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外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to 编号 本科生毕业 设计 中文题目 3D 打印快速模型制造设备设计 生姓名 专 业 学 号 指导教师 分 院 2014 年 月 摘 要 随着工业现代化的不断发展，传统的加工工艺已无法满足现代工业部件的加工需求，许多异形结构利用传统加工（包括五轴加工中心）很难加工或根本不能加工。随即 3D 打印机应运而生 3D 打印机看似复杂，却很简单，也许你会为它神奇的能力而震撼 ，也许你会为它的高科技而惊呆，其实从 1916 年爱因斯坦提出激光原理时，已经为 1986年第一台 3D 打印机的出现奠定了坚实的理论基础。说起 3D 打印机的原理其实一点也不复杂。 本文主要针对 3D 打印技术设计出一款 3D 打印快速模型设备，以切合实际针对新型的生产工艺采取的实际设备的设计制造。 关键词： 3机械结构 新型设备 of to of of is to be or as D . 3D is it be in of 916, a 986 D D is In D to a 3D of of to 3D of 3计 目 录 第一章 绪论 .题来源及研究目的和意义 次设计的主要内容 3D 打印设备方案分析 . 5 械结构设计思路 5 械结构总体方案和布局 2 章 机械结构设计 8 机的选择 .珠丝杠螺母副的设计 材料选用原则 10 杠螺母工作条件及失效形式 螺旋传动类型特点和应用 滚珠丝杠螺母副的计算 滚珠丝杠螺母的支撑方式 滚珠丝杠螺母的润滑和防尘隔离 向光杆和直线轴承的设计 .轴器的设计选择 .步带轮的设计计算 . 3 章 结构设计及三维建模 26 体结构设计的是三维建模 27 体装配建模 30 准件建模 论 38 参考文献 谢 .第 1 章 绪 论 课题来源及研究目的和意义 3D 打印机 有时被称为快速成型机，用液体或粉状塑料制造物品，其运作原理和传统打印机十分相似。快速成形技术（ 称 称快速原型制造技术，是近年来发展起来的一种 先进制造技术 。快速成形技术 20 世纪 80 年代起源于 美国 ，很快发展到 日本 和 欧洲 ，是近年来制造技术领域的一次重大突破。快速成形是一种基于离散堆积成形思想的数字化成形技术；是 控技术、激光技术以及 材料科学与工程 的技术集成。它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。 密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据由 其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂（或切割一层层的纸，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结 剂或热熔材料等，形成各截面，逐步叠加成三维产品。它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合 . 快速成形工艺流程如下： (1)三维模型构造 由于 统只接受计算机构造的产品三维模型 (立体图 )，然后才能进行切片处理，因而首先应在 或工作站上用 件 （如、 ），根据产品要求设计三维模型；或将已有产品的二维三视图转换成三维模型；或在逆向工程中，用测量仪对已有的产品实体进行扫描，得到数据点云，进行三维重构。 (2)三维模型的近似处理 由于产品上往往有一些不规则的自由曲面，加工前必须对其进行近似处理。经过近似处理获得的三维模型文件称为 由一系列相连空间三角形组成。典型的 有时输出的三角形会有少量错误，需要进行局部修改。 (3)三维模型的 分层 (理 由于 艺是按一层层截面轮廓来进行加工的，因此加工前须将三维模型上沿成形高度方向离散成一系列有序的二维层片，即每隔一定的间距分一层片，以便提取截面的轮廓。间隔的大小按精度和生产率要求选定。间隔越小，精度越高，但成形时间越长。间隔范围为 .5 用 0.1 得到相当光滑的成形曲面。层片间隔选定后，成形时每层叠加的材料厚度应与其相适应。各种成形系统都带有 自动提取模型的截面轮廓。 (4)截面加工 根据分层处理的截面轮廓，在计算机控 制下， 统中的成形头（如激光扫描头或喷头）由数控系统控制，在 化液态树脂（或切割纸，烧结粉末材料，喷射粘结剂、热熔剂和热熔材料），得到一层层截面。 (5)截面叠加 每层截面形成之后，下一层材料被送至已成形的层面上，然后进行后一层的成形，并与前一层面相粘结，从而将一层层的截面逐步叠合在一起，最终形成三维产品。 (6) 后处理 成形机成形完毕后，取出工件，进行打磨、涂挂，或者放进高温炉中烧结，进一步提高其强度（如 3对于 工件放入高温炉中烧 结，使粘结剂挥发掉，以便进行渗金属（如渗铜）处理。 本次设计中根据 三维打印技术的原理以及作用的基础上，综合运用机械原 理、机械设计、机械制造装备设计、机械制造工艺学、互换性与技术测量、机械制造技术基础、画法几何及机械制图等先修课程的知识，分析机械部分实现的方法，根据国内机械行业的实际情况设计出符合要求的设备结构 。 次设计的主要内容 本次设计的 3过 范、设计手册等相关设计资料，进行 3计并最终完成 3零件图，装配图，零件图及相关设计说明书。 主要的设计 基本内容 如下： 1) 设计准备：阅读设计任务书，明确 3D 打印机 设计任务，准备设计资料及绘图工具。 2) 3体结构的设计：主要包括： 铺粉系统、成型腔和储料腔的运动系统、喷头运动系统 。 3) 装配图的设计：初绘装配草图，各部分的结构设计，协调好各零部件之间的装配关系，完成装配工作图。 4) 零件工作图的设计：主要是绘制 3D 打印机 成型零件（如传动机构，支撑机构等机构）。 5) 编写设计计算说明书：主要是整理和编写 3计说明书。 6) 设计总结及答辩：进行毕业设计总结，完成答辩 准备工作。 3D 打印机模型设备 的方案分析 械结构 设计思路 基于微喷射粘结的 3制件的 照这些层片的轮廓信息，铺粉装置逐层铺粉，且喷头喷射粘结剂微滴选择性地固化一层一层的粉末，形成各截面轮廓，并逐步有序地叠加成三维实体。要完成制作要求就需要各种机构来实现其功能 ： 机械系统 X, 打印平面 ) 组成平面扫描运动框架 机构选用： 导轨 丝杆 机构 导轨 丝杆 机构 成型腔和储料腔） 光杆 丝杆机构 两副 铺粉辊机构（即喷头） 导轨 丝杆 机构 体布局 根据设计思路设定本次设计的 3D 打印机 的方案 设计方案如图所示，图中序号所代表机构分别是： 1） 储料箱：提供成型与支撑粉末材料。 2） 成型箱：在缸中完成零件加工，工作缸每次下降的距离即为层厚。零件加工完后，缸升起，以便取出制造好的工件，并为下一次的加工做准备。工作缸的升降由伺服电机通过丝杆 驱动。 3） 余料箱：安装在成型机壳内，回收铺粉时多余的粉末材料。 4） 喷头：在工作缸内喷射成型时的粘结剂，粘接不通层之间的粉料，是三维打印快速成型的关键部件。 5） 铺粉辊装置：包括铺粉辊及其驱动系统，其作用是把粉末材料均匀地铺平在工作缸上，并把铺粉的同时把粉料压实。 第 2 章 机械结构的设计 电机的选择 轴电机的选择 Z 轴即为成型腔和储料腔的上下移动电机。假设成型腔和储料腔的重量为 30动速度为 2m/右 m m m g = 3 0 1 0 = 3 0 0 1 - 2 m / m i n = 1 6 . 6 - 3 3 . 3 /根据本次设计 由于在 成型腔和储料腔的上下移动要求精确定位，所以本次设计中选用伺服电机，本次伺服电机的厂家为华大伺服电机。 电机设计计算 1、确定运行时间 本次设计 加速时间01(t 60 m/ 有速度可知每秒上升 500 . 0 3 31 . 2 = 1 . 23 6 0 电 机 杆 导 程 ， 本 次 设 计 的 丝 杆 导 程 我 们 取 5 ，2 4 0 0 / m i 0 0 5电 机 0 . 3 1 0 2 0 0 0 . 0 0 5 1 . 7 3 0 . 9 N m 式中： : 0 . 32 0 0 0 0 5 9摩 擦 系 数 ， 取： 负 载 重 量 ，： 丝 杆 导 程 ，： 传 动 效 率 ， 取上下垂直运动 22 20 . 0 0 5( ) 2 0 0 0 . 0 0 0 1 2 6 7 7 9 ( . )22 M M k g m丝杆螺母惯量 4 3 4 5 27 . 8 7 1 0 0 . 4 0 . 2 3 . 7 2 1 0 ( . )3 2 3 2 L D k g m 式中 : 7 . 8 70 . 6 0 2 ， 取： 丝 杆 长 度 ， 取： 丝 杆 直 径 ， 取 总惯量 20 . 0 0 0 3 2 ( . ) L L M J k g 启动转矩 12 ( ) 2 6 3 6 . 9 ( 0 . 0 0 0 3 2 ) 1 . 2 5 6 0 1 . 2 J M J L J 必须转矩 2 . 3 6 . T M T L T S S N m 里取 据以上得出数据， 我们选用 华大伺服电机 型号为 110以下为选择的伺服电机的具体详细介绍 ： 电机额定功率为 零速 转矩为 额定地拿了 定转速为 3000r/ 电机大致图如下： 外形尺寸 110机输出轴径为 12 轴和 Y 轴电机的选择 打印平面中的 X 轴和 Y 轴移动结构相同，本次选择的电机采用相同的。 电机设计计算 1、确定运行时间 本次设计 加速时间01(t 60 m/ 有速度可知每秒移动 500 . 0 3 31 . 2 = 1 . 23 6 0 电 机 杆 导 程 ， 本 次 设 计 的 丝 杆 导 程 我 们 取 4 ， 2 5 0 0 / m i 0 0 4电 机 0 . 3 1 0 2 0 0 0 . 0 0 4 1 . 5 9 0 . 9 N m 式中： : 0 . 32 0 0 0 4 9摩 擦 系 数 ， 取： 负 载 重 量 ，： 丝 杆 导 程 ，： 传 动 效 率 ， 取上下垂直运动 22 20 . 0 0 4( ) 2 0 0 0 . 0 0 0 1 1 2 4 5 ( . )22 M M k g m丝杆螺母惯量 4 3 4 5 27 . 8 7 1 0 0 . 4 0 . 2 2 . 5 6 1 0 ( . )3 2 3 2 L D k g m 式中 : 7 . 8 70 . 5 0 1 6 ， 取： 丝 杆 长 度 ， 取： 丝 杆 直 径 ， 取 总惯量 20 . 0 0 0 2 ( . ) L L M J k g 启动转矩 12 ( ) 2 6 3 6 . 9 ( 0 . 0 0 0 2 ) 0 . 6 5 6 0 1 . 2 J M J L J 必须转矩 1 . 3 . T M T L T S S N m 里取 据以上得出数据， 我们 也 选用华大伺服电机型号为 110体尺寸同 Z 轴移动所选的电 机相同。 珠丝杠螺母的设计 料选用原则 选材的基本原则是材料在能满足零件使用性能的前提下，具有 较 好的工艺性和经济性。 材料的使用性能是指机械零件在正常工作条件下应具备的力学、物理、化学等性能，是保证该零件可靠 性 的基础。对一般机械零件来说，选材时主要考虑的是其力学性能；而对于非金属材料制成的零件，还应该考虑其工作环境对零件性能的影响。 零件按力学性能选材时，首先应正确分析其工作条件、形状尺寸及应力状态，结合该类零件出现的主要失效形式，找出其在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。 杠螺母的工作条件、失效形式和技术 要求 1、 工作条件 由于传动机构是丝杠螺母副，即螺旋传动副，而工作时主要是携带传感器进行测量，而非传递动力或扭矩。主要承受一定的剪切、弯曲、扭转等载荷。 2、 主要失效形式 当弯曲载荷较大时，丝杠承受着交变应力；当其表面硬度较低，表面质量不良时，会发生磨损，甚至产生疲劳断裂。而设计的丝杠所传递的动力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨损。通过提高丝杠螺母的表面质量和安装精度可以有效的减少磨损。 3、 材料性能要求 根据丝杠的工作条件和失效形式，要求丝杠材料具备以下主要性能： 电磁铁参数测量装置 是对电磁铁的电磁吸力、磁场强度和线圈温度进行测量的装置。为避免电磁铁的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不锈、铝合金、铜合金、陶瓷材料或高分子材料。 较高的综合力学性能 承受一定的交变载荷与冲击载荷。 丝杠轴颈应具有高的硬度和耐磨性，提高丝杠的旋转精度和使用寿命。 根据丝杠螺母副的工作条件、失效形式和技术要求，考虑材料的综合性能，丝杠采用淬火钢 ， 螺母采用铸造锡青铜。这是由于铜合金材料不仅具有较高的综合力学性能，而且具有较高硬度和耐磨性。丝杠螺母副的导柱采用不锈钢，导轨采用铝合金，联结件采用高分 子塑料 。 杆 螺旋传动的类型、特点与应用 丝杆 螺旋传动是利用 丝杆 和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。以传动形式分为两种： 一种是 将回转运动转化成直线运动 ；另外一种是 将直线运动转化成回转运动。 梯形 丝杆的特点： （ 1）传动效率高 ： 滚珠 丝杠传动系统的传动效率高达 90% 98%，为传统的滑动丝杠系统的 2 4 倍，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动 （运动可逆）。 （ 2）运动平稳 ：梯形 丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 （ 3）高精度 ：滚珠 丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精 度。 （ 4）高耐用性 ： 钢球滚动接触处均经硬化（ 63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 （ 5）同步性好 ： 由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移， 用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 （ 6）高可靠性 ： 与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 （ 7）无背隙与预紧 ： 采用歌德式（ 槽形状、轴向间隙可调整得很小，也能轻便地传动。若加入适当的预紧载荷，消除轴向间隙，可使丝杠具有更佳的刚性，在承载时减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度 。 珠 丝杆螺母的设计计算 滚动螺旋传动 主要承 受 轴向力。由于螺母和螺杆间有较大的滑动摩擦，因而磨损是其主要的失效形式。滚动螺旋的基本尺寸（螺杆的直径和螺母的高度），通常是根据耐磨性条件来确定的。受力较大的螺旋传动，还应校核螺杆危险截面和螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑性变形或断裂；要求自锁的螺杆，要求校核其自锁性；精密的传导螺杆，应该校核其刚度，以免因受力导致螺距变化引起传动精度降低；长径比较大的螺杆，应校核其稳定性，以防止轴向受载后失稳；高速的长螺杆还应校核起临界转速，以防止过大的横向振动。具体设计时应根据传 动的类型、工作条件及其失效形式等，选 择不同的设计准则，而不必逐项进行校核。 表 旋传动的常用材料 螺旋副 材料牌号 应用范围 螺杆 45、 50 材料不经热处理，使用于经常运动，受力不大，转速较低的传动 4065408料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动 938料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动 螺母 料耐磨性好，适用于一般传动 料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金 1、 Z 轴 立向丝杆的设计 （ 1） 滚珠丝杆螺母副 ， 横向丝杆的最大轴向载荷为 2000N，支承间最大距离为 400要求定位精度为 珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 0 m f f 荷性质系数为 1 动载荷硬度影响系数， =1 最大轴向载荷 定静载荷为 2000N，查表得使用寿命时间 T=15000h，初选丝杆螺距t=5丝杆转速 1 0 0 0 m a x 1 0 0 0 1 2002Vn t = = = n/于丝杆螺距为 5，可选 W 系列完循环丝杆副尺寸系列 一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表 示 ： 表 滚珠丝杆螺母副几何参数 名 称 符 号 计算公式和结果（ 螺纹滚道 公称直径 0d 20 螺 距 t 5 接触角 45 钢球直径 纹滚道法面半径 R 0 . 5 2 1 . 6 5 1 偏心距 e ( 2 ) s i n 0 . 0 4 4 9 d b= - = 螺纹升角 04 . 3 7ta r c tg dg p= 螺杆 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 1 9 . 4qd d d= - = 螺杆内径 0 2 2 1 6 . 7 8 8fd d e R= + - = 螺杆接触直径 0 c o s 2 2 . 5 9d d b= - = 螺母 螺母螺纹外径 D 0 2 2 2 3 . 3 1 2D d e R= - + = 螺母内径（外循环） 1D 10 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 2 5 . 5qD d d= + =螺母长度 3 （ 2）传动效率计算 ()gh +（ 式中： 摩擦角； 丝杆螺纹升角。 0 . 9 6()gh + （ 3）刚度验算 ， 滚珠丝杆受工作负载 P 引起的导程 变化量 1 ?（ 应用 400P （ N） （ 62 0 0E =? ( 2 (材料为 45 钢 ) 221 . 6 5 13 . 1 4 ( ) 2 . 2 1 32= = （ 2 所以 662 0 0 0 . 51 2 . 1 9 4 1 02 0 . 6 1 0 2 . 2 1 3 L（ 丝杆因受扭矩而引起的导程变化量 2小，可以忽略。所以导程误差 61 0 0 1 0 01 2 . 1 9 4 1 0 4 . 9 70 0 . 5 L L )/( 查表知 C 级精度的丝杆允许误差 6 m ，故刚度足够。 （ 4）稳定性验算 ， 由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩 2f 2 0 0 0 . 5 0 . 9 6 1 5 . 2 8 72 2 3 . 1 4 f 式中 G 移动部件自重 S 导程（ h 逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率 h 代替 h 。 2 0 0 0 . 5 0 . 9 6 1 5 . 2 8 72 2 3 . 1 4 f 知 110应式步进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动 （ 5）轴承的选择 ， 初选 6002，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为 5000h，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为 002 的基本额定负载 本额定负载荷 为了能安装方便本次设计中 6002 轴承可以用带座轴承代替，选用轴承的型号为 承。 or=e=表可知道 e=量负载的计算 P=200N 可算得轴承寿命 6 16667 f P （ 温度系数，载荷系数， 寿命指数为 e =3 得 31 6 6 6 7 1 2 5 0 0 1 6 2 7 6 3 5 0 0 02 0 0 2 0 0 h） 所以该轴承适合。 2、 X 轴和 Y 轴 横向丝杆的设计 （ 1） 滚珠丝杆螺母副 型号的选择： 横向丝杆的 最大轴向载荷为 570N，支承间最大距离为 250承方式如图 求定位精度为 珠丝杆的负荷为运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 0 m f f P （ 荷性质系数为 1 动载荷硬度影响系数， =1 最大轴向载荷 额定静载荷为 570N 查表得使用寿命时间 T=15000h，初选丝杆螺距 t=5丝杆转速 1 0 0 0 m a x 1 0 0 0 1 2005Vn t = = = n/于丝杆螺距为 5，可选 W 系列完循环丝杆副尺寸系列 一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表 表 滚珠丝杆螺母副几何参数 名 称 符 号 计算公 式和结果（ 螺纹滚道 公称直径 0d 16 螺 距 t 5 接触角 45 钢球直径 纹滚道法面半径 R 0 . 5 2 1 . 6 5 1 偏心距 e ( 2 ) s i n 0 . 0 4 4 9 d b= - = 螺纹升角 04 . 3 7ta r c tg dg p= 螺杆 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 1 9 . 4qd d d= - = 螺杆内径 0 2 2 1 6 . 7 8 8fd d e R= + - = 螺杆接触直径 0 c o s 2 2 . 5 9d d b= - = 螺母 螺母螺纹外径 D 0 2 2 2 3 . 3 1 2D d e R= - + = 螺母内径（外循环） 1D 10 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) 2 0 . 6qD d d= + =螺母长度 3 （ 2）传动效率计算 ()gh + （ 式中 ： 摩擦角； 丝杆螺纹升角。 0 . 9 6()gh + （ 3）刚度验算 ： 滚珠丝杆受工作负载 P 引起的导程 变化量 1 ?（ 470P= （ N） （ 62 0 0E =? ( 2 (材料为 45 钢 ) 221 . 6 5 13 . 1 4 ( ) 2 . 1 3 92= = （2 所以 61 64 7 0 0 . 5 3 . 6 2 4 1 02 0 . 6 1 0 2 . 1 3 9L （ 丝杆因受扭矩而引起的导程变化量 2小，可以忽略。所以导程误差 601 0 0 1 0 03 . 6 2 4 1 0 7 . 1 20 . 5L L )/( 查表知 C 级精度的丝杆允许误差 10 m ，故刚度足够。 （ 4）轴承的选择 ： 初选 6002，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为 5000h，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为 002 的基本额定负载 本额定负载荷 a/e=表可知道 e=量负载的计算 P=570N 可算得轴承寿命 16667 f P （ 温度系数，载荷系数， 6002 为深沟球轴承，寿命指数为 e =3 得 31 6 6 6 7 1 2 5 0 0 70442 0 0 5 7 0 大于 5000（ h） 所以该轴承适合。 珠丝杆螺母的支承方式的选择 滚珠丝杠的支承主要有以下四种，由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同 。 （ 1） 固定 用于高转速、高精度 ； （ 2） 固定 适用于中等转速、高精度 ； （ 3） 支承 精度 ； （ 4） 固定 适用于低转速，中精度，短轴向丝杠。 本 次设计中丝杆螺母的固定方式如下 所示 珠丝杆螺母的润滑和防尘 隔离 1、 油润滑 一般情况下，用于滚动轴承的矿物油都适用。特别是在高转速情况下，以油润滑比脂润滑佳，这时滚珠 丝杠副的温升较小。油润滑的补充润滑量和间隔，按下表，按表中的油量，至少可以达到 8 小时的补充润滑时间。 2、 脂润滑 采用脂润滑的优点可以使滚珠丝杠传动系统在一段很长时间后才需进行补充。也就是说，在多数情况下，可以省去一套补充润滑的装置。补充润滑脂的限量为大约填入螺母内空间容积的一半。可以使用所有高级滚动轴承润滑脂，但要注意润滑脂厂家的说明和提示。润滑脂的补充通常在半年或一年进行更换，更换前应清除旧润滑脂后才能更换新的润滑脂 3、 防尘 与隔离 滚珠螺杠与滚动轴承一样，如果污物及异物（切屑碎屑）进入就会很快使它磨耗 ，成为损坏的原因。困此，必须采用防护装置（折叠式或伸缩式 丝杠防尘罩 ）将丝杠轴完全防护起来。另外虽没有别的异物，但有浮尘时要在螺母两端采用刮屑式防尘圈。 滚珠丝杠副设计使用中应注意的问题： (1) 为提高滚珠丝杠副的使用寿命和精度，应使作用在螺母上的合力通过丝杠轴心，以保证滚珠受力均匀，避免倾覆力。 (2) 防 逆转：滚珠丝杠副传动逆效率高，应考虑在电机停电后，因部件自重而产生螺旋副的逆传动 (特别是在垂直方向上传动时 )，防止逆传动的方法可采用：停电自锁的电机、蜗轮蜗杆机构、离合器等方式。 (3) 滚珠丝杠副在行 程两端应有行程保护装置，以防止越程后滚珠丝杠副受撞击而影响精度、使用寿命甚至损坏。 (4) 防止热变形：热变形对精密螺旋传动的定位精度有着重要的影响。其热源不单是螺旋副的摩擦热，还有其他机械部件工作时产生的热，致使丝杠热膨胀而伸长。为此必须分析热源的各因素，采用措施控制热源，还可以采用预拉伸、强制冷却等减少热变形对丝杠的伸长的影响。 (5) 细长而又水平放置的丝杠，因自重使轴线产生弯曲变形，是影响导程累积误差的因素之一，还会使螺母受载不均。设计细长丝杠时，应考虑防止或减小自重弯曲变形的措施。 (6) 防护与 密封 ， 尘埃和杂质进入滚道会妨碍滚动体运动流畅，会加速滚动体与滚道的磨损，使滚动螺旋副丧失精度。为此需要防尘措施。滚珠丝杠副在螺母两端已安装防尘圈，为避免丝杠外露，还需要为丝杠选择防护装置。 (7) 合理润滑是减小驱动转矩、提高传动效率、延长螺旋副使用寿命的重要环节 ， 接触表面的油膜还有吸振、减小传动噪声和冲洗丝杠上的粉尘等杂物的作用。因此要注入润滑脂。在螺母上还有油孔，用户可旋入油嘴，再采用其他合适的润滑方式。 (8) 正确选择预紧力 ， 滚珠丝杠副出厂时已经按要求调节好所需要的预紧力，严禁自行拆卸滚珠丝杠副的各 个部件，以免影响其精度。严禁敲击和拆卸导珠管，以免造成滚珠堵塞，运转不流畅。 (9) 建议采用适应于数控机床的大接触轴承以提高传动刚度。 (10) 用内循环滚珠丝杠副，必须使丝杠螺纹两端中至少有一端的滚珠螺纹是通牙，并该端所有外圆尺寸均小于丝杠螺纹底径 则无法装配螺母。 (11) 水平位置采用外循环滚珠丝杠副，最好是插管放置再丝杠轴线上面。 (12) 为便于丝杠加工，丝杠上最大外圆处的直径最好不要大于丝杠的外径 导向光杆和直线轴承的设计 通过丝杆螺母连接法兰，带动 整个成型腔和储料腔 做上下运行，为了要保证平稳，需要有导向装置，这里就需要设计导向光杆和直线轴承配合整个丝杆螺母装置。 0 8 0 保持器适用于 为4 0 8 0 锈钢轴承适合于水、蒸气、硝酸等腐蚀介质及真空工作场合，轴承型号按下述计算公式确定。 硬度系数 度 度 。 温度系数 作温度小于 100作温度 1005。 接触系数 每根轴装一套轴承， 根轴装二套轴承， 根轴装三套轴承， 根轴装四套轴承， 荷系数 运行速度小于 15米 /分钟，无冲击、无振动， ； 运行速度小于 60米 /分钟，微小冲或振动， ； 运行速度大于 60米 /分钟，或有较大冲击、振动， 。 时间寿命 10000*L) /2 *L(S*0) (位单 ： L：长度寿命 (万米 )， 作行程 (米 )， 分钟往复次数 已知 整个装置行程 L=作温度 60分钟往复次数 0，微小 冲击，轴承工作载荷 00度大于 望寿命 000小时，试选择轴承型号。 按以上工作条件： 1 . 0 , 1 . 0 , 0 . 8 1= 1 0 . 2 1 0 = 2 m / m i n=运 行 速 度 ，属 于 一 般 冲 击 ， 选 取 F W 2 . 0 F H F T F 根据本次载荷重量为 200N，我们选用 4个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承的所受负载就平均分配， 上下 4个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承座为固定式的，中间 4个为可以随着丝杆螺母上下滑动。 4个导向光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为 126N。本次设计中所 选择的滑动轴承为带法兰形状的。 根据每个滑动轴承的负载承受 126N，我们选用滑动轴承为 承中间孔径为 20样导向光杆的直径也为 20 轴承座孔公差推荐采用 线轴公差推荐采用 承安装必须用台阶芯轴压入；直线轴安装必须对准轴承孔插入，动作轻缓，轴倾斜插入会导至保持器变型 和钢球脱落，轴承安装方向应按照表 1所示 ，可以提高轴承承载能力，延长寿命 。 轴承座孔有可能压缩轴承，引志游隙变小，此时用手转动直线轴，如果轴能接触钢球且能轻松转动， 配合游隙为 0 +果稍加力才能转动， 配合游隙为 0过盈） ；如果加力也不能转动，配合游隙已多于 种情况钢球滚动时可能同时作滑动，会降低轴承和轴的作用寿命，只有在轻载、低速且定心要求高的情况下才可采用。调整型、开口型轴承内、外径在割口前测量，割口后会有一些弹性变形，配合游隙应装入轴承座内测量（钢保持器轴承、游隙可调节 的轴承座调节方向应和轴承割口方向垂直以保证游隙均匀，直线轴承结构特点不能作旋转运动，同时要求有良好的导向性，所以直线 轴承一般以二根轴 +四套轴承或二根轴 +二套加长型轴承为一个组合使用，二根轴安装要平直，整个组合装配后，用手推拉必须灵活无阻滞才可安装传动机构，传动动力要足够克服轴承磨擦阻力，直线轴承磨擦阻力近似为千分之一工作载荷 。 承出厂涂有防锈油，使用时需加润滑剂。油脂润滑噪音较低，常用的有 2号锂基脂和低噪音轴承润滑脂， 填脂量为保持器空隙的三分之一。油润滑不需清除防锈油， 根 据工作测试采用 15# 100#润滑油， 工作温度低采用低粘度油， 工作测试高采用高粘度油，常用的有透平油，机械油 和锭子油，无密封轴承把油滴在轴上即可，带密封轴承需把油加到轴承内，本公司为用户准备了带油孔的轴承和轴承座。对于一些不允许有油（脂）的工作场所，先清除防锈油，干燥后在每列钢球上喷一些市售的二硫化钼喷剂，再次干燥后即可使用，带密封轴承应避免密封圈和轴干磨擦引起密封唇口挤入轴承内，造成轴承的非预期损坏。铁屑会极大地降低轴承寿命，粉尘和脏物会阻塞保持器球道，使钢球不能回转，引起保持器损坏、钢球挤胶。带密封 轴承可用于一般带粉尘工场所，像木工机械、铸造机械等多粉尘场合，请在轴承两端另加密封，防止粉尘进入并可减少油脂损耗。 承运动和换向时承受过大的冲击负荷，或当轴承静止时，由于机器振动等因素都会使接触处形成凹坑。外界硬粒进入轴承内，也可在接触表面形成压痕，这种永久变形量超过一定限度，就会防碍