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机械毕业设计论文

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滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或者压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动，其失效形式主要是螺纹磨损，因此，滑动螺旋的基本尺寸，通常的根据耐磨性条件确定。下面计算丝杆的耐磨性 。 已知： F=41048（ N） 查机械设计有： d2 PhpF 对于梯形螺纹有 h=0.5P，查机械设计有 p =22MP 则 pFd 8.02 式中： 在传动精度较高，载荷较大，寿命长时，取 4 P 为材料的许用压力，查机械设计 1 可得 P =22Mpa pFd 8.02 =17.28mm 可以取 d2=50.5mm，满 足 d2的要求。 其公称直径 d=55mm 外螺纹 mmd 453 内螺纹mmDmmD465614 螺距 p=9mm 螺母高度 H=202mm （ 3）丝杆强度计算 由扭矩 T=F0tan（V）22d查机械设计 1 得，对于 M10M16普通螺纹取 tanv=0.17 cos =D dD 2已知 D=100mm t=25mm cos =D dD 2=0.5 所以 ntstan =1.732 T=F0tan（V）22d=410482 5.50732.117.01 732.117.0 =2794023(Pa) 危险截面 ca= 212 )4(31dTFA = 4s 式中： A-是丝杆的最小截面积 A= 214dca= 212 )4(31 dTFA MPa26 查机械设计 1 得，s=320360Mpa 所以ca 结论是之前取的丝杆数据符合强度要求 （ 4）螺母强度计算 由于螺母的材料强度小于丝杆，故只需要校核螺母螺纹牙的强度 选取螺母高度 H=202mm 螺纹牙危险截面 a a的弯曲强度条件为 6 2 bubD lF 式中： b-螺纹牙根部的厚度， mm，对于梯形螺纹， b=0.65P=5.85mm l-弯曲力臂， mm， l=2 2DD44.22PH -螺母材料的许用切应力 b-螺母 材料的许用弯曲应力 所以 ubD lF 26=9.24MP b)(1 0 880 MPb 左右螺母均为 101mm （ 5）丝杆的稳定性计算 临界载荷 Fcr可以按欧拉公式计算 Fcr=222lIE nts式中： E-丝杆材料的拉压弹性模量， Mpa， E=2.06 510 Mpa I-丝杆危险 截面的惯性矩， I=6441d ， mm4 所以： Fcr=222lIE =1400（ KN） Fcr/F=1400/340=4.2 Ss=2.54.0 所以得出结论：丝杆的稳定性可靠。 nts丝杠螺母机构的选择与计算 5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算： (5-1) 式中 hP 滚珠丝杠副的导程，（ mm ）； Vmax 工作台最高移动速度，（ min/m ）； maxn 电机最高转速，（ min/r ）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5 min/m 查阅机械设计手册 13得： 步进电机 110BF003的最高转速 nmax=500 min/r 。 将数值代入上式 (5-1)可得： Ph 5mm 。 故取 Ph=S=6mm 。 5.2.2 强度计算 动载强度计算 1）对于燕尾型导轨的牵引力计算 Fm=KFX+f(Fz+2FY+G) (5-2) 取 K=1.4 f=0.2 考虑工作台在移动过程中只受 G影响 故 F1m =fG (5-3) =0.2 30 9.8 =58.8(N ) 考虑工作台在加工时静止只受 FX影响 故 F2m = KFX (5-4) maxmaxnVPh nts=1.4 9.8 130 =1783.6(N ) 故 Fm= F1m F2m=58.8N 1783.6N =1842.4N 2） .计算最大动载荷 C 当转速 min10 rn 时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲 劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷 )(NcC 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即 reqHdc FFffTC 3 (5-5) 式中 df 动载荷系数； Hf 硬度影响系数； eqF 当量动载荷， N ； rF 滚珠丝杠螺母副的额定动载荷， N ； T 寿命，以 r610 为一个单位。 (5-6) 式中 T 使用寿命， h ； N 循环次数； eqn 滚珠丝杠的当量转速， minr 。 取 T=15000h m in667.416610005.2m a x rsvn eq (5-7) 代入数据可得： 37510 15000667.41660 6 T NTnT eq 66 101060 nts取 2.1df 取 fH =1.0 当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则 NFFFFF mmeq 667.12083 8.586.178323232 12m i nm a x (5-8) 式中 maxF 、 minF 最大和最小工作载 荷， N 。 所以 计算可得： KNC c 5.106 6 7.1 2 0 80.12.13 7 53 查阅机械设计手册 7选取 CBM4006-5 型滚珠丝杠副 （ ca CKNC 851.15 ），所以刚度满足要求。 3）静载强度计算 当转速 min10 rn 时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大塑性变形，影响正常工作。为此进行静载强度计算，最大计算静载荷为： NFffF Hdoc 32.2 1 4 06.1 7 8 30.12.1 m a x （ 5-9） 式中 Hf 硬度影响系数； 查机械设计手册 7可得： CBM4006-5 型滚珠丝杠副额定静载荷 ocoa FNC 47985 ，所以满足要求。滚珠丝杠螺母的主要参数如表 5-1 所示： 表 5-1 滚珠丝杠螺母副的主要参数 滚珠丝杠副型号 CBM4006-5 公称直径 400d mm nts 5.2.3 螺母选择 由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。 滚珠的工作圈数 i和列数 j。根据所 要求性能、工作寿命，推荐按表 5-2选取。 表 5-2 要求特性 插管式 (i j) 滚珠循环流畅 1.5 2 1.5 3 2.5 1 刚性 2.5 2 2.5 3 法兰形状。按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。 (3) 导程精度选择 根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。一般情况下，推荐按下式估算： E (0.25 0.6)TD 式中： E 累计代表导程偏差， m; 导程 6hP mm 钢球直径 969.3wD mm 丝杠外径 5.39d mm 螺纹底径 1.351d mm 额定动载荷 NCa 15851 额定静载荷 NC a 479850 接触刚度 mNR 1131 nts5.20 05.03 60 675.03 60 siTD 机床有效行程的定位精度， m。 5.3 动力计算 传动件转动惯量的计算 5.3.1齿轮转动惯量的计算 1）传动比的计算 2） 初步分配传动比 按获得最小转动惯量的原则分配传动比 i=i1 i2 i2 =21i 得 i1 =1.52 i2 =1.64 3） 初步估 计齿轮 模数 m=1.25 小齿轮 Z1 =27 大齿轮 412752.1112 ZiZ 171b mm 202b mm mmmzd 75.332725.111 mmmzd 25.514125.122 mmdd 5.422 25.5175.332 211 小齿轮 303Z 大齿轮 493064.1324 ZiZ mmb 263 mmb 284 mmmZd 5.373025.133 mmmZd 25.614925.144 mmdd 375.492 25.615.372 432 nts nts 回转机构齿轮校核 根据起重机设计手册，开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，但目前尚无成熟的计算方法。一般只计算轮齿弯曲疲劳强度和弯曲静强度。 以下计算主要依据起重机设计手册和 GBT3480-1997_渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法 。 1.1 基 本齿轮 数据 大齿轮 最大回转扭矩 T （ Nm）： 848600 齿轮基本参数： 小齿轮 大齿轮 模数 50 50 齿数 8 47 压力角 20 20 齿顶高系数 1 1 顶隙系数 0.25 0.25 齿宽 120 100 小齿轮材质： ASTM A514， 调质， 表面硬度 300-330 HB。 大齿轮材质： Q345E， 调质， 表面硬度 260-280 HB。 机构总工作时间： 3200 小时 大齿轮转数： 0.65 r/min 1.2 等 效 切向力 Fte Fte = kn km Ftmax 查表并计算， kn1 = NN0m = 7332001096.6 =0.3350， kn1knmin, kn1 = knmin = 0.43 同理， kn2 = 0.43 查表得， km=0.81 Fte1 = Fte2 = 0.5kn1 km Ftmax=0.5kn1 km 2Tmaxd2=0.50.430.8128486002.35 =125773.4 N 1.3 齿根弯曲 疲劳 强度校核 准则： F FP 1.3.1 许用齿根弯曲 疲劳 强度 FP FP = FlimSFminyST yrelT yRrelT yx 1.3.1.1 试验齿轮弯曲疲劳极限 Flim 查表得： Flim1 =315 MPa Flim2 = 275 MPa 1.3.1.2 试验齿轮应力修正系数 yST 取 yST = 2.0 nts 1.3.1.3 相对齿根圆角敏感系数 yrelT 查表得， yrelT1 = 0.965，（ 作 图法， qs1 = 1.12) yrelT2 = 1.073，（ 作 图法， qs2 = 6.76) 1.3.1.4 相对齿根表面状况系数 yRrelT 小齿轮 齿根表面粗糙度 Ra1=1.6m， Ra2=6.3m， 所以， Rz1=6 Ra1=9.6m， Rz2=6 Ra2=37.8m， 计算得， yRrelT1=1.674-0.529 （ Rz +1） 0.1=1.004 yRrelT2=1.674-0.529 （ Rz +1） 0.1=0.9113 1.3.1.5 尺寸系数 yx yx=1.03-0.006 mn=0.85 1.3.1.6 最小安全系数 SFmin SFmin=1.5 FP1 = Flim1SFminyST yrelT1 yRrelT1 yx=345.9 MPa FP2 = Flim2SFminyST yrelT2 yRrelT2 yx=304.8 MPa 1.3.2 计算齿根 疲劳 弯曲强度 F F = FtcbmnyFa ysa y y yLW 1.3.2.1 计算切向力 Ftc Ftc = Fte Kv KF KF KF=(KH)N=1.43610.3259=1.1252 KF=KH=1.08 Ftc = Fte Kv KF KF=152839.1 N 1.3.2.2 载荷作用于齿顶时的齿形系数 yFa （ GB/T 3480 1997,） yFa1=4.4288 yFa2=2.4811 1.3.2.3 载荷作用于齿顶时 的应力修正系数 ysa （ GB/T 3480 1997） ysa1=1.3386 ysa2 =2.4018 1.3.2.4 重合度系数 y y=0.25+0.75=0.7417 1.3.2.5 螺旋角系数 y nts y=1 1.3.2.6 磨损系数 yLW 允许磨损齿厚占原齿厚的 10%，取 yLW=1.25 F1 = Ftcb1mnyFa1 ysa1 y y yLW=168.0 Mpa FP1 F2 = Ftcb2mnyFa2 ysa2 y y yLW=168.9 Mpa FP2 1.4 齿根弯曲静强度计算准则 sFs = y FlimFmax 1 1.4.1 齿根弯曲静强度极限应力计算系数 y 查 表， y =2.5 1.4.2 齿根弯曲最大计算应 力 Fmax Fmax = FtcmaxbmnyFa ysa y y Fmax1 = FtcmaxbmnyFa1 ysa1 y y=318.5 Mpa Fmax2 = FtcmaxbmnyFa2 ysa2 y y=319.2 Mpa sFs1 = y Flim1Fmax1= 2.5345.9318.5 = 2.72 1 sFs2 = y Flim2Fmax2= 2.5304.8319.2 = 2.39 1 因此，齿轮可以满足使用要求。 nts弹簧参数及尺寸 2005-6-25 三分钟弹簧世界 一、小型圆柱螺旋拉伸弹簧尺寸及参数 1、弹簧的工作图及形式 1.1 工作图样的绘制按 GB4459、 4 规定。 1.2 弹簧的形式分为 A 型和 B 型两种。 2、材料弹簧材料直径为 0.160.45mm，并规定使用 GB4357 中 B 组钢丝或 YB(T)11 中 B 组钢丝。采用 YB(T)11 中 B 组钢丝时，需在标记中注明代号 “S” 。 3、制造精度弹簧的刚度、外径、自由长度按 GB1973 规定的 3 级精度制造。如需按 2 级精 度制造时，加注符号 “2” ，但钩环开口尺寸均按 3 级精度制造。 4、旋向弹簧的旋向规定为右旋。如需左旋应在标记中注明 “ 左 ” 。 5、钩环开口弹簧钩环开口宽度 a 为 0.25D0.35D。注： D 为弹簧中径。 6、表面处理 6.1 采用碳素弹簧钢丝制造的弹簧，表面一般进行氧化处理，但也可进行镀锌、镀镉、磷化等金属镀层及化学处理。其标记方法应按 GB1238 的规定。 6.2 采用弹簧用不锈钢丝制造的弹簧，必要时可对表面进行清洗处理，不加任何标记。 7、标记 7.1 标记的组成 弹簧的标记由 名称、型式、尺寸、标准编号、材料代号 (材料为弹簧用不锈钢丝时 )以及表面处理组成。规定如下： 7.2 标记示例 例 1:A 型弹簧，材料直径 0.20mm，弹簧中径 3.20mm，自由长度 8.80mm，左旋，刚度、外径和自由长度的精度为 2 级，材料为碳素弹簧钢丝 B 组，表面镀锌处理。 标记 :拉簧 A0.20*3.20*8.80-2 左 GB1973.2 89-D-Zn 例 2： B 型弹簧，材料直径 0.40mm，弹簧中径 5.00mm，自由长度 17.50mm，右旋，刚度、外径和自由长度的精度为 3 级，材料为弹簧用 不锈钢丝 B 组。 标记：拉簧 B0.40*5.00*17.50 GB1973.2-89-S 8、计算依据标准中的计算采用如下基本公式： 切应力 (N/mm)： =(8PDK)/(d) 变形量 (mm)： F=(8PDn)/ Gd4 弹簧钢度 (N/mm):P=P/ F=(Gd4)/(8Dn) 曲度系数： K =(4C-1)/(4C-4)+ (0.615)/C 旋转比： C =D/d 自由长度 (mm)： H。 =(n+1.5)d+ 2D 弹簧钢丝展开长度 (mm)： L( n + 2)D 弹簧单件质量 (mg):m(d/4)L 注： 为弹簧材料密度，取 =7.85mg/mm 。初拉力 P 的计算公式与初应力 。的选取范围： P。 =(d/8D) 。 P 。 =(d/8D) 。取 。 C60 ， 则： P。 =(d/8D)(60/C)=(23.56d4)/D 式中： D 为弹簧的中径。 当选取初拉力时，推荐初拉力 。值在图 A1 阴影区域内选取。本标准中的 。是按照关系式 。 C60 确定的，即取 。上下限的近似中点而算出 P。值。 二、小型圆柱 螺旋压缩弹簧 尺寸及参数 1、弹簧的工作图及型式 1.1 工作图样的绘制按 GB 4459.4 的规定。 nts 1.2 弹簧的形式分为两端圈并紧不模型 (Y) 和两端圈并紧磨平型 (Y) 两种。 2、材料 弹簧材料直径为 0.16 0.45mm,并规定使用 GB4357 中 B 组钢丝或 YB(T)11 中 B 组钢丝。当采用 YB(T)11 中的 B 组钢丝时，需在标记中注明代号 “S” 。 3、弹簧如需设置芯轴或套筒时，其尺寸按图 3 及表 1 规定。 4、制造精度 弹簧的刚度、外径、自由高度按 GB1973 规定的 3 级精度制 造。如果按 2 级精度制造时。则加注符号 “2” 。但两端面对外廓素线的垂直度按 3 级精度制造。 5、旋转 弹簧的旋向规定为右旋。当需要左旋时，应在标记中注名 “ 左 ” 。 6、表明处理 6.1 采用碳素弹簧钢丝制造的弹簧，表面一般进行氧化处理，但也可以进行镀锌、镀镉、磷化等金属镀层及化学处理，其标记方法应按 GB1238 的规定。 6.2 采用不锈钢丝制造的弹簧，必要时可对表面进行清洗处理，不加任何标记。 7、标记 7.1 标记的组成 弹簧的标记由名称、形式、尺寸、标准编号，材料牌号以及表面处理组成，规 定如下： 名称 形式、尺寸、精度及旋转 标准编号 材料牌号 表面处理 7.2 标记示例 例 1： Y 型弹簧，材料直径 0.20mm，弹簧中径 2.50mm，自由高度 6mm，左旋，刚度、外径和自由高度的精度为 2 级，材料为碳素弹簧钢丝 B 组，表面镀锌处理。 标记：Y0.20*2.50*6 -2 左 GB1973.3 89-D-Zn 例 2： Y 型弹簧，材料直径 0.40mm，弹簧中径2.50mm，自由高度 5mm，右旋，刚度、外径和自由高度的精度为 3 级，材料为弹簧用不锈钢丝 B组。 标记： Y0.40*2.50*5 G B1973.3-89-S 8、计算方法 8.1 标准中的计算采用如下基本公式： 切应力 (N/mm)： =(8PDK)/(d) 变形量 (mm)： F=(8PDn)/(Gd4) 最小套筒直径 (mm):DTmin=1.2(D+d) 注： 为弹簧材料密度，取 =7.85*10 -6 Kg/mm 。 本标准适用于受变负荷作用次数在 10次以下的以及受变负荷作用次数在 1010 次或冲击负荷的普通圆柱螺旋弹簧。 1.弹簧的型号、尺寸、参数按图及表 1 的规定。 2.弹簧 材料直径为 0.5-8mm，用碳素弹簧钢丝 组，亦可采用碳素弹簧钢丝 a 组，如果采用采用碳素弹簧钢丝 a 组时，需在标记中注明。 3.弹簧的负荷、外径、自由长度按 GB 1239-76普通圆柱螺旋弹簧规定的 3 级精度制度。如需按 2 级精度制造时，加注符号 2。 4.弹簧的旋向规定为右旋，左旋应在标记中注明。 5.弹簧表面应氧化处理，如要求赌锌、镀铬、磷化等金属镀层及化学处理时，应在标记中注明。其标记方法按 GB 1238 76金属镀层及化学处理表示方法的规定。 6.弹簧钩环开口宽度 a =D2/5 7.弹簧的标记由名称、型式与尺寸、标准编号、材料牌号以及表面处理组成。标记示例： (1)材料直径 2.5mm,弹簧中径 16mm,自由长度 67.3mm，负荷、外径、自由长度精度为 2 级，材料为碳素弹簧钢丝 a 组，表面氧化处理的 B 型左旋弹簧： 拉簧 B2.5* 16*67.3-2 左 GB 2087 80a (2)材料直径 1mm,弹簧中径 7mm,自由长度 22.5mm，材料为碳素弹簧钢丝 组，表面镀锌处理的 A 型弹簧： 拉簧 1* 7* 22.5 GB 2087 80-DZn 8.弹簧的其他 技术要求按 GB 1239 76 的规定。 nts 9.弹簧的主要尺寸参数按表 2 的规定。 10、计算方法： 标准中的计算采用如下基本公式： 切应力 (N/mm)： r=(8PD2K)/(d) 变形量 (mm)： F=(8PD2n)/(Gd4) 四、圆柱螺旋拉伸弹簧 (圆钩环压中心型 )尺寸及参数 1.1 技术要求弹簧材料直径为 0.58mm，用碳素弹簧钢丝 C 级，亦可采用碳素钢丝 B 级或 D级。如采用碳素弹簧钢丝 B 级或 D 级时，需在标记中注明。 1.2 制造精度弹簧的负荷、外径和自由长度一般按 GB 1239.1 的规定选用。 1.3 表面处理弹簧表面一般应进行氧化处理，但也可进行镀锌、金属镀层及化学处理，其标记方法应按 GB1238 的规定。 1.4 弹簧钩环开口宽度 a 为 0.25D0.35D，或钩环钩部长度按 GB1239.1 的规定。 1.5 弹簧其他技术要求，按 GB 1239.1 的规定。 2、标记 2.1 弹簧的标记由名称、类型、尺寸、标记编号以及表面处理组成。 2.2 标记示例 例 1： L 型弹簧，材料直径为 1mm，弹簧中径为 5mm，自由长度为 18mm，材料为碳素弹簧钢丝 C 级， 表面镀锌处理的 A 型左旋弹簧： L A 1*5*18 左 GB/T 2088-DZn 例 2： L 型弹簧，材料直径为 2.5mm，弹簧中径为 16mm，自由长度为 82mm，负荷、外径、自由长度精度为 2 级，材料为碳素弹簧钢丝 D 级，表面镀锌处理的 B 型左旋弹簧 L B 2.5*16*82.2 GB/T 2088 HY 3、计算方法 3.1 标准中的计算采用如下基本公式： 试验负荷下变形量： Fs=(Dn)/(Gd)s,mm 弹簧刚度： P =P/F=(Gd4)/(8D3n), N/mm 初拉力： P。 =(d3)/(8D) 。 ,N 曲度系数： K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C 旋转比： C=D/d 自由长度： H。 = (n + 1.5)d + 2D ， mm 展开长度： L Dn + 钩环展开部分， mm 弹簧质量： m=(d)/4 L,kg 式中： 为弹簧材料的密度，取 = 7.8 * 10 -6 kg/mm3 五、圆柱螺旋压缩弹簧 (两端圈并紧磨平或锻平型 )尺寸及参数 1、 弹簧类型 1.1 弹簧类型分为两端 圈并紧磨平型和两端圈并紧锻平型。 1.2 工作图样的绘制按 GB 4459.4 的规定。 2、技术要求 2.1 材料 弹簧材料直径为为 0.550mm，当材料直径小于或等于 10mm 时 (采用冷卷工艺 )，用 GB4357 中 C 级钢丝；当材料直径大于 10mm 时 (采用热卷工艺 )，用 GB1222 中 60Si2MnA。 2.2 芯轴及套筒 弹簧如需要设置芯轴、套筒时，其尺寸按图 3 及表的规定。 2.3 制造精度 2.3.1 冷卷或热卷弹簧的刚度、外径、自由高度及垂直度均按 GB1239.2 或 GB1239.4 的规定选用。 nts 2.4 表面处理 采用 C 级碳素弹簧钢丝制造的冷卷弹簧，应进行表面氧化处理或电镀处理。采用 60Si2MnA 制造的热卷弹簧，表面应进行涂漆处理。 2.5 弹簧其它技术要求 按 GB1239.2 或 GB1239.4 的规定。 3、标记 3.1 标记方法 弹簧的标记由名称、型式、尺寸、标准编号、材料牌号以及表面处理组成。 3.2 标记示例 例 1： YA 型弹簧，材料直径为 1.2mm，弹簧中径为 8mm，自由高度为 40mm，刚度、外径、自由高度为 2 级，材料为碳素弹簧钢丝 B 级，表面 镀锌处理的左旋弹簧。 标记： YA 1.2*8*40-2 左 GB/T 2089-94B 级 -D-Zn 例 2： YB 型弹簧，材料直径为 30mm，弹簧中径为 150mm，自由高度为 320mm，材料为 60Si2MnA，表面涂漆处理的右旋弹簧 标记： YB 30*150*320 GB/T 2089-94 4.计算方法 实验切应力： 2=(8PsD)/(d),N/mm 许用切应力： =(8PDK)/d3,N/mm 工作负荷 : P=(Gd4)/(8Dn),N 试验负荷下变 形量： Fs=(sDn)/(Gd),mm 弹簧刚度： P =P/F=(Gd4)/(8Dn3),N/mm 曲度系数： K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C 旋绕比： C=D/d 自由高度： H。 Hb +Fs ， mm 式中： Hb=(n+2)d,mm 表中：最小允许负荷下的变形量： F1 取 20%Fs,mm 最大允许负荷下的变形量： F2 取 80%Fs,mm 弹簧材料展开长度： LD(n +2),mm 弹簧质量： mD(n +2) *(d) /(4) ,kg 式中： 为弹簧材料的密度，并取 = 7.8 * 10 -6 kg/mm3 六、普通圆柱螺旋拉伸弹簧 (圆钩环型 )尺寸 1弹簧的旋向规定为右旋。 2弹簧表面应氧化处理。 3弹簧钩环开口宽度 a = D2 /3 。 4弹簧主要尺寸、参数按表 2 的规定。 5实验方法 5.1 表 2 中的材料直径 d、弹簧中径 D2 、工作极限负荷 Pj、有效圈数 n、自由长度 H。为考核项目。 5.2 将弹簧拉伸至工作极限负荷下的长度 Hj 时，检查其工作极限负荷 Pj 的偏差。计算工 作极限负荷下的长度的公式： H1=H2+Fj(P。 / P) 6弹簧的其它技术要求按 GB1239 的规定。 7弹簧的标记由名称、型式与尺寸、标准编号、材料牌号以及表面处理组成，规定如下：名称 型式、尺寸、精度及旋向 标准编号 材料牌号 表面处理 7.1 采用 B 型弹簧应在标记中注明。 7.2 如需按 2 级精度制造时，应在标记中注明。 7.3 弹簧的旋向为左旋时，应在标记中注明。 7.4 材料采用碳素弹簧钢丝 a 组时，需在标记中注明。 7.5 如果要求镀锌、镀镉、磷化等金 属镀层及化学处理时，应在标记中注明。其标记方法按ntsGB1238-76金属镀层及化学处理表示方法的规定。 7.6 标记示例 例 1：材料直径为 2.5mm，弹簧中径为 16mm，自由长度为 78.9mm，负荷、外径、自由长度为2 级，材料为碳素弹簧钢丝 a 组，表面氧化处理的 B 型拉簧。 拉簧 B2.5*16*78.9-2 GB4142-84a 例 2：材料直径为 1mm，弹簧中径为 5mm，自由长度为 16.7mm，材料为碳素弹簧钢丝 2 组，表面镀锌处理的 A 型拉簧。 拉簧 1.0*5*16.7 左 GB4142-84-DZn nts弹簧的选型于校核 弹簧承载一人和滑板的重量 取人重量为 100kg 滑板重量为 2kg 一共四根弹簧 所以每根弹簧载荷为 229.5N 1. 选择弹簧材料及许用应力 因为弹簧在一般载荷下工作，可按照第三类弹簧来考虑，选择 C 级碳素弹簧钢丝。初估算弹簧丝直径为 d=4mm。查机械设计表 2-2 和表 2-3 可知 0 . 5 , 1 5 2 0T B B M p a ，于是 T 760Mpa 2. 计算弹簧丝直径 d 根据给定条件选定 C=10，并根据式 0 . 6 1 5 4 11 . 1 4 544CK CC m a x1 . 6 3 . 0 7TKCFd m m取离 3.07最近的标准值 3.2mm 2 1 0 3 . 2 3 2D c d m m D=2 3 2 3 . 2 3 5 . 2D d m m 3. 计算弹簧的有效工作圈数 n 查表 20.2得 G=80000Mpa 并计算弹簧工作圈数为 443328 0 0 0 0 3 . 2 7 0 8 . 48 8 2 4 5 3 2GdnFD 取弹簧 n=9 4验算载荷与变形 最小载荷与最大载荷相应的变形量为 3 3m i n 2m i n 448 8 2 0 3 2 9 5 . 6 2 58 0 0 0 0 3 . 2F D nGd 3 3m a x 2m a x 448 8 2 5 0 3 2 9 7 0 . 3 18 0 0 0 0 3 . 2F D n mmGd 弹簧的行程为 0 m a x m in 64.69mm m i n 1 . 1 2 1 . 1 2 7 6 0 8 5 1 . 2T M p a 2 2m i nm i n3 . 1 4 3 . 2 8 5 1 . 2 2 9 8 . 7 98 8 1 . 1 4 5 1 0dFNKC 与之相应的变形量为 3 3l i m 2l i m 448 8 2 9 8 . 7 9 3 2 9 848 0 0 0 0 3 . 2F D n mmGd nts5计算弹簧其余几何尺寸 弹簧节距 t m a x 2 9 8 . 7 93 . 2 0 . 2 2 1 4 . 6 29t d m mn V弹簧螺旋升 角2a r c t a ntD ,63o 弹簧总圈数 0 2 9 2 1 1nn 弹簧丝间距 1 4 . 6 2 3 . 2 1 1 . 3td 弹簧的自由长度 00 ( 0 . 5 ) 9 1 1 . 3 ( 1 1 0 . 5 ) 3 . 2 1 3 5 . 3H n n d m m 6.稳定性计算 021 3 5 . 3 4 . 2 5 . 332Hb D 满足性能要求 nts線徑d（mm) 中徑D（mm) 有效圈數n 材 质G/(Kg/mm)许用剪切应力 （Mpa）最大许用压力Ps(Kg.f)20 110 5 60Si2Mn 8000 740 2154.368弹簧丝直径 d（ mm） 0.2 0.4 0.5 1 1.1 2.2 2.5 6 7 16 18 40C 7 14 5 12 5 10 4 10 4 8 4 6压缩弹簧参数计算圆柱螺旋压缩与拉伸弹簧的设计newmaker如图所示，圆柱弹簧的主要尺寸有：弹簧丝直径 d、弹簧圈外径 D、弹簧圈内径 D1，弹簧圈中径D2，节距 t、螺旋升角 a、自由长度 H0等。1 圆柱弹簧的参数及几何尺寸1、弹簧的主要尺寸（见右图）C=D2/d，弹簧指数愈小，其刚度愈大，弹簧愈硬，弹簧内外侧的应力相差愈大，材料利用率低；反之弹簧愈软。常用弹簧指数的选取参见表。2、弹簧参数的计算弹簧设计中，旋绕比（或称弹簧指数） C是最重要的参数之一。弹簧节距 t一般按下式取：（对压缩弹簧）；弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：弹簧钢丝间距：=t-d ；弹簧的自由长度：H=n+(n0-0.5)d（两端并紧磨平）；t=d （对拉伸弹簧）；式中： max - 弹簧的最大变形量； - 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于 0.1d。H=n+(n0+1)d（两端并紧，但不磨平）。弹簧螺旋升角：nts弹簧丝材料的长度：（对压缩弹簧）；，通常 取 5 90 。2 弹簧的强度计算1、弹簧的受力（见右图）（对拉伸弹簧）；其中 l为钩环尺寸。当拉伸弹簧受轴向拉力 F时，弹簧丝槽剖面上的受力情况和压缩弹簧相同，只是扭矩 T和切向力Q均为相反的方向。所以上述两种弹簧的计算方法可以一并讲述。2、弹簧的强度图示的压缩弹簧，当弹簧受轴向压力 F时，在弹簧丝的任何横剖面上将作用着：扭矩 T=FRcos，弯矩 M=FRsin，切向力 Q=Fcos和法向力 N=Fsin（式中 R为弹簧的平均半径）。由于弹簧螺旋角 的值不大（对于压缩弹簧为 6 90 ） ,所以弯矩 M和法向力 N可以忽略不计。因此，在弹簧丝中起主要作用的外力将是扭矩 T和切向力 Q。 的值较小时， cos 1,可取 T=FR和 Q=F。这系数 Ks可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数，进一步考虑到弹簧丝曲率的影响，可得从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力，对于圆形弹簧丝3、弹簧的刚度式中 K为曲度系数。它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响。一定条件下钢丝直径式中 n为弹簧的有效圈数； G为弹簧的切变模量。这样弹簧的圈数及刚度分别为圆柱弹簧受载后的轴向变形量nts4、稳定性计算压缩弹簧的长度较大时，受载后容易发生图 a)所示的失稳现象，所以还应进行稳定性的验算。对于拉伸弹簧， n120时，一般圆整为整圈数， n1Fcr，应重新选择有关参数，改变 b值，提高 Fcr的大小，使其大于 Fmax之值，以保证弹簧的稳定性。若受结构限制而不能改变参数时，就应该加装图 b)、 c)所示的导杆或导套，以免弹nts弹簧常数 K（ Kg/mm)24压缩弹簧参数计算ntsnts图 a图 b图 cnts滚珠丝杠的设计计算与选用 滚珠丝杠 滚 珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑 动丝杠副相比驱动力矩为 1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动 ,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下 ,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。 2)高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面 ,对温度 湿度进行了严格的控制 ,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3)微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动 ,所以启动力 矩极小 ,不会出现滑动运动那样的爬行现象 ,能保证实现精确的微进给。 4)无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压 ,由于予压力可使轴向间隙达到负值 ,进而得到较高的刚性 (滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力 ,在实际用于机械装置等时 ,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强 )。 5)高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给 (运动 )。 nts滚珠丝杠副特性 传动效率高 滚珠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2 4倍，如图 1.1.1所示，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）。 运动平稳 滚珠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。 高精度 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。 高耐用性 钢球滚动接触处均经硬化（ HRC58 63）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。 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。 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。 无背隙与高刚性 滚珠丝杠传动系统采用歌德式（ Gothic arch）沟槽形状（见图2.1.2 2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减 少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。 现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求： (1)最大进给速度应达到 40m/min 或更高； (2)加速度要高，达到 1g 以上； (3)动态性能要nts好，达到较高的定位精度。 纵向滚珠丝杠的设计与计算 已知条件： 工作台重量1W=80KG=800N 工件及夹具最大重量 2W =200N 工作台最大行程 LK =950mm 工 作 台 导 轨 的 摩 擦 系 数 为 u=0.1 快 速 进 给 速 度 maxV=4m/min 定位精度为 20um/300mm,全行程 25um,重复定位精度为10um 要求寿命为 10000 小时（单班制工作十年）。各种切削方式的纵向切削力Fa,速度 V 和时间比例 q 及其他见下表 表一各种切削方式的纵向切削力 Fa,速度 V 和时间比例 q 切削方式 纵向切削力 Pxi(N) 垂向切削力 Pzi(N) 进给速度 Vi(m/min) 工作时间百分比 % 丝杠轴向载荷 (N) 丝杠转速 r/min 强力切削 2000 1200 0.6 10 2200 60 一般切削 1000 500 0.8 30 1150 80 精切削 500 200 1 50 620 100 快速进给 0 0 1000 375 图二 进给用滚珠丝杠装配图 FFZD4005-3-P3nts1） 确定滚珠丝杠副的导程 m ax* m axVPh inmaxV：工作台最高移动速度 maxn：电机最高转速； I ：传动比 电机与丝杠间为齿轮连接式， i=4（取一级减速齿轮） 由上表查得1W=4m/min，maxn=1500r/min 代入得 Ph0.67mm 查现代机床设计手册取 Ph5mm 2） 确定当量转速与当量载荷 （ 1） 各种切削方式下，丝杠转速 Vini ph由上表查的1v=0.6, 2v =0.8, 3v=1, Ph=4 代入得1n120，2n160，3n200，4n800 （ 2） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷12( ) / 1 0i x i z iF p w w p iF ：丝杠轴向载荷， xip ：纵向切削力， zip ：垂向切削力 由上表得 xip (i=1,2,3,4)分别为 2000 N,1000N,500N,0N zip (i=1,2,3,4)分别为 1200N,500N,200N,0N 已知 1w 800 N， 2w 200 N 代入得 iF (i=1,2,3,4)分别为 2200N， 1150N， 620N， 1000N （ 3） 当量转速 nts mn mn 1*n 1t/100+2*n 2t/100+3*n 3t/100+4*n 4t/100 数据代入得mn240r/min （ 4） 当量载荷 3 3 3 3331 1 2 2 4 4* * * * * * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0m m m mntn t n t n tn n n n3m 1 2 3 4F = F F + F + F带入数据得 mF 1057N 3） 初选滚珠丝杠副 由公式现代机床设计手册（ 3.7 24）知 6 3* * *10 * ( * )60 a t h a kh m m wc f f f fLn F f查现代机床设计手册表（ 3.7 51） 表（ 3.7 54） 得 tf 1， hf 1， af 1， kf 0.53， wf =1.3， hL 10000h 代入数据可求得ac 13589N=13.58KN 4)确定允许的最小螺纹底径 （ 1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 m（ 1/3 1/4）重复定位精度 m(1/4 1/5 )定位精度 m：最大轴向变形量m已知重复定位精度 10m定位精度 25mm 3m，m 6m取两种结果最小值m 3m（ 2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 002 1 0 * * *1 0 0 . 0 3 9*mmmF L F LdEnts2md：最小螺纹底径 mm L（ 1.1 1.2）行程 +(10 14) Ph静摩擦力0F=01W已知行程 950mm， 1W 800N, 0 =0.2 代入数据得 L=1110mm，0F 160N, 2md=9.5mm 5）确定滚珠丝杠副得规格代 号 （ 5） 选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式 （ 6） 由计算出的 Ph，amc，2md在现代机床设计手册中选取相应规格的滚珠丝杠副 FFZD4005-5 Ph =5, ac =22000N amc =13589N 6)确定滚珠丝 杠副预紧力 PF=max13F其中maxF 2200 PF 733N 7)行程补偿值与拉伸力 （ 1）行程补偿值 C=11.8 3*10utl 式中ul 2k n aL L L查现代机 床设计手册 kL 950 nL 110， aL （ 2 4） Ph 15 t 温差取 02.5c 代入数据得 C=32m(2)预拉伸力 tF 1.95 t 22d代入得tF 4807N 8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格 （ 1）轴承所承受得最大轴向载荷 maxBF 4807 2200 7007 （ 2）轴承类型 两端固定的支承形式，选背对背 600c 角接触推力球轴承 （ 7） 轴承内径 ntsd 略小于2d 40，BPF=13 maxBF，取 d 30 带入数据得BPF 2336N （ 8） 轴承预紧力：预力负荷 BPF（ 9） 按现代机床设计手册选取轴承型号规格 当 d 30mm，预加负荷为： BPF所以送 7602030TVP 轴承 d 30，预加负荷为 2900BPF 2336N 9)滚珠丝杠副工作图设计 (1)丝杠螺纹长度 2s u eL L L由表查得余程 eL （ 2）两固定支承距离1L，丝杠 L (3)行程起点离固定支承距离0LsL 1290，1L 1350 eL 1410，0L 30 10）传动系统刚度 （ 1）丝杠抗压刚度 1）丝杠最小抗压刚度 minsk 6.6 2 221* *10dl 2d:丝杠底径 1l ：固定支承距离 代入数据 minsk 782N/m2）丝杠最大抗压刚度 maxsk 6 .6 2 2210 1 0* * 1 04 ( )dll l l代入数据得 9000 N/m（ 2）支承轴承组合刚度 1）一对预紧轴承的组合刚度 2530 m a x2 * 2 . 3 4 * s i nB Q aK d z F Qd ：滚珠直径 mm， Z：滚珠数 maxaF ：最大轴向工作载荷 N nts ：轴承接触角 由现代机床设计手册查得 7602030TVP 轴承 maxaF 是预加载荷得 3 倍 maxak 8700N/m0BK=375 N/m2）支承轴承组合刚度 2bk 0BK bk 750 N/m3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 1 / 3()0 .1pccaFkkcck ：现代机床设计手册上的刚度 ck 2150 N/m, ac =2200N, pF =733N 代入数据得 ck 1491 N/m11）刚度验算及精 度选择 Qd=3.5， Z 17， 060 （ 1）m i n m i n1 1 1 1s b ck k k k 代入前面所算数据得min1k 130 m a x m a x1 1 1 1s b ck k k k 代入前面所算数据得max1k 1476 0 0 1Fw已知 1w 800N, 0 =0.2, 0F =160N 0F :静摩擦力， 0 ：静摩擦系数， 1w ：正压力 （ 2）验算传动系统刚度 mink01.6F反 向 差 值；已知反向差值或重复定位精度为 10 mink 3025.6 （ 3）传动系统刚度变化引起得定位误差 k 0F （min1k max1k ），代入 k 5 m nts（ 4）确定精度 300pv：任意 300mm 内行程变动量对系统而言 300pv 0.8定位精度k定位精度为 20m/300 300pvmaxn=1500 横向滚珠丝杠的设计与计算 已知条件： 工作台重量1W=80KG=800N 工件及夹具最大重量 2W =200N 工作台 最大行程KL=950mm 工作台导轨的摩擦系数为 u=0.1 快速进给速度 maxV =2m/min 定位精度为 20um/300mm,全行程 25um,重复定位精度为 10um 要求寿命为10000 小时（单班制工作十年）。各种切削方式的纵向切削力 Fa,速度 V 和时间比例 q 及其他见下表 nts 表二切削方式的纵向切削力 Fa,速度 V 和时间比例 q 切削方式 纵向切削力 Pxi(N) 垂向切削力 Pzi(N) 进给速度 Vi(m/min) 工作时间百分比 % 丝杠轴向载荷 (N) 丝杠转速 r/min 强力切削 2000 1200 0.6 10 2920 60 一般切削 1000 500 0.8 30 1850 80 精切削 500 200 1 50 1320 100 快速进给 0 0 2 800 1500 1） 确定滚珠丝杠副的导程 max* maxVPh inmaxV：工作台最高移动速度； maxn：电机最高转速 I ：传动比 电机与丝杠间为齿轮连接式 i=4（取一级减速齿轮） 由上表查得maxV=2m/min，maxn=1500r/min 代入得 Ph0.33mm 查现代机床设计手册取 Ph5mm 2） 确定当量转速与当量载荷 （ 1） 各种切削方式下，丝杠转速 Vini ph由上表查的1v=0.6, 2v=0.8, 3v=1, 4v=2 代入得1n120，2n160，3n200，4n400 （ 2） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷12( ) / 1 0i x i z iF p w w p iF ：丝杠轴向载荷， xip ：纵向切削力， zip ：垂向切削力 由上表得 xip (i=1,2,3,4)分别为 2000 N,1000N,500N,0N zip (i=1,2,3,4)分别为 1200N,500N,200N,0N 已知 1w 800 N， 2w 200 N 代入得 iF (i=1,2,3,4)分别为 2200N， 1150N， 620N， 1000N （ 3） 当量转速 mn 1*n 1t/100+2*n 2t/100+3*n 3t/100+4*n 4t/100 数据代入得mn200r/min nts（ 4） 当量载荷 3 3 3 3331 1 2 2 4 4* * * * * * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0 * 1 0 0m m m mntn t n t