毕业设计（论文）-管套压装专机的设计（全套图纸三维）.pdf

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 2015 届届 机械工程及自动化机械工程及自动化 专业专业 题题 目：目： 管套压装专机的设计管套压装专机的设计 子子 题：题： 学生姓名：学生姓名： 班级学号：班级学号： 指导教师：指导教师： 职职 称：称： 所在系（教研室）：机电与信息工程系所在系（教研室）：机电与信息工程系 下达日期：下达日期：2014 年年 7 月月 4 日日 完成日期：完成日期：2015 年年 6 月月 12 日日 管套压装专机设计说明书管套压装专机设计说明书 摘要摘要 . 2 Abstract . 3 第一章第一章 绪论绪论 . 4 1.1 课题的来源与研究的目的和意义.5 1.2 管套压装专机的发展现状.6 第二章第二章 管套压装专机总体结构的设管套压装专机总体结构的设 计计.10 2.1 管套压装专机的总体方案图 . 11 2.2 管套压装专机的压装原 理.12 2.3 机械传动部分的设计计 算.12 2.3.1 压装机构中电机的选型计算.13 2.3.2V 带传动的设计计算.14 2.3.3 滚珠丝杆的选型计算.17 2.3.4 直线导轨的选型计算设计计算.20 第三章第三章 各主要零部件强度的校核各主要零部件强度的校核 . 23 3.1 轴承强度的校核与计算 . 23 3.2 丝杆螺母强度的校核计算.24 第四章第四章 压装专机中主要零件的三维建模压装专机中主要零件的三维建模 . 25 4.1 滚珠丝杆的三维建模.26 4.2 直线滑块的三维建模.27 4.3 管套固定座的三维建模.28 4.4 压装专机的三维建模.29 结论结论 . 30 致谢致谢 . 31 参考文献参考文献 . 32 摘 要 在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的 同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。管套压装专机行业通过 行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发 达国家之间的差距。在新的市场需求的驱动下，管套压装专机的更新和优化升级更 加迫切。国内管套压装专机设备生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型经济高 效型的管套压装专机械设备，在人工装配过渡到机械设备自动装配的演变中发挥着 积极作用。一般生产大型管套压装专机设备的企业对设备安全指数上都有严格的要 求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从 而减少设备因为振动或者操作不当而引起的噪音大、污染重等现象。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 国内管套压装专机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。加大管套压装专机设备新型节能、高效管套压装专机的研发及生产是行 业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。 管套压装专机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学 技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、 新工艺，目前管套压装专机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发 展。 近期对机械行业中轴、轴承和轴套的使用情况进行了调查，发现在机械行业中 轴、轴承和轴套是其中的关键零配件。自然而然在装配中它们的安装也非常平凡。 在安装轴、轴承和轴套时如果使用人工压配不但劳动强度太大而且相互尺寸不易保 证，所以设计一个专用的压装机势在必行。本次的毕业设计课题的是一台管轴压装 专机。 本文介绍了管套压装专机的结构组成、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，该管套压装专机的优点是高效，经济，并且安全 系数高，运行平稳。采用的总体方案是：在专机上定位两轴套相对位置，利用电机 减速机提供动力，通过皮带轮带动丝杠转动，进而带动装有螺母的压头移动，将旋 转运动化为直线压入运动。采用牙嵌式安全离合器进行过载保护，压配后在管子相 应位置通过钻模板钻孔。 关键词：关键词：机械工业；管套压装专机；装配；高效 Abstract With development of all kind of science technology and global economy, 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.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 compressedneceengththdirectionprocedurework.The inverted pendulum is a typical high o rder system, with multi variable, non- linear, strong- coupling, fleet and absolutely instable . It is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. During the control process, pendulum can effectively reflect many key problems such as equanimi ty, robust, follow- up and track, therefore.This paper studies a control method of double inv erted pendulum . First of all, the mathematical model of the double inverted pendulum is e stablished, then make a control design to double inverted pendulum on the mathematical model, and determine the system performance index weightmatrix , by using genetic algo rithm in order to attain the system state feedback control matrix. Finally, the simulation of the system is made by . After several test matrix value the results are not satisfactory respo nse, then we optimize matrix by using Genetic Algorithm. Simulation results show: The sy stem response can meet the design requirements effectively after Genetic Algorithm optim ization. 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 otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Fout degrees of freedom. 第一章绪论第一章绪论 1.1 课课题的题的来源来源与研与研究究的目的的目的和意义和意义 机械工业是国民的装备部，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。 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，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 管套压装专机的发展现状管套压装专机的发展现状 当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地 更新，不断地完善，管套压装专机同样在发展着，传统的管套压装专机是采用 人工的形式来压管套到管子上面，劳动效率低，压装精度低下，不适合批量生 产的场合。现代管套压装专机是用来代替人工压配安装轴、轴承和轴套的一种 专用机。随着机械行业的大发展，轴、轴承和轴套的使用也越来越广泛，而轴 与轴承、轴套的配合为过盈配合 H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大 而增大。在无缝钢管二端要均匀压入二轴套，且要保证二轴套相对位置，轴套 压到底后，在相应位置要钻攻螺孔。，如果使用人工装配不但劳动强度大、效 率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的管套 压装专机以成为发展趋势。 第二章第二章 管套压装专机总体结构的设计管套压装专机总体结构的设计 2.1 管套压装专机的总体管套压装专机的总体方案方案图图 本次设计的管套压装专机采取的方案是：在专机上定位两轴套相对位置，利用 电机减速机提供动力，通过皮带轮带动丝杠转动，进而带动装有螺母的压头移动， 将旋转运动化为直线压入运动。采用牙嵌式安全离合器进行过载保护，压配后在管 子相应位置通过钻模板钻孔。具体方案布局图如下： 2.2 管套压装专机的压装管套压装专机的压装原理原理 管套压装转专机的工作原理为：采用的原动件为电机减速机，动力通过皮 带轮传至执行件。二套之间的相对位置可通过定位实现。利用套上48 凸台和9 孔及100 端面定位， 9 孔装入菱形销,48 凸台插入定位沉孔,用这样的类似于一 面二销的六点完全定位方式保证相对位置，其中一只套定位在压头上，另一只套定 位于固定支座上。由于轴套与轴之间的配合为过盈配合 H8/r7，所需压入力较大，且 随压入长度增大而增大，当轴套压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采 用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。管子由 V 型块定位，考虑到管、套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进 的现象，故采用高度可调 V 型块，以降低对专机零件加工的精度要求，可使专机装 配、调试简单、方便，节约成本。 2.3 机械传动部分的设计计算机械传动部分的设计计算 2.3.1 压装机构中电机的压装机构中电机的选型选型计计算算 已知整个压装机上工件与零件的重量，我们取总重量为 20Kg，范围为 50mm200mm，移动速度为 12r/min。即： smmXXDnV NXmgG /5 . 34002 . 0 14 . 3 2001020 = = 具体的电机设计计算如下: N= WG 0.37(KW) G管套压装专机的生产能力，1000kg/h 传动效率，取 0.75 所以根据 N0.37kw，n1500r/min，查 B1 表 10-4-1 选用 Y112M-4，再查 B1 表 10-4-2 得 Y112M-4 电机的结构。 2.3.2 V 带传带传动的设计计动的设计计算算 1）设计功率 d P kwP A K d P44 . 0 37 . 0 2 . 1= A K 工况系数，查 B1 表 8122 ，取 A K 1.2 P传递的功率 2）选定带型 根据 d p 和 1 n 查B1 图812选取普通V带 B型，1n 小带轮转速， 为1440r/min 3）传动比 = 0 i1.76 2 n i n1 min/818018 76 . 1 1440 r= 4）小带轮基准直径 1 d d （mm） 由 B1 表 8112 和表 8114 选定 1 d d 100mm min d d75r/min 5）大带轮基准直径 2 d d （mm） cm d di d d15010076 . 1 12 = 由 B3 表 87 得 2 d d=150mm 6）带速验算 smvsm nd v d /3025/54 . 7 100060 1440100 100060 max 1 1 = = = 7）初定轴间距 0 a （mm） mm d d d da190) 21 ( 2 0 =+= 8）所需带的基准长度 0 d L （mm） 0 2 0 4 )( )( 2 2 12 210 a dd ddaL dd ddd += 2804 80 280 2 2802 2 + 650mm 依 B1 表 818 取 d L900mm，即带型为 A900 9）实际轴间距 a mm d L d L aa177 2 886900 280 2 0 0 += + 10）小带轮包角 1 oo 3 . 57180 12 1 = a dd dd = oo 3 . 57 287 80 180 = o 164 11）单根 V 带的基本额定功率 1 p 根据带型号、 1 d d 和 1 n 普通 V 带查 B1 表 8127（c） 取 0.37kw 12） 1i 时单根 V 带型额定功率增量 1 P 根据带型号、 1 n 和i查 B1 表 8127（c） 取 0.15kw 13）V 带的根数 Z Z =39 . 3 87 . 0 96 . 0 )15 . 0 32. 1 ( 8 . 4 ) 11 ( = + = + L k a kpp d P a k小带轮包角修正系数查 B1 表 8123,取 0.96 L k 带长修正系数查 B1 表 818，取 0.87 14） 单根 V 带的预紧力 0 F 2 0 ) 1 5 . 2 (500mv Zv P k F d a += = 2 54 . 7 1 . 0 54 . 7 4 8 . 4 ) 1 96 . 0 5 . 2 (500+ =134（N） mV 带每米长的质量（kg/m）查 B1 表 8124，取 0.1k/gm 15）作用在轴上的力 F )(106182sin41342 2 sin2 1 0 NZFF= = o )(159282sin41343 2 sin3 1 0max NZFF= = o max F考虑新带初预紧力为正常预紧力的 1.5 倍 16）带轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并 避免由于铸造而产生过大的应力。 轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度mRa2 . 3=）以减轻带的磨损。 带轮的材料为 HT200。查 B1 表 8110 得基准宽度制 V 带轮轮槽尺寸，根据 带轮的基准直径查 B1，带轮的零件图如下图所示： 2.3.3 滚珠丝杆滚珠丝杆的的选型选型计计算算 1）材料选用原则 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。 2）丝杠螺母的工作条件、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.当丝杠正常工作时，要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。 3）丝杆螺旋传动的类型、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：梯形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 24 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：梯形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（HRC5863）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（Gothic arch）沟槽形状、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。 （3）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。 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，适用于高转速、高精度； （2）固定- - - 支承 适用于中等转速、高精度； （3）支承- - - 支承适用于中等转速，中精度； （4）固定- - - 自由 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 5）滚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 d2,否则无法装配螺母。 (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 d1。 2.3.4 直线导轨的选型计算设计计算直线导轨的选型计算设计计算 通过丝杆螺母传动，带动整个压装装置水平往复运行，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。 1 直线轴承的选择 POM 工程式塑料保持器适用于 2080CC 工作测试；钢保持器适用于为 4080CC工作温度；不锈钢轴承适合于水、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 FH：硬度 HRC58 以上，FH=1.0；硬度 HRC52- 58，FH=0.6- 1.0。 温度系数 FT：工作温度小于 100oC，FT=1.0，工作温度 100oC- 125oC， FT=1.0- 0.95。 接触系数 FC： 每根轴装一套轴承，FC=1.0 每根轴装二套轴承，FC=0.81 每根轴装三套轴承，FC=0.72 每根轴装四套轴承，FC=0.66 载荷系数 FW： 运行速度小于 15 米/分钟，无冲击、无振动，FW=1.0- 1.5； 运行速度小于 60 米/分钟，微小冲或振动，FW=1.5- 2.0； 运行速度大于 60 米/分钟，或有较大冲击、振动，FW=2.0- 5.0。 时间寿命 Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位单：h 小时) L：长度寿命 (万米)， LS：工作行程 (米)， N1：每分钟往复次数 已知行程 L=0.2 米，工作温度 60oC，每分钟往复次数 n1=20，微小冲击，轴承工 作载荷 PC=200Kg，硬度大于 HRC60，期望寿命 Lh=5000 小时，试选择轴承型号。 按以上工作条件： 1.0,1.0,0.81 =1 0.2 10=2m/min = 运行速度， 属于一般冲击，选取FW 2.0 = FHFTFC V 根据本次载荷重量为 2000N，我们选用两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，上下六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，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向光杆加 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 166N。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 166N，我们选用滑动轴承为 LMF20，轴承中间 孔径为 20mm，这样导向光杆的直径也为 20mm。 2）直线轴承安装： 轴承座孔公差推荐采用 H7、J7 级，直线轴公差推荐采用 g6、h6 级，轴承安装 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+0.01mm；如果稍加力才能转动， 配合游隙 为- 0.010mm（已过盈） ；如果加力也不能转动，配合游隙已多于 0.01mm，这种 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、KH 轴承情 况类似）。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 。 3.直线轴承润滑和防尘：轴承出厂涂有防锈油，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。 4.轴承的载荷和寿命：轴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，就会防碍直线运动平稳性，引起振动和 噪音，振动会进一步冲击凹坑周围材料，造成恶性循环，使凹坑面积扩大，这种永 久变形量用基本额定静载荷限定。钢球和套圈接触点两者永久变形量之和等于钢球 直径的万分之一时的静载荷，定义为基本额定静载荷 C0。轴承使用时，冲击力很难 测定，常用选取适当的静载荷安全系统来保证轴承静载荷不超过基本额定静载荷。 选型时使轴承承受的静载荷 P0 C0/FS，不受振动和冲击场合 FS 取 1.0 1.