　　摘要：连杆是发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。连杆平行度测量仪是专门为检测汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单、测量精度高。连杆两端孔的平行度的要求比较高，如果平行度差，就会使发动机的噪音大，耗油量大，摩擦大，磨损快，这就要求工件必须有很高的平行度。本设计是由机械系统设计和控制系统的设计所组成。包括齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计及选择，步进电机的选择和装置中机械系统的设计，有关测试系统的控制设计及选择。本文主要的设计内容是机械的部分。

　　　关键词：连杆; 平行度; 检测

　　Abstract：The connecting rod is one of main power transmission components of motor engine which is always moving in high speed. Therefore, it requests a highly connection with other components. Thus the connecting rod has become a frequent and indispensable part of the production. The connecting rod parallelism measuring instrument is specially designed for measuring automobile connecting rod , which has a simple structure and a high measuring accuracy. The center line parallelism of the car’s link bar has a high request. If the center line parallelism is not good, the auto engine will have a loud noise, big waste of oil, big friction and fast wear away. So it requests the work piece have a high center line parallelism. This design is composed by the mechanical system design and the control system design, including the design and selection of the gear drive and the ball bearing guide screw，selection of motor machine and design of the installment mechanical system , control design and selection of the test system . This design mainly focuses on the design of machine

Key words：Connecting rod; parallelism; examination

摘要…………………………………………………………………………1

关键词……………………………………………………………………………1

1 前言…………………………………………………………………………………2

2 进给运动的要求 ………………………………………………………………………3

　　　 2.1 减少运动件的摩擦阻力……………………………………………………3

　　　 2.2 提高传动的精度和刚度………………………………………………………3

　　　 2.3 减少传动惯量……………………………………………………………4

3 滚珠丝杠的选择 ………………………………………………………………………4

　　　 3.1 概述……………………………………………………………………………4

　　　 3.2 滚珠丝杆的安装………………………………………………………………4

　　　 3.3 滚珠丝杆的润滑及防护………………………………………………………5

　　　 3.4 滚珠丝杆的设计与计算………………………………………………………6

4 齿轮传动的设计计算 …………………………………………………………………8

　　　 4.1 齿轮传动比的计算……………………………………………………………8

　　　 4.2 确定齿轮模数及有关尺寸……………………………………………………8

　　　 4.3 转动惯量的计算………………………………………………………………9

　　5 步进电机的选择………………………………………………………………………10

　　　 5.1 概述…………………………………………………………………………10

　　　 5.2 步进电机的工作原理…………………………………………………………10

　　　 5.3 步进电机的选择………………………………………………………………11

6 液压夹具的设计………………………………………………………………………12

　　　 6.1 液压夹具的液压基本回路…………………………………………………12

　　　 6.2 液压元件的选择……………………………………………………………12

　　　　　 6.2.1 油泵的选择……………………………………………………………12

　　　　　 6.2.2 液压阀的选择…………………………………………………………13

　　　　　 6.2.3 管道尺寸的确定……………………………………………………13

　　　　　 6.2.4 油箱容量的确定……………………………………………………14

　　　　　 6.2.5 滤油器的选择…………………………………………………………14

　　　　　 6.2.6 压力表的选择…………………………………………………………14

　　　　　 6.2.7 换向阀的选择…………………………………………………………14

7 传感器的选择及测量原理……………………………………………………14

8 连杆平行度的误差分析及计算………………………………………………15

9经济分析……………………………………………………………………16

10结论……………………………………………………………………………16

参考文献 …………………………………………………………………………17

致谢………………………………………………………………………………………18

连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接监测5-6个参数。连杆平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目。　　　连杆平行度测量仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测效率，同时也提高了检测的精度。近些年随着我国汽车行业的快速发展，检测技术也是突飞猛进。通过自主研发、引进国外先进技术、与国外公司合资、合作等方式，迅速提高了国内的检测水平，基本满足了使用要求。

　　目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三座标测量机的方法相比[1]，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。

其结构简图如图2。

测头装配图.gif

总装配图.gif

内容简介：: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名管超学号200841914531年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师姓名周光永指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题机械部分的一些设计：1.进给运动的要求2.滚珠丝杆的选择3.滚珠丝杆的部分设计与计算1.齿轮传动的设计与计算2.液压夹具的设计3.步进电机的选择4.完成设计的说明书指导教师意见指导教师签名：年月日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名管超学号200841914531年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师及职称周光永副教授学部理工学部 2011年9月20日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）一、建立数学模型。二、进行方案选择，要求论证充分。三、整体结构设计，绘制0号结构示意图一张。四、编写运算程序。五、测绘零件图1号图一张。六、编写设计计算说明书一份，不少于15000字。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1常健生.检测与转换技术M机械工业出版社2002年2月2樊映川.数学分析M人民教育出版社 1980年6月3朱龙根.机械零件设计手册M机械工业出版社 2001年8月4王光斗，王春福.机床夹具设计手册M上海科学技术出版社1988年3月5方大千.电工手册M 电子出版社2003年10月6温松明.互换性与技术测量基础M长沙：湖南大学出版社2000年10月7潭浩强.C程序设计M北京：清华大学出版社1997年1月8陆耀祖.内燃机构造与原理M中国建材工业出版社2004年3月9卡严.机械传动装置设计手册M北京：机械工业出版社1997年1月10王世彤.机械原理与零件M北京：高等教育出版社2004年3月11符炜.机械创新设计构思方法M湖南科学技术出版社2005年1月12孙恒陈作模.机械原理M北京：高等教育出版社1996年5月工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2月2日至3月15日收集资料3月16日至3月31日总体方案论证,选择,整体结构的初步设计4月1日至4月5日中期检查4月6日至4月15日整体结构设计,绘制装配图4月16日至4月30日绘制控制原理图5月1日至5月10日绘制零件图5月11日至5月22日编写设计计算说明书5月底开始审核,修正,答辩准备要求完成日期：20 12年 5 月 5 日指导教师签名：接受任务日期：20 11 年 9 月 21 日；学生本人签名：管超注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计THEDESIGNOFTHECONNECTINGRODHOLEPARALLELTOTHEAXISOFAUTOMATICDETECTOR学生姓名：管超学号：200841914531年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（5）班指导老师及职称：周光永副教授学部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本设计的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年月日目录摘要1 关键词1 1 前言2 2 进给运动的要求 3 2.1 减少运动件的摩擦阻力3 2.2 提高传动的精度和刚度3 2.3 减少传动惯量4 3 滚珠丝杠的选择 4 3.1 概述4 3.2 滚珠丝杆的安装4 3.3 滚珠丝杆的润滑及防护5 3.4 滚珠丝杆的设计与计算6 4 齿轮传动的设计计算 8 4.1 齿轮传动比的计算8 4.2 确定齿轮模数及有关尺寸8 4.3 转动惯量的计算9 5 步进电机的选择10 5.1 概述10 5.2 步进电机的工作原理10 5.3 步进电机的选择11 6 液压夹具的设计12 6.1 液压夹具的液压基本回路12 6.2 液压元件的选择12 6.2.1 油泵的选择12 6.2.2 液压阀的选择13 6.2.3 管道尺寸的确定13 6.2.4 油箱容量的确定14 6.2.5 滤油器的选择14 6.2.6 压力表的选择14 6.2.7 换向阀的选择14 7 传感器的选择及测量原理14 8 连杆平行度的误差分析及计算15 9经济分析16 10结论16 参考文献 17致谢18 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名管超学号200841914531年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(5)班指导教师及职称周光永副教授开题时间2011年 12 月 21 日毕业论文（设计）题目连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）（宋体五号，行间距单倍行距。）1、选择设计连杆端孔轴线平行度自动检测仪的意义在于：就自身来说，其需要综合的运用机械、电子、计算机技术等多种学科的知识，可以让自己受到多项工程能力的训练，符合我们机制专业的培养目标的要求。其次，可以有利于社会经济效益的增强，可以保证产品质量，节约和降低成本，减少废品，减少材料消耗，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度等。2、现今国内外检测平行度的装置也有不少，例如瑞士RAYTEC大型机床导轨直线度平行度高精度检测仪，美国波音特精密激光测量仪，还有国内的辊轴平行度测量仪检测仪L-742等。3、主要参考文献：1 赵负图.国内外最新常用传感器和敏感元器件性能数据手册M. 辽宁：辽宁科学技术出版社，1994.112 廖念钊，莫雨松.互换性与技术测量M. 北京：中国计量出版社，2000.13 李岩，花国梁.精密测量技术M. 北京：中国计量出版社，2001.94 何立民. 单片机应用系统设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.7 5 胡乾斌，李光斌，李玲，甘锡英.单片微型计算机原理与应用M. 武汉：华中科技大学出版社，1996,106 杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册S. 北京：机械工业出版社，1999.127 郑堤，唐可洪.机电一体化设计基础M. 北京：机械工业出版社，1998.108 毛谦德，李振清.袖珍机械设计师手册(第二版) S. 北京：机械工业出版社，2000.89 荀殿栋，徐志军.数字电路设计实用手册S. 北京：电子工业出版社，2003.710 赵新民，王祁.智能仪器设计基础M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999.7研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）（宋体五号，行间距单倍行距）研究目的：作为毕业设计的研究，培养自己多项工程训练的能力。研究内容：连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计。研究方法：通过Windows操作系统，利用自己所学的知识和相关的一些资料来研究设计。预期成果：1.设计出符合要求的连杆端孔轴线平行度检测仪设计。2.设计出连杆端孔轴线平行度检测仪所必须具备一些条件，并实现其功能。3.设计开发完成后经过反复测试后不会出现严重的问题。4.在设计过程中，全身心的投入，充分享受设计带给自己的乐趣。条件保障：老师的细心指导，自己所学的知识和学校的优良设施。时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）2011年11.10-11.31：毕业论文（设计）选题2011年12.1-12.7：下达任务书2011年 12.7-12.21：毕业论文（设计）课题调研2011年 12.21-12.26：填写开题报告2011年 12.26-12.31：开题报告答辩2012年 2.20-3.20：实习，收集资料2012年 3.21-3.30：完成毕业论文（设计）提纲2012年 4.1-4.30：完成毕业论文（设计）初稿2012年 5.1-5.15：修改初稿2012年 5.16-5.20：完成定稿2012年 5.21-5.30：论文答辩开题论证小组意见组长签名：年月日专业委员会意见专业教研室主任签名：年月日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。指导教师指导检查学生进行毕业论文（设计）工作情况登记表系（部）名称：理工学部指导教师姓名：周光永时间地点指导、检查的主要内容学生签名2012.3 八教收集资料，文献阅读，必备知识，确定方案管超 2012.3 八教方案审查管超 2012.4 八教系统设计管超 2012.4 八教设计实施，报告设计结构管超 2012.4 八教设计公式，表格，图的规范管超 2012.4 八教零件图审查管超 2012.4 八教夹具设计管超 2012.5 八教设计报告正文部分管超 2012.5 八教初稿审查管超2012.5 八教答辩管超注：此表在每次指导、检查工作时由学生带来，指导教师填写。内容包括学生的学习、工作态度；毕业论文（设计）工作的进展情况；论文（设计）工作中尚需解决的问题等。连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计学生：管超指导老师：周光永(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘要：连杆是发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。连杆平行度测量仪是专门为检测汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单、测量精度高。连杆两端孔的平行度的要求比较高，如果平行度差，就会使发动机的噪音大，耗油量大，摩擦大，磨损快，这就要求工件必须有很高的平行度。本设计是由机械系统设计和控制系统的设计所组成。包括齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计及选择，步进电机的选择和装置中机械系统的设计，有关测试系统的控制设计及选择。本文主要的设计内容是机械的部分。关键词：连杆; 平行度; 检测TheDesignofTheConnectingRodHoleParalleltoTheAxisofAutomaticDetectorAuthor: Guan ChaoTutor: Zhou Guangyong(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The connecting rod is one of main power transmission components of motor engine which is always moving in high speed. Therefore, it requests a highly connection with other components. Thus the connecting rod has become a frequent and indispensable part of the production. The connecting rod parallelism measuring instrument is specially designed for measuring automobile connecting rod , which has a simple structure and a high measuring accuracy. The center line parallelism of the cars link bar has a high request. If the center line parallelism is not good, the auto engine will have a loud noise, big waste of oil, big friction and fast wear away. So it requests the work piece have a high center line parallelism. This design is composed by the mechanical system design and the control system design, including the design and selection of the gear drive and the ball bearing guide screw，selection of motor machine and design of the installment mechanical system , control design and selection of the test system . This design mainly focuses on the design of machineKey words：Connecting rod; parallelism; examination目录摘要1 关键词1 1 前言2 2 进给运动的要求 3 2.1 减少运动件的摩擦阻力3 2.2 提高传动的精度和刚度3 2.3 减少传动惯量4 3 滚珠丝杠的选择 4 3.1 概述4 3.2 滚珠丝杆的安装4 3.3 滚珠丝杆的润滑及防护5 3.4 滚珠丝杆的设计与计算6 4 齿轮传动的设计计算 8 4.1 齿轮传动比的计算8 4.2 确定齿轮模数及有关尺寸8 4.3 转动惯量的计算9 5 步进电机的选择10 5.1 概述10 5.2 步进电机的工作原理10 5.3 步进电机的选择11 6 液压夹具的设计12 6.1 液压夹具的液压基本回路12 6.2 液压元件的选择12 6.2.1 油泵的选择12 6.2.2 液压阀的选择13 6.2.3 管道尺寸的确定13 6.2.4 油箱容量的确定14 6.2.5 滤油器的选择14 6.2.6 压力表的选择14 6.2.7 换向阀的选择14 7 传感器的选择及测量原理14 8 连杆平行度的误差分析及计算15 9经济分析16 10结论16 参考文献 17致谢18 1 前言连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接监测5-6个参数。连杆平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目。图1 连杆零件图 Fig 1 Diagram of the connecting rod components连杆平行度测量仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测效率，同时也提高了检测的精度。近些年随着我国汽车行业的快速发展，检测技术也是突飞猛进。通过自主研发、引进国外先进技术、与国外公司合资、合作等方式，迅速提高了国内的检测水平，基本满足了使用要求。目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三座标测量机的方法相比1，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。其结构简图如图2。图 1-2 连杆平行度测量仪立体图 Fig1-2 Parallel measuring instrument of stereo图 2 连杆平行度测量仪立体图Fig2 Three-dimensional diagram of the connecting rod parallel measuring instrument2 进给运动的要求连杆平行度测试的进给运动是数字控制的直接对象，被测试的连杆的平行度的精度肯定会受到进给运动传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，在设计进给系统时，充分注意减少摩擦，提高传动精度和刚度2，消除传动间隙，以及减少运动件的惯性。2.1 减少运动件的摩擦阻力摩擦阻力主要来源与传动系统的导轨和丝杠。因此，为丝杠和导轨的滚动是减少摩擦的重要措施。2.2 提高传动的精度和刚度因为在进给系统中，采用滚珠丝杠螺母和支撑结构是决定其传动精度和刚度的主要部件，故必须保证它们的加工精度。对步进电机驱动的系统尤其如此，此外，还可以用合理的预紧力来夹紧以消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙，是支撑丝杠的轴承预紧以提高支撑的结构刚度，这些措施有利于提高传动精度。2.3 减少传动惯量在满足传动强度和刚度的要求下应尽可能将各元件进行合理的配置，并减少它们的惯量。3 滚珠丝杠的选择3.1 概述滚珠丝杠螺母副是回转与直线运动相互转换的新型传动装置。其原理如图。在丝杠和螺母上加工有弧型的螺丝槽，当它们套在一起是形成了螺丝滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿滚道滚动，螺母螺丝槽两端用回珠管连接，使滚珠能周而复始的循环，采用滚珠丝杠提高了机构的效率和传动精度3，所以一般精度较高的系统中采用滚珠丝杠来传动。我设计的连杆中心孔平行度测量仪的传动系统就采用了滚珠丝杠，以增加系统的传动效率，运动的平稳性及寿命。 3.2 滚珠丝杠的安装连杆平行度测量仪的进给系统要获得较高的传动精度除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠正确的安装及其支撑的结构刚度也是不可忽视的因素。为了提高支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的，一般采用两种组合方式：一种是把向心轴承和锥轴承组合使用，其支撑方案，可有以下几种：（1）一端装止推轴承这种安装方式因为它承载能力小，刚度低，所以一般用于短丝杠。（2）一端装止推轴承，另一端装向心球轴承这种安装用于滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定外，另一端再装向心球轴承，这时需注意止推轴承要远离热源和丝杠上的常用段，以减小丝杠变形的影响。（3）两端装止推轴承把止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热伸缩较为敏感。（4）两端装推力轴承及向心球轴承这种结构方式不能精确的预先测定预紧力4，预紧力大小是由丝杠的温度变形转化而产生的。本设计中由于滚珠丝杠只是带动测头部分往复运动，所以轴向力并不是太大，故两端只采用球轴承支撑。图3 内循环反向器式 Fig3 Inner loop Inverter type3.3 滚珠丝杠的润滑及防护（1）润滑使用润滑剂可以提高滚珠丝杠的耐磨性和传动效率，润滑剂有固体和液体两种，液体润滑可用20号或30号机油，90180号透平油或140号主轴油。固体润滑可用高压润滑脂或锂基润滑脂根据本装置要求简单的特点5，故使用固体润滑，使用两种润滑脂均可使用时，润滑脂直接加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。（2）防护丝杠预紧后，轴向间隙小，当硬质灰或污物等落入螺纹滚道内就会妨碍滚珠的运转，并加快磨损，常用的防护装置有：(a)密封圈：密封圈装在螺母的两端。有接触式和非接触式两种，接触式的弹性密封圈，用耐油橡胶和尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配合的开头即与螺纹滚道相结合，这类密封的防尘效果好，但有接触压力会使摩擦力矩加大，非接触式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道相反，并稍有间隙且不会增加摩擦力，但防尘效果较差。(b)防护罩：防护罩有锥形套管，伸缩管，也有折叠式的防护罩。对防护罩的要求是：耐油、耐腐蚀、耐高温和耐用。根据本设计的要求选用接触式弹性密封圈进行防护。3.4 滚珠丝杠的设计计算（1）滚珠丝杠的设计计算对于三角形导轨或综合导轨 (1)Px、PzX、Z方向上的切削力。f导轨的摩擦系数。k考虑颠覆力拒影响的实验系数。对于本装置k1.15 G30kg f0.16 PxPz0则 p0.16309.847.04N根据 pQ0 Q0最大动载荷选取公称直径 d32滚珠直径 (2)螺距 P5mm螺纹升角 251额定静载荷 C0a30150N额定动载荷 Ca10900N接触角 45螺纹滚道半径 rs（1.25-0.65）Dw0.63.1751.905mm偏心距 e（rsDw/2）sin0.225螺杆大径 ddm（0.20.5）Dw31.27mm螺杆小径 d1dm+2e2rs28.64mm螺杆接触点直径 dkdmDwcos29.74mm螺杆牙顶圆角半径 ra（0.10.15）Dw0.381螺母螺纹大径 Ddm2e+2rm螺母螺纹小径 Ddm+0.5（dmd）32.37mm预紧力计算：滚珠和螺纹滚道由于受轴向力的作用而产生轴向变形在弹性范围内6，根据赫兹公式 (3)K与滚道的曲率半径、材料的弹性模量有关。对于确定丝杠，K为常数。如图所示。设对螺母A、B施加预紧力P0向对应变形，当外加轴向载荷为P时，螺母B产生了，则0057当时，这时螺母A中滚珠和滚道刚好接触，因此要保证丝杠在最大轴向载荷Pmin作用下无间隙7，则P0定要满足一定的关系：当时则螺母B变形为因为 (4) 所以 (5)于是则为使螺母和丝杠之间不出现间隙，应使预紧力近似等于最大轴向载荷的1/3。P0过小不能保证无间隙传动，P0过大会降低传动效率和承载能力。（2）刚度验算滚珠丝杠是精密的传动元件，它在轴向的作用下将产生伸长或缩短，这将引起丝杠导程的变化，根据公式滚珠丝杠在（“+”号用于拉伸，“”号用于压缩）工作载荷P和扭矩M的共同作用下8，引起每一个导程变形量L为 (6)P工作载荷L滚珠丝杠的基本导程9E弹性模量。对于钢E21106（N/cm2）F滚珠丝杠的截面积M扭矩G切变模量。对于钢Jc 截面积惯性矩。对于本设计4 齿轮传动的设计计算齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种装置几乎都离不开齿轮传动，在数控传动装置中，步进电机常通过齿轮传动装置传递转矩和转速，并使电动机和螺旋传动副之间的转矩和转速得以匹配，因此齿轮传动是设计数控机械的一个重要的组成部分。由于电动机转速一般较高，而机械系统的移动速度有时不能太高，变化范围不能太大，故往往用齿轮传动装置将电动机输出轴的高转速、低转矩转化为负载轴的低转速、高转矩。当用齿轮作为进给装置时，需要满足以下技术要求：（1）大齿轮折算到电机轴上的转动惯量要小。（2）刚度大。（3）无间隙。（4）噪声低。4.1 齿轮传动比的计算因为步进电机步距角 t5cm要实现脉冲当量0.01mm/step在传动系统中应加一对齿轮降速传动，齿轮的传动比10 (7)选Z124 Z2504.2 确定齿轮模数及有关尺寸因传动的扭矩较小，取模数m1.5有关尺寸：齿宽b9mm d1mz1.52436mm d2mz1.55075mm da1d1+2m36+21.539mm da2d2+2m75+21.578mm df1d121.25m32.25mm df2d221.25m71.25mm 4.3 转动惯量的计算根据等效转动惯量的计算公式得 (8)式中 Jd折算到电动机轴的惯性负载（kg/cm2） J1齿轮Z1的转动惯量（kg/cm2） J2齿轮Z2的转动惯量（kg/cm2） J3滚珠丝杠的转动惯量（kg/cm2） M移动部件的质量（kg）对材料为钢的圆柱零件传动惯量可按下式计算11 J0.78103D4L (9)D圆柱零件直径（mm）L零件长度（cm）J10.781033.540.90.0153（kgcm2）J20.781037.540.92.221（kgcm2）J30.781033.24302.455（kgcm2）电机轴的转动惯量很小可以忽略12，则（kgcm2） (10)5 步进电动机的选择5.1 概述步进电机也叫脉冲电动机，是将脉冲信号转化成相应的角位移的电磁机械装置，是一种输入与输出数字的脉冲对应的增量驱动元件13。当给步进电机一个电脉冲信号，不仅电动机转动一个步距角，如按一定规律给步进电机一串连续脉冲信号，步进电机便一步步地连续旋转。步进电机具有如下特点：位移量与输入电脉冲数具有严格的对应关系，步距误差不会积累。（1）稳定运行时的转速与控制脉冲的频率有严格的对应关系。（2）控制性能好，在一定的频率下，能按控制脉冲的要求快速启动，停止或反转。改变控制脉冲的频率，电动机的转速就随着变化，并在很宽的范围内平滑调节。（3）控制系统简单，工作可靠，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步进电机可广泛应用于数模转换，速度控制和位置控制系统中，是开环控制系统中的理想执行元件。步进电动机的类型很多，按其工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式、滚切式以及若干混合式。按励磁相数，有3相、4相、5相、6相甚至8相，按其规律分为快速电机和功率电机。5.2 步进电动机的工作原理如图所示是圆周分相径向气隙的3相反应式步进电机结构简图，定子上有6个磁极，每相2个，转子由软磁材料制成，上面没有绕组，定子磁极和转子上有很多小齿，齿数和通电循环拍数决定了电机的步距角。反应式步进电机的工作原理与反应式同步电机一样，转子的转动力矩是靠定子磁极与转子间的磁极和切向分力产生的，当定子上A相绕组通电时，由于磁场力使磁组减少，因此转子上离A相磁极相对的位置，当A相断电，受B相绕组所建立的磁场影响最大时，转子齿2和4在磁场力的作用下，逆时针转到和B相磁极相对的位置，即转子前进一步。同样当B相断电，而C相通电时，转子又在磁场力的作用下转动一步，使转子1、3齿与C相磁极对齐，由此可见，按A-B-C-A 顺序通电时，电机便一步步地转动，步进电机的步距角是转子旋转一步所转过的角度，由此可见 (11) z转子齿数 ma通电循环拍数5.3 步进电机的选择本设计中步进电机的选择：（1）电机的步距角取系统的脉冲当量：初选步进电机的步距角：（2）步进电机启动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P。根据能量守恒定律，电机所做的功与负载所做的功有如下的关系： (12)式中电机转角机械传动效率 S移动部件的相应位移若取则且 PPs+（G+Pz）所以 (Ncm) (13)Ps移动部件负载G移动部件重量Pz与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力导轨摩擦系数电机步距角T电机轴负载系数本设计中取0.03（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数） 0.93，则（Ncm）若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩 (14)取安全系数为0.3则启动力矩（Ncm）对于工作方式为三相六拍的步进电机（3）步进电机的最高工作效率（Ncm） (15)表4 电机有关参数Fig4 Related Parameters of Motor型号步距角（）最大静转矩（N/cm）最高空载启动频率相数电压（V）电流（A）外形尺寸重量（N）外径长度轴径55BF0041.5134922003273556266.56 液压夹具的设计 6.1 液压夹具的液压基本回路根据参考文献3得知，本设计的要求选用定压回路，一般用定量泵供油，供油率一般为Q=8L/min左右。当压力达到预定的要求压力时14，溢流阀3自动卸荷，这种回路油温较高，非生产性消耗大，多用于装夹较为频繁的夹具。6.2 液压元件的选择液压系统的主要参数是油的压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据，压力取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。6.2.1 油泵的选择(1)确定油泵的最大的工作压力根据设计要求由于是测连杆的平行度，工件与测头不接触，夹具所施加的加紧力只需保证工件不移动即可15，不可使工件变形超出允许范围即可，故设 P1200N则活塞作用力 PP1/ 考虑各种损失的有效系数，本设计取0.9则 (16)根据常规油缸的系列，选择D=45cm则油缸的工作压力 (17)则油泵的最大工作压力本设计中取则Pp1.4+0.31.7Mpa(2)确定泵的流量Qp (18)K系统泄油系数。一般取1.11.3。同时动作的油缸的最大的流量。 (19)本设计中 K1.2当p2MPa时，d（0.2-0.4）D则 Qp=1.25.45=6.54L/min(3)选择油泵的规格根据求得的Pp和Qp值，选择CBB型齿轮泵。6.2.2 液压阀的选择根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大的流量，选择有型的产品的阀，溢流阀按泵的最大的流量选取16。根据本设计中的流量选择溢流阀为YFL108型，通径10mm，并采用螺纹连接，重量为2.4 kg。 6.2.3 管道尺寸的确定 (20)管道内经按上式计算根据管道的标准系列选择公称通径 DN8mm则钢管外径 14mm管接头连接螺纹 M141.5管子壁厚为1mm6.2.4 油箱容量的确定按下列经验公式确定油箱的容量 (21)式中 QV 油泵每分钟排出的压力油的容积（m3）经验系数，本式中取3则V26.5410-31.3110-2（m3）6.2.5 滤油器的选择根据设计需要选择线隙式滤油器17，型号为XU-J10806.2.6 压力表的选择根据设计要求选择KFL8/14E型，公称通径为8mm，压力表直径为mm,接头螺纹M141.5。6.2.7 换向阀的选择根据设计要求选择WE5N6.2/N型电磁换向阀18。7传感器的选择及测量原理凡接受外界刺激能产生输出信号，即可定义为传感器19。传感器就是用来对所测的量产生响应并提供可用的电信号器件，即把输入信号变成不同形式的输出信号的装置。最简单也是应用最广泛的是位置传感器，位置传感器的检测方式有接触式和非接触式两种。根据设计的要求，选用非接触测量方式，并使用电容式传感器，传感器如图所示：图5 传感器结构示意图Fig5 Diagram of Sensor Schematics Structure本传感器的工作原理式以被测连杆圆孔为一极板，另一极板在传感器上，当传感器在侧头的带动下伸入孔内时，由于孔的平行度存在误差，必然会引起传感器上的极板和孔的内壁之间的距离的变化，从而引起传感器电容两极板之间电压的变化。传感器将这些变化引入计算机，由计算机对这些变化进行处理，即可求出传感器极板与圆孔之间的距离。8连杆平行度误差分析与计算当测头进入连杆中心孔时，测头上的三套传感器能自动检测与孔壁之间的距离，即为y1，y2，y3。 (22)如图所示。根据圆与直线交点的关系得出偏心量，。 (23)其中则 y1，y2，y3由检测器输出电压的变化来求得20，当测头向前移动L时，再次测得y1，y2，y3。则以第一个所测得的圆面位X，Y平面建立空间直角坐标系，则两点的中心线即可近似为中心孔的轴线。直线方程为 (24)同理，因两孔为同时测量，则另一孔也会同样通过两点A（x, , ）,B(x1, ,L)，则另一条轴线的方程为 (25)则两条直线在空间的夹角为： (26)而根据所要求的平行度所夹的最大角为 (27)如所测得的角则连杆为合格品，否则为不合格品。9经济性分析连杆端孔轴线平行度自动检测仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测精度，同时也提高了检测的效率。在我国汽车及相关零部件快速发展的今天，它一定会受到广大汽车行业的欢迎。目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三座标测量机的方法相比，测量效率高、精度高、成本低,是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。它的作用还体现在报废连杆的修复上，它不但能提示零件是否合格，还能将检测结果显示出来，供我们参考，以便我们采取相应措施提高产品的合格率。10 结论经过这次毕业设计，我不但巩固了这四年学习的知识，还学到了很多新的东西。知道了自己的不足，也知道了自己的一些优点。从这次毕业设计中我收获不少，更让我高兴的是我又一次系统的总结大学期间所学的专业知识，学会了如何去解决问题，尝到了解决问题的乐趣。刚开始和周老师见面定题目的时候，感觉自己什么都不知道，突然有些手足无措。可能是第一次的缘故，心里有些紧张。等我全

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