万能外圆磨床总体布局设计说明书622020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正万能外圆磨床总体布局设计摘 要在金属切削机床中，磨床的品种类型无疑是最多的，其中又以外圆磨床的使用最为广泛，它能加工各种圆柱形圆锥形外表面及轴肩端面等，广泛应用于各工业领域磨床加工是金属切削行业的一个重要分支磨床是应用于零件精加工，特别是淬硬钢件和高硬度特殊材料精加工的一种机床近年来由于科学技术的发展，现代机械零件的精度和表面粗糙度要求越来越高，各种硬度材料日益增多，因此磨床的应用越来越广泛万能外圆磨床是工业生产中应用广泛的一种精加工机床基于市场对外圆磨床的变速要求高，磨削外圆直径大的要求，经过重新布局和对主轴箱的设计后，外圆磨床的加工性能得到了很大的提高，外形更加美观，结构更紧凑，操纵也更方便，更省力主轴可获得6种转速，磨削直径也增加到了320毫米这些改变都给操纵工人和维修人员带来方便，基本达到了以人为本的目的关键词：外圆磨床；磨削精度；精加工；粗糙度THE OVERALL LAYOUT DESIGN OF ALMIGHTY CYLINDRICAL GRINDERABSTRACTType of variety in the metal cutting machine tool, grinding machine is undoubtedly the most, the most widely used and outside grinder, it can processing all kinds of cylindrical cone outer surface and the shaft shoulder end, widely used in various industrial fields.Grinding machine processing is an important branch of the metal cutting industry.Grinder is a machine which is widely used in finish processing of the part , especially for the hard steel and the finish machining of the high rigidity special materials. In recent years, with the development of the technology, the need for machine’s precision and surface roughness is getting higher and higher. At the same time, the high rigidity materials are manifold, so the grinder machine is used more widely now.Universal cylindrical grinder is a finishing machine widely used in industrial production.Based on the high demand for cylindrical grinder and the bigger diameter of the grind circularity, the performance cylindrical grinder has gained a prodigious improvement after renewing the layout and designing the headstock. The machine now has the features of perfect, compact, convenient and labor saving. The principal axle can provide six rotation speeds, and the diameter has also increased to 320 millimeter. All of these changes has brought more and more convenient for the manipulators and the maintaining workers. So the changes have achieved the goal of center on human. KEY WORDS: Cylindrical Grinder, Grinding Precision, Finish Machining, Roughness 目 录第1章 前言 1§1.1 选题背景和意义 1§1.2 国内外发展现状 1§1.3 机床设计的基本要求 2§1.4 本课题的研究内容和选题设想 3§1.5 预期成果 4第2章 机床总体方案的确定 6§2.1 总体设计 6§2.1.1 主要技术指标设计 6§2.1.2 总体方案设计 6§2.1.3 总体方案综合评价和选择 6§2.1.4 总体方案的设计修改和优化 7§2.2 详细设计 7§2.3 机床整体综合评价 7§2.4 本章小结 7第3章 总体布局的设计 8§3.1 机床总体布局的分析 8§3.2 总体布局的初步拟定 8§3.3 总体布局的最终确定 9§3.4 本章小结 10第4章 机床各主要零部件设计计算 11§4.1 磨床基本参数的确定 11§4.2 变速机构中轴的设计计算 12§4.2.1 计算各轴功率 12§4.2.2 计算各轴转速 13§4.2.3 计算各轴初选最小轴径 13§4.3 主轴的结构设计 14§4.3.1 主轴的初步确定 14§4.3.2 主轴的计算校核 14§4.4 带轮的设计校核计算 21§4.4.1 确定和计算功率 21§4.4.2 选取V带带型 21§4.4.3 验算带速 21§4.4.4 计算各带轮中心距的确定 21§4.4.5 验算小带轮包角 22§4.4.6 确定带轮初拉力 22§4.4.7 计算带轮的压力 23§4.5 齿轮的计算与校核 23§4.5.1 设计一对两连环齿轮 23§4.5.2 齿轮的校核 24§4.6 本章小结 26第5章 磨床其它部件的设计 27§5.1 头架的设计 27§5.2 尾座的设计 28§5.3 砂轮架的设计 28§5.4 横向进给机构的设计 30§5.5 工作台的设计 31§5.6 本章小结 32第六章 结论 33参考文献 34致谢 35第一章 前 言§1.1 选题背景和意义近年来，由于科学技术的发展，现代机械零件的精度和表面粗糙度要求越来越高，各种高硬度材料应用日益增多，同时精密铸造和精密锻造工艺的发展，又可能将毛坯直接磨成成品；另外，随着高速磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提高了磨削效率。
因此磨床的适用范围日益扩大，它在金属切削机床中占的比重不断上升根据所学专业的需要，为了使所学知识能够灵活运用，经过考虑，最终选择外圆磨床作为我的毕业设计§1.2 国内外发展现状当今用户在购买机床时，对机床的性能，功效及精密度方面有了更高的要求，能够适应这种高要求的，首推为数控机床用于精加工的磨床，数控磨床更能实现高效、高精度，多功能及操作方便瑞士著名外圆磨床生产厂斯图特公司生产的小型数控万能外圆磨床使用了最新型号的FANUC21i数控系统，可经过随机键盘、软盘、编程器或标准接口输入输出程序美国哈丁格公司的万能外圆磨床中，为四轴两两联动，不但X轴和Z轴联动，而且X轴（砂轮架进刀轴）与C轴（头架主轴回转轴）联动这种联动可实现非原磨削，这对砂轮进刀机构，砂轮架导轨和数控系统的响应速度等都有特殊要求国内北京第二机床厂制造的GL5A（P）-2数控外圆磨床，采用先进的GC32G-E专用磨床数控系统，具有磨削过程程序变换，工件品质管理，机床状态监控，故障自诊断及异常保管等全方位控制功能菜单式界面输入操作简便上海机床厂有限公司生产的H246数控端面外圆磨床，采用两轴联动数控系统，具有砂轮架自动进给，自动顶紧工件，自动测量工件，头架自动准停功能。
险峰机床厂的MK8440数控磨床，采用闭环补偿磨削参数，在进行连续补偿磨削时，自动进行曲线与理论曲线比较，在达到预输入精度要求后，自动停机当前数控装置的软硬件价格不断下降，也为各厂家发展数控磨床提供了有利条件在21世纪，工业界面临的挑战却是以较低的成本获得更高的质量，面对这一挑战，并非像许多人误导所设想的那样——修改产品的设计或降低生产成本，解决这一问题的最佳方式往往是选择最先进的设备和生产工艺对于高精度工件的高效率生产制造，恰恰取决于制造者在工件的一次装夹中实现万能加工的能力，这也是现今磨床也发展得趋势§1.3 机床设计的基本要求 1、工艺范围 机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围（包括加工方法、工件类型、加工表面形状、尺寸等）的加工功能，因此，也能够把工艺范围称之为机床的加工功能对于专用机床，工艺范围较窄，相应的功能也较少而普通机床，工艺范围较宽，功能较强，特别是多品种，小批量生产需求的增加，要求扩大机床的功能机床功能的增加，将使机床的结构复杂程度增加，制造难度、制造周期及制造成本增加对于生产率，就机床本身而言，功能增加，可能会使生产率下降，但就机械制造系统（或工件的制造全过程）而言，机床功能的增加，将会减少工件的装卸次数，减少安装、搬运等辅助时间，会使总的生产率提高。
机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择大批量生产用的专用机床的功能设置较少，只要满足特定的工艺范围要求就行了，以获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果单件小批量生产用的通用机床则应扩大机床的功能2、柔性随着多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性所谓空间柔性也就是功能柔性，指的是在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广，一台机床具备有几台机床的功能，因此在空间上布置一台高柔性机床，其作用等于布置了几台机床所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部分重新组合，构成新的机床功能，即经过机床重构，改变其功能，以适应产品更新变化快的要求又如，有的单件或极小批量FMS作业线上，经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别，根据其加工要求，在作业线上就可自动进行机床功能重构，有些重构几秒钟内即可完成，这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能3、与物流系统的可亲性可亲性就是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。
对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统（如输送线）是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便4、刚度机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度5、精度为保证能加工出一定精度的工件，作为工件母机的机床必须具有更高的精度要求机床精度分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度（加工精度）6、噪声噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染设计和制造过程中要设法降低噪声7、生产率和自动化机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产率越高对用户而言，使用高效率的机床，能够降低工件的加工成本，机床的自动化程度越高，则它的生产率越高，加工精度的稳定性越好，越容易适应自动化制造系统的要求8、成本成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比9、生产周期为了快速响应市场需求变化，生产周期（包括设计和制造）是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。
这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法，如CAD、模块化设计等10、可靠性应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的概率要高11、造型与色彩 机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求进行设计§1.4 本课题的研究内容和选题设想 1.主要研究内容该外圆磨床的结构组成、工作原理、传动系统，根据工件的要求和加工条件合理选择砂轮架主轴的加工参数2.选题设想本课题的设计包括外圆磨床的总体设计，头架的结构设计，尾架的结构设计，砂轮架的结构设计，横进给机构设计头架机构和尾架机构用于顶紧工件，砂轮架是用来磨削工件表面的，横进给机构是为了实现砂轮架的横进给运动本课题确定了一套设计方案：采用三台电动机：一台经过电动机皮带轮带动头架主轴转动，由主轴带动顶针旋转以磨削工件，次电机选择为双速电机，能够实现6级变速，以实现不同加工速度；一台经过皮带带动砂轮架主轴转动，以带动装在主轴上的砂轮旋转来磨削工件外表面另外一台为液压泵电机带动液压泵旋转§1.5 预期成果 经过计算和材料的选择，顺利完成设计目的，具有较强的实用性，符合设计要求。
最终实现箱体的装拆方便，6级变速，以提高加工效率和加工精度 第2章 机床总体方案的确定§2.1 总体设计§2.1.1 主要技术指标设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同主要技术指标包括：(1) 用途 即机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等2) 生产率 包括加工对象的种类、批量、及所要求的生产率3) 性能指标 加工对象所要求的精度（用户订货设计）或机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标4) 主要参数 即确定机床的加工空间和主参数5) 驱动方式 机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动方式电机驱动方式中又有普通电机驱动、步进电机驱动和伺服电机驱动驱动方式的确定不但与机床的成本有关，还将直接影响运动方式的确定6) 成本及生产周期 无论是订货还是工厂规划产品，都应确定成本及生产周期方面的指标§2.1.2 总体方案设计总体方案设计包括：(1)运动功能设计 包括确定机床所需运动的个数、形式（直线运动或回转运动）、功能（主运动、进给运动、其它运动）及排列顺序、最后画出机床的运动功能图。
2)基本参数设计 包括尺寸参数、运动参数、动力参数设计3)传动系统设计 包括传动方式及控制原理、控制系统图设计§2.1.3 总体方案综合评价和选择在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案§2.1.4 总体方案的设计修改和优化对所选择的方案进行进一步的修改或优化，确定最终方案上述设计内容，在设计过程中要交叉进行§2.2 详细设计(1)技术设计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化2)施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等§2.3 机床整体综合评价对所设计的机床进行整机性能分析和综合评价上述步骤可重复进行，直到达到技术结果满意为止在设计过程中，设计和评价重复进行，能够提高一次设计成功率§2.4 本章小结 本章从总体上对机床方案进行了初步确定，并确定了详细设计的步骤和方法经考察了解这种构想符合实际，合乎要求 第3章 总体布局的设计§3.1 机床总体布局的分析由于机床的总体布局关系着机床的性能，质量和整体的合理型，因此在决定机床布局时，应注意以下几个问题：1、刚度，精度，抗振性和稳定性支撑部件应力求有足够的刚度，运动部件在不影响本身刚度的条件下，应尽可能做到体积小，重量轻。
2、机床的布局应尽量使传动链较短，以简化结构，提高传动精度和效率，减少功率损失和发热量，降低制造成本采用合理布局，例如分离传动，热平衡的布局形式等如M7150A床身的布局形式，把油池搬到床身外，下部采用“热补偿油沟”，导轨采用静压润滑，使其上下温度基本一致3、机床操作与调整要简单，装拆与维修要方便，排屑与冷却要畅通，联锁与防护要安全可靠在考虑机床布局时必须重视减轻工人的劳动强度，改进劳动条件和环境，如操作手柄位置高低适当，并尽量集中，应考虑吸尘和消雾装置；高效率，半自动化机床特别注意冷却液的过滤和调换方便问题4、 床的外型轮廓应美观，大方和协调§3.2 总体布局的初步拟定根据3.1节中所作的分析，能够从大致上知道了总体布局需要涉及的问题此时参看设计任务书可知道设计的要求因此，总体布局必须要完成设计所要求的内容一般来说，外圆磨床的主轴箱即床头箱放在左上面，这样是为了适应右手操作的习惯和便于观察测量磨床由于刀架和砂轮较小，为方便操作，刀架布置在工件前面由于结构的要求，横向进给箱应在刀架的正对面，尾座放在导轨上面由于左床腿承受的力较大，故左床腿尺寸要大些，右床腿能够小些一般车床的高度都在800~1300mm之间。
为了工人的操作方便（例如摇动溜板箱的手柄后刀架上的溜板，床过低就不适合操作），要将左右两床腿同时加高一部分，大约在400~500mm之间最为适宜主要材料采用水泥等即可主轴箱、进给箱的润滑采用箱体外循环、集中润滑，这样可降低主轴箱温升，减少热变形刀架上安装快速移动的电机，这样能够省时，提高工作效率磨床的外观造型模仿原M131车床的大致外观，在一些细节方面作些改动主要是因为原来的外观就非常美观，而且布局合理，结构紧凑，占地面积小§3.3 总体布局的最终确定上述中已对主体布局进行了分析和初步拟定，因此总体布局的大致构成以如前述，再根据原磨床的实际布局形式，取其优点，经过实地测量和分析各部分的尺寸，我最终确定了自己的总体布局方案，详见主视图3.1和左视图3.2 图3.1 外圆磨床左视图 图3.2 外圆磨床右视图§3.4 本章小结 本章对磨床的总体布局作了设计，经过仔细分析和研究知道了总体布局所需要涉及的问题，取原磨床的优点，经过测量和分析，确定了自己的总体布局方案。
第4章 机床各主要零部件设计计算§4.1 磨床基本参数的确定§4.1.1、磨床基本参数确定初选砂轮为300×50×203；磨削直径范围320~8mm；最大磨削长度1000 mm；机床床身规则3400×1740×1650mm由参考文献[1]可查外圆磨削的速度为30～35m/s，因此取m/s (4.1)r/minr/min§4.1.2、主电机的选择大带轮取D=126，d=112；在带轮传动中，转动速度为r/min取主电机n=1440r/min，4kw查参考文献[1]得转速数列为：单位（r/min）头架电机为1.1kw（740 r/min，1450 r/min）双速电机由于头架电机为双速电机，740 r/min，1450 r/min经过带轮而降低转速由参考文献[1]可得： (4.2)塔轮的传动比为，，r/minr/minr/minr/min因此传动比分别为24.7，6.8，4.6当电机转速为1450 r/min时，传动比不变，转速分别为：r/min r/min r/min§4.2 变速机构中轴的设计计算§4.2.1 计算各轴功率由4.1节能够确定电机类型：Y系列三相异步电动机；型号：Y80；其电动机输出功率=1.1kw，=0.92， Ⅰ轴： kwⅡ轴： kwⅢ轴： kw§4.2.2 计算各轴转速Ⅰ轴： =740×0.293=216.5r/minⅡ轴： =216.5×0.357=77.3 r/minⅢ轴： =77.3 ×0.4=30 r/min§4.2.3 计算各轴初选最小轴径选轴的材料为45钢。
A=126—103由参考文献[1]可得：实心轴直径为： （4.3）空心轴直径为： （4.4） Ⅰ轴： ~mmⅡ轴： ~mmⅢ轴： ~mm§4.3 主轴的结构设计§4.3.1 主轴的初步确定(1) 拟定轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括带轮，套筒，右端轴承和轴承端盖及联轴器依次由左端装配，仅右端轴承和轴承端盖由右端装配2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度3) 装左端轴承经过轴肩和垫圈，轴承套和端盖实现轴承的轴向定位，和径向定位4) 装轴承段：如零件图这段（两）轴径由滚动轴承的内圈孔径决定，因=40，选用深沟球轴承6208，其尺寸为，轴段的长度由滚动轴承的B，轴承与箱体内壁距离S=5~105) 轴上零件的周向固定，轴承与轴的周向固定均采用套筒和轴承断盖来定位，同时为了保证轴承与轴的配合有良好对中性，滚动轴承与轴采用H6/K6定出轴肩处的圆角半径R=2，轴端倒角取2。
§4.3.2 主轴的计算校核 1、初选轴的直径根据参考文献[2]计算所得轴颈最小应为17~21mm，初步选21mm 2、主轴的材料和热处理根据载荷特点和耐磨性的要求查参考文献[2]，选定主轴材料45号钢，调质处理后，在主轴端部，锥孔，空心轴颈部位进行局部高频淬硬50~55HRC，以提高耐磨性，查得N/mm，N/mmN/mm，N/mmN/mm，N/mm3、求轴传递扭矩由于砂轮速度很高，功率消耗很大，主运动消耗功率为P= P P为砂轮电机功率为机械传动总效率取0.7-0.85由参考文献[2]查得P= P (4.5)=4×0.8=3.2 kw因此： T=9.55×10×=9.55×10×=18864N.mm工件圆周进给速度由参考文献[2]得： (4.6)由参考文献[2]求作用在砂轮的径向力： F= (4.7)式中—工件轴向进给量10mm/r；—砂轮径向切入深度0.1mm；，，—为磨削径向力指数，由参考文献[2]查得分别为0.417，0.714，0.751； —磨削系数,查得119.09。
F===635.5N 由参考文献[2]求作用在砂轮的法向力： F= (4.8)，，—法向磨削力指数，由参考文献[2]查得分别为0.417,0.731,0.698； —磨削系数,查得60.04F===317.8 N4、画轴的受力分析图可确定出轴承的支点L=60mm，L=300mm由此能够画出轴的水平面的支撑R= (4.9)= =756 N R=756-630=126 N轴的垂直面内的支撑 ：R= (4.10) = =381.4 N R= 381.4-317.8=63.6 N mmM/N·mmmmMH=37800 N·mmM/N·mmMeq=40116 N·mmmmMC=42328 N·mmMCZ=19050N·mmM/N·mmmmmmM/N·mmM/N·mmT=18864N·mm 图4.1 轴的载荷分析图5、画轴的弯矩图，转矩图 （1）如图4.1水平弯矩图, N·mm (在B截面处)。
2）垂直面弯矩图， N·mm (在B截面处)3）合成弯矩图，在B截面处， N·mm （4）转矩图，T=18864 N·mm1）按弯矩合成应力校核轴的强度由弯矩图知B处的弯矩最大，校核该截面强度截面B处的当量弯矩，N·mm，可得：N·mm校核结果：﹤N·mm，C截面强度足够2）按疲劳强度精度校核轴的安全系数：根据轴的结构和弯矩图及转矩图可见，B—B截面为危险截面，故校核此截面查参考文献[1]得：，尺寸系数，表面质量系数=0.93，钢的，许用安全系数3）弯曲应力幅： (4.11) N/mm4）扭转应力幅： (4.12) N/mm5）只考虑弯矩作用时的安全系数： (4.13) =6）只考虑转矩作用时的安全系数： (4.14)7）安全系数： (4.15) > 因此满足强度要求。
6、主轴扭转刚度的校核根据参考文献[5]计算轴的扭转变形的一般公式如下：(rad) (4.16)式中： —扭转角（rad）； — 轴传递的扭矩(kgf·cm)；—轴产生扭矩变形部分的长度(cm)；—钢的剪切弹性模量，(kgf/cm)； —轴的断面极惯性矩(cm) 对于空心钢轴： (4.17) (4.18)式中：—轴的外径(cm)；—轴的孔径(cm)； —轴传递的额定功率(kw)；—轴的计算转速(r/min) 则 根据公式（3.14）可得： (rad) 则 (rad) (rad) (rad)(rad)(rad)(rad)可得 (rad)根据参考文献[1]得：许用扭转角 由于 ， 故主轴的扭转强度合格。
§4.4 带轮的设计校核计算§4.4.1 确定计算功率由表参考文献[1]查得工作情况系数=1.3，故： (4.19)=1.3×1.1=1.43kw§4.4.2 选取V带带型根据P，n由参考文献[1]选用普通Z型带小带轮的基准直径根据参考文献[1]取=71§4.4.3 验算带速m/s在5~25m / s 范围内，带速合适§4.4.4 计算各带轮中心距的确定中心距小，则传动外廓尺寸小，但带长也短，带的应力循环频率高，寿命短，且包角减小传动能力减低，中心距大 ，则与上 述情况相反因此按下式初选中心矩：﹤﹤ (4.20)实际中心距可用近似计算，即 (4.21) 由于带传动的中心距一般是能够调整的，其变动范围为， (4.22) (4.23)由 公式(4.20)得： ﹤﹤初选=460。
计算带所需的基准长度： (4.24)由参考文献[1]选 + =mm中心距可取范围, 418.55mm a=474.8mm 取 =490同理取 =460 §4.4.5 验算小带轮包角 (4.25） 一般要求故在要求的范围以上，包角合适§4.4.6 确定初拉力因，查参考文献[2]得；由式参考文献[2]得单根普通V带的初拉力 (4.26) N§4.4.7 计算压力由(4.25)和(4.26)所得带入(4.27)得压力： (4.27) N§4.5.齿轮的计算与校核§4.5.1 设计一对两连环齿轮查标准模数系列：取 ，齿数初步设定为,由参考文献[5],得：mmmmmmmm mmmmmm由于mm ，故采用实心式，为减轻重量，故做成薄齿轮mm,取 mm mm 同上：mm ，也采用实心式mm，取 mmmm§4.5.2 齿轮的校核经分析可知，主轴上的一对斜齿轮受力最大，故对其强度进行校核。
1、使用条件分析传递功率0.75kw，主动轮转速n=1500r/min，齿轮比u=1.6 则转矩T= N·mm圆周速度：估计m/s载荷平稳，预计每天工作12小时，使用寿命 ，属于中速、中载、可靠性好的齿轮传动2、一对齿轮的主要参数如下 ，，，， ，，，由参考文献[5]可得验算轮齿的弯曲强度条件： (4.28)式中：为载荷系数,由参考文献[1]得：由于斜齿轮传动，，取 两轮均为硬齿面 ，取 ，取 则 3．选择齿轮的材料，热处理方式按使用条件可知，可选用软齿面齿轮，也可选用硬齿面齿轮，本次设计采用硬齿面齿轮，并具体选用小齿轮：40Cr ，调制处理，硬度270~283 HBS；大齿轮：40Cr ，调制处理，硬度245~255 HBS4．确定许用应力(1) 确定极限应力和齿面硬度：小齿轮按280HBS，大齿轮按250HBS查参考文献[5]：得MPa(2)计算应力循环次数N，确定寿命系数，查参考文献[5]得 ；(3)计算许用应力由参考文献[5]取 参考文献[5]得：MPaMPa参考文献[5]得：MPaMPa5、计算当量齿数： 参考文献[5]查得齿型系数：，，应力校正系数：，，取，N·mm6、计算弯曲应力由公式(4.28)，可得：MPa MPa故轮齿的弯曲强度满足要求。
§4.6 本章小结本章对外圆磨床的带轮，主轴，齿轮进行设计和校核这一章是本说明书的重点，也是设计中尤为关键的一章，其主要对外圆磨床的传动系统进行了系统的设计、计算以及校核经大量的计算验证，传动系统所用的齿轮，轴，带轮，塔轮都在涉及允许范围之内，符合标准规格，经校核其都全部合格第5章 磨床其它部件的设计§5.1 头架的设计头架由底座，体壳，主轴及传动装置组成 头架体壳可绕着轴销在底座上回转0-90度之间的任意角度，并由螺钉紧固，回转角度的大小能够从刻度盘上读出，底座和体壳上分别装有挡销，当转动体壳使两挡销相互紧靠时，头架即回复到了0位（即回转角度为0度主轴轴线与工作台前测定位面平行），这样不但操作方便，而且定位准确，头架经过底座5，用两个L型螺钉固定在工作台左端头架主轴应具有高的旋转精度，刚度，和抗振性，在头架主轴的前后支撑中各有两个滚动轴承，它们都采用面对面排列的方式，即轴承外圈的窄边相对经过修磨隔圈可使轴承预紧轴承的预紧，就是将滚动轴承并紧，使其在空载荷时就在滚动体（滚球，滚子和滚针）与内外圈滚道接触处产生微量的初始弹性变形头架主轴轴承实现预紧的方法是：修磨内隔圈或外隔圈，使内圈的宽度大于外隔圈的宽度。
然后在装配时，使轴承内外圈之间发生轴向相对移动，将滚动体与内外圈滚道压紧滚动轴承经预紧后，不但消除了轴承中原来存在的间隙，而且还在接触处产生了微量弹性变形，提高了轴承的旋紧精度和刚度，因此各种主轴的滚动轴承都经过预紧但预紧力不能过大，否则会使轴承的磨损和发热增大，寿命下降主轴的轴向定位由前支撑中的两个轴承实现作用在主轴的轴向力，经过轴承外圈，套筒，调整圈和法兰传给头架体壳，或经过法兰传给头架体壳主轴前端有精密的莫氏4号锥孔，用于安装前顶尖或其它夹具主轴中心有通孔，安装卡盘或其它夹具时可经过拉杆将其并紧在主轴锥孔中传动工件旋转的带轮，都采用卸荷结构带轮支承在法兰上的滚动轴承上，法兰则固定在头架体壳上，带轮支承在装于头架体壳凸台上的滚动轴承上因此，传动带的拉力不会作用到主轴上，可避免主轴发生弯曲装在中间轴上的带轮，轴装在偏心套内的轴承上，用圆铁棒插在孔中转动偏心套，可调整带轮4和5以及10和11之间的张紧力带轮20和4之间传动带的张紧力，可移动电动机底版进行调节用顶尖装夹工件进行磨削时，主轴必须固定不动为此可拧紧螺钉，使其顶紧主轴后端的螺母将主轴制动此时，工件由装在拨盘上的拨杆经夹头带动旋转。
用卡盘装夹工件进行磨削时，应拧松螺钉，使主轴能自由转动卡盘座锥柄装入主轴锥孔中，用拉杆并紧，并经过拨盘上的螺钉带动卡盘和主轴一起旋转需要拆下卡盘时，应先拧松拉杆，然后在拉杆尾部轻敲一下，再拧下拉杆，即可卸下卡盘螺钉及拉杆均不宜拧得过紧，只需随手拧紧即可如果工件具有莫氏4号锥体则可直接插在主轴锥孔中，同时装上拨块，经过销子带动主轴旋转 §5.2 尾座的设计 尾座用一个螺钉（如尾座装配图所示）固定在工作台右端后顶尖装在套筒左断的锥孔中,套筒与尾架体壳上的孔紧密配合,在弹簧的作用下,它向外伸出顶紧工件,在磨削过程中,工件因为温度升高而膨胀伸长时,套筒可压缩弹簧自动退回一些,以保持顶尖对工件中心孔的压力不变,避免中心孔过分磨损和顶弯工件,利用手柄转动丝杠,使螺母向右或向左移动(螺母因受嵌在后盖长槽中的销子的限制,不能转动)改变弹簧的压缩量,可调整顶尖对工件的顶紧力当装卸工件时,退回套筒能够采用手动或液压传动,手动时,用手顺时针转动手柄,使拨杆带动套筒，克服弹簧力向后退回液动时，用脚踏下操纵尾座阀的踏板，使压力油进入液压缸，推动向后移动套筒前端的密封盖上有一孔，能够装置金刚石笔并用螺钉压紧，以便修整砂轮。
§5.3 砂轮架的设计砂轮架中的砂轮主轴及其支撑部分结构直接影响工件的加工质量，应具有较高的回转精度，刚度，抗振性，它是砂轮架部件中的关键结构砂轮主轴的前，后径向支承都为“短三瓦动压型液体滑动轴承”，每一个滑动轴承由三块扇形轴瓦组成，每块轴瓦都支承在球面支承螺钉的球头上调解球面支承螺钉的位置，即可调整轴承的间隙，一般间隙为0.015~0.025mm之间短三瓦轴承是动压型液体滑动轴承工作时必须浸在油中当砂轮主轴向一个方向高速旋转以后，三块轴瓦各在其球面螺钉的球头上，摆动到平衡位置，在轴和轴瓦之间形成三个楔形缝隙.当吸附在轴颈上的油液有入口被带到出口时，使油液受到挤压，于是形成压力油楔，将主轴浮在三块瓦中间，不与轴瓦直接接触，因此它的回转精度较高当砂轮主轴受到外界在和作用而产生径向偏移时，在偏移方向处楔形缝隙变小，油膜压力升高，而在相反方向处的楔形缝隙增大，油膜压力减小于是便产生了一个是砂轮主轴恢复到原中心位置的趋势，见效偏移由此可见，这种轴承的刚度也是较高的砂轮主轴运转的平稳性对磨削表面质量影响很大，因此，对于装在砂轮主轴上的零件都要经过仔细平衡特别是砂轮，直接参与磨削，如果它的重心偏离旋转的几何中心，将引起振动，降低磨削表面的质量。
砂轮架由砂轮架体壳，砂轮主轴及其轴承，滑鞍零件组成，其外形如磨床整体图，砂轮架体壳相对滑鞍上的转盘，可在水平面内回转一定的角度，并用螺钉紧固，转角的大小能够从刻度盘读出滑鞍可沿着垫板的滚动导轨作横向进给砂轮主轴和支撑它的轴承是该部件的主要零件由于主轴的回转精度和运转平稳性对加工精度及工件表面粗造度有直接的影响，因此主轴应具有高的回转精度，刚度，抗振性，耐磨性和运转平稳性为了达到上述的要求，磨床上一般采用特殊结构的滑动轴承或高精度滚动轴承，磨床采用的是称为短三瓦的自动定心轴滑膜动轴承为了使主轴保持良好的工作状态，主轴轴颈和轴瓦之间应保持适当间隙为了提高主轴旋转精度和轴承工作时的刚度，可减小轴承间隙但间隙也不能过小，间隙过小会造成运转时温升过高，严重时甚至会发生抱轴故障，新机床的轴承间隙在出厂前既调整好，冷态时间间隙在0.015mm---0.020mm之间在工作过程中，如果发现因轴承间隙增大而影响加工质量时，则需进行调整一般情况下只需调整最下面的一块轴瓦就能够，其余两块则保持不动轴承间隙调整如下：先从主轴上卸下砂轮法兰盘和传送带，放去一定量的润滑油，并测量出前后轴承间隙的大小，然后拧紧螺钉，锁紧螺钉和空心螺钉，接着调节球头螺钉，当达到要求的间隙后，将空心螺钉拧上（为了保证锁紧可靠必须注意其端面不能与球头螺钉接触），再装进锁紧螺钉将球头螺钉吊紧。
前轴承调整好后，再用同样方法调整轴承主轴的轴向定位由装在主轴后端的轴向止推环和推力球轴承来实现，向右的轴向力由止推环承受（止推环起润滑轴承的作用），向左的轴向力由推力球轴承承受，其承受轴向力的大小由弹簧调整轴承磨损后借此弹簧力可自动消除间隙§5.4 横向进给机构的设计 用于实现砂轮的横向移动，有手动粗，细工作进给和液动自动周期粗，细进给以及快速进退它是磨床上控制加工零件直径尺寸的一个重要部件，对它的基本要求是操作要求是操作轻便，进给，定位要准确机床的横向进给机构由进给传动机构和进给移动机构两部分组成进给传动机构部分主要有手轮，刻度盘，齿轮传动机构，液动棘爪液压缸和棘轮等见进给机构装配图进给移动机构部分主要有丝杠，螺母，液动快速进退液压缸和定位装置等手轮、套、棘轮用螺钉连接在一起，套用键与轴连接，在轴的左端装着双联齿轮两对，将运动传给主轴，再经过一对齿轮使丝杠旋转从而传动固定在砂轮上的半螺母，使砂轮架沿滚动导轨移动拉出或推入手柄，改变双联滑移齿轮的啮合位置，便可或得粗进给或细进给同样，在液动自动周期进给时可或得粗进给或细进给自动周期进给由压力油推动棘爪液压缸来实现，在棘轮阀中间装着棘抓，它在弹簧销推力作用下，与固定在手轮棘轮相啮合，棘轮和手轮用螺钉连接在一起，当压力油推动棘爪阀移动时，棘爪带动棘轮转动，主轴随之转动，使砂轮架或得一次周期进给，改变遮板的位置，可控制每次棘爪阀移动时的有效撑牙数，从而得到不同周期的进给量的大小。
为了防止棘爪阀复位时产生进给倒回，在进给传动机构的体壳上装有弹簧销，始终压住棘轮，使存在一定的阻尼带有内齿轮的刻度盘空套在套上，刻度盘经过行星轮，旋钮以及定位销和手轮相连接，如果把旋钮向外拉出，使它与手柄上的销子脱开，这样旋转旋钮，就能够经过齿轮Z=48，Z=50，Z=12，以及内齿轮Z=110，带动刻度盘相对手轮转动任意角度把旋钮推入，使销子插入旋钮上21个小孔中的任何一个小孔中后，刻度盘就和手轮连接在一起刻度盘的外圆周上装有零件撞块，在磨削一批尺寸相同的工件时，可用它来控制工件直径其工作方法如下：将第一个工件磨至需要尺寸后，拉出旋钮并转动，使刻度盘转至撞块与定位块相碰为止，然后将旋钮推入定位销这样调整后，再磨削第二，三个工件时，只需要转动手轮到零位撞块与定位块相碰，便可或得与第一个工件相同的直径，但需要注意在磨削过程中随着砂轮的磨损，工件尺寸逐渐变大，有时由于砂轮架与头架的热变形而产生位移，会使工件尺寸逐渐变小，此时需根据工件尺寸的变化情况来调整若工件尺寸变大，拉出旋钮逆时针转动一定的格数，使刻度盘上零件撞块向着进给方向转过一定的刻度，补偿砂轮的磨损若工件尺寸变小，则拉出旋钮顺时针转动一定的格数。
砂轮架的快速进退由压力油推动快速进退液压缸中活塞杆而获得进给丝杠的左断与进退液压缸中活塞杆的右端，经过两个角接触轴承连接，它们之间可相对转动，但不能作相对轴向移动，丝杠的右端有花键，与齿轮的花键配合，可相对滑移当压力油进入进退液压缸，推动活塞左右移动时，活塞杆可带动丝杠轴向移动，并经过与丝杠啮合的半螺母使砂轮架快速前进和后退，丝杠的右端装有淬硬的定位头，当其快速前进至终点位置时，定位头顶紧在定位螺钉的淬硬端面，实现快速定位，砂轮架每次快速定位后，其位置的变动大小，称为砂轮架的快速引进重复定位精度该精度会直接影响批量工件的尺寸分散度，工件的直径之差是定位精度误差的两倍，因此在机床精度标准上有规定的允许值，外圆磨床规定其重复定位精度误差不大于0.002mm/10次§5.5 工作台的设计工作台相对于底座可作较小的回转调整，用以磨削锥形工件调整时，用扳手转动刻度盘，经过丝杠螺母机构，使工作台绕定位心轴转动一角度对于中心距为1000，1500， 毫米三种不同规格的磨床，工作台可分别转过7度，6度，5度液压缸固定在底座的下部工作台面做成倾斜10度的型面，能加快冷却液和铁屑流出，并有利于保持尾架移动的精度。
工作台左端标牌用来指示液压缸放气阀旋钮“开”与“关”的位置§5.6 本章小结 这一章是本说明书不可缺少的部分，也是设计中尤为关键的一章，其主要对磨床的其它结构进行了系统的设计经过这一章的设计，万能外圆磨床的机构已完成 第六章 结 论 至此，我已完成了万能外圆磨床的总体布局和主轴箱的设计经过重新布局和对主轴箱的设计后，外圆磨床的加工性能得到了很大的提高，外形更加美观，结构更紧凑，操纵也更方便，更省力因为在选择了双速电机，主轴可获得6种转速在头架的箱体上加了一个连接盖，使箱体能够轻松拆装这些改变都给操纵工人和维修人员带来方便，基本达到了以人为本的目的可是，此磨床依然存在着一些问题：（1）生产率较低2）只适用于单件小批生产车间，工具车间和机修车间 针对这两点不足，本人提出以下建议：将数控技术运用于磨床本身，这样就提高了生产率，此想法仅供参考参考文献[1]朱孝录.中国机械设计大典[M].江西科学技术出版社， .11.[2]冯辛安.机械制造设备设计[M].机械工业出版社， .1.[3]刘品，徐晓希.机械精度设计与检测基础[M].哈尔滨工业大学出版社， .10.[4]王连明.陈铁鸣.机械设计[M].哈尔滨工业大学出版社，1998.8.[5]侯真秀.机械系统设计[M].哈尔滨工业大学出版社， .10.[6]陈明.机械原理[M].哈尔滨工业大学出版社， .9.[7]王连明.机械设计课程设计[M].哈尔滨工业大学出版社，1996.2.[8]孙玉芹，孟兆新.机械精度设计基础[M].科学出版社， .8.[9]王永章，杜君文，程国全.磨工[M].高等教育出版社， .1.[10]F.J.Mogee High-Speed Machining of Aluminum Alloys.SME Technical Paper，1985.[11]D.G.Flom. lmplementation of High-Speed Machining.SME Technical Paper，1985.[12]王世刚，张秀亲，苗淑杰.机械设计实践[M].哈尔滨工程大学出版社， .。