毕业设计（论文）-钢管螺旋式无损探伤系统设计（全套图纸三维）.pdf

毕业设计(论文) 钢管螺旋式无损探伤系统的设计 The design of testing system of spiral steel pipe 学 生 姓 名 学 院 名 称 专 业 名 称 指 导 教 师 年 月日 XX 学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 XX 学院学位论文版权协议书 本人完全了解 XX 学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归 XX 学院所拥有。 XX 学院 有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷 贝，允许论文被查阅和借阅。XX 学院可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘要 本次的设计来源于钢管无损探伤系统更新换代基础之上， 通过设计出新型的钢管无损 探伤系统，从而来满足当今无损探伤机械设备不足的缺陷。 本文运用大学所学的知识，提出了钢管无损探伤系统的结构组成、工作原理以及主要 零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了钢管无损探伤系统总的指导思 想，从而得出了该钢管无损探伤系统结构的优点是高效，经济，并且安全系数高，对提高 探伤效率，减少人工投入，增强探伤质量等等起到了很大的作用的结论。 关键词：钢管无损探伤系统；高效；人工投入；结论 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II ABSTRACT Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Keywords pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Fout degrees of freedom III 目目 录录 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 2 1.2 本课题研究的内容 . 3 1.3 Solidworks 设计基础 . 6 1.3.1 草图绘制 . 7 1.3.2 基准特征，参考几何体的创建 . 10 1.3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 . 12 1.3.4 工程图的设计 . 13 1.3.5 装配设计 . 15 2 钢管无损探伤系统结构的设计 . 16 2.1 钢管无损探伤系统总体方案图 . 18 2.2 机械传动部分的设计计算 . 19 2.2.1 探伤系统主电机的选型计算 . 22 2.2.2 滚珠丝杆传动的选型计算 . 23 2.2.3 直线导杆的选型计算 . 24 3 主要零部件的强度校核计算 . 25 3.1 滚珠丝杆的强度校核 . 26 3.2 轴承强度的校核 . 26 3.3 机架部分的强度校核 . 27 4 钢管无损探伤系统中主要零件的三维建模 . 28 4.1 机架的三维建模 . 29 4.2 滚筒的三维建模 . 30 4.3 滚珠丝杆的三维建模 . 32 4.4 钢管无损探伤系统的三维建模 . 33 5. 三维软件设计总结 . 34 结 论 . 35 致 谢 . 36 参考文献 . 37 1 1 绪 论 当今社会，工程机械的应用越来越广泛，工程机械产业是为国民经济提 供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产 业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成 本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工 业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因 此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工 程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部 门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研 制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供 从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提 供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流 体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能 的产生、 传导和转换的热力学； 研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、 结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切 削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代 机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的 规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制 造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发 运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是 由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产 批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产 业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波 动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和 经营等的研究也多是肇始于机械工业。 2 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、 维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在 长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、 验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机 械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在 制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面 的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其 重要性与日俱增。 机械的种类繁多， 可以按几个不同方面分为各种类别， 如： 按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为 农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、 仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要 经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相 衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械 运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使 机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按 工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、 核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动 力装置、 铁路机车、船舶轮机工程、 汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。 船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶 动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19 世纪时，机械 工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为 一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进 入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分 解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即在 第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已 扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专 业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌 和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步， 对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考 虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论， 3 拓宽专业领域， 合并分化过细的专业。 械工程以增加生产、 提高劳动生产率、 提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产 品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环 境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完 成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来 越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和 分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人 脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而 在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更 复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在 人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和 平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系， 其区别仅在 于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操 作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制， 人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平 行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19 世纪时， 机械工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综 合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。 进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始 分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即 在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业 化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统 观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新 技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专 业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难， 也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋 势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综 合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同 专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解 4 其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综 合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程 技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自 然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 1.2 本课题研究的内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对钢管无损探伤系统进行设计，在设计过 程中，了解 SolidWorks 的各种功能。 SolidWorks 公司成立于 1993 年， 由 PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总 裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目 标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 SolidWorks 三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事 处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。1997 年， Solidworks 被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场 的主打品牌。 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。 由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每 年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得十七项 国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks最佳编辑奖， 以表彰SolidWorks的创新、 活力和简明。 至此， SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现， 不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明 星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元 的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百 万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素 质的专业化公司。SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、 直观式设计技术、 先进的 parasolid 内核 （由 剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 5 械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比，SolidWorks 相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和 设计者使用 SolidWorks 三维软件，越来越多的企业需要 SolidWorks 人才。 Solidworks 软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 SolidWorks 的五大特点。使得 SolidWorks 三维软件成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛 选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高 产品质量。在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程 比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工 程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks 软件是世 界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发 展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。 良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创 新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统 评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年 起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以 表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和 创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间， 产品快速、高效地投向了市场。由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成 为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国 达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险 投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运 作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也成 为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内（由 剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 6 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks 相 关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师 使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每 年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、 斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的 一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、 华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大 学等也在应用 SolidWorks 进行教学。Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成 为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减 少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能， 而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks 在现今社会阶段逐渐广泛应用， 并且 SolidWorks 公司对中国市场 重点开发， 日后 SolidWorks 应用将会更加完善， 更加普遍。 通过前文对 SolidWorks 的深入了解后，往后会对 SolidWorks 进行个别应用的分析，如建模，装配，工程 图，力学分析等。 1.3 Solidworks 设计基础 熟悉 SolidWorks 的工作环境；了解 SolidWorks 的命令，掌握在 SolidWorks 工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。 1.3.1 草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高 级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束； 熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用 草图绘制工具完成草图绘。 1.3.2 基准特征-参考几何体的创建 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准 点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵 活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 1.3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法； 掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实 践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用 7 扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 1.3.4 工程图设计 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖 视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。 1.3.5 装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运 用 SolidWorks 智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够 在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法； 灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的 方法。 8 2 钢管无损探伤系统结构的设计 2.1 钢管无损探伤系统的总体方案图 本次设计的钢管无损探伤系统采取的方案是：移动吊车将待探伤的光管从存 放区取出摆放到钢管无损探伤系统的机架上面，定位好位置，然后开启探伤系统， 探伤装置探头对钢管进行探伤作业，由于是伺服电机驱动探伤头工作，所以运动 可靠，灵活，可以实现轻松探伤，其具体方案布局图如下： 2.2 机械传动部分的设计计算 2.2.1 探伤系统主电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为 150Kg，工字轮转动速度 为 12r/min。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l 9 Vl负载速度（m/min） 有速度可知每秒上升 50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 3.负载惯量 左右水平运动 2 2 2 0.005 ()2000.000126779(.) 22 = PB JLMMkg m 电机惯量 43452 7.87 100.4 0.23.72 10 (.) 3232 = BB JBL Dkg m 总惯量 2 0.00032(.)=+= LLMB JJJkg m 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92BL-A，此无刷直流步进 电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号 为 10 92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.37KW，额定转矩为 75N.m，最大转矩 为 80N.m，额定转速为 3000r/min。外形尺寸 80 x80 x148，电机输出轴径为 16mm。 2.2.2 滚珠丝杆传动的选型计算 1）材料选用原则 在材料选取的基本原则的前提下，可以满足一部分性能，良好的工艺性和经 济性。这种材料的特性是机械，机械部分应在正常工作条件下，其物理和化学性 能，是保证其可靠性的基础。一般的机械零件，主要考虑的是材料的机械性能； 而非金属材料零件，还应考虑对零件性能的环境效应。 根据零件选择的力学性能，首先要对工作条件的正确分析，形状和大小和应 力状态，结合这类零件的主要失效形式，对原发性和继发性失效抗力指标的实际 使用中，由于物质基础。 2）丝杆螺母强度的校核计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效 的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测 定。滚珠丝杆驱动力较大，还应检查滚珠丝杆和螺母的螺纹强度的危险截面，以 防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；传动精度，应检 查的刚度，以免造成传输降低音高变化的应力的精度；滚珠丝杆长径比大，应检 查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长滚珠丝杆转速也应该检查的临界转速，以 防止过大的横向振动。设计应根据驱动型，工作条件和失效模式，选同的设计标 准，无需逐一检查。 表 2.1 螺旋传动的常用材料 螺 旋副 材料牌号 应用范围 滚 珠丝杆 Q235、Q275、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 11 40Cr、65Mn、T12、 40WMn、18CrMnTi 材料需经热处理，以提高其耐磨性，适 用于重载、转速较高的重要传动 9Mn2V 、 CrWMn 、 38CrMoAl 材料需经热处理， 以提高其尺寸的稳定 性，适用于精密传导螺旋传动 螺 母 ZCu10P1、 ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，适用于一般传动 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，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）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 400mm，要求定位精度为 0.001mm，滚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。 0maxdH Cf f P d f 载荷性质系数为 1 H f 动载荷硬度影响系数， H f =1 max P 最大轴向载荷 定静载荷为 C02000N，查表得使用寿命时间 T=15000h，初选丝杆螺距 t=5mm，得丝杆转速 1000max1000 1 200 2 V n t n/min 由于丝杆螺距为 5，可选 W 系列完循环丝杆副尺寸系列 W2005- 2.5 圈一列滚 珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表 2.6 所示： 表 2.2 滚珠丝杆螺母副几何参数 12 名 称 符 号 计算公式和结果（mm） 螺 纹 滚 道 公称直径 0 d 20 螺 距 t 5 接触角 o 45 钢球直径 q d 3.175 螺纹滚道法面半 径 R 0.521.651 q Rd 偏心距 e (2)sin0.0449 q eRd 螺纹升角 0 4.37 t arctg d o 滚 珠 丝 杆 滚珠丝杆外径 d 0 (0.2 0.25)19.4 q ddd 滚珠丝杆内径 l d 0 2216.788 f ddeR 滚珠丝杆接触直 径 z d 0 cos22.59 zq ddd 螺母 螺母螺纹外径 D 0 2223.312DdeR 13 螺母内径（外循 环） 1 D 10 (0.2 0.25)25.5 q Ddd 螺母长度 Ln 33 （2）传动效率计算 () tg tg （2.23） 式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。 0.96 () tg tg （3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载 P 引起的导程 p L 的变化量 EF PLp KDL =1 （2.24） Y 向所受牵引力大，故应用 Y 向参数计算 400=P （N） 0.5 p L （cm） 6 20.6 10E ( 2 cmN ) (材料为 45 钢) 22 1.651 3.14()2.213 2 FR （ 2 cm ） 所以 6 6 200 0.5 12.194 10 20.6 102.213 = = L （cm） 丝杆因受扭矩而引起的导程变化量 2 L 很小，可以忽略。所以导程误差 6 100100 12.194 104.97 00.5 = =L L )/(mm 查表知 C 级精度的丝杆允许误差 6 m ，故强度足够。 3）梯形丝杆螺母的设计计算 14 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效 的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测 定。螺杆驱动力较大，还应检查螺杆和螺母的螺纹强度的危险截面，以防止塑性 变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；传动精度，应检查的刚度， 以免造成传输降低音高变化的应力的精度；螺杆长径比大，应检查其稳定性，以 防止轴心受压失稳；长螺杆转速也应该检查的临界转速，以防止过大的横向振动。 设计应基于。的类型，工作条件和失效模式，选择不同的设计标准，无需逐一检 查。 表表 2.1 螺旋传动的常用材料螺旋传动的常用材料 旋 副 材料牌号 应用范围 杆 Q235、 Q275、 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 40Cr 、 65Mn 、 T12 、 40WMn 、 18CrMnTi 材料需经热处理，以提高其耐磨 性，适用于重载、转速较高的重要传动 9Mn2V、 CrWMn、38CrMoAl 材料需经热处理， 以提高其尺寸的 稳定性，适用于精密传导螺旋传动 母 ZCu10P1、 ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，适用于一般传动 ZCuAl9FeNi4M n2 ZCuZn25Al6Fe3 Mn3 材料耐磨性好，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 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 400mm，要求定位精度为 0.001mm，滚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。 15 0maxdH Cf f P d f 载荷性质系数为 1 H f 动载荷硬度影响系数， H f =1 max P 最大轴向载荷 定静载荷为 C02000N，查表得使用寿命时间 T=15000h，初选丝杆螺距 t=5mm， 得丝杆转速 1000max1000 1 200 2 V n t n/min 由于丝杆螺距为 5， 可选 W 系列完循环丝杆副尺寸系列 W2005- 2.5 圈一列滚 珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表 2.6 所示： 表表 2.2 滚珠丝杆螺母副几何参数滚珠丝杆螺母副几何参数 名 称 号 计算公式和结果（mm） 螺 纹滚道 公称直径 20 螺 距 5 接触角 o 45 钢球直径 3.175 螺纹滚道 法面半径 0.521.651 q Rd 16 偏心距 (2)sin0.0449 q eRd 螺纹升角 0 4.37 t arctg d o 螺 杆 螺杆外径 0 (0.2 0.25)19.4 q ddd 螺杆内径 0 2216.788 f ddeR 螺杆接触 直径 0 cos22.59 zq ddd 螺 母 螺母螺纹 外径 0 2223.312DdeR 螺母内径 （外循环） 10 (0.2 0.25)25.5 q Ddd 螺母长度 n 33 （2）传动效率计算 () tg tg （2.23） 式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。 0.96 () tg tg （3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载 P 引起的导程 p L 的变化量 1 p PL L EF （2.24） Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算 17 400=P（N） 0.5 p L （cm） 6 20.6 10E ( 2 cmN) (材料为 45 钢) 22 1.651 3.14()2.213 2 FR （ 2 cm ） 所以 6 6 200 0.5 12.194 10 20.6 102.213 = = L （cm） 丝杆因受扭矩而引起的导程变化量 2 L 很小，可以忽略。所以导程误差 6 100100 12.194 104.97 00.5 = =L L )/(mm 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 f M 为 2 f GS M 200 0.5 0.9615.287 22 3.14 = f GS M 式中 G移动部件自重 S导程（cm） 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， 一般用正传动效率代替 。 200 0.5 0.9615.287 22 3.14 = f GS M N.cm 可知 110BF004 反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 Fa=200N.查 手册可知道 2002 的基本额定负载 Cr=4.32kN,基本额定负载荷 Cor=2.50Kn。 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 UCFU203 轴承。Fa/Cor=e=0.228 查表可知道 e=0.38；当量负载的计算 P=200N 可算得轴承寿命6 16667 = t h p f C L nf P （2.25） 温度系数 t f =1，载荷系数 p f =1，UCFU203轴承座，寿命指数为=3 18 得 3 16667 1 2500 1627635000 200200 = h L（h）所以该轴承适合。 4）滚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- 固定，适用于高速，高精度； （2）固定轴承适用于中高速，高精度； （3）支持，中速的支持，精度； （4）固定- 自由，低速度，精度，短轴螺钉本次设计中丝杆螺母的固定方式如 下所示： 5）滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离 （1）为了提高滚珠丝杠副的精度和使用寿命，通过滚珠丝杆的轴向力对滚珠丝杆 的影响，保证轴承的受力均匀，避免倾覆力。 （2）反逆向的滚珠丝杠驱动器对效率高，应在电机功率的考虑，和逆螺旋传动由 19 于其成分的重量（尤其是驱动在垂直方向上，当逆方法）可以用来防止动力传动 电机，蜗轮自锁：切割离合器，等。 （3）在行程两端的滚珠丝杠应该旅游保护装置，以防止滚珠丝杠过程的冲击和影 响精度，使用寿命甚至损坏。 （4）防止热变形对定位精度的丝杠热变形精度的重要影响。热源不仅是摩擦热产 生的螺丝，和其他机械零件热时，滚珠丝杆的热膨胀和伸长率。因此有必要对热 源的因素，控制热源的措施，也可用于预拉伸，强制冷却，减少滚珠丝杆伸长的 热变形的影响。 （5）水平螺旋，而造成弯曲变形的轴，是影响齿距累积误差的因素，会导致不均 匀的载荷螺母。螺杆的设计需要考虑到螺杆的材料和它的强度的问题。 （6）密封圈是重要的密封气体和液体的标准件，所以密封圈的防尘措施是必须要 考虑的。滚珠丝杠螺母安装在防尘圈的两端，以避免螺钉外露，但还需要滚珠丝 杆选择保护装置。 （7）合理的润滑是减小驱动力矩的重要环节，提高传动效率，延长滚珠丝杆的使 用寿命，接触面和油膜减振效果，降低传动噪音和尘土等杂物在螺旋洗。所以你 想注入润滑脂。螺母和油孔，用户可以拧入水口，其他合适的润滑油的