角磨机的机械结构及外型设计.doc

本科课程设计(论文) 题 目： 角磨机的机械结构及外型设计 学 院: 专 业： 姓 名： 指导教师： 2011年6月20日 1本科课程设计(论文) 1第1章 设计要求 21.1 引言 31.2 课程组完成的设计任务 31.3 个人完成的设计任务 3第2章 资料查询与市场调研 42.1 资料查询 42.2 角磨机的市场调研 5第3章 总体方案设计 73.1 角磨机工作原理分析与说明 73.2 角磨机的总体结构设计 103.3 典型机构设计 113.3.1 直流电动机 113.3.2 空间齿轮结构 13第4章 典型零件结构设计——齿轮和轴承 144.1 齿轮结构设计 144.2 设计说明 154.3 注意事项 154.4 结构分析 154.5 连接关系 154.6 轴承设计 15第5章 设计说明书 175.1 角磨机外观设计 175.2 设计来源 195.3 设计流程 195.4 产品规格 195.5 使用说明及注意事项 20第6章 设计总结 21一、设计要求1.1 引言电动角磨机学名“角向磨光机”，一种普遍使用的电动手持式切割研磨工具。

就是以交流电或直流电驱动电机，驱动伞状齿轮高速运转带动砂轮高速运转，从而利用高速旋转的薄片砂轮以及橡胶砂轮、钢丝轮等对金属构件进行磨削、切削、除锈、磨光加工角磨机适合用来切割、研磨及刷磨金属与石材，作业时不可使用水切割石材时必须使用引导板针对配备了电子控制装置的机型，如果在此类机器上安装合适的附件，也可以进行研磨及抛光作业角磨机被广泛应用于机械制造业、建筑、家具制造等行业领域，角磨机经实验和现场实际操作证明，具有结构合理、体积 小、重量轻、功利大、操作灵活、携带方便等优点，深受广大电力电信作业者等的欢迎了解角磨机工作原理、结构等可以帮助人们更好的使用；对角磨机的再设计能够更好的满足广大消费者的功能需求，同时增加了消费者使用的安全性以及舒适度1.2课题组完成的设计任务我组通过上网查阅资料、翻阅相关书籍，在各大五金市场对角磨机进行了详细的市场调查，来研究角磨机的工作原理及结构并对角磨机的发展趋势进行了考查探究最终我组选择牧田角磨机为例，将其拆分进行角磨机的内部结构分析、测绘、计算及三维结构设计，运动分析，各零件的连接分析与设计另外运用Rhino三维建模软件做出了三维模型，在不同角度和部位做了爆炸图以便更好的分析其内部结构、连接方式和运作方式，运用AutoCAD进行了典型零件的三视图绘制。

最后对其外形进行了构思创意设计1.3个人完成工作量完成角磨机的三维内部结构机外观设计，最终提供如下6方面的资料：（1） 工作原理图（CAD图） 1张（2） 总爆炸图（外观包括电机机壳、齿轮箱内部构件包括 砂轮、空间齿轮、转子、定子、轴承等） 3张（3） 结构组装、爆炸图3张（4） 典型零件（齿轮）详图2张（5） 外形设计方案 2张（草图）（6） 设计说明书1份二、资料查询与市场调研2.1资料查询在确定了课题后的第一天，我们小组就角磨机的工作原理和运动简图等开始浏览并收集资料，我们到图书馆和上网查阅了相关机械的资料，对于电磁感应产生电能的原理（即电动机工作原理）和空间齿轮机构的构成有了比较具体的的了解，也对角磨机的工作原理有了初步认识然后对角磨机进行拆卸，对各部进行数据测量并记录相关数据，对角磨机的结构有更深的了解研究对象 此次我们小组研究的角磨机是日本日立电动角磨机G10SF3 560W，主要参数如下砂轮外径：100公厘（4英寸）孔径：16公厘（5/8英寸）主轴螺纹：M10×1.5输入功率：560瓦空载转速：12,000/分钟最大输出功率：640瓦全长：254公厘（10英寸）重量：1.4公斤（3.1磅）最大输出功率：640W2.2市场调研2.2.1消费者购买角磨机时考虑的事项（一）个人爱好和财力 ，以及角磨机的用途。

二）角磨机的质量、价格和维修等因素，其中进口机的质量明显优于国产机，并且使用寿命较长，而国产机的价格及维修费用低于进口机 （三）塑料外壳的表面光洁度（包括附件光洁度），模具开得好坏（塑料机壳和附件棱角是否清晰、美观、整齐） （四）角磨机稳定性的强弱五）功能是否齐全，看功率大小要考虑其工作使的震动大小以及发出的噪声大小六）了解价格角磨机价格属市场调节价、可上下浮动；因各店进货渠道不同，进价不一，更会出现售价不一，甚至高、低悬殊的现象 2.2.2 产品定位下面是市场上比较畅销的几款角磨机的对比分析产品类型图片重要参数及特点博世Bosch角磨机 GWS7-125输入功率：1,200瓦空载转速：8,500/分钟全长：391公厘（15～13/32英寸）重量：2.7公斤（5.9磅）内部结构创新、突破寿命瓶颈1.高效马达冷却系统2.全机身严密防尘保护3.世界最细握柄日立180mm 730W角磨机 G18SS砂轮外径180公厘（7英寸）空载转速：8,500/分钟最大输出功率：3150瓦全长：463公厘（18-7/32英寸重量：4.3公斤（9.5磅）1.1900W大功率输入2.高性价比产品定位3.120%高过载力设计百雷仕砂轮外径230mm空载转速：6,000/分钟输入功率：1800瓦全长：530公厘重量：3.9公斤（9.5磅）牧田电动角磨机GA5030砂轮外径125公厘空载转速：11，000/分钟最大输出功率：3150瓦全长：266公厘重量：,1.4公斤该产品在定位上不仅注意其功率、转速、重量、体积等各方面等功能因素，还要注意其外观的体现及形式美的要素，使人们在笨重枯燥的工作中更感觉轻松自如。

三、角磨机总体方案设计3.1 工作原理分析与说明1、工作原理图、运动简图 工作原理图角磨机运动简图 角磨机工作原理图 角磨机运动简图2、 工作原理分析、说明角磨机就是利用高速旋转的薄片砂轮以及橡胶砂轮、钢丝轮等对金属构件进行磨削、切削、除锈、磨光加工通过电磁感应产生电能，带动轴承转动，通过空间齿轮结构将水平传动转变为竖直传动，从而带动薄片砂轮或橡胶砂轮，钢丝轮等高速旋转3.2角磨机总体结构设计剖视图角磨机总体分为以下几个方面：1）、外壳包装及操作按钮2）、转子组件和定子组件及轴承3）、空间齿轮机构及砂轮轴由于角磨机工作频率较高，会产生震动,所以在各零件连接之间都要做好防震措施，在螺丝连接处要多加垫圈，外壳多采用塑料，角磨机的尾部外壳要留出出风孔，防止角磨机工作散热不及时导致原件损坏3.3 典型机构设计3.3.1直流电动机 直流电动机分为两部分：1）转子组件2）定子组件转子组件和定子组件的尺寸一定要相符合，两者之间的间隙要合适，该间隙称为气隙。

定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装置；转自部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件转子(电枢)： 直流电动机的转子又称电枢，它是产生感应电动势、电流、电磁转矩而实现能量转换的部件 1) 电枢铁心 电枢铁心是直流电动机主磁路的一部分，在铁心槽中嵌放电枢绕组电枢铁心一般采用硅钢片叠压而成 2) 电枢绕组 电枢绕组的作用是通过电流产生感应电动势和电磁转矩实现能量转换 3) 换向器 换向器的作用是将电枢中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流，从而保证所有导体上产生的转矩方向一致 4) 转轴 转轴作用是用来传递转矩为了使电机能可靠地运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成 5) 风扇 风扇用来降低运行中电机的温升直流电动机的工作原理  直流电动机的工作原理如下：如下上图所示为最简单的直流电动机的原理图其换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c流向d转子载流导体在磁埸中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。

由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受的电磁力的大小相等这样转子线圈上受到的电磁力 f的作用而按逆时针方向旋转当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零因此，电磁力也等于零但由于惯性的作用，线圈继续转动线圈转过半圈之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab转到S极范围内，cd转到N极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N极下的cd边中的电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流，则从b流向a因此，电磁力f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动可见，分别在N，S极范围内的导体中的电流方向总是不变的因此，线圈二边受力方向也不变这样线圈就可以按受力方向不停地旋转3.3.2 空间齿轮空间齿轮机构传递两相交轴间的运动和动力圆锥传递两交错轴间的运动和动力交错轴斜齿圆柱齿轮机构蜗杆蜗轮机构空间齿轮运动简图 空间齿轮立体图在设计中运用空间齿轮，主要是利用两个斜齿轮来将水平方向的旋转转化为竖直方向的旋转，旨在改变从动件的方向此空间齿轮组采用的材质是合金，在高速的旋转中能够承受巨大的冲击力，其中一个齿轮小，若在使用中磨损，可以更换只小斜齿轮，这样易于降低成本，节约能耗。

四、典型零件结构设计——齿轮和轴承4.1齿轮结构设计齿轮立体图4.2设计说明此零件是连接电机与磨削部分的重要零件，电机力的传递都是通过此构件传送给磨砂轮，电机的高速运转与磨砂轮受到的阻力会使该零件收到严重损坏，接处应该有比较大的强度才能承受磨砂所产生的阻力，因此在连接处用了合金来作为连接件4.3注意事项因为此构件会收到很大的力，为了防止构件与电机分离，应使构件与电机连接（即合金）的螺纹方向与电机的旋转方向相反同理，构件与磨削部分连接处的受力方向应与旋转方向相反4.4结构分析此构件上中间有一个孔，通过轴连接，使其与磨砂轮相连，中间有三个孔，不仅节省了材料，更为角磨机的减震提供了条件，在一定程度上还是角磨机使用起来更加的轻便4.5连接关系该零件与从动装置的连接是轴连接，与主动装置的连接是螺纹连接，是可分离连接4.6轴承 深沟球轴承结构简图电动角磨机中用的是滚动轴承中的深沟球轴承，使用此滚动轴承是因为其有吐下有点：1 摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动 2、尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便 3、结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小。

4、精度高，转速高，磨损小，使用寿命。