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文檔簡介

1、 本科課程設計(論文) 題 目: 角磨機的機械結(jié)構(gòu)及外型設計角磨機的機械結(jié)構(gòu)及外型設計 學 院: 專 業(yè): 姓 名: 指導教師: 2011 年 6 月 20 日 .1 本科課程設計本科課程設計( (論文論文) ) .1 第第 1 章章 設計要求設計要求 .2 1.1 引言.3 1.2 課程組完成的設計任務.3 1.3 個人完成的設計任務.3 第第 2 章章 資料查詢與市場調(diào)研資料查詢與市場調(diào)研 .4 2.1 資料查詢 .4 2.2 角磨機的市場調(diào)研.5 第第 3 章章 總體方案設計總體方案設計 .7 3.1 角磨機工作原理分析與說明.7 3.2 角磨機的總體結(jié)構(gòu)設計 .10 3.3 典型機構(gòu)設

2、計.11 3.3.1 直流電動機.11 3.3.2 空間齒輪結(jié)構(gòu).13 第第 4 章章 典型零件結(jié)構(gòu)設計典型零件結(jié)構(gòu)設計齒輪和軸承齒輪和軸承 .14 4.1 齒輪結(jié)構(gòu)設計.14 4.2 設計說明.15 4.3 注意事項.15 4.4 結(jié)構(gòu)分析.15 4.5 連接關系.15 4.6 軸承設計.15 第第 5 章章 設計說明書設計說明書 .17 5.1 角磨機外觀設計.17 5.2 設計來源.19 5.3 設計流程.19 5.4 產(chǎn)品規(guī)格.19 5.5 使用說明及注意事項.20 第第 6 章章 設計總結(jié)設計總結(jié) .21 一、設計要求一、設計要求 1.1 引言引言 電動角磨機學名“角向磨光機” ,一

3、種普遍使用的電動手持式切割研磨工 具。就是以交流電或直流電驅(qū)動電機,驅(qū)動傘狀齒輪高速運轉(zhuǎn)帶動砂輪高速 運轉(zhuǎn),從而利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪以及橡膠砂輪、鋼絲輪等對金屬構(gòu)件進 行磨削、切削、除銹、磨光加工。角磨機適合用來切割、研磨及刷磨金屬與 石材,作業(yè)時不可使用水。切割石材時必須使用引導板。針對配備了電子控 制裝置的機型,如果在此類機器上安裝合適的附件,也可以進行研磨及拋光 作業(yè)。角磨機被廣泛應用于機械制造業(yè)、建筑、家具制造等行業(yè)領域,角磨 機經(jīng)實驗和現(xiàn)場實際操作證明,具有結(jié)構(gòu)合理、體積 小、重量輕、功利大、 操作靈活、攜帶方便等優(yōu)點,深受廣大電力電信作業(yè)者等的歡迎。了解角磨 機工作原理、結(jié)構(gòu)等可

4、以幫助人們更好的使用;對角磨機的再設計能夠更好 的滿足廣大消費者的功能需求,同時增加了消費者使用的安全性以及舒適度。 1.2 課題組完成的設計任務課題組完成的設計任務 我組通過上網(wǎng)查閱資料、翻閱相關書籍,在各大五金市場對角磨機進行了 詳細的市場調(diào)查,來研究角磨機的工作原理及結(jié)構(gòu)并對角磨機的發(fā)展趨勢進 行了考查探究。最終我組選擇牧田角磨機為例,將其拆分進行角磨機的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)分析、測繪、計算及三維結(jié)構(gòu)設計,運動分析,各零件的連接分析與設 計。另外運用 Rhino 三維建模軟件做出了三維模型,在不同角度和部位做了 爆炸圖以便更好的分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、連接方式和運作方式,運用 AutoCAD 進 行了典型

5、零件的三視圖繪制。最后對其外形進行了構(gòu)思創(chuàng)意設計。 1.3 個人完成工作量個人完成工作量 完成角磨機的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)機外觀設計,最終提供如下 6 方面的資料: (1) 工作原理圖(CAD 圖) 1 張 (2) 總爆炸圖(外觀包括電機機殼、齒輪箱。內(nèi)部構(gòu)件包括 砂輪、空間齒輪、 轉(zhuǎn)子、定子、軸承等) 3 張 (3) 結(jié)構(gòu)組裝、爆炸圖 3 張 (4) 典型零件(齒輪)詳圖 2 張 (5) 外形設計方案 2 張(草圖) (6) 設計說明書 1 份 二、資料查詢與市場調(diào)研二、資料查詢與市場調(diào)研 2.12.1 資料查詢資料查詢 在確定了課題后的第一天,我們小組就角磨機的工作原理和運動簡圖等開 始瀏覽并收集

6、資料,我們到圖書館和上網(wǎng)查閱了相關機械的資料,對于電磁感 應產(chǎn)生電能的原理(即電動機工作原理)和空間齒輪機構(gòu)的構(gòu)成有了比較具體 的的了解,也對角磨機的工作原理有了初步認識。然后對角磨機進行拆卸,對 各部進行數(shù)據(jù)測量并記錄相關數(shù)據(jù),對角磨機的結(jié)構(gòu)有更深的了解。 研究對象研究對象 此次我們小組研究的角磨機是日本日立電動角磨機G10SF3 560W,主要參 數(shù)如下 砂輪外徑:100 公厘(4 英寸) 孔徑:16 公厘(5/8 英寸) 主軸螺紋:M101.5 輸入功率:560 瓦 空載轉(zhuǎn)速:12,000/分鐘 最大輸出功率:640 瓦 全長:254 公厘(10 英寸) 重量:1.4 公斤(3.1 磅)

7、 最大輸出功率:640W 2.22.2 市場調(diào)研市場調(diào)研 2.2.12.2.1 消費者購買角磨機時考慮的事項消費者購買角磨機時考慮的事項 (一)個人愛好和財力 ,以及角磨機的用途。 (二)角磨機的質(zhì)量、價格和維修等因素,其中進口機的質(zhì)量明顯優(yōu)于國產(chǎn)機, 并且使用壽命較長,而國產(chǎn)機的價格及維修費用低于進口機。 (三)塑料外殼的表面光潔度(包括附件光潔度) ,模具開得好壞(塑料機殼和 附件棱角是否清晰、美觀、整齊) 。 (四)角磨機穩(wěn)定性的強弱。 (五)功能是否齊全,看功率大小。要考慮其工作使的震動大小以及發(fā)出的噪 聲大小。 (六)了解價格。角磨機價格屬市場調(diào)節(jié)價、可上下浮動;因各店進貨渠道不 同

8、,進價不一,更會出現(xiàn)售價不一,甚至高、低懸殊的現(xiàn)象。 2.2.22.2.2 產(chǎn)品定位產(chǎn)品定位 下面是市場上比較暢銷的幾款角磨機的對比分析 產(chǎn)品類型圖片重要參數(shù)及特點 博世 Bosch 角 磨機 GWS7-125 輸入功率:1,200 瓦 空載轉(zhuǎn)速: 8,500/分鐘 全長:391 公厘 (1513/32 英寸) 重量:2.7 公斤 (5.9 磅) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、 突破壽命瓶頸 1.高效馬達冷卻 系統(tǒng) 2.全機身嚴密防 塵保護 3.世界最細握柄 日立 180mm 730W 角磨機 G18SS 砂輪外徑 180 公厘 (7 英寸) 空載轉(zhuǎn)速:8,500/ 分鐘 最大輸出功率: 3150 瓦 全長:

9、463 公厘 (18-7/32 英寸 重量:4.3 公斤 (9.5 磅) 1.1900W 大功率 輸入 2.高性價比產(chǎn)品 定位 3.120%高過載 力設計 百雷仕 砂輪外徑 230mm 空載轉(zhuǎn)速:6,000/ 分鐘 輸入功率:1800 瓦 全長:530 公厘重 量:3.9 公斤(9.5 磅) 牧田電動角磨 機 GA5030 砂輪外徑 125 公厘 空載轉(zhuǎn)速: 11,000/分鐘 最大輸出功率: 3150 瓦 全長:266 公厘 重量:,1.4 公斤 該產(chǎn)品在定位上不僅注意其功率、轉(zhuǎn)速、重量、體積等各方面等功能因素, 還要注意其外觀的體現(xiàn)及形式美的要素,使人們在笨重枯燥的工作中更感覺輕 松自如。

10、 三、角磨機總體方案設計三、角磨機總體方案設計 3.1 工作原理分析與說明工作原理分析與說明 1、工作原理圖、運動簡圖 工作原理圖工作原理圖 角磨機運動簡圖角磨機運動簡圖 角磨機工作原理圖角磨機工作原理圖 角磨機運動簡圖角磨機運動簡圖 2、工作原理分析、說明 角磨機就是利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪以及橡膠砂輪、鋼絲輪等對金屬構(gòu)件 進行磨削、切削、除銹、磨光加工。通過電磁感應產(chǎn)生電能,帶動軸承轉(zhuǎn)動, 通過空間齒輪結(jié)構(gòu)將水平傳動轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直傳動,從而帶動薄片砂輪或橡膠砂輪, 鋼絲輪等高速旋轉(zhuǎn)。 3.2 角磨機總體結(jié)構(gòu)設計角磨機總體結(jié)構(gòu)設計 剖視圖剖視圖 角磨機總體分為以下幾個方面: 1) 、外殼包裝及操作

11、按鈕 2) 、轉(zhuǎn)子組件和定子組件及軸承 3) 、空間齒輪機構(gòu)及砂輪軸 由于角磨機工作頻率較高,會產(chǎn)生震動,所以在各零件連接之間都要做好防 震措施,在螺絲連接處要多加墊圈,外殼多采用塑料,角磨機的尾部外殼要留 出出風孔,防止角磨機工作散熱不及時導致原件損壞。 3.3 典型機構(gòu)設計典型機構(gòu)設計 3.3.1 直流電動機直流電動機 直流電動機分為兩部分: 1)轉(zhuǎn)子組件 2)定子組件 轉(zhuǎn)子組件和定子組件的尺寸一定要相符合,兩者之間的間隙要合適,該間 隙稱為氣隙。 定子部分包括機座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置; 轉(zhuǎn)自部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風扇等部件 轉(zhuǎn)子(電樞): 直流電動機的轉(zhuǎn)

12、子又稱電樞,它是產(chǎn)生感應電動勢、電流、 電磁轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件。 1) 電樞鐵心 電樞鐵心是直流電動機主磁路的一部分,在鐵心槽中嵌放電樞繞 組。電樞鐵心一般采用硅鋼片疊壓而成。 2) 電樞繞組 電樞繞組的作用是通過電流產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)能量 轉(zhuǎn)換。 3) 換向器 換向器的作用是將電樞中的交流電動勢和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流 電動勢和電流,從而保證所有導體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向一致。 4) 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸作用是用來傳遞轉(zhuǎn)矩。為了使電機能可靠地運行,轉(zhuǎn)軸一般用合 金鋼鍛壓加工而成。 5) 風扇 風扇用來降低運行中電機的溫升 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理 直流電動機的工作原理如下:

13、如下上圖所示為最簡單的直流電動機的原理圖。其換向器是由二片互相絕 緣的半圓銅環(huán)(換向片)構(gòu)成的,每一換向片都與相應的電樞繞組連接,與電 樞繞組同軸旋轉(zhuǎn),并與電刷 A、B 相接觸。若電刷 A 是正電位,B 是負電位,那 么在 N 極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組 ab 中的電流從 a 流向 b,在 S 極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組 cd 中的電流從 c 流向 d。轉(zhuǎn)子載流導體在磁埸中要受到電磁力的作用,根據(jù)磁 場方向和導體中的電流方向,利用電動機左手定則判斷,如圖中 ab 邊受力方向 是向左,而 cd 則向右。由于磁場是對稱的,導體中流過的又是相同的電流,所 以 ab 邊和 cd 邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈

14、上受到的電磁力 f 的 作用而按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時,線圈中的電流為零。 因此,電磁力也等于零。但由于慣性的作用,線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半圈之 后,雖然 ab 與 cd 的位置調(diào)換了,ab 轉(zhuǎn)到 S 極范圍內(nèi),cd 轉(zhuǎn)到 N 極范圍內(nèi),但 是由于電刷和換向片的作用,轉(zhuǎn)到 N 極下的 cd 邊中的電流方向也變了,是從 d 流向 c,在 S 極下的 ab 邊中的電流,則從 b 流向 a。因此,電磁力 f 的方向仍 然不變,轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時針方向轉(zhuǎn)動??梢姡謩e在 N,S 極范圍內(nèi)的導體中 的電流方向總是不變的。因此,線圈二邊受力方向也不變。這樣線圈就可以按 受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。

15、 3.3.2 空間齒輪空間齒輪 傳遞兩相交軸間的運動和 動力 圓錐 交錯軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu) 空間齒輪機構(gòu) 傳遞兩交錯軸間的運動和 動力 蝸桿蝸輪機構(gòu) 空間齒輪運動簡圖空間齒輪運動簡圖 空間齒輪立體圖空間齒輪立體圖 在設計中運用空間齒輪,主要是利用兩個斜齒輪來將水平方向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化 為豎直方向的旋轉(zhuǎn),旨在改變從動件的方向。此空間齒輪組采用的材質(zhì)是合金, 在高速的旋轉(zhuǎn)中能夠承受巨大的沖擊力,其中一個齒輪小,若在使用中磨損, 可以更換只小斜齒輪,這樣易于降低成本,節(jié)約能耗。 四、典型零件結(jié)構(gòu)設計四、典型零件結(jié)構(gòu)設計齒輪和軸承齒輪和軸承 4.1 齒輪結(jié)構(gòu)設計齒輪結(jié)構(gòu)設計 齒輪立體圖齒輪立體圖 4.2 設

16、計說明設計說明 此零件是連接電機與磨削部分的重要零件,電機力的傳遞都是通過此構(gòu)件 傳送給磨砂輪,電機的高速運轉(zhuǎn)與磨砂輪受到的阻力會使該零件收到嚴重損壞, 接處應該有比較大的強度才能承受磨砂所產(chǎn)生的阻力,因此在連接處用了合金 來作為連接件。 4.34.3 注意事項注意事項 因為此構(gòu)件會收到很大的力,為了防止構(gòu)件與電機分離,應使構(gòu)件與電機 連接(即合金)的螺紋方向與電機的旋轉(zhuǎn)方向相反。同理,構(gòu)件與磨削部分連 接處的受力方向應與旋轉(zhuǎn)方向相反。 4.44.4 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析 此構(gòu)件上中間有一個孔,通過軸連接,使其與磨砂輪相連,中間有三個孔, 不僅節(jié)省了材料,更為角磨機的減震提供了條件,在一定程度上還

17、是角磨機使 用起來更加的輕便。 4.5 連接關系連接關系 該零件與從動裝置的連接是軸連接,與主動裝置的連接是螺紋連接,是可 分離連接。 4.6 軸承軸承 深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡圖深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡圖 電動角磨機中用的是滾動軸承中的深溝球軸承,使用此滾動軸承是因為其 有吐下有點: 1 摩擦阻力小,功率消耗小,機械效率高,易起動。 2、尺寸標準化,具有互換性,便于安裝拆卸,維修方便。 3、結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,軸向尺寸更為縮小。 4、精度高,轉(zhuǎn)速高,磨損小,使用壽命長。 5、該軸承具有自動調(diào)心的性能。 6、適用于大批量生產(chǎn),質(zhì)量穩(wěn)定可靠,生產(chǎn)效率高。 7、在角磨機的工作中可以承受偶純軸向載荷很大的徑向載荷,在

18、轉(zhuǎn)速很 高而軸向載荷不太大時,可承受純軸向載荷。 五、設計說明書五、設計說明書 5.15.1 角磨機外觀設計角磨機外觀設計 設計草圖設計草圖 1 該角磨機在外形設計上凸顯一種“巧” ,機身采用弧面,簡潔、不綴余,機 身大部分采用亮麗的橙色,更能產(chǎn)生一種輕快感。 設計草圖設計草圖 2 該角磨機的設計簡潔大方,機身采用直面與曲面的結(jié)合,使其剛中帶柔, 柔中含剛,在顏色上采用金屬的銀色與比較活潑的紅色相搭配,更是一種理性 于感性的結(jié)合,從內(nèi)而外散發(fā)出一種機械的美感。 5.25.2 創(chuàng)意來源創(chuàng)意來源 通過上網(wǎng)查閱資料和實際的市場調(diào)研,確定了設計的定位為中端產(chǎn)品。通 過對已有角磨機的機構(gòu)進行拆卸、計算、

19、測繪和結(jié)構(gòu)及原理分析,進而進行各 機構(gòu)的 Rhino3D 建模、重要零件的 AutoCAD 繪圖,系統(tǒng)了解了角磨機的構(gòu)造和 加工成型工藝,最后提出并完善自己的外觀設計方案。通過對一些角磨機的消 費者了解,簡潔輕便的外形是消費者所青睞的。這種風格的藝術是在大多數(shù)的 主要銷售渠道,已確定為基本產(chǎn)品。在角磨機的計中在形狀上可以用直曲面的 結(jié)合,既簡潔又不單調(diào);在設計材料上采用金屬與塑料的結(jié)合;在顏色上采用 了銀色或黑色與比較感性的顏色(紅、橙色)等的結(jié)合,使其在枯燥的工作中 既體現(xiàn)出一種機械美感又體現(xiàn)藝術美感。 5.3設計流程設計流程 首先考慮到角磨機的結(jié)構(gòu)是否合理,這是開始設計最關鍵的一步,由于此

20、 前對已有產(chǎn)品的拆卸、計算、測繪和結(jié)構(gòu)及原理分析,使結(jié)構(gòu)對設計的重要性 得以重視。其次對造型的考慮,此類手持類機械產(chǎn)品宜采用曲面圓潤的造型, 但外形不適宜過于怪異復雜。再次對材料的考慮,考慮到大多數(shù)消費者的審美 觀念及材料的感覺特性,采用鍍鉻和合金材料和塑料為好。最后在顏色選取上, 選用艷麗的紅、橙為主。 5.4產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品規(guī)格 5.5 使用說明及注意事項使用說明及注意事項 使用方法: 1.使用前,要確認工具所接電源電壓必須符合銘牌的規(guī)定值。 2.接通電源時,工具開關應是于“斷開”位置。 3.操作使用前,應認真檢查砂輪是否符合規(guī)定使用的增強纖維樹脂砂輪,其安 全線速度不得小于80m/s。該砂轉(zhuǎn)

21、的外徑不得超過所用工具規(guī)定的最大規(guī)格。同 時應用木槌輕敲砂輪時不應有破碎聲。若所用砂輪的保存期超過一年,必須先 進行回轉(zhuǎn)強度試驗合格后才可使用。 4.使用時應先將磨光機空載試運行一下后,再接觸被加工的工件,產(chǎn)禁在工具 已經(jīng)與工件接觸的狀態(tài)下直接啟動工具進行作業(yè)。 5.使用中應自始至終戴妥防護目鏡和穿著合適的工作服。 6.產(chǎn)禁在拆除砂輪防護罩的情況下使用磨光機。 7.移動工具時切勿用手提拉電源線的方法,亦不得用手拉電源線的方式將工具 從插座拔下的方法,這樣做可能造成電源線折斷,產(chǎn)生危險。 8.工具出現(xiàn)故障需檢修時,或需要更換任何零件時,均應在插頭自電源插座拔 下的狀態(tài)進行。 使用注意事項: 1.沒有砂輪防護裝置時千萬不要使用本角磨機。 2.確認砂輪上所標識的轉(zhuǎn)速等于或大于角磨機的額定轉(zhuǎn)速。只能使用額定 轉(zhuǎn)速為 80m/s 以上的砂輪。 3.確保砂輪尺寸與角磨機相符、砂輪與主軸相配。 4.須按照廠家的使用說明書小心存放和使用磨輪。 5.使用前檢查砂輪,不要使用破損的、有裂縫的或有其他缺陷的產(chǎn)品。 6.使用角磨機時,應牢牢握住工具的操作柄和側(cè)柄。否

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