角磨機結(jié)構(gòu)及外型設計

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