中學(xué)螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本課題主要研究的是螺旋槳葉片這種空間曲面的加工問題。螺旋槳葉片采用的是砂帶磨削，本文主要針對(duì)曲面加工設(shè)計(jì)一種砂帶磨削方案，解決加工難的問題，還要針對(duì)砂帶磨削的方案進(jìn)行磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此過程中必須要大量閱讀螺旋槳葉片加工相關(guān)的資料，一步步的對(duì)方案進(jìn)行修改優(yōu)化。磨頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要根據(jù)加工的是螺旋槳的尺寸較大，加工面比較復(fù)雜而設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)磨頭結(jié)構(gòu)的主要零件進(jìn)行分析，并用三維軟件進(jìn)行實(shí)體建模，再將其裝配成型。最后對(duì)磨頭結(jié)構(gòu)中的零件進(jìn)行理論計(jì)算，得出最終的磨頭結(jié)構(gòu)尺寸。本課題所設(shè)計(jì)的磨頭是一種新型的磨頭結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計(jì)會(huì)讓螺旋槳葉片的加工難的問題得到一定的解決，為我國(guó)的船舶事業(yè)做出一定貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：螺旋槳，砂帶磨削，磨頭ABSTRACTThemaintopicofresearchisthisspatialprocessingproblemspropellerbladesurface.Propellerbladegrindingbeltisused,thepaperfocusedondesigningabeltgrindingsurfacemachiningsolutionstosolvethedifficultproblemofprocessing,butalsoprogramsforbeltgrindinggrindingdevicestructure.Mustreadalotofthepropellerblademachiningprocess-relatedinformation,astepbystepplantobemodifiedtooptimize.Grindingprocessaccordingtothestructuredesignofthemainpropelleroflargersizeandmorecomplexprocessingsurfacedesign.Inthemainpartofthedesignprocesstoanalyzethestructureofthegrindinghead,andthree-dimensionalsolidmodelingsoftwarebeforeitsassemblymolding.Finally,thestructureofthegrindingpartsfortheoreticalcalculation,thefinalgrindingstructuresize.Thispaperdesignedanewtypeofgrindingwheelheadstructure,thedifficultproblemofprocessingthepropellerbladedesignwillgetsomesolutionsforChina'sshipindustrytomakesomecontribution.Keywords：Propeller,abrasivebeltgrinding,Grinding目錄中文摘要....................................................................................................ⅠABSTRACT...............................................................................................Ⅱ1緒論.........................................................................................................11.1課題的研究目的意義及其研究?jī)?nèi)容...............................................................11.1.1螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀................................................................11.1.2課題的意義及其主要任務(wù)......................................................................21.1.3課題的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容............................................................................21.2砂帶磨床介紹..........................................................................................21.2.1砂帶磨床發(fā)展背景介紹.........................................................................21.2.2砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)...................................................................32螺旋槳砂帶磨削工藝分析.....................................................................52.1砂帶磨削機(jī)理..........................................................................................52.2螺旋槳砂帶磨削工藝分析...........................................................................62.2.1砂帶磨削方式選擇...............................................................................62.2.2砂帶及其磨料的選用............................................................................62.2.3螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置................................................................73螺旋槳葉片砂帶磨削磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).....................................................93.1磨削力的理論計(jì)算....................................................................................93.2磨削功率計(jì)算..........................................................................................93.3磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì).................................................................................103.3.1接觸輪設(shè)計(jì)........................................................................................103.3.2張緊輪設(shè)計(jì)........................................................................................113.4砂帶張緊力計(jì)算......................................................................................123.5張緊機(jī)構(gòu)...............................................................................................133.6砂帶尺寸選擇與計(jì)算................................................................................133.7砂帶磨削過程中的受力分析.......................................................................144螺旋槳葉片砂帶磨削三維建模............................................................164.1三維建模的意義......................................................................................164.2磨頭機(jī)構(gòu)裝配成形圖.................................................................................165功能分析.................................................................................................186結(jié)論........................................................................................................19致謝...........................................................................................................20參考文獻(xiàn)...................................................................................................211緒論1.1課題的目的意義及其研究?jī)?nèi)容1.1.1螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀本課題中，研究解決螺旋槳復(fù)雜表面加工的方法。因?yàn)榇寐菪龢~片是由復(fù)雜幾何形狀組成的工件，直徑大，葉片多，空間重疊區(qū)域較大，吸力面和壓力面都為空間曲面，隨邊、導(dǎo)邊都是采用空間曲線圓滑過渡、葉片頂部收縮成線的構(gòu)造，葉片和槳轂之間過渡圓角半徑由導(dǎo)邊到隨邊不斷變化[1]。螺旋槳是船舶的核心部分，它對(duì)船舶的各項(xiàng)指標(biāo)都有很大的影響。不管是大型輪船還是小型船舶，船舶的運(yùn)行效率和推進(jìn)速度都受到螺旋槳加工精度的影響，螺旋槳的加工精度低的話，會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)行過程中產(chǎn)生震動(dòng)以及噪聲。因此，我們時(shí)常想要怎么提高船舶的運(yùn)行效率和推進(jìn)速度，要想提高船舶的運(yùn)行效率和推進(jìn)速度，就得對(duì)螺旋槳進(jìn)行進(jìn)一度的精加工，以達(dá)到預(yù)期的要求。目前，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中，很多的船舶生產(chǎn)企業(yè)都已經(jīng)采用了數(shù)控銑削機(jī)床，不過說銑削出來的成品還是不能夠達(dá)到要求，其精度和表面質(zhì)量都不夠，也還有一些生產(chǎn)制造商還是采用的落后的手工打磨技術(shù)，其加工效率之低，“鑄造-數(shù)控加工-鉗工打磨”工藝也是一些企業(yè)對(duì)螺旋槳葉片加工的方法，更甚者還有一些企業(yè)完全采用手工打磨制造成型，這無疑是最落后的。人工拋磨是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一些復(fù)雜曲面的磨削加工和拋光加工，但是人與人是不一樣的，每個(gè)人的拋磨水平是有高有低的，這樣就會(huì)造成螺旋槳加工出來的精度難以得到有效的控制，這樣的加工方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工周期也會(huì)很長(zhǎng)，加工出來的螺旋槳葉片表面質(zhì)量也不好，誤差較大[2]。國(guó)外對(duì)螺旋槳的加工雖然有一定的先進(jìn)技術(shù)，但是國(guó)外對(duì)這些技術(shù)都是有技術(shù)封鎖的，所以我國(guó)要想擁有加工螺旋槳先進(jìn)技術(shù)，必須得自主研發(fā)。從螺旋槳葉片的加工精度和經(jīng)濟(jì)方面考慮，我們就要選擇一種加工效率高、成本造價(jià)低廉的加工方式。本課題綜合各方面的因素，決定采用砂帶磨削方式對(duì)螺旋槳葉片進(jìn)行加工。在傳統(tǒng)的磨削加工工藝中，通常是采用電動(dòng)砂輪機(jī)，再用砂布帶進(jìn)行手工修理，這種方式成本雖然低廉，但工人操作安全性較差，生產(chǎn)效率不高，加工出來的螺旋槳葉片表面質(zhì)量也不符合要求。而砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，采用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的砂帶以相應(yīng)的接觸方式，對(duì)工件表面進(jìn)行磨削和拋光加工的一種新工藝[3]。砂帶是使用粘結(jié)劑將磨料粘結(jié)在紙、布等可撓性材料上制成的可以進(jìn)行磨削和拋光的一種帶狀工具，它是涂附磨具的一種主要形式，其基本組成是：基材、磨料和粘結(jié)劑，合稱為砂帶構(gòu)成的三要素，較長(zhǎng)的砂帶周長(zhǎng)使磨料得到良好的冷卻，柔性的砂帶也容易適應(yīng)不同形狀的工件。砂帶磨削技術(shù)在我國(guó)還不是很成熟，目前，只有一些企業(yè)擁有此技術(shù)，其中三磨海達(dá)對(duì)砂帶磨床的研究處于領(lǐng)先的。砂帶磨削的時(shí)候磨削震動(dòng)小、粗糙度小、磨削精度高，并且磨削的時(shí)候非常安全。1.1.2課題的意義及其主要任務(wù)針對(duì)螺旋槳葉片磨削裝置研究現(xiàn)狀，以及螺旋槳加工的問題，結(jié)合砂帶磨削的加工特性進(jìn)行螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本課題的主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)調(diào)研和分析國(guó)內(nèi)外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應(yīng)用情況；（2）熟練掌握AUTOCAD、CAXA等機(jī)械設(shè)計(jì)軟件；（3）理解和掌握螺旋槳葉片磨削裝置的加工工藝要求，進(jìn)行該磨削裝置的功能分析；（4）結(jié)合實(shí)際問題研究完成螺旋槳葉片磨削技術(shù)方案設(shè)計(jì)和裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；1.1.3課題的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容針對(duì)螺旋槳葉片磨削裝置研究現(xiàn)狀，結(jié)合砂帶磨削的加工特性，進(jìn)行螺旋槳葉片磨削技術(shù)方案與磨頭裝置設(shè)計(jì)。 1.2砂帶磨床介紹1.2.1砂帶磨床發(fā)展背景介紹

砂帶磨床是利用快速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂帶作為磨具進(jìn)行磨削和拋光的床。砂帶磨床可以分為萬能砂帶磨床、外圓砂帶磨床、內(nèi)砂帶磨床、平面砂帶磨床和型面砂帶磨床等。其中萬能砂帶磨床可以用于各種磨削加工，外圓砂帶磨床主要用于外援輪廓的磨削，平面砂帶磨床主要用于磨削平面。砂帶磨床在過去大多都只在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家被應(yīng)用于磨削加工，由于國(guó)外對(duì)技術(shù)的封鎖，尤其以前在我國(guó)很少被用到。經(jīng)過這些年的發(fā)展，砂帶磨床逐漸登上了我國(guó)磨削工業(yè)的舞臺(tái)。近幾年，隨著我國(guó)的砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展，砂帶磨床的應(yīng)用越來越廣泛，凸現(xiàn)了許許多多的企業(yè)加入了砂帶磨床的生產(chǎn)與制造。1.2.2砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)砂帶磨床的應(yīng)用十分廣泛，普及到各行各業(yè)，而且對(duì)各種不同類型的材料都能進(jìn)行加工，尤其是對(duì)復(fù)雜曲面的加工[5]。目前，國(guó)外的砂帶磨床發(fā)展迅速，很多國(guó)家的砂帶磨床都逐漸取代了砂輪磨床，尤其是在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，在我國(guó)也應(yīng)用于船用螺旋槳葉片的加工。隨著砂帶磨削技術(shù)的不斷進(jìn)步，砂帶磨床再制造加工領(lǐng)域起著越來越重要的作用，帶領(lǐng)著制造加工業(yè)的發(fā)展。國(guó)外砂帶磨削技術(shù)飛速發(fā)展，我國(guó)也逐漸參與到砂帶磨削技術(shù)的研究中來。砂帶磨削技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了一定的推廣，很多企業(yè)都運(yùn)用砂帶磨削解決了很多生產(chǎn)實(shí)際問題。目前，砂帶磨削設(shè)備已經(jīng)我國(guó)很多企業(yè)都得到了應(yīng)用，但是砂帶的種類還不是很多，質(zhì)量也不夠高，就是說我國(guó)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段[6]。與國(guó)際先進(jìn)水平還是有很大的差距的。經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國(guó)砂帶磨削已經(jīng)具有較完整的體系，國(guó)內(nèi)砂帶使用的設(shè)備已經(jīng)從最簡(jiǎn)單的手提式砂帶磨削裝置發(fā)展到高度自動(dòng)化的砂帶磨削機(jī)床，砂帶磨削已經(jīng)被作為一種可行性良好的技術(shù)，得到了廣泛的應(yīng)用。砂帶磨削是一種高效的拋磨工藝，其應(yīng)用前景是不可估量的。目前，砂帶品種越來越多，其質(zhì)量也越來越好，這就引起砂帶壽命會(huì)越來越長(zhǎng)。隨著砂帶磨床自動(dòng)化性能的提高，對(duì)它的應(yīng)用在我國(guó)會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度。砂帶磨削加工的優(yōu)點(diǎn)主要有：砂帶磨削能夠加工各種形狀的工件。常見的加工表面肯定能用砂帶磨削加工，一些特殊的復(fù)雜空間曲面也能用砂帶磨削加工。例如：板材的拋磨加工。砂輪的寬度只能夠達(dá)到1000mm，砂帶卻有2500mm以上。砂帶的寬度可以很大，目前最寬的砂帶有4900mm。實(shí)際生產(chǎn)中常用的加工寬度為50～2000mm之間，加工厚度0.4～150mm。磨削的時(shí)候溫度低，對(duì)工件產(chǎn)生的影響??；磨削的磨削力小，容易控制；磨削精度高，對(duì)加工要求較高的工件也能滿足要求；加工的時(shí)候震動(dòng)和噪聲比較小，對(duì)環(huán)境污染小，符合當(dāng)代工業(yè)對(duì)制造加工的要求；磨削效率高，靈活性好，這就能夠更好的滿足用戶的要求。砂帶磨床的發(fā)展趨勢(shì)[7]繼續(xù)提高生產(chǎn)效率。提高生產(chǎn)率是各行各業(yè)老生常談的問題了，不管怎么樣，我們都是用來完成生產(chǎn)加工的，對(duì)生產(chǎn)率的提高，就會(huì)給我們帶來更高的效益；提高加工精度。隨著世界的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)其產(chǎn)品都會(huì)有更高的要求，已滿足人們的需求，制造業(yè)當(dāng)然就需要提高其加工精度；延長(zhǎng)砂帶使用壽命。砂帶的使用壽命需要被延長(zhǎng)，這樣就不用對(duì)砂帶進(jìn)行頻繁的更換，可以從砂帶的材料方面著手研究；提高自動(dòng)化程度。機(jī)械制造系統(tǒng)自動(dòng)化是機(jī)械制造的重要發(fā)展方向，其目的是一先進(jìn)可靠的制造工藝為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代的機(jī)電一體化技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)化制造裝備等所構(gòu)成的制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其過程的自動(dòng)化，從而高速度、高效益、高質(zhì)量地制造出大量產(chǎn)品。隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)就越來越得到重視，機(jī)床的自動(dòng)化能夠節(jié)省大量的人力物力；⑤擴(kuò)大萬能性和適應(yīng)性。隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，單一功能的機(jī)床已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)的需求了。砂帶磨床的萬能性、適應(yīng)性也越來越被重視，在砂帶磨床的制造中，應(yīng)盡可能使砂帶磨床在工業(yè)生產(chǎn)中做到能一機(jī)多能、一機(jī)多頭[8]。2螺旋槳砂帶磨削工藝分析2.1砂帶磨削機(jī)理砂帶磨削是高速旋轉(zhuǎn)的砂帶與工件接觸的磨削方式。砂帶纏繞在驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪、接觸輪上，通過驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)砂帶高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行磨削加工。工件與砂帶接觸的時(shí)候，砂帶會(huì)磨削去除工件表面的一層材料，完成對(duì)工件的一次加工。通常來說砂帶磨削的切削速度不高，一般在20～30米／秒之間，這樣就能夠保證磨削加工的磨削力相對(duì)較小，磨削壓力在20～30兆帕之間，這就使得磨削加工容易得到控制。圖2.1是砂帶磨削設(shè)備原理示意，環(huán)形砂帶安裝在壓輪和張緊輪上，當(dāng)工件有傳送帶送至支承板和接觸輪之間的磨削區(qū)域時(shí)，即受到高速運(yùn)動(dòng)的砂帶的磨削加工，當(dāng)砂帶磨損后殼即時(shí)更換。2.2螺旋槳砂帶磨削工藝分析2.2.1砂帶磨削方式選擇圖2.2砂帶磨削磨削方式圖在本文中，對(duì)螺旋槳葉片曲面的復(fù)雜的解決方案的研究，以上介紹了的螺旋槳葉片的加工現(xiàn)狀，可以看出，在現(xiàn)有的螺旋槳葉片的加工方法來看，砂帶磨削是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、精度高的加工方法。在加工過程中，砂帶磨削可以分為兩種磨削方式：開式和閉式磨削。開式磨削是把砂帶的兩頭纏繞在兩個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)輪上，由倆個(gè)驅(qū)動(dòng)輪交替驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)砂帶磨削，這樣就形成了往復(fù)磨削，最后實(shí)現(xiàn)工件的磨削加工；閉式磨削則不同，它是直接由三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)砂帶進(jìn)行磨削，完成工件的加工。結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。雖然開式砂帶磨削精度、一致性都比閉式磨削優(yōu)越，但從磨削效率方面考慮，閉式砂帶磨削要比開式砂帶磨削高的多[11]。在實(shí)際生產(chǎn)中，必須根據(jù)具體加工要求來選擇磨削方式因?yàn)槁菪龢~片的加工既要保證一定的磨削精度，又要有較高的磨削效率，在通常情況下，需要直接在鍛造毛配上進(jìn)行加工，綜合考慮磨削精度和磨削效率，同時(shí)考慮本課題中螺旋槳葉片磨削將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)加工之中，就可以知道在保證加工精度的前提下更注重效率問題，圖2.2砂帶磨削磨削方式圖2.2.2砂帶及其磨料的選用砂帶磨削是在眾多的磨料切削刃垂直的方向來完成切學(xué)的，每個(gè)磨粒都可以近似為一個(gè)微型的研磨工具，研究這些單顆粒的研磨過程是研究整個(gè)砂帶磨削的基礎(chǔ)。

從微觀角度來看，砂帶的磨粒就像是一種圓弧刀尖鈍角或鈍圓刃口的刀具。它的刀尖半徑從幾微米到幾十微米不等，其大小跟磨粒的材料有關(guān)。因?yàn)樯皫У哪チ＞哂羞@種特性，磨削的時(shí)候切削深度就很小，一般在0.005～0.05mm左右。砂帶由磨料、結(jié)合劑及基體組成，如圖2.3。跟砂輪磨粒選擇差不多，砂帶的磨粒、粒度有不同規(guī)格的；砂帶的基體也有很多種，如聚氨酯膠帶、紙基、布基等；粘結(jié)劑也有許多不同種類的，如皮膠、樹脂等。對(duì)于砂帶的選擇，需要根據(jù)具體的加工要求以及工藝要求等來決定。因?yàn)槁菪龢~片大多采用高強(qiáng)度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，所以其磨削砂帶基體通常選用布基、并采用樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)砂帶，砂帶磨料選用剛玉，其粒度視磨削工藝而定。根據(jù)一般的加工標(biāo)準(zhǔn)，粗磨時(shí)砂帶粒度為50～80，精磨時(shí)為150～180。在本課題中砂帶磨削的要求為精磨，故砂帶粒度取為160。圖2.3砂帶的組成要素1-基材2-底膠3-覆膠4-磨料5-基材處理劑2.2.3螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置砂帶磨床砂帶的主要技術(shù)參數(shù)主要包括：砂帶長(zhǎng)度、寬度；磨削速度即砂帶速度；螺旋槳工件進(jìn)給速度；驅(qū)動(dòng)砂帶高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)功率。砂帶寬度直接影響磨削的效率，在機(jī)床功率允許條件下，寬度越大，磨削效率越高。砂帶寬度的選擇必須根據(jù)具體加工條件而定。因?yàn)槁菪龢~片是一種復(fù)雜的空間曲面加工，砂帶寬度若是選的太大，砂帶就容易與螺旋槳葉片產(chǎn)生干涉，進(jìn)而影響螺旋槳葉片的加工精度。所以我們必須對(duì)砂帶的寬度有所限制，一般在10～40mm范圍內(nèi)。對(duì)于砂帶長(zhǎng)度的選擇，原則上是越長(zhǎng)越好，但是如果過長(zhǎng)的話，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)床本身所占的空間太大，所以砂帶的長(zhǎng)度就要在機(jī)床空間允許的情況下盡可能選擇長(zhǎng)的。船用螺旋槳葉片通常采用錳鐵黃銅和不銹鋼等材料，它們的強(qiáng)度高、耐磨性好、耐腐蝕性好。砂帶的速度一般在20～30m/s，可以選擇砂帶速度Vs=20m/s，工件轉(zhuǎn)速Vw=10r/min。砂帶磨床主要參數(shù)選擇如下：砂帶速度：Vs=20m/s螺旋槳進(jìn)給速度：Vw=10r/min砂帶規(guī)格：850mm×37mm（長(zhǎng)度×寬度）驅(qū)動(dòng)輪所用電機(jī)額定功率：11Kw（Y160M-4）電源：380V50HZ電機(jī)轉(zhuǎn)速：1460r/min進(jìn)給系統(tǒng)伺服電機(jī)額定功率：1.5Kw電源：380V50HZ電機(jī)轉(zhuǎn)速：3000r/min磨削方式：閉式磨削3螺旋槳葉片砂帶磨削磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1磨削力的理論計(jì)算在砂帶磨削過程中對(duì)磨削力的研究，是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它與磨削表面質(zhì)量，磨粒磨損和磨削比能有直接的關(guān)系。由于磨削力容易測(cè)量和控制，可以用來作為磨削狀態(tài)和適應(yīng)控制的評(píng)定參數(shù)。砂帶磨削的磨削力與砂輪磨削不同，砂輪磨削的磨削力可以分解為三個(gè)互相垂直的分力，即切向力、徑向力及軸向力；而對(duì)于砂帶磨削一般來說，磨削力可以分解成為法向力和切向力，具體計(jì)算如下：通過前面的分析以及查閱資料可以得到一些已知條件，已知：砂帶的速度Vs=20m/s，工件的速度Vw=10r/min，砂帶的寬度B=37mm，有效磨削深度=0.01mm，磨削能比Us=1100kg/mm×mm。根據(jù)公式計(jì)算如下：法向磨削力：Fn=(UsB)/Vs=535.3N切向磨削力：Ft=(UsB)/QUOTE=392.1N因?yàn)樯皫ハ鞯哪ハ鞣至Φ谋壤辞邢蛄εc法向力之比）不同于常規(guī)的車、刨、銑削加工等。通常來說車、銑、刨等工序的切向分力都是法向分力的兩到三倍；顯然，砂帶磨削的磨削深度小，工件的進(jìn)給量也小，這就說明砂帶磨削的磨削分力比也會(huì)小很多，通過實(shí)驗(yàn)研究得出，砂帶磨削時(shí)磨削分力的比例一般為：Ft/Fn=0.33～0.75Ft/Fn=392.1N/535.3N=0.733，顯然，此次設(shè)計(jì)滿足要求，即是說各參數(shù)設(shè)置是合適的。3.2磨削功率計(jì)算磨削功率在磨削加工中是很重要的，對(duì)它的計(jì)算也是很有意義的。磨削功率是跟磨削力有直接關(guān)系的。由物理學(xué)與功率的關(guān)系可知：N=FV/1000式中N——功率（kW）F——作用力（N）V——物體在力F作用下的運(yùn)動(dòng)速度（m/s）顯然對(duì)于砂帶磨削來說，上式中F=Ft（切向磨削力）V=Vs（砂帶磨削速度）所以，砂帶磨削的功率應(yīng)為：N=FtVs/1000（kW）因而，由（3-5）計(jì)算得：N=FtVs/1000=(392.1×20)/1000=7.842Kw由于在傳輸過程中的電機(jī)的功率損耗是必要的，所以選擇電機(jī)Y160M-4，其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定功率：11Kw滿載轉(zhuǎn)速：1460r/min起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m3.3磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)3.3.1接觸輪設(shè)計(jì)接觸輪是磨頭機(jī)構(gòu)中很重要的一部分，對(duì)接觸輪的設(shè)計(jì)也就顯得很重要了。接觸輪的硬度直接影響砂帶磨削的磨削表面的粗糙度，接觸輪越硬，加工的工件表面粗糙度越大；反之則越小。一般來說，接觸輪直徑越大，磨削加工時(shí)與工件的接觸面積就會(huì)越大，加工表面粗糙度就會(huì)越小。同樣的，接觸輪表面是否開槽以及開槽角度及尺寸對(duì)糙粗度也會(huì)有相應(yīng)的影響，總的來說光滑的接觸輪表面磨削的工件粗糙度要小一些。此外，接觸砂輪不平衡度和圓度誤差會(huì)使磨削是產(chǎn)生振動(dòng)，使表面粗糙度增加，所以接觸輪動(dòng)平衡和外圓休整是一種降低加工表面粗糙度的重要措施。但如果接觸輪直徑太小，砂帶所受的彎曲應(yīng)力會(huì)大大增加，導(dǎo)致磨粒極其容易脫落，嚴(yán)重影響砂帶的使用壽命。然后接觸輪的直徑還應(yīng)根據(jù)具體的工藝要求來確定。本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)槁菪龢~片是空間曲面加工，所以不能選擇太大的尺寸，但是也不能選擇太小的尺寸，故可以選擇接觸輪直徑為80mm。圖圖3.1接觸輪表面形狀及其與工件接觸狀況接觸輪的硬度取決于包覆材料的軟硬，根據(jù)不同的包覆材料可以將接觸輪分為軟接觸輪和硬接觸輪。如圖3.1所示。軟接觸輪具有磨粒上所受的壓力較小的特點(diǎn)，砂帶磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削力小，能夠更好的適應(yīng)工件的外形。相反的，硬接觸輪具有磨粒上所能承受的壓力大的特點(diǎn)，所以磨削時(shí)所產(chǎn)生的磨削力相應(yīng)就會(huì)很大，雖然沒有很好的適應(yīng)工件外形的能力，但卻擁有磨削量大的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于船用螺旋槳葉片的加工，根據(jù)上文的分析，由于葉片屬于復(fù)雜的空間曲面，所以需要良好的適應(yīng)工件外形的能力，又因?yàn)楣ぜ?duì)表面質(zhì)量也有一定的要求，所以采用硬接觸輪就很難得到我們想要的螺旋槳葉片，這樣的話，我們就只能選擇軟接觸輪來進(jìn)行加工了，再選用粒度較小的砂帶，這樣就能夠得到較為光滑的加工表面。除此之外，接觸輪的齒形也對(duì)砂帶的磨削力有著一定的影響。接觸輪愈光滑，粗糙度愈小，工件的加工表面質(zhì)量就愈好，就愈能達(dá)到的預(yù)期的目標(biāo)。根據(jù)上面的分析，可以選擇接觸輪直徑為80mm的平滑軟接觸輪來對(duì)螺旋槳葉片進(jìn)行磨削加工。對(duì)接觸輪的三維建模效果圖如下：圖3.2接觸輪三維建模圖3.3.2張緊輪設(shè)計(jì)張緊機(jī)構(gòu)是許多加工中都要用到的部件，比如說，在鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)中都必須要有張緊機(jī)構(gòu)。張緊機(jī)構(gòu)是對(duì)鏈傳動(dòng)以及帶傳動(dòng)進(jìn)行張緊的裝置。砂帶磨削從外觀來講，也應(yīng)該是屬于帶傳動(dòng)的類型，所以必須要有張緊機(jī)構(gòu)。因?yàn)樯皫Ь哂袕椥缘奶攸c(diǎn)，必須要有張緊機(jī)構(gòu)使得砂帶張緊，砂帶才能夠正常工作，張緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的張緊力通過張緊輪使砂帶張緊，并在驅(qū)動(dòng)輪作用下帶動(dòng)砂帶進(jìn)行磨削，張緊輪不但起著張緊砂帶的作用，還在一定程度上起著導(dǎo)向的作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪的尺寸選擇也是有要求的，張緊輪的直徑不能過小，過小的話，容易引起砂帶振動(dòng)，對(duì)磨削精度有很大的影響。在一定范圍內(nèi)，張緊輪直徑越大，導(dǎo)向控制越靈敏。但如果張緊輪直徑過大，就會(huì)造成機(jī)構(gòu)不緊湊。為了使砂帶定心，可以把張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪做成凸弧形，如圖3.3所示。中凸高度值不能做得太大，否則的話就會(huì)造成砂帶振動(dòng)，并且使得砂帶受力不均勻，從而造成砂帶中部受損。圖3.3張緊輪的凸弧表面實(shí)踐中中凸值常由砂帶寬度決定（見表）B>40-60≧60-100≧100-150≧150-200≧250-400H11.251.52.02.5也可按下面公式計(jì)算：式中，為張緊輪寬度，單位mmB為砂帶寬度。張緊輪與砂帶寬度設(shè)定為一樣的，即，目的是防止在啟動(dòng)砂帶時(shí)的橫向移動(dòng)而損壞其他磨頭件。此次設(shè)計(jì)中，因?yàn)锽=37mm，所以H=0.27=1.64mm通過計(jì)算得到：H=1.64mm。對(duì)于張緊輪的直徑，前面我們提到了砂帶磨削中必須要有一定的包角，這就要求張緊輪的直徑必須大于接觸輪的直徑。故可以選定張緊輪直徑為D1=100mm。綜上所述，張緊輪直徑D2=100mm，中凸值H=1.64mm。3.4砂帶張緊力計(jì)算砂帶的張緊力對(duì)磨削力的大小有一定的影響，我們必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定。砂帶張緊力的簡(jiǎn)單公式為：F=PB式中P——接觸輪的接觸應(yīng)力，通常取為P=50～100N/25mmB——砂帶寬度,此處取為37mm由公式計(jì)算得：F=PB=74～148N砂帶的張緊程度對(duì)砂帶磨削過程有極其重要的作用，它直接影響到砂帶磨削中的磨削效率以及磨削表面質(zhì)量，還與砂帶的使用壽命有直接的關(guān)系。在張緊力的選擇中，還應(yīng)考慮到接觸輪的硬度以及砂帶的彈性變形。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中選用的是平滑軟接觸輪，所以在磨削加工中選擇低一點(diǎn)的砂帶速度能夠讓砂帶獲得良好的柔性，在砂帶不跑偏的前提下，應(yīng)該選擇較小的張緊力，此處我們可以取砂帶的張緊力F=80N。3.5張緊機(jī)構(gòu)張緊機(jī)構(gòu)是磨頭機(jī)構(gòu)中很重要的一環(huán)，要使磨削工作能夠正常進(jìn)行，砂帶必須要處于長(zhǎng)進(jìn)狀態(tài)。因?yàn)樯皫ハ魇菑椥阅ハ?，在磨削過程中砂帶會(huì)發(fā)生彈性變形而伸長(zhǎng)，就導(dǎo)致預(yù)緊力下降，因此，砂帶要重新張緊才行。砂帶的張緊方式有兩種：內(nèi)部張緊和外部張緊。其中內(nèi)部張緊是把張緊輪壓在砂帶的背面，相反的，外部張緊是把張緊輪壓在砂帶的砂面，此次設(shè)計(jì)選擇的是內(nèi)部張緊。此外，張緊機(jī)構(gòu)還可以分為周期性張緊裝置和自動(dòng)張緊裝置。周期性張緊裝置大都是通過螺紋或者蝸輪副來張緊的，這里不過多介紹。自動(dòng)張緊裝置的張緊方式有很多，比如說氣動(dòng)、液壓自動(dòng)張緊，還有用彈簧和配重自動(dòng)裝置的。其中氣動(dòng)張緊裝置是通過氣壓來實(shí)現(xiàn)張緊的，穩(wěn)定性很好。因?yàn)閷?duì)螺旋槳葉片的磨削加工中，螺旋槳葉片旳型面比較復(fù)雜，加工需要的變化很大，所以選擇自動(dòng)張緊裝置比較合適，本設(shè)計(jì)中所選取的是張緊氣缸自動(dòng)張緊裝置，能夠在磨削加工中產(chǎn)生恒定的張力，使得磨削過程具有良好的穩(wěn)定性[16]。3.6砂帶尺寸選擇及計(jì)算通常情況下，在選取砂帶尺寸時(shí)，遵守“寧長(zhǎng)勿短”的原則，因?yàn)樯皫У闹荛L(zhǎng)越長(zhǎng)其使用壽命也越長(zhǎng)。同時(shí)，砂帶的尺寸越長(zhǎng)，磨頭機(jī)構(gòu)中的相關(guān)零件也更容易布置，但當(dāng)砂帶尺寸過大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致砂帶煽動(dòng)以及機(jī)床空間尺寸過大。然而尺寸過小時(shí)，砂帶工作循環(huán)次數(shù)就會(huì)增多，同時(shí)參與磨削的磨粒數(shù)目亦會(huì)減少，就會(huì)造成砂帶使用壽命減少。因此選擇合適的砂帶尺寸極其重要。根據(jù)上面的要求可選砂帶為：850mm×37mm，其粒度為P=160，這樣能夠滿足具體的螺旋槳葉片的加工要求。因?yàn)樯厦嫖覀円呀?jīng)選定好了接觸輪和張緊輪的直徑，又選定了砂帶型號(hào)，即已知：接觸輪直徑D=80mm，張緊輪直徑D1=100mm，砂帶長(zhǎng)度L=850mm。這樣就可以計(jì)算出帶輪間的中心距d以及砂帶的包角a，公式如下：計(jì)算中心距：d=（L-πDm）/4+（QUOTE）/4式中Dm=（D+D1）/2；△=（D1-D）/2；可得：d=621.2mm砂帶驅(qū)動(dòng)輪的包角：a=180°+[(D-D2)×60°]/d可得：a=184.83°因?yàn)榘堑拇笮?huì)直接影響到砂帶傳遞載荷的能力，包角越大，傳遞載荷的能力就會(huì)越強(qiáng)，通常來說包角愈大愈好。如果包角太小，傳遞動(dòng)力的時(shí)候就會(huì)容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。為了防止打滑現(xiàn)象，所以計(jì)算包角必須不得小于許用包角值[a]，即a≥[a]這在磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)非常重要。查閱相關(guān)資料得知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪是鋼材或鋁材的時(shí)候可以取[a]=150°，而此次設(shè)計(jì)中a=184.83°，符合條件。3.7砂帶磨削過程中的受力分析：上文提到此次設(shè)計(jì)將采用接觸輪式磨削，而接觸輪式磨削是砂帶磨削所有類型中應(yīng)用最為廣泛的，也是最具有代表性的，它有兩種結(jié)構(gòu)方式：一種是接觸輪直接作為驅(qū)動(dòng)輪，另外一輪子作為張緊輪；再一種是接觸輪不作驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)又作為張緊輪?？紤]到機(jī)床的總體布局，此次設(shè)計(jì)中采用后面一種方式，即接觸輪不做驅(qū)動(dòng)輪的形式。砂帶磨削過程中的砂帶受力分析如下：當(dāng)砂帶靜止的時(shí)候，即是砂帶沒有傳遞載荷，砂帶上下兩邊的張力均為砂帶初張力Fo。當(dāng)砂帶旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪對(duì)砂帶對(duì)砂帶產(chǎn)生一個(gè)帶動(dòng)力，設(shè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)砂帶的作用力為Ff（有效圓周力）。砂帶與工件接觸產(chǎn)生一定的磨削力，可以分成法向磨削力（Fn）和切向磨削力（Ft），并反作用于砂帶。這時(shí)候砂帶兩邊的張力會(huì)產(chǎn)生變化，分別記為F1和F2。在砂帶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有可能會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，打滑是指由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的滑動(dòng)，也稱為彈性滑動(dòng)。在臨界狀態(tài)（即砂帶磨削中將要產(chǎn)生卻又沒有打滑的狀態(tài)）時(shí)，存在如下關(guān)系：Ff+F1=Ft+F2如果不考慮輪子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和輪磨削中所產(chǎn)生的摩擦阻力，應(yīng)該有：F1=F2，得Ff=Ft。因此，在設(shè)計(jì)中我們要防止打滑現(xiàn)象得產(chǎn)生。為了使砂帶能夠正常磨削而不產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，必須得有Ff>Ft。根據(jù)平帶傳動(dòng)原理可知，有效圓周力Ff與張緊力Fo和輪子結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系是：a其中Fo——砂帶初張力，選Fo=100Ne——自然對(duì)數(shù)的底（e=2.718...）u——砂帶和驅(qū)動(dòng)輪接觸面之間的摩擦系數(shù)a——砂帶繞驅(qū)動(dòng)輪的有效包角通過計(jì)算可以得出理論圓周力，而實(shí)際圓周力應(yīng)為：Ffo=Ff+kuFn式中k——與接觸弧長(zhǎng)和接觸輪開槽情況有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)接觸輪無開槽時(shí)k=1；Fn——法向磨削力。最終通過計(jì)算可得實(shí)際圓周力為：Ffo=1311N4螺旋槳葉片砂帶磨削三維建模4.1三維建模的意義三維建模是把虛擬的二維模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體的模型，在三維空間中構(gòu)造三維形體來表達(dá)設(shè)機(jī)構(gòu)想，讓人一目了然，在設(shè)計(jì)過程中具有重要的意義。三維建模是設(shè)計(jì)過程中的一種重要手段三維模型在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用于建筑業(yè)、機(jī)械行業(yè)、汽車行業(yè)航空航天等。此磨頭機(jī)構(gòu)的建模能夠更好地讓人明白磨頭的結(jié)構(gòu)功能特性，同時(shí)在建模過程中我對(duì)磨頭的結(jié)構(gòu)更加了解，才能一步步的優(yōu)化。4.2磨頭機(jī)構(gòu)裝配成形圖此次建模是通過綜合整理前文查詢所得的相關(guān)文獻(xiàn)及其數(shù)據(jù)，利用solidedge進(jìn)行三維建模，并對(duì)建模而成的各個(gè)零件進(jìn)行總體裝配。具體建模圖形如下圖所示：圖4.1磨頭機(jī)構(gòu)主視圖圖4.2磨頭機(jī)構(gòu)側(cè)視圖圖4.3磨頭機(jī)構(gòu)后視圖5功能分析本次設(shè)計(jì)中，對(duì)于磨削方式的選擇我們隊(duì)開式磨削和閉式磨削都進(jìn)行了說明，其中開式磨削的磨削精度很高，但是不適合本次設(shè)計(jì)的要求，最終選擇了閉式磨削作為本次設(shè)計(jì)的磨削方式。閉式砂帶磨削的磨削效率相當(dāng)高，這就很好地滿足了實(shí)際生產(chǎn)中的加工要求。磨頭機(jī)構(gòu)作為最關(guān)鍵的砂帶磨床機(jī)構(gòu)，它的精度決定了整個(gè)磨床的加工性能，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)各個(gè)零件都是仔細(xì)分析其功用再逐步設(shè)計(jì)，因此在設(shè)計(jì)過程中老師要求我一點(diǎn)也不能馬虎大意。此磨頭機(jī)構(gòu)是根據(jù)螺旋槳葉片是空間曲面加工而設(shè)計(jì)的。在張緊輪的設(shè)計(jì)中選擇了比接觸輪大的直徑，這就保證了在磨削過程中就有一定的包角。而接觸輪的設(shè)計(jì)中保證了較大的磨削接觸面積，而三個(gè)惰輪的設(shè)計(jì)就保證了砂帶能夠有足夠的長(zhǎng)度。在磨頭機(jī)構(gòu)中通過三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，砂帶通過纏繞在驅(qū)動(dòng)輪