球面阀芯磨削装置的结构设计与分析含3张CAD图
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球面阀芯磨削装置的结构设计与分析任务书一、毕业设计的要求和内容(包括原始数据、技术要求、工作要求)在传统工厂生产中,高压高耐磨半球阀阀门的生产制造过程中,对阀门密封起关键作用的的阀芯,在最后的研磨工序上,仍是辅助于简单的机械传动装置,利用人工研磨的方式进行研磨加工。利用人工研磨的方式进行研磨进行加工,其研磨的质量和生产效率低,严重影响了整个产品的生产质量,且不利于提高产品的质量,最重要的是劳动强度大且产生粉尘影响工厂卫生威胁工人的健康。本课题主要通过设计球面阀芯磨削装置阀芯两轴运动及其结构和传动系统,综合运用机械设计等相关知识,培养发现问题、解决问题的能力,这涉及到市场调研、查询资料、创新设计等多方面的知识。此设计将用磨削球面阀芯代替粗研,提高加工质量与效率,提高制造技术水平。本课题包括球面阀芯磨削装置阀芯两轴运动及其结构和传动系统设计、球面阀芯磨削装置阀芯两轴运动及其结构和传动系统的方案确定,绘制球面阀芯磨削装置的装配图,绘制零件图若干张。设计内容如下:1、工厂调研及国内外相关资料搜集准备,开题报告一份;2、编写球面阀芯磨削装置的结构设计与分析的设计说明书一份,字数要求:中文摘要300字左右,外文摘要250个实词左右,总数不少于8000字;3、球面阀芯磨削装置阀芯两轴运动及其结构和传动系统一套,系统机构设计合理,满足零件加工要求。2、 毕业设计图纸内容及张数1、绘制球面阀芯磨削装置的装配图1张;2、绘制重要零件图若干张。 3、至少完成2张零号图纸的图纸量,原则上不得全部为计算机绘图或手工绘图。三、毕业设计实物内容及要求球面阀芯磨削装置阀芯两轴运动及其结构和传动系统以正弦齿轮齿条机构实现在磨削过程中工件相对于磨具的往复摆动;以摆线针轮减速器来实现工件相对磨具的低速转动;考虑工件的快速装卸、偏心球阀的直径调节以及对心调整,采用专用的阀芯夹具和专用的标准棒。本次设计所涉及的研磨加工设备的主轴转速以及框架的摆动速度都具有一定范围的可调整性,以适应生产试验的需要。本设计中阀芯工件有一较低的转速,以不断连续变动阀芯位置,使整个球面的磨削磨损等均匀一致。考虑到砂轮的磨损问题,为有效利用砂轮,砂轮以垂直于其轴线的方向在水平面内往复移动,使砂轮磨损、热量传递均匀。四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1参观、实习、调研、搜集资料2020年1月10日2月01日2总体方案论证及确定和论文开题报告2020年2月02日2月16日3机械结构设计及分析2020年2月17日3月29日4修改图纸、编写设计说明书2020年4月01日4月29日5答辩准备2020年4月30日5月15日6毕业答辩2020年5月16日5月17日五、主要参考资料1 王昆.何小柏.机械设计、机械设计基础课程设计M北京: 高等教育出版社,19962 上海纺织工学院.哈尔滨工业大学.天津大学.机床设计图册 M上海: 上海科学技术出版社,19793 李秀智. 工件磨削速算M北京:机械工业出版社,20074尹佑盛. 机械控制学 M重庆:重庆出版社,19975张展.减速器设计选用手册 M上海:上海科学技术出版社,1996执行任务书时间2020年01月10日完成毕业设计时间 球面阀芯磨削装置的结构设计与分析开题报告1、 选题的依据及意义:(1) 选题的依据:本人选的课题是球面阀芯磨削装置的结构设计与分析,这个课题工作量很大,具有一定的挑战性,而且和我们专业密切相关。在我国,球面阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业,在国民经济中占有举足轻重的地位,它具有旋转90度的动作,旋塞体为球体,有圆形通孔或通道通过其轴线。球面阀是依靠阀座与球芯的紧密接触来密封的,其接触面为一环形球面,球芯旋转90的过程中阀座始终与球面紧密接触,如果球芯的圆度精度不高,球芯在旋转过程中就造成球芯表面和阀座的接触面损伤,导致球阀关闭不严密造成泄露,所以说球芯是球阀中的关键零件,其球芯圆度加工精度直接影响着球阀的质量。球芯的球面在机械加工完成后其圆度还不能达到使用要求,还需要研磨球面进一步提高其精度。球芯的研磨一般使用球芯研磨机,其原理是球芯流道孔安装一定位芯轴,电机带动芯轴和球芯做旋转运动,球芯正上方有一偏心旋转轴,偏心旋转轴与研磨盘采用浮动式球面关节接触连接,旋转轴转动带动研磨盘在球面上摆动从而实现球芯的研磨。现有的研磨方法中研磨盘自身不旋转只是在偏心轴的作用下沿着球面做摆动,研磨效率低,尤其是表面喷涂碳化钨的球芯,其表面硬度在HRC45-50之间.如果研磨直径300mm表面喷涂碳化钨的球芯一般需要3-5天时间才能达到装配要求。球面阀芯磨削装置的优化设计一直是学界探讨研究的重要话题之一。(2) 选题的意义:毕业设计是我们大学四年所学知识的一次综合性考核和运用,我们必须认真对待。球面阀芯磨削装置的结构设计对我们来说相对比较难,但只要我努力去学、认真去做,我相信我能顺利完成毕业设计。同时,个人能力也能在这次的设计过程中得到一定的提升。我国有众多的阀门生产企业,在品种众多的阀门产品中,中、高压球阀及半球阀占有较大的比例。比较典型的球阀是BQ型双偏心半球阀,为解决“气-固”或“液-固”两相混流介质输送中的技术难题而研制开发的新型阀门,这种金属密封不同于软密封,无论是碰到塑料还是钢丝之类的一般介质都能剪断从而达到密封效果,实现零泄漏,它填补了国内阀门品种的一项空白,已获得五项国家专利,专利号为ZL97241180.1。该阀适用于石油、化工、燃气、冶金、电力、钢铁和造纸等行业输送带有沉淀、结垢和结晶析出的介质。该阀密封性好,耐颗粒磨损,耐高温,耐腐蚀,操作灵活,启闭迅速,防火防爆,防静电,使用寿命长。驱动方式为手动、电动或气动,实现了近远距离的控制。在机械加工行业中,球形阀芯广泛应用于汽车、化工、航天航空等领域。所以经常会遇到球形表面的加工。但是加工中时常会出现一些难题。一般的加工方法通常会遇到尺寸精度和表面粗糙度难以达到要求、生产效率低、难以控制成本等问题。所以球面阀芯磨削装置的结构优化提升值得我们去研究探讨。二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述):从目前国内生产企业了解到,此类产品的研磨加工,已经产生了相应的数控磨削和研磨加工设备,不过还不是很成熟,特别是球面磨削这部分,跟国外还有相当大的距离。我国有众多的阀门生产企业,在品种众多的阀门产品中,中、高压球阀及半球阀占有较大的比例。目前球阀磨削的原理主要分为两种:(1)展成法磨削 (2)范成法磨削。其中展成法磨削,利用砂轮和工件的中心线斜交并回转的方法来磨削球面,并可以在普通磨床、车床、钻床上进行磨削用展成法磨削时只需要普通设备(如普通磨床、车床和钻床等)和普通磨具(如杯形砂轮),成本较小,但磨削精度不易保证。有些球阀磨床采用新的球体创成(范成法)之设计理念,机床专用性强,主要适用于批量生产的球阀厂及加工球面零件的生产车间,球阀磨削范围小于300mm,最大砂轮线速度为45m/s,电机转速可达200010000m/s,但是电主轴成本较高,不适合大批大量生产。为了避免以上问题,所以要设计一种车床用球面切削的装置,力求能实现如下几点要求:1.能够保证精度及表面质量要求。2.结构简单,拆装迅速。3.使用方便,通用性强,适用于多规格,单件、批量生产,稳定性高能提 高生产效率。4.装置生产成本低且易于制造。3、 本课题研究内容1设计要求要明确,收集设计材料,广泛调查研究,正确拟定方案;2确定球面阀芯磨削装置设计的结构方案,设计计算根据、来源可靠;3. 设计中各个关键零件的选择需要具体分析和理论计算;4根据附图中设计要求,对球面阀芯磨削装置加工要求难点进行合理分析。四、本课题研究方案1. 通过对装配草图与零件的全面分析,着重掌握球面阀芯磨削装置的结构特点。制定合理的设计步骤。2. 进行磨削装置的方案论证和分析。3. 最后绘制球面阀芯磨削装置的装配图A0号图一张和手工绘制主轴零件图若干张。4. 完成球面阀芯磨削装置的设计工作后,整理设计步骤,完成毕业论文。五、研究目标、主要特色及工作进度:(一)研究目标:1.球面阀芯磨削装置结构设计的设计要点。2.球面阀芯磨削装置的主要参数分析和调整。(二)主要特色:通过本次设计,总结运用相关专业知识,提高动手能力和创新思维。(三)工作进度:序号各阶段工作内容起讫日期备注1参观、实习、调研、搜集资料2020年1月10日2月01日2总体方案论证及确定和论文开题报告2020年2月02日2月16日3机械结构设计及分析2020年2月17日3月29日4修改图纸、编写设计说明书2020年4月01日4月29日5答辩准备2020年4月30日5月15日6毕业答辩2020年5月16日5月17日六、参考文献:1 濮良贵.纪名刚. 机械设计(第八版) M北京: 高等教育出版社,20062 孙恒.陈作模.葛文杰. 机械原理(第七版) M北京:高等教育出版社,20063 冯辛安. 机械制造装备设计(第2版)M北京:机械工业出版社,20084 成大先.机械设计手册(单行本)M北京:化学工业出版社,20045现代实用机床设计手册编委会. 现代实用机床设计手册 M北京:机械工业出版社,20066 机械传动装置选用手册编委会.机械传动装置选用手册M. 北京:机械工业出版社,19997 沈阳高中压阀门厂. 阀门制造工艺 M北京:机械工业出版社,19968 薄宵. 磨工实用技术手册M南京:江苏科学技术出版社, 20009 王昆.何小柏.机械设计、机械设计基础课程设计M北京: 高等教育出版社,199610 上海纺织工学院.哈尔滨工业大学.天津大学.机床设计图册 M上海: 上海科学技术出版社,197911 李秀智. 工件磨削速算M北京:机械工业出版社,200712尹佑盛. 机械控制学 M重庆:重庆出版社,199713张展.减速器设计选用手册 M上海:上海科学技术出版社,19967、 指导老师意见:选题新颖,思路严谨,球面阀芯磨削装置在球阀机械加工行业作为一种简易有效的工装,有着广泛的应用,本选题符合工厂实际需求,具有一定的创新性和设计难度,在设计中可在机构方面进行创新,同意开题。 指导老师:XX20XX年2月27日 球面阀芯磨削装置的结构设计与分析摘 要分析了大口径(1500mm)球面阀芯整体式研具机械研磨机床设备大而且重、研具制造要求高且磨损后修复难度高、整体打磨浪费时间和精力等缺陷,不能满足球阀硬密封零泄漏而实现互换性,加工效率低;提出采用小片研具旋转研磨,并组成行星轮系研具片组,按一定轨迹和速度运动,来覆盖整个球面密封带从而达到对球面研磨的效果。根据其加工机理可得出:该装置能大大地提高加工效率和尺寸精度,降低表面粗糙度数值,节约人力和物力,在满足加工要求的前提下降低生产成本。关键词:双偏心半球阀 研磨 行星轮系 短幅内摆线AbstractThedefectsoflarge-diameter(1500mm)sphericalvalvecoreintegralgrindingmachinemechanicalgrindingmachineequipmentarelargeandheavy,themanufacturingrequirementsofthegrindingtoolarehigh,andthedifficultyofrepairafterwearishigh,andtheoverallgrindingwastestimeandeffort.Theinterchangeabilityisachieved,andtheprocessingefficiencyislow;itisproposedtouseasmallpieceofresearchtooltorotateandgrind,andformaplanetarygearsystemresearchtoolgroup,whichmovesaccordingtoacertaintrajectoryandspeedtocovertheentiresphericalsealingbandtoachievetheeffectofsphericalgrinding.Accordingtoitsprocessingmechanism,itcanbeconcludedthatthedevicecangreatlyimproveprocessingefficiencyanddimensionalaccuracy,reducethesurfaceroughnessvalue,savemanpowerandmaterialresources,andreduceproductioncostsunderthepremiseofmeetingprocessingrequirements.Key words:Double eccentricity half ball valve Grinding Planet wheel system Short amplitude cycloid 3目 录中文摘要I英文摘要II1、绪论11.1 选题的依据及意义11.2国内外研究现状及发展趋势21.3课题研究内容31.4课题研究方案31.5课题研究目标及主要特色32、方案分析42.1 球面阀芯磨削装置原理方案42.2 球面阀芯磨削装置两轴运动部分方案42.3 设计传动系统简图83、设计计算说明93.1 阀芯回转部分设计计算93.2 阀芯摆动部分设计计算18结 论28参考文献29III11、绪论1.1 选题的依据及意义1.1.1 选题的依据 本次课题是球面阀芯磨削装置的结构设计与分析,这个课题工作量很大,具有一定的挑战性,而且和我们专业密切相关。在现代工业中,球面阀有着及其广泛的应用。在化工生产、管道运输、药业制备、水电水力、市政建设、石油炼制等行业中随处可见。在国民经济建设中举足轻重且无可替代。球面阀能旋转90度,具有球体的旋塞体,其轴线有圆形通孔或通道。它的密封是通过阀座和球芯的紧密接触,形成一环形球面来实现的。球芯旋转90的过程中阀座始终与球面紧密接触,如果球芯的圆度精度不高,球芯在旋转过程中就造成球芯表面和阀座的接触面损伤,导致球阀关闭不严密造成泄露,球阀的质量受到球芯圆度加工精度的直接影响,由此可见球芯是球阀中最重要的零件。球芯的球面在机械加工完成后其圆度还不能达到使用要求,还需要研磨球面进一步提高其精度。球芯的研磨一般使用球芯研磨机,其原理是球芯流道孔安装一定位芯轴,电机带动芯轴和球芯做旋转运动,球芯正上方有一偏心旋转轴,偏心旋转轴与研磨盘采用浮动式球面关节接触连接,旋转轴转动带动研磨盘在球面上摆动从而实现球芯的研磨。现有的研磨方法中研磨盘自身不旋转只是在偏心轴的作用下沿着球面做摆动,研磨效率低,尤其是表面喷涂碳化钨的球芯,其表面硬度在HRC45-50之间.如果研磨直径300mm表面喷涂碳化钨的球芯一般需要3-5天时间才能达到装配要求。球面阀芯磨削装置的优化设计一直是学界探讨研究的重要话题之一。1.1.2 选题的意义 毕业设计是对一名大学生大学期间所学知识的总结和运用。球面阀芯磨削装置的结构设计队我们来说相对比较难,但只要我努力去学、认真去做,我相信我能顺利完成毕业设计。同时,我个人能力也能在这次的设计过程中得到一定的提升。在加工制造业中,球形阀芯在化学化工、汽车制造、航天航空等领域有着广泛的运用。所以经常会遇到球形表面的加工。但是加工中时常会出现一些难题。一般的加工方法通常会遇到尺寸精度和表面粗糙度难以达到要求、生产效率低、难以控制成本等问题。我国有众多的阀门生产企业,但从目前国内生产企业了解到,此类产品的研磨加工,已经产生了相应的数控磨削和研磨加工设备,不过还不是很成熟,特别是球面磨削这部分,跟国外还有相当大的距离。所以这个球面阀芯磨削装置的结构优化提升值得我们去研究探讨。1.2国内外研究现状及发展趋势从目前国内生产企业了解到,此类产品的研磨加工,已经产生了相应的数控磨削和研磨加工设备,不过还不是很成熟,特别是球面磨削这部分,跟国外还有相当大的距离。在阀门产品的众多品种中,中、高压球阀及半球阀占有较大的比例。目前球阀磨削的原理主要分为两种:1、展成法磨削:主要通过砂轮和工件的中心线斜交并回转的方法来实现对球面的磨削。展成法磨削的优点是成本较低,对设备和磨具要求不高,普通磨床、车床、钻床和杯形砂轮就可以,但磨削精度难以保证。 2、范成法磨削。有些球阀磨床采用新的球体创成(范成法)之设计理念,机床专用性强,主要适用于批量生产的球阀厂及加工球面零件的生产车间,球阀磨削范围小于300mm,最大砂轮线速度为45m/s,电机转速可达200010000m/s,但是电主轴成本较高,不适合大批大量生产。我国有众多的阀门生产企业,但从目前国内生产企业了解到,此类产品的研磨加工,已经产生了相应的数控磨削和研磨加工设备,不过还不是很成熟,特别是球面磨削这部分,跟国外还有相当大的距离。为了避免以上问题,所以要设计一种车床用球面切削的装置,力求能实现如下几点要求:1.能够保证精度及表面质量要求。2.结构简单,拆装迅速。3.使用方便,通用性强,适用于多规格,单件、批量生产,稳定性高能提 高生产效率。4.装置生产成本低且易于制造。3711.3课题研究内容1明确设计要求,收集相关材料,调查研究,正确拟定方案;2确定球面阀芯磨削装置设计的结构方案,设计计算根据、来源可靠;3. 设计中各个关键零件的选择需要具体分析和理论计算;4根据附图中设计要求,对球面阀芯磨削装置加工要求难点进行合理分析。1.4课题研究方案1. 通过对装配草图与零件的全面分析,着重掌握球面阀芯磨削装置的结构特点。制定合理的设计步骤。2. 进行磨削装置的方案论证和分析。3. 最后绘制球面阀芯磨削装置的装配图A0号图一张和手工绘制主轴零件图若干张。4. 完成球面阀芯磨削装置的设计工作后,整理设计步骤,完成毕业论文。1.5课题研究目标及主要特色1.5.1研究目标1.球面阀芯磨削装置结构设计的设计要点。2.球面阀芯磨削装置的参数分析和调整。1.5.2主要特色通过本次设计,总结运用相关专业知识,提高动手能力和创新思维。2、方案分析2.1 球面阀芯磨削装置原理方案图21磨削原理示意图本方案的主要思路:以磨具(采用端面磨削砂轮)的回转运动为主运动,以阀芯的往复摆动和磨具沿其轴线的往复运动为辅助运动,来对工件进行磨削。本方案的优缺点如下:本方案采用端面磨削,砂轮与阀芯接触磨削的包络线为球体的一部分(就是相当于用一个平面去切球体的那小半部分),砂轮轴线与球阀摆动架的轴线不必保持在同一个平面内,降低了轴线间的精度要求,比较容易实现。磨削接触点对砂轮的作用方向正好与砂轮轴线一致,对砂轮的轴线刚度要求降低了。此外解决了运动集中问题,减小了传动误差。2.2 球面阀芯磨削装置两轴运动部分方案以正弦齿轮齿条机构实现在磨削过程中工件相对于磨具的往复摆动;以摆线针轮减速器来实现工件相对磨具的低速转动;考虑工件的快速装卸、偏心球阀的直径调节以及对心调整,采用专用的阀芯夹具和专用的标准棒。本次设计所涉及的研磨加工设备的主轴转速以及框架的摆动速度都具有一定范围的可调整性,以适应生产试验的需要。本设计中阀芯工件有一较低的转速,以不断连续变动阀芯位置,使整个球面的磨削磨损等均匀一致。考虑到砂轮的磨损问题,为有效利用砂轮,砂轮以垂直于其轴线的方向在水平面内往复移动,使砂轮磨损、热量传递均匀。2.2.1阀芯摆动方案磨具的转速应与阀芯的摆动相匹配,保证一定的速比范围。阀芯的尺寸也有大有小,这些都要求磨具的转速能够在一定范围内可调,以满足不同情况下对转速n1的需要。本设计中磨具转速范围1050r/min,一般情况下电机输出的转速较高不能直接用于驱动,且要承受阀芯摆动部分和回转部分重量,因此应采用减速装置,且还能够增大转矩。图22 正弦齿轮齿条机构示意图由于本部分摆动如果采用电机实现正反转,将会增加电机的损耗,增加成本,所以需要采用转换装置。本方案可以实现整圆运动转化为摆动运动,速度变化符合正弦运动轨迹,且没有急回运动特性,来回两个行程再同一位置的速度变化较小,磨削均匀,符合磨削要求。蜗杆传动机构较其他机构有较大传动比,体积上因结构紧凑小而轻巧,性能上因冲击载荷小而平稳,噪声小。更重要的是其还有反向自锁功能。但也具有传动效率不高、滑动速度大等缺点。蜗轮蜗杆减速机适用于低速、负荷较大、对运动要求不高的场所。 带传动具有结构简单、传动平稳、成本低、容易维护、有良好的挠性和弹性等特点,而且它还可以实现在较远的轴间距和多轴间传递动力。但它的传动比不准确、带寿命和传动效率低、装置体积大、轴上载荷较大等缺陷限制了它的应用。带传动适用于中小功率、较大中心距、带速度V在5至25m/s之间且i7的情况。本方案结构简单紧凑,传动比范围大,速度低,扭矩大,而且制造成本较低,环境适应性好,还综合采用了蜗轮蜗杆弥补了齿轮齿条的不能自锁缺点和带传动的过载保护作用。此外,为保证球阀工件的旋转中心与摆动轴线垂直,增加了一环形导轨和行星轮系以提高加工精度。2.2.2 阀芯回转方案为了达到球面磨削的效果,阀芯工件需要做不停的旋转运动,但需要的速度不高。图23 阀芯回转方案由于阀芯旋转是建立在摆动盘往复摆动的基础上的,所以要求阀芯摆动部分应在保证精度要求的前提下质量尽量小。由于阀芯转动的速度不大,要求传动比大,而带传动中的带轮直径就相应的很大,且带轮离摆动轴线距离较远,会产生很大的离心力。挠性轴多用于高转速和低转矩,不宜采用 。本方案传动比大,传动效率较高,结构紧凑,体积质量小。而且适用于各种环境,维护方便,工作可靠。2.2.3 阀芯夹具设计方案图24 阀芯夹具示意图在做本次设计前,在网上了解了一些工厂球阀的工艺流程,工厂使用的是球车装置,夹具焊接在与主轴箱连接的圆盘上,工人每次加工还要凭借自己的经验和相关操作来修正装夹位置,装夹及其麻烦复杂且较易出项偏差。本次设计采用随行夹具,是在工厂的夹具基础上稍作改进,根据工厂的夹具加紧方案此处仍采用一面两销定位,在夹具孔两侧各添加一个挡块(外表面作为基准面之一),球面处用两螺母柱头压紧。夹具可拆卸,对于不同的阀芯采用相应的夹具。安装阀芯前可先使用相应的标准棒来调整夹具的位置,安装时采用仍用安装在地盘上的同一系列的标准棒(可伸缩式的)来调整阀芯的位置,然后插入定位销锁紧螺母压紧,拔掉标准棒即可,加工时无积累误差。循环加工时,直接用标准棒调节阀芯定位锁紧即可。比以往的手工调节方便快捷,简单省时,且精度较高。2.2.4 各轴轴承支撑方案阀芯回转部分的转轴支撑:本部分因为转速较低,且所需转矩不高,只需要承受阀芯重量即可但需要承受砂轮磨削过程中产生的轴向作用力,因此可采用承受轴向力为主的圆锥滚子轴承。阀芯摆动部分的转轴支撑:本部分包括蜗杆轴和蜗轮轴。蜗轮轴部分因为要承受阀芯摆动部分和回转部分的重量,即轴向力要求较高,径向要求相对较小,所以采用双向推力轴承和圆锥滚子轴承。蜗杆轴采用圆锥滚子轴承。齿轮齿条机构的齿条支撑:正弦机构凸轮销轴采用滚动轴承,齿条部分支撑可采用整体式滑动轴承。2.2.5 阀芯摆动的微调方案由于厂家生产的球阀阀芯的系列比较多,本次设计的阀芯直径型号以DN300DN500为主。由于不同阀芯安装过程中,阀芯相对于摆动底盘轴线难免会出现微量的位移。为了保证形成球面磨削效果和达到相应的精度要求,安装过程中需要调节阀芯工件旋转部分的位置。图25丝杠螺母副调节简便、效率和精度高,但成本也较高。由于阀芯摆动部分属于运动部分且是微量调节,以及考虑到经济问题,不易采用丝杠螺母副。所以本次设计采用螺栓配合底盘上螺栓槽,来实现球阀的阀芯与摆动底盘的轴线相一致。本方案制造简单,成本较低。2.2.6 轴线对齐方案对于安装过程中摆动架的轴线和阀芯轴线的对齐问题可以由一个标准棒(与阀芯专用夹具、摆动架上的中心孔相匹配)来解决。为了保证形成球面磨削效果和达到相应的精度要求,以及便于测量球阀磨削直径,需要调节底盘运动轴心通过球面球心,即主要是找正球心位置。本次设计采用可伸缩的标准棒,方法简单,成本较低,易保证精度,此外还可以方便测量阀芯磨削直径,以便调节进给量。图26 标准棒简图2.3 设计传动系统简图由上述总体及各部分方案分析说明,最后选定的设计方案如下图所示,从传动系统图中我们可以明确看到球阀磨削装置各部分的传动方案及各部分传动装置所用到传动部件。本设计方案的重点需要保证阀芯回转轴的径向跳动精度和轴向跳动精度,以及蜗轮轴的径向跳动。图27传动设计简图3、设计计算说明3.1 阀芯回转部分设计计算3.1.1工件质量的估算(以DN500型号阀芯为例)已知阀芯参数如下:L=500mm; SR1=307mm;SR2=247mm;R=195mm;=415mm,H=226.26mm方法 利用三维软件proe查询体积法:分析模型质量属性密度设为1.0计算当前分析,如下图:图31可查得体积V=1.640107mm3。方法(2)几何解析法:工件尺寸如图12所示。由于无法直接计算出工件的质量,需将工件体积分成、三个部分如图3-2,分别计算出V1、V2、V3三部分阀芯的质量。 图32 图33(1)体积的计算把V1近似为上底为圆弧的梯形块,如图33所示:RtABD中 ,BG=241,OD=211.26,BD=115.96;RtAOE中,OE=57.5,;RtABDRtAOE,,把AD=AO+OD,带入,经计算得AO=120,则 AD=120+211.26=331.26同理,根据几何关系,可求得: EF=84, PQ=124.27, OG=39.27, EOF=94.93计算曲顶梯形EPQF时,用扇形EOF的面积减去三角形EOF的面积再加上梯形EPQF的面积,即:=0.53.14294.93/ 180 -1/284/239.27+(84+124.27) (57.5 + 39.27 )/2=11991.44。在计算面积时还要减去孔的面积=3.142=3318.31,则计算这部分体积时算得的截面面积为S= S1-S2 =237054.08-13273.23 = 8673.13。则体积=S(L1+L1)= 8673.13(55+55) = 954044.3(2)体积的计算本部分体积可近似认为用N个平面去截阀芯V2部分,截面图形如图3-5图3-4 图3-5截面每10mm截取一个平面,经计算上面各截面面积分别为:=6002; =6777 ; =7432 ; =9513 ;=13385 ;=18559 ;=24875 ;=30511 ;=34642;=39998 ;=34564 ;=40355 根据上面计算出的面积可作出一条曲线,如图3-6所示:图3-6上图中的曲线可用三段二次曲线段代替,根据积分的意义,对上述曲线积分即为所求的体积:V2 =7243611(3) 体积的计算图3-7= +=3.14215 +=8202345(4)阀芯质量m的计算阀芯质量为m=7.8kg/m316.4m3=127.92kg (铸钢的密度7.8kg/m3) 3.1.2 主驱动部分负载的计算研磨中研具和工件之间有摩擦力存在,估算出摩擦力可求出负载转矩,由此来选择电动机。根据估算出的工件质量可以得出工件的重力: G = mg =127.92kg9.8N/kg = 1253.616N (1)计算负载阀芯转速:n= 20 60r/min本磨削装置可以参照磨削加工时的磨削功率(机械制造技术基础课程设计),磨削功率 (kW)取工件与砂轮间的摩擦因数=0.4;工件速度=30;磨削宽度B=0.5mm;切除单位体积的切屑所需压力;粗磨时径向进给量(精磨时区0.014mm);磨粒的锥顶角半角;砂轮速度45m/s。法向切削力=100000.50.022045tan=120.92N切向切削力=100000.50.022045+0.4120.93=92.81N磨削加工时阀芯辅助回转运动的功率为 (k W)=92.80.5m/s=46.4 W 3.1.3 主驱动电机的选择(1) 电机功率的确定本部分采用了摆线针轮减速器和弹性联轴器,支承件为圆锥滚子轴承,从电机到研具主轴的总效率为:=0.850.980.990.990.816(摆线针轮减速器传动效率)=0.85;(同步带的传动效率)=0.98;(圆柱滚子轴承传动效率)=0.94;则所需功率Pw=46.4/0.80 W =58W根据设计要求取安全系数s=2,则=2Pw=258 W=116W 按照所需功率等于或小于电机额定功率原则选择电动机额定功率:180W(2) 电机转速及型号的确定Ped=180 W;n=1400r/min;要求研具转速范围2060r/min,需要电动机可达到的速度范围100 r/min4000 r/min。电动机的额定功率相同时,转速越高,重量越轻,尺寸越小,价格也越低,但效率也越低。从小功率考虑,机座代号为63的YS系列三相异步电动机更适用,它的额定转速为1400r/min,结构简单,体积小、质量轻,维护方便。3.1.4 传动比的分配及减速器的选择由电机参数可选用华星直联型WB系列单级摆线针轮减速器即卧式单级微型铝合金摆线减速器,传动比范围5121,这里选用=1.87,机型号为8095。同步带传动比取=1。3.1.5 各轴运动和动力参数确定从电动机到阀芯回转轴,0轴为电机轴,轴为减速器输入轴,轴为阀芯回转轴,分别计算如下:(1)各轴转速:(r/min)=1400 r/min ; =1400/87 r/min =16.09 r/min (2)各轴输入功率:(W) = Ped =180 W=Ped =1800.66W=118.8 W= =118.80.850.99W=99.97 W(3)各轴输入转距:(Nm)=95500.181400 Nm =1.23 Nm=95500.11881400 Nm=0.81Nm=95500.0999716.09 Nm=59.34Nm3.1.6 同步带的设计计算及校核(1)设计功率 =118.8W1.1=130.68 W;其中为工况系数,取1.1。(2)带型 根据和,选择模数制同步带,查选型图可得模数m=3;(3)小带轮齿数和节圆直径带轮齿数要大于或等于=12,取=30,节圆直径=m=90;(4)带速 =3040 m/s ;(5)大带轮齿数和节圆直径 =30;=m=90;(6)初定中心距和节线长度 0.7(+)=2(+),126 =15(9)带宽 带宽,取=1.00,(单位带宽的许用拉力)=10 ;(单位带宽的离心拉力)=0.02;带的单位宽度和长度的质量;则取=16;(10)剪切应力验算 =22.5(11)压强验算P P(10)作用在轴上的力 3.1.7轴的设计计算及校核(1)确定轴的最小直径由前面计算结果=16.09rmin ;=99.97 W;=59.34 Nm根据机械设计手册选择轴的材料为经过调质处理的45钢。且最细段为外伸端,取AO=112,于是:20.6mm轴的最细端与联轴器相联,根据减速器输出轴选定阀芯回转轴最小直径d=28mm,根据轴向定位要求及所安装的零件确定各段轴向长度和轴径,简图如图3-8所示:图3-8A-B段装联轴器,靠左侧轴肩实现轴向定位; E-F段安装圆螺母和止动垫片,防止轴向窜动P-F段和M-N段安装圆柱滚子轴承,靠支架内壁实现轴向定位。C-E段和P-N 段为过渡段,M-K段为夹具连接部分(2)轴的校核图3-9根据带传动和工件重量分析轴的受力情况,根据力平衡方程可计算出轴承的支反力。=105N,=35N(此处和为砂轮磨削砂轮对阀芯的轴向力); =1536.16N;由于和、相对于G和很小,可忽略不计,计算如下: =2074.92N, =714.86N; =120.92N(此处为砂轮磨削砂轮对阀芯的轴向力)由上述各力大小及方向可作出图3-9的轴的载荷分析图其中危险截面:; =截面系数W=34300根据弯扭组合第三强度理论,可得出:=9.13MPa=871.47N这一关系,可判定1被“压紧”,2被“放松”,但实际上轴必须处于平衡位置(轴承座要通过轴承元件施加一个附加的轴向力来阻止轴的窜动),则:轴承 1所受轴向力=+=1509.44N;轴承 2所受轴向力=300.24N;(3) 两轴承的当量动载荷的确定由于/=1509.44/2074.92=0.727e,则轴承1:= ;/=300.24/714.86=0.42()min, 新安装和运转后的V带初拉力分别为1.5()min =189N 和1.3()min =163.8 N(8)压轴力 ()min=2Z()minsin=1125N 2、 V带轮的结构设计1)V带轮的材料 材料选取HT200 2)V带轮的结构设计 小带轮的设计:查机械设计手册,小带轮为实心式=11;b=13.2;e=15mm ;f=10mm ; =9mm ;=2.75mm;=28mm ;=34;=+2=95.5mm;l=(1.52)d =4256,取l=50 mm;B=(z1)e + 2f =(3-1)15 + 210 = 50mm小带轮结构如图3-11所示图3-11小带轮结构图 大带轮的设计:根据机械设计手册,300mm,-=250100,所以采用板孔式带轮:=6mm ;=34;C=10mm;=+2=255.5mm;B取50mm;l取50mm;=1.6;d=28 mm;=-2(+ f +)=220;=0.25(-)=41.5mm;=0.5(+)=137mm;大带轮的结构如图3-9所示:图3-12 大带轮结构图3.2.5正弦齿轮齿条机构的设计计算1、 齿轮齿条设计1)根据机械设计手册,选精度等级、材料及齿数:材料及热处理: 因为齿轮为开式传动,齿轮材料选取调质并表面淬火的40,齿面和齿芯硬度分别为4855HRC、240280HBS。齿条材料为经过调制处理、硬度为280HBS的45钢。两者材料硬度相差40HBS。试选齿轮齿数40,齿条齿数视为无穷大。选取齿轮传动精度等级为7级2)按齿面接触强度设计根据设计计算公式 ,即 d1t确定公式内的各计算数值:试选载荷系数Kt1.3计算小齿轮传递的转矩:由机械设计手册选择齿宽系数=0.4。查得材料的弹性影响系数ZE189.8按齿面硬度可查主动齿轮和从动齿轮的接触疲劳强度极限分别为560MPa、530MPa;计算应力循环次数每天工作时间为8h,一年工作300天,寿命为10年N=60njLh=602511030083.6次查机械设计手册,接触疲劳寿命系数1.25 计算接触疲劳许用应力 取安全系数S1,失效概率为1,查机械设计手册可知/S1.25560MPa1700MPa/S1.25530MPa1662.5MPa初步计算齿轮分度圆直径d1t=142.15mm计算圆周速度 V=0.19 m/s计算齿宽b b=d1t =0.4142.15mm=56.86mm计算模数 =3.55mm齿高 h=2.25=2.253.55mm7.99mm齿宽高系数 b/h=56.86/7.997.12mm计算载荷系数选择使用系数.0;速度应小于2m/s,所以先取动载系数,7级精度;假设,查表10-3,取,。查表10-4,7级精度、小齿轮悬臂布置用插值法得,由图10-13,可知齿向载荷分配系数;载荷系数分度圆直径通过实际的载荷系数校正,由公式计算得d1=mm137.88mm计算模数mn mn =mm=3.45mm3) 按齿根弯曲强度设计 确定公式内的各计算数值:查图10-20c小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳强度极限分别为,;查图10-18得弯曲疲劳寿命系数,.计算弯曲疲劳许用应力弯曲疲劳安全系数取1.4,由式(10-12)得 计算载荷系数选择使用系数.0;速度应小于2m/s,所以先取动载系数,7级精度;假设,查表10-3,取,。查表10-4,7级精度、小齿轮悬臂布置用插值法得,由图10-13,可知齿向载荷分配系数;载荷系数 查取齿形系数 由表10-5查得 查取应力校正系数 查表10-5可得;(7)计算齿轮的;齿条的数值较大。(8)设计计算,圆整取值,由于齿轮直径越大,则摆动时越易于摆动,故取较大值。取标准值m=4对比计算结果,结合齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算,=137.88/435(9)齿轮尺寸,齿轮宽度=56mm,选取齿条宽度为50mm。(10)齿条行程,其中为摆角,即有:结 论小片研具按照一定的轨迹运动来覆盖大球面,从而达到对大球面进行加工研磨的目的。这种工艺方法一定程度上能提高加工面的尺寸精度、球面度和降低表面粗糙度。大型球面和其他大型曲面的研磨加工可以借鉴这种工艺方法。但没有十全十美的人和至美至善的工艺,希望这套工艺方法在后面能不断的被改善。最后在此感谢对本次设计给与帮助的同学老师,尤其导师XX老师在这次设计中做出的指导让我受益匪浅。参考文献1 濮良贵.纪名刚. 机械设计(第八版) M北京: 高等教育出版社,20062 孙恒.陈作模.葛文杰. 机械原理(第七版) M北京:高等教育出版社,20063 冯辛安. 机械制造装备设计(第2版)M北京:机械工业出版社,20084 成大先.机械设计手册(单行本)M北京:化学工业出版社,20045现代实用机床设计手册编委会. 现代实用机床设计手册 M北京:机械工业出版社,20066 机械传动装置选用手册编委会.机械传动装置选用手册M. 北京:机械工业出版社,19997 沈阳高中压阀门厂. 阀门制造工艺 M北京:机械工业出版社,19968 薄宵. 磨工实用技术手册M南京:江苏科学技术出版社, 20009 王昆.何小柏.机械设计、机械设计基础课程设计M北京: 高等教育出版社,199610 上海纺织工学院.哈尔滨工业大学.天津大学.机床设计图册 M上海: 上海科学技术出版社,197911 李秀智. 工件磨削速算M北京:机械工业出版社,2007
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