用于港口皮带输送机的铁矿粉自动取样器【6张图/10500字】【优秀机械毕业设计论文】
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文档包括:
说明书一份。33页，10500字。
任务书一份。
图纸共6张，如下所示
A0-总装配图.dwg
A0-箱体.dwg
A1-丝杠组件.dwg
A1-纵向进给.dwg
A2-工作台零件.dwg
A2-零件立柱.dwg
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题分析 1
第2章 课题分析与检测装置总体方案设计 11
2.1 取样器检测装置总体方案设计 11
2.1.1系统运动方式的确定 11
2.1.2伺服系统的选择 11
2.1.5设计方案的可行性分析 13
第3章 机械部分设计 14
3.1 步进电机的选用 14
3.1.1 步进电机的计算 14
3.1.2步进电机的选用 14
3.2 滚动导轨的设计与尺寸确定 15
3.2.1 滚珠导轨的选择 16
3.2.2.滚动导轨的预紧 18
3.2.3.额定寿命的计算 18
3.2.4.载荷计算 19
3.2.5.滚动体确定 20
3.2.6 许用负荷验算 20
3.2.7.滚动导轨的材料和热处理 21
3.3 滚珠丝杠螺母副的设计与尺寸确定 21
3.3.1滚珠丝杠螺母副的选用 22
3.3.2滚珠丝杠螺母副的计算 23
3.3.3 滚珠丝杠螺母副的验算 26
3.4变速机构中齿轮的设计 28
3.4.1 参数计算 29
结论 34
致谢 35
参考文献 36
1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的：
1． 培养独立运用机械工程及自动化的理论知识进行机构设计的能力；
2． 较熟练掌握使用AutoCAD和一门三维CAD软件进行计算机辅助设计的能力；
3． 通过对电驱动机构的设计、零部件CAD设计与计算等过程，培养学生分析与解决工程实际问题的能力。
2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
1． 课题任务
本课题设计研制一台用于港口皮带输送机的铁矿粉自动取样器。
2． 课题要求
该取样器具有自动取样的功能，可以模拟人工定时定量地从传输皮带上提取样品，装入样品箱内。该设备由控制电机、减速传动机构、取样动作机构和微电脑程序控制电路等部件组成，配备必要的定位传感器，可实现(1)单次取样动作完整(2) 每次取样间隔时间可以设定 (3)取样臂具有机械防冲击性能。
取样器运动机构设计需满足以下条件：①取样过程：取样→翻腕倒料→停留→重复取样，铁铲停留在传输皮带和样品箱中间；②取样周期10～120s，每次取样动作完成时间3～10s；③传输皮带宽度80cm，取样铁铲运动半径65 cm。
本课题主要包括运动机构设计和装配结构设计。要求得到整个传动机构装配图、零件图和三维装配模型。
本课题要求学生具备较好机械设计专业理论知识与实际应用能力。并且能运用三维CAD软件进行机械辅助设计，从而培养学生较好的CAD能力。同时应具备绘制和阅读机械图样的能力。
要求学生积极、广泛地收集相关资料，查阅参考文献。翻译相关英文资料。在做论文期间，要求学生抓紧有限时间，根据课题工作进度计划，按期完成相关工作。应有端正、严谨的工作态度，定期汇报工作成绩。
毕 业 设 计（论 文）任 务 书
3．对本毕业设计（论文）课题成果的要求〔包括毕业设计论文、图表、实物样品等〕：
1. 完成自动取样器结构设计，用三维CAD软件建立机构的装配体实体模型；
2. 绘制自动取样器传动机构装配图，拆画部分零件图；
3. 根据设计方案编写设计、计算说明书；
4. 完成毕业论文的撰写。
3． 主要参考文献：
[1] (美)斯克莱特，奇罗尼斯编，邹平译.机械设计实用机构与装置图册. 北京：机械工业出版社，2007.
[2]张晋西，郭学琴. SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真设计.北京：清华大学出版社，2007.
[3] (美) SolidWorks公司，叶修梓，陈超祥. SolidWorks基础教程：零件与装配体.杭州新迪数字工程系统有限公司. 北京：机械工业出版社，2008.
[4] 郑午，郑玉彬，张学文，张红彦. 三维机械设计—catia v5应用丛书. 化学工业出版社，2006.
[5] 王国强. 工程机械设计与维修丛书—现代设计技术. 化学工业出版社，2006.
[6] 机械工业出版社.机械设计手册单行本减速器与变速器. 机械工业出版社，2007.
[7] 侯永涛. SolidWorks机械设计实用教程. 化学工业出版社，2006年1月.
[8] 徐春艳.机械设计基础. 理工大学出版社，2006年8月.
[9] 杨世明.机械设计. 电子工业出版社，2007年1月.
[10] .陈秀宁、施高义主编，《机械设计课程设计》，浙江大学出版社，2003.
[11] 王华坤，范元勋.机械设计基础（Ⅱ）.北京：兵器工业出版社，2001.6
[12] 机电一体化手册编委会.机电一体化设计手册.北京：机械工业出版社，1999.3
[13]（美）R西格沃特，IR诺巴克什.自主移动机器人导论 .西安交通大学出版社
[14] 丁学恭. 机器人控制研究 .浙江大学出版社
[15] 日本机器人学会. 机器人技术手册. 科学出版社
- 内容简介：
-
毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 1 培养独立运用机械工程及自动化的理论知识进行机构设计的能力； 2 较熟练掌握使用 一门三维 件进行计算机辅助设计的能力； 3 通过对电驱动机构的设计、零部件 计与计算等过程，培养学生分析与解决工程实际问题的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1 课题任务 本课题设计研制一台用于港口皮带输送机的铁矿粉自动取样器。 2 课题要求 该取样器具有自动取样的功能，可以 模拟人工定时定量地从传输皮带上提取样品，装入样品箱内。该设备由控制电机、减速传动机构、取样动作机构和微电脑程序控制电路等部件组成，配备必要的定位传感器，可实现 (1)单次取样动作完整 (2) 每次取样间隔时间可以设定 (3)取样臂具有机械防冲击性能。 取样器运动机构设计需满足以下条件：取样过程：取样翻腕倒料停留重复取样，铁铲停留在传输皮带和样品箱中间；取样周期 10 120s，每次取样动作完成时间 3 10s；传输皮带宽度 80样铁铲运动半径 65 本课题主要包括运动机构设计 和 装配 结构设计 。 要求得到整个传动机构装配图、零件图和三维装配模型。 本课题要求学生具备较好机械设计专业理论知识与实际应用能力。并且能运用三维 件进行机械辅助设计，从而培养学生较好的 力。同时应具备绘制和阅读机械图样的能力。 要求学生积极、广泛地收集相关资料，查阅参考文献。翻译相关英文资料。在做论文期间，要求学生抓紧有限时间，根据课题工作进度计划，按期完成相关工作。应有端正、严谨的工作态度，定期汇报工作成绩。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、 实物样品等： 1. 完成自动取样器结构设计，用三维 件建立机构的装配体实体模型； 2. 绘制自动 取样 器 传动机构 装配图，拆画部分零件图 ； 3. 根据设计方案编写设计、计算说明书； 4. 完成毕业论文的撰写。 3 主要参考文献： 1 (美 )斯克莱特，奇罗尼斯编，邹平译 北京：机械工业出版社， 2007. 2张晋西，郭学琴 . 械仿真设计 华大学出版社， 2007. 3 (美 ) 司，叶修梓，陈超祥 . 础教程：零件与装配体 北京：机械工业出版社， 2008. 4 郑午，郑玉彬，张学文，张红彦 . 三维机械设计 用丛书 . 化学工业出版社， 2006. 5 王国强 . 工程机械设计与维修丛书 现代设计技术 . 化学工业出版社， 2006. 6 机械工业出版社 机械工业出版社，2007. 7 侯永涛 . 械设计实用教程 . 化学工业出版社， 2006 年 1 月 . 8 徐春艳 计基础 . 理工大学出版社， 2006 年 8 月 . 9 杨世明 电子工业出版社， 2007 年 1 月 . 10 高义主编，机械设计课程设计，浙江大学出版社， 2003. 11 王华坤，范元勋 ） 器工业出版社， 12 机电一体化手册编委会 北京：机械工业出版社， 13（美） R 西格沃特， 巴克什 14 丁学恭 . 机器人控制研究 15 日本 机器人学会 . 机器人技术手册 . 科学出版社 4 用于港口皮带输送机的铁矿粉自动取样器设计 目录 摘要 . 1 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 . I 课题分析 . I 第 2 章 课题分析与检测装置总体方案设计 . 样器 检测装置总体方案设计 . 系统运动方式的确定 . 伺服系统的选择 . 设计方案的可行性分析 . 3 章 机械部分设计 . 步进电机的选用 . 步进电机的计算 . 步进电机的选用 . 滚动导轨的设计与尺寸确定 . 滚珠导轨的选择 . X . . . . 许用负荷验算 . . 滚珠丝杠螺母副的设计与尺寸确定 . 滚珠丝杠螺母副的选用 . 滚珠丝杠螺母副的计算 . 滚珠丝杠螺母副的验算 . 速机构中齿轮的设计 . 参数计算 . 2 结论 . 谢 . 考文献 . I 第 1 章 绪论 随着国内工业化的飞速发展， 煤粉取样器用于直吹式制粉系统一次风煤粉管道上定期煤粉取样。以压缩空气为动力源的可无间断运行的取样器。 煤粉取样器取样的速度通过控制压缩空气压力而得到控制。这样可以得到较准确的、具有代表性的、等速的煤粉细度值。独特的防漏接口，无跑冒粉现象。 不锈钢材料制造，不堵塞，不腐蚀。取样枪 可隐退于保护管内而置于煤粉气流之外，磨损小，寿命长。 无 人操作， 2 分钟采样， 随时、快捷、工作轻松。 第 2 章 课题分析与检测装置总体方案设计 本课题设计研制一台用于港口皮带输送机的铁矿粉自动取样器。课题要求 ： 该取样器具有自动取样的功能，可以模拟人工定时定量地从传输皮带上提取样品，装入样品箱内。该设备由控制电机、减速传动机构、取样动作机构和微电脑程序控制电路等部件组成，配备必要的定位传感器，可实现 (1)单次取样动作完整 (2) 每次取样间隔时间可以设定 (3)取样臂具有机械防冲击性能。 取样器运动机构设计需 满足以下条件：取样过程：取样翻腕倒料停留重复取样，铁铲停留在传输皮带和样品箱中间；取样周期 10 120s，每次取样动作完成时间 3 10s；传输皮带宽度 80样铁铲运动半径 65 3 章 检测装置总体方案设计 检测装置总体方案设计 系统总体方案设计内容包括： 系统运动方式的确定。 伺服系统的选择。 执行机构得结构及传动方式的确定。 统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分点位控制系统、点位直线系统、连续控制系统。点位控制系统是指被控制件由一点 到另一点快速准确定位，却不能在两点之间工作的系统；点位直线系统是指被控制件沿平面内平行于导轨作直线工作的系统；连续控制系统是指被控制件沿平面内任何曲线都能工作的系统。点位控制系统造价低廉，适用于两点之间快速点位的系统；连续控制系统造价高，适用于连续工作的系统；点位直线系统造价介于前两者之间，适用于简单直线运动。 于 取样器 齿形是直线，检测齿形误差只需沿直线运动，所以选择点位直线控制系统。 服系统的选择 开环伺服系统在负荷不大时多采用功率步进电机作为伺服电机，开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而 不能纠正系统的传动误差，但开环系统结构简单、调整维修容易、在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。 闭环伺服系统具有在设备移动部件上得检测反馈元件来检测实际位移量，能补偿系统的传动误差。因而伺服控制精度高，闭环系统造价高、结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。 此仪器属于测量仪器，其分辨率为 测 取样器 加工的齿轮精度： 8 级，所以采用闭环伺服系统 行机构的确定 为保证数控系统得传动精度和工作平稳性。在设计机械传动装配时，通常采用低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜 的阻尼比要求的传动方式。考虑以上几点，本设计采用以下措施： 1、尽量采用低摩擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母副，滚动导轨等。 2、提高系统的传动刚度，如应用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠传动副。丝杠支承设计成两端轴向固定，并加预拉伸的结构等提高传动刚度。 统的工作原理 阿基米德 取样器 轴截面的齿形是直线。要形成直线轨迹只须两个方向的运动，如图 3以只要两个方向的速度成一定比例关系。如图 3个方向速度的比例关系由程序控制。 图 3X 轴与 Y 轴速度关系 具体结构如图 3 右方向进给都采用步进电机驱动滚珠丝杆，配合滚珠导轨形成平面运动。由于垂直方向精度要求不高，所以垂直方向采用齿轮齿条配合手动进给。 V 3取样器 检测装置结构 计方案的可行性分析 在本设计装置中，关键问题有： 1、横向、纵向进给精度的保证； 2、 20斜线轨迹的形成； 3、被测 取样器 在装置中分度精度的保证。 通过对以上问题的分析采用以下相应的措施： 1、 采用步进电机驱动丝杠，带动工作台运动； 2、 采用 横向、纵向速度匹配，形成平面内各种运动； 3、采用脉冲步进电机保证分度精度。 过对机械 原理课程的学习分析得出装置原理可行；通过对机械设计课程的确学习分析得出装置结构可行；通过对机械工程学的确学习分析得出装置工艺可行。 四章 机械部分设计 步进电机的选用 步进电机的计算 b 取系统脉冲当量 p=选步进电机步距角 b 度。 设步进电机等效负载力矩为 T，负载力为 P，根据能量守衡原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下关系。 T 式中 电机转角 S 移动部件的相对位移 机械传动效率 若取 = b，则 S= p，且 ，所以 （ 4 式中 p 移动部件负载（ N）； G 移动部件重量； 与重力方向一致作用在移动部件上的负载力； 导轨摩擦系数； b 步进电机步距角（ T 电机轴负载力矩 (N本设计中，取 火钢珠导轨的摩擦系数）， P 200N，P z 为 0。 所以： 进电机的选用 通过以上计算选择电机 45距角 b=额定负载转矩3 6 ( ) ()2 c m 3 6 0 . 0 0 5 2 0 0 0 . 0 3 ( 2 0 0 0 ) 6 . 8 2 . 9 0 . 9 6T N c m () G P =形 L D=63 45 滚动导轨的设计与尺寸确定 在相配的两导轨面间放置滚动体或滚动支承，使导轨面间的摩擦性质成为滚动摩擦，此为滚动导轨，它的最大优点是摩擦因数小，动、静摩擦因数差小，因此，运动轻便灵活，运动所需的功率小，摩擦发热少、磨损小，精度保持性好， 低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。滚动导轨还具有润滑简单（有时可以油脂润滑），高速运动时不会像滑动导轨那样因动压效应而使导轨浮起等优点。但滚动导轨结构比较复杂、制造比较困难、成本比较高、抗震性比较差。对灰尘比较敏感，因此必须有良好的防护。 珠导轨的特点 滚动导轨广泛的应用于各种类型机床和机械。每一种机床和机械都利用了它的某些特点。例如：数控机床、坐标镗床、仿形机床和外圆磨床砂轮架导轨等，采用滚动导轨是为了实现低速平稳无爬行和精确位移，工具磨床的工作台采用滚动导轨，为了防止高速时因动压效应 使工作台浮起来，以便提高加工精度，立式车床工作台采用滚动导轨是为了提高速度，等等。 滚动导轨的类型很多，按运动轨迹分有直线运动导轨和圆运动导轨；按滚动体的形式分有滚珠、滚珠和滚针导轨；按滚动体是否循环可分为滚动体循环和滚动体不循环导轨。滚动导轨类型、特点及应用见表 4 表 4动导轨类型、特点及应用 类型 特点及应用 滚动体不循环的滚动滚珠导轨 行程不能太长，摩擦阻力小、刚度低、承载能力差，不能承受大的颠覆力矩和水平力； 这种导轨适用于载荷不超过 1000N 的机床，如工具磨床 滚柱 导轨 载荷能力及刚度比滚珠导轨高，交叉滚珠导轨副四个方向均能承载 X 导轨 滚针导轨 滚针导轨承载能力最高 ; 滚柱、滚针对导轨面的平行度误差要求比较敏感，且容易侧向偏移和滑动； 主要用于承载能力较大的机床上。如立式车床，磨床等 滚动体循环的滚动导轨 滚动直线导轨副 有专业化生产厂生产品种规格比较齐全、技术质量保证。设计制造机器采用这类导轨副，可缩短设计制造周期、提高质量、降低成本。 滚柱交叉导轨副 滚柱导轨块 滚动直线导轨套副 滚动花键副 滚动轴承滚动导轨 任何能 承受径向力的滚动轴承 (或轴承组 )都可以作为这种导轨的滚动元件 轴承的规格多，可以设计成任意尺寸和承受能力的导轨，导轨行程可以很长 很适合大载荷、高刚度、行程长的导轨，如大型磨头移动式平面磨床、绘图机等导轨 珠导轨的选择 此设计为齿轮误差检测装置，属于高精度的检测仪器，所以采用滚珠导轨而不是滑动导轨，根据设计的需要和各种不同导轨的优缺点，决定采用滚珠导轨其结构如图 4示。 4珠导轨原理图 在原理图中可以看到在 V 型槽（ V 型槽一般为 90）中安装了滚珠，为了防止滚珠滑落 ，安装了保持架，并且保持架可以保证各个滚珠之间的相对位置。 之所以选择 V 形滚珠导轨是因为它的工艺性好，容易达到较高的加工精度。但滚珠导轨在工作时滚珠和导轨间是点接触，应力比较大，容易压出沟槽，所压沟槽的深度若不均匀，将会降低导轨的刚度及精度。为了改善这种情况，可采用以下的工艺： 1、在 V 形槽与滚珠接触处预先研磨出一窄条圆弧面的浅槽，从而增加了滚珠与滚到的接触面积，提高了承载能力和耐磨性，但这种工艺的缺点是导轨中的摩擦力略有增加。 2、采用双圆弧滚珠导轨，这种导轨是把导轨的滚道改为为圆弧形滚道，以增大滚动体与 滚道接触点的曲率半径，从而提高了导轨的承载能力，以及刚度、使用寿命。但双圆弧导轨由于形状的特殊性也有它本身的不足：形状复杂，工艺较差，摩擦力较大。因此当精度要求很高时不易满足使用要求。 在工程设计中为使双圆弧滚珠导轨能发挥接触面积较大，变形较小的优点，又不至于过分增大摩擦力，一般都根据经验把其参数控制在一个合理的范围内，在此设计中，由于滚珠导轨在工作时承受的力为 130N，相对于滚 到过的极限力来说是很小的，所以在此设计中不需那样的计算。 使滚动体与滚道表面产生初始接触弹性变形的 方法称之为预紧。预紧导轨刚度比没有预紧的刚度大，在合理的预紧条件下，导轨磨损比较小，预紧的主要方式有： 1、采用过盈装配形成预加负载： 装配导轨时，根据滚动体的实际尺寸，刮研压板与滑板的结合面或在其间加上一定厚度的垫片，从而形成包容尺寸；过盈有一个合理的数值，达到此数值时，导轨刚度较好，而驱动力又不至于过大。 2、用移动导轨板的方法实现预紧： 预紧时先松开导轨体的连接螺钉，然后拧动侧面螺钉，即可调整导轨两边的距离而预紧。此外，也可用斜镶条来调整，这样导轨的预紧量沿全长分布比较均匀，故也常采用。 由图 4 以看到在本设计中采用的是第二种预紧方法。 滚动直线导轨副额定寿命的计算与滚动轴承基本相同。 （ 4 中 L 额定寿命（ 额定动载荷（ P 当量动载荷（ 受力最大的滑块所受的载荷 ( Z 导轨上的滑块数； 指数，当滚动体为滚珠时 3；当为滚柱时， 10 3； 额定寿命单位（ 滚珠时， K 50柱时， K 100 ()h t c a f f f 硬度系数 1； 温度系数，查文献 实用机床设计手册 表 1； 接触系数，查文献 实用机床设计手册 表 精度系数，查文献 实用机床设计手册 表 载荷系数，查文献 实用机床设计手册 表 由式（ 4得 当导轨水平放置的时候主要载荷就是移动部分的重量，根据此装置设计意图和材料的密度及体积关系可估算移动部件的重量： 331 0 7 . 8 1 0 1 0 3 7 3 G= （ 2 . 5 + 0 . 5 5 + 1 + 0 . 4 5 + 0 . 4 + 0 . 2 4 ） 再加上其他元件的重量，则移动部分的总重量 为 400N。 所以每一个导轨上的载荷为 200N。此外，摩擦阻力受结构形式、润滑剂的黏度、载荷及运动速度的影响而略有变化，预紧后，摩擦力稍微增大，摩擦力 （ 4 式中 滚动摩擦系数， = F 法向载荷（ N） f 密封件阻力 (N)，每个滑块座 （ f =2N）； 取 = 则： （ 200+2） =6N； 3 1 91 1 1 0 . 9 1 0 6 0 5( ) ( ) 5 0 2 . 5 1 0 ( )1 . 2 0 . 0 1h t c a f f f k F F f 滚动体的尺寸和个数应根据单位接触面积上的容许压力计算确定。在一般条件下，应优先选用直径较大的滚动体，这是因为增大滚动体直径可以提高导轨的承载能力，对于滚珠导轨，其滚珠数目与承载能力及滚珠直径 此增大滚珠直径 增加滚珠数目有利，如果滚动体的数目太少会降低导轨的承载能力，制造误差将显著的影响运动件的位置精度；滚动体数目太多，则会增发负载在滚动体上的分布不均匀性，反而会降低刚度。实验表明，为使各滚动体承受 的载荷比较均匀、合理的滚动体的数目为： （ 4 式中 G 为导轨所承受的运动组件的重力（ N）； 为滚珠直径。 在此选用导轨钢珠 取整 Z=14，根据实际情况在导轨的各边安装滚珠数目为 7 个。 用负荷验算 平均每个滚珠上最大负载 式中 导轨的预加载荷，按最大工作负荷的 1/2 计算。现根据最大工作负载取 N。 则 m a x 1 0 ( 3 4 0 0 / 2 ) 1 4 3 . 520/ 9 d4 0 0 / 9 . 5 8 1 4 . 9Z Z 用负荷 查文献 机械设计手册 表 k=60N/表得 =1，则： 2 6 0 ( 6 / 1 0 ) 1 2 1 . 6 ( ) m a x 1 0 由此可知，此选择的导轨可用。 适用于滚动导轨的材料必须满足硬度高，性 能稳定以及良好加工性能的特性，低碳合金钢如 20渗碳淬火，表面硬度可达 60 63金结构钢，如 40火后低温回火，硬度可达 45 50工性能良好，但硬度较低；合金工具钢，淬火之后低温回火，硬度可达 60 64种材料性能稳定，可以制造变形小，耐磨性高的导轨；氮化钢，经调质或正火后，表面氮化，可得到很高的表面硬度（ 850但硬化层很薄，加工成本高；铸铁，硬度可达到 230 240工方便，滚动体用滚珠，一般可满足使用要求，在此装置中的滚动导轨的材料选用铸铁导轨。 滚动体的材料一般采用滚动轴承钢（ 淬火后硬度可达到 6066 滚珠丝杠螺母副的设计与尺寸确定 滚珠丝杠副传动与滑动丝杠传动相比其主要特点是： 1、传动效率高 一般可达 95%以上是滑动丝杠传动的 24 倍； 2、运动平稳，摩擦力小、灵敏度高、低速无爬行； 3、可以预紧、消隙丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度； 4、定位精度和重复定位精度高； 5、使用寿命为普通滑动丝杠的 46 倍甚至更高； 6、同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性； 7、使用可靠、润滑简单、维护方便； 8、不自锁，可逆向传动，即螺母为主动，丝杠为被动。旋转运动变为2p 线运动； 9、由专业厂生产，选用配套方便。 滚珠丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床、数控机床得到广泛应用，在机械工业、交通运输、航天航空、军工产品等各个领域应用得很普遍，可用作精密定位自动控制、动力传递和运动转换。 珠丝杠螺母副的选用 1、滚珠丝杠螺母副的特点 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种。外循环过程中滚珠与丝杠脱离接触，目前使用插管完成滚珠循环的结构，工艺性好，结 构简单，但滚道管子突出于螺母外表，所以外循环丝杠螺母径向尺寸较大。对于内循环方式，滚珠丝杠螺母副在循环过程中滚珠始终保持与丝杠接触。这时在左、右螺母上各装 2 个回珠反向器，它迫使滚珠越过丝杠的螺母外径，进入相邻的螺纹滚道，滚珠经过不到一圈即返回。内循环滚珠丝杠螺母副工作滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失小，传动效率高，径向尺寸紧凑，轴向刚度好，但回珠器槽形复杂，需三坐标数控机床才能加工。滚珠丝杠螺母副可以通过左右螺母的相互离开和相互靠近达到 消除间隙的目的；当有过盈时，即为预紧。常用的消除间隙或预加载的办法如下： （ 1）螺丝式调隙结构。 2 个螺母中的 1 个带有外伸螺纹套筒， 2 个螺母均装有平健用来防止转动。用转动外伸螺纹套筒上的 2 个锁紧螺母的方法来调整间隙和加预载。这种结构的优点是结构紧凑，工作可靠，调整方便，被广泛应用，但调隙量不易精确。 （ 2）垫片式调隙结构。 通过改变调整垫片的厚度，使 2 个螺母产生相对位移，用以消除间隙，并产生预紧力。这种结构的优点是结构简单可靠，刚性好，装卸方便，特别是将垫片做成半环结构时，修磨再装就很方便。 （ 3）齿差式调隙结构。 在两个螺母的外凸缘上加工出两个齿轮（齿数差为 1）。这两个齿轮分别与螺母两端的两个内齿圈相啮合 要转动其中一个螺母，就会使两个螺母的相对位置发生变化，以调整轴向间隙和预紧力。 由于此检查装置工作负载很小，冲击力几乎为零，所以选用内循环、浮 反向器式滚珠丝杠螺母副。其浮动式的优点是：具有较好的摩擦特性，预紧力矩为固定反向器的 1/31/4，在预紧时，预紧力上升平缓，适用于各种高灵敏、高刚度的精密进给定位系统。重载荷、多头螺纹、大导程不宜采用。 同时为了满足滚珠丝杠的定位及预紧，特设计一对滚珠螺母，有为了满足设计要求： j=3，但对于滚珠丝杠螺母 副来说螺母是成对使用的，如果设计成两螺母副中一个为一个循环，另一个为两个循环。这样在预紧的时候两螺母所受的预紧力是一致的，但两边滚珠所受的力是不一样大小的，使只要一个循环的螺母的一端滚珠与滚道的应力加大，这样就加快了这一端的失效，所以依然采用两端两个循环的结构。 珠丝杠螺母副的计算 1. 滚珠丝杠的主要技术参数： (1)名义尺寸 珠丝杠的名义直径 指滚珠中心圆得直径。 的选择与滚珠丝杠的承载能力有关。 越大丝杠的承载能力越大。用于数控机床进给驱动中的滚珠丝杠，取 000择 应大于丝杠长度 1/351/30。 但 过大，将造成丝杆自重过大，容易引起弯曲，且增大驱动力矩。因此较大的 的丝杠常采用空心结构。 (2)基本导程 程 根据设置的脉冲指令要求和负载情况来选择。 大时，允许使用的滚珠直径也大，因而承载能力较强。同时，当名义直径 定后，可使螺纹升角 变大，一般 2o，通常取 样才能保证高的转动效率。因为 2o 时传动效率明显下降。 但 过大会造成丝杠部件，特别是螺母加工的困难。如磨削螺母滚道时易 发生干涉现象。 初选 (3)滚珠直径 滚珠直径 可根据制造厂的产品规格查得。在丝杠的导程一定后，滚珠直径过大，会降低丝杠的抗剪切和抗弯曲能力。一般取 初选 0 (4)滚珠的工作圈数 j 和工作滚珠总数 N。 根据以往人们的试验结果，在滚珠丝杠的滚珠中，各圈滚珠所承受的载 是不均匀的。第一圈承受总载荷的 30%45%；而第五圈至第十圈总共才承受载荷的 10%。由此可见过多的工作圈数对提高承载能力的作用不大。同时工作圈数越多，分布在滚道内的滚珠个数要增加，容易引起滚 珠流动不畅。因此，工作圈数 j 一般取 ，而工作滚珠总数以不大于 150 个为宜。 但滚珠个数过少，也会造成滚珠和螺纹滚道负荷集中，接触点受力过大等问题。 因此在此设计中初选 j=3。 (5)列数 k。 选择滚珠循环方式时必须保证滚珠流动的畅通。为此工作圈数 j 不应过多。但是在要求工作圈数多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式。 2. 滚珠丝杠的参数确定： (1)移动部分重量估算： 根据外形尺寸及所用材料的密度估算移动部分的重力为： 331 0 7 . 8 1 0 1 0 3 7 3 G= （ 2 . 5 + 0 . 5 5 + 1 + 0 . 4 5 + 0 . 4 + 0 . 2 4 ）， 则总重为 400N。 (2)初选公称直径 0 0 m m；接触角 为45 度； (3)基本额定静载荷 (4式中 接触角（ ） 钢球直径（ z 每圈螺纹滚道内的钢珠数量 i 螺母的总工作圈数， i=圈数列数 滚动螺旋副的公称直径（ 螺杆滚道的曲率半径 基本额定静载荷特性值 因 2 s i no a o a wC f i z D 020 2 0 . 93 整 z 30 032c o s 0 . 1 0 62 0 2 则： (4)基本额定动载荷的计算 0 . 7 2 / 3 1 . 8( c o s ) t a na c WC f i z D(410 . 4 1 0 . 391219 . 3 2 ( ) 112f f 1 s i (1 )3f 0 2 1 / 3(1 )(1 ) 1 1 . 7 2 0 . 4 1121( ) 11 2S r 0d 0 (取整 ) 式中 接触角（ ） z 每圈螺纹滚道内的钢珠数量 1 3 . 8 7 1 3 . 8 7 4 2 . 1 61 1 0 . 1 6(1 ) (1 ) 1121 2 0 . 5 5 1 0 . 1 6s sf 2 24 2 . 1 6 3 3 0 3 2 4 1 4 7 . 42 W 钢球直径（ i 螺母的总工作圈数 滚动螺旋副的公称直径（ 导程（ 有效工作行程（ 螺母滚道的曲率半径 螺杆滚道的曲率半径 工作行程系数 螺母的适应度 螺杆的适应度 额定动载荷特性，与材料的性能、滚道的几何形状有关 则： 文献 机械设计手册 表 20数列数 =1 4， 3 综上所述，选用 滚珠丝杠副，其主 要技术数据见表 4 珠丝杠螺母副的验算 1. 工作力的估算 在此检查装置中，其滚珠丝杠在工作中所受的力很小，因为在工作中，测头与被测件的摩擦力以及机器的本身的摩擦力几乎是全部的工作力。 由于采用的是滚珠导轨，其摩擦系数为 据估算得知移动部分的重量约为 400N,取摩擦系数 u= f=u N =00=2N，滚珠导轨的预紧力所形成的工作力估为 1N，则总的工作力为 3N。 4珠丝杠技术参数表 主要尺寸 符号 计算公式与结果 螺纹滚道 公称直径 0 导程 接触角 45 钢珠直径 纹滚道曲率半径 000 . 5 1 0 . 5 6 0 . 5 5 1 . 6 5sr d d 螺纹升角 0a r c t a n / 3 . 6 4 3 螺杆 螺杆大径 0 0 0( 0 . 2 0 . 2 5 ) 2 0 0 . 2 1 9 . 4d D d d 螺杆小径 1d 1 0 0 17d D d 螺杆接触点直径 00 c o s 1 7 . 8 8 d 螺杆牙顶圆角半径 00( 0 . 1 0 . 1 5 ) 0 . 1 2 0 . 3 6ar d d 偏心距 e 00 . 7 0 7 ( / 2 ) 0 . 1 0 6se r d 螺母 螺母螺纹大径 D 00 23D D d 螺母螺纹小径 1D 1 0 0( ) 2 0 . 6D D D d 滚珠丝杠的支承有三种主要形式： (1)一端定，一端自由的支承配置方式，通常用于短丝杠和垂直进给丝杠； (2)一端固定，一端浮动的方式，通常用于较长的卧式安装丝杠。 (3)两端固定方式，常用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠，这种配置方式可对丝杠进行预拉伸。 由于此装 置是精度较高的检测装置，选择第三种的支承方式。 滚珠丝杠常用的滚动轴承有以下两类： (1)接触角为 60的角接触球轴承，这是目前国内外广泛采用的滚珠丝杠轴承，这种轴承可组合配置。 (2)刚度验算 滚珠丝杠工作负载 P 一起的导程 变化量 0A 中 A 丝杠内径处的截面积（ E 弹性模量，对于钢， E=2 102（ 导程（ 因为轴向所受牵引力最大，故应用轴向 的参数 P 为工作力，经估算其值为 3N h=422 0 0 1 0 ( / )E N c m 223 . 1 4 ( 1 7 / 2 ) 2 2 7 . 0 则 导程总误差为： 11 300= = 8 . 8 1 1 0 6 . 6 1 /4m 查文献 机械设计手册 表 选足满足设计要求。 速机构中齿轮的设计 因步进电机的步距角 b=滚珠丝杠螺距 实现脉冲当量 p=传动系统中应加一对齿轮降速传动，齿轮传动比为 ： =2=60=2 选 25， 0。 轮参数计算 由于此齿轮为精密测量设备上的传动齿轮，其转速不高但要求传动准11614 8 . 8 1 1 02 0 0 1 0 2 2 7 . 0L ，故选用 5 级精度，小齿轮材料用 40质） ,硬度为 280齿轮材料用 45 钢（调质） ,硬度为 240者材料硬度差 40齿轮齿数 5，大齿轮齿数 25=50。 设计公式 1）确定公式内的各计算数值 (1)选载荷系数 K =(2)计算小齿轮的转矩 105 60N104 N3)查文献 机械设计 表 10取齿宽系数 =4) 查文献 机 械 设 计 表 10 得 材 料 的 弹 性 影 响 系 数 (5)查文献 机械设计 图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮按照接触疲劳强度极限 (6)由公式计算应力循环次数 00 960 1（ 2 8 300 15） =109 =109/2=109 (7)查文献 机械设计 图 10的接触疲劳寿命系数 = (8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1, 由式 2） 计算 （ 1）试计算小齿轮分度圆直径1入 H中较小的值 213142312 . 3 2 ( )1 . 3 5 . 4 7 1 0 2 1 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 7 6 . 0 2 4 m 4 2 5 2 2 . 5t 111 0 . 9 6 0 0 5 4 0H N H L i M P a M P 222 0 . 9 5 5 5 0 5 2 2 . 5H N H L i M P a M P 2131 12 . 3 2 ( ) d 600H M P a 550H M P a 1 2）计算圆周速度 v （ 3）计算齿宽 1 0 . 4 7 6 . 0 2 4 3 0 . 4 1d m m m m （ 4）计算齿宽与齿高之比 b/h， 模数 齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 3 . 0 4 6 . 8 4h m m m m m / 7 6 . 0 2 4 / 6 . 8 4 1 1 . 1 1 （ 5）计算载荷系数 根据 v=s， 5 级精度，查文献 机械设计 图 10得动载系数齿 轮，假设 / 1 0 0 / b N m m ， 由表 10得： 1查文献 机械设计 表 10得使用系数 1； 查文献 机械设计 表 10得 5 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 将数据代入后得 2 2 31 . 0 5 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 0 . 4 ) 0 . 4 0 . 2 3 1 0 3 0 . 4 1 1 . 0 8 9 由 b/h= 11 7 6 . 0 2 4 9 6 0 3 . 8 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 2 2 31 . 0 5 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0h d 11/ 7 6 . 0 2 4 / 2 5 3 . 0 4d z m m m m 文献 机械设计 图 10； 故载荷系数 （ 4 （ 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 由式 （ 7）计算模数 m 11/ 7 2 . 8 3 / 2 5 2 . 9 1m d z m m m m 取整 m=3。 由文献 机械设计 式（ 10弯曲强度设计公式为： 1)确定公式内的各计算数值。 (1)由文献 机械设计 图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1 500 P a ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2 380 P a ； (2)由文献 机械设计 图 10得弯曲疲劳寿命系数 1 ，； (3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=查文献 机械设计 式（ 10 (4)计算载荷系数 K A V F K K K K 1 1 . 0 5 1 1 . 0 8 1 . 1 3 4 3311 / 7 6 . 0 2 4 1 . 1 4 3 / 1 . 3 7 2 . 8 3d K K m m 1 1 . 0 5 1 1 . 0 8 9 1 . 1 4 3A v h K K K 222 0 . 8 8 3 8 0 2 3 8 . 8 61 . 4F N F M P 1!1 0 . 8 5 5 0 0 3 0 3 . 5 71 . 4F N F M P 13 212 ()F a S 5)查得齿形系数 由文献 机械设计 表 10得1 ；2 。 (6)由文献 机械设计 表 10得1 ；2 (7)计算大、小齿轮的 并加以比较 大齿轮的数值大。 2)设计计算 对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 ,得大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数 就近圆整为标准值 m=接触疲劳算得的分度圆直径1 m m， 算出小齿轮齿数 11 7 2 . 8 3 2 9 . 12 . 5dz m 取整 30z 21 2 3 0 6 0 4133 2212 2 1 . 1 3 4 5 . 4 7 1 0 N . m m( ) 0 . 0 1 6 5 1 2 . 0 1 6 0 . 4 2 5F a S m 2222 . 3 2 1 . 7 0 0 . 0 1 6 5 1 2 3 8 . 8 6F
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