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圆管 切割机 设计 CATIA 三维 17 CAD 独家

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任务书 XX 学院 XXXX 专业 20XX 届 编号： 题 目圆管切割机设计专业班级学生姓名指导老师任务书下发日期设计截止日期难度系数毕业设计（论文）的主要内容：设计一台专用机床，用于加工钢管，直径20毫米，斜切角度045度，长度100200毫米，壁厚1.5毫米。通过该设计，使学生在设备总体方案设计、机械结构设计、以及零件强度计算、编写技术文件、查阅文献和设计软件应用能力方面受到一次综合训练，达到巩固和综合运用所学知识，掌握正确设计思想与方法，培养学生的工程应用能力。毕业设计（论文）的主要要求:（1）分析钢管的型号以及加工的要求，提出所要实现的功能，根据这些功能制定出机床的设计方案；（2）完成专用斜切管机床的总体设计并利用三维软件直观的展现出来，完成主要零部件的设计与校核；（3）设备总装配图（计算机出图）；设备所有零件图（计算机出图）；手绘图A1张；设计图纸数量不少于3张A0 图纸；设计说明书不少于1.5万字，正文页数不少于30页；译文与开题报告不少于3000字。主要参考文献：1 组合机床设计，姜永武，刘薇娜，西南交通大学出版社， 2004，5-62 机械设计，濮良贵，纪名刚主编高等教育出版社，2001年。3 液压与气压传动，许福玲，陈尧明主编，机械工业出版社，2000年。4 机械设计课程设计手册，第二版，吴宗泽，罗圣国主编，高等教育出版社，1992 年。5 机械设计，谭庆昌主编，高等教育出版社，2004年。6 滚动轴承的故障振动模型及应用研究，张中民，卢文祥，杨叔子主编，华中理工大学出版，1997年。7 机械设计手册，第四版，第四卷，成大先主编，化学工业出版社，2002年。任务书编制教师（签章）： 年 月 日教研室审核意见:教研室主任(签章): 年 月 日学院审核意见:学院院长(签章): 年 月 日备注注：任务书中的数据、图表及其他文字说明可作为附件附在任务书后面，并在主要要求中标明：“见附件”指导教师资格及题目审批表指导教师姓名所在单位指导教师职称所学专业设计（论文）题目圆管切割机设计题 目 类 型设计题 目来 源科 研实验室建设论文工程生产自 拟题目真实性程度真实题目新旧新题难度等级难一般模拟旧题较难设计（论文）地点校内设计（论文）时间3 月 20 日至 6 月 12 日校外题目概要（设计（论文）的目的、可行性、技术路线等）：目的：通过设计过程，了解机械设计的相关知识，学习并掌握机械设计的基本理论、设计方法和步骤，在充分理解专用圆管切割机装置参数的基础上，对圆管切割机系统进行分析，完成圆管切割机装置的结构设计（二维、三维）。熟悉相关的标准和规范等，了解并掌握工程设计的过程及步骤。可行性：学生已学习了相关的课程内容，具备了一定的基础。设计所需的硬件与软件环境为计算机及相应的二维、三维设计软件，机电学院机房可提供。设计需要的实习及调研，可通过在相关的公司调研来解决，设计所需的资料可在学院图书馆及机电学院的资料室解决。技术路线：依据圆管切割机系统的技术要求，进行系统功能全面分析，在确定圆管切割机系统设计方案之后，可进行具体的机构设计。在设计过程中，要收集、准备有关的设计参考资料，经过充分理解、研究和确定内容之后，便可着手绘制系统原理图，草图确定后，再设计正式图。确保所设计系统的可靠性。教研室意见：教研室主任签字：年 月 日学院（系）审查意见：院长（系主任）签字：年 月 日 备注：1.此表由拟担任毕业设计（论文）指导工作的教师填写，每个题目填报一张表，一式两份；2.部分分项填写时，只在对应项内打“”即可； 3.表中真实题目是指在学校、生产、科研及其它单位实际立项的课题； 4.指导教师如果是外聘，应在所在单位栏中加注（外聘）字样； 5.在毕业设计（论文）工作开始前，各院（系）将此表汇总，报教务处备案。XXXX 开题报告设计题目： 圆管切割机设计 学生姓名： XXX 学院名称： XXXXX 专业名称： XXXX 班级名称： XXX 学 号： XXXXXXXXX 指导教师： XXX 教师职称: XXX 学 历： XXX 20XX年03 月24 日、 课题论证1.1课题研究的目的与意义在机械加工过程中，金属材料切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍。所以，本课题研究的目的就是设计一台圆管切割机机床，使其能够完成自动夹紧、送料、切割、下料的过程。从而实现节省人力、降低劳动强度、提高质量、提高生产效率、保障加工安全等目的。我国机械工业钢材使用量已达到3亿吨以上，钢材的切割量非常大；随着现代机械工业的发展，对钢材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高。因而数控切割机的市场潜力还是很大、市场前景比较乐观。本课题研究的意义就是通过对课题的深入了解，从而对我国的切割机市场的发展和趋势有清晰的认识。圆管切割机在我国许多地方都有使用，不仅应用于建筑，还应用于汽车等多种应用领域。对我国经济发展以及提高人们生活水平都具有重要意义。1.2文献综述（相关课题国内外研究的现状）切割机情况 全国生产切割机的企业 40多家，以民营、个体、股份制企业居多。焊割机具在2000年的统计为：门式切割机380台、小车式切割机14650台、等离子切割机10500台、焊割炬250 万套，割嘴189万只。 我国数控切割行业发展比较晚，国内有十几家数控切割机生产厂家，每年市场需求量约在 350-400台，基本满足国内市场需求， 进口产品不足市场总量的 10 。 目前国内数控切割机生产厂家主要有上海伊萨切割机械有限公司、梅塞尔切割焊接有限公司 (昆山)，他们在技术上得到了国外技术的大力支持，因此产品在国内处于领先地位。而哈尔滨四海数控设备有限公司、哈尔滨焊接切割成套设备有限公司、哈尔滨电机有限责任公司机械电子设备制造厂、中船总公司船舶工艺研究所、深圳博利昌数控切割设备公司、无锡华联焊割设备厂等企业，则利用各自企业自身的优势，在技术上发展也很快，产品满足了不同用户的需求。 我国切割行业的产品发展打破了焊接与切割之间的传统界线，其产品已跨接焊接、切割两大行业，有很多企业同时生产焊接和切割设备。切割机行业存在问题 ： 市场无序竞争，表现在互相贬低、互相压价、互相挖人； 研发投入少，或根本没有投入； 在机械和控制水平上与国外产品差别不大，但对国外控制系统了解不透，只停留在会应用的水平； 企业间没有合作，不能联合起来开辟市场，比如在配套件的采购上企业集中起来会降低成本。国外圆管切割机技术比国内发达，使用激光自动化切割技术。目前，国际上有代表性的激光切割设备制造商有：德国通快TRUMPF公司，瑞士百超BYSTRONIC，意大利PRIMA，美国WHITNEY公司和日本TANAKA公司等。这些国际知名公司已陆续开发出了大功率、大幅面、高速、飞行光路，三维立体、数控自动的激光切割机，并且每年都在推出新的机型。随着激光切割机的逐步普及，市场要求进一步提高切割效率(高速切割)、降低待机时间(自动上下料系统)、扩大应用面(向三维立体切割、厚板、高反射材料发展)、降低运行成本(降低电耗)等。由于国外的激光切割工艺比较成熟，目前的研究领域主要集中在数字模型对切割过程的模拟。国外数控切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。其主要厂家有德国的伊萨(E SAB)、梅塞尔(MESSER)，日本的田中(TANAKA)、小池(KOIKE)，美国的L-TEC、林德(LINDA) 等。能够代表数控等离子切割技术最高水平的?家集中在德国，德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全，功能最多，水平最高，几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。 其中NEC520连续轨迹控制器与RPC600(单台或双台并联)水射流式等离子系统配合可以切割130mm以下金属板材；与HD3070精细等离子配合可对112mm金属材料实施高速(7.6m/min)和高精度(接近激光切割下限)切割。1.3课题研究的内容、总体方案及技术路线、进度安排等本课题要求是设计一台专用机床，用于加工钢管，直径20毫米，斜切角度045度，长度100200毫米，壁厚1.5毫米。所以，需要研究的部分如下： 各部分机构装置的布局；送料机构的设计；夹具的设计；切割机构的设计及安装；电机的选择；各部件的计算与校核；工作流程示意图如下：上料装卡送料切割下料 （1）装卡机构：夹紧装置可分为机动夹紧与手动夹紧两大类。机动夹紧中又有气压传动、液压传动、气液压传动、电动机传动、电磁夹紧及真空夹紧等。手动夹紧是夹紧装置中最简单、最原始的形式，在小批和成批生产中仍然用的很广。本课题要求对圆管进行加工，所以该机构采用V型块和气缸的配合来实现夹紧工作。（2）送料机构：本课题要求定长送料，并且需要连续送料。常见的送料机构有电机丝杠传送、气缸传送、机械连杆传送这三种，综合考虑到经济性与复杂性以及课题要求程度，最后决定选用电机丝杠传送类型做为送料机构。 （3）切割机构：本课题要求斜切角度045度。激光切割机为效率最快，切割精度最高，切割厚度一般较小。等离子切割机切割速度也很快，切割面有一定的斜度。火焰切割机针对于厚度较大的碳钢材质。型材切割机采用单相交流串励电动机为动力，靠通过传动机构驱动平形砂轮片切割金属工具，具有安全可靠、劳动强度低、生产效率高、切断面平整光滑等优点，适用于交流50/60Hz，额定电压220V。广泛用于圆形钢管、异形钢管、铸铁管、圆钢、槽钢、角钢、扁钢等型材进行切割加工。夹持工件的夹钳钳口与砂轮轴间的夹角可在左、右0到45度任意调节，有的产品右位置可在0到30度间任意调节。所以，选用型材切割机改造后安装。 （4）下料机构：常见的下料方式有：1、不做安排，加工件自行落下；2、斜坡连接，一端与加工件下面接触，另一端与外面料箱接触；3、利用机械手夹持并移走。选用机械手夹持并移走方式。 1-步进电机 2-联轴器 3-滚珠丝杠、螺母副、工作台、夹具等 4-机械手 5-皮带、带轮 6-电动机 7-支撑 8-轴承、支撑座 9-切割片本课题研究的是设计一台圆管切割机，所以其设计路线如下：（1）切割机构设计：通过本课题的要求计算出满足条件的切割砂轮片，并计算选择与之能够配合的皮带。计算切割需要的速度等参数选用合适的电动机。其余部分的连接与安装由计算后设计组装。（2） 夹紧机构设计：通过计算选用符合要求的V型块与气缸组合构成夹紧装置。（3）送料机构设计：通过本课题要求计算出满足条件的步进电动机、丝杠、导轨、运动工作台等组成送料机构。（4）下料机构设计：选择由丝杠传动装置与气缸即夹具组成机械手爪。进度安排时间计划完成的任务及目标第1周2017.3.13-2017.3.17任务：1.完成外文翻译； 目标：了解国内外切割机发展的现状； 第2周2017.3.20-2017.3.24任务：1.完成开题报告； 目标：为接下来设计确定初步计划；第3周2017.3.27-2017.3.31任务：1.理清设计思想；2.借阅相关书籍； 目标：为整体设计打下基础； 第4周2017.4.3-2017.4.7任务：1.开始切割机构设计；2.计算并选择电机、V带及带轮； 目标：完成切割机构设计计算；第5周2017.4.10-2017.4.14任务：1.画出切割机构零件三维图； 目标：完成组装；第6周2017.4.17-2017.4.21任务：1.进行送料机构设计； 2.选择相关零件； 目标：化出送料机构三维图；第7周2017.4.24-2017.4.28任务：1.对前面设计中选择零件进行校核； 目标：完成校核检验；第8周2017.5.1-2017.5.5任务：1.进行夹紧机构设计计算； 目标：选择合适的零件；第9周2017.5.8-2017.5.12任务：1.进行下料机构的设计计算； 目标：选择合适的零件；第10周2017.5.15-2017.5.19任务：1.进行总装配； 目标：完成三维装配图；第11周2017.5.22-2017.5.26任务：1. 将三维图转换为工程制图； 目标：完成图的转换；第12周2017.5.29-2017.6.2任务：1.编写说明书； 目标：完成说明书的编写；第13周2017.6.5-2017.6.9任务：1. 让指导老师检查并改正； 目标：把资料整理好，准备答辩；1.4主要存在的问题（1）切割机构的设计要满足斜切角度在0到45度之间移动。1.5参考文献1 组合机床设计，姜永武，刘薇娜，西南交通大学出版社， 2004，5-6。2 机械设计，濮良贵，纪名刚主编，高等教育出版社，2001年。3 液压与气压传动，许福玲，陈尧明主编，机械工业出版社，2000年。4 机械设计课程设计手册，第二版，吴宗泽，罗圣国主编，高等教育出版社，1992 年。5 机械设计，谭庆昌主编，高等教育出版社，2004年。6 滚动轴承的故障振动模型及应用研究，张中民，卢文祥，杨叔子主编，华中理工大学出版，1997年。7 机械设计手册，第四版，第四卷，成大先主编，化学工业出版社，2002年。2、答辩组论证结论（1）方案可行，技术路线清晰 （2）方案可行，技术路线基本清晰 （3）方案基本可行，技术路线不很清晰 （4）方案和技术路线不很清晰 （5）方案和技术路线不清晰 3、指导教师意见： 教研室主任意见：指导教师（签名）： 教研室主任（签名）：年 月 日 年 月 日注：(1) 开题报告是用文字体现的设计（论文）总构想，篇幅不必过大，但要把计划设计的课题、如何设计、理论依据和研究现状等主要问题说清楚；(2) 字数不少于3000字，参考文献不少于6篇，印刷字符在10万印刷符以上。开题报告审核表指导教师姓名所在单位指导教师职称所学专业学 生 姓 名班 级设计（论文）题目圆管切割机设计指导教师审查意见指导教师签字： 年 月 日教研室审查意见 教研室主任签字：年 月 日学院审查意见院长签字：年 月 日摘 要随着我国经济持续稳定的发展以及现在在世界加工制造业中所占据的地位，作为国民经济生产中占据重要基础材料工业之一的钢管工业发展非常迅速，产品品种规格仍在持续增加。尤其是二十一世纪以来，国内在钢管工业迎来了一个快速发展的时期。因此，圆管切割机的发展也在不断提高进步，各式各样的圆管切割机在加工制造业以及建筑业等各行各业都被使用。本次设计主要内容是设计一台圆管切割机。要求能够进行斜切角度045度操作。本次设计的圆管切割机四个机构组成。其中上料机构采用人工上料。送料机构决定采用丝杠传送，切割机构设计采用型材切割机类型进行改造。下料机构采用移动气缸手爪。关键词; 钢管 机构 圆管切割机Abstract With the sustained and stable development of Chinas economy and now in the world processing and manufacturing industry occupies the position, as the national economy to occupy one of the important basic materials industry, the development of steel industry is very rapid, product variety specifications are still increasing. Especially since the twenty-first century, the domestic steel industry in the ushered in a period of rapid development. Therefore, the development of the tube cutting machine is also improving the progress of a variety of pipe cutting machine in the processing and manufacturing industries and other industries have been used. The main content of this design is to design a tube cutting machine. It is required to perform a chamfering angle of 0 to 45 degrees. The design of the tube cutting machine composed of four institutions. Which feeding institutions using manual feeding. Feeding agencies decided to use screw transmission, cutting mechanism design using profile cutting machine type to transform. The cutting mechanism uses a moving cylinder gripper.Key words: Steel Mechanism Pipe cutting machine目 录第1章 绪论11.1 设计的目的和意义11.2 国内外现状11.3 设计内容21.4 设计方案2第2章 切割机构设计计算32.1 电机选择32.2 V带设计计算32.3 带轮的结构设计82.4 轴的强度校核计算102.5 轴承的选择计算192.6 砂轮片选择202.7 气缸选择20第3章 送料机构设计计算203.1 滚珠丝杠副的计算与选型213.1.1 砂轮片第钢管的切削力213.1.2 导轨上移动部件的重量估算213.1.3 滚动丝杠副的计算和选型213.2 直线滚动导轨副的计算与选型253.2.1 工作载荷的计算253.2.2 距离额定寿命的计算263.3 步进电机的计算与选型273.3.1 步进电动机总转动惯量Jeq的计算273.3.2 步进电动机等效负载转矩Teq的计算283.3.3 步进电动机的初选303.3.4 不进电动机的性能校核30第4章 下料机构设计计算314.1 气缸的选择314.1.1 阔形手爪气缸的选择314.1.2 单杆伸缩气缸314.2 其余部分32第5章 结论32参考文献32谢 辞33第1章 绪论1.1 设计的目的和意义 （1）目的随着经济的发展都迎来了快速的成长，经济全球化带来的影响使得各行业之间的竞争越来越激烈，间接的促进了行业的进步。工业，一直以来作为国家经济中重要的一部分，工业生产中对技术的要求也越来越高，使得机械加工技术越来越多向性、精确性和成长性。我国作为工业大国，对钢材的使用范围非常广泛，需要加工的量也非常庞大。特别在切割方面，基本上都会用到切割装置。在我国的切割机生产技术上大多数以生产数控型或手工型，激光切割机很多以进口的为主。所以，切割机在我国是很有市场的，中小型企业大部分都使用手工切割或半自动切割完成机械加工。本课题研究的目的就是设计一台圆管切割机机床，人工上料后使其能够完成自动夹紧、送料、切割、下料的过程。（2）意义 中国作为工业大国，对钢材的使用非常巨大，因此需要切割加工的量也非常大。但是，不同的钢材对加工使用的精度以及加工难度也存在差异，于是切割机的种类和使用情况又有着一些不同。本课题研究的意义就是通过对课题的深入了解，从而对我国的切割机市场的发展和趋势有清晰的认识。圆管切割机在我国许多地方都有使用，不仅应用于建筑，还应用于汽车等多种应用领域。对我国经济发展以及提高人们生活水平都具有重要意义。1.2 国内外现状（1）国内现状切割机情况 我国工业的发展相对于发达国家来说，存在着一定的差距。从中国发展至现在，我国在许多方面都取得了巨大的成功，但是，在其中一些方面却存在着不足。究其原因是因为我国在这些方面发展起步较晚，所以，与发达国家相比技术有点落后。在国内有40多家生产各式各样切割机的企业，这些企业在生产技术方面只有少数的能达到国外少部分的水平。国内市场每年都需要大约350-400台数控切割机，除了特殊情况向国外进口外，基本能够满足国内需求。而且目前我国的这些企业都在进步，利用各种竞争和自身优势促使技术的发展更加快速。甚至其中部分企业已经将切割与焊接组合起来，使加工更加快捷和方便。 （2）国外现状国外圆管切割机技术比国内发达，特别是激光自动化切割技术远远超过国内。根据调查研究表明，国际上拥有较完善并且具有代表性的激光切割技术设备的国家许多。其中，最好的是德国、美国等发达国家。这些年来，由于国外的投入研究，目前已经开发出了大幅度、大功率、高速、飞行光路的多方面技术性能，并且成本方面变得更低，性能发展得更加有效。在工艺方面运用已经比较成熟。此外，数控切割机床在国外使用计算也比国内成熟。1.3 设计内容本课题要求是设计一台专用机床，用于加工钢管，直径20毫米，斜切角度045度，长度100200毫米，壁厚1.5毫米。所以，需要研究的部分如下：(1)各部分机构装置的布局；(2)送料机构的设计；(3)夹具的设计；(4)切割机构的设计及安装；(5)电机的选择；(6)各部件的计算与校核；1.4 设计方案（1）工作流程示意图如下：图1-1 工作流程示意图 （2）各部分机构选择1)装卡机构：根据资料可知夹紧装置可大致分为机动夹紧与手动夹紧两大类。机动夹紧通常使用安全被打型企业采用。手动夹紧通常加工小批量工件被广泛应用。本课题要求对圆管进行加工，所以该机构采用V型块和气缸的配合来实现夹紧工作，通过查找选择阔形手爪气缸。2)送料机构：常见的送料机构有电机丝杠传送、气缸传送、机械连杆传送这三种，综合考虑到成本价格与机构复杂性以及课题要求，最后决定选用电机丝杠传送类型做为送料机构。3)切割机构：本课题要求斜切角度045度。考虑到成本与设计要达到的目的，选择型材切割机就可以达成目的。所以，只需要以型材切割机为模型，对其进行改造就能作为切割机构。因此，选用型材切割机改造后安装就能完成目的。4)下料机构：在数控机床中常见的下料方式有：不做安排，加工件自行落下；斜坡连接，一端与加工件下面接触，另一端与外面料箱接触； 利用机械手夹持并移走。考虑到加工的安全性，所以，选用机械手夹持并移走的方式。图1-2 圆管切割机设计简图1-步进电机 2-联轴器 3-滚珠丝杠、螺母副、工作台、夹具等 4-机械手 5-皮带、带轮 6-电动机 7-支撑 8-轴承、支撑座 9-切割片第2章 切割机构设计计算2.1 电机选择 根据设计要求查找资料，本设计从表2-1选用Y系列三相异步电动机,型号Y802-2，功率1.1kW，转速2800r/min.表2-1 Y系列三相异步电动机型号功率/kW电压/v电流/A转速/r/min效率功率因数启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩启动电流Y71-20.553801.52800740.846.52.32.2Y801-20.753801.812800750.866.52.32.2Y802-21.13802.522800770.8572.32.2Y90S-21.53803.442800780.8672.32.22.2 V带设计计算（1）确定计算功率根据上面的选择可知选择电机的传递的功率P的值、以及载荷的性质和下表中每天工作的时间等因素，从而来确定设计功率Pc 。 Pc=KAP （单位kW）式中P 传递的额定功率； KA工作情况系数 （根据本设计要求表2-2中取KA =1.1） 则Pc=1.1x1.1=1.21(kW)表2-2 工作情况系数KA工 况KA空、轻载启动重载启动每天工作小时/h1616载荷变动最小液体搅拌机、离心式水泵和压缩机、通风机和鼓风机(7.5kW)、轻载荷输送机1.01.11.21.11.21.3在荷变动小通常有带式输送机（不均匀负载）、通风机（7.5kW）、旋转式水泵和压缩机（非离心式）、起重机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机械和木工机械等1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大通常有制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大通常有破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）等1.31.41.51.51.61.8（2）选择带型根据上述所得的设计功率Pc 和小带轮转速n1 通过图2-1和图2-2按本设计要求选定带型。图2-1 普通v带选型图2-2 窄v带选型根据1中的信息可知小带轮转速等于电动机转速n1=2800r/min,功率P=1.1Kw.从图中可知应选用Z型号V带。（3）确定传动比根据设计要求可初步取传动比i=1.5（4）初选小带轮的基准直径d1 带轮直径的大小会影响其寿命和速度。如果，单根带的基本额定功率减小，那么小带轮的基准直径d1 不应该选得太小。必须满足条件d1dmin，根据表2-3和表2-4可选择小带轮的基准直径为： d1=71（5）初选小带轮的基准直径d2根据公式i=n1/n2=d2/d1 则 d2=id1=1.571=106.5 取表2-3中接近值d2=106表2-3 普通V带带轮最小基准直径以及基准系列型 号YZABCDE最小基准直径dmin205075125200355500注：1）.基准直径的极限偏差为0.8%。表2-4 普通V带带轮的基准直径系列2022.4252831.5404550566367717580859095100106112等（6）验算带的速度根据公式 =d1n160x1000 来计算带的速度 ，则可以计算出其结果为： =x71x280060x100010.409 m/s。因为带的速度会影响带的型号选择，速度范围在5 m/s25 m/s时，选择普通V带；速度范围在5 m/s35 m/s时，选择窄V带。所以本设计选择普通V带。（7）确定中心距a和带的基准长度Ld中心距的大小必须事宜距离，如果过大或过小对会影响到带的寿命以及稳定性。根据机械设计手册可以初定中心距a0 的取值范围公式为： 0.7(d1+d2) a02(d1+d2)则 123.9 a0354 初选中心距a0=200 mm，根据机械设计手册可知带的基准长度L0 值为： L02 a0+2(d1+d2)+(d2-d1)4a02 即 L0=2x200x2x177+(106-71)4x2002=400+278+1.53=679.5mm根据L0选取相近的基准长度Ld=800 ，再根据Ld 来计算实际中心距。带传动实际中心距a 用下式计算 aa0+Ld-L02 则 a=200+800-679.52=260.25mm因为在安装和张紧时需要调整，所以实际中心距的变动范围为 ： amin=a-0.015Ld=260.25-0.015x800=248.25 amax=a+0.03Ld=260.25+0.03x800=284.25（8）验算小带轮包角1一般1 1200，最低 900如 1太小，则应增大中心距a ，或增设张紧轮。根据包角计算公式及对包角的要求，则 900 1200 1=1800- -d2-d1a x57.30即 900 1200 1=172.30（9）确定单根V带的基本额定功率P0根据带的型号、小带轮的直径d1、带速 查表2-5得出基本额定功率P0表2-5 单根普通V带的本额定功率P0型号小带轮基准直径d1/mm小带轮转速n1/(r/min)20040080095012001450160018002000240028003200Z50566371800.040.040.050.060.100.060.060.080.090.140.100.120.150.200.220.120.140.180.250.260.140.170.220.270.300.160.190.250.300.350.170.200.270.330.390.190.230.300.360.420.200.250.320.390.440.220.300.370.460.500.260.330.410.500.560.280.350.450.540.61 注：表中数据由特定情况 包角 =1800、特定基准长度、载荷平稳时得出。所以，本设计中单根普通V带的基本额定功率P0=0.50kW（10）i1时，V带的额定功率增量P0查表2-6根据带的型号、传动比i、带速可以得出本设计中V带的额定功率增量P0=0.04。表2-6 单根普通V带i1额定功率增量P0型号传动比i小带轮转速n1(r/min)400730800980120014601600200024002800Z1.351.511.521.9920.010.010.010.010.010.020.010.020.020.020.020.020.020.020.030.020.020.030.020.030.030.030.030.040.030.040.040.040.040.04（11）V带的根数 Z 根据机械设计手册可知在确定V带的根数值时，为了使各根V带受力均匀，所以V带的根数不应该过多，一般情况以不超过810根为宜，否则就应该重新选择V带的型号，重新进行计算。V带的根数计算公式为 ： Z=Pc(P+P1)KaKL (取整)式中Ka- 表示带传动包角系数， KL- 表示带的长度修正系数查表2-7可取Ka=0.98 KL=1.00则 Z=1.210.50+0.04x 0.98x 1.002.28 取整Z=3表2-7小带轮 包角修正系数Ka 包角1 /(0)18017016015014013012011010090Ka1.000.980.950.920.890.860.820.780.740.69表2-8 V带的基准长度Ld和带长的修正系数KL基准长度Ld/mm普通V带YZABC4000.960.874501.000.895001.020.915600.946300.960.817100.990.838001.000.859001.030.870.8210001.060.890.8411201.080.910.861250等1.11等0.93等0.88等（12）确定单根V带的初拉力F0 计算公式为 F0=500PcZv(2.5Ka - 1)+ qv2式中q- 表示带每米的长度质量，kg/m则 F0=500x1.213x10.409(2.5098 - 1)+ 0.0610.4092=36.2 N表2-9 V带参数型号YZ(SPZ)A(SPA)B(SPB)C(SPC)D(SPC)E(SPE)露出高度hT最大+0.8+1.6+1.6+1.6+1.5+1.6+1.6最小-0.8-1.6-1.6-1.6-2.0-3.2-3.2单位长度质量q/(kg/m)0.040.06(0.07)0.1(0.12)0.17(0.2)0.0.3(0.37)0.600.87 注：括号内数字为窄V带尺寸。（13）计算对轴的压力FQ根据机械设计手册可知为了设计安装带传动的轴和其所用的轴承，就必须要确定带传动时作用在轴上的径向压力 。其计算公式如下 FQ=2ZF0sin12 则 FQ=2 x 3 x 36.2 x sin172.32=216.71 N FQmax=3ZF0sin12 FQmax =3 x 3 x 36.2 x sin172.32=325.1 N2.3 带轮的结构设计 （1）带轮的材料查找资料可知带轮的常用材料有HT150、 HT200、铸钢等材料。在小功率时可以用铸铝或塑料。本设计考虑耐用性选用HT200.（2）带轮结构 通过机械设计手册可知带轮结构一般都由轮缘、轮辐和轮毂这三部分组成，其中轮辐部分可分为有实心型、辐板型和轮辐型等三种类型。本设计前面信息可知小带轮直径d1=71mm和大带轮直径d 2=1.6mm ,所以选用实心式设计。图如下表2-10 普通V带轮槽结构尺寸项目符号槽型Z(SPZ)基准宽度bp8.5基准线上槽深hamin2.0基准线下槽深hfmin7.0（9）槽间距e120.3第一槽对称面距离fmin7带轮宽BB=(z-1)e + 2f z- 轮槽数外径dada=d+2ha轮槽角32相应的基准直径d6034-366038-极限偏差0.5图2-3小带轮图2-4 大带轮2.4 轴的强度校核计算表2-11 轴的常用材料及其主要力学性能材料牌号热处理毛坯直径/mm硬度/HBS抗拉强度极限 B屈服强度极限S弯曲疲劳极限-1剪切疲劳极限-1许用弯曲应力 -1备注MPaQ235A热轧或锻后空冷10040042017517010540用于不重要及受载荷不大的轴10025037539021545正火回火10017021759029525514055应用最广泛100300162217570285245135调质20021725564035527515560根据机械设计手册可知在对轴的强度校核计算时，通常应该根据轴的具体受载荷的情况及受应力的情况，从而来采取相对应的计算方式，最后恰当地选取其许用应力。（1）按扭转强度条件初步估算轴的直径设计轴时通常都要考虑到轴的强度是否合格。所以需要经过如下计算过程： 根据已知 P=1.1kW i=1.5 n1=2800r/min 那么可计算： i=n1/n2 n2=n1/i=28001.5=1867r/min根据扭矩公式： T=9550000P/n2得到 T=9550000 x 1.1/1867=5626.7N.mm轴的扭转强度条件为： T=T/WTT则 T=56266.7/0.2d3若轴受转矩作用段的最细处的直径dmi，则需要满足条件：ddmin=39550000P0.2Tn=395500000.2T3Pn=A03Pn那么， A0=395500000.2T根据下表T取30MPa 则 A0=395500000.2x30=116.757117dmin=117x31.1n1867=9.7881399.8mm所以， d 9.8mm式中：P为轴所传递的功率（KW） n为轴的转速（r/minAo为计算系数，其值见表2-12表2-12 轴常用几种材料的 T及A0值轴的材料Q235、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13 T/MPa1525203525453555A014912613511212610311297因为轴段上有键槽存在会削弱轴的强度，所以应该将计算所得的轴的直径适当的增大。本设计中只存在着一个键槽，则至少应该将dmin增大5。（2）按弯矩合成强度条件计算通过前面的计算，本设计中轴的主要结构尺寸已经确定，并且轴上受力如图2-5所示。所以需要进行轴的强度校核计算。根据已知信息如 所示，轴的受力情况分析如下：由前面的计算可知轴所受的转矩（扭矩）：T=5626.7N.mm图中可知轴没有轴向力，所以 Fx=0N1)Z径向受力分析如下：由图2-5可知A点所受径向力FZA等于大带轮对轴的压力FQmax, 即 FZA= FQmax=325.1N图2-5 轴受力分析图根据图2-5计算B、C点支反力，那么B点的计算如下：M ZB=0N ，则 FZA37.5-FZC=0即 FZC=FZA37.5/75=162.55NB点的计算如下：M ZC=0N 即 FZA x (37.5+75)-FZB x 75=0N那么， FZB=FZA x 112.5/75=487.65NMZ=FZA x 37.5=325.1x37.5=12191.25N.mm2)Y圆周切削方向受力分析如下：由图可知A点所受的力FYA等于切向力Ft1=2T/d=2 x 5626.7/106=106.2N则 FYA=106.2ND点所受的力FYD等于切割片的切向力Ft2=2T/D=2x5626.7/250=45N则 FYD=45N当MYB=0N ， 即 FYA x 37.5+FYC x 75+FYD x122.5=0N那么， FYC=-(FYA x 37.5+FYD x 122.5)/75=- 126.6N当M YC=0N ， 即 FYA x 112.5-FYB x 75+FYD x 47.5=0那么， FYB=(FYD x 47.5+FYA x 112.5)/75=187.8NMYB=FYA x 37.5=106.2x37.5=3982.5NMYC=FYd x 47.5=45x47.5=2137.5N根据前面计算的弯矩可合成弯矩公式M=MH2+MV2求得下列结果 MB=12191.252+3982.52=12825.3N.mm MC=2137.52+0=2137.5N.mm3)校核轴的强度通过前面计算知道轴的弯矩和扭矩，可以针对轴进行弯扭合成强度校核计算。应力的公式为： ca=2+42一般来说，轴上由弯矩施加的力所产生的弯曲应力属于对称循环变应力，轴上因扭矩而产生的扭转切应力，则常常不是对称循环变应力。本设计中考虑到两者之间因循环特性不同而造成的差异，所以引入折合系数，使设计合理化。应力计算公式如下：ca=2+42上式中的弯曲应力属于对称循环变应力。当轴上的扭矩切应力是静应力时，那么取0.3 ；当轴上的扭矩切应力为脉动循环变应力时，那么取0.6；当轴上的扭矩切应力也是对称循环变应力时，那么折合系数取1 。本设计中折合系数取0.6。设计中弯曲应力公式为：=MW , 扭转切应力公式为：=TWT=T2W ，将和的计算值代入上式。那么，轴的弯矩合成强度公式可转换为下面的公式：ca=MW2+4(T2W)2 = M2+(T)2W-1式中：ca- 轴的计算应力，MPa； M - 轴所受的弯矩，N.mm； T - 轴所受的扭矩，N.mm； W - 轴的抗弯截面系数，mm3 , 计算公式见表2-11； -1- 对称循环时许用弯曲应力，MPa,其值见表2-11。通过已知条件，可求得下列结果：轴的抗弯系数值为： W=d3320.1d3=0.1252=1562.5mm3轴的抗扭系数值为： WT=d3160.2d3=0.2252=3125mm3对称循环时轴的许用弯曲应力为：-1=60MPa扭转切应力值为： =TWT=T2W=5626.7/3125=1.80MPa轴的计算应力值为： ca=12825.32+(0.65626.7)21562.5=8.5MPa 表2-13 抗弯、抗扭截面系数计算公式 WWTd3320.1d3d3160.2d3（3）按疲劳强度条件进行精确校核为了检验计算的准确性，对轴进行疲劳强度条件校核。所以对轴的危险截面进行疲劳安全系数精确计算，计算出来的结果评定轴的安全系数是否满足要求。因此需要建立轴在危险截面上的安全系数校核条件。安全系数条件为： Sca = S SS2+S2S仅有法向应力时，应满足： S=-1Ka+m S仅有扭转切应力时，应满足： S= -1Ka+mS式中：Sca - 计算安全系数； S - 设计安全系数； S - 仅有法向应力时安全系数； S- 仅有扭转切应力时安全系数； -1- 弯曲疲劳极限； -1 - 剪切疲劳极限； K - 弯曲疲劳极限综合影响系数； a - 工作应力幅； - 轴受循环弯曲应力时的材料常数； m - 工作平均应力； K - 剪切疲劳极限的综合影响系数； a - 工作应力幅； - 轴受循环切应力时的材料常数； m-工作平均应力设计安全系数如下：安全系数的值在1.31.5时，则轴可以选用的材料表面均匀，而且计算过程中所受的载荷与应力必须是精确度高的；安全系数的值在1.51.8时，则轴可以选用的材料表面不够均匀，而且计算过程中所受的载荷与应力要求的精确度较低；安全系数的值在1.82.5时，则轴可以选用的材料表面均匀，而且计算过程中所受的载荷和应力精确度很低或者设计轴的轴径200mm。本设计的设计安全系数选1.5。根据受力分析图 可知危险截面在B点处，则可得到下列信息截面上的弯矩为： M=MB=12825.3N.mm截面上的扭矩为： T=5626.7N.mm截面上的弯曲应力为： b=MW=12825.31562.58.21MPa截面上的扭转切应力为： T=TWT=5626.731251.8MPa 通过上述的计算本设计中设计轴的材料类型为选用45钢，并且经过调质处理，由表2-11可以查得如下数据： B=640MPa 、-1=275MPa 、-1=155MPa 。 本设计中通过查表2-14查得危险截面上因轴肩产生的理论应力集中系数以及的值如下： r=1mm 、d=24mm 则 r/d=0.041 D/d=25/24=1.042通过上面数据查表2-14得到=1.88 =1.32 查图2-6可知轴的材料敏性系数值为：q=0.75 、 q=0.62那么，有效应力集中系数为：k=1+q-1=1+0.751.88-1=1.66k=1+q-1=1+0.621.32-1=1184通过图2-7可查得尺寸系数为：=0.91通过图2-8可查得扭转尺寸系数：=0.92本设计中轴太小，选用磨削加工，通过图2-9可查得材料的表面质量系数为： =0.92查图2-9可知轴没有经过表面强化处理时，表面质量系数的值为：q=1 。 那么，其综合系数为：K=k+1-1=1.660.91+10.92-1=1.911321.91K=k+1-1=1.19840.92+10.92-1=1.389561.39通过査找资料得到碳钢的特性系数值为： =0.10.2 ，取=0.1=0.050.1 ，取=0.05所以，可以得到计算安全系数Sca 的值S=2751.916.75+0.10=21.33 S= 1551.391.793/2+0.051.793/2=119.3 Sca = 21.33119.321.332+119.32=20.997S=1.5故本设计在安全范围内，设计的轴满足条件。 表2-14 轴肩圆角处的理论应力集中系数应力公称应力公式（拉伸、弯曲）或（扭转剪切）拉伸=4Fd2r/dD/d2.001.501.301.201.151.101.071.051.021.010.042.802.572.392.282.141.991.921.821.561.420.101.991.891.791.691.631.561.521.461.331.230.151.771.681.591.531.481.441.401.361.261.18弯曲b=32Md3r/dD/d6.03.02.01.501.201.101.051.031.021.010.042.592.402.332.212.092.001.881.801.721.610.101.881.801.731.681.621.591.531.491.441.360.151.641.591.551.521.41.461.421.381.341.26扭转剪切T=16Td3r/dD/d2.01.331.201.090.041.841.791.661.320.101.461.411.331.170.151.341.291.231.13图2-6 钢材的敏性系数注：曲线上的数字为材料的强度极限。图2-7 钢材的尺寸及截面形状系数图2-8 圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数图2-9 钢材的表面质量系数（4）按静强度条件进行校核根据机械设计手册可知静强度校核的目的是在于评定设计轴对发生塑性变形的抵抗能力的计算。对于运动中瞬时过载很大，或者是轴上应力循环不对称性比较严重的轴很有必要进行校核。设计轴上的静强度计算依据是轴上作用力达到最大瞬时载荷时进行校核计算的。静强度校核时的强度条件是：SSca=SS SSSS2+SS2SS式中：SSca表示设计轴上危险截面在计算静强度的安全系数的值；SS 表示以轴的屈服强度计算出来的设计安全系数来确定选择材料：若计算出的设计安全系数为SS1.21.4时，设计轴选用高塑性材料制造成的钢轴；若计算出的设计安全系数为SS1.41.8时，设计轴的类型选用中等塑性材料制造成的钢轴；若计算出的设计安全系数为SS1.82，设计轴的类型选用低塑性材料制造成的钢轴；若计算出的设计安全系数为SS23，设计轴的类型选用铸造轴。SS只用考虑安全弯曲情况时的安全系数；SS只用考虑安全扭转情况时的安全系数。仅仅需要考虑到安全弯曲情况下轴的安全系数的计算表达式为：SS=S(MmaxW+FamaxA)仅仅需要考虑到安全扭转情况下轴的安全系数的计算表达式为:SS=STmaxwT式中 S、S选用材料的抗弯和抗扭屈服极限数值，MPa；其中S(0.550.62) S；Mmax、Tmax表示设计轴的危险截面上所承受的最大弯矩值数值与所承受的最大扭矩数值，单位N.mm； Famax表示设计轴的危险截面上所承受的最大轴向力的数值，单位N；A设计轴的危险截面面积的值，单位mm2；W、WT分别是设计轴危险截面上抗弯和抗扭截面系数的值，单位mm3。前面计算的信息可以得到下列数据：危险截面上计算出的抗弯截面系数为： W=1562.5mm3危险截面上计算出的抗扭截面系数为： WT=3125mm3危险截面上计算出的抗扭截面系数为： WT=3125mm3 轴的危险截面上所承受的最大弯矩力数值为： Mmax =128825.3N.mm轴的危险截面上所承受的最大轴向力数值为：Famax=0轴的危险截面的面积为： A=r2=d22=2522=490.87mm2根据上述的表可知材料的抗弯和抗扭屈服极限为：S=355MPa S(0.550.62) S=(195.25220.1)MPa S取220NPa根据以上数据可计算出： SS=2205626.73125=122.2SS=355(12825.31562.5+0490.87)=43.35SSca=43.35122.243.352+122.22=124.5因为 S /B=355/640=0.55460.6 所以用高塑性材料制成的钢轴SS1.21.4， 又 SSca=124.5SS1.21.4故设计的轴满足要求。2.5 轴承的选择计算轴承分滑动和滚动两种。本设计中选用滚动轴承。滚动轴承作为标准部件，因为它具有摩擦力小且其结构比较紧凑等优点的原因，使用被广泛的应用在各种机械、仪表与设备等机械中。轴承一般都是有工作寿命的，失效形式是它的一种表现形式。所以，选择轴承时，需要设计其使用寿命，一般是指计算它的疲劳寿命。根据上面设计的轴选择深沟油轴承，它允许极限转速较高，而且它主要承受轴给的径向载荷力，与此同时它也可以承受一定量的轴向载荷。查表2-15，本设计选用深沟油轴承6205 ，具体参数如下：表2-15轴承轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm其他尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/(r/min)6000型dDBdaminDamaxramaxd2D2RminCrC0r脂油62052552153147133.844.2114.07.881200015000轴承寿命与基本额定动载荷关系公式如下： L=(ftCfpP) 或 Lh=10660n(ftCfpP)式中 L - 基本额定寿命，106r ； Lh- 基本额定寿命，h； C - 基本额定动载荷，N； P - 当量动载荷，N； ft - 温度系数，滚动轴承在高于100下工作时，会导致基本额定寿命有所降低，故而引进温度系数修正，如表2-16； fp- 载荷系数，机械工作中会产生冲击和振动从而造成轴承寿命降低，故而引进载荷系数，如表2-17； N - 轴工作转速，r/min； - 表示滚动轴承的寿命指数，选用球轴承时，=3；需要滚子轴承时，=10/3。表2-16 温度系数ft工作温度/eXYXY深沟球轴承0.0140.172100.562.300.190.0280.3451.990.220.0560.6891.710.26综上所述，L=(1.0078001.1487.65)33074.5 106r 或 Lh=106601867(1.0078001.1487.65)327446.4 h从上述数据可知深沟球轴承的寿命足够长，所以满足设计要求。2.6 砂轮片选择 砂轮片的选用必须满足能够切断钢管，并且保证其不能与其他部件造成影响。即是说砂轮片外半径大于其内半径加钢管直径，且小于V带中心距减电机壳半径，通过表2-19可选用外径250mm，厚度2mm，内径25.4mm，材料高速树脂。表2-19 砂轮片参数材 料规 格厂 家高速树脂250*2*25.4mm富力焊材不锈钢250*2*25.4mm林海牌高速树脂350*2.5*25.4mm金必德五金机电高速树脂350*3.2*25.4mm金必德五金机电高速树脂400*3.2*32mm金必德五金机电2.7 气缸选择 本设计中此处选择单杆伸缩气缸，其主要作用是通过控制气缸从而控制切割机向下切割或向上托起。受力为切割机主体的一部分重量。选用的缸径为40mm的气缸。第3章 送料机构设计计算本设计中送料机构选择使用步进电机配合滚珠丝杠副等一起组成。3.1 滚珠丝杠副的计算与选型3.1.1 砂轮片第钢管的切削力因为砂轮片与大带轮同轴，所以转速相同，则砂轮片的转速为：n2=1867r/min=31.12r/s。所以，计算得到砂轮片的切削速度为：v= n2d 60=18672506024439mms24.5ms由切割部分的选用电机可得 额定功率P1=1.1Kw 效率m=0.77则 实际功率 P=P1m=1.1x0.77=0.847kW因为P=Ft v1000 所以 Ft=1000Pv=10000.84724.534.6N垂直时钢管所受的轴向力为： Ffmin=0N斜450时钢管所受的轴向力为：Ffmax=Ftsin45=34.62224.5N3.1.2 导轨上移动部件的重量估算 导轨上的移动部件有工作台、气动夹具、钢管等，其重量估算不超过100N。即 G100N 。3.1.3 滚动丝杠副的计算和选型(1) 最大工作载荷Fm的计算 根据机械设计手册可知最大工作载荷Fm其所指的是滚珠丝杠副工作中驱动工作台的时候滚珠丝杠副所承受的最大轴向力，也可以称为进给牵引力。当然，不同受力的情况需要对相应的情况进行仔细分析计算。表3-1 Fm计算公式及参考系数导轨类型公式K矩形导轨Fm=KFx+(Fz+Fy+G)1.10.15燕尾导轨Fm=KFx+(Fz+2Fy+G)1.40.2三角形或综合导轨Fm=KFx+(Fz+G)1.150.150.18注：对于贴塑导轨=0.030.05。查表3-1，根据本设计的具体情况选择数据为： 颠覆力矩影响系数为，K=1.1；摩擦因数值为， =0.15垂直时 Fx=Ffmin=0N Fy取5N Fz =34.6N斜450时 Fx=Ffmax=24.5N Fy取5N Fz =24.5N则 Fm1=1.1x0+0.15(34.6+5+100)=20.94N Fm2=1.1x24.5+0.15(24.5+5+100)=46.375N所以 Fm =Fm2=46.375N(2)最大动载荷FQ的计算 最大动载荷FQ的计算公式如下： FQ=3L fwfHFm式中 L0 - 表示滚珠丝杠副的寿命数值，单位：106r。L0=60nT/106(其中T为使用寿命，普通机械取T=500010000h，数控机床及一般机电设备取T=15000h；n为丝杠没分钟转速)； fw - 载荷系数，查表3-2可知； fH - 硬度系数 （58HRC时，取1.0；等于55HRC时，取1.11；等于52.5HRC时，取1.35；等于50HRC时，取1.56；等于45HRC时，取2.40.）； Fm- 表示滚珠丝杠副工作时达到的最大工作载荷，单位：N。所以，计算得到 FQ=3(6050015000/106) 1.21.046.375426.5N表3-2 载荷系数运转状态fw平稳或轻度冲击1.01.2中等冲击1.2 1.5较大冲击或振动1.5 2.5（3）规格型号的选择 根据滚珠丝杠副选择要求，必须满足条件为：滚珠丝杠额定动载荷要不小于滚珠丝杠副工作时达到的最大工作载荷，即 CaFQ 。滚珠丝杠副在静态或低速状态的情况下要满足的要求为：滚珠丝杠的额定静载荷不小于2至3倍的滚珠丝杠副工作时达到的最大工作载荷，即C0a23Fm 。即是说 Ca426.5N C0a(92.75139.125)N 从表3-3可以看出表中的类型都满足条件，本设计初选SFU2005-3 公称直径d=20 表3-3 SFU 系列滚珠丝杠副尺寸参数规格型号公称直径公称导程钢球循环圈数额定载荷（kN）动载荷Ca静载荷CoaSFU2005-32053.17538.617.1（4）传动效率的计算 根据机械设计手册可知 滚珠丝杠副的传动效率一般情况下其在0.80.9之间，它的计算公式如下所示：=tantan(+)式中 - 表示滚珠丝杠的螺旋升角度数，其值由公式tan-1(Ph /d0)计算出； - 摩擦角，一般去10 。所以，计算得到 =tan-1(5 /20)4.55 =tan450tan(4.550+10)0.98(5)滚珠丝杠刚副度计算 根据机械设计手册可知 如果滚珠丝杠副发生轴向变形，那么将会导致丝杠导程发生变化，从而影响到整个机构的定位精度和运动的平稳性。1）滚珠丝杠副因拉伸或者压缩而产生的变形量1因为拉伸或者压缩产生的变形量在总的变形量中几乎占据全部。其的表达式如下:1=FmaESMa22IE式中 Fm - 滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位：N； a - 滚珠丝杠副两端支承间的距离，单位：mm ，a=300mm； E - 滚珠丝杠副材料的弹性模量，钢的E=2.1105MPa ； S - 滚珠丝杠副按底径d2确定的截面积，单位： mm2 ； M - 转矩，单位：N.mm ； I - 滚珠丝杠按照底径d2确定的截面惯性矩（I=d2 4/64）,单位：mm4 。因为转矩一般都比较小，所以式中第2项在计算时通常可以酌情忽略。那么， 1=46.3753002.1105d22=13912.52.1105206.120.000322）滚珠丝杠副中滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2 接触变形量可以由下列公式计算求得：无预紧时 2 =0.003831Dw(Fm10Z)2有预紧时 2 =0.0013Fm103DwFYJZ2/10式中 Dw - 滚珠直径，单位为mm； Z - 滚珠总数量，Z=Z圈数x列数； Z - 单圈滚珠数，Z=d0/Dw(外循环时的计算公式)，Z=（d0/Dw）-3（内循环时的计算公式）,本设计为内循环； FYJ - 预紧力，单位为N 。注：若是有预紧力，并且预紧力达到滚珠载荷力的1/3数值时，2 接触变形量的值可以减小一般左右。由上可得 Z=20/3.175）-316.79取整17 Z=1731=51 FYJ=46.375315.46 那么， 2 = 0.0038313.175(46.3751051)20.000523 2 =0.001346.3751033.17515.46512/100.000263）刚度验算