畢業(yè)設(shè)計論文—在軌火車車輪專用數(shù)控磨床（關(guān)鍵部件）的研究與設(shè)計

1、<p>　　芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄袈膀芁蝕袇節(jié)蒆薆袆羂艿薂裊膄薅蒈裊芇莈螆襖羆薃螞袃聿莆薈袂膁薁蒄羈芃莄螃羀羃膇蠆罿肅莂蚅罿羋膅薁羈羇蒁蕆羇聿芄螅羆膂葿蟻羅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆芀螂肅羋蒆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀蚇膃莇蒆蚇芅薂螅蚆羅蒞蟻螅肇薀薆螄腿莃蒂螃莂膆袁螂肁蒂螇螁膃芄蚃螁芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄袈膀芁蝕袇節(jié)蒆薆袆羂艿薂裊膄薅蒈裊芇莈螆襖羆薃螞袃聿莆薈袂膁薁蒄羈芃莄螃羀羃膇蠆罿肅莂蚅罿羋膅薁羈羇蒁蕆羇聿芄螅羆膂葿蟻羅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆

2、芀螂肅羋蒆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀蚇膃莇蒆蚇芅薂螅蚆羅蒞蟻螅肇薀薆螄腿莃蒂螃莂膆袁螂肁蒂螇螁膃芄蚃螁芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄袈膀芁蝕袇節(jié)蒆薆袆羂艿薂裊膄薅蒈裊芇莈螆襖羆薃螞袃聿莆薈袂膁薁蒄羈芃莄螃羀羃膇蠆罿肅莂蚅罿羋膅薁羈羇蒁蕆羇聿芄螅羆膂葿蟻羅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆芀螂肅羋蒆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀蚇膃莇蒆蚇芅薂螅蚆羅蒞蟻螅肇薀薆螄腿莃蒂螃莂膆袁螂肁蒂螇螁膃芄蚃螁芆蒀蕿螀羅芃蒅蝿肈蒈螄袈膀芁蝕袇節(jié)蒆薆袆羂艿薂裊膄薅蒈裊芇莈螆襖羆薃螞袃聿莆薈袂膁薁蒄羈芃

3、莄螃羀羃膇蠆罿肅莂蚅罿羋膅薁羈羇蒁蕆羇聿芄螅羆膂葿蟻羅芄節(jié)薇肄羄蕆蒃肅肆芀螂肅羋蒆螈肂莁莈蚄肁肀薄薀蚇膃莇蒆蚇芅薂螅蚆羅蒞蟻螅肇薀薆螄腿莃蒂螃</p><p>　　在軌火車車輪專用數(shù)控磨床（關(guān)鍵部件）</p><p><b>　　的研究與設(shè)計</b></p><p>　　在軌火車車輪專用數(shù)控磨床（關(guān)鍵部件）的研究與設(shè)計</p>&

4、lt;p><b>　　摘要</b></p><p>　　火車運行一段時間后車輪表面會發(fā)生表面損傷。目前國內(nèi)引進國外昂貴的雙主軸專用數(shù)控車床進行車削，因車輪本身表面硬化，在車削深度達，對車輪使用壽命影響很大。為了延長車輪的使用壽命，故研發(fā)與設(shè)計此在軌火車車輪專用數(shù)控磨床。</p><p>　　本文主要就專用磨床的關(guān)鍵部件進行研究和設(shè)計，并結(jié)合火車車輪專用磨床的功能

5、實現(xiàn)，提出整體性的磨床設(shè)計與結(jié)構(gòu)布局。再對砂輪架與主軸系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進行研究與設(shè)計。并為提高主軸與砂輪架對磨床磨削與被加工工件的精度，對主軸的設(shè)計與液體靜壓軸承和液體靜壓止推軸承的設(shè)計進行優(yōu)化、改進和提高。并通過有限元分析主軸的受力、應(yīng)力和安全系數(shù)，并在此基礎(chǔ)上通過分析其個個部位受三個不同主要應(yīng)力的影響程度，進行優(yōu)化。使其更好的適應(yīng)高速重載磨床，并實現(xiàn)高精度和高表面光潔度的加工過程。這些專用磨床的關(guān)鍵部件的設(shè)計成型將有助于磨床和磨削加工

6、技術(shù)的提升。并有望將這些新理論和新技術(shù)廣泛運用于其他各類通用、專用磨床和其他金屬切削機床的研究、設(shè)計中去。</p><p>　　關(guān)鍵詞：在軌火車車輪專用數(shù)控磨床，外圓磨床，主軸，液體靜壓軸承</p><p>　　The Research and Designing of Dedicated CNC Grinder </p><p>　　for Train Wheel

7、</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The abrasion will be happened on the face of the train wheel after a period of running. Now the expansive equipment, double-spindle dedicated CNC l

8、athes, has already been input to turning the train wheel. Because of the surface hardening, it should turn the train wheel so deep that it will significantly impact the age of the wheel negatively. In order to extend the

9、 age of the train wheel, we research and design this dedicated CNC grinder machine of train wheel.</p><p>　　The main idea of the article is the research and design of the key components for the dedicated gri

10、nder and find out the total structure and layout of the grinder contributing with the function achieving of train wheel dedicated grinder. Then, we research and design the key components such as wheel flame and spindle a

11、nd improve accuracy of grinding and the workpiece processed by spindle and wheel frame. In addition, we optimize and improve the designing of spindle, hydrostatic bearings and hydro</p><p>　　Key words: Dedic

12、ated CNC Grinder for Train Wheel, Cylindrical Grinder, Spindle, Hydrostatic Bearings</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　ABSTRACT3</p><p><b>　　1緒論1</b></p>

13、<p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2本論文的主要方法和研究進展1</p><p>　　1.3本論文的主要內(nèi)容1</p><p>　　1.4本論文的結(jié)構(gòu)安排2</p><p>　　2磨床整體設(shè)計3</p><p>　　2.1外圓磨床

14、3</p><p>　　2.2設(shè)計方案選擇4</p><p>　　2.3在軌火車車輪專用數(shù)控磨床5</p><p>　　3磨床砂輪架及關(guān)鍵部件設(shè)計7</p><p>　　3.1磨床砂輪架7</p><p>　　3.2關(guān)鍵部件設(shè)計7</p><p>　　3.2.1主軸系統(tǒng)設(shè)

15、計7</p><p>　　3.2.2液體靜壓軸承10</p><p>　　3.2.2.1靜壓技術(shù)具有如下優(yōu)點：10</p><p>　　3.2.2.2靜壓技術(shù)工作原理11</p><p>　　3.2.2.3靜壓軸承分類12</p><p>　　3.2.2.4液體靜壓軸承尺寸設(shè)計12</p&g

16、t;<p>　　3.2.2.5液體靜壓軸承的配合尺寸14</p><p>　　3.2.3電動機選擇15</p><p>　　3.2.3.1砂輪架電動機功率15</p><p>　　3.2.3.2砂輪轉(zhuǎn)速16</p><p>　　3.2.4帶輪設(shè)計16</p><p>　　3.2.5主

17、軸系統(tǒng)的密封18</p><p>　　3.2.6砂輪架導(dǎo)軌18</p><p>　　4主軸有限元分析20</p><p>　　4.1主軸受力分析7</p><p>　　4.2有限元分析7</p><p><b>　　5總結(jié)29</b></p><p>

18、<b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　譯文及原文32</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　引言</b></p&

19、gt;<p>　　火車車輪在運行一定時間后，車輪表面會產(chǎn)生表面損傷（如表明硬化，剝落等），目前我國引進國外2000多萬的雙主軸專用數(shù)控車床進行車削。因車輪本身表面硬化，在車削過程中，車削困難，為了避開硬化層，所以需要切深達5mm左右，這對車輪的使用壽命極其不利。為了延長車輪的使用壽命，提高加工效率，降低加工成本，研究與設(shè)計此專用磨床。</p><p>　　本論文的主要方法和研究進展</p>

20、;<p>　　由于本課題研究的在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床的相關(guān)技術(shù)目前在國內(nèi)仍就是空白，而且目前國內(nèi)也還沒有引進此類的技術(shù)，國內(nèi)目前引進的少數(shù)相關(guān)的機床，如雙主軸專用數(shù)控車床因為為了避開硬化層，切削深度過大，對車輪的壽命會產(chǎn)生很大的負面影響。在此基礎(chǔ)上，本論文主要探討研究了通過大量查閱相關(guān)的中外文論文、期刊、技術(shù)報告和圖紙，力圖盡力了解相關(guān)領(lǐng)域的研究方向，及相關(guān)技術(shù)的運用情況。通過橫向?qū)Ρ葒鴥?nèi)外相關(guān)研究成果和技術(shù)運用現(xiàn)狀

21、，尋找對本文的研究方向具有指導(dǎo)性的研究方向和方法。同時通過縱向?qū)Ρ葌鹘y(tǒng)的外圓磨床與近幾年的較新型的精密數(shù)控通用或?qū)Ｓ媚ゴ?，了解外圓磨床相關(guān)的技術(shù)發(fā)展階段和其未來的發(fā)展方向，及相關(guān)技術(shù)的杰出特點和存在的問題，有助于從更高的角度審視本課題的研究對象和方法。本文就在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床的整體結(jié)構(gòu)和砂輪架進行研究和設(shè)計。沒有涉及到包括頭架、液壓系統(tǒng)、電子電力系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)。由于能力有限，有待將來進一步深入探索。有限元作為現(xiàn)代設(shè)計與分析方法

22、，在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。但對其建模的精確性，產(chǎn)生的誤差值和失效分析上還有待進一步的提高，拓展其應(yīng)用的廣度和深度。</p><p><b>　　本論文的主要內(nèi)容</b></p><p>　　本文主要就在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域進行概括性論述。提供了為實現(xiàn)在軌火車車輪磨削功能的整體結(jié)構(gòu)和主要部件的尺寸關(guān)系及機床和被加工工件的整體布局方案進行了研究和設(shè)計

23、。并詳述了此磨床砂輪架和主軸系統(tǒng)的研究與設(shè)計理論與方法，并對其中關(guān)鍵部件的選型，功能設(shè)計，結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，尺寸及裝配關(guān)系設(shè)計，及部分零部件的制造加工工藝性的設(shè)計與優(yōu)化。并為其后續(xù)的精度升，材料選配，加工生產(chǎn)工藝等相關(guān)問題給出了一些合理性建議，并且在對磨床主軸的有限元分析的基礎(chǔ)上，提出了一定的改進意見。</p><p><b>　　本論文的結(jié)構(gòu)安排</b></p><p>

24、;　　本文按照先整體后局部，先大體后細節(jié)的結(jié)構(gòu)。首先論述了與在軌火車車輪專用精密數(shù)控磨床相關(guān)的磨削技術(shù)，外圓磨床發(fā)展現(xiàn)狀及有待突破和改進的問題及一些可行性建議。然后在論文的核心部分逐一論述了，砂輪架的砂輪選擇，主軸設(shè)計，液體靜壓軸承和液體靜壓止推軸承結(jié)構(gòu)、功能、優(yōu)缺點及其在在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床上的運用和詳細設(shè)計過程。最后介紹了在軌火車車輪專用精密數(shù)控磨床選用的潤滑和密封方案，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計，電動機及帶輪的選型與設(shè)計等，以及

25、這些相關(guān)部件的設(shè)計與制造精度對整臺磨床的加工精度的影響。最后對主軸進行有限元分析，通過對影響其應(yīng)力的第一、第二和第三主要應(yīng)力進行主次因素分析，發(fā)現(xiàn)影響主軸應(yīng)力的主要因素，逐一進行優(yōu)化設(shè)計。</p><p><b>　　磨床整體設(shè)計</b></p><p><b>　　外圓磨床</b></p><p>　　此種專用磨床屬于外

26、圓磨床，其可分為普通外圓磨床和萬能外圓磨床，在普通外圓磨床上可磨削工件的外圓柱面和外圓錐面，在萬能外圓磨床上還能磨削內(nèi)圓柱面和內(nèi)圓錐面和端面。外圓磨床的主參數(shù)為最大磨削直徑。</p><p><b>　　外圓磨床的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　外圓磨床以兩頂心為中心，以砂輪為刀具，將圓柱型鋼件研磨出精密同心度的磨床 (又叫頂心磨床或圓筒磨床)。主機由床身，車頭，車

27、尾，磨頭，傳動吸塵裝置等部件構(gòu)成。</p><p>　　1．砂輪主軸軸承采用液體靜壓軸承。</p><p>　　2．砂輪架導(dǎo)軌采用V型導(dǎo)軌，半自動進給機構(gòu)液壓油缸實現(xiàn)。</p><p>　　3．尾架軸系具有無間隙剛度的特點，電器箱，液壓箱冷卻箱與機床分離。</p><p>　　4．富有磨削指示儀及冷卻液過濾器。</p><

28、p>　　5．頭架速度才有那個交流變頻無級調(diào)速。</p><p>　　6．電氣采用可編程序控制器（pc），具有自診斷功能、維修十分方便。</p><p><b>　　外圓磨床應(yīng)用范圍</b></p><p>　　“外圓磨床主要用于成批軸類零件的端面、外圓及圓錐面的精密磨削，是汽車發(fā)動機等行業(yè)的主要設(shè)備。[1]”也適用于軍工、航天、一般精密機

29、械加工車間批量小，精度要求高的軸類零件加工。</p><p>　　1．用于紡織紡紗行業(yè)，粗細紗機，并條機，精梳機，加彈機等上皮輥加工。</p><p>　　2．用于生產(chǎn)制造辦公通訊設(shè)備行業(yè)，傳真機，復(fù)印機，打印機，刻字機等上膠輥加工。</p><p>　　3. 適用于印刷,食品,醫(yī)藥行業(yè)自動輸送裝置上皮輥，塑料加工。</p><p>　　外圓

30、磨床加工精度的影響</p><p>　　1．磨頭、頭架、尾座的等高度對工件尺寸精度的影響。磨頭、頭架、尾座的等高度誤差將使頭架、尾座中心連線與砂輪主軸軸線在空間發(fā)生偏移，此時磨出的工件表面將是一個雙曲面。</p><p>　　2．頭架、尾座中心連線對磨頭主軸軸線在水平面內(nèi)的平行度誤差對工件尺寸精度的影響。當(dāng)發(fā)生該項誤差時，外圓磨床磨出的工件外形將是一個錐體，即砂輪成角度磨削，表面有螺旋形磨

31、紋。</p><p>　　3．磨頭移動相對于機床導(dǎo)軌垂直度誤差對加工精度的影響。這項誤差的最終結(jié)果是使主軸軸線與頭架、尾座中心連線發(fā)生偏移，在磨軸肩端面時，將造成軸肩端面與工件軸線的垂直度誤差。磨外圓時，將影響表面粗糙度，產(chǎn)生螺旋形磨紋。</p><p><b>　　設(shè)計方案選擇</b></p><p>　　本文所研究設(shè)計的在軌火車車輪專用數(shù)控

32、磨床為新型磨床，目前國內(nèi)還沒有這方面的深入研究可供參考。所以設(shè)計的第一步我們需要盡可能多的考慮到此新型火車車輪專用數(shù)控磨床的功能特點，所需加工的工件特點及工藝要求后，參考國內(nèi)外相關(guān)的技術(shù)、經(jīng)驗與應(yīng)用，提出多種可供選擇的方案。然后充分分析設(shè)計工程與將來磨床的使用過程中可能會遇到的問題，進行全面的考慮。最后基于以上所有的調(diào)查分析，確定此新型在軌火車車輪專用數(shù)控磨床的設(shè)計方案。</p><p>　　我們考慮以下幾種設(shè)計

33、方案。第一種方案，將火車車輪逐個拆卸下來分別進行磨削加工后在安裝上去。第二種方案，將一組火車車輪整體連同火車軸一起安裝上工作臺，將兩個車輪同時磨削。第一種方法的好處是其機構(gòu)相對簡單，尺寸較小，制造成本較低。但逐個拆卸和安裝火車車輪費時費力。而且車輪過渡拆卸會導(dǎo)致車輪間的同軸度、平行度下降，此外還會導(dǎo)致車輪壽命的下降，達不到磨床設(shè)計所要達到的目標(biāo)。第二種方案將一對車輪整體進行磨削，用兩臺砂輪架同時磨削兩個車輪，盡管磨床的結(jié)構(gòu)會變得更加復(fù)雜

34、，尺寸龐大，制造成本高昂，但能夠加快磨削效率。與此同時，由于兩臺砂輪共同對車輪進行磨削，能夠提高磨削精度，提高火車車輪磨削后的質(zhì)量和性能。此外，由于無需將火車車輪頻繁地逐個拆卸和安裝，有效的提高了加工效率，避免了對車輪的損傷，延長了車輪的使用壽命。</p><p>　　另一方面，在砂輪架設(shè)計中，其選用的軸承品種與類型對砂輪架的設(shè)計與使用有著至關(guān)重要的意義。由于整個砂輪架結(jié)構(gòu)的設(shè)計都會受到軸承選擇的影響，所以在設(shè)計

35、方案的選擇階段，就應(yīng)確定在軌火車車輪專用數(shù)控磨床所選用的軸承。對于滾動、動靜壓與靜壓軸承的選擇，主要根據(jù)砂輪的工作情況來決定?；瑒虞S承使用維護方便，工作可靠，啟動性能好。但相對于滑動軸承，其磨損不均勻，尺寸過大，而且重載性能不如滑動軸承。靜壓軸承工作平穩(wěn)、可靠、無噪音，油膜還具有一定吸震能力。盡管動靜壓軸承基本上具有靜壓軸承的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)簡單無需液壓供油系統(tǒng)。但動靜壓軸承的油膜剛度需要在主軸滾動過程中產(chǎn)生，在主軸啟動時潤滑效果不佳，起

36、動摩擦阻力較大。所以對于在軌火車車輪專用數(shù)控磨床，這類大型重載專用磨床，選擇液體靜壓軸承是比較適合的。 </p><p>　　在軌火車車輪專用數(shù)控磨床設(shè)計</p><p>　　本文設(shè)計的磨床為在軌火車車輪專用數(shù)控磨床。盡管其結(jié)構(gòu)屬于外圓磨床，但由于此磨床為專用磨床，所以它的整體結(jié)構(gòu)不同與一般普通外圓磨床。其砂輪架的結(jié)構(gòu)與其他類型的大型磨床在一定程度上有共通點。但作為專用磨床，其加工的產(chǎn)品種

37、類單一，并且產(chǎn)品高度標(biāo)準(zhǔn)化。所以根據(jù)專用磨床的特性，磨床的關(guān)鍵部件只需滿足對這單一工件的加工要求，而無需考慮通用性的問題。因此磨床主軸和軸承的部件的設(shè)計只需考慮滿足對在軌火車車輪的磨削要求和其相應(yīng)的工作環(huán)境，工時等磨床使用要求，而無需考慮其通用性。比如是由于加工單一工件的專用磨床，其砂輪轉(zhuǎn)速和其相應(yīng)的主軸及電動機的轉(zhuǎn)速，以及頭架頂針的轉(zhuǎn)速都可以設(shè)計成固定轉(zhuǎn)速，而無需考慮為應(yīng)對不同的加工工件設(shè)計的變速器和離合器及輪組。對于砂輪架關(guān)鍵部件設(shè)

38、計的詳細論述，本文將在地三部分詳細論述，本部分就不再仔細熬述了。本章下面部分將主要論述在軌火車車輪專用數(shù)控磨床的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　由于在軌火車車輪的磨削要求，需要將一組火車車輪及其之間的連軸一起進行磨削。按照對工件加工的要求，磨床的布局結(jié)構(gòu)要包括機身，砂輪架和對火車車輪的定位裝置。由于磨床是對一對火車車輪同時進行磨削的，所以需要兩臺砂輪和砂輪架。他們完全相同，位置相對，分別磨削一對火車車輪中的一

39、只。由于此磨床為在軌火車車車輪專用精密數(shù)控磨床，所以為方便磨削和滿足對工件加工要求，砂輪的現(xiàn)狀和尺寸將設(shè)計成和與火車車輪的現(xiàn)狀尺寸完全相互吻合。每個砂輪和砂輪架按軸對稱方向放在同一平面，并且分別對應(yīng)一組火車車輪的每一個車輪。兩個砂輪架相互連接，然后各自底部通過V型導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌與機身連接。而對于車輪的定位，則通過將一組車輪的兩個車輪分別用一個摩擦輪，一個定位輪和一個壓緊輪將其固定和帶動起按設(shè)計的加工速度旋轉(zhuǎn)。整個裝置的整體結(jié)構(gòu)可以再附錄一

40、的尺寸聯(lián)系圖上清晰可見。本文接下來的部分，將詳細論述砂輪架及其關(guān)鍵部件的設(shè)計。</p><p>　　磨床砂輪架及關(guān)鍵部件設(shè)計</p><p><b>　　磨床砂輪架</b></p><p>　　砂輪架包括磨具與磨頭，是磨床上用來帶動砂輪做高速旋轉(zhuǎn)運動的關(guān)鍵部件，主要是由傳動部分、主軸和軸承部分組成?！罢麄€砂輪架用圓錐銷和螺柱與滑鞍、導(dǎo)軌及進給絲

41、杠半螺母連接在一起，可沿后磨床床身導(dǎo)軌縱向移動。經(jīng)過靜平衡的砂輪緊固在主軸上。[2]”設(shè)計砂輪架時主要應(yīng)考慮下列幾個方面問題：主軸與軸承；軸向竄動與軸向止推；潤滑與密封；振動與平衡；發(fā)熱與冷卻；砂輪破碎與防護等。從表面上看，問題似乎很多，又各不相同，實際上他們之間是有內(nèi)在聯(lián)系的。整個設(shè)計過程，就是如何使這些問題在一只砂輪架上得到比較合理的解決。</p><p>　　主軸與軸承室砂輪架的關(guān)鍵部分，因此對砂輪架設(shè)計提

42、出的基本要求主要也是針對主軸和軸承部分的。砂輪架設(shè)計應(yīng)滿足下列四點基本要求：</p><p>　　主軸旋轉(zhuǎn)精度高且穩(wěn)定；</p><p>　　主軸軸承系統(tǒng)剛性好；</p><p>　　振動小，發(fā)熱低，不漏油；</p><p>　　制造裝配簡單，調(diào)整維修方便。</p><p><b>　　關(guān)鍵部件設(shè)計</

43、b></p><p>　　磨床的魔頭和工件頭是磨床設(shè)計制造的重要內(nèi)容之一，軸承又是決定磨床精度的重要零件，與此同時，其它移動副的精度也對磨床的磨削質(zhì)量有著不可忽視的影響。所以，為了提高磨床對在軌火車車輪磨削質(zhì)量，在對砂輪架主軸與軸承設(shè)計的同時，對磨床的技術(shù)狀況應(yīng)做全面的了解和分析，對磨床的其它部件進行相應(yīng)的設(shè)計。由于被加工工件，在軌火車車輪是標(biāo)準(zhǔn)化的部件，其尺寸通過查詢有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以獲得，火車車輪的主直徑為9

44、30mm，其外圈直徑為970mm。根據(jù)有關(guān)機械設(shè)計手冊，查得當(dāng)磨床磨削的工件大于500mm時，砂輪的直徑應(yīng)選擇大于600mm。由此，砂輪的主直徑為600mm，為了使此專用磨床的砂輪能與火車車輪完全吻合，在車輪外圈直徑處砂輪的直徑為560mm。</p><p><b>　　主軸系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　“設(shè)計主軸系統(tǒng)時，根據(jù)被磨削零件的工藝要求，提出設(shè)計技術(shù)

45、指標(biāo)，進行方案論證，選擇適用的軸承類型，確定合理的結(jié)構(gòu)形式和主要尺寸。[3]”設(shè)計滑動軸承主軸時的自由度較大，參數(shù)過多會使其優(yōu)化設(shè)計實際上很復(fù)雜。軸系設(shè)計的方案論證就是在假設(shè)的軸承尺寸和某些外部條件下，對主軸和軸承的有關(guān)尺寸進行調(diào)整，達到設(shè)計要求的過程。由軸、軸承和殼體組成的簡單機床主軸系統(tǒng)具有一般主軸系統(tǒng)的主要特點。研究這種簡單結(jié)構(gòu)是軸系設(shè)計的基礎(chǔ)。軸伸出殼體兩端，一端裝有工件或砂輪（接桿），承受徑向和軸向外載荷；另一端裝有皮帶輪，承

46、受皮帶張緊力。軸系承載性能最大可能的總尺寸等外部條件所限制。主軸越粗，其抵抗彎曲變形的能力越強；主軸端部的懸伸長度越小，則軸系的承載性能越好。軸承的類型不同，同類軸承中結(jié)構(gòu)形式又很多，應(yīng)在主軸額定轉(zhuǎn)速下，綜合考慮軸承的承載性能。根據(jù)砂輪主直徑為600mm，查表可得當(dāng)砂輪的尺寸介于500mm至1250mm，則砂輪架主軸直徑介于100mm至120mm。按比例計算當(dāng)砂輪主直徑為600mm時，主軸直徑應(yīng)為106.67mm，為了便于加工和符合標(biāo)準(zhǔn)

47、，將主軸直徑元整為110mm。</p><p>　　在設(shè)計主軸時，是無法獨立軸承進行考慮的。由于砂輪架主軸轉(zhuǎn)速很高，且不需要經(jīng)常變速，故目前絕大部分采用滑動軸承?！白罱鼛啄陙硪后w靜壓軸承或者氣體靜壓軸承在磨床上得到越來越廣泛的應(yīng)用，他能達到較高的主軸旋轉(zhuǎn)精度。[4]”當(dāng)砂輪主軸采用滑動軸承時，間隙應(yīng)取小一些，這樣主軸在軸承內(nèi)的跳動小，對提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度很重要?；瑒虞S承的結(jié)構(gòu)形式對主軸的旋轉(zhuǎn)精度也有很大關(guān)系，本文

48、研究的在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床采用整體式滑動軸承，這種軸承的旋轉(zhuǎn)精度保持性能比多瓦式滑動軸承為好，盡管多瓦式滑動軸承在許多磨床中被運用，但由于多瓦式滑動軸承是由多塊分離的軸瓦說組成，容易產(chǎn)生位移和傾側(cè)，而本文說設(shè)計研究的在軌火車車輪專用磨床所使用的整體式滑動軸承，一經(jīng)調(diào)整好間隙后，精度的穩(wěn)定性容易保持。所以首先確定了是使用整體式液體靜壓軸承，在設(shè)計滑動軸承系統(tǒng)時，也有多種可供選擇的結(jié)構(gòu)形式。每種結(jié)構(gòu)都采用兩個向心軸承和一對止推軸承。

49、在軌火車車輪專用數(shù)控機床的主軸采用前端為雙向止推軸承，在軸承軸肩兩端分別按照液壓止推軸承實現(xiàn)對主軸止推的功能，它的一個油腔直接開在徑向軸承的前端面，另一個油腔開在軸承蓋上，在兩軸承間加調(diào)整環(huán)調(diào)整兩</p><p>　　在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床還通過以下方法提高旋轉(zhuǎn)精度，即皮帶輪不直接裝在主軸上，而裝在單獨的支架上，并采用花鍵、平鍵或其他方法帶動主軸旋轉(zhuǎn)。這樣設(shè)計的主軸結(jié)構(gòu)能減少主軸變形和軸承承載能力，盡管結(jié)構(gòu)

50、比較復(fù)雜，但在像本文設(shè)計研究的高精度和大型在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床上進行采用。</p><p>　　另外主軸本身的金屬加工工藝也是磨床主軸和砂輪架，甚至是整臺專用數(shù)控精密磨床的加工精度和火車車輪的產(chǎn)品生產(chǎn)和運行精度的關(guān)鍵因素。因此“主軸本身的加工制造精度，對旋轉(zhuǎn)精度有直接影響，因此必須規(guī)定合理的技術(shù)要求。[6]”砂輪除其主要尺寸有配合公差外，應(yīng)規(guī)定主軸軸頸（軸承擋）的幾何形狀允差；前、后軸頸與前端定心錐面的同

51、軸度允差；軸肩軸向支撐面與軸頸中心線的垂直度允差等。</p><p>　　查閱有關(guān)互換性與技術(shù)測量書籍與標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基孔制常用和優(yōu)先配合的特征和應(yīng)用，對于“應(yīng)用于高速重載的滑動軸承或大直徑的滑動軸承，或者也可用于大跨度或多支點支撐的配合可以選用具有較大間隙的間隙配合[7]”，如H9/c9，H10/d10，H8/e7等。由于液體靜壓軸承是通過油壓將軸承抬起，不予滑動軸承直接接觸，故選用H8/e7具有較大間隙的間隙配合

52、。接下來將計算對于直徑為110mm的主軸與液體靜壓軸承內(nèi)圈的直徑加工的上偏差及小偏差。</p><p>　　配合尺寸為，則分別計算尺寸公差代號為的孔及尺寸公差代號為的軸。</p><p>　　查詢標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表，確定標(biāo)準(zhǔn)公差值</p><p>　　查詢基本尺寸孔的基本偏差數(shù)值表，確定的基本偏差</p><p>　　查詢基本尺寸孔的基本偏差數(shù)值

53、表，確定的基本偏差</p><p><b>　　孔的上偏差為</b></p><p><b>　　軸的下偏差為</b></p><p>　　故孔的的極限偏差表示為</p><p><b>　　軸的極限偏差表示為</b></p><p><b>

54、　　配合的最小間隙為</b></p><p><b>　　配合的最大間隙為</b></p><p>　　由后文計算液體靜壓軸承的油腔間隙為（具體計算方法將在下文設(shè)計液體靜壓軸承時詳述，在此不再熬述），故配合符合液體靜壓軸承油腔間隙的設(shè)計要求。</p><p>　　同時，對于形位誤差相關(guān)文獻，確定對于直徑為110mm的精密磨床，其前、

55、后軸頸與前端定心錐面的圓柱度公差需達到4級；其軸肩軸向支撐面與軸頸中心線的垂直度公差需達到3級。通過查閱GB/T1184-1996中對形位公差值的標(biāo)準(zhǔn)，可以獲得此在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床主軸的前、后軸頸與前端定心錐面的圓柱度公差不應(yīng)超過0.006mm，同時其軸肩軸向支撐面與軸頸中心線的垂直度公差也不應(yīng)超過0.006mm。</p><p><b>　　液體靜壓軸承</b></p>

56、;<p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年來液體靜壓技術(shù)在磨床上得到越來越廣泛的應(yīng)用，如靜壓軸承、靜壓導(dǎo)軌、靜壓螺母等。</p><p>　　靜壓技術(shù)具有如下優(yōu)點：</p><p>　　1. 由于油膜壓力的建立不受運動速度限制，是依靠供油系統(tǒng)供給的壓力油，因此它能在極低的速度（包括速度為零）下正常工作；</p><p>　　2. 旋轉(zhuǎn)精度高，金屬之間

57、不直接接觸，能長期保持精度；</p><p>　　3. 由于系液體摩擦，啟動和正常運轉(zhuǎn)時的功率損耗很小，機械效率高，且具有良好的抗震性能；</p><p>　　4. 承載能力決定于有效承載面積、系統(tǒng)供油壓力和節(jié)流器形式，因此可以滿足輕載到重載，小型到大型機床的要求。</p><p>　　靜壓技術(shù)的缺點是需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴(yán)格過濾以保持清潔。由于靜壓技術(shù)的

58、上述優(yōu)點，所以特別適用于各種高精度、大載荷、低速的場合。</p><p><b>　　靜壓技術(shù)工作原理</b></p><p>　　兩個相對運動物體（主軸與軸承，工作臺與床身，絲杠與螺母）之間的油腔直接與油泵接通，油泵輸出的壓力油將兩物體相互分開時，油從油腔間隙中流出。當(dāng)外載荷增加或減少時，油腔和油泵壓力也相應(yīng)地改變，保證在一定的間隙（即油膜厚度）下，兩運動體處在液體

59、摩擦狀態(tài)下工作。</p><p>　　目前廣泛應(yīng)用的是定壓供油系統(tǒng)，一定壓力的壓力油，經(jīng)過節(jié)流器（例如一個小孔，阻力為）流入兩相對運動體間的油腔，流量為Q，損耗在節(jié)流器上的壓力降為，則油腔壓力。油腔中的油又經(jīng)過間隙h（阻力為）流回油池，壓力從降為零，損耗在間隙中的壓力降為。由此可知：</p><p><b>　　得</b></p><p>　　

60、在外載荷W的作用下，間隙h減小，回油阻力增大，由于有節(jié)流器存在，從上面的公式可知，使油腔壓力升高以抵抗外載荷，間隙保持一定要小，兩運動體仍處于液體摩擦狀態(tài)下工作。</p><p>　　這里通過油腔壓力變化來平衡外載荷，定壓供油系統(tǒng)必須設(shè)置節(jié)流器，否則節(jié)流阻力，油腔壓力始終等于系統(tǒng)供油壓力，無法形成油腔壓力變化。由此可見，“節(jié)流器起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化，它是定壓供油系統(tǒng)的關(guān)

61、鍵部分。[8]”</p><p><b>　　靜壓軸承分類</b></p><p>　　“靜壓軸承按承載的方向，可分為向心軸承、止推軸承和向心止推軸承。靜壓軸承在結(jié)構(gòu)上一般開有四個對稱分布的油腔，每個油腔的四周有適當(dāng)?shù)墓?jié)流邊，油腔之間用回油槽分隔開，主軸上不開油槽，軸和軸承間保持一定的間隙。[9]”</p><p>　　一定壓力的壓力油，經(jīng)過四

62、個節(jié)流器（阻力分別為、、、）分別流入軸承的四個油腔，油腔壓力為。油腔中的油又經(jīng)過間隙流回油池。</p><p>　　當(dāng)軸沒有受到外載荷時（主軸不偏移），如果四個節(jié)流器阻力相同，，則四個油腔壓力亦相等，，主軸被俘在軸承中心，中間被一層薄薄的油膜隔開，達到了良好的液體摩擦。</p><p>　　主軸在外載荷W作用下，中心向下產(chǎn)生一個位移，這樣上油腔1, 2的回油間隙加大，回油阻力減小，使油腔壓

63、力降低，相反下油腔3, 4的壓力升高。若上油腔1, 2與下油腔3, 4的油壓變化產(chǎn)生的壓力差滿足，主軸便處于新的平衡位置。其中F為每個油腔的有效承載面積。上述系統(tǒng)時油腔壓力，是在固定節(jié)流阻力不變的情況下，通過回油阻力變化（即軸承間隙變化）而改變的。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細管和小孔節(jié)流器兩種。本文設(shè)計研究的在軌火車車輪專用數(shù)控精密磨床使用小孔節(jié)流器。查找相關(guān)機械設(shè)計手冊確定液體靜壓軸承的尺寸大小。</p><p&

64、gt;　　液體靜壓軸承尺寸設(shè)計</p><p>　　1. 小孔節(jié)流器最佳節(jié)流比為：；</p><p>　　2. 主軸旋轉(zhuǎn)時，主軸邊緣線速度為：</p><p>　　其中為主軸直徑（毫米）；為主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分，電動機轉(zhuǎn)速的選擇將在下文單獨詳述，在此就不再熬述）</p><p>　　3. 軸承長度：軸承的承載能力決定于油腔壓力差和每個油腔的有效承

65、載面積。在實際使用時，取?？紤]到為提高對軸系的支撐性能，故對在軌火車車輪專用數(shù)控磨床的軸承長度取。</p><p>　　4. 節(jié)流邊：節(jié)流邊大小直接影響軸承的工作性能。取得過大，有效承載面積減小，降低軸承的承載能力；若取得過小，則軸承油腔中的壓力難以建立，此外還需保證未供油時，有一定接觸面積，以支撐主軸。對于不同直徑的軸承，可取</p><p>　　5. 主軸和軸承配合間隙：它是影響軸承剛

66、度和旋轉(zhuǎn)精度的重要因素之一，“間隙愈小，軸承的剛性和旋轉(zhuǎn)精度越高。但間隙太小，必須相應(yīng)減小節(jié)流器的孔徑或間隙，這就更易造成節(jié)流器堵塞。同時會使回油阻力增加，引起軸承溫升增大，制造業(yè)比較困難。[10]”課取。綜合考慮到精度求和，制造難度。對在軌火車車輪專用數(shù)控磨床的主軸和軸承配合間隙取</p><p>　　6. 回油槽寬度：僅需保證回油暢通，一般取</p><p><b>　　取；

67、</b></p><p><b>　　回油槽深度：一般取</b></p><p><b>　　?。?lt;/b></p><p>　　7. 油腔深度：一般取</p><p><b>　　??；</b></p><p>　　液體靜壓軸承的配合尺寸<

68、;/p><p>　　查閱有關(guān)互換性與技術(shù)測量書籍與標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基孔制常用和優(yōu)先配合的特征和應(yīng)用，對于用于精確定位或緊密組合件的配合，且只在大修時拆卸，可選用大部分有微小過盈的過渡配合，如H7/n6，H8/n7等。由于液體靜壓軸承與主軸箱箱體需要精確定位，且一般只有在大修時拆卸，故選用H8/n7大部分有微小過盈的過渡配合。接下來將計算對于直徑為170mm的液體靜壓軸承和直徑為230mm的液體靜壓止推軸承與主軸箱箱體的裝配

69、尺寸。</p><p>　　首先，對于配合尺寸為，分別計算尺寸公差代號為的孔及尺寸公差代號為的軸。</p><p>　　查詢標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表，確定標(biāo)準(zhǔn)公差值</p><p>　　查詢基本尺寸孔的基本偏差數(shù)值表，確定的基本偏差</p><p>　　查詢基本尺寸孔的基本偏差數(shù)值表，確定的基本偏差</p><p><b&

70、gt;　　孔的上偏差為</b></p><p><b>　　軸的下偏差為</b></p><p>　　故孔的的極限偏差表示為</p><p><b>　　軸的極限偏差表示為</b></p><p>　　然后，對于配合尺寸為，分別計算尺寸公差代號為的孔及尺寸公差代號為的軸。</p&g

71、t;<p>　　查詢標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表，確定標(biāo)準(zhǔn)公差值</p><p>　　查詢基本尺寸孔的基本偏差數(shù)值表，確定的基本偏差</p><p>　　查詢基本尺寸孔的基本偏差數(shù)值表，確定的基本偏差</p><p><b>　　孔的上偏差為</b></p><p><b>　　軸的下偏差為</b>

72、</p><p>　　故孔的的極限偏差表示為</p><p><b>　　軸的極限偏差表示為</b></p><p><b>　　電動機選擇</b></p><p><b>　　砂輪架電動機功率</b></p><p>　　“合理地確定磨床的主電動機功率

73、——砂輪架電動機功率，若功率選用的過大，則消耗電力多，造成浪費；選用的過小，則又使機床的使用效能受到了限制。[11]”</p><p>　　通常在計算功率時，可以參照下列公式進行：</p><p>　　式中：——砂輪架電動機功率（千瓦）；</p><p>　　——磨削功率（千瓦）；</p><p>　　——損耗功率（千瓦）；</p>

74、;<p>　　其中切削功率可以采用下面的公式來計算：</p><p><b>　?。ㄇ撸?lt;/b></p><p>　　在確定電動機功率時，是主要項目，切向磨削力又是計算主要依據(jù)，而與進給量、磨削深度的大小，砂輪與工件線速度的高低，砂輪磨削面的寬窄等有關(guān)（即與單位時間內(nèi)磨削量有關(guān)）。另外，工件材料性能和砂輪的磨削特性（銳、鈍）等，也有一定的關(guān)系。<

75、/p><p>　　而損耗功率包括轉(zhuǎn)動副和主軸軸承結(jié)構(gòu)以及砂輪質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量等各種因素所引起的功率損耗。這些損耗隨著外載荷——磨削力、砂輪鈍化等的增加而相應(yīng)增大。一般根據(jù)實際試驗求得。而這些已經(jīng)遠遠超過本次畢業(yè)設(shè)計和本文討論的內(nèi)容。在導(dǎo)師的經(jīng)驗和指導(dǎo)下，砂輪架電動機功率初設(shè)為80千瓦，砂輪外圈線速度設(shè)為50~60。</p><p><b>　　砂輪轉(zhuǎn)速</b></p&

76、gt;<p>　　根據(jù)砂輪外圈線速度為50~60，計算砂輪轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　轉(zhuǎn)/分</b></p><p>　　砂輪主軸與電動機通過1:1帶輪傳動，故電動機的轉(zhuǎn)速要求與砂輪主軸的轉(zhuǎn)速相同。根據(jù)砂輪架電動機功率及轉(zhuǎn)速要求，選定異步電動機Y315S-6，其技術(shù)參數(shù)如下：額定功率75千瓦，額定電流141安，轉(zhuǎn)速980.滿足設(shè)計要求。</p

77、><p><b>　　帶輪設(shè)計</b></p><p><b>　　1．確定計算功率</b></p><p>　　查詢工作情況系數(shù)表，得工作情況系數(shù)為，則：</p><p><b>　　2．選擇V帶的類型</b></p><p>　　根據(jù)計算功率和轉(zhuǎn)速對照普

78、通V帶選型圖，確定選擇D型。</p><p>　　3．確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速</p><p>　　1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。查詢V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑表和普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑</p><p><b>　　2）驗算帶速</b></p><p><b>　　因為，故帶速合適。</

79、b></p><p>　　3）計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑</p><p>　　4．確定V帶輪的中心距和基準(zhǔn)長度</p><p><b>　　1）計算中心距</b></p><p><b>　　初定中心距</b></p><p><b>　　2）計算基準(zhǔn)長度</

80、b></p><p>　　根據(jù)V帶輪基準(zhǔn)長度系列表，選取</p><p><b>　　3）計算實際中心距</b></p><p>　　5．驗算小帶輪上的包角，兩帶輪尺寸相同，傳動比為1。故</p><p><b>　　6．計算帶的根數(shù)z</b></p><p>　　1）

81、計算單根V帶的額定功率</p><p>　　由和，查詢單根普通V帶的基本額定功率，得</p><p>　　根據(jù)，和D型帶，查詢普通單根V帶額定功率的增量表，得</p><p>　　查詢包角修正系數(shù)表，得，查詢V帶的長度系數(shù)表，得</p><p><b>　　可得</b></p><p>　　2）計

82、算V帶的根數(shù)z</p><p><b>　　取4根。</b></p><p>　　7. 計算單根V帶的初拉力的最小值</p><p>　　查詢V帶單位長度質(zhì)量表可得D型帶單位長度質(zhì)量，所以</p><p><b>　　8. 計算壓軸力</b></p><p><b>

83、;　　主軸系統(tǒng)的密封</b></p><p>　　密封裝置的作用是防止?jié)櫥蜐B漏，和阻止灰塵、冷卻液及其他雜質(zhì)的侵入。如密封不良，不僅影響軸承的工作狀況，對環(huán)境的污染也是不容忽視的。密封裝置的型式應(yīng)根據(jù)軸承類型、軸的轉(zhuǎn)速、潤滑方式等選擇。</p><p>　　對于滑動軸承的密封，特別是液體靜壓軸承軸系，由于潤滑油的流量過多，為使密封可靠，首先要回油通暢，在輔以適當(dāng)?shù)拿芊庋b置，才

84、能收到較好額效果。如果回油不暢，只采取“堵”的方法，則任何密封裝置也不能達到預(yù)期目的。</p><p>　　所以各回油通道應(yīng)盡可能的大，最好使通道向殼體內(nèi)的集油池傾斜，以利用油流勢能。在受空間結(jié)構(gòu)所限，無法增加回油孔徑時，可并列兩三個回油孔?；赜屯ǖ赖淖呦蛞M量避免急劇變化，或通道截面積的突變，通道應(yīng)平緩過渡。殼體內(nèi)的總回油口附近有足夠的集油池，否則，應(yīng)設(shè)法消除因高速轉(zhuǎn)動攪起的油污和泡沫。回油口與供油裝置的油面，

85、應(yīng)該保持一定的落差。</p><p>　　磨床臥式主軸軸端，大多采用非接觸式密封。本文設(shè)計研究的在軌火車車輪專用精密數(shù)控磨床采用環(huán)形甩油槽和間隙密封。在主軸上增設(shè)環(huán)形甩油槽，甩油槽每組3條，槽的傾斜面在外。主軸旋轉(zhuǎn)時，利用離心作用將沿軸表面流入槽中的油甩開。因此，甩油槽周圍必須有足夠的甩油空間。在不增加主軸懸伸長度的前提下，盡可能增大甩油環(huán)集油空間，并使其形狀有利于阻止油流外漏和回油順利，并便于制造。甩油環(huán)與主軸

86、的同軸度要求嚴(yán)格，兩者的間隙對封釉效果影響很大。采取封釉間隙0.06毫米，密封長度9毫米。</p><p><b>　　砂輪架導(dǎo)軌</b></p><p>　　高精度磨床為實現(xiàn)高精度高光潔度磨削就需要磨床的導(dǎo)軌和縱向進給機構(gòu)實現(xiàn)平穩(wěn)無爬行的低速運動，實現(xiàn)精確而穩(wěn)定的微量進給，以保證磨削零件尺寸精度、形位精度和表面高光潔度。導(dǎo)軌的幾何精度決定了運動部件的運動精度，從而影

87、響被磨削零件的幾何精度。導(dǎo)軌表面制造質(zhì)量表面光潔度、接觸點等）及配對表面的接觸精度影響導(dǎo)軌的摩擦特性，當(dāng)然還包括導(dǎo)軌的材料、結(jié)構(gòu)、潤滑方式及潤滑油的性質(zhì)等。導(dǎo)軌的摩擦特性影響到部件的運動特性，如果不能實現(xiàn)平穩(wěn)無爬行的低速運動和精確的進給運動，就不能保證磨削零件的尺寸精度和表面光潔度。此外導(dǎo)軌還有有良好的阻尼特性，以抑制和衰減振動，減少被磨削表面的波紋度和震紋。</p><p>　　本文研究和設(shè)計的在軌灰塵車輪專用

88、數(shù)控精密磨床床身導(dǎo)軌和砂輪架墊板導(dǎo)軌都采用V導(dǎo)軌-平導(dǎo)軌的組合。并且在導(dǎo)軌尺寸參數(shù)設(shè)定時，減小導(dǎo)軌中心距，增大導(dǎo)軌面的寬度。減小導(dǎo)軌中心距，使機床外形尺寸減小，節(jié)約原材料，并使V形導(dǎo)軌與平面導(dǎo)軌的載荷趨于均勻。由于縮小了兩導(dǎo)軌中心距的開檔尺寸，便于操作者裝卸工件。增大導(dǎo)軌面寬度，可降低導(dǎo)軌面的比壓（公斤/平方厘米），減少磨損，提高使用壽命。為了提高磨床精度，提高磨削質(zhì)量和火車車輪磨削加工完成后的精度及表面光潔度。在設(shè)計和撰寫本文時參考和

89、查閱了相關(guān)的互換性與技術(shù)測量參考書，相關(guān)機械設(shè)計手冊和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。將火車車輪專用精密磨床機身導(dǎo)軌及砂輪架的導(dǎo)軌的平面度設(shè)置為不超過0.012mm的技術(shù)要求。</p><p><b>　　主軸有限元分析</b></p><p><b>　　主軸受力分析</b></p><p><b>　　帶輪的壓軸力</b&g

90、t;</p><p>　　砂輪架的切削力、進給力和切削力矩</p><p>　　本文所論述的在軌火車車輪專用數(shù)控磨床的切削力為</p><p>　　工件車輪材料為剛，查詢磨削力系數(shù)表，可知對于加工鋼材工件，進給力與磨削力的比值為。則進給力為：</p><p><b>　　切削力矩</b></p><p

91、><b>　　液壓軸承油壓</b></p><p>　　由于要求的剛度較高，故取初選載荷數(shù)</p><p><b>　　液壓軸承的承載能力</b></p><p><b>　　軸承有效承載面積</b></p><p><b>　　則，液壓軸承油壓</b&g

92、t;</p><p><b>　　有限元分析</b></p><p>　　首先將之前計算的主軸受力情況加載到主軸模型上，主軸的材料為普通碳鋼。如圖1所示：</p><p>　　圖1 主軸受力加載圖</p><p>　　然后生成網(wǎng)格，為計算更精確網(wǎng)格的密度設(shè)置為最高。如圖2所示</p><p>&l

93、t;b>　　圖2主軸網(wǎng)格生成</b></p><p>　　進行計算后，得出主軸所受的應(yīng)力和形變分布，如圖3和圖4：</p><p><b>　　圖3 主軸應(yīng)力</b></p><p><b>　　圖4 主軸形變</b></p><p>　　通過分析圖3可以看出主軸的所受的應(yīng)力主要集

94、中在砂輪架和前軸承蓋的交界處。接下來，將主軸拋開，觀察其中心所受的應(yīng)力，如圖5所示：</p><p>　　圖5 主軸應(yīng)力剖面圖</p><p>　　由此圖可見，主軸前端所承受的較大應(yīng)力僅局限于外層表面，主軸內(nèi)部所受應(yīng)力并不大。然后，測試主軸的安全系數(shù)，如圖6所示：</p><p><b>　　圖6主軸的安全系數(shù)</b></p>&

95、lt;p>　　可以看出，主軸最小的安全系數(shù)為3.8，可見強度較為安全，主軸設(shè)計較合理。為了對主軸所受應(yīng)力情況有更進一步的認(rèn)識。接下來我們將主軸所受的第一、第二和第三主要應(yīng)力分解開來看，圖7、圖8、圖9分別反映了主軸所受的第一、第二和第三主要應(yīng)力的情況。圖10到圖12放大了主軸關(guān)鍵部位處所承受的三種主要應(yīng)力的分布情況。</p><p>　　圖7 主軸的第一主要應(yīng)力分布圖</p><p>

96、;　　圖8 主軸的第二主要應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖9 主軸的第三主要應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖10 主軸的第一主要應(yīng)力放大圖</p><p>　　圖11 主軸的第二主要應(yīng)力放大圖</p><p>　　圖12 主軸的第三主要應(yīng)力放大圖</p><p>　　由圖7和圖10及圖9和圖12可見，主軸前端，即砂

97、輪架與前軸承蓋交界處的兩側(cè)分別受到較大的第一主要應(yīng)力及第三主要應(yīng)力。由圖8和圖11而在主軸后端，即帶輪與后軸承蓋的交接處受到較大的第二主要應(yīng)力。綜上分析，若要繼續(xù)提高主軸的安全性能，可以采用將主軸材料由普通鋼改為合金鋼，并且減慢砂輪架的切削進給量降低主軸所承受的應(yīng)力，經(jīng)過以上改進后的主軸承受的應(yīng)力部，形變分布和安全系數(shù)可見圖13到圖15：</p><p>　　圖13 主軸改進后的應(yīng)力分布</p>&

98、lt;p>　　圖14 主軸改進后的形變分布</p><p>　　圖15 主軸改進后的安全系數(shù)</p><p>　　并將結(jié)果整理成如下表格：</p><p>　　表1 主軸改進前與改進后參數(shù)對比</p><p>　　由上表可見，主軸所受的最大應(yīng)力和最大位移都有所下降。與此同時，改進后，主軸的安全系數(shù)有了明顯的提升。</p>

99、<p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在軌火車車輪專用數(shù)控磨床盡管是一種新型磨床，而且對其研究與設(shè)計并不是很多。但從文中可以看出，它的關(guān)鍵部件說使用的技術(shù)和研究方法和傳統(tǒng)磨床及其他數(shù)字磨床并沒有太大差別。所以對于這類新型磨床的研究，在很多地方仍然能夠借鑒許多現(xiàn)有的設(shè)計方法和技術(shù)，將其加以改造與創(chuàng)新再運用到新的環(huán)境下。</p><p>　　由于

100、時間、精力和能力有限，本文只對在軌火車車輪專用數(shù)控磨床，包括砂輪架和主軸系統(tǒng)在內(nèi)的少數(shù)一些關(guān)鍵部件進行了研究、設(shè)計與有限元分析，而且缺乏知識與實踐經(jīng)驗，有些需要試驗和更復(fù)雜的理論計算才能獲得的數(shù)據(jù)沒有被掌握，勢必造成許多部分的設(shè)計不夠精細，存在著一些問題和漏洞，有待通過更進一步的理論學(xué)習(xí)、試驗分析和理論計算來解決。本文也僅對磨床主軸進行了有限元分析，而未對砂輪架其他關(guān)鍵部件，包括液體靜壓軸承、主軸箱、導(dǎo)軌等進行有限元分析。以及砂輪架裝配

101、體繼續(xù)整體的有限元分析，了解每個部件對整體以及裝配關(guān)系對砂輪架整體的影響和受力情況，這些都是產(chǎn)品設(shè)計者必須進一步了解和分析的。</p><p>　　此外要真正讓這臺在軌火車車輪專用數(shù)控磨床能夠從理論設(shè)計變成產(chǎn)品，還有很多工作要做，包括工作臺、工件頭架、液壓進給系統(tǒng)、電力電子系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)等，許多本文沒有涉及到的，但卻是一臺完整的數(shù)控磨床必不可少的組成部分的理論設(shè)計、實際檢驗與調(diào)試已及生產(chǎn)加工工藝的設(shè)計與優(yōu)化。這些

102、課題都有待今后進一步的研究與開發(fā)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　上海市生產(chǎn)技術(shù)局. 磨床與磨削. 上海科學(xué)技術(shù)出版社，1965</p><p>　　<<機床譯叢>>編輯組. 機床精度與測試. 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社，1979</p><p>　　樊智敏，孟兆明

103、. 機械設(shè)計基礎(chǔ). 機械工業(yè)出版社，2012</p><p>　　機械設(shè)計手冊編委會. 機械設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　上海紡織工學(xué)院機械制造專業(yè)教研組. 機床設(shè)計參考圖冊. 上海紡織工學(xué)</p><p><b>　　院教材組，1977</b></p><p>　　王之煦，金水棠，范崇夏.

104、新標(biāo)準(zhǔn)機械圖圖冊. 機械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　胡鳳蘭. 互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ). 高等教育出版社，2005</p><p>　　上海機床廠“七二一”工人大學(xué). 磨床設(shè)計制造. 上海人民出版社，1972</p><p>　　孫恭壽，湯錫銓. 磨床精化與改造. 機械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　Smith, Edwa

105、rd H. Mechanical Engineer's Reference Book. 12th Edition. </p><p>　　Elsevier, 1998</p><p>　　北京第一通用機械廠. 機械工人切削手冊. 機械工業(yè)出版社，1978</p><p>　　Norman S. Nise. Control Systems Engineerin

106、g. 5th Edition. John Wiley & Sons, </p><p>　　Inc., 2008</p><p>　　[13] George R. Buchanan. Theory and Problems of Finite Element Analysis. McGRAW-HILL, 1995</p><p>　　[14] （美）Soli

107、dWorks公司. COSMOS基礎(chǔ)教程：COSMOSWorks Designer. 葉修垶，陳超祥. 機械工業(yè)出版社，2007</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　隨著這片論文的完稿，我的學(xué)業(yè)也進入尾聲。在整個學(xué)習(xí)和論文的撰寫過程中，我要感謝許多人。這其中包括我的導(dǎo)師戴惠良，耐心的解答我在課題研究和論文寫作過程中的各種問題。仔細的審閱我的初

108、稿，提出寶貴的意見，幫助我修改和完善論文的各個細節(jié)。如果沒有他的悉心的幫助和指導(dǎo)，這篇論文很難如此順利的完成。我還要感謝整個專業(yè)學(xué)習(xí)期間數(shù)十名任課老師的辛勤付出，是你們對專業(yè)知識的細心講解，對自己多年理論和實踐經(jīng)驗的傳授，對學(xué)術(shù)研究方法的諄諄教誨，才讓我擁有了足夠的知識、經(jīng)驗和能力來完成這篇作品。同時我還要感謝輔導(dǎo)員姜碧純，在整個學(xué)習(xí)期間幫助任課老師安排教學(xué)計劃，協(xié)助完成教學(xué)工作；幫助學(xué)生順利完成學(xué)業(yè)和考試，在各方面給與了我極大的幫助。

109、此外我還要感謝同窗的同學(xué)和好友，在你們的鼓勵和幫助下，共同學(xué)習(xí)、討論，度過了一段快樂的時光。還有很多想要感謝的人，在這里就不一一列舉了，但和大家在一起的時光短暫而快樂。最后由衷的感謝所有幫助我、陪伴我完成學(xué)位的老師和同學(xué)，我取得的所有成績?nèi)茧x不開大家的辛勤付出。并祝愿大家在未來取得卓越的成就！</p><p><b>　　譯文及原文</b></p><p>　　譯文

110、：固體力學(xué)中摩擦學(xué)綜述</p><p>　　固體力學(xué)研究在摩擦學(xué)領(lǐng)域是必要的（摩擦系數(shù)，潤滑和磨損）摩擦學(xué)有很大的經(jīng)濟效應(yīng)。對摩擦學(xué)理論更好的理解和應(yīng)用帶來的潛在節(jié)省也許能高達過面試存在著的幾個百分點。摩擦學(xué)問題的解決往往能加強現(xiàn)有技術(shù)在廣泛領(lǐng)域中的應(yīng)用，從航天器渦輪機殼的摩擦接觸到摩托車輛齒輪裝配的軸承接觸，到磁性存儲驅(qū)動的滑動接觸。相反的，摩擦系數(shù)也會影響固體力學(xué)和切線向心力是自變量的案例。包含有固體力學(xué)的摩

111、擦學(xué)活躍的研究課題有：動載軸承的摩擦力和磨損和延長軸承壽命；接觸模型和凹凸體滑動表面的熱應(yīng)力；磁性記入頭的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，和人造關(guān)節(jié)的表現(xiàn)和延長服務(wù)壽命。另外還存在無數(shù)的應(yīng)用，需要發(fā)展必要的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)表面表現(xiàn)的理論和信息，例如相對運動的摩擦反饋，節(jié)點壓力和固體力學(xué)和摩擦學(xué)相結(jié)合的形變能量。</p><p>　　摩擦學(xué)是相對運動的表面間的科學(xué)技術(shù)。這個單詞本身在20世紀(jì)60年代在英格蘭被使用，它來源于希臘單詞“trib

112、os”意為“去碰擦”。這個短語承載著試圖以跨學(xué)科的方式去連接歷史上的獨立領(lǐng)域，摩擦、潤滑和磨損的意識，也附帶有科學(xué)上的名義圖研究在那時對于大部分來說是非常實用的。這種嘗試似乎已經(jīng)成功了，并且這個詞摩擦學(xué)在科學(xué)和工程界被廣泛接受。液膜軸承、滾動軸承、密封、齒輪、凸輪、粘滯阻尼、人造關(guān)節(jié)和磁性存儲設(shè)備是摩擦學(xué)被使用中的一部分應(yīng)用。</p><p>　　摩擦學(xué)研究的經(jīng)濟價值推動了對其的研究。通過更好的理解接觸力學(xué)的問題

113、產(chǎn)生的摩擦學(xué)在工程實踐上的提高也許能帶來數(shù)十億美元的節(jié)省。約斯特報告，在其上摩擦學(xué)第一次被使用，對摩擦學(xué)定理更好的理解和應(yīng)用將帶來每年5.15億英鎊的潛在節(jié)?。ㄏ喈?dāng)于英國1%國民生產(chǎn)總值）如此大的經(jīng)濟影響當(dāng)時被嘲笑為利己的自大，然而它的經(jīng)濟價值也許被很大的低估了。約斯特報告起初關(guān)注于摩擦導(dǎo)致的能源損失，而忽視了更大的多的無孔不入的對磨損的維護費用以及機器的故障和折舊帶來的損失。摩擦學(xué)帶來的潛在節(jié)省如此巨大，但卻非常難以準(zhǔn)確的量化它。最新