轮辐磨边机传动与磨边装置设计论文-本科论文.doc
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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 轮辐磨边机传动与磨边装置设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及其自动化 班 级 机升0901 学 生 刘庆斌 学 号 20090404039 指导教师 顾英妮 二 一 一 年 五 月 二 十 日26济南大学毕业设计1 前言随着社会科技的进步和发展,人们的生活水平在提高,对衣食住行都有更高的需求,汽车作为更便捷的交通工具已经走进了人们的日常生活,买车同买房都成为现代社会个人成就的代名词,成为人们生活的一部分。尤其在中国,伴随着改革开放的发展,汽车的需求量和生产量都跃居世界第一位,成为当之无愧的第一汽车大国。由于众所周知的原因,汽车的性能和安全性日益成为关注
2、的焦点,它关系到人民群众的出行安全和健康。汽车是一个复杂的运行系统,它由各种各样的零部件组成,汽车运行系统的安全是由这些零部件的精确配合来保证的,也必然严格要求各种零件的精度标准。汽车轮辐作为汽车车轮不可或缺的一个零部件,它的使用关系到汽车的性能优劣,行驶安全。随着人们物质文化水平的提高,汽车的应用越来越广泛和普遍,汽车的保有量逐年增加,汽车生产的规模不断扩大,而汽车轮辐的用量也数量惊人,但是由于没有专门的生产设备,特别是轮辐磨边自动化程度低,一方面,限制了轮辐不能够实现大规模生产,另一方面,也不能够保证汽车轮辐的标准化和精度。近年来出现了数起因货车车轮迸裂造成的事故 , 究其原因 ,一个很重
3、要的方面就是因车轮辐板孔处发生裂纹并逐渐延伸 ,最终导致车轮迸裂。轮辐产生裂纹的主要原因是因为轮辐表面存在毛刺等生产缺陷,车轮在行驶过程中由于刹车的冷热变化产生热胀冷缩现象出现了应力疲劳,因此在轮辐的加工过程中需要对轮辐表面及轮辐孔进行打磨,去除毛刺或凹陷。毛刺的产生是因为凹凸模间隙配制困难是凸、凹模间隙不均匀,从而影响板料的冲裁效果。目前国内对钢制车轮辐一般都是采用人工打磨的方法进行加工,加工费时费力,成产过程中存在由于人工的操作造成的缺陷,并对工人技巧要求较高。轮辐面的打磨要求对表面的毛刺及细微裂纹进行打磨修补,人肉眼很难发现细小的缺陷。5因此目前的加工过程存在一些的缺陷。鉴于汽车轮辐在汽
4、车中的重要作用,以及它的大规模需求不能够得到满足,在毕业设计中我选择了轮辐磨边机的研究设计。轮辐磨边机是一种新型专业机械,专门用于辐板式钢制车轮辐表面毛刺的打磨工艺。该机能够实现自动送料、自动磨削、自动卸料等工序,对轮辐磨削实现全程自动打磨,提高了轮辐打磨的效率节约生产成本。通过工件的进给实现磨轮对辐板异性面的打磨。使用数控技术实现对工件进给运动的控制和实时监测。设计内容包括整体机床结构的确定、传动部分的整体方案、零部件的结构设计、尺寸确定及主要零件的计算校核。由于本人学习知识水平的有限,在设计方案中一定会有缺陷和不足,望各位老师、同学指正。2 轮辐和磨边机的基本概念及相关标准2.1 轮辐的相
5、关知识轮辐是汽车车轮的结构部件,承受汽车的全部重量。因此是影响汽车安全的安全的重要因素之一。车轮主要由轮辋和轮辐组成,轮辋已经实现标准化,需要设计一定的轮辐与之配合。轮辐:车轮上连接轮辋和轮毂的部分。它是保护车辆车轮的轮圈、辐条的装置,其特征是一对圆形罩板,罩板的直径大小和轮圈的直径大小相接近,罩板的中央有大于车轮转动轴的孔,在罩板接近边缘的部分有孔口,罩板的边缘有环形轮板,轮板的曲面能与轮圈的曲面紧密贴合。一般的运动型车辆轮毂辐条数都为单数5、7等。轮辐类型:星型轮辐、Y型轮辐、V型轮辐只是一个设计的问题 。在长期高速行驶的时候一般采用多幅的轮胎,可以提供良好的支撑,不至于在行驶时轮子产生较
6、大的形变。换句话说轮幅越多越稳定,但是少幅的轮子也有其优势。至少在外观方面有独特的裸露感,一般在短距离技术跑道上使用有质量轻等特点。钢制轮辐的制造工艺:用圆筒型坯料作板料,其工艺步骤包括圆筒型坯料备置;蒋圆筒形坯料在滚形机上滚成轴向对称的,两端直径大,中间凹槽直径小的杯型在制品;蒋杯形在制品从中间切断为两只相同的碗型在制品;在旋压机上将碗形在制品的底部旋压成形为平面,使整个工件成为碗形中间制品;冲中心工艺孔;旋压过渡曲线段和直线段;冲中心孔螺栓孔、冲风孔;校平安装平面;车削加工中心孔安装平面外圆端面和压字等工序。圆筒形坯料可以直接用钢管备制,也可以用钢带圈圆焊接工艺备制。与传统制造工艺相对比,
7、可以避免落料圆片形坯料四周的钢板成为费料,并减少预冲中心孔工序产生的废料,从而大大提高材料利用率。图1 汽车轮辐实体2.2 磨边机的相关知识磨边机又称抛光技术, 是制造平坦而且加工变形层很小,没有擦痕的平面加工工艺。抛光不仅增加工件的美观, 而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性及获得特殊性能。在电子设备、精密机械、仪器仪表、光学元件、医疗器械等领域应用广泛。抛光既可作为零件的最终工序, 也可用于镀膜前的表面预处理。抛光的质量对工件的使用性能有直接的影响。选择合适的抛光方法和抛光工艺是提高产品质量的重要手段。下面简要介绍各种抛光方法的原理、特点, 以便于选择使用。磨边机分类:金属带磨边机,玻璃
8、磨边机,石材磨边机等,瓷材磨边机等。 2.2.1金属带磨边机 主要功能:用于金属卷带双边角的磨削抛光加工。 适用材料:不锈钢、铜带铝带等金属卷板。 设备优点:具有粗磨、精磨、抛光一次完成的特点,适用于磨削不同尺寸和厚度的金属带的斜面,直边,配套装有磨轮和备用,该磨轮具有寿命长、成形规则、效率高等优点。 2.2.2玻璃磨边机 主要功能:用于玻璃边角的磨削抛光加工。 主要特点:可磨削各种圆边、直边、鸭嘴边等异型边型,且不受玻璃外型的长宽圆等尺寸大小的限制。 设备优点:集粗磨、精磨、抛光、倒角等工序一次加工而成,采用变频器调速,可调范围大,变速平稳;在磨削过程中可任意调节进料速度和进给量。还具有体积
9、小、重量轻、携带方便、操作简单等优点. 2.2.3石材磨边机 主要功能:用于大理石,花岗石等磨削抛光加工。也可用于墓碑台阶石等的研磨抛光加工 主要特点:采用变级调速电机,电机座盘,磨盘,磨盘、主轴,柔性橡胶联轴器组装在一起成为磨削头,扶手,环形杠杆、导向杆、导向套、配重及支点铰链组成一平衡杠杆式悬挂系统。磨削头安装在悬挂系统上,可使磨削头整体上下移动,磨盘和主轴之间采用特殊结构的橡胶联轴器,冷却系统为一环状水套。 设备优点:采用更换磨盘的方法可相继完成粗磨半细磨细磨抛光的全部作业。 2.2.4瓷材磨边机主要功能:用于瓷砖进行磨边倒角。 主要特点:采用四组磨边、一组倒角设计而成。 设备优点:该机
10、加工效果好,速度快、精度高,无大小头,更无波浪及崩边等缺陷.瓷砖加工厂设备:8-16头圆弧抛光机,瓷砖切割机。 用途:瓷砖加工厂、石材加工厂抛光方法有很多,各有其特点,应根据工件的材质、形状、尺寸及表面质量要求选择使用。实际应用时,可以采用一种方法嘟可以用两种或以上的方法组合,如,超声波+化学方法,超声波+电化学方法等。另外,还要结合产品的批量与现有条件,在满足要求的情况下,尽可能地降低成本,以获得最大的经济效益。图2 磨边机的实体3 磨边机传动系统的设计方案轮辐磨边机采用数控技术实现自动上料、自动加工、自动卸料等工序,实现对轮辐表面及风孔的全自动打磨。传动系统是磨边机的重要组成部分,是负责完
11、成机械运动的中枢传动系统。由装夹装置和移动装置组成。通过工作台的移动与磨轮之间的配合完成对轮辐的各个位置的打磨。 3.1 传动系统的动作过程分析轮辐表面由3部分组成:圆柱面部分、曲面部分以及平面部分。圆柱面部分是焊接部分因此其表面不需要进行加工,故可以以此部分作为装夹面进行装夹。装夹机构采用四爪定心卡盘将轮辐固定在工作台平面。曲面部分分布着风孔,风孔由冲压而成因此在风孔边缘容易形成毛刺或裂纹,因此需要对曲面部分及风孔内壁进行加工。对于表面加工根据轮辐曲面是回转面的特点,结合工作台的先后横移装置和磨具的进给运动完成打磨加工。平面部分是螺钉的安装面,对起其作用表面也需要进行加工,需要由回转装置和进
12、给装置共同完成。根据以上分析传动系统应有装夹机构、横移机构两部分组成。横移机构带动装夹机构和轮辐零件在工作平面内导轨上进行移动完成工件的进给运动。3.1.1 装夹机构装夹机构的功能是对轮辐进行固定保证其在加工过程中不会发生移动,使传动系统与磨边机配合顺利的完成打磨轮辐的工作。装夹机构采用四抓自定心卡盘,当轮辐被机械手送料放置在横移机构上时,实现对轮辐的自动夹紧。图3 四抓自定心卡盘实体图4装夹机构的模型3.1.2 横移机构横移机构由机床床身、直线导轨以及一对齿轮齿条组成,通过步进电机带动支撑台沿直线导轨运动完成工件的进给动作。图5横移机构模型3.1.3 整体装配通过组合2个功能模块,实现磨边机
13、传动系统的整体设计,其三维实体装配模型 如图 6 所示。4 磨边机的机构设计由于本次设计的轮辐磨边系统是用于抛光钢制轮辐的外表面,而轮辐的形状较复杂,必须设计合适的磨具来适应轮辐的形状要求。根据上面关于磨边机的介绍,本次设计可选择超精研抛的方法进行设计。设计内容包括三部分:底座设计;旋转机构设计,磨具设计。4.1 底座设计该结构由底座、电机、联轴器、丝杠和齿轮减速系统组成图7 机座系统图l 底座用材料HT200铸成,主要起支撑作用,用于安装;l 电机采用步进电机110BF003型,采用直接调速电路;l 丝杠与滑块采用螺纹连接,使滑块能上下往复运动;l 齿轮减速系统由一组直齿轮和一组锥齿轮组合减
14、速;l 滑块用于与工作部分连接;l 联轴器采用凸缘联轴器。4.2 磨具设计由于轮辐形状较复杂,因此必须专门设计,其形状如图所示。该形状的上平面用于研磨轮辐平面,弧面用于研磨轮辐的弧面。图8 磨具模型4.3 磨边机旋转机构设计图9 旋转系统模型把上面三个结构装配到轮辐传动系统上便构成轮辐磨边机。传动系统实现轮辐工件的装夹、固定,随着导轨的移动到达磨边系统的上方。当轮辐零件运动到磨边机上部时,磨具上升到达轮辐异性面,随着旋转机构的工作而打磨轮辐毛刺,完成工作任务。其优点是结构简单,操作方便,获得的抛光精度高,使轮辐异性面磨削光滑。图10 磨边机整体装配模型5 磨边机系统的设计计算本章将计算磨边机的
15、最大磨削力,滚珠丝杠的选择、校和。进给箱传动比的计算。5.1 磨边机加工中最大磨削力的计算在计算过程中,采用经典磨削力公式: Ft=Cf(ap)x(fa)y(vw)z (4-1)式中Cf = 453;x = 0.90; y = 0.62;z = 0.76;切削深度ap一般取值为 0.0050.02mm,在这次计算中取值为 0.01mm;轴向进给速度 fa 的单位为 m/min;工作速度vw为 m/min。 此外,在磨削加工中,径向力Fn大于切向力Ft,通常根据经验参数可知Fn一般为Ft的 24 倍,本文取 4 倍,即Fn = 4Ft靠模加工过程中的的最大进给速度famax加工过程中工件实际旋转
16、一圈的时间固定为60s(加工经验获得),故的加工时间Tm为:Tm=60/200=0.15(s)另根据经验可知轮辐在上的变化不会大于10mm,因此假设在的最大工作量为10mm。故得出: famax = (10/1000)/ (Tm /60 )=4(m/min)工件最大速度vwmax自动加工中工件实际旋转一周的时间为60s,有因为工件最大加工直径为600mm,因此工件最大速度为:vwmax= ( 600/1000)/(60/60)=1.884(m/min)最大磨削力矩把上述结果带入磨削力计算公式中得出:Ftmax=435 (0.01)0.90(4)0.62(1.884)0.76=26.35NFnm
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