发布时间 : 星期三 文章机械设计制造及其自动化专业毕业论文（设计） - 高速平面研磨机机械结构设计更新完毕开始阅读
三江学院 2013 届本科生毕业设计(论文)
第2章 平面高速研磨机机械系统设计
平面高速研磨机是集机、电为一体的系统，其功能的实现，离不开机械系统。本系统的机械系统主要有气动部分、磨具、机械传动部分、主轴组件和床身等组成。
2. 1 机械系统的功能及性能要求 2.1.1 机械系统的功能
1) 实现主轴的调速范围连续可调
主轴转速的调节，是由变频器控制三相异步电机，通过皮带轮带动主轴转动来实现的。
2) 实现磨具的均匀磨损
通过改变研磨参数，控制工件相对磨具的运动轨迹密度分布，调整研磨参数，使得工件相对磨具的运动轨迹密度分布及磨具磨损强度分布于磨具磨料密度相适应，使得磨具达到均匀磨损，也就是说磨具磨损后仍能保持原有的面形精度。
3) 实现工件的均匀研磨
在固着磨料高速研磨时，通过适当的选择加工工艺参数，就可以实现工件的均匀研磨，从而保证工件的面形精度。
4) 实现对工件的加紧
工件在研磨时，主要受磨具作用其上的切削力和为提高研磨加工效率压在其上的正压力。这个正压力是由气缸带动压头通过压盖施加于工件之上的，工件在研磨过程中只能绕自身回转中心转动。
2.1.2 机械系统性能要求
1) 高精度 机械系统的精度直接影响着平面高速研磨机的精度，这就要求专用高速研磨磨具，制造具有较高的精度，主轴的位置精度高，安装位置精度要高，同时要求整个机械系统结构变形小，传动机构的传动环节少，误差要小。
2) 良好的稳定性 要求机械系统的工作性能不受外部条件的影响，具有较强的抗干扰能力，这就要求高速研磨机的床身，主轴等不受环境的影响而变形，尽量减少系统的振动，把冷却装置放在系统的外边，避免其振动对高速研磨机的影响。
2.2 机械系统的结构设计 2.2.1 主轴的设计
主轴的材料选45钢，调质处理,使主轴表面具有较高的硬度，心部具有较大的韧性，把主轴做成空心轴，一用来为冷却液提供通道。二以保证轴的
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刚度及扭转稳定性。
输出轴上的功率P1，转速n1,转矩T1，皮带传动效率取η=0.96
P1=Pη=3×0.96KW=2.88KW (2.1)
2.88 T 1= 950000 × = 137000 N ? (2.2) mm200
2T32×137000==1250N d 220 (2.3)
初步确定轴的最小直径：
F=
Pd min = A 0 3 4 (2.4)
n(1β)
A0=
0.2[τT] 查表知取A0=120
P为输出功率为2.88KW
n为主轴的转速，取主轴的最小转速50r/min
β=d1即空心轴的内径与外径之比，取β=0.3 dPn(1β4)=12032.88=52mm 450(10.3)dmin=A03取轴的最小直径为Φ60
按弯扭合成校合轴的强度进行校合时，通常只校合轴上承受最大弯矩和扭矩（即危险截面）的强度
M2+(αT)2σca=≤[σ1] (2.5)
Wσca ：轴的计算应力，单位为Mpa M ：轴所受的弯矩，单位为N·㎜ T ：轴所受的扭矩，单位为N·㎜ W ：轴的抗玩截面系数，单位为mm3
[σ1] ：对称循环变应力时轴的许用弯曲应力 α ：折合系数，取α≈0.6
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轴的弯矩图如图2.1所示。
图2.1 轴的弯矩图
轴的扭矩如图2.2所示 。
图2.2 轴的扭矩图
σca?2M2?(αT)287500?(0.6?137000)2??44.8MPa 34W0.1?30(10.3)由机械设计（表15—1）查得[σ1]=70Mpa，因此 σca < [σ1]，故安全。
2.2.2 传动系统设计
机械的传动系统是传递转矩和转矩，目的是使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配。传动机构采用皮带轮减速，通过变频器来控制主轴转速。
（1） 电动机的选择
三相异步电机，结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳定性和动态特性，因此我们选择三相异步电机。
电机所需输出的功率为：P=3kW
容量相同的同类型电机，有不同的转速，低转速电动机的极数多，外廓 尺寸及质量都较大，价格高，但可使传动转动比较小，从而降低传动装置的成本；高速电机则相反。因此在确定电机时进行了综合考虑。
'nd=ianw r/min (2.6)
'式中： nd ：为电动机可选转速范围，单位为r/min
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ia ：传动装置的合理范围 nw ：为工作机转速，单位为r/min
'nd=ianw=2×720=1440r/min
设计中常选用同步转速为1000或1500r/min的电动机，所以选择1500r/min.
根据选定的电机类型及所需要的容量和转速，查出电机的型号和主要技术数据如表2.1。
表2.1 2Y100L2—4电动机的主要参数
额定类型 功率(kW) 3.0 转速 (r/min) Y100L2—4 1430 满载时 电流 (A) 6.82 效率 (%) 82.5 功率因数 0.81 堵转堵转电流 电流 7.0 转矩 转矩 2.2 额定额定最大转矩 额定转矩 2.2 0.0067 转动惯量 kg·m2 平面高速研磨机达到的加工精度高，所以要求主轴转动平稳、无冲击、刚度好、轴向及径向跳动小；同时为扩大机床的加工范围，主轴系统还因具有变速功能。因此采用交流电机边变频器来控制机床的主轴转速。动系统链为：
电动机——皮带轮——机床主轴
这样在主轴传动环节上就减轻了由于传动链零件机械加工精度低对主轴平稳运转的影响。变频器具有调速范围广，可以无级调速、转速平稳、效率高等优点，而且还可以在运转中调速。因为固着磨料在研磨加工过程中存在着比较严重的冲击，所以机床主轴在启动时作无冲击的缓加速运动，在停止时做缓减速运动，主轴的这一运动方式可以通过调整变频器的有关参数来实现。
（2） 带传动设计
带传动是由固联于主轴上的带轮1（主带轮）、固联于从动轴上的带轮3（从带轮）和紧套在两带轮上传动带2组成（如图2.3）。当原动机驱动主带轮转动时，由于带和带轮间摩擦，便拖动从带轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低以及缓冲吸振等特点。
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