旋轉(zhuǎn)超聲磨削裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-20 20:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 以上四圖為四種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)方案一、三、四的整體結(jié)構(gòu)相似，均采用的是電機加聯(lián)軸器，而結(jié)構(gòu)方案二采用的是電機和皮帶輪?？偟膩碚f，結(jié)構(gòu)方案一、三、四的整體尺寸相對結(jié)構(gòu)方案二而言要小的多，這對減輕裝置的重量大有意義。結(jié)構(gòu)方案一中內(nèi)部兩個軸承之間用軸承襯套固定內(nèi)外圈，但是當(dāng)壓電陶瓷開始振動時，軸承襯套由于是用鋼料制成的，是剛性的，因此兩個軸承會隨著壓電陶瓷的振動而振動。不難想象軸承在約20000Hz的高頻下，以大加速度振動，結(jié)果是一會兒時間軸承就燒壞掉了。還有振動經(jīng)軸承端蓋將振動傳到整個裝置，產(chǎn)生很大的噪聲進而對環(huán)境造成污染。因此本裝置就必須要解決振動對軸承的影響問題。結(jié)構(gòu)方案一、三與結(jié)構(gòu)方案四相比，前兩者的裝配較方便，但是，電機與軸的同軸度很難保證，在高速旋轉(zhuǎn)下同軸度如果沒發(fā)保證的話，軸承會很快磨損，裝置的工作狀態(tài)就會呈現(xiàn)出惡性循環(huán)，軸就會擺動。如此一來裝置的加工精度就沒法保證了，本裝置的精密加工就失去了意義。再者如果同軸度不好，軸的速度也不會達到較高速度。這也沒法實現(xiàn)高速磨削的目的。結(jié)構(gòu)方案四中聯(lián)軸器處于電機座的內(nèi)部，軸座和電機座之間的同軸度靠兩者之間的定位銷來保證，這樣就可以避免上述問題的出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)方案二為電機加皮帶輪，整體上顯得系統(tǒng)所占空間較大。軸受到較大的彎矩作用，因此在設(shè)計中要注意軸徑是否有足夠的彎矩強度，同時還要注意是否有足夠的剛性。如果剛性不足的話，那么軸就會被拉彎，軸的另一端就會出現(xiàn)擺角，裝置的加工精度也就沒法保證了。結(jié)構(gòu)方案四中的電機座是整個裝置的支撐，電機僅僅是靠其端部四個螺釘來固定的，因此看來電機座后面的大部分對電機不起支撐作用，多余的材料就增加了系統(tǒng)的重量。而且裝置整體看來顯得前小后大，前面薄弱剛性不足，后面材料過多，笨重有余。從審美的觀點來看也顯得不夠美觀。結(jié)構(gòu)方案一、二、三的共同缺點是，三者的軸座內(nèi)徑一樣大小，沒有出現(xiàn)階梯變化。首先這樣的結(jié)構(gòu)看上去比較簡單，但是在實際情況中是不實用的，軸孔的加工長度較長，其精度難以保證。再者軸可能會出現(xiàn)軸向的竄動，這對加工工件當(dāng)然是有害的。作為電源供給裝置，集電環(huán)的作用是很重要的。如圖所示：圖中：1—結(jié)構(gòu)方案一中的集電環(huán)；2—為結(jié)構(gòu)方案二、三、四中的集電環(huán)；結(jié)構(gòu)一中集電環(huán)是在軸上先圖有絕緣層，然后再在上面鍍上金屬層，這種方案制造工藝復(fù)雜，而且其可靠性難以得到保證，同時也增加了制造成本。而二、三、四方案中采用通常電機使用的集電環(huán)，可以在廠家定做，其質(zhì)量能夠得到保證，相對于前者當(dāng)然較為可靠。故二、三、四結(jié)構(gòu)中的集電環(huán)較好。 結(jié)構(gòu)一中壓電陶瓷處于兩軸承之間，在這樣的結(jié)構(gòu)中超聲振動經(jīng)過軸承的阻礙使其很難傳到工具桿上，而二、三結(jié)構(gòu)中壓電陶瓷處于外部，沒有軸承的阻礙，因此超聲振動很容易傳到工具桿上，而不至在還未傳出時超聲振動能量就消耗了很多。 結(jié)構(gòu)一、三是電機加聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)動傳到工具桿上，而結(jié)構(gòu)二是電機加帶輪將轉(zhuǎn)動傳到工具桿上。由于結(jié)構(gòu)二采用帶輪結(jié)構(gòu)，因此軸將承受的不僅僅有轉(zhuǎn)矩作用而且還有彎矩作用，故二中軸承分布為一邊兩個，其作用是可以減小單個軸承所承受的徑向力，從而達到延長軸承壽命的作用。外圈軸向緊固的常用方法有：用嵌入外溝槽內(nèi)的孔用彈性擋圈，用于軸向力不大且需減小軸承裝置尺寸時；用軸向彈性擋圈嵌入軸承外圈的的止動槽內(nèi)緊固，用于帶有止動槽的深溝球軸承，當(dāng)外殼不便設(shè)凸肩且外殼為剖分式結(jié)構(gòu)式時；用軸承蓋緊固，用于高轉(zhuǎn)速及很大向心力時的各類向心、推力和向心推力軸承；用螺紋環(huán)緊固，用于軸承轉(zhuǎn)速高、軸向載荷大，而不適于使用軸承端蓋緊固的情況。結(jié)構(gòu)一、二中軸承外端蓋是一樣的類型，結(jié)構(gòu)三、四為螺紋環(huán)的形式兩種結(jié)構(gòu)方案中的軸承端的作用是一樣的，即固定軸承的作用，除此之外還有密封、防塵等作用。結(jié)構(gòu)三、四中的軸承外端蓋適于高速旋轉(zhuǎn)的軸承。 結(jié)構(gòu)一、三與結(jié)構(gòu)二相比其所占空間較后者要小一些，當(dāng)然起重量也較后者輕一些。 最后結(jié)構(gòu)的確定總的來說上的幾種結(jié)構(gòu)方案各有各的優(yōu)缺點，最終結(jié)構(gòu)方案是綜合上面幾種結(jié)構(gòu)方案中的可取之處 ，同時彌補其不足之點而成的。如下圖為最終所確定的結(jié)構(gòu)方案。 1 2 3 4 5 6 7 8圖中：1—電機；2—聯(lián)軸器；3—碳刷；4—軸承座；5—主軸；6—軸承；7—變幅桿； 8—工具棒；裝置采用的是電機加聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。軸殼和電機座殼的材料均為鑄鐵，鑄鐵的優(yōu)點是其鑄造性能很好，而且鑄鐵還具有消震性能，通常機床的床身、底座均用鑄鐵鑄造。銑床連接座采用鑄鋼，因為其機械強度高，而鑄鐵材料的抗拉強度很低，因此不采用鑄鐵材料。滾動軸承與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。深溝球軸承主要承受徑向載荷，有時承受小的軸向載荷。當(dāng)摩擦系數(shù)最小，在高轉(zhuǎn)速時也可用來承受純軸向載荷。但是其承載能力是少量的軸向載荷。角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，也可以單獨承受軸向載荷，且能在較高速下正常工作，其承受軸向載荷的能力與接觸角α有關(guān)，接觸角大的承受軸向載荷的能力也高。在本設(shè)計中選取的是接觸角α為40˙。由于振動裝置在軸向方向上的超聲振動很大，會引起機床磨削裝置的振動，而影響整個加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加工精度和系統(tǒng)的使用性能，使用壽命等。因此，設(shè)計時加有隔振元件。裝置的振動最好不傳到軸的外部，因此在最終結(jié)構(gòu)中靠近變幅桿一邊軸承的左右兩側(cè)，內(nèi)外圈都加有防震墊圈。這樣防震墊圈就對系統(tǒng)的振動起到阻隔作用。裝置銑床聯(lián)接座與銑床聯(lián)接，開始采用的是六角頭螺栓，后來發(fā)現(xiàn)，由于聯(lián)接座的結(jié)構(gòu)所限制，扳手?jǐn)Q的角度很小，因此最后采用了內(nèi)六角圓柱頭螺釘。這樣一來，擰螺釘時可在360186。范圍內(nèi)擰動，故工作效率大為提高。電環(huán)螺母在隨軸作高速旋轉(zhuǎn)的過程中很容易變松，其后果是集電環(huán)軸向移動，從而電刷無法與其接觸，壓電陶瓷也就得不到電，振動沒法繼續(xù)，更有甚者集電環(huán)在移動過程中破碎，危及軸承。因此集電環(huán)螺母是不可松動的，在其上加有緊定螺釘是防止其松動的有效方法。由于本裝置的軸徑太小選不到標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器，所以只得按非標(biāo)準(zhǔn)件一樣來加工。聯(lián)軸器上的柱銷孔的加工的位置精度要求也十分嚴(yán)格。聯(lián)軸器左右兩半也必須配鉆、配鉸，才能達到裝配要求。集 最終結(jié)構(gòu)方案相對于前面的幾種初步結(jié)構(gòu)方案來說，結(jié)構(gòu)上有所改進，但或許還有其他地方有待改進。 裝置中的各部件的設(shè)計及校核 電機的計算與選擇磨削過程中，由于磨粒的作用以及砂輪表面上有效的狀況異常復(fù)雜，因而要想建立一個十分切合實際的陶瓷磨削力數(shù)學(xué)模型非常困難。在此選用陶瓷磨削力的經(jīng)驗公式。磨削速度單位m/s，工件速度單位m/min，被吃刀量 單位mm。在本裝置設(shè)計中，轉(zhuǎn)速n約為8000 rpm,工具桿端部砂輪直徑為d12mm。則磨削速度 m/s在此算一下集電環(huán)處的線速度：集電環(huán)的直徑為DΦ50mm； = m/s工件速度選用約30m/s。在此算出三種典型的陶瓷材料磨削力的大小。對于陶瓷徑向力 切向力將磨削速度、工件速度、被吃刀量三值代入得：徑向力 對于陶瓷徑向力切向力將磨削速度、工件速度、被吃刀量三值代入得：對于陶瓷徑向力切向力將磨削速度、工件速度、被吃刀量三值代入得：下圖是磨削力程序所的的結(jié)果，圖中FnFt1是作為工件材料時的磨削力；FnFt2是作為工件材料時的磨削力 ；FnFt3是作為工件材料時的磨削力，磨削力的單位是N。要算最大扭矩，因此取用陶瓷的磨削力來算裝置所受的扭矩。扭矩 ： 由此可以看出本裝置的磨削力極其產(chǎn)生的扭矩都很小。 每分鐘金屬磨除量Z可用下式計算： 查表得：工件速度 砂輪軸向進給： mm（為砂輪的寬度,取其寬度為10 mm） mm外圓功率消耗取吃刀量= mm 則 kw聯(lián)軸器和軸承的機械效率、。則總的機械效率為可得電機需提供的功率為：選用55ZWN
畢業(yè)設(shè)計相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1