韩威-机械机构创新设计及应用课程论文

机械机构创新设计及应用机械机构创新设计及应用 课程论文课程论文 2015 年春季学期 题目 螺旋传动误差分析 姓名 韩威 学号 1120810613 班级 1208106 专业 机械设计制造及其自动化 日期 2015 6 9 哈尔滨工业大学机电工程学院 机械机构创新设计及应用课程论文 第 I 页 要求 1按附录的撰写规范独立完成课程论文撰写 拒绝雷同 否则按零分处理 2字数不少于 3000 字 3除课程论文外 最好包含自己的学习心得体会 4大作业需同时提交打印稿和电子文档予以存档 电子文档由班长收齐 缺电子文档得 零分 统一发送至 jkliu 成 绩 评阅人 机械机构创新设计及应用课程论文 第 2 页 正文 1 螺旋传动模型 螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式 由于机电一体化系统的机械结构 要求有较小的摩擦 较高的精度和刚性 因此 需要精密设计来保证螺旋传动的精度 螺旋传动是利用螺杆与螺母的相对运动 将旋转运动变为直线运动 其运动关系为 2 h P L 式中 L 为螺杆 或螺母 的位移 为导程Ph 为螺杆和螺母间的相对转角 螺旋传动的传动精度是指螺杆与螺母间实际相对运动保持理论值的准确程度 影响 滑动螺旋传动精度的因素主要有螺纹参数误差 螺杆轴向窜动误差 偏斜误差 温度误 差等 螺杆轴向窜动误差 如图 1 所示 若螺杆轴肩的端面与轴承的止推面不垂直于螺 杆轴线而分别有和 和 的偏差 则当螺杆转动时 将引起螺杆的轴向窜动误差 并 1 2 转化为螺母位移误差 图 1 螺杆轴向窜动误差 螺杆轴向窜动误差是周期性变化的 以螺杆转动一周为一个循环 最大的轴向窜动 误差计算公式为 maxmin tanD 机械机构创新设计及应用课程论文 第 3 页 式中 D 为螺杆轴肩的直径 取 和中较小者 对于图 1 取 min 1 2 2 其中 为螺杆轴肩的端面与螺杆轴线的垂直面的夹角 为轴承的止推面与螺杆 1 2 轴线的垂直面的夹角 本文中我们根据螺旋传动中螺杆轴肩端面和轴承止推面形位误差的大小进行分析螺 杆轴向窜动对螺旋传动精度的影响 并解析为什么取 和中较小者 min 1 2 2 轴向窜动误差分析 根据 和的大小 下面分三种状态展开分析螺杆轴向窜动对螺旋传动精度的影响 1 2 2 1 状态一 12 设理想状态为螺杆轴肩的端面与轴承的止推面都垂直于螺杆轴线 实际它们并不垂 直而是有的偏差 如图 2 所示 螺旋传动工作时 设螺杆轴肩端面的起始位置为 12 此时与轴承的止推面在一个平面上 相互吻合 螺杆转动一周为一个循环 则当A B 螺杆轴肩端面位于位置时 轴向窜动误差将最大 如图 2 所示 为 max max tanD 通过分析几何关系 可知 或 1 2 图 2 状态一 12 机械机构创新设计及应用课程论文 第 4 页 2 2 状态二 12 当时 如图 3 所示 螺杆轴肩的端面不垂直于螺杆轴线而是有偏差 轴承的 12 止推面也不垂直于螺杆轴线而有的偏差 传动系统运行时 设螺杆轴肩端面的起始位 1 置为 AB 螺杆转动一周为一个循环 则当螺杆轴肩端面位于位置时 轴向窜动误差A B 最大 如图 3 所示 为 max max tanD 由几何关系 可知 即 取和中较小者 2 1 2 图 3 状态二 12 2 3 状态三 12 当时 如图 4 所示 螺杆轴肩的端面和轴承的止推面不处于理想状态 而是 12 分别有 和的偏差 当螺杆转动时 如果螺杆肩端面的起始位置为 则 点 1 2 A B B 将落到轴承止推面的内部 不符合实际 故 螺杆轴肩端面的起始位置定为 AB 螺杆转 动一周为一个循环 则当螺杆轴肩端面位于 位置时 轴向窜动误差值最大 如图 4 AB 所示 为 min min tanD 通过几何关系 即可知 即 取和中较小者 1 1 2 机械机构创新设计及应用课程论文 第 5 页 图 4 状态三 12 2 4 初步结论 因此 螺旋传动的最大轴向窜动误差计算公式中的参数取和中较小者 通过上述分 析 可知螺旋传动中螺杆轴肩的端面 轴承的止推面存在的形位误差是引起螺杆轴向窜 动误 差的重要因素 因此 在机械设计时 螺旋传动中的螺杆轴肩端面 轴承止推面的形状 公差 位置公差需根据传动精度要求进行设计 3 螺纹几何参数误差对螺纹互换性的影响 3 1 螺纹大 小径误差对互换性的影响 从加工工艺上和使用强度上考虑 实际加工出的内螺纹大径和外螺纹小径的牙底处 均略呈圆弧状 为了防止旋合时在该处发生干涉 螺纹结合规定在大径和小径上不准接 触 因此 规定内螺纹的大 小径的实际尺寸分别大于外螺纹的大 小径的实际尺寸 但是内螺纹的小径过大或外螺纹的大径过小 会减小螺纹的接触高度 从而影响螺纹的 连接可靠性 所以也必须加以限制 为此 螺纹的顶径 即内螺纹的小径和外螺纹的大 径设有公差 从互换性角度来看 对内螺纹大径只要求与外螺纹大径之间不发生干涉 因此内螺 纹只需限制其最小的大径 而外螺纹小径不仅要与内螺纹小径保持间隙 还应考虑牙底 对外螺纹强度的影响 所以外螺纹除需限制其最大的小径外 还要考虑牙底的形状 限 机械机构创新设计及应用课程论文 第 6 页 制其最小的圆弧半径 3 2 螺距误差对互换性的影响 螺距的精度主要是由加工设备的精度来保证的 螺距误差使内 外螺纹的结合发生 干涉 影响旋合性 并且在螺纹旋合长度内使实际接触的牙数减少 影响螺纹连接的可 靠性 旋合长度有关的累积误差和与旋合长度无关的局部误差 从互换性角度看 螺距的累积 误差是主要的 国家标准对普通螺纹不采用规定螺距公差的办法 而是采取将外螺纹中径减小或内 螺纹中径增大的方法 抵消螺距误差的影响 以保证达到旋合的目的 由螺距误差换算 的中径的补偿值 称为螺距误差的中径当量 用 fp 或 Fp 表示 3 3 牙侧角误差对互换性的影响 螺纹的牙侧角误差是由于刀具刃磨不正确而引起牙型角存在误差 即 a 实际 a 或由于刀具安装位置不正确而造成左 右牙侧角不相等 即 a1 a2 形成的 也可能是 由于上述两个因素共同形成的 牙侧角误差使内 外螺纹结合时发生干涉 而影响可旋 合性 并使螺纹接触面积减小 磨损加快 从而降低连接的可靠性 国家标准没有对普通螺纹的牙侧角规定公差 而是采取减小外螺纹中径或加大内螺 纹中径的办法 使具有牙侧角误差的螺纹达到可旋合性要求 将牙侧角误差换算成的中 径补偿值 称为牙侧角误差的中径当量 用 fa 侧或 Fa 侧表示 3 4 螺纹中径误差对互换性的影响 螺纹中径误差产生的在制造内 外螺纹时 中径本身不可能制造得绝对准确 不可 避免地会出现一定的误差 当外螺纹的中径大于内螺纹的中径时 会影响旋合性 反之 若外螺纹中径过小 内螺纹中径过大 则配合太松 难以使牙侧良好接触 因而影响连 接可靠性 由此可见 为了保证螺纹的旋合性 应该限制外螺纹的最大中径和内螺纹的最小中 径 为了保证螺纹连接的可靠性 还必须限制外螺纹的最小中径和内螺纹的最大中径 因此 要给中径规定合适的公差 机械机构创新设计及应用课程论文 第 7 页 综上所述 由于规定螺纹结合在大径和小径处不接触 因而螺纹大 小径误差是不 影响螺纹配合性质的 而螺距 牙侧角误差可换算成螺纹中径的当量值来处理 所以螺 纹中径是影响螺纹结合互换性的主要参数 4 心得体会 螺旋传动在伺服传动装置中经常被采用 螺纹与其它零件一样 要满足互换性的要 求 就要保证它的相关参数和形状达到一定的精度 当参数或形状误差超过一定值时 就会影响它的互换性 螺旋机构在机床的进给机构 起重设备 锻压机械 测量仪器 工具 夹具 玩具及其他工业装备中有着广泛的应用 螺旋传动常见的运动形式有 螺杆转动 螺母移动 多用于机床的进给机构 螺母 固定 螺杆转动并移动 多用于螺旋起重机等 普通螺纹结合的基本要求可旋合性和连 接可靠性 可旋合性是指不经任何选择和修配 无须特别施加外力 内外螺纹件在装配 时就能在给定的轴向长度内全部自由地旋合 连接可靠性是指内外螺纹旋合后 接触均 匀 且在长期使用中有足够可靠的连接力 在螺旋装置中 如果螺丝和螺母是没有制造误差的理想螺旋副 则螺丝和螺母在旋 合时将沿所有牙啮合 但实际上 螺丝和螺母不可能制造得那样准确 总是存在有螺距 误差 半角误差 中径误差等 传动链的传动精度是伺服机械传动设计计算的主要内容 它对伺服控制系统的性能有着极大的影响 工程实践表明 伺服性能的进一步完善 在 很大程度上取决于伺服机械结构 因此 必须对伺服传动装置中的传动链进行分析与计 算 传力螺旋以传递动力为主 要求以较小的转矩产生较大的轴向推力 用以克服工件 阻力