机械毕业设计（论文）-凸轮轴测量机的逆向设计（全套图纸三维） .pdf

i 北京印刷学院 毕业设计（论文） 课 题 名 称： 凸轮轴测量机的逆向设计与虚拟展示 专 业 班 级： 机械工程 10-1 班 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 起迄日期： 2013 年 11 月 17 日20143 年 5 月 23 日 指导教师： 职称： 副教授 发任务书日期：2013 年 11 月 17 日 ii 摘 要 本次设计是对凸轮轴测量机的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系 统的设计、测量部位系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分 析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。 整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上， 丝杆带动 丝杆螺母，从而带动整机装置运动装置运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显 示其优越性，有着广阔的发展前途。 本论文研究内容： (1) 凸轮轴测量机总体结构设计。 (2) 凸轮轴测量机工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 凸轮轴测量机的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。 (7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键字：凸轮轴测量机， 联轴器，滚珠丝杠 全套图纸三维，加全套图纸三维，加 153893706 iii abstract this design is the design of the cam shaft measuring machine. here mainly include: design, drive system design of the clamping system design, part of the system measuring parts of the graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create the conditions for general mechanical design. the structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, which drives the motion machine device, improve labor productivity and automation level of production. but also show its superiority, there are broad prospects for the development. the research of this thesis: (1) the overall structure of cam shaft measuring machine design. (2) analysis of cam shaft measuring machine performance. (3) the choice of motor. (4) transmission system, execution unit and a cam shaft measuring machine. (5) the design of components for the design calculation and check. (6) the use of computer aided design, 3d modeling on design of parts. (7) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design. keywords: cam shaft measuring machine, coupling, ball screw iv 目 录 1 概述 . 1 1.1 前言 . 1 1.2 国内外主要的一些凸轮测量仪 . 1 1.2.1 中外合资广州威而信精密仪器有限责任公司研发的凸轮轴测量仪 . 1 1.2.2 瑞士 trimos 多功能轴类检测仪 . 2 2 凸轮轴测量机分析 . 4 2.1 凸轮轴测量仪整体设计 . 4 2.1.1 凸轮轴测量仪的测量原理 5 2.1.2 主要组成 6 2.1.3 凸轮轴测量仪设计方案 6 2.2 凸轮轴测量仪的数据处理 . 7 2.2.1 凸轮桃尖的确定 7 2.2.2 角度基准的确定 7 2.3 位移传感器简介及选择 . 8 3 凸轮轴测量机机械结构设计 . 10 3.1 确定脉冲当量 . 10 3.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 10 3.2.1 精度的选择 10 3.2.2 丝杠导程的确定 . 10 3.2.3 最大工作载荷的计算 .11 3.2.4 最大动载荷的计算 .11 3.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型 12 3.2.6 滚珠丝杠副的支承方式 12 3.2.7 传动效率的计算 13 3.2.8 刚度的验算 13 3.2.9 稳定性校核 14 v 3.2.10 临界转速的验证 15 3.3 步进电动机的选择 . 15 3.4 丝杠轴的校核 . 18 3.5 键的校核 . 19 3.6 轴承的校核 . 19 3.7 导轨的特点及设计 20 3.8 直线滚动导轨副的计算、选择 21 3.9 立柱的强度与刚度的计算 . 24 4 凸轮轴测量机的三维虚拟展示 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 北京印刷学院毕业设计（论文） 1 1 概述 1.1 前言 凸轮轴是工程中常用的零件，在凸轮轴的大批量生产中，为了保证产品质量， 产品的测量变得非常重要。凸轮轴的轴向尺寸较多并且精度较高，用传统的测量 方法无法保证每一件产品的测量精确、且容易造成测量成本过高，因此需要一台 专用的测量设备才能保证产品的质量控制。所以我设计了一台凸轮轴专用测量 仪。 采用方案是利用 ccd 传感器识别边界，进行非接触式测量。这在现阶段的测量技 术领域还属于比较新颖的测量技术。因为 ccd 传感器的视角范围很小，不能直接 利用它来测量这样大尺寸的工件。因此在本测量仪中，只利用它作为一个识别工 件边界的工具，再利用光栅记录 ccd 传感器移动的距离，这样也可以得到精确的 测量结果。而且成本也比较低。但是这种测量方法受环境光源的影响较大，因此 对环境有一定的要求。 1.2 国内外主要的一些凸轮测量仪 凸轮机构是常用机构，应用范围很广。因此，对凸轮工作性能的要求就越来 越高，而凸轮工作性能的好坏主要由相关的凸轮形线参数来决定。因此，目前国 内外对凸轮参数的测量仪的研究和开发也越来越广泛和深入。 下面将对此进行一 下简要的介绍。 1.2.1中外合资广州威而信精密仪器有限责任公司研发的凸轮轴测量 仪 如图1.1所示，为该公司研发的凸轮轴测量仪的实物图。左边为凸轮测量仪 器的安装和测量平台，右边为数据采集与处理平台。 该厂家研发的这套凸轮轴测量仪器，采用凸轮轴立式安装测量结构。旋转轴由 精密气浮主轴与气浮顶尖构成，双气浮直线运动导轨立柱做为直线运动基准，由 进口电机驱动；电器部分由高级计算机及进口精密圆光栅传感器、精密光栅位移 传感器组成。 测量软件采用基于中文版windows操作系统平台的wilson测量软件， 完成参数输入、测量选择、数据采集、处理及测量数据管理和测量结果打印输出 等工。 这款测量仪器目前在国内还算是比较先进的，它主要有以下一些优点： （1）立式主机测量结构：凸轮轴垂直安装，避免重力因素影响对测量造成的误 差； 北京印刷学院毕业设计（论文） 2 （2）高精度：机械运动部件和工件的定位（超精密气浮主轴与气浮顶尖、双 气浮直线运动导轨立柱）均采用气浮结构，主轴精度高达 0.08um； （3）长寿命：主轴、导轨均采用气浮结构，故永不磨损、精度保持长久、仪 器精度寿命长达十年以上； （4）数据采集采用世界上最著名的德国海德汉公司的精密光栅传感器（旋转、 位移）及其相关技术，准确度高，稳定性好； （5）工作平台和立柱导轨均采用精密花岗岩材料制成，可抑制周围环境的噪 声和震动； （6）可放置在企业计量室和生产车间现场使用 图 1.1 威尔信凸轮轴检测仪装置图 1.2.2 瑞士 trimos 多功能轴类检测仪 如图 1.2 所示，瑞士 trimos 公司生产的 twinner 多功能轴类测量系统可完成 以下测量任务：长度、直径、距离、递增尺寸、槽宽、槽径、中点距离、角度、 孔的位置、曲轴和凸轮轴冲程、跳动、基于工件轴线的跳动、圆度、端面跳动、 同心度、对称度、平行度、直线度、圆锥角度、最大最小值/差值、交点尺寸等。 twinner 仪器特点： 1. 稳定性高（仪器基体都由花岗岩制成） ，精度高、重复性好、操作简便 2.在车间环境下，长度、直径和跳动的测量精度能得到保证 3. 一般情况下，仪器不必经常标定 4. 更换工件后，无需对仪器进行重新标定 北京印刷学院毕业设计（论文） 3 5. 导轨直线度好= = 故该轴承 6206 能满足要求。 、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。 3.7 导轨的特点及设计 滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。 为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。 滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。 北京印刷学院毕业设计（论文） 21 1铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有： （1）灰铸铁 一般选择 ht200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨， 硬度在 hb180 以上； （2）孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁； （3）合金铸铁 包括：含磷量高于 0.3的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍 以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有 很高的耐磨性和机械性能； 铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火， 淬硬层为 0.150.2mm。硬度可达 hrc55。中高频感应淬火， 淬硬层为 23mm，硬度可 达 hrc4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时 淬火需要相应的设备。 2钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9mn2v、crwmn、 gcr15、t8a、45、40cr 等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为 5258hrc；20cr、 20crmnti、15 等渗碳淬火，渗碳淬硬至 5662hrc；38c rmoala 等采用氮化处理。 3有色金属 常用的有色金属有黄铜 hpb59-l，锡青铜 zcusn6pb3zn6，铝青铜 zqal9-2 和锌合金 zzn-al10-5，超硬铝 lc4、铸铝 zl106 等，其中以铝青铜较好。 4塑料 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜)，抗振性能好，工作温度 适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速 运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类凸轮 轴测量机的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。 塑料导轨多与不淬火的铸铁 导轨搭配。 导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维 护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用 寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗 糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等。 3.8 直线滚动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷 fz和估算的 wx和 wy计算导轨的静安全系数 fsl=c0/p，式中：c0 为导轨的基本静额定载荷，kn；工作载荷 p=0.5(fz+w)； fsl=1.03.0(一般运行状况)， 3.05.0（运动时受冲击、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨： 北京印刷学院毕业设计（论文） 22 （1）选 br 直线滚动导轨导轨,e 级精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,f=1,fw=1. （2）工作寿命每天 8 小时，连续工作 5 年，250/年,额定寿命为: lh=52508=10000 h,每分钟往复次数 nz=8 l=(2lsnz60lh)/(10 3)=(20.3186038400)/ (103)=11428km 计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为 4000n 计算需要的动载荷 c p=110/4=27.5n c=( fwp)(fh ft fc f)(l/50) 1/3=208n 由机械电子工程专业课程设计指导书表 3-20 中选用 ly15al 直线滚动导轨副, 其 c=606n, c0=745n. 基本参数如下: 导轨的额定动载荷17500 a c =n 北京印刷学院毕业设计（论文） 23 依据使用速度 v （m/min） 和初选导轨的基本动额定载荷 a c (kn)验算导轨的工作寿 命 ln： 额定行程长度寿命: () htca w ff fc sff tk= 2000 4 500 m f m f = 1,2,0.81,1, 50 o twch r d ffff k = = 33 1 1 0.81 17500 2500 ()50()142409.58 htca w ff fc sff tkkm = 导轨的额定工作时间寿命: 3 10 2 s o t hl n t = 3 3 10 2 142409.58 10 49447715000 2 0.6 4 60 s o t hl n thth = 北京印刷学院毕业设计（论文） 24 导轨的工作寿命足够. （3）滚动导轨间隙调整 预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导 轨之间有一定的过盈量。 （4）润滑与防护 润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘。 防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命。 防护方式用盖板式。 3.9 立柱的强度与刚度的计算 由于横梁是三个方向上尺寸相差不太多的箱体零件， 用材料力学的强度分析方法不 能全面地反应它的应力状况。目前，在进行初步设计计算时，还只能将横梁简化为简支 梁进行粗略核算， 而将许用应力取得很低。 按简支梁计算出的横梁中间截面的应力值和 该处实测应力值还比较接近，因此作为粗略核算，这种方法还是可行的。但无法精确计 算应力集中区的应力，那里的最大应力要大很多。 横梁的强度及刚度计算： （1）集中载荷）集中载荷 如对锻造液压机砧座的窄边，可看作集中载荷，受力简图如下： l/2l/2 p 2 p 2 p fmax 图中简支梁的跨度为立柱窄边或宽边中心距由砧座的放置位置而定。 最大弯矩： mmax = pl /4 最大挠度： 北京印刷学院毕业设计（论文） 25 max = pl/48ejkpl/4gf 各符号代表意义同前。 （2）均布载荷）均布载荷 一般是对砧座宽边或模锻，镦粗等情况，受力简图如下： l p 2 p 2 下横梁集中载荷受力简图 l1 q 最大弯矩为： mmax =pl/4ql1/8 式中： q 均布力，q =p/l1（n/cm） ； l1 均布力分布宽度（cm） 。 若设 l1 =2/3l，则最大挠度为： max =11/648pl/ej +kpl/6gf 最大弯矩为： mmax =p /2 最大剪力为： qmax