毕业设计（论文）-同位素胶囊自动分装系统设计（全套图纸三维）.pdf

毕业设计说明书 题 目:同位素胶囊自动分装系统的同位素胶囊自动分装系统的 设计设计 学院(直属系): 机械工程学院机械工程学院 年级、 专业: 2011 级级 机械工程机械工程 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 完 成 时 间: 2015 年年 5 月月 19 日日 目目 录录 摘要摘要 1 1 引言引言 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 3 1.2 本课题研究的主要内容 6 2 同位素胶囊自动分装系统的三维设计同位素胶囊自动分装系统的三维设计 6 2.1 Solidworks 设计基础7 2.2 草图绘制 8 2.3 基准特征，参考几何体的创建 9 2.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 9 2.5 工程图的设计 10 2.6 装配设计 11 3 同位素胶囊自动分装系统的设计同位素胶囊自动分装系统的设计 12 3.1 系统方案布局图的确定 12 3.2 系统的工作原理 12 4 机械传动部分的选型计算机械传动部分的选型计算 18 4.1 驱动电机的选型计算 19 4.2 同步带传动的选型计算 23 4.3 滚珠丝杆传动的设计计算 24 5 各重要组成部分的强度校核各重要组成部分的强度校核 26 5.1 机架强度的校核 27 5.2 转轴强度的校核 27 5.3 轴承强度的校核 28 总结总结 29 致谢致谢 30 参考文献参考文献 31 摘摘 要要 当今社会，机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在 影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的 大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企 业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对同位素胶囊自 动分装系统进行改良和优化是当务之急。有大型同位素胶囊自动分装系统生产设 备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分 考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作 设备的现象等。国内同位素胶囊自动分装系统设备的研发及制造要与全球号召的 高效经济、安全稳定主题保持一致。同位素胶囊自动分装系统的发展与人类社会 的进步和科学技术的水平密切相关。 本次设计是关于同位素胶囊自动分装系统的设计，通过对传统的同位素胶囊 自动分装系统结构进行了改进和优化，使得此种类型的同位素胶囊自动分装系统 的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。 【关键词】同位素胶囊自动分装系统、设计、结论 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 Abstract For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.Its a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking 【Key words】The manufacturing process,the location, clamping, the process 1 引言引言 1.1 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不 可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参 加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化 的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难， 不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越 来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提 高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未 来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消 除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛 等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、 更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和 宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件， 人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的 发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人 类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的 工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以 及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件 还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和 运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互 促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开 始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲， 它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世 纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分 解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之 后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个 人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘， 可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块 的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题 太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出 现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。 综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专 业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体， 从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的 冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科 学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 1.2 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对同位素胶囊自动分装系统进行设计。 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。 2 同位素胶囊自动分装系统的三维设计同位素胶囊自动分装系统的三维设计 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。 2.1 草图绘制草图绘制 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。 2.2 基准特征基准特征-参考几何体的创建参考几何体的创建 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。 2.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模拉伸、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 扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 2.4 工程图设计工程图设计 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。 2.5 装配设计装配设计 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。 3 同位素胶囊自动分装系统的设计同位素胶囊自动分装系统的设计 3.1 同位素胶囊自动分装系统的方案布局图的确定同位素胶囊自动分装系统的方案布局图的确定 本次设计的同位素胶囊自动分装系统采取的方案是：本次所设计的同位素胶 囊自动分装系统通过滚珠丝杆传动推动胶囊体槽运动到蠕动泵位置，然后对同位 素胶囊进行分装，分装完成后，伺服电机反转，在滚珠丝杆螺母副的滚珠螺母的 带动下运动到合盖工位，对同位素胶囊自动分装系统进行组合从而形成整个胶囊， 如此循环。其具体方案布局图如下： 3.2 同位素胶囊自动分装系统的工作原理同位素胶囊自动分装系统的工作原理 本次设计的同位素胶囊自动分装系统的理念是经济，快速，并且分装质量高， 效率快。该系统通过滚珠丝杆传动推动胶囊体槽运动到蠕动泵位置，然后对同位 素胶囊进行分装，分装完成后，伺服电机反转，在滚珠丝杆螺母副的滚珠螺母的 带动下运动到合盖工位，对同位素胶囊自动分装系统进行组合从而形成整个胶囊， 如此循环。 4 机械传动部分的选型计算机械传动部分的选型计算 4.1 驱动电机的选型计算驱动电机的选型计算 已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为 200Kg，滚珠丝杆转动 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 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 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，我们选用电机型号为 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。 4.2 同步带传动的选型计算同步带传动的选型计算 (1)传动名义功率 P_=0.37kW (2)主动轮转速 n1=1500rmin，从动轮 =350rmin (3)中心距 a=100mm 左右 (4)工作情况， 24 小时运转 求设计功率 P=K0 Pm=0.42= 0.8Kw，式中 Ko 为载荷修正系数 由设计功率 0.8Kw 和 n =1500rmin，由查得带的型号为 L 型，对应节距 P =9.525mm （1）选择小带轮齿数 由小带轮转速 n=1500r/min，L 型带，查表得小带轮最小许用齿数 Z1=14，则 大带轮齿数 Z2= i Z1，其中 i= n1n2=1500350=4286 Z2=428614=60 取标准带轮齿敦=60 （2）确定带轮节圆直径 dI=Pb Z1/=42.736mm d2= Pb Z2/=182mm （3）确定同步带的节线长度 L， L= 2acos +(d2+d1 )2+( d2- d1)180 式中： =sin- 1 (d2- d1)/2a =0 218； 12 6 (以 a=100mm 代入) 则 L =150.54 选 择最接近计算值的标准 节线长(见表 4)L=160.20mm （4）计算同步带齿数 z Zb=Lp/Pb=160.20/9.525=17 （5）传动中心距 n 的计算 a=Pb( Z2- Z1)2zcos 式中： inV =314l6 inV=tg- 用逐步逼近法计算，=1351 8(弧度)代 入上式 得出 a=102.45 与精确计算结果相似。 最后测量装置同步带选用 L 型同步带 P= 9.525mm ZB=17， L,= 15020ram b= 25.4mm 同步带轮： Z1=14，Z2=60，dI=Pb Z1/=42.736mm d2= Pb Z2/=182mm 4.3 滚珠丝杆传动的设计计算滚珠丝杆传动的设计计算 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。 1) 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 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 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 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。 2) 梯形丝杆螺母的设计计算 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。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 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn 3 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。 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 计算公式和结果（mm） 号 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 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 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 得 3 16667 1 2500 1627635000 200200 = h L（h）所以该轴承适合。 3) 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： 4)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 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使用。 （8）的预紧力的正确选择，滚珠丝杠厂一直需要调整预紧力要求，严禁自行拆卸 滚珠滚珠丝杆零件，以免影响准确性。非冲击管和拔除，以免球塞，运行平稳。 （9）推荐的大型轴承的使用适用于数控机床为了提高传动刚度。 （10）内循环滚珠丝杠，滚珠丝杠必须两端的齿和一端连接了至少一个螺纹，所 有圆螺纹底径尺寸小于 D2，否则无法安装螺母。 （11）外循环滚珠滚珠丝杆位置，最好是放在滚珠丝杆轴以上插管。 （12）加工螺纹，外圆直径大于 1 的外径最好不要螺钉。 5 各重要组成部分的强度校核各重要组成部分的强度校核 5.1 机机架架强度的校核强度的校核 机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析得 出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。见下 图： 即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为 G=20000N（10000Kg） +(1000X20N)=30000N; 根据方管承载力计算公式： M=Pac/L(M：弯矩，P 集中力，a 集中力距支座距离，c 集中力距另一支座距 离，L 跨度，L=a+c) bhhh W= 12 （仅用于截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。 M=Pac/L=11960 xL，本次设计初定 L 为 1000mm 则 M=13456N.M bhhh W= 12 ，初定方管为 140 x58x6。计算 W 得出 2 10.42cm 46 2 M13456 f=1212.35 10a=12.12 10a W10.42cm 由于 N PP 折算后位 270Mpa 查的普通碳素结构钢 Q235A 的抗拉强度为 375500Mpa， 由于 270Mpa 远远小 于 375Mpa，所以初定方管满足要求。 5.2 转转轴轴强度的校核强度的校核 轴的强度计算一般可分为三种：1）按扭转强度或刚度计算；2）按弯扭合成 强度计算；3）精确强度校核计算。 当轴的支撑位置和轴所受的载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定， 支撑反力及弯矩可求得时，可按照弯曲或者弯扭合成强度进行轴的强度计算。作 用在轴上的载荷一般按集中载荷考虑，如本设计中的带传动对轴的力，其作用点 取在轮缘宽度的中点。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的双支点梁，一般 轴的支点近似取为轴承宽度中点。 由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，很少的扭转强度，是根据扭转强度设 计，应校核轴的弯