毕业论文-滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的机械结构设计-2015-06-17

1、 图7-2-1联轴器组件图图7-2-2联轴器零件一联轴器键连接:材料 45号钢 键宽度 b3=6mm 半径 r1=20mm 键高度 h3=0.5mm r2=10mm 键深度 a=20 厚度 h=10mm 槽宽度 b=8mm 槽厚度 h2=7mm图7-2-3联轴器零件二联轴器十字滑块：材料 耐磨减震材料 半径 r=21mm 厚度 h=10mm 滑块宽度 b=8mm 滑块深度 h2=7mm 图7-3传动主轴传动主轴：材料 38CrMOAL 密度 =6.23g/cm3 长度 L1=80mm L2=240mm L3=20mm 直径 d1=30mm d2=80mm d3=14mm 体积v=v1+v2+v

2、3=56+1205+3=1263cm3 重量m=v*=7868.5g=7.869kg图7-4轴承组件轴承座：材料 45号钢 长度=127mm 宽度=110mm 厚度=30mm 倒角15*15 轴承： 外径D1=94mm 内径D2=81mm 滚针长度=26mm图7-5床身床身：材料 大理石 密度=2.6g/cm3 长度 L=3000mm 宽度 b=421.29mm 高度 h=540mm传动系统平台高度 h2=83.24mm 体积 v=v1+v2+v3=682020+158760+19228=860008cm3 重量 m=*v=2236020.8g=2.2t特殊说明：使用大理石的原因是测量仪没有的

3、外载荷和过大的内载荷，所以不需要铸铁这类材料强度较高的金属材料，而且大理石单位造价，即大理石材料价格及切割加工费用要远远低于大多金属材料，加工工艺简单，周期短，容易制造，工艺成熟多样化，可用机械，也可手工制造，而且重量轻，测量仪振动没有那么大。大理石的比热容为816.96J/(kg k)，铁的比热容477.3 J/(kg k)，季节变化和机械热量对机床温度变化影像更低，所以热胀冷缩效果更小，所以大理石材料作为此测量仪的材料更稳定，更经济，更轻便，便于运输及安装。 而且在大理石材料上不适宜直接铣削螺纹孔，所以在装配上一般在需要铣削螺纹孔位置事先开凿出便于固定填充材料的，比目标螺纹孔更大的空间，并

4、浇注金属材料，进行螺纹孔的铣削制作，比如床身的水平调平的底部平衡螺钉及床脚。固定传动平台上电机，轴承座，防灰金属罩。顶尖装置的可调整固定，都用相似的方法。这些在最终的3d制图和，cad图中都有体现。其余不影响输出扭矩的零件的尺寸规格会在cad和纸质图纸中详细体现，在这里简要说明。图7-6-1顶尖和导轨部分特殊说明：顶尖装置的位置在测量床身可以进行轴向调整，以便配合装卡各种规格的滚珠丝杠。图7-6-2顶尖装置顶尖装置： 材料：灰口铸铁 总长度L 总高度h=336mm 顶尖高度h1=288mm 顶尖最大直径D max=28mm 顶尖尖端长度L1=36mm 顶尖末端长度L2=12 顶尖可缩进长度 L

5、变=360mm 特殊说明：顶尖装置外形较为复杂，所以灰口铸铁的特性更适合，含碳量较高（2.7%4.0%），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（11451250），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。由于片状石墨存在，故耐磨性好。铸造性能和切削加工较好。一般用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。图7-7滑板导轨图7-8滑板组合架传感器及滚珠丝杠图7-9-1无滑板和丝杠状态总体装配图图7-9-2总装配图详细pro/e立体模型在上传的文件中第8章 滚珠丝杠预紧力测量仪的传动设计8.1 结构方案的确定图8-1传动部分装配图采用电机直连的传动方案，原参考仪器系统中，电

6、机外置，用海绵垫和一个木板非固定状态反正地面上。海绵起减震效果，减少了对地面的冲击但冲击还是会使电机上下少量跳动、而严重时皮带轮上的皮带因为这种震动不固定产生的跳动，影响并降低了传动效率和最终首测滚珠丝杠的转速导致出现误差，而且选用4000r/min的电机带动大质量的两个皮带轮和一大质量的蜗杆的传动方式，在转动中也会因为离心力和装配之间的间隙产生相应的震动和转递电机的震动。所以我选用了低转速，大扭矩（相对同类低转速扭矩要大但比原系统的扭矩要小的多根据第六章的公式还会大大降低电机实际输出和额定的功率），而且震动小的三相电机。在传动上选用对震动耐性强度大，能起减震效果的材料，比如十字连轴器中间部分

7、选用加紧方式固定中间的耐磨耐震动材料十字滑块。而且在床身镶嵌抗震金属材料，减少震动造成的测量误差。零件多采用轻质硬度高的合金或工程材料，在减少原系统的2个皮带轮，用传动主轴代替蜗杆。如果还是无法消除震动就在原有的改良基础上把床身从电机主轴末端处，传动主轴，三爪卡盘，这三处附近任一一处纵向切开。使测量床身不受电机震动直接影响。但是这也许会带来大量的其他问题，要通过实验及理论来证明。由于时间有限这部分没有进行。本系统最大的好出就是大大减少了电机功率，在装配上减少零件，使维修和安装变得更加容易，重量上相应的减少，可使产品的运输变得更加节省空间和重量。本系统最大的问题是小电机的震动就算很小也会直接作用

8、与机床本身，但是前面也提到了一种解决方案，但我个人不看好这个方案，还是力求从材料和减少电机本身这个震动源的震动，来减小对测量误差以及测量过程中对机械部件的损耗。但在现在的机械技术和材料技术环境下，我认为本方案完全是可行的，遂选用了才此改良方案，这也是本论文，和毕设工作中的一大亮点。8.2 机构及主要零件空间布置 如本章传动图所示，电机放在机床的传动平（高）台的最前断，用两个m8的螺钉旋入第8章 滚珠丝杠预紧力测量仪的传动设计螺纹孔在镶嵌的金属材料上固定。电机主轴与十字联轴器采用键连接，或过盈连接，以应对不同的需求，因为根据不同的滚珠丝杠，比如特殊的大一些的滚珠丝杠就可以进更换，这是键连接可以带

9、来的好处便于更换可以多次利用拆卸，缺点是键易于受径向跳动，轴向窜动影响产生磨损，但这个便于更换的出发点真好契合。采用过盈连接，这种连接的优点是结构简单，定心性好，承载能力高，能承受冲击载荷，对轴的强度 削弱小。缺点是装配困难，对配合尺寸精度要求较高。由于拆开过盈连接需要很大的外力， 往往要损坏连接中零件的配合表面，所以一般过盈连接属于不可拆连接。所以我选用了键连接。十字联轴器另一段和传动主轴采用键连接，主轴的被两个轴承和轴承座承载，主轴和轴承和轴承座过盈连接，1个轴承座用m8螺钉旋入螺纹孔固定用在镶嵌材料上。主轴另一端是牙型螺纹，和有中间贯通通螺纹孔三爪卡盘主轴螺纹配合，末端用螺母紧固且保证螺

10、纹与螺纹孔装配后没有相对运动。最后三爪卡盘夹紧滚珠丝杠，从而达到电机转动后带动十字联轴器，传动主轴，三爪卡盘，滚珠丝杠转动。8.3 结构工艺性的考虑 在工艺上要特别注意的就是在大理石床身上镶嵌用于铣削螺纹孔的金属材料，必须填满大理石床身上预先开凿的中间带有与槽长相等长的牙型突起的槽进行固定，防止材料脱落。8.4 轴承的布局两端固定，承载传动主轴。在最大外径的轴两端1/6处固定。8.5 润滑与密封方式的选择定期清理添加新的润滑油，润滑油只有键连接处和轴承处，需要添加，润滑油前者起保护键的作用，后者是润滑和保护滚柱。 第9章 滚珠丝杠预紧力测量仪计算机仿真动画设计图9-1仿真动画1电机驱动丝杠旋转

11、具体仿真步骤如下，把电机的壳体采用刚性固定在床身上，然后新建一个组件，将电机主轴，十字联轴器，和传动主轴，三爪卡盘，丝杠，按上图的顺序刚性连接在一起，回到之前的窗口，将该组件设为旋转轴特性主轴首端插入电机壳体，插入两个轴承在如图位置刚性固定在床身上，在电机主轴或整个组件上施加一个伺服电动机。调试动画，设置电机速度为150r/min，选择100帧，每帧0.1s，并录制即可。图9-2仿真动画2滚珠丝杠副旋转前进带动滑板组合架轴向移动 具体仿真步骤如下，将滚珠丝杠副，两个组合架，和滑板刚性连接成一个组件，回到整体仿真窗口，让滚珠丝杠副和丝杠的中心轴对起进行滑块特性的连接，以丝杠中心轴为滑动方向，以丝

12、杠副为滑块，在滚珠丝杠副上施加一个直线电动机电动机。调试动画，设置电机速度14mm*150r/min=35mm/s,选择100帧，每帧0.1s，并录制即可。第10章 技术经济分析第10章 技术经济分析10.1主要零件成本价格与市场价格按照机械零件生产厂家纯利润平均15% ，网店（阿里巴巴）销售5%的比例。可根据查询到的网店价格得到成本价格如下：三爪卡盘*1 网店价格 200-1.2万人民币 成本价格 166-1万人民币低速小型电机*1 网店价格300-3000人民币 成本价格250-2500人民币十字联轴器*1 网店价格450-1200人民币 成本价格375-1000人民币传动主轴*1 网店价

13、格200-3000人民币 成本价格166-2500人民币轴承及轴承座*2 网店价格30-350人民币 成本价格25-291人民币床身*1 网店价格5000-1万人民币 成本价格4166-8333人民币 顶尖装置*1 网店价格30-1000人民币 成本价格25-833人民币 导轨及滑块 *2 网店价格220人民币 成本价格183人民币滑板*1 网店价格150人民币 成本价格 125人民币组合架（含传感器） 网店价格100-1500人民币 成本价格83-1250人民币 合计：网店价格6680-32050人民币 成本价格5566-26708人民币说明：据品牌、材料及技术的不同价格浮动较大，对系统的功

14、能也有不同的影响。根据需求选取中等品质的产品或选取最贵的最出名的厂商的产品。成本价格是可供自行生产的单位作为参考10.2装配工作量成本以及配套软件计算机成本 安装一台床的人工费用2000元，电工费用1000元，安装调试需要一个工作日。 现在普通的计算机需要2000元，系统功能单一的也要在1000元。 正版测量分析软件使用费用5000元。合计：2000+1000+2000+1000+5000=11000总体合计：网店价格1.8万元-4.3万元 成本价格1.7万元-3.8万元10.3市场需求以及改良收益和其他收益 由于这种检测仪并不在设计生产单位常见，但在专门的丝杠研发，和制造工厂，企业会采购这类

15、产品，还有对生产质量要求很高需要自行检测所用产品的具体规格，技术参数等，所以在研发这种系统时要考虑研发成本和收益利润。 在我参考并测绘的原型测量仪，是在学校的实验室，当时购买的价格是35万元人民币，大大超出前面所计算的机器本身的材料安装成本，这其中的差额便是研发成本分配在每一台机器上的数额。 所以现在研发此类检测仪可以通过改进的方式，但要和原型机的厂商进行技术协商，还有专利使用权，核对要申请的专利是否和已有的产品冲突。我所进行的改良可以在研究实验他的性能指标后，改进或直接投入生产，可通过改变更新原有产品，并可以给原厂家带来开展新的增值服务的基础。或者交由其他厂家进行这项自行改良更换。因为大理石

16、台座和其他组件可根据使用寿命继续使用，仅仅替换皮带轮部分，可以大大的节约效率，维修更换起来变得更容易。 其他的收益包括：出租测量仪及场地供研究者进行研究实验收取租金。有资格证的实验室里可代替厂家检测产品的技术指标并收取相应费用。自己使用校对产品质量以及获得更具体的单体数值，让将要组装加工的新产品更紧密有效的集合在一起，而且防止质量不过关造成的机械损坏从而造成的财产损失和人身安全问题。第11章 结语第11章 结语在本次的毕业设计工作中我学习到了很多东西，滚珠丝杠预紧力检测仪的测量原理，对一个机械设备的设计流程，提升了pro/e和cad结合使用技法，和他们单独使用的熟练度，接触了解了到了赫兹点接触

17、理论。对滚珠丝杠的运动特性将旋转运动转化为直线运动有了深入的了解。还有就是对认为应该加以改良的系统内部构成进行改良，还有在用软件设计丝杠时得到了创意的灵感，这个详细情况在小论文中体现。还有对行业设计及图纸标注的规范，论文格式的规范这些以后也许都会给我带来很大的帮助。后记谢词这次毕业设计对我是一个挑战，把我所学的东西结合起来运用实践，说实话一开始但难度很大，但通过老师的帮助，我逐渐上手了起来。我即将毕业，但我感谢学校，感谢老师，这些日子的指导。我会带着这个毕设成果步入社会。我想当我证明了之前突如起来的创意猜想的正确与否时。我想我也会进步不少。获得不少经验和知识，以及辨别的智慧。甚至是坚持正确的勇

18、气。参考文献1 张志强;滚珠丝杠摩擦力矩动态检测系统的研制D;厦门大学;2014年2 韩新健;高速滚珠丝杠副摩擦性能分析及实验研究D;兰州理工大学;2011年3 张刚.滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪研制及其实验分析D.济南:山东大学机械工程学院，2007.4 刘晓慧.滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素及测试方法研究D.济南:山东大学机械工程学院，2006.5 宋现春，孙溪.基于虚拟仪器技术的滚珠丝杠副摩擦力矩测试系统设计J.组合机床与自动化加工技术，2008(3):7-9.6 洪宇.高速滚珠丝杠副综合性能测量系统设计D.南京:南京理工大学机械工程学院，2006.7 刘剑.高速滚珠丝杠副综合性能的试验研究D.济南:山东大学机械工程学院，2005.8 王兆坦，刘宪银，李保民等.高速精密滚珠丝杠副综合性能测试仪J.制造技术与机床，2007(5):122-125.9 肖正义，焦洁.高速滚珠丝杠副的研发和测试技术J.制造技术与机床，2004(4):95-98.10 日本精工株式会社上海事务所.滚珠丝杠的最新技术动向J.现在制造，2003(8):86-88.