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齿轮测量中基座及径向滑架系统设计Gear measurement base and radial car-riage system design摘 要齿轮测量仪器种类很多，可分为基本几何参数误差测量仪器、综合参数误差测量仪器和整体误差测量仪器。基本几何参数误差测量仪器、能完成被测齿轮的齿形（渐近线）、齿向（螺旋线）、周节和齿厚等四项基本几何参数的测量。双面啮合测量是一种大体模拟齿轮实际加工情况的测量方法，即所有误差综合地在径向上以中心距的变动量来起作用，所以能比较真实地反映齿轮实际加工中、齿轮与刀具的相对位置误差，这对工艺参数的调整提供了方便。这种检验方法具有检验效率高的优点，但其不足之点在于从齿轮综合参数误差的测量结果中，要分析出周节、齿形等基本几何参数误差是困难的。本设计主要针对从测量结果中做出对基本几何参数误差的分析，来设计基座及径向滑架，不仅能真实地反映齿轮实际加工中，齿轮与刀具的相对位置误差，也能分析出周节、齿形等基本参数误差。关键词：万能齿轮测量仪 径向滑架 基座 误差Abstract Many types of gear measuring instruments can be divided into basic geometric parameters of error of measuring equipment, integrated parameters of error of measuring instruments and the overall error of measuring instruments. Basic geometric parameters of error of measuring instruments, to complete the measured gear tooth (Asymptote), to the teeth (spiral), thick-section and teeth, such as the four basic geometric parameters measured. Measurement is a two-sided meshing gears roughly simulate the actual processing of the measurement method, that is, all integrated in the radial error on the distance to play a role in the movement, the technical parameters of the adjustment of the convenience. This test method has the advantage of high-efficiency test, but the point is that lack of comprehensive parameters of error of gear from the measurement results, it is necessary to analyze week festival, the basic geometric parameters profile error is difficult. The design mainly from the measurements made in the basic parameters of the geometric error of analysis, to design the base and radial sliding planes, not only can truly reflect the actual processing gear, the gear and the relative position of error tool can also analyze Week Festival, tooth, and other basic parameters error.Key words: Universal gear measuring instrument radial sliding planes the base error目录第一章 绪论.21.1 万能齿轮测量仪的发展现状.21.2 论文研究的目的及意义.4第二章 万能式齿轮测量机.52.1 测量系统.52.1.1万能齿轮测量机测量原理.52.1.2 万能齿轮测量机测量误差72.2万能式齿轮测量机技术要求：.82.2.1 精度规定82.2.2齿轮整体误差曲线的测量方法.102.2.3 齿轮整体误差11第三章 基座及径向滑架系统设计163.1基座及径向滑架系统功能与结构组成.163.1.1基座及滑架系统功能组成.173.1.2 基座及径向滑架系统的结构组成.193.1.3 基座及径向滑架具体设计193.1.3.1 轴的设计.193.1.3.2 传递盘的设计193.1.3.3 接套的设计193.1.4 安全性要求19第四章 零件的计算与校核194.1 轴的校核.194.2 弹簧的校核.194.3 丝杠的校核19结论19参考文献：19致谢19附录 第一章 绪论1.1 万能齿轮测量仪的发展现状 目前常用的齿轮精度测量方法有两种，一种是齿轮啮合试验法，用以判断一对齿轮副的回转传动性能；另一种是几何解析测量法，它将被测量齿轮实际齿面形状和理论值进行比较测量。齿轮大多为渐开线齿轮，其测量原理和非渐开线齿轮的测量原理是不同的。 测量渐开线齿轮的齿面形状时，测头置于被测齿轮基圆的切线上，被测齿轮的回转和测头的直线运动，按照展成关系进行控制。在以往机械式齿轮测量仪中采用了基圆盘；如今仪器的轴系导轨上都装有圆编码器或长编码器(长刻度尺)，由计算机按展成关系实现高速、高精度的NC控制。近年来，因生产工程集团化，ISO9000得以普及，测量值可溯源体系的有关问题得到重视。目前，ISO正对齿轮测量仪器的精度评定方法制订有关标准，德、美两国已经确立了溯源体系顶端的国家机构。在日本，企业是用基于ISO标准建立起的JIS标准来确立齿轮精度的等级，由于没有建立如图所示的可溯源体系，因而测量误差值的保证体系还没有建立起来。所以，日本齿轮工业协会组建了一个项目组，对“超精密齿轮精度检验评定方法的标准化”进行了研究，开发了高精度齿轮测量仪器，它适用于检验一般齿轮测量仪器用样板。由大阪精机承担制造的高精度CNC齿轮测量仪，其测量精度(重复性)为0.20.3m，我们进行了如下技术开发：(1)上下顶尖采用气浮轴承，提高了主轴回转精度；(2)主轴气浮轴承中内装有高精度圆光栅，提高了输出性能；(3)齿形和齿向的测量滑座都采用了气浮导轨，提高了测量运动性能；(4)采用激光测长仪来检查误差，测量放大倍数可达10000倍。该仪器的驱动系统，主轴回转运动采用步进电机驱动，测头的直线运动也采用步进电机驱动，二者用NC控制来实现渐开线或齿向的展成运动，以实现测量。齿距误差按齿距等分、与齿面接触的测头的位移变化量，通过激光测长系统进行检测。位移检测元件安装在平行簧片上，而测座上装有反射镜，激光束照射其上进行齿面精度的测量。目前，该仪器已安置于日本电气通讯大学内，进行仪器测试、数据采集，以分析测量的不确定度。在所讨论的渐开线齿轮齿面的检测中，其检测仪器主轴的回转和测头的直线运动均采用CNC控制以实现同步，而非渐开线齿形的齿轮，特别是锥齿轮等，其齿面形状是三元函数的，测量时，必须将实际齿面的坐标位置和预先计算出来的理论齿面三维坐标值进行比较测量。准双曲面齿轮齿面的测量以及用测量的结果来评定准双曲面齿轮的性能就是一典型事例。齿轮测量的基础是齿轮精度理论。齿轮测量技术的发展历程是以齿轮精度理论的发展为前提的。齿轮精度理论的发展实质上反映了人们对齿轮误差认识的深化。迄今,齿轮精度理论经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮误差动力学理论还处在探索中。第一种理论将齿轮看作纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描述,实际曲面上点的位置和理论位置的偏差即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看作刚体,认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件,并认为齿轮误差在啮合运动中是通过啮合线方向影响传动特性的,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看作弹性体对齿廓进行修形,“有意地”引入误差,用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳动态性能由此形成了齿轮动态精度的新概念。齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新如传动误差、设计齿廓的引入等。反过来,齿轮测量技术的发展也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准的贯彻提供了技术支撑。综上所述，齿轮测量中的渐开线齿轮测量，要建立起其测量精度传递(溯源)体系，有必要开发出高精度齿轮测量技术。为了保证产品质量，推进齿轮测量的高速化，对锥齿轮及非渐开线齿轮的测量也提出了要求。今后，还应考虑微小齿轮的测量问题。对齿轮测量仪器及其相关技术有必要不断改进提高。1.2 论文研究的目的及意义作为齿轮性能分析的实例，基于上述采用准双曲面齿轮测量仪的齿面测量结果进行啮合模拟仿真的相关技术介绍如下。在该仿真中，基于准双曲面齿轮副的齿面测量数据，是相对于大齿轮理论齿面的误差和相对于小齿轮齿面的共轭齿面的误差二者合成的结果，是求出的齿轮副总的齿面误差称其为相对齿面误差。然后再求出啮合瞬间接触点的轨迹。在啮合区的一个齿距内，按照各个接触点周围5m啮合间隙范围来预测齿面的接触形状。进而求出基于相对误差的回转传动误差(运动误差)。利用富里哀变换，可求得传动误差的16次啮合谐波分量。整体误差测量仪器是上述二者兼顾的测量仪器。这种仪器能按齿轮整体误差测试技术理论，高效而准确地绘出包含齿轮各基本几何参数误差和综合参数误差在内的“整体误差曲线”。便于误差分析和工艺分析，即可综合评定齿轮的传动质量，又可对单相几何参数误差进行取值。整体误差测量方法，是将齿轮误差作为一个整体，综合研究其误差结构及误差间的内在联系。它不仅丰富了齿轮误差理论，促进了齿轮加工技术的改进， 而且还提出了齿轮误差测量和研究的新方法、新概念。为逐步过渡到齿轮测量仪产品的标准化、规格化和系列化，以减少的齿轮量仪品种满足国标GB2363-80，需进一步提高测量的精确性，因此必须提高仪器的精确度。第二章 万能式齿轮测量机2.1 测量系统万能式齿轮测量机可测渐开线圆柱齿轮，剃齿刀、插齿刀、扇形齿轮、内齿轮等截面整体误差和一些基本几何参数误差，还可测蜗轮、分度板、花键、非渐开线齿轮等工件的分度误差。适用于计量室、车间检定站。2.1.1万能齿轮测量机测量原理1-被测齿轮 2-切向滑架 3-长光栅 4-径向滑板 5-垂直滑板 6-伺服电机 7-测头 8-圆光栅 9-自整角机发送机 图2.1 万能齿轮测量机工作原理图万能齿轮测量机由九个部件组成，分别为：切向滑板、长光栅、径向滑板、滑板、伺服电机、测头、圆光栅、自整角发送机 。在进行测量时，将测头移至被测齿轮的基圆切向上来，与被测齿廓相接触，由转动着的齿轮面带动测头沿渐开线的法线移动进行测量。从齿根开始测量到齿顶，一齿测完测头滑过齿顶而进入下一齿间，在测量力作用下，测头与齿面接触，齿面反转完成自动分齿。测头返回到初始位置时，齿轮又开始正转进行下一齿的测量。逐步循环至此截面所有同名齿廓测量完毕。在测量过程中，与齿轮一起转动的圆光栅发出转角脉冲信号，与测头一起移动的长光栅发出采样信号。两路信号同时送入专用电子计算机,按本仪器的工作原理所规定的程序和数学模型进行控制和计算。数字输出将作为测量结果被打印和显示出来；模拟输出经放大推动记录笔描绘出误差曲线；控制信号输出经控制电路至伺服电机，按规定程序驱动主轴转动。齿轮周节误差、齿形误差和截面整体误差的测量运动及分齿运动都是在-法线极坐标内完成的。三种误差都统一以回转坐标的脉冲数表示，最后还要将角度的脉冲数乘以脉冲当量再按分度圆直径和基圆直径换算为长度值。轴系部件：主轴部件是本仪器的重要部件，它的精度直接影响测量结果。为提高主轴回转精度和减少驱动系统对主轴的振动影响，采取了如下措施。主轴径向精度由安装在主轴 轴颈上的上两列和下一列密集钢珠及轴套的内工作表面所组成的精度径向滚动轴承来保证。主轴轴向精度由主轴的凸肩端面、轴套的两端面以及钢珠所组成的单列止推滚动轴承来保证。 主轴的载荷和减震，主轴的回转运动是由控制电机通过减速器减速后驱动大齿轮而得到的。内环固定在轴套上，齿轮的径向力作用在内环上，对主轴起卸荷的作用。对主轴来说，这个机械传动系统是一个振动源。大齿轮座上的滚动轴承通过拔盘拔动托盘上的滚动轴承，使托盘跟着转动，托盘下面固定着拔销，它又通过拔环拔动底盘上的拔销，使底盘和与固定在一起的内套转动。内套与主轴为键连接，使主轴回转。这种结构消除了由于大齿轮的径向振动及齿轮偏摆对主轴回转精度的影响，大齿轮的周向振动由拔环吸收，拔环用耐油橡胶制成，主轴的轴向窜动是用蝶形弹簧消除的，从而使主轴的回转运动平稳，有较高的置中精度。2.1.2 万能齿轮测量机测量误差本测量机是新型齿轮截面整体误差测量仪。所谓截面整体误差，即在被测截面内齿轮各项误差在啮合线上的总作用误差。它包括两部分：一是齿轮齿廓的位置误差（即齿轮的分度误差）二是齿轮齿廓的形状误差（即齿轮的齿形误差）本测量机为完成包含此两项误差的截面整体误差连续测量，将点测头移至被测齿轮的基园切线上，与被测齿廓相接处，由转动着的齿轮齿面带动测头沿渐开线的法线移动进行测量。从齿根开始测量到齿顶，一齿测头滑过齿顶而进入下一齿间，在测量力作用下测头与齿面接触，齿轮反转完成切向自动分齿。测头返回至起始展开长度位置时，齿轮开始正传进行下一齿的测量。逐齿循环至此截面所有同名齿廓测量完毕。在测量过程中，与齿轮一起转动的圆光栅发出实际转角脉冲信号，与测头一起移动的长光栅发出采样脉冲信号。两路信号同时送入专用电子计算机，按本仪器的工作原理所规定的程序和数学模型进行控制和计算。数字输出将作为测量结果被打印和显示出来，模拟输出经放大推动记录描绘出误差曲线，控制信号输出经控制电路至伺服电机，按规定程序驱动主轴转动。齿轮整体误差曲线是将一个齿轮全部工作齿面上的各点误差值以同一零位测出，并按齿面上各点的实际啮合顺序排列而成的一种完整的齿轮误差曲线。在齿轮整体误差曲线上可以读取齿轮所有误差项目的误差值、了解其变化规律，并能分析出各种误差之间的因果关系、补偿关系和内在的相互关系。应用齿轮整体误差理论来分析这种曲线，还可以深入了解齿轮的实际啮合过程、传动特性和齿轮误差对传动质量的影响等，从而为评定齿轮精度、控制齿轮传动质量、调整工艺和改进齿轮设计提供科学的依据2.2万能式齿轮测量机技术要求：2.2.1 精度规定综合精度应符合下表规定：1）综合精度应符合下表规定2.1表项 目示直误差示直变动性附注测量渐开线齿形误差0.0016（当rb=60时）0.001Rb为渐开线样板的基圆半径0.0025（当rb=150时）测量调节累计误差0.0030.002测量截面整体误差0.0030.0022） 下顶尖的斜向圆跳动不大于0.0015.3） 上顶尖锥面的径向圆跳动不大于0.0015.4） 上顶尖锥面中心线对轴系回转中心线的同轴度.当顶尖距为150时，同轴度允差为0.010当顶尖距为250时，同轴度允差为0.012当顶尖距为420时，同轴度允差为0.0155） 测头上下移动对上下顶尖连线的平行度应符合下表规定. 2.2表项 目在100行程范围内全行程范围内前后方向0.0030.005左右方向0.0060.016） 切向滑架前后移动的直线度.在垂直平面内允差为3” .在水平平面内允差为2” .7） 切向滑架移动方向对上下顶尖连线的垂直度允差为0.003.8） 径向滑架移动的直线度.在垂直平面内允差为4” .在水平平面内允差为6” .9） 切向滑架移动方向对径向滑架移动方向的垂直度允差为0.0210） 测头径向零位偏差不大于0.0211） 测头切向零位偏差不大于0.0212） 成套测头的定位尺寸.全套标准外测头应为500.02.全套内测头应为500.02.加长测头应为600.02.2.2.2齿轮整体误差曲线的测量方法 1）单向误差人工重叠法 单向误差人工重叠法是把各齿的齿形和齿距两种单项误差用人工重叠成截面整体误差曲线。这种测量方法效率很低，精度不高，很难在生产中应用。 2）单面啮合间齿测量法 单面啮合间齿测量法是我国首创。它是在单面啮合综合测量的基础上发展起来的，此法采用特殊结构测量齿轮与被测齿轮单面啮合，使测量时的重合度小于1，测出齿形运动误差曲线。从而在单面啮合测量仪上，动态连续地测出齿轮整体误差曲线。 单面啮合间齿测量法采用蜗杆作为测量元件时，因其万能性强，测量蜗杆易于制造，且制造误差对被测齿轮齿距累积误差的测量结果几乎没有影响。因而被广泛应用于生产，并相继发展了能测出截面整体误差曲线和全齿宽整体误差曲线的蜗杆式整体误差单啮仪。随着计算机的广泛应用，以齿轮作为测量元件的整体误差单啮仪将会得到发展，因测量齿轮的制造误差对齿距累积误差测量结果的影响可以通过计算机来消除。 3）逐齿坐标点测法 逐齿坐标点测法是分别用极坐标方法同时测量各齿的齿形误差和齿距误差，然后把两项误差在统一的坐标系上表示出来，形成截面整体误差曲线。这种测量方法是在齿形误差测量的基础上发展起来的。此法采用点测头，可自动连续地测出不带顶刃啮合过度部分的截面整体误差曲线。 4）齿轮测量中心测量 近些年来国内外大力发展的齿轮测量中心，也能用来测量齿轮的整体误差曲线，为齿轮整体误差曲线的测量提供了新的途径。2.2.3 齿轮整体误差齿轮周节误差、齿形误差和截面整体误差的测量运动及分吃运动都是在-法线极坐标系内完成的。三种误差都统一回转坐标的脉冲数表示，最后还要将角度的脉冲数乘以脉冲当量按分度圆直径和基圆直径换算为长度。周节误差数学模型见图2.2 图2.2 齿轮周节误差坐标图（2-1）式中j以第1吃误差为零的第j-1齿的实际分度角（脉冲数）Kp分度系数，即相邻齿理论周节角，（脉冲数/齿数），其中a为角度脉冲当量（1”/脉冲数）.j在测齿序号；z被测齿轮齿数；以第1吃误差为零的第j齿周节测量点上的绝对分度误差（脉冲数）.在图 中1.2、j、,z各点代表各相应吃的理论周节角位置，12、j、，z各点代表个相应吃的实际周节位置，j为理论分度角。齿形误差数学模型见图（2-2）式中i以起始测量点误差为零的第i个采样点对第i-1个采样点的齿轮实际转角（脉冲数）以起始测量点误差为零的第i个采样点的齿形误差（脉冲数）n采样点数i在测采样点序号Kf齿形系数，即与采样间隔p相应的齿轮转角，（脉冲数），其中p为长光栅采样间隔，取p=0.1,a为角度脉冲当量（1”/脉冲数），rb为被测齿轮基圆半径，i齿形误差数学模型如图2.3 图2.3 齿轮齿形误差坐标图 f= - = -(i-1)K (2-3)式中 i 以起始测量点误差为零的第i个采样点对i-1个采样点的实际转角（脉冲数）; ffi以起始测量点误差为零的第i个采样点的齿形误差（脉冲数）； i在测采样点序号； Kf齿形系数，即与采样间隔p相应的齿轮转角，Kf=1296000p/（2rba）（脉冲数），其中p长光栅采样间隔，取p=0.1mm.a为角度脉冲当量（1/脉冲数），rb为被测齿轮的基圆半径； i与采样间隔相应的齿轮理论转角 在上图中直线1Ln代表理论渐开线齿形，1Ln代表实际渐开线齿形。仪器主机主要由基座、径向滑架、轴系及光栅部件、上顶尖座、垂直滑架、切向滑架及长光栅部、记录器和主轴减速器组成。 定基圆 转动大手轮移动径向滑架，调整测头所在基圆位置。在投影式光学度数头的影屏的大小窗口读出基圆半径尺寸。定基圆完毕，用锁紧手把将径向滑架锁紧。定测量截面 转动垂直滑架上的手轮，使切向滑架上下移动，将测头调至被测齿轮的待测界面上，定测量截面完毕，用滚花手轮将滑板锁紧。定起始测量点 低速点动主轴回转，使齿轮的被测齿面带动及切向滑架前后移动，至切向滑架上的金属刻度尺度数为起始测量点测量位置时，测调整完毕。如点动尚不够精确，则将微调旋钮推入后精细微调。测量过程中，为获得合适的测量速度，本机采用了机械减速和晶闸管无级调速的方法。第三章 基座及径向滑架系统设计3.1基座及径向滑架系统功能与结构组成基座及径向滑架系统中，基座为支撑和稳定整个测量系统的作用，在设计中需要按照此要求来完成设计工作。径向滑架是测量系统中的重要组成部分，必须要有一定的精度和使用灵活度。 1-抽斗 2-交流稳压器面板 3-光栅信号电箱 4-专用电子计算机 5-记录器 6- 主轴减速器 7-轴系及光栅部件 8-上顶尖座 9-垂直滑架 10-切向滑架及长光栅部件 11-滚花手轮 12-微调旋钮 13-定基圆读数头 14-锁紧手柄 15- 径向滑架 16-大手柄 17-基座 图 3.1 万能齿轮测量机构件：机器的种类繁多、外形万变、用途各异。但从机器的结构组成、机械运动的特点进行分析，这些不同的机器都是由能产生相对运动的单元体的组合而成，这些单元体称为构件。机构：具有特定结构形状和运动特征的构件组合称为机构。结论：机器是由各种机构组成的。一部机器可能由多种机构组成，如上述的内燃机就是由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构、带传动机构等组合而成；也可能仅由一个最简单的机构组成，如电动机就是只包含一个由定子和转子所组成的双杆回转机构。机器的共同特征：从上述例子以及对其他不同机器的分析可以得到机器的共同特征：（1）它们都是人们根据某种使用要求而设计创造的一种装置。（2）它们必须执行确定的机械运动。（3）用于完成包括机械力、运动和能量转换等动力学任务。相对于机器而言，机构主要反映机器的机械运动传递和运动形式转换的特征3.1.1基座及滑架系统功能组成随着伺服驱动技术、检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、材料及精密机械技术、系统总体技术的飞速发展，使传统机械在产品结构和生产系统结构等方面发生了质的变化，形成了一个崭新的现代机械工业。现代机器已经成为一个以机械技术为基础，以电子技术为核心的高新技术综合系统。由计算机信息网络协调与控制的、用于完成包括机械力、运动和能量转换动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。这个定义突出计算机在现代机器中的协调控制的核心作用，同时也强调了现代机器的主要功能仍然是执行机械运动、完成有用功和能量的转换。现代机器是由机械技术与电子技术有机结合的一个全新系统。它与传统机器比较，具有以下主要特征：a.功能增加、柔性提高b.结构简化、改善性能c.效率提高、成本降低必须强调指出：在现代机器中机械系统是不可缺少的重要组成部分，机械系统和电子系统在不同的场合具有不同的优势。因此，现代机器要求综合考虑机、电、硬、软等方面的特性，使系统各部分合理匹配，实现整体的最佳化。因此，在做基座及径向滑架的设计中要考虑到电子系统对整个测量系统的影响。3.1.2 基座及径向滑架系统的结构组成 图3.2 基座 整个测量系统都要由基座来支撑，因此必须要充分考虑到基座的支撑力。又因为测量系统要平衡性，稳定性好，所以基座采用平稳可调的地脚螺栓着地，按照要求设计出与系统相吻合的尺寸。 图3.3 径向滑架径向滑架系统中，手轮、丝杠、拉杆等要求精度较高，使用频率也较高。维修能延长机器的使用寿命，是保证良好的技术状况及正常运行的技术措施，但必须以付出一定的维修费用及停机费用为代价。因此，以尽可能少的维用换取尽可能多的使用经济效益，是机器进行维修的原则。3.1.3 基座及径向滑架具体设计用径向滑架将测头调整至被测齿轮的基圆径向位置上，并且径向滑架无论移动到哪个位置，都能保证测头在测量过程中始终沿着齿轮的基圆切线方向运动。 在基座中装有轴系部件、圆光栅部件和主轴的传动装置，在基座的上面支撑着径向滑板和上顶尖座部件，受力较大，故基座要有较大的刚度，采用落地式结构。轴系部件在基座中是固定的，测头径向位置的调整是采用滑板的径向移动来完成的。调整时转动大手轮使轴转动，锥齿轮副2带动轴4及该轴另一端的锥齿轮副转动，丝杠20转动带动螺母21和径向滑板一起沿基座1上的导轨作径向运动。根据被测齿轮的基圆半径，通过刻度尺8和刻度值为0.01mm到光学读头，确定滑板的径向位置，完成定基圆的操作。由于径向滑板整体结构的重心偏离滑板几何中心较远，故采用了卸载装置，以减轻导轨的磨损，并提高了滑板的运动灵活性。滚轮25对导轨面对压力调整是靠旋动调整螺母23，改变弹簧压力实现的。压力大小时以导轨在全长上的比压相等的原则来确定，以达到导轨均匀磨损。杠杆24起到了把弹簧压力按杠杆比放大并加载于滚轮上的作用。本测量机径向滑架行程为250mm。3.1.3.1 轴的设计 图 3.4 轴一.初估轴径和选择联轴器型号： 查表，将其表面圆整为标准值： 二.轴的径向和轴向尺寸的确定： 阶梯轴的径向尺寸的变化是由轴上零件的受力情况，安装，固定及轴的表面粗糙度，加工精度来确定的。 阶梯轴的轴向尺寸的变化是由轴上零件的位置，配合长度及支撑结构决定的。轴上安装传动零件处的各轴段长度，主要是由轮毂的宽度决定的。如齿轮轮毂宽b决定了安装齿轮段的轴长度。在确定这些长度时，要注意零件固定的可靠性。图中轴段长度应比轴上零件宽度短23mm，以保证齿轮与套筒端面接触而起轴向固定的作用，如果轮毂长度与轴段相等，则轴套就起不到固定作用，同理，安装带轮的轴段d的长度也是如此确定。3.1.3.2 传递盘的设计各项系数如下：已知轴上圆柱齿轮所受力为圆周力，轴向力，分度圆直径1960mm。 图3.5 传递盘水平支反力： 铅垂支反力： 合成支反力： 3.1.3.3 接套的设计取 设计齿轮模数：将确定后的各项数值代入设计公式，求得：3.1.4 安全性要求机器的安全性包括两方面：（1） 机器执行预期功能的安全性，即机器运行时系统本身的安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性等要求。因此，在设计时必须按有关规范和标准进行设计计算。另外，为了避免机器由于意外原因造成故障或失效，常需要配置过载保护、安全互锁等装置。如为了保证传动系统在过载时不致损坏，常在传动链中设置安全离合器或安全销。又如，为保证机器安全运行，离合器与制动器必须设计成互锁结构，即离合器与制动器不能同时工作。（2） 人-机-环境系统的安全性机器是为人类服务的，同时它又在一定的环境中工作，人、机、环境三者构成一个特的系统。机器工作时不仅机器本身应具有良好的安全性，而且对使用机器的人员及周围的环境也应有良好的安全性。安全性包括两方面的内容。在满足安全性要求的基础上，在设计上应以人为主体协调处理好人、机、环境三者的关系，力求产品功能完善，造型色彩大方宜人，人-机接口亲切、方便，要对人类的生存环境得到保护和改善另外，机构系统工作稳定可靠、操作方便、环境的适应性也都是不可忽视的要求。强度是机械零件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零件能正常工作的基本要求，其典型的计算公式为=lim/s （MPa） 式中：-零件的工作正应力-材料的许用正应力lim-材料的极限正应力s-安全系数第四章 零件的计算与校核4.1 轴的校核轴的强度较核计算，应在轴的危险截面处进行。所谓危险截面，应是力矩较大，轴径较小及应力集中严重的截面。并在轴的结构图上标出危险截面的位置。在载荷大，有键槽，存在应力集中，比较危险，应对这样的截面进行较核。这里按弯扭合成应力校核危险截面的强度： 前面选定轴的材料为45号钢，调制处理，查表得：。因为，所以安全，故轴的强度足够。 （1）.定出轴的支撑距离和轴上零件作用力的位置：轴上零件的位置确定以后，就可定出力的作用点，轴上零件的作用力一般简化为集中力，作用在轮缘宽度中间；轴承的支撑反力，一般可以定在轴承宽度的中间。 （2）.轴的简化与较核计算步骤： 1.轴的简化力数学模型： 将轴简化为铰支座的简支梁：12图4.1 轴的简图2.绘出轴的受力简图：计算出轴上零件作用在轴上的力，并画在轴的简图上：由上面的设计结果得： 因已知轴上齿轮的分度圆直径为d=460mm 3.求支反力： 首先将作用在轴上的力分为水平平面与垂直平面上的分力，然后根据静力平衡条件，即可求出两支点的水平反力，和垂直反力。 求得： 12 图4.2 支反力4.作弯矩图： 根据所求支反力，计算出轴上各截面上的水平弯矩和垂直弯矩，作出水平弯矩图和垂直弯矩图。合成弯矩为：12M 图4.3 弯矩图 5.作扭矩图： 根据轴所传递的功率P，和轴的转速n，可得轴的传递扭矩为 T 图4.4 扭矩图4.2 弹簧的校核在本系统中，弹簧工作于室温条件下，并且所受载荷不大，按第III类弹簧来考虑，故选用C级碳素弹簧。取其切变模量为8200G/M Pa. 18选择旋绕比C=6依公式 计算得曲度系数 K=1.16025 因调整螺母的外径（弹簧安装空间）为12mm，故初取弹簧中径为8 mm，估取弹簧直径d=D/C=1.3 mm 暂选=2000MPa 而 =0.5 可得 =1000 MPa 因大绳轮传递的有效力为0.6N，其半径为32 mm，摩擦垫的有效半径为4.5 mm故摩擦垫对大绳轮的摩擦力 F=0.6324.5=4.3N取摩擦垫的摩擦系数=0.2则弹簧对摩擦垫的正压力F2=F/=4.3/0.2N=21.5N因 故 0.6 mm故改取 d=1mm，不变，不变，则 C=8/1=8 计算得K=1.1则 =0.70 mm上值与原估取值相近，取弹簧钢丝标准直径 d=1 mm。此时D=8mm为标准值，则 D2=D+ d=8mm+1 mm=9 mm 12 mm所得尺寸与要求相符，合适由公式 知弹簧刚度为N/mm=1.65N/mm则弹簧圈数n为 n=12.13取 n=12圈此时弹簧刚度为 12.131.6512 N/mm =1.68 N/mm验算取弹簧极限工作应力=0.56,则=0.562000 MPa=1120 MPa极限工作载荷 50N4.3 丝杠的校核1.丝杠的简化力数学模型： 将丝杠简化为铰支座的简支梁：12 图4.5 丝杠受力简图2.绘出丝杠的受力简图：计算出丝杠上零件作用在丝杠上的力，并画在丝杠的简图上：由上面的设计结果得： 因已知丝杠上齿轮的分度圆直径为d=460mm