滚珠丝杠副设计及相关技术研究【7张CAD图纸+毕业说明书论文】

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摘要：滚珠丝杠是因其自身良好的可靠性，精度等级高，使用及维护成本都比较低的优势被广泛应用于多种场合，其中高精密机床上应用甚多。所以研究和优化滚珠丝杠具有巨大的前景。本设计中具体对滚珠丝杠进行了多方面的学习，包括滚珠丝杠相关各种参数的计算及其校核。并对丝杠周围部件进行了了解。除此之外，本设计还对滚珠丝杠的高速化及其优化方案也进行了简述。关键词：滚珠丝杠设计方案高速化 Abstract：Ball is due to its own good reliability, high level of accuracy, use, and maintenance costs are relatively high advantages are widely used in a variety of situations, many of which use high-precision machine tools. Therefore, research and optimization ball screw has great prospects. The specific design of the ball screw conducted extensive research, including the calculation of various parameters related to ball screws and check. And screw around parts of the inquiry. In addition, this design also on the high-speed ball screw and its optimization program has also been outlined.Keywords: high-speed ball screw design目录摘要 IAbstract II目录III1.绪论 11.1滚珠丝杠概述31.2本课题研究的意义82.滚珠丝杠的设计 82.1原始数据与技术条件92.2滚珠丝杠的主体参数设计92.2.1导程的选择 102.2.2 丝杠轴长度的选择 112.2.3丝杠轴直径的选择 132.2.4丝杠轴支撑方式的选择 122.2.5螺母的选择 133.各零部件的校核143.1容许轴向负载的计算 143.2丝杠轴容许转速的计算 153.3螺母运行距离的计算 153.4螺母轴向平均负荷及其寿命校核 164.定位精度的探讨184.1导程精度的探讨 184.2轴向间隙的校核 184.3轴向刚性的校核 184.4运行姿态的探讨 194.5旋转扭矩的校核 195.电动机的选择 205.1旋转速度 205.2最小进给量 205.3电动机扭矩205.4扭矩的有效值 216.滚珠丝杠高速化研究 211.精密滚珠丝杠副实现高速化要解决的主要矛盾 212.滚珠丝杠副高速化的技术对策 227.总结 23参考文献 24致谢 251绪论1.1滚珠丝杠的概述滚珠丝杆是一种能在直线进给和周转运动之间互相转换的理想的机械产品。因具有传动效率、运动平稳、高精度、高耐磨性、高同步、高可靠性、无背隙和高刚性的诸多优点，并被广泛应用于机械行业。

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关键词：: 滚珠丝杠副设计相关相干技术研究全套 cad 图纸毕业说明书仿单论文

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关键词：滚珠丝杠设计方案高速化

Abstract：Ball is due to its own good reliability, high level of accuracy, use, and maintenance costs are relatively high advantages are widely used in a variety of situations, many of which use high-precision machine tools. Therefore, research and optimization ball screw has great prospects. The specific design of the ball screw conducted extensive research, including the calculation of various parameters related to ball screws and check. And screw around parts of the inquiry. In addition, this design also on the high-speed ball screw and its optimization program has also been outlined.

Keywords: high-speed ball screw design

摘要 ……………………………………………………………………………I

Abstract ……………………………………………………………………………II

目录………………………………………………………………………………III

1.绪论 ……………………………………………………………………………1

1.1滚珠丝杠概述………………………………………………………………3

1.2本课题研究的意义…………………………………………………………8

2.滚珠丝杠的设计 ………………………………………………………………8

2.1原始数据与技术条件………………………………………………………9

2.2滚珠丝杠的主体参数设计…………………………………………………9

2.2.1导程的选择 ……………………………………………………10

2.2.2 丝杠轴长度的选择 ………………………………………………11

2.2.3丝杠轴直径的选择 ………………………………………………13

2.2.4丝杠轴支撑方式的选择 …………………………………………12

2.2.5螺母的选择 ………………………………………………………13

3.各零部件的校核………………………………………………………………14

3.1容许轴向负载的计算 ……………………………………………………14

3.2丝杠轴容许转速的计算 …………………………………………………15

3.3螺母运行距离的计算 ……………………………………………………15

3.4螺母轴向平均负荷及其寿命校核 ………………………………………16

4.定位精度的探讨……………………………………………………………18

4.1导程精度的探讨 …………………………………………………………18

4.2轴向间隙的校核 …………………………………………………………18

4.3轴向刚性的校核 …………………………………………………………18

4.4运行姿态的探讨 …………………………………………………………19

4.5旋转扭矩的校核 …………………………………………………………19

5.电动机的选择 …………………………………………………………………20

5.1旋转速度 …………………………………………………………………20

5.2最小进给量 ………………………………………………………………20

5.3电动机扭矩……………………………………………………………20

5.4扭矩的有效值 ……………………………………………………………21

6.滚珠丝杠高速化研究 ………………………………………………………21

1.精密滚珠丝杠副实现高速化要解决的主要矛盾 …………………………21

2.滚珠丝杠副高速化的技术对策 …………………………………………22

7.总结 ……………………………………………………………………23

参考文献 ……………………………………………………………………24

致谢 …………………………………………………………………25

1．绪论

1.1滚珠丝杠的概述

滚珠丝杆是一种能在直线进给和周转运动之间互相转换的理想的机械产品。因具有传动效率、运动平稳、高精度、高耐磨性、高同步、高可靠性、无背隙和高刚性的诸多优点，并被广泛应用于机械行业。

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内容简介：: 中北大学信息商务学院毕业设计任务书学院、系：机械工程与自动化系专业：机械制造及其自动化学生姓名：张晓飞学号： 12020144 计题目：滚珠丝杠设计及相关技术研究起迄日期 : 2016 年 2 月 29 日 2016 年 6 月 5 日指导教师 : 庞学慧系主任 : 暴建刚发任务书日期 : 2016 年 2 月 29 日毕业设计任务书 1毕业设计的任务和要求：掌握机床传动丝杠的基本知识；研究数控机床滚珠丝杠的关键技术，掌握其选型、应用及设计方法等；完成一种滚珠丝杠的设计，满足精密数控机床 20m/给速度的需求。 2毕业设计的具体工作内容： 1）分析题目要求，查阅相关的国内外文献、设计资料、有关专利文献等，在此基础上，了解开题报告的撰写方法、基本要求，完成开题报告； 2）学习和掌握滚珠丝杠的有关知识，了解高速滚珠丝杠的关键技术及发展现状；了解数控机床、加工中心对滚珠丝杠的要求；总结滚珠丝杠的设计要点、技术关键及发展方向；力争提出滚珠丝杠设计的发展方向； 3）按题目要求，设计一种满足数控机床进给运动需要的滚珠丝杠，完成结构图，给出必要的计算说明； 4）编写设计说明书； 5）翻译本专业外文科技文献一份。毕业设计任务书 3对毕业设计成果的要求： 1）滚珠丝杠结构图； 2）滚珠丝杠的研究及设计说明书一份； 3）本专业外文科技文献译文一份。 4毕业设计工作进度计划：起迄日期工作内容 2016 年 02 月 29 日 03 月 21 日 03 月 22 日 04 月 30 日 05 月 01 日 05 月 20 日 05 月 21 日 05 月 31 日 06 月 01 日 06 月 05 日分析课题要求，查阅相关文献资料，了解滚珠丝杠的国内外现状及发展趋势，提出自己的设计思路，完成开题报告；全面掌握滚珠丝杠的基本知识，了解高速机床对进给导轨的要求，了解滚珠丝杠的设计特点；分析总结滚珠丝杠的发展方向；完成滚珠丝杠结构图设计；完成研究总结及设计说明书撰写答辩讲稿，准备答辩；学生所在系审查意见：同意开题系主任：暴建岗 2016 年 3 月 3 日 be N 64 d., +88656315402; +W. In a 3601 6 of r 2007 A 1 is in in a of of a of of a is A 2 a it 1D) D of a a 3601 of is of of a 3601 of be of r 2007 4 of is in in as of is of an An 3 is to it be to 2D) is it A 3 is of 3, 0 006; in an a at a a 1D) 2D) 7 (2007) 19781987of 64 d., 1, d., 007; 3 007007or a to a 3601by no N is a or in of In of dy, by by on 992, 4 a on in a s s 996, et 5 a 2D s In et 6 so 30997, et 7a a s 998, 8 on on 998, 9 a of a a 500a a be 999, et 10 an on a 003, 11 an on 2160004, et 12 an in 0 et ,D on be in OF is be to of 3,14. et to 15, 15, no no 601 is of a in D a a or to is D SD is in no is of be by D SD ( 1 on D on by D a 1D In 1 01 to on of 7 (2007) 19781987 1979on to is N by y, l1 2l11y is of SD of 6 (2)1. et , d is l is of y is In d 00l 650nm n 1. y 153)l10 0 20 l10 40 5)2(6)(7)q. (7), be if in 1380 13884 7 (2007) 19781987a of (8) be l10 y. 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(18) is An is to be 15151515360(20)N of 00560G 16 50l 6355600000et (2007) 1978198719821000010000 0 0 . 0 151 1501 15.00000115010000 1518)in it 1515015(19)152. of 3. b) (20) is (18) to 000 010 0 00 1 0 10 .1 0 10 100 .010 0 00 36026666666666666666666643777777777777777777775.(21)of to 15151515.15151515.1523of 1515150(24)N et (2007) 19781987 19834. a)(d)of of 2. 2 C conn 一种新颖简单，成本低四自由度角索引校准的精密转台技术 W. a, , , , , 要：标定一个角旋转工作台，无论是高精度的标准还是相关的光学激光干涉仪一般使用成本都非常高。本文建立了一个新颖，简单，低成本的技术来校准 4度由度）误差由使用一个可以旋转一整圈 360 （三角位置误差和一个线性位置误差）一个参考回转工作台，一个 1维（ 1D）光栅和两个 2二维（ 2D）的位置感应探测器（。利用这种技术，没有使用高度准确参考转盘，但是测试是具有良好的重复性。经过两个大圈的测试，无论是目标转台的四自由度误差和参考转盘可以测得。系统校准，稳定性测试，系统测试验证和完整圆的测试的完成。该系统的角度稳定性小于 2 弧秒，而位移稳定性小于米。 2007埃尔塞维尔有限公司保留所有权利。关键词：旋转表校准，全循环试验 ;光栅 ;位置传感探测器 ; 4自由度测量 ;误差分离回转工作台是经常用于有关工业生产的机床，三坐标测量机和组装线。因此，转盘校准非常重要。该转盘校准要求角度测量仪，与传统仪器是旋转编码器，激光干涉仪的自准直仪测量精确程度。一个旋转编码器是常用的索引中测量工具，例如：一对多轴转台机床，机器人的关节，机器主轴工具和滚珠丝杠索引。然而，旋转编码器只对误差的测量适当。激光干涉仪经常被用来衡量一个小角，但它只能测试过程中获取一个索引误差。一个自准直仪是经常用于测量小角度，它可以应用到两个二维（平面）测角（俯仰误差和仰角误差），但其测量范围小，而且它要求有一个标准的多棱镜。旋转台有 6个自由度误差（三线性位置误差和 3 个角位置误差），但是传统仪器只能测量任一维（ 1D）误差或 2D 的误差。该一个转盘完整的校准过程需要 360 自由度测量一大圈，但此测量技术测量时大多数测量系统范围小于 10 。因此，激光测量范围干涉仪和自准直仪的测量范围时不够的，而且他们非常昂贵。传统的校准技术在转盘校准时需要一个完整的圆360 一个参考转盘，它必须具有较高的准确度和高重复性。作者引用旋转表的误差相对测量结果便可以被忽略。该仪器通常被记录一次，当目标转盘顺时针旋转，旋转的参考转盘逆时针旋转。一般来说，一个旋转 360 表一整圈校准记录需要 36 此，即测量系统采样周期 10 。如果经过一个更完整的测试实施，那么校准过程将需要更长的时间。一般来说，旋转表包括的误差，摆动误差和偏心率。但是传统的旋转表校准技术（激光干涉仪或自动准直器）只校准索引误差和摆动指数误差。然而，高精确度旋转表必须校准的更多细节。通过完整的旋转表校准，旋转台的误差可以补偿。在本文中，旋转表中的误差六自由度定义，即三个线性位置误差和三个角位置误差。近年来，测角技术已是重点的干涉方法。 1992年，黄等。建立了小角度测量系统这是基于在一个玻璃内部边界反射效果和菲涅耳定律。在黄的制度，分辨率为量范围为 3弧秒。 1996年，小丽等人。建立了一个二维小旋转角度测量系统，使用两种不同并行干扰模式（画中画），这些正交对方。对小丽的体系标准偏差为接下来的一年小丽等。改进他们的系统，以便其分辨率为量范围为 30弧分。 1997年，邱等人。建立了一种改进的角测量技术与分辨率秒，测量范围为在其最佳性能，系统的分辨率秒。 1998年，周，蔡 8建立了一个角度测量技术，它是根据 2005年第 09全内反射效应和外差干涉。系统的分辨率优于取决于所选指数折射。 1998年，还，等。建立了测角基法在内部的反射效果，即使用了一个直角棱镜。他们表明，角度测量与 500弧分范围，非线性误差 1999年，郭等人开发了一种光学小角度测量方法的基础上表面等离子体共振（测量分辨率秒，达到了实验。 2003 年，葛和麦克开发了一种在此角度测量技术分析的基础上的条纹相位测量轮廓。测量范围为 2160弧秒并从线性偏差优于秒。 2004年，邱等人。开发了一种小角度测量使用多个总外差干涉内部分析，而角分辨率优于以在 20以内的数值。大多数角度测量技术的研究重点在 1 干涉角度测量和 2是，昂贵而复杂的干涉系统，不能被广泛用于工业。因此，成本低，多自由度测量系统在转台校准时是非常重要的。位置传感探测器（位置感应探测器）可用于测量旋转部分误差，回转体零件的速度，旋转方向扶轮的一部分角位置和误差。采用两种位置传感器和一个反射光栅测试转台的性能，但其测量范围非常小（ 11）没有完整的圆试验来提供整个圆的测量。然而，对于一般转盘校准的 360 整圈的测试是必要的。这两个文件描述了一个 4 自由度测量系统的建设并建立一种新的技术转盘一圈测试。四自由度系统，本文提出包括一维反射光栅，一个激光二极管，四个位置传感器及一个参考回转工作台。干涉仪和自准直仪是常用的转台测量系统。然而，在转台校准过程中，激光干涉仪和自准直仪分别需要高精确度参考转盘和一个多棱镜。因此，使用激光干涉仪或自准直仪进行校准回转工作台是昂贵的。此外，在提出的方法，没有高准确的参考转盘，但具有良好的重复性是必要的。即使索引误差和几何误差参考转盘大，他们将获得所提出的方法。在这个文件中，四自由度测量系统包括一个参考回转工作台，一维光栅，一个激光二极管，传感器，反射光栅和两个处理器，一个 A / D 卡和一台个人电脑（图 1给出了电路图。该参考转盘被放置在目标旋转，然后一维光栅上由夹具回转工作台安装表。激光二极管和位置传感器被放在光栅的附近。从激光束激光二极管是一维光栅投影到一维光栅，然后产生了许多衍射光束。在这个文件中， +1和使用，两个传感器被用来检测衍射光束。一般来说定义在转台的六几何误差，即三个线性位置误差和三个角位置误差。在此外，还有之间的光栅和偏心轴的转盘，这是因为大多数仪器的测量范围为小于 10 ，所以一个完整的校准转盘需要一种特殊的方法。在正常转台校准，自准直仪使用一个多边形镜子和激光干涉仪并且使用一个参考回转工作台。在这试验中，该技术还需要一个参考旋转表，但参考转盘要求测试参考旋转台的误差必须可重复的。 1994 年，林建立了一个转盘校准技术，它可以测量索引误差为 360的整圈回转工作台。然而，该技术只能单次测量误差。因此，一个改良的方法是成立于本节。当旋转的误差参考表进行了审议，对旋转的几何误差表是其中累计在不同的校准程序。这 x， y， x， y 和 z 不累积。因为一整圈测试需要两个试验中，目标转盘和参考转盘重复性一定要做好，否则测量结果将不会重复。该校准技术的基本要求是，目标下校准可旋转台旋转作为参考不同方向旋转相同的步长，即对顺时针和逆时针的比较。每个部门根据测试表进行了比较与每一个部门的参考，以建立第一组数据。例如，有一个转盘进行了测试， 12点左右 360 角位置（即 0 3060 ，， 330 ），这是等距离的目标转盘和参考转盘分割。同时在测试开始后的第一个目标转盘和参考转盘，分别定为 0 ，第一组数据是由个人电脑所提取。然后，目标旋转工作台顺时针旋转 30 和参考旋转工作台逆时针旋转 30第二组数据由个人电脑所提取。从上面的实验过程中，可以得出以下关系：其中是超过 360 增量。 t象征目标转盘，下标为 r是指参考转盘的误差。在第二次测试的一圈中，再次将目标转盘和参考转盘设置为 0 参考旋转工作台（例如 30 ）。后参考旋转回转工作台，样品采取的第一套。然后，目标旋转工作台顺时针旋转 30 参考旋转工作台旋转 30 反顺时针再次采样。从上面的实验过程中，第二次测试的结果令人满意。然后，整理转动的关系，可以得出：其中是超过 360的增量。测量两组数据可以被重新安排如下：在这个文件中，对 4 自由度计量校准系统，系统稳定性，系统验证和全圆测试的完成。系统的照片如图。 2 所示。组件图。 2 中没有显示附上通过台式接到位置感应探测器的信号处理器 A / 元件的规格分别列在表 1。 4 系统校准是第一个实验。在这实验中，用自准直仪波特角位置提供参考。其测量范围为 410弧秒，分辨率为度为。 3（ a）给出了校准结果，图。 3（ b）中给出了系统不确定性的标准差。在整个校准过程中，显然，良好的位置（ z）的 4自由度测量测量范围约为 1 ，因为几乎所有的测量位置感应探测器的范围应用。系统稳定性试验是第二次实验。系统通过系统实验室条件下正常的平衡状态（即无特殊温度或振动隔离）允许稳定性进行了评价，然后连续记录为 4000 秒的输出信号图。4 表明，原型系统的基本是稳定合理的，即没有特殊的隔离或过滤依然在米， x， 000 秒。系统验证是第三个实验，自准直仪也被用来验证 4 自由度测量系统，因为它可以同时进行对量。设置的自准直仪在光栅背面。当全部循环试验实施和误差分离方法没有用时，自准直仪记录了目标转盘和参考转盘误差总和。 4 自由度的自准直仪测量系统可记录一次，当目标转盘顺时针旋转一次，并再次测试参考转盘逆时针旋转的程度。图。 5 显示了该系统的核查结果。结果对 4 自由度自准直仪的测量系统类似，所以 4 自由度数学模型测量制度是正确的。完整的循环测试是最后的实验，是在第 3 条所述。该 4 自由度测量系统的测量范围为 1左右。要完成一整圈测试的时间，如果必须采取唯一位置感应探测器（ 2 位置感应探测器）的使用。只有一组位置感应探测器的要求记录在第一和第二次测试，至少 720分。因此， 4 个位置感应探测器来建立系统。位置感应探测器 A 和 B 设置为位置感应探测器意义上的 1级衍射光时的参考转台角位置是 0。然后，位置感应探测器的设置为位置感应探测器意义上的 1级衍射光时的参考转台角位置是在 5。在整圈测试，位置感应探测器 C 和位置感应探测器 B 的一个用于第一次测试，而位置感应探测器组用于第二次测试。因此，一个完整的循环测试只需要记录在第一和第二次测试 72分。经过两年试验完成后，上述方法在第 3 节是用来隔离的目标转台和参考转台的误差。测试结果如图所示。 6（一） - （ d）及（六） - （ H）分别为目标和参考转盘旋转台的误差。在参考转台角位置误差均高于目标转盘。但是，误差是相似的。目标转盘的 y, x， y 和 z 约有米， 330， 620 和 270 弧秒，分别为。 y， x，了一下，分别为 210， 500和 250弧秒。在要调整目标之间的转盘，转盘参考偏心是容易的。但要调整光栅之间的偏心回转工作台是困难的，因为对光栅和旋转表是不同的几何。本文建立了一个新颖，简单，低成本的校准技术 360全圆旋转表（三角位置误差和位置误差的线性）的 4 自由度的误差。利用这种技术，没有高度准确的参考转盘，但是具有良好的重复性是必要的。经过充分循环试验，目标和参考转盘旋转台的四自由度误差可能确定。系统校准，稳定性试验，系统验证和测试已经完成了一圈。从整个体系的校准，测量不确定度角系统（宰）小于秒。该系统的角度稳定性小于 2 弧秒，而位移稳定性小于毕业设计开题报告文献综述题研究背景由于滚珠丝杠副独特的优良技术性能，其研究迅速得到了世界许多国家的高度重视，滚珠丝杠传动的应用也随之扩展到其它领域中。随着机床自动化的发展，特别是 1965年数控机床的出现，促进了滚珠丝杠副产品的品种和规格的发展。质量和产量的提高，推动了设计技术和制造工艺的进步，迅速研制了加工和磨削滚珠螺母的专用机床。随着新工艺的发展，制造技术的进步，大幅度的提高了滚珠丝杠副的生产效率和质量，同时缩短了生产的周期，降低了成本，反过来又促进了滚珠丝杠副品种和规格的扩大、质量和产量的进一步提高、系列化等方面的重大发展。早在 19 世纪末就发明了滚珠丝杠副，但很长一段时间未能实际应用，因制造难度太大。世界上第一个使用滚珠丝杠副的是美国通用汽车公司萨吉诺分厂，它将滚珠丝杠副用于汽车的转向机构上。由于设计制造等技术的进步，滚珠丝杠副的结构也有着一定的改进和变化，比如说日本司已经将带有保持架的滚珠丝杠副产品化，其产品的综合性能得到了很大的提高。随着机械产品向高速、高效、自动化方向发展，工业机器人、数控锻压机械、加工中心以及机电一体化自动机械等，其进给驱动速度不断提高，大导程滚珠丝杠副的出现，满足了高速化的要求。日本程为： 1540165006025 80大导程滚珠丝杠副，快速进给速度达 180m/前，担心大导程滚珠丝杠副驱动对加工中心精度的影响，设计时取导程 10着科学技术的进步，从 1999 年日本国际机床展览会上可看出，设计与研究现在大部分高速加工中心都使用大导程滚珠丝杠副 4。题研究的意义珠丝杠的优点它是一种新的滚动摩擦传动机构，与滑动丝杠螺母机构相比具有以下特点：擦损失小滚珠丝杠螺母传动效率 92% 96% ，比滑动丝杠螺母的 20% 40%提高 24 倍，而消耗的功率仅为滑动丝杠螺母的 1/4 1/3 滚动摩擦的启动阻力很小（几乎与运动速度完全无关），运动平稳、动作灵敏，在低速下能均匀运动且不易出现爬行现象，特别适于位移速度较低的高精度传动。滚动摩擦的磨损小，寿命长在长期运转中能保持较好的精

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