工大型球形容器的内表面。（5）各类非金属材料。木材、塑料、石料、混凝土、橡胶以及各种高硬度的非金属材料，如单晶硅体、宝石等。（6）其他 打磨逐渐浇冒口残蒂、结渣、飞边，大件及桥梁的焊缝以及大型容器壳体、箱体的大面积

14、除锈、除残漆等。1.2.5砂带磨削方式砂带磨削工件表面的生成所需磨削运动及砂带与工件之间位置，决定了磨削方式。砂带磨削方式分为开式砂带磨削与闭式砂带磨削两大类，如图1所示。a)开式图1砂带磨削式开式砂带磨削是用成卷的砂带由电机经减速机构带动卷带轮作极缓慢的转动，带动砂带作缓慢的移动，砂带由接触轮压向工件，工件作高速回转，实现对工件表面的磨削加工。由于砂带缓慢的移动，磨粒不断投入磨削，磨削效果一致性好。所以多用于精密和超精密加工。闭式砂带磨削是采用环形砂带（有接头及无接头），通过接触轮与张紧轮撑紧，由电机传动接触轮（或驱动轮）带动砂带作高速回转，同时工件作同向（或逆向）回转，又作纵向及横向进给（

15、或砂带头架作纵向及横向进给），实现对工件的磨削加工。砂带磨损后再更换上新砂带。闭式砂带磨削由于砂带高速回转易发热且噪声大，所以磨削质量不及开式砂带磨削方式，但效率高，适宜粗加工、半精加工及精加工。按砂带与工件接触形式分类，有接触轮式、支撑板式、自由接触式与自由浮动接触式等4种。按常规磨削方式分类，砂带磨削的种类繁多，砂带磨削方式、示意简图及其特点见表1。表1 部分砂带磨削方式及其特点 磨削方式类型示意简图特点无心砂带外圆磨削砂轮导轮式磨削精度一般，但磨削量较大橡胶导轮式磨削精度一般，但磨削量较大砂带充当导轮式磨削精度较低，但磨削量很大磨削方式类型示意简图特点定心砂带外圆磨削接触轮式磨削量一般较

16、大，但精度一般支撑板式精度较高，但磨削量较小自由式表面粗糙度值低，磨削量比接触带式小续表2砂带磨削工艺参数及砂带选择2.1砂带磨削工艺参数选择磨削用量影响金属磨除率。纵磨时，当功率Pm为定值，纵向进给fa增加，磨除率Zw略有下降。采用较低的砂带速度s，适当提高工件速度w，选用较小的进给量fa，可获得较高的金属磨除率Zw4。（1）砂带速度 一般大功率砂带粗磨削选s=1220m/s;中功率磨削s=2025 m/s；轻负荷精磨选s=2530 m/s。按工件材料选取时，有色金属s=2230 m/s。（2）接触压力 接触轮压力Fn选择，Fn直接影响磨削效率与砂带寿命，应根据工件材质、性能、加工余量及加工

17、要求选定，一般Fn为50300N。（3）工件速度 工件w速度提高，可降低表面烧伤，但Ra值增加；w过高易产生振动，一般粗磨w=2030mm/min。（4）砂带磨削进给量fa与磨削吃刀量ap 粗磨是应选择较大的进给量fa和较大的吃刀深度ap；对含多种合金元素的材料，要求精度高，表面粗糙度低的普通材料的工件，fa与ap均应选小一些。由于接触轮外缘多采用弹性材料，故实际吃刀量仅给定吃刀量的1/21/3。（5）砂带磨削余量 工件材料硬度越高，磨前工件表面粗糙度值越低，其余量应越小。 本设计初选各数据汇总如表2。表2 工件磨削用量及砂带速度初选值工件材料磨前表面状况直径余量mm工件直径D/mm工件转速n

18、w/rmin-1吃刀量ap/mm进给量fa/mmr-1砂带速度m/s铜有氧化层及缺陷0.20.3100200200400684545230.050.100.173.00202.2砂带选择 砂带是砂带磨头的重要组成部分之一，对其的选择直接影响到加工工件的精度、磨削效率及砂带的使用寿命。2.2.1砂带种类选择根据各种要素及其特性因素的不同，砂带可分为很多品种，主要有以下几方面：（1）砂带种类1）静电植砂砂带和重力植砂砂带静电植砂砂带是利用高压静电吸附原理，使磨料极化上吸，并按其自身长轴方向嵌入基材表面的胶层中，从而形成排列整齐、分布均匀的磨料层。静电植砂的砂带磨粒尖刃向外，切削锋利，故磨削效率比一

19、般重力植砂砂带高25%以上。加工表面粗糙度均匀而且较好。静电植砂的植砂密度也易于控制。重力植砂砂带使利用磨料的自重，从一定的高度自由落下而嵌在基材表面的胶层中，以形成磨料层，用这种方法植砂，磨料方向不定，多为“倒伏”状态。这种砂带磨料切刃的锋利性较差，因而磨削效率和加工表面质量均不如静电植砂的砂带。控制植砂密度也更困难。但是在磨料粒度粗，磨料的韧性相对于某种工件材质不够理想的情况下，用重力大密度植砂所制成的砂带在进行大余量粗磨削加工时，它的综合磨削性能及使用寿命反而比静电植砂的砂带要好。2）无接头砂带、接头砂带和开式砂带无接头砂带是以特制的圆筒布作基材，在一种专用的设备上经过原布拉伸、压光和浸

20、渍处理后，经涂胶、植砂、干燥等制作而成，但他有一系列的不足，以逐渐趋于被淘汰的地位。接头砂带是目前国内外都广泛应用的砂带，它时由按照砂带的特殊要求而制作好的成卷原坯经剪裁、磨边、接头粘合及分条等转换过程最终形成的产品。接头砂带周长不受限制，制作使用都很方便，特别是今年来接头的方法，接头胶及接头工艺设备的发展已使接头质量达到了相当高的水平，成为了砂带的主流产品。开式砂带是砂带中的另一大类，它是按砂带原坯直接经分条后形成的成卷产品，其长度和宽度都可按需要选择。开式砂带制作简单，使用也很方便，使用周期很长，且磨削表面质量的一致性很好。3）密植型砂带和疏植型砂带密植型砂带其特点是磨料彼此紧接，基材整个

21、表面被覆盖，磨料之间无明显空隙。主要用于难度较大的磨削加工，包括重载磨削和强力磨削。疏植型砂带其特点是磨粒间按预先给定的距离排布，因而单颗磨粒之间有较明显的空隙，根据使用要求，磨粒一般应覆盖基材表面的50-70%。疏植型砂带柔曲性能好，磨粒之间具有的空间使得在磨削某些材料时，可减少磨屑的阻塞。（）基材种类基材是砂带磨料和粘结剂的承载体，砂带的许多特性亦由此体现，如砂带的柔曲性、接头形式、尺寸规格等都是针对基材而言。砂带所使用的基材主要有四大类：纸、布、纸布复合基材以及无纺布。1）纸基材纸用作基材历史比较久远，也是制作砂带各种基材中比较便宜的一种，而且制作过程也较简单。纸基表面平整且致密性好，极

22、易于制作细粒度的砂带。2）布基材布是砂带基材中应用最广泛也是最重要的基材。它柔软性好、强度高。按照不同的使用对象可以制成不同纤维、不同厚度、组织和密度的品种。纤维的种类可以是棉、麻、合成纤维等但以棉布应用最多，它表面平整，挠曲性好，与各种粘结剂的粘结性好。磨料总的可以分为人造磨料和天然磨料两大类。其部分分类和代号及用途见表3。表3 部分人造磨料的种类、代号及用途类别品种代号用途刚玉类棕刚玉A(GZ)适合加工抗张强度高的金属，如各种碳素钢、合金钢、可锻铸铁、有色金属等。工件硬度：HRC55；抗拉强度：70kg/mm2白刚玉WA(GB)适用于加工高碳钢、不锈钢及各种硬度较高的合金钢及有色金属等锆刚

23、玉ZA(GA)适用于加工不锈钢、高钼钢、钛合金及黄铜、青铜、灰铸铁等碳化物类黑碳化硅C(TH)适于加工抗张强度低韧性大的金属及非金属材料，如黄铜、玻璃及塑料、橡胶、纤维板等绿碳化硅GC(TL)适于加工硬而脆的材料，如硬质合金工件、玻璃、玛瑙、单晶硅及高级陶瓷等，也可用于加工高级照面漆（3）砂带磨粒划分与使用选择磨料粒度的尺寸大小对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大的影响。一般说来，粗磨用粗粒度，精磨用细粒度。砂带磨粒的选择在保证所需粗糙度下，应尽可能选粗一些，粒度越粗，砂带使用寿命越长，反之，则越短。砂带等涂附磨具的粒度号前面用外文P表示，部分粒度号见表4。涂附磨料粒度标准磨料粒度国标干磨纱布粒

24、度代号耐水砂纸粒度代号适用范围JB363084GB247783P3636粗磨内外圆及平面、曲面Ra6.33.2P4040346P5054半精磨，精磨内外圆、平面、曲面Ra3.20.8P60602P 707080P 8080100，120表4 部分砂带粒度代号对照表针对铜管的粗磨加工，根据表3、4，选择砂带磨料为ZA、粒度号为P60。 2.2.1砂带尺寸和公差的确定根据现场调研及国家标准GB/T 15305.3-1994，取砂带宽b=50mm,极限偏差为1mm；砂带所需周长如图2所示。图2 砂带周长示意图周长为： （2-1）式中：l1-两从动轮2、3的中心距，mm；l2-主动轮1与从动轮2的中心

25、距，mm；l3-主动轮1与从动轮3的中心距，mm； r1、r2、r3-主动轮1与从动轮2、3的半径，mm； -主动轮1包角；-从动轮2包角；-从动轮3包角。 由公式（2-1）可求得砂带周长： 根据GB/T 15305.3-1994，选择砂带周长L=1250mm，极限偏差为5mm。3砂带磨头结构设计3.1 磨头结构方案设计3.1.1拟定砂带磨削方式 砂带磨削工艺是将环形砂带套在接触轮和张紧轮的外圆上，在张紧的状态下，使高速旋转的砂带面与工件的加工表面相接触，并在一定的压力作用下，以产生的相对摩擦运动(切削运动)对工件表面进行磨削加工的一种工艺方法。砂带磨削又可分为轮压式和带压式2种方法，如图3所

26、示。图3 砂带磨削方式采用轮压式磨削法(即接触轮施压于工件表面上)时，磨削方式由于接触压力大，单位时间内金属表的去除量大、效率高，因而适用于内、外圆表面和平面的粗、精磨削。对于带压式磨削法(即用砂带施压于工件磨削表面)，接触压力较小，单位时间内去除的金属量亦小，主要用于磨削圆弧面、圆锥面和其他异形表面5。根据本课题所需要求，砂带磨削的主要目的是去除工件表面氧化皮及其缺陷，因此采用b方案。3.1.2拟定砂带磨头的结构磨头主要有电动机、接触轮、主动轮、张紧轮、张紧机构、调偏机构以及固定支座等构成，根据需要还可增设导轮、辅轮、支撑轮等。也可由两个或多个磨头组成专用机构或生产线。砂带磨头传动的特点类似

27、于带传动，主要依靠张紧砂带并由主动轮传递动力。为保证磨头正常工作，参与传动各轮的轴线必须保持平行，并在轮的外缘面上具有一定高度的凸缘。对于宽幅砂带的传动，为使其不跑偏和磨损均匀，必须具有一种促使砂带沿接触辊轴线产生往复运动的震荡装置6。磨头结构如图4所示。 图a所示的磨头结构主动轮充当接触轮进行加工，用弹簧装置张紧砂带。 图b所示的磨头结构用于自由式磨削，用螺母机构张紧砂带。a磨头结构一 b磨头结构二 图4 磨头结构 根据所选定的砂带磨头基本磨削方式，选择图b所示的基本机构。3.2 动力参数计算（1）通过计算磨削力求得磨削功率磨削力是研究砂带磨削过程的一个极为重要的参数，他和砂带的磨损，磨削表

28、面质量及比磨削能等都有直接关系。切入式砂带磨削的切向力Ft0和法向力Fn0可由下式计算7，即 （3-1） （3-2）式中：Us-比磨削能，kg/mm2，见表5； Vw-工件速度，m/min； Vs-砂带速度，m/s；ap-实际（有效）磨削深度，mm； B-砂带宽度，mm。表5 各种材料的Us值工件材料Us值（kg/mm2）低碳钢1100铸铝460石材500碳素工具钢1500玻璃600 事实上，在整个磨削过程中，磨削力及其他参数并不是一直不变的，而是随砂带的磨损情况而变化，因此考虑到砂带磨损因素，上式应改为 （3-3）式中：t-磨削时间，s； Zs-磨粒钝化速率，1/s。不同砂带的磨料和磨削参数

29、Zs值有很大的差别，其取值范围在210-2510-5(1/s)之间。由物理学力与功率的关系可知 （3-4）式中：Ne-功率，kW；Ft- 切向磨削力，N；Vs-砂带磨削速度，m/s。主电机功率 （3-5）式中：-总效率，。根据以上理论，现计算本次设计所需磨削力：由于表3中并未列出铜的Us值，因此根据铜的硬度介于铸铝和低碳钢之间，拟选择铜的Us值为800 kg/mm2，则由公式（3-1）得切向力： 由公式（3-3）得实际切向力：由公式（3-4）得驱动功率：由公式（3-5）得电机功率： 由于该数据与类似磨头的实际功率差距太大，所以该方法不可行。（2）拟定磨削力计算电机功率恒力磨削是利用恒力Fn直

30、接施加到工件上进行磨削。阻力Ft取决于Fn的大小。根据实验结果，在使用砂带的绝大部分时间内，Ft始终保持在（0.40.6）Fn之间。如以Ft=0.5Fn为定值，则磨削功率 （3-6）式中：Fn-施加到工件上的力，kN； s-砂带速度，m/s； Pm-磨削功率，kW。根据实践推荐值拟定砂带磨削力Fn为50N300N，由公式（3-6）得： 则Pm为0.5kW3kW。该方法所得数据较符合实际，但其适用于磨削力恒定的情况下，由于本设计在实际操作中并不能保证磨削力恒定不变，因此该方法也欠妥。鉴于以上两种方法均不可行，且本设计的实际磨削力及切削量均需在实际操作中依据具体情况调整，因此，根据类比法采用已实际

31、应用于工作中的电机型号，即Y90L-2。该电机的具体参数见表6。表6 Y90L-2电机主要参数电机型号额定功率额定电压额定电流满载转速Y90L-22.2Kw380V4.7A2840r/min3.3主动轮、从动轮结构设计主动轮作为本砂带磨头装置的主要结构之一，其各部分结构尺寸均需慎重考虑，具体设计过程如下：（1）计算轮径及宽度已知，电机转速：2840r/min，砂带速度：20m/s，则可求得直径为：根据类比法，以现场同类磨头为依据，拟定轮宽B=50mm（砂带宽）（2）确定轮外部结构为增大与砂带之间的摩擦力，则在轮外缘敷上硫化橡胶，其厚度如图5所示，并在轮缘上沿回转方向开平行的环形沟槽，以避免运行

32、中砂带憋气。为防止砂带跑偏，轮缘设有一定凸高，根据资料得出=2.5，见图5。（3）拟定内部材料尺寸轮体采用铝合金。为防止橡胶外缘打滑、脱落，在轮毂上一般都制作一定数量的沟槽，其数量与轮宽B有关，即B60mm,沟槽数为2；B=60120mm，沟槽数为3；B=120200mm，沟槽数为4或5。因此，轮毂沟槽数拟定为2。其具体尺寸：齿宽=槽宽=10mm，槽深h=5mm，见图5。轮缘厚 ；轮幅厚 ；轮毂内孔d因与电机轴配合，采用基轴制，其基本尺寸为24mm；外经d=50mm。见图5。图5 主动轮结构图主动轮结构如图5所示。张紧轮的计算方法与主动轮基本相同，具体结构及尺寸见图6。图6 从动轮结构及尺寸3

33、4从动轮心轴结构设计（1）拟定心轴上零件的装配方案 拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。因此根据装配方向和相互关系拟定轴上零件的如下顺序：套筒、左端轴承、套筒、右端轴承、定位套筒、固定支架、弹簧垫片、螺母。见图7。图7 轴上零件装配图 （2）初步确定心轴的最小直径通常按轴的扭转强度条件初步估算轴径，公式为8 (3-7)式中：T-扭转切应力，MPa；T-轴所受的扭矩，Nmm； WT-轴的抗扭截面系数，mm3；n-轴的转速，r/min；P-轴传递的功率，kW；d-计算截面处轴的直径，mm； T -许用扭转切应力，MPa，见表7。表7 轴常用几种材料的T及A0值轴

34、的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMnT/ MPa1525203525453555A014912613511212610311297由（3-6）式可得轴的直径 （3-8）式中：,由表7可查。求轴上的功率P、转速nP轴=P电机=2.2kW选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表7，取A0=130，于是得由图6可知，轴的最小直径是左右两端安装定位轴套、垫圈和螺母处的直径。因螺母和垫圈选用标准件，而轴径最小处要与螺母配合，则需加工螺纹，故右端取dmin=12mm，l螺纹=25mm，l1=54mm，左端取dmin=12mm，l3=7mm。 （3）初步选择滚动轴承因从动轮为悬臂支

35、承，轴承主要受径向力，且轴承转速较高，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据l1=12mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6203，其尺寸为：dDB=17mm40mm12mm，故d2=17mm且需考虑从动轮的宽度限制，故l2=33mm。 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。心轴的结构与尺寸见图8。图8 轴结构及尺寸图3.5校核计算3.5.1从动轮心轴校核 （1）从动轮受力分析从动轮在加工零件过程中，主要受到砂带所施加的切向力Ft和法向力Fn，如图9所示。图9 从动轮受力分析示意图根据公式（3-4）、（3-5）可求得切向力：根据公式（3-1）、（3-2）可求得法向力

36、所以砂带所受合力为：（2）心轴弯矩计算根据图7画出从动轮心轴受力简图，如图10所示，图10 心轴受力简图轴的弯扭合成强度条件为： （3-9）式中：ca-轴的计算应力，MPa； M-轴所受的弯矩，Nmm；T-轴所受的扭矩，Nmm；W-轴的抗弯截面系数，mm3；-1 -对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。根据公式（3-9），有因为心轴不转动，扭矩可略，所以可求轴的计算应力：所以，该心轴可用。（3）心轴的刚度校核从动轮上的轴在砂带的张紧力作用下将产生弯曲变形，若变形量超过允许的限度就会影响正常工作，因此对轴进行刚度校核。轴在工作中主要起到支承作用，则将其视为悬臂梁，直接根据材料力学中的公式计算其挠度

37、 （3-10）式中：li-阶梯轴第i段的长度，mm；di-阶梯轴第i段的直径，mm；L-阶梯轴的计算长度，mm；z-阶梯轴计算长度内的轴段数。由公式（3-8）可求 dmindv,所以从动轮的轴可行。3.5.2轴承寿命校核根据公式（3-3）可求轴承所受径向力： 轴承所受当量动载荷：（3-11）式中：fp-载荷系数； X-径向动载荷系数； Y-轴向动载荷系数； Fr-径向力； Fa-轴向力。由公式（3-9），及资料所查得数据可求轴承所受当量动载荷：轴承寿命： （3-12）式中：C-基本额定动载荷，kN； P-当量动载荷，kN； n-转速，r/min； -对于球轴承，=3；对于滚子轴承，=10/3

38、由公式（3-10）求得轴承寿命所以，该轴承可行。3.6 张紧结构设计为使磨头正常传递动力，使砂带正常切削，砂带必须张紧。另外，在工作中由于砂带也会产生塑性伸长，其预紧力会下降，所以必须使砂带重新张紧。张紧方式有内部张紧与外部张紧两类，一般多采用内部张紧。（1）张紧机构 可分为周期性张紧和自动张紧两类。周期性张紧多采用螺纹和蜗轮副等。自动张紧一般采用弹簧、配重及气动、液压张紧装置等。部分张紧装置如图10所示。 a)弹簧张紧结构之一 b)弹簧张紧结构之二 c)螺栓张紧结构图10 部分张紧结构（2）张紧力 选择张紧力应控制在砂带抗拉强度的范围之内。如果采用自由式磨削，其张紧力还应适当降低。根据实践

39、经验，张紧力在6080N/10mm砂带宽时，逆磨，金属切除量最大；4050N/10mm砂带宽时，金属切除量降低；在40N/10mm砂带宽时，砂带工作出现不稳定，甚至出现砂带脱落及断裂。实际工作中多以手感判断。本设计属于自由式磨削，张紧力所属范围较低，因此选用现场实际所用的螺栓张紧结构，如图11所示。图11 螺栓张紧结构结 论（1）砂带磨削属弹性磨削，与砂轮磨削相比，其磨削温度低，工件不易变形，从而解决了工件刚度不足的问题，并且可通过改变植砂条件调整磨粒之间空隙，利于容屑和排屑，使得磨削过程中不会发生堵塞，避免了磨削烧伤，具有较好的表面质量。（2）该砂带磨头装置结构简单、制造容易、成本低、砂带更

40、换方便。磨头可做为车床附件，既可与车床配合又独立与车床床身，因此既不影响原车床切削功能，同时扩大了车床的使用范围，可以实现在同一台车床上完成车削和磨削加工，易于保证加工精度，节省了大量的工件搬运、装夹和调整的辅助时间，提高了生产率，拓宽了车床用途，为车床改造提供了一条新途径。 （3）我国在砂带磨削的应用方面还处在起步阶段，因此应大力推广和应用砂带磨削技术，以提高我们在磨削加工方面的生产效率，降低生产成本，增强产品的市场竞争力。可以预料，砂带磨削技术在机械制造业中必将得到应有的重视和进一步的发展。致 谢三年前，我们满怀期待的走进学校，三年后的今天我们满是不舍与依恋却注定要走。 毕业设计代表着大学

41、的终结，完成它既有一种收获感，又有一种失落感，不过无论如何它代表着我三年的努力，代表了我三年的历程。当它终于完工的时候，我不禁想起了很多人，很多事，尤其是辛勤培养我的老师们，谢谢你们！ 感谢宋云艳老师在我整个毕业设计过程中所给与的指导与帮助。是您的悉心教导让我学会了更多专业知识和实践技能，并给我很多启发，使我得以顺利地完成毕业设计；您的谆谆教诲让我学到的不仅是书本上的知识，还有着做人的原则与风骨，这些都令我终生受益无穷。 htt感谢我的班主任王海霞老师。您当初把还是稚嫩孩童的我们迎进校门，传授我们专业知识，关心我们的学习和生活，在此感谢您为我们所付出的心力。再次感谢传授我知识的每一位老师，马上

42、就要走出校门，走上工作岗位，我将带着你们所传授的技能去打拼，去奋斗，多谢你们。 参考文献1 黄云，黄智.砂带磨削的发展及关键技术J.中国机械工程第18卷18期2007,9:TH16.2 李伯民, 赵波等. 实用磨削技术M. 北京: 机械工业出版社, 1996.4：2113 谢国如. 基于车床的砂带磨削及应用J.机械工程与自动化,第5期2004104 李伯民, 赵波. 现代磨削技术M. 北京: 机械工业出版社, 2003.6：272-2735 邓玉平.砂带磨削在机械加工中的应用J.水力电力机械第29卷第11期2007,11:TG580. 6 王先逵.机械加工工艺手册磨削加工M. 北京: 机械工业出版社, 2008.6：175-1807 黄云,朱派龙.砂带磨削原理以其应用M. 重庆: 重庆大学出版社, 1993.11.68-718 濮良贵,纪名刚等.砂带磨削原理以其应用M. 第8版.