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智能摆线真轮促动器设计.doc

智能摆线针轮促动器的设计【优秀机械设备全套课程毕业设计含12张CAD图纸】

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摆线真轮促动器（A0）.dwg

摆线针轮促动器齿轮箱齿轮轴A3.dwg

摆线针轮减速器安装支架A3.dwg

摆线针轮输入轴A3.dwg

摆线针轮齿轮箱A1.dwg

电动缸固定板.dwg

电动缸套筒A2.dwg

电动缸拉板A3.dwg

电动缸螺母A3.dwg

电机法兰A3.dwg

电机防护罩A2.dwg

齿轮轴上端盖A3.dwg

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关键词：: 智能摆线促动器机械设计机械设备毕业设计智能摆线针轮促动器的设计

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智能摆线针轮传动器的设计

智能摆线针轮促动器的设计【优秀机械设备全套课程毕业设计含12张CAD图纸】

【带任务书+开题报告+外文翻译】【31页@正文11300字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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开题报告.doc

摆线真轮促动器（A0）.dwg

摆线针轮促动器齿轮箱齿轮轴A3.dwg

摆线针轮减速器安装支架A3.dwg

摆线针轮输入轴A3.dwg

摆线针轮齿轮箱A1.dwg

智能摆线真轮促动器设计.doc

电动缸固定板.dwg

电动缸套筒A2.dwg

电动缸拉板A3.dwg

电动缸螺母A3.dwg

电机法兰A3.dwg

电机防护罩A2.dwg

齿轮轴上端盖A3.dwg

任务书

题目智能摆线针轮传动器的设计

主要研究

目标

(或研

究内容)研究内容：

1.技术领域:本装置涉及到一种新型电动执行器，尤其涉及大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属电动执行器技术领域。

2.背景技术:大型射电望远镜由于自身重量及风载的影响，其主反射面会偏离标准抛物面形状，这会严重降低射电望远镜的效率，其高频效率更会衰减5倍以上。为了提高其高频工作效率，需要将其主反射面切割成许多小块，每一块由一台电动执行器控制，利用电动执行器的主动运动来补偿主反射面的变形量，这种技术称之为主反射面主动调整技术。该系统的核心就是主反射面主动调整用电动执行器，与其他电动执行器相比其具有以下特点：1.功率重量比大；2. 定位精度高；3. 承受侧向力 4.可靠性高；5. 防水防尘 6. 防电磁辐射；7.掉电可自锁；8.能通过现场总线控制。由于国内现有电动执行器无法满足上述设计要求，因此有必要重新设计一台射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器。

新型电动执行器的设计实践是巩固和深化大学生所学知识，提高他们理论综合分析和设计能力的一种行之有效的方法。通过设计可以培养学生在工程设计中包括结构分析、参数拟定、传动设计、强度计算等能力。

3.传动器技术要求：

a)传动形式：直线式

b)有效行程：60 mm

c)最大行程：60 mm

d)额定出力（N）：2500

e)额定速度（mm/sec）：0.36

f)定位精度（mm）：≤±0.01（负载不变的情况下）

g)内部防转机构：有

h)防护等级：IP67

i)使用温度范围（℃）：-40 - +60

j)抗侧向负载能力（N）：≥5500

k)垂直破坏负载力（N）：≥7,000

课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）目标：培养学生具有独立完成较复杂的电动传动器的能力。

要求：

1. 分析题目和设计技术要求，查阅18篇以上的相关文献资料。

2. 图纸量不少于3张A0（至少1张中等难度的计算机绘图、1号图幅量的手工绘图）装配和零件图总量。验算设计参数并进行主要有零部件的强度校核；

3. 英文翻译一篇、撰写12000字的毕业设计论文、开题报告各一份。

进度计划第3周 ~ 第 5周查阅资料，撰写开题报告

第 6周 ~ 第11周进行结构分析，确定设计方案；对传动系统进行设计、计算，并对重要零部件进行安全与疲劳校核，最后绘制传动器零件图及装配图。

第12周 ~ 第14周完善设计，审查图纸，翻译外文文献，写设计说明书(论文)，写中文摘要并翻译。

第15周毕业设计论文定稿，打印。

第16～17周：答辩。

主要参

考文献1）机械设计课程设计于惠力等科学出版社，2007?

2) 机械设计课程设计杨光等高等教育出版社 2010

3) 简明机械设计手册宋宝玉等哈尔滨工业大学出版社2008?

4) 机械设计手册．第3卷：机械零部件设计(轴系、支承与其他),?机械工业出版社，2010

5) 机械设计手册：单行本．减速器和变速器机械设计手册编委会[编]?机械工业出版社，2007

6) 机械设计课程设计图册向敬忠等化学工业出版社 2009?

7) 机械设计课程设计手册张龙国防工业出版社，2006

8) 机械原理（第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社， 2001年

智能摆线针轮促动器的设计

摘要

促动器是调解反射面的核心部件。望远镜由于自身重量和风载的影响，反射面会有轻微的变动，促动器会进行调节。促动器的设计会影响射电望远镜的正常运行，后期维修和使用寿命。

本文主要设计的是促动器。其中包括了：智能步进电机、制动器、锥齿轮、摆线针轮减速器、滚珠丝杠等零件。促动器的精度会影响射电望远镜的精度。

考虑促动器的运动原理，了解各部件的配合情况，计算各部件的尺寸、应选用的材料并进行强度校核。基于拉杆的运动速度，计算出丝杠的转速，并根据摆线针轮的速比，计算出智能步进电机的转速。了解制动器和摆线针轮的工作原理。了解滚珠丝杠的优点，并进行滚珠丝杠的计算和强度校核。进行锥齿轮的强度校核。

关键词：智能步进电机，制动器，锥齿轮，摆线针轮减速器

THE DESIGN OF INTELLIGENT CYCLOIDAL PINWHEEL ACTUATOR

ABSTRACT

The actuator is the core component in mediating the reflection. Due to the influence of the telescope in its weight and wind load, the reflective surface will have a slight change,then actuators will adjust. The design of the actuator will affect the normal operation of the radio telescope, the late maintenance and service life.

The main design of this paper is the actuator, which includes: intelligent stepper motor, brake, bevel gear, cycloid pin wheel reducer, ball screw, etc. The precision of the actuator can affect the precision of the radio telescope.Considering the movement of the actuator principle, understanding the cooperation of each composition, computing the size of the parts and materials should be chosen, also checking the intensity.Based on the pull rod movement speed, to calculate the speed of a ball screw, and based on the ratio of cycloidal pinwheel, to compute intelligent stepper motor speed.Understanding the working principle of the brake and the cycloidal pinwheel.

Getting information of the advantages of ball screw, calculating the ball screw and checking the intensity.Checking intensity of the bevel gear check.

KEY WORDS: Intelligent stepper motor，Brake，Bevel gear，Cycloidal reducer

目　录

前　言1

第1章绪论3

1.1 智能促动器的研究动态及选题意义3

1.1.1国内外研究3

1.1.2 促动器的传动机构原理和优点4

1.2促动器的应用6

1.3.促动器的发展趋势6

第2章促动器的速度需求及计算7

2.1电动机的选择7

2.2联轴器的选择8

2.3齿轮轴的计算9

2.4锥齿轮的计算15

2.4.1 根据齿面接触强度计算15

2.5滚珠丝杠和电动缸的选用和计算16

2.5.1滚珠丝杠的选用17

2.5.2 滚珠丝杠的计算及强度校核18

2.5.3 电动缸的选用19

2.6轴承的选择19

第3章箱体的设计20

3.1.电机防护罩的设计21

3.1.1电机防护罩底座的设计21

3.1.2电机防护罩和齿轮箱的连接21

3.1.3电机防护罩的内部结构21

3.2 齿轮箱的设计21

3.2.1电机防护罩和齿轮箱的连接部位22

3.2.2齿轮箱的下部位设计22

3.2.3齿轮箱端盖22

3.3 铸造工艺性23

结论24

致谢25

参考文献26

前　言

1608年，荷兰眼睛匠汉斯利伯为自己制作的望远镜申请了专利，并遵从当局要求，造了一个双筒望远镜。当时望远镜的消息在欧洲流传开了，伽利略得到这个消息后，他就自己制造了一个望远镜。他制作的第一架望远镜只能把物体放大3倍，第二架放大8倍，第三架放大了20倍。1609年他制作出了能放大30倍的望远镜，他用自己制作的望远镜观察晚上的夜空，第一次看见了月球的表面。同时，开普勒也开始研究望远镜，并且发明了折射望远镜。1688年，牛顿发明了反射式望远镜，解决了色差问题。

望远镜不断在更新换代，并且出现在了不同的领域。1928年美国的卡尔央基做出了世界第一架射电望远镜，并与1933年发现来自银河的电磁辐射，射电望远镜的应用发展也由此拉开序幕，世界各国竞相向太空探索。

我国也在1960年开始建立了我国第一台射电望远镜。北京50m口径和上海佘山口径65m的望远镜。近几年，我国突破了很多技术难题，在贵州平塘建造了口径达到500m的望远镜，成为了世界上最大的射电望远镜。但是，随着射电望远镜口径的增大，自身的重量和风载会对望远镜的造成影响，主反射面会偏离抛物面的形状，这也会严重降低射电望远镜的效率。其高频率更会衰减5倍以上严重影响到科学家的工作，因此我们会把切割成三角形、四边形等许多小块。然后用用一种促动器进行调节用促动器来补偿这种偏差。

我国相对于促动器的研究起步很晚，是从苏联有触电的促动器进行仿制开始的随着电子技术的高速发展，促动器的发展也很快，但是与国外一些国家的促动器知道互相比，现在国内的促动器结构仍存在控制方式落后、可靠性不高精度差等不足，因此需要设计一种智能促动器，尤其是调整大型射电望远镜主反射面主动调节促动器。属于电动执行器技术领域。与其他促动器相比该装置具有以下特点。(1）利用微机技术可以进行总场控制。（2）防磁辐射。（3）可靠性高。(4)定位精度较高。（5）功率重量比大。（6）承受侧向力（7）防尘防水（8）端的可以自锁。

参考文献

[1] 机械设计课程设计于惠力等科学出版社，2007?

[2] 机械设计课程设计杨光等高等教育出版社 2010

[3] 简明机械设计手册宋宝玉等哈尔滨工业大学出版社2008?

[4] 机械设计手册．第3卷：机械零部件设计(轴系、支承与其他),?机械工业出版社，2010

[5] 机械设计手册：单行本．减速器和变速器机械设计手册编委会[编]?机械工业出版社，2007

[6] 机械设计课程设计图册向敬忠等化学工业出版社 2009?

[7] 机械设计课程设计手册张龙国防工业出版社，2006

[8] 机械原理（第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社， 2001年

[9] 机械系统设计(第二版) 朱龙根主编. 北京：机械工业出版社，2001

[10]机械设计孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编. 沈阳：东北大学出版社 2000

[11]材料力学刘鸿文主编. 北京：高等教育出版社1991

[12]理论力学. 哈尔滨工业大学理论力学教研组编. 北京：高等教育出版社 1997

[13]机械原理孙桓，陈作模主编. 北京：高等教育出版社 2000

[14]机械设计习题与解题分析喻子建，张磊、邵伟平、喻子建主编. 沈阳：东

北大学出版社 2000

[15]机械设计课程设计.王昆、何小柏主编.北京：高等教育出版社，1996

[16]画法几何及机械制图. 朱冬梅、胥北澜主编.北京：高等教育出版社，2000

[17]机械设计.濮良贵，纪名刚主编.第八版.北京：高等教育出版

社，2008

[18]机械制造技术基础.曾志新，吕明主编.湖北：武汉理工大学出版社，2004

摆线针轮齿轮箱A1.gif

摆线针轮促动器齿轮箱齿轮轴A3.gif

摆线针轮减速器安装支架A3.gif

摆线针轮输入轴A3.gif

摆线真轮促动器（A0）.gif

齿轮轴上端盖A3.gif

电动缸固定板.gif

电动缸拉板A3.gif

电动缸螺母A3.gif

电动缸套筒A2.gif

电机法兰A3.gif

电机防护罩A2.gif

内容简介：: 洛阳理工学院毕业设计（论文） I 智能摆线针轮促动器的设计摘要促动器是调解反射面的核心部件。望远镜由于自身重量和风载的影响，反射面会有轻微的变动，促动器会进行调节。促动器的设计会影响射电望远镜的正常运行，后期维修和使用寿命。本文主要设计的是促动器。其中包括了：智能步进电机、制动器、锥齿轮、摆线针轮减速器、滚珠丝杠等零件。促动器的精度会影响射电望远镜的精度。考虑促动器的运动原理，了解各部件的配合情况，计算各部件的尺寸、应选用的材料并进行强度校核。基于拉杆的运动速度，计算出丝杠的转速，并根据摆线针轮的速比，计算出智能步进电机的转速。了解制动器和摆线针轮的工作原理。了解滚珠丝杠的优点，并进行滚珠丝杠的计算和强度校核。进行锥齿轮的强度校核。关键词：智能步进电机，制动器，锥齿轮，摆线针轮减速器 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） II THE DESIGN OF INTELLIGENT CYCLOIDAL PINWHEEL ACTUATOR ABSTRACT The actuator is the core component in mediating the reflection. Due to the influence of the telescope in its weight and wind load, the reflective surface will have a slight change,then actuators will adjust. The design of the actuator will affect the normal operation of the radio telescope, the late maintenance and service life. The main design of this paper is the actuator, which includes: intelligent stepper motor, brake, bevel gear, cycloid pin wheel reducer, ball screw, etc. The precision of the actuator can affect the precision of the radio telescope.Considering the movement of the actuator principle, understanding the cooperation of each composition, computing the size of the parts and materials should be chosen, also checking the intensity.Based on the pull rod movement speed, to calculate the speed of a ball screw, and based on the ratio of cycloidal pinwheel, to compute intelligent stepper motor speed.Understanding the working principle of the brake and the cycloidal pinwheel. Getting information of the advantages of ball screw, calculating the ball screw and checking the intensity.Checking intensity of the bevel gear check. KEY WORDS: Intelligent stepper motor， Brake， Bevel gear， Cycloidal reducer nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） III 目录前言 .1 第 1 章绪论 .3 1.1 智能促动器的研究动态及选题意义 .3 1.1.1 国内外研究 .3 1.1.2 促动器的传动机构原理和优点 .4 1.2 促动器的应用 .6 1.3.促动器的发展趋势 .6 第 2 章促动器的速度需求及计算 .7 2.1 电动机的选择 .7 2.2 联轴器的选择 .8 2.3 齿轮轴的计算 .9 2.4 锥齿轮的计算 . 15 2.4.1 根据齿面接触强度计算 . 15 2.5 滚珠丝杠和电动缸的选用和计算 . 16 2.5.1 滚珠丝杠的选用 . 17 2.5.2 滚珠丝杠的计算及强度校核 . 18 2.5.3 电动缸的选用 . 19 2.6 轴承的选择 . 19 第 3 章箱体的设计 . 20 3.1.电机防护罩的设计 . 21 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） IV 3.1.1 电机防护罩底座的设计 . 21 3.1.2 电机防护罩和齿轮箱的连接 . 21 3.1.3 电机防护罩的内部结构 . 21 3.2 齿轮箱的设计 . 21 3.2.1 电机防护罩和齿轮箱的连接部位 . 22 3.2.2 齿轮箱的下部位设计 . 22 3.2.3 齿轮箱端盖 . 22 3.3 铸造工艺性 . 23 结论 . 24 致谢 . 25 参考文献 . 26 附录 . 27 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1 前言 1608 年，荷兰眼睛匠汉斯利伯为自己制作的望远镜申请了专利，并遵从当局要求，造了一个双筒望远镜。当时望远镜的消息在欧洲流传开了，伽利略得到这个消息后，他就自己制造了一个望远镜。他制作的第一架望远镜只能把物体放大 3 倍，第二架放大 8 倍，第三架放大了 20倍。 1609 年他制作出了能放大 30倍的望远镜，他用自己制作的望远镜观察晚上的夜空，第一次看见了月球的表面。同时，开普勒也开始研究望远镜，并且发明了折射望远镜。 1688 年，牛顿发明了反射式望远镜，解决了色差问题。望远镜不断在更新换代，并且出现在了不同的领域。 1928 年美国的卡尔央基做出了世界第一架射电望远镜，并与 1933 年发现来自银河的电磁辐射，射电望远镜的应用发展也由此拉开序幕，世界各国竞相向太空探索。我国也在 1960 年开始建立了我国第一台射电望远镜。北京 50m口径和上海佘山口径 65m 的望远镜。近几年，我国突破了很多技术难题，在贵州平塘建造了口径达到 500m 的望远镜，成为了世界上最大的射电望远镜。但是，随着射电望远镜口径的增大，自身的重量和风载会对望远镜的造成影响，主反射面会偏离抛物面的形状，这也会严重降低射电望远镜的效率。其高频率更会衰减 5 倍以上严重影响到科学家的工作，因此我们会把切割成三角形、四边形等许多小块。然后用用一种促动器进行调节用促动器来补偿这种偏差。我国相对于促动器的研究起步很晚，是从苏联有触电的促动器进行仿制开始的随着电子技术的高速发展，促动器的发展也很快，但是与国外一些国家的促动器知道互相比，现在国内的促动器结构仍存在控制方式落后、可靠性不高精度差等不足，因此需要设计一种智能促动器，尤其是调整大型射电望远镜主反射面主动调节促动器。属于电动执行器技术领域。与其他促动器相比该装置具有以下特点。 (1）利用微机技术可以进行总场控制。（ 2）防磁辐射。（ 3）可靠性高。 (4)定位精度较高。（ 5）功率重量比大。（ 6）承受侧向力（ 7）防尘防水（ 8）端的可以自锁。本装置的技术要求：（ 1）传动形式：直线式（ 2）有效行程： 60 mm（ 3）最大行程： 60 mm（ 4）额定出力（ N）： 2500（ 5）额定速度（ mm/sec）： 0.36（ 6）nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 定位精度（ mm）： 0.01（负载不变的情况下）（ 7）内部防转机构：有（ 8）防护等级： IP67（ 9）使用温度范围（）： -40 - +60（ 10）抗侧向负载能力（ N）： 5500（ 11）垂直破坏负载力（ N）： 7,000。 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 第 1 章绪论 1.1 智能促动器的研究动态及选题意义 1.1.1 国内外研究射电望远镜的发明，拓展了我们地球人的眼界，使我们看见了很多地球外的天体。随着世界科技的发展，人们已经不仅仅满足于看在地球周围的一些天体，想通过建设更大口径的射电望远镜来观察离我们更远的天体，甚至去发现除地球意外的其他生命，纵使到现在为止，我们还什么都没有发现，但是人类的好奇心是很深重的。到目前为止，世界上有很多的射电望远镜，有单个的大型射电望远镜，有排列成一个方阵的很多小型的射电望远镜。单个大型射电望远镜口径达到了 300 多米，这种望远镜的精度非常的高，比如始建于 1963 年，有美国国防部投资建设建立在美国的波多黎个自由邦的阿雷西博射电望远镜，口径 305m，天顶角扫描 20，它是目前世界上灵敏度最高的宇宙监听系统。再古代，军队打仗的时候都会组成很多的方阵，例如八卦阵，一字长蛇阵等，这些阵型可以很有效的狙击敌人，那如果由很多望远镜组成一个矩阵，那么是不是比他们单个使用的效率和精度要高呢。目前，由中国、日本、韩国三国的科学家正在努力的设计一个直径达到 2.4 万公里的巨型射电望远镜方阵。这个巨型方阵的建立，我们就有可能了解到银河系的构架和宇宙黑洞的奥秘。外太空在古代就是一个未知的存在，那时候的人大多数是很迷信的，以为天上都是神仙居住的地方，那时候不存在什么望远镜。西方的科技使我们知道了其他星体的存在。伽利略发明的 30 倍的望远镜使我们知道了月亮上并没有住着嫦娥现在，天上也没有什么神仙的存在，甚至没有生命的存在。太阳的温度很高，上面有黑子、月亮的表面存在这很多的小型火山。我们生活在一个叫地球的行星上，天上还有除地球以外其他的六个行星，七个行星都是绕着一个叫做太阳的恒星转动，所在的星系就做银河系。恒星爆炸了就会产生黑洞，黑洞会吸收一切东西，甚至我们摸不着的的光在经过黑洞时都会被吸进去。总之，有了射电望远镜，我们发现了很多新奇的东西。最近几年，科学家们通过望远镜发现了好多适合生命成长的星体，只是距离我们很远，我相信，总有一天我们人类会突破距离的界nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 限，去探索宇宙的更深处。要想建立精度更好，稳定性更强的射电望远镜，你就必须不断的去更新促动器，使促动器可以很快捷的，方便的去调整望远镜的精度，使望远镜可以看的更远。目前，促动器的更新也是很快的，它分为电气缸，液态缸，气缸三种促动器。这三种各有各的优点，各有各的好处。我们这次设计的主要是使用电气缸。这种促动器更容易去维修和保养，使用寿命也很长。上海佘山的 60m口径的射电望远镜就是使用的电气缸的促动望远镜。上海佘山的射电望远镜作为亚洲最大的射电望远镜，他的工作效率也是很高的，它凝聚了上海政府和许多方面专家的心血。促动器的设计是影响射电望远镜精度的关键，射电望远镜经过风吹雨淋的，它上面的主动发射面难免肯定会有一定的改变，这一点小小的改变，可能会对我们在天文科学上的发现有很重大的影响，可能会错过那么一点的但是对我们人类发展有很大影响的东西。射电望远镜作为地球观察宇宙的眼睛，我们要使他更为精确，使他更为清晰，让它可以更好的去发现未知的事物。 1.1.2 促动器的传动机构原理和优点作为调节射电望远镜反射面的主要核心促动器，它分为驱动单元和执行单元。一般的驱动单元微变频器，执行单元是电机 +制动器 +齿轮（蜗轮蜗杆）减速器 +滚珠丝杠。要根据方案选择不同的电机。射电望远镜在建设中，而它的促动器已经设计完毕了，它根据主动反射面所需的运动速度范围、驱动力的情况建立了一个法方案，由变频器、电机、锥齿轮、滚珠丝杠组成一套促动器。在促动器的选择上，我们必须要确保促动器的传动精度，使用寿命，负载能力。促动器的工作效率很大情况下直接影响力望远镜的工作效率，所以我们经过了很长时间的思考，决定选用电动缸启动器。智能摆线针轮促动器的运动原理图如图 1-1。促动器可以很精确的调解射电望远镜主动面反射板的角度。促动器所选用的标准件如制动器、减速器都是很精密的仪器，特别是减速器，体积小，可以达到很大的速比。 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 5 图 1-1 1-智能步进电机 2-制动器 3-锥齿轮 4-底座 5-减速器 6-电动缸 7-支架本次设计的是促动器执行元件。由智能步进电机 +制动器 +锥齿轮 +摆线针轮减速器 +滚珠丝杠组成的。制动器放在了智能步进电机的后面，当射电望远镜的主动反射面已经调整好的时候，促动器里面的传动机构就需要立即停止，可是由于惯性，传动元件还会由很小的转动，电机不能是它们立即停止。所以将制动器放在了电机的后面。本次设计的促动器选择了两个锥齿轮，用锥齿轮来把横向的传动该变为纵向的传动。并且锥齿轮寿命长，具有高负载和的能力，降噪音和减震的作用，并且它的润滑性好，促动器在刚出厂的时候，里面就会加满润滑油，所以后期不能在给里面加润滑油了。减速器用的是摆线针轮减速器，摆线针轮减速器目前是世界上比较先进的一种减速器，它的体积很小，重量轻，但是它可以达到很大的速比，结构紧凑。这样，就可以很大程度上的减轻促动器的重量，并且会达到我们想要的那种减速效果。促动器没有是同普通的滚珠丝杠，使用了电动缸螺母，这样可有有效的用电来控制丝杠的传动，电动缸螺母两侧开了槽，来nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 6 装滑动轴承，电动缸螺母可以再电动缸里面上下移动，并且滚珠丝杠还有自锁功能。可以很大的减少促动器调节所带来的误差。 1.2 促动器的应用促动器的应用比较广泛：油压促动器可以应用在机车车辆的悬挂系统中、医学上、测量仪器上等。促动器也分为电动、液动、气动三种。电动促动器的应用范围比较广：主要是用在军事领域，如雷达、升降机。有的农用拖拉机后车厢。气动促动器因为空气的粘度小，多以应用与很多危险，环境恶劣等情况之下。液压启动器主要应用在很多机床上，例如刨床、铣床、磨床、钻床等。也用在很多冶炼厂的机械上。 1.3.促动器的发展趋势随着科技的发展，促动器的发展也越来越迅速。促动器的主要发展方向有精度、速度，重量，微控等方向。现如今促动器越来越融入我们普通人类的生活，越来越多的领域都需要促动器，机器人，起重机，农用拖拉机等甚至现在小孩子的玩具车里面也出现了促动器的身影。所以促动器的集成化，轻盈化，简单化，高节能低消耗，高寿命都是我们需要要考虑的方向。当然，科技是要发展的，但环境的保护还是不能忽略的。所以，促动器也要做到环保，低耗等。 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 7 第 2 章促动器的速度需求及计算促动器作为射电望远镜微调的核心机构，我们在设计和计算的是后要尽量的避免很多的误差，是之在工作和运行时不出现不必要的问题。本次设计的促动器是电动式的促动器。它的优点是精度高、负载高、噪音小、寿命长，并且可以实现网络化和智能化，电动缸促动器是我国的主要发展方向。 2.1 电动机的选择促动器实现的是微调，不需要很大的功率和扭矩。电动机上由编码器，编码器作为输出单元，给电动机输出一定的信号让电动机输出一定的扭矩，最后传给了滚珠丝杠，实现微调的功能 ,智能步进电机如下图：图 2-1 根据任务书给的额定速度为 0.36mm/s 我们可以算出滚珠丝杠的转速，通过速比我们可以知道电动机的转速从而选择电动机的型号。 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 滚珠丝杠的转速 n1=拉杆的额定速度 v1/丝杠的基本导程 L0 n1=0.36mm/s/5mm n1=0.072s/r 减速器的速比为 63 所以锥齿轮的转速 n2=n1X63 n2=0.072s/rX63=4.536s/r 锥齿轮的齿数比为 1 所以电机的转速 n3=4.536s/r 又已知电动机的扭矩 T=1.5N.M T=9550 P/n 电机的选取：表 2-1 智能步进电机参数智能步进电机 STM23S/Q-3 扭矩（ N*M）转速 s/r 电压 v 1.5 4.536 12 2.2 联轴器的选择这次设计的促动器电机和齿轮轴通过联轴器连接。联轴器是随电机的转动带动齿轮轴的转动。联轴器的需用一般是根据工作条件和原动件的机械的特性来选择的适合的类型。选择联轴器是一定要考虑传递的扭矩大小，载荷是否由冲击、循环转动、装配引起的误差、天气的改变引起温差变化而是联轴器变形，后续的维修拆装。联轴器选定后可以根据其扭矩、转速和功率来选择联轴器。大部分的联轴器是已经标准化和系列化了，我们在选用的时候是可以查表。选择联轴器是，联轴器的扭矩计算应选取机器的不稳定计算时的最大扭矩所带载荷的最大扭矩。本次需用的联轴器为夹紧式梅花弹性联轴器。夹紧式梅花弹性联轴器的特点nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 是：结构简单、无需润滑方便维修、便于检查、免维护、可连续长期运行。高强度聚氨酯弹性元件耐磨耐油、承载能力大、使用寿命长、安全可靠。工作时，稳定、具有良好的减震、缓冲和电气绝缘性能。具有较大的轴向、径向和角向补偿能力。结构简单，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小。促动器在出长的时候在里面已经装上了润滑油，所以在选择联轴器的时候就应该选用可以自润滑或无需润滑的联轴器。夹紧式梅花弹性联轴器刚好就适用于这种工作环境，并且它的承载能力可以达到。夹紧式梅花弹性联轴器的扭矩也可以。联轴器如下图 2-2。图 2-2 联轴器 2.3 齿轮轴的计算轴是一个号由弹性的物体，当它工作时，轴和轴周围的其他零件会产生振动，甚至出现共振，而产生共振时轴的转速为临街速度。当达到了临街速度，轴就会出现剧烈的振动，从而破坏其机械的正常工作，甚至会破坏其轴承的滚子。当轴在临界速度的一定范围之外，轴就可以稳定的工作。 1、计算轴的临界转速： n4=30iEI946LW(i=1,2,3 为临界转速阶数） 2、输出轴的相关数据齿轮输入轴选用的是 40#钢。这种钢的机械性能很好，广泛应用于机械方面。 45#钢是一种中碳钢，淬火性能并不好，它的强度达到 HRC4246.所以中碳钢只能用于表面淬火，这样就可以发挥 45#钢的机械性能。 45#钢的抗拉强度为 600MPa 屈服强度为 355MPa 3、轴 1的校核 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 拟定轴上零件的装配方案该设计的装配方案本着满足各种性能和要求的前提下 ,尽量简化轴的结构形式 . 为了便于装配零件并去掉毛刺 ,轴端应制出 45 的倒角 :需要磨削加工的轴段应该留有砂轮越程槽 :需要切削的轴段 ,应该留有退刀槽 . 为了减少装卡的时间 ,同一轴上不同轴段的键槽应布置在轴的同一母线上 .为了减少加工道具种类和提高劳动生产率 ,轴上直径相近处的圆角 ,倒角 ,键槽宽度 ,砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同尺寸 . 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度根据要求和牢固性需在轴端制出两个 9.5mm和 14.5mm的平键槽。轴承选择轴承下部采用轴肩定位 .由于轴受径向力所以轴上段选择代号为 6003 的深沟球轴承 ,其尺寸为 mmmmmmTDd 213715 . 取安装齿轮轴段直径为 10mm;这 .在轴的下端安装有一个固定齿轮 .采用平键轴定位 .齿轮周向定位均采用花键轴定位。 a 作用在齿轮上的力 FT1=dT12 = 0012.0 5.12 MN =250N 11 tr FF tan45。 =250 1=250N b 轴承给的作用力查表得到深沟球轴承的重量为 0.039kg 在促动器不工作的情况下，深沟球轴承对轴的作用力是 F=0.039 9.8=0.3822N 所以轴所承受的垂直力为 F+Ft1=250.3822N 轴所受的垂直弯矩为 M1=Ft1L=250 5=1250N 水平弯矩为 M2=Fr1L=250 5=1250N 轴所受的总的弯矩为 M 总 = 2221 MM =1250 2 N 根据轴算的弯矩校核轴的疲劳强度： M= 22 75.0 TM 总=1950N*mm nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 W=3214.33d =12 轴的疲劳强度 =M/W=1950/12=162.5MPa 600MPa 所以轴的强度可以承受工作。轴 1 上载荷分析 (a) 轴的结构图 M=-640 N.mm M=-520 N.mm （ b）垂直面剪力图 M=200 N.mm M=-200 N.mm (c) 水平面剪力图 M=-300 N.m (d) 垂直面弯矩图 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 M=-300 N.mm (e) 水平面弯矩图 M=-405 N.mm (f) 合成弯矩图 T=805 N.mm (g) 转矩图图 2-1 轴 1 的受力分析轴 1 的设计过程轴的总体设计信息如下：轴的编号： 002 轴的名称：平键轴轴的转向方式：双向恒定轴的工作情况：无腐蚀条件轴的转速： 275r/min 转矩： 1.5N.mm 材料牌号： 45 调质硬度 (HB)： 230 抗拉强度： 650MPa 屈服点： 360MPa 弯曲疲劳极限： 270MPa 扭转疲劳极限： 155MPa 许用静应力： 260MPa 许用疲劳应力： 180MPa nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 确定轴的最小直径如下： A值为： 112 许用剪应力范围： 30 40MPa 最小直径的理论计算值： 6.5mm 满足设计的最小轴径： 6mm 轴的结构造型如下：表 2-6 轴 1 各段直径长度长度直径 11mm 6mm 17mm 10mm 8mm 17mm 5mm 20mm 13mm 16mm 轴的总长度： 71.5mm 轴的段数： 5 表 2-7 轴段的载荷信息直径距左端距离垂直面垂直面水平面水平面轴向扭矩剪力弯矩剪力弯矩 11mm 180mm 1190.67N 0N.mm 433.37N 0N.mm 126754.55N.mm 表 2-8 轴所受支撑的信息直径距左端距离 11mm 3.3mm 17mm 11mm 表 2-9 支反力计算距左端距离水平支反力 Rh1 垂直支反力 Rv13.3 31.5mm -200.19N -550.03N 11mm 233.16N -640.62N 表 2-10 内力 x/mm d/mm m1/N.mm m2/N.mm 3.3 11 0 0 8 17 1.6 . 11 8 1.2 1.3 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 轴1的校核 1. 弯曲应力校核如下：危险截面的 x坐标： 3.3mm 直径： 11mm 危险截面的弯矩 M： 2000N.mm 扭矩 T： 635.22N.mm 截面的计算工作应力： 13.64MPa 许用疲劳应力： 180MPa 3.3mm 处弯曲应力校核通过结论：弯曲应力校核通过 2. 安全系数校核如下：疲劳强度校核如下：危险截面的 x坐标： 3.3mm 直径： 11mm 危险截面的弯矩 M： 2000N.mm 扭矩 T： 635.22N.mm 有效应力集中系数（弯曲作用）： 2.62 （扭转作用）： 1.89 截面的疲劳强度安全系数 S： 5.7 许用安全系数 S： 2.0 180mm 处疲劳强度校核通过结论：疲劳强度校核通过静校核计算：危险截面的 x坐标： 3.3mm 直径： 11mm 危险截面的弯矩 M： 2000N.mm 扭矩 T： 635.22N.mm 截面的静强度安全系数： 22.51 许用安全系数 Ss： 1.8 180mm 处静强度校核通过扭转刚度校核如下：圆轴的扭转角： 12.0 许用扭转变形： 0.9 /m 扭转刚度校核通过 3. 临界转速计算如下：当量直径vd： 11mm 轴截面的惯性距 I： 193.06mm4 支承距离与 L的比值： 0.87 轴所受的重力： 400N 支座形式系数 1： 9.0 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 2.4 锥齿轮的计算锥齿轮作为很主要的传动机构，他又很多的有点：传动稳定，工作效率高，有一定的减震作用，寿命长，可以把横向传动改变承纵向传动。齿轮的设计有如下要求： 1.齿轮的类型，精度，齿轮的材料以及数。 2.任务书力的要求，齿轮必须使用锥齿轮。 3.齿轮的工作情况转速不是很高，所以精度选用 7级 4.两个齿轮的材料都选用 45#钢，高频淬火，硬度为 HRC55。 5.两个齿轮的齿数 Z=20,所以传动比为 1.模数 m=2.5 2.4.1 根据齿面接触强度计算 1. 确定参数系数 K=Kt*KVKK查表得：系数： Kt= 1 动载系数： 1 赤间的载荷系数 K=1 齿向载荷分配系数 K=1.2 2. 由任务书上电机的参数可以初步知道齿轮的扭矩为 T=1.5N M 3. 估算出齿轮的需用接触应力：HHP S lim 查图得出 H =1000N/mm2 初定安全系数 Sh =1 HP =1000 1=1000N/mm2 大约算出了 del 19513 HPuKT=11.652mm 4.锥齿轮的基本计算：分锥角 =45 模数 m=2.5 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 分度圆直径 d=mz=2.5 20=50mm 外锥距 Re= del /2sin1 =16.480 齿宽系数： 0.3 齿宽 b=0.3 16.480=4.95mm 元整后取 5 实际齿宽系数为 4/16.480=0.243 中点模数 m=1.75(1-0.5 0.243)=1.54 中点分度圆直径 d1=50(1-0.5 0.243)=43.925mm 齿顶的缝隙 C=0.2 1.75(查表的齿制 C=0.2） 5 强度校核开式齿轮不需要进行疲劳强度的校核齿根抗弯矩疲劳强度校核： FPLSKFnm tFFVAF YYYYbmFKKKK 查表得出 AK =1 VK =1 FK =1.5 FK =1 tF =85N 复合齿形系数 Y1=4.5 Y2=4.35 重合度系数 Y =0.25+75.0=0.82 锥齿轮系数 Yk=1 载荷分配系数 Yls=1 齿根弯曲应力值 =60N/mm2 齿根许用应力值 =150N/mm2 齿根弯曲疲劳基本值为 200N/mm2 寿命系数为 1 尺寸系数为 1 最小安全系数为 1.4 齿根弯曲强度校核结果 =60N/mm2 150N/mm2 通过 2.5 滚珠丝杠和电动缸的选用和计算 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 电动缸的结构比较简单，主要包括驱动机构、减速装置、直线运动机构和辅助机构四大部分这是一种行星滚柱丝杠电动缸。在这里我们采用的是摆线针轮减速器来调解智能步进电机多给的扭矩。摆线针轮是目前国际上最先进的减速零件之一，摆线针轮的速比为 63，可以增大扭矩减小转数，这样不仅可以使促动器达到我们所需要的扭矩和转速。这里使用的滚珠丝杠为行星丝杠，行星丝杠的能够在及其艰苦的条件下工作至上千个小时，这就是促动器的合理选择。 2.5.1 滚珠丝杠的选用滚珠丝杠作为促动器的最终传动部分，它的工作很大部分都是都要成受很大的力，所以滚珠丝杠的负载能力一定要强。滚珠丝杠是一种可以把回转的构建转化为直线运动的构件。滚珠丝杠作为很精密的一起，主要是把回转运动转化为线性运动。把扭矩转化为线上的反复作用力。滚珠丝杠的特点是精度高，润滑性好，摩擦阻力小，使用与很多精密的仪器。滚珠丝杠有丝杠、滚子、螺母组成。丝杠和螺母逐渐有一条可以是滚子通过的圆形轨道，丝杠的旋转是滚子不断的往上走，滚子在走的同时，又给螺母作用的一定的力，是螺母也不断的向上走，这样，滚珠丝杠就可以把回转运动转化为直线反复运动了。并且滚珠丝杠还有一定的锁死功能。当丝杠不运动时，滚子并不会向下运动，丝杠和螺母螺纹之间有一定的差距，并且成了一定的角度，当丝杠不运动是这个角度刚好会把丝杠紧紧的卡住，不让滚子往下走。促动器的丝杠选用的是高碳铬轴承钢，这种材料硬度和强度高、韧性和塑性等力学性能也很好，这样是滚珠丝杠的精度也就更高了。滚珠丝杠的螺母选用的电动缸螺母，在电动缸的螺母外围开了两个长方形的槽，使滚珠丝杠工作的时候不至于卡死。这次的滚珠丝杠丝杠的上下左右自由度会被锁死，在上一阶段的摆线针轮减速器减小转速并增大扭矩时把增大的扭矩传给了滚珠丝杠，滚珠丝杠不东，但是做旋转运动，迫使滚子把扭矩上的力转化给了电动缸螺母是电动缸螺母做反复运动。 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 2.5.2 滚珠丝杠的计算及强度校核 (1)滚珠丝杠基本计算公称直径查表的 d=25 基本导程查表的 L=5 螺纹升角 =3.64 滚珠直径 d0=(0.600.66） L=0.60 5=3 滚道半径 R=（ 0.540.555） d0=0.50 3=1.5 圆弧偏心距 e=0.7071（ R- 20d )=0.7071 螺纹长度 l=100 丝杠大径 D=d-（ 0.20.25)d0=24.4 丝杠的小径 D1=d+2e-2R=25+2 0.7071-3=23.4142 丝杠接触点的直径 Dz =d-d0cos =25-2.212=22.879 丝杠牙顶圆角半径 r=（ 0.10.15） d0=0.1 3=0.3 螺母螺纹大径 D =d-2e+2R=25-1.4142+3=26.5858 螺母小径 D1 =d+0.5（ d-d0） =23 滚动丝杠的额定动载荷 C的计算 C=f(icos )7.0 tg Z 3/2 d8.1b 查表可得 f=71 计算可得 C=2289N 使用寿命假设滚珠丝杠的工作寿命 T=6 年使用寿命 Le =（ FC ） 3 再高速、定载荷情况下滚珠丝杠的工作寿命 Le 所对应的计算动载荷值 Caj Caj = FnT3 61060 =1500N 2288N nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 所以所选用的滚珠丝杠是复合其使用寿命要求的。滚珠丝杠的刚度计算，作为制作精密仪器的必备零件，滚珠丝杠的刚度是必须要经过计算的。 2.5.3 电动缸的选用随着电动缸型号的不断增加，在选用电动缸时我们都会不知道是选电动缸还是私服电动缸，这样就出现了很多电动缸选型的问题。电动缸的选择也是很重要的： 1. 电动缸的丝杠一般分为 5 级和 7级，在高的就需要特殊预定了。 2. 最大瞬时推理，连续推力为最大推力的 60% 静载荷可以达到最大力。 3. 电动缸对丝杠精度和导向精度的影响。这样我们在选择电动缸时就会有一个很明确的方向了。电动缸是由变频电机、心轴、行星轴、拉杆、线性位移传感器等部分组成。电动缸在促动器里面是很重要的部分，它的运动直接影响导致了促动器调整主动反射曲面的精度，在促动器中，各传动级之间都会有或多或少的损耗，所以在电动缸这里，必须要把精度损耗降到最低。电动缸和滚动丝杠组合在一起，可以更好的结合，让促动器的精度更为准确。 2.6 轴承的选择 1. 设计参数径向力 Fr= (N) 轴向力aF=0 (N) 轴颈直径 d1=70 (mm) 转速 n=270 (r/min) 要求寿命hL=5000 (h) 温度系数 ft=1 润滑方式 Grease=油润滑 2.被选轴承信息轴承类型深沟球轴承轴承型号 6003 轴承内径 d=17(mm) 轴承外径 D=35 (mm) 轴承宽度 B=10(mm) 基本额定动载荷 C=6400 (N) nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 基本额定静载荷 Co=3250 (N) 3. 当量动载荷接触角 a=0 (度 ) 负荷系数pf=1.2 判断系数 e=0.16 径向载荷系数 X=1 轴向载荷系数 Y=0 当量动载荷 P=1823.592 (N) 轴承所需基本额定动载荷 C=4982.773 (N) 4. 校核轴承寿命轴承寿命hL=9083800 (h) 验算结果合格其它轴承校核方法一样，校核合格。 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 21 第 3 章箱体的设计 3.1.电机防护罩的设计电机防护罩的设计主要是为了保护智能步进电机是正常使用。由于智能步进电机是比较小的电机，所以我们设计的电机防护罩也是迷你型的。 3.1.1 电机防护罩底座的设计由于智能步进电机的体积很小，所以电机防护罩的材料不用使用硬度很高的， 6061 铝合金就可以。电机防护罩的底座也不需要制作成什么，只需要稳定就可以，所以采用四个角焊接成 L 型的支架是之稳定就好。 3.1.2 电机防护罩和齿轮箱的连接电机防护罩和齿轮箱之间的连接要稳定、密封、适合拆卸。所以电机防护罩和齿轮箱之间采用 14 个螺栓连接，是他们无缝衔接。但是螺栓要尽量的靠近防护罩这样，这样可以很大程度上的减少震动。 3.1.3 电机防护罩的内部结构电机防护罩内部必须有固定电机的装置，这样可以防止促动器在工作的时候回事电机有不懂程度上的震荡，而使电机出现一些碰撞。由于智能步进电机上边有编码器，所以要留有出线孔。在促动器工作的时候，会产生很多的热量，这些热量要排出去，所以内部必须要弄通风装置，可以加一个小型的排气扇，很小的，防护罩的内部必须留有排气扇的空间，还要是排气扇方便拆卸。 3.2 齿轮箱的设计齿轮箱是在促动器里面最大的一个箱体，但是内部空间的占有率不是很高 ,齿轮箱里面放有一组锥齿轮，齿轮输出轴这两个很大的零件之外就没有其他的东nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 22 西了。 3.2.1 电机防护罩和齿轮箱的连接部位电机和齿轮之间有联轴器连接，所以齿轮箱和电机防护罩的连接部位要开一个可以通过联轴器的孔，周围在有一些螺纹孔，用孔用垫圈将联轴器可以固定住。图 3-1 电机防护罩 3.2.1 电机防护罩和齿轮箱的连接部位电机和齿轮之间有联轴器连接，所以齿轮箱和电机防护罩的连接部位要开一个可以通过联轴器的孔，周围在有一些螺纹孔，用孔用垫圈将联轴器可以固定住。 3.2.2 齿轮箱的下部位设计齿轮箱的下面部位要设计成可以安装和固定深沟球轴承的，它的下面不能密封起来，留有圆孔，空的厚度可以放下一个深沟球轴承，这样就可以固定住深沟球轴承，在用小院盖密封起来。 3.2.3 齿轮箱端盖 nts 洛阳理工学院毕业设计（论文） 23 为了方便促动器的维修和保养，齿轮箱由两部分组成，齿轮箱和齿轮箱端左侧用齿轮箱盖密封住。如图 3-2. 图 3-2 齿轮箱 3.3 铸造工艺性为便于造型，浇铸及减少铸造缺陷，箱体应力求形状简单，壁厚均匀，过渡平缓，不要过薄，不宜采用形成锐角的倾斜肋和壁；要避免出现狭缝，铸件表面沿起模方向应设计成 1/10 1/20 的起模斜度。在起模方向上应尽量减少凸起结构，必要时可设置活块。有多个凸起结构时，应尽量连成一体，以减少活块数量。 nts 洛阳理工学院毕业设

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