滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的机械结构设计

1、毕业设计论文班级：机械1104姓名：孙浩文指导老师：王科社毕业设计(论文)任务书学院 ：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化S 班级：机1104学生情况指导教师情况题目类型姓 名学 号姓 名职 称单 位理工专业文、管、经专业理论研究 理论研究 孙浩文王科社教授机械工程系科研开发 应用研究 工程设计 调查研究 题目滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的机械结构设计是否实物型毕设是 否主要内容以及目标(毕业设计应完成的主要内容，设计任务达到的目标)滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的机械结构主机采用花岗石床身，主导轨采用滚动直线导轨，摩擦力小、运动灵活、轻便；头架装有三爪卡盘以夹持丝杠，尾架顶尖为莫氏5#，装夹方

2、便。主轴电机通过减速机及皮带轮带动被测丝杠做旋转运动，主轴转速为0150 转/分；测量拖车上载有精密压力传感器和带动测头架，丝杠旋转时，放在螺旋槽内的带动测头带动拖车平稳运动。带动测头架能够径向和轴向调整，以适合不同导程的丝杠副的检测。测力传感器安装在拖车上仅阻止螺母的转动而不带动拖车运动，导轨与拖车之间的摩擦力对测量没有影响。设计内容包括：（1）滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的总体设计；（2）测量部分的结构设计；（3）传动部分运动与动力学计算；（4）零部件的工作能力计算；（5）滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的工作动画。所设计的滚珠丝杠副转矩测量仪是测量滚珠丝杠副空载预紧转矩的专用仪器。可方便、直观、精确

3、地实现滚珠丝杠副的预紧转矩测量。即实测无外加载荷情况下,滚珠丝杠相对于滚珠螺母旋转, 在有效行程内丝杠与螺母之间由摩擦力引起的转矩值。成果形式（毕业设计完成具体工作量；成果形式；验收方式）滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的工作原理图，滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的的装配图，零件图和动画演示等；(以上图量不小于3A0)；设计说明书约两万字；外文翻译不小于5千汉字；写一篇论文，题目自定；调研报告（2000字左右）；文献综述报告（40008000字）（参考文献15篇（包括至少2篇外文资料）以上）；开题报告。基本要求（对完成设计任务方面的具体要求：对理工专业应提出设计技术参数、数据及来源、调试所用仪器设备等）（1

4、） 被测滚珠丝杠的最大长度: 1600mm；最大直径80 ，螺母最大外径 200mm；（2）仪器的中心高: 115mm；（3）测量转速: 0150 转/分，数字变频调速；（4）测量转矩范围: 0.0019.999Nm；（5）转矩显示分辨率: 0.001Nm； （6）仪器最大误差: 0.02Nm；（7）仪器的相对误差: 0.2%FS；（8）测量结果可自动显示或根据需要进行打印。测力传感器的技术指标：（1） .测量范围: 0.05140N；（2） .分辩率: 0.05N；（3） .最大误差: 0.2N实习调研要求（对部分有实习环节的专业，提出实习或调研的具体要求，包括调研提纲、实习时间、地点和具体

5、内容要求；文、管、经专业提出对论文论点有关论据、数据和素材的搜集要求）调研目的：了解本课题的国内外技术现状和水平，以便正确估计自己的项目，同时也使所做的项目具有一定的先进性。调研提纲：1）了解滚珠丝杠副预紧转矩测量仪结构原理及其使用性能，通过现场观察和阅读图纸、说明书等技术资料，对其主要技术性能指标、总体布局、传动原理、结构原理及主要装配结构关系有详尽的了解。2) 了解滚珠丝杠副预紧转矩测量仪装配全过程。装配是机械生产的最后一环，决定产品的性能与质量，要着重掌握和了解装配工艺过程及其特点，同类产品的装配要求，工装夹具，装配、检验、调整的方法和手段。3) 了解制造滚珠丝杠副预紧转矩测量仪需要工装

6、设备的设计原理及其应用。不但要了解工装设备的现状及生产手段要能从设计的观点和原则来分析，寻求可行的设计思路和改进方法。4) 了解滚珠丝杠副预紧转矩测量仪国内外同类设备。参观先进设备，收集同类产品的资料屯掌握同类产品科技发展的前沿信息，以使设计有超前意识，并收集产品图纸、设计资料等主要参考资料。5) 对设计课题进行初步探讨，或进行适当可行的试验或验证，自学有关参考资料。主要参考文献（指导教师提供有关参考资料、工具书、期刊论文等）1 孙丽霞.丝杠副动态误差检测与分析的研究D.南京:南京理工大学机械工程学院2005.2 周明杰.新型滚珠丝杠测量系统的设计与研究D.吉林:吉林大学机械科学与工程学院，2

7、007.3 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，2006.4 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，2007.5 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

8、.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):86-88.11黄祖尧.国外滚珠丝杠副的精度、性能检测动向J.制造技术与机床，1985(11):37-3912 刘莉.精密滚珠丝杠螺旋线误差动态测试技术的研究D.济南:山东大学机械工程学院，2006.13 宋延陵.丝杠磨削在线动态测量系统分析与设计D.南京:南京理工大学机械工程学院，2004.主要仪器设备或开发环境（根据毕业设计题目情况需要，各学院统一填写要求）机床研究所的滚珠丝杠副预紧转矩测量仪（1006室）毕

9、业设计（论文）开始日期2015-03-01毕业设计（论文）完成日期2015-06-25毕业设计（论文）进度计划（起止时间、工作内容）（指导教师对毕业设计（论文）的进度计划提出要求,至少详细到前期、中期和答辩阶段）周次计 划 完 成 工 作11. 了解设计题目，接受设计任务；2. 借设计手册和资料；阅读老师提供的资料；阅读毕业设计工作手册，初步了解其内容，以后各部分按其规定的执行；3. 拟定调研计划（调研方法、对象、内容、路线、测试题或调查问卷或访谈提纲的设计、文献调研等）及调研；21 调研实习；确定设计题目涉及的关键词（keyword）(包括中文和英文的)；查阅文献资料（校园网、图书馆、情报所

10、、专利局、研究所、书店、工厂、公司、学校等）；特别是在校园网下述网站下载需要的资料：http：/；http：/5；http：/08:85；http：/；http：//tools/en/gsearch.html。2 阅读资料；开始外文翻译（5000汉字以上）； PRO/E等软件的学习; 31 编写调研报告（2000字左右）；撰写文献综述报告（40008000字,参阅文献资料不少于15篇，其中最少两篇外文资料）；2 设计对象的功能分析，确定出合适的功能参数；3 分析研究

11、同类设备的技术方案与功能原理，拟订多种可能的设计方案（原理图或机构运动简图），并进行分析比较，确定初步设计方案。 41 写开题报告；拟定第513周的工作进度计划初稿，经与老师讨论定稿后，写在下面计划完成工作栏中（下面栏的工作计划作为参考，要根据自己的设计题目补充和完善，必要具体化列出相应的工作），并严格执行；完成外文资料翻译（5000汉字以上）；2 作开题报告。51 根据做开题报告时老师提出的修改意见，对设计方案进行修改完善；2 设备的运动学设计：根据确定的结构方案，确定原动件的参数（功率、转速、线速度等），通过运动学计算，确定各运动构件的运动参数（转速，速度，加速度等）。3 动力学计算：结合

12、各部分的结构和运动参数，计算各主要零件所受的载荷的大小及特性。4 设计对象的的机构设计，运动和运动关系设计，关键零件的强度校核。61 零件的工作能力设计；2 部件装配草图的设计。3 总装配草图的设计。71 设计对象参数的优化设计。81 根据优化的参数设计设计对象的装配图。91 关键零件图的设计。101 编写设计说明书的提纲；毕业设计小论文的构思与选题，拟定初步题纲；2 整理前期的设计工作，接受学校与系的期中检查。 111 设计对象中零件的三维图制作。121 演示动画制作。131 完成毕业设计要求的小论文的撰写；141 检查并完善设计图并打印；整理设计说明书并装订。151 毕业设计总结；必要的资

13、料和成果刻光盘存档；答辨准备，写答辩提纲；2 在小组内进行预答辨。161 答辩；2 归还学校和老师提供的图书资料。指导教师（签字）： 2014年12月24日督导教师（签字）： 2014年 月 日学院毕业设计（论文）领导小组审查意见：组长（签字）： 年 月 日摘要这是一篇关于滚珠丝杠预紧力检测仪的技术性报告。我主要用pro/e野火5.0和auto cad2008等软件完成对这套系统的建模、仿真及cad工程图的绘制。计算了零件受力情况，电机的转动惯量、等效力矩、最大转速，功率。我也对这个系统的工作原理进行了说明和演示。改良了检测仪的机械传动系统。降低了电机的功率，使传动变得更加简便。进行了机械结构

14、的设计。对改良前后的特性进行说明，提出了改良后的缺陷进行理论上的解决方案。滚珠丝杠对很多种数控机床来说是非常重要的，所以为了工业进步我们要不断提高改进它的检测装置。本产品说明书，主要就滚珠丝杠预紧力检测仪系统的系统功能，总体设计，主要零件的受力参数，动力机参数，机械结构设计，传动设计及技术参数，经济技术分析，仿真设计方法进行图文并述的方式进行论述说明。关键词：滚珠丝杠；检测仪；pro/e；工程制图 abstractThis is a technology report of ball screw pre-tightening force detector.I usePro/e wild fir

15、e 5.0 and auto cad 2008 to complete modeling,emulation and drawing.With the force calculation, motor, the equivalent moment of inertia moment, maximum speed, power.I also explained how this system appears to work.And i improve the mechanicl drive system of the machine.Make it designed power of motor

16、.And make it simple and convenient.The mechanical structure design. The characteristics of before and after improvement, puts forward the improved a theoretical solution of the defect. Ball screw is very important for many numericl control machine.So we must always improve the ball screw preload tes

17、ter for industrial development. The product specifications, mainly detector system of ball screw pre-tightening force function, the overall design, the main mechanical parameters of the parts, engine parameters, mechanical structure design, transmission design and technical parameters and economic t

18、echnical analysis, the simulation design method are explained, the essay discusses the way of graphic and above.Key words: ball screw; Detector; Pro/e; Engineering drawing目录第1章 前言.1第2章 国内外研究发展状况.2 2.1研究意义.2 2.2国内外研究现状及成果.2 2.2.1国外研究现状及成果.2 2.2.2国内研究现状及成果.2 2.3发展方向.2第3章 测量仪的用途、规格、主要技术性能及特点.3 3.1系统功能.

19、3 3.2研究内容.3 3.3研究方向.3第4章 滚珠丝杠预紧力测量仪的总体设计.3 4.1滚珠丝杠滚珠丝杠预紧力测量仪的总体设计示意图.3 4.2设计重点.5 4.3设计难点.5第5章 主要技术参数确定.7 5.1 主要技术参数.7 5.1.1主要零件载荷及强度参数.7第6章 动力机参数.13第7章 机械结构设计.14 7.1主要零件的尺寸及材料参数.14第8章 滚珠丝杠预紧力测量仪的传动设计.22 8.1 结构方案的确定.22 8.2 机构及主要零件空间布置.22 8.3 结构工艺性的考虑.23 8.4 轴承的布局.23 8.5 润滑与密封方式的选择.23第9章 滚珠丝杠预紧力测量仪计算机

20、仿真动画设计.24第10章 技术经济分析.25 10.1主要零件成本价格与市场价格.25 10.2装配工作量成本以及配套软件计算机成本.25 10.3市场需求以及改良收益和其他收益第.25第11章 结语.27后记谢词.27参考文献.28附录.29第1章 前言 在科学技术不断发展进步的当今，机械已经和人们的生产、生活结合得密不可分，小到人们的手表，手机，大到各种动力驱动的动车组和谐号，航空客机，邮轮货船。这些常用机械给人们的生活带来了巨大便利，在交通上缩短了大量的时间。 作为现代机械生产的主流，数控加工中心，各类加工机床等设备的一个重要组成部分，滚珠丝杠的改进研发，维修及应用，技术指标检测。对生

21、产效率与质量的提升，有着很重要的指导意义和迫切的现实意义。 本篇是一篇针对设计产品的产品说明书，对滚珠丝杠预紧力检测仪系统，的机械设计部分进行介绍，理论分析，计算分析，仿真，包括对制造工程图制作及细节处理进行论述，还有对原有系统的一些改进设计，其中本篇没法具体详细体现的设计工作，实验环节，即在pro/e wild fire 5.0，auto cad 等软件上的设计图工作，和现场勘察，实物测绘也在，本篇中和本篇的附录中做简要介绍。 本产品说明书，主要就滚珠丝杠预紧力检测仪系统的系统功能，总体设计，主要零件的受力参数，动力机参数，机械结构设计，传动设计及技术参数，经济技术分析，仿真设计方法进行图文

22、并述的方式进行论述说明。我改良了检测仪的机械传动系统的布置。降低了电机的功率，使传动变得更加简便。进行了机械结构的设计。对改良前后的特性进行说明，提出了改良后的缺陷进行理论上的解决方案。滚珠丝杠对很多种数控机床来说是非常重要的，所以为了工业进步我们要不断提高改进它的检测装置。第2章 国内外研究发展状况 2.1研究意义滚珠丝杠是目前应用最广泛的一种传动形式，它具有传动效率高，启动力矩小，传动灵敏平稳，工作寿命长等优点。通过施加预紧力，可以保证丝杠，滚珠和螺母之间没有间隙，而且，可以将整个螺母丝杠副的弹性变形量减少到最小，从而提高滚珠丝杠副的刚度及精度。传统的获得滚珠丝杠预紧力的方法都是通过扭矩测

23、量而间接获得，因而不能精确反映预紧力的大小，且不能随时精确地补偿因磨损而增大的间隙，不能保证稳定的精度。因此能够进行实时补偿的连续可调预紧装置对于滚珠丝杠副的传动稳定性，对于提高整个滚珠丝杠副的传动精度及效率有非常重要的指导意义。 2.2国内外研究现状及成果 2.2.1国外研究现状及成果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，1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和

24、生产。从50年代开始，在工业发达的国家中，滚珠丝杠副生产厂家迅速出现，例如：美国的WARNER-BEAVER公司、GMSAGINAW公司；英国的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。2.2.2国内研究现状及成果我国早在20世纪50年代末期就开始研制滚珠丝杠副，并于1964年自行研制出第一套滚珠丝杠副。开始阶段主要是引进国外的滚珠丝杠副加以研究并生产，之后于1973到1978年期间，我国滚珠丝杠副的生产开始了按系列化标准分工布点的小批量生产，近几十年来，人们对滚珠丝杠副的预紧转矩变动量的大小开始重视起来，以前人们只重视滚珠丝杠副综合行程误差曲线，现在也开始重视滚珠丝杠副预紧转矩

25、的曲线。因为有了这两条曲线，滚珠丝杠副的性能就能很好地反映出来。 。2.3发展方向由上面国际各大滚珠丝杠副生产企业的产品发展趋势可以总结出未来国际上滚珠丝杠产品的主要发展方向，如下： （1）随着制造业的发展，高速度、高精度、高刚度、高可靠性、低振动、低噪声、地文升的滚珠丝杠副将成为滚珠丝杠副性能发展的主要方向； （2）冷轧滚珠丝杠副也由于其自身的特殊性将成为发展方向之一； （3）根据特殊领域的需要，特定用途的滚珠丝杠副，如适应宇航工业、卫星、电子产品行业等的微型滚珠丝杠副，在高温、真空、核电站、太空舱设备上使用的绿色环保滚珠丝杠副等都将得到一定的重视。 第3章 测量仪的用途、规格、主要技术性能

26、及特点 3.1系统功能滚珠丝杠副预紧力测量仪采用花岗石床身，导轨采用滑动动直线导轨；一端装有三爪卡盘，一段用顶尖装置，装夹简单。主轴电机通过配套可变或固定减速器，连轴器，主轴，三爪卡盘带动被测丝杠做旋转运动，主轴转速为0150 转/分；测量拖车上载有精密压力传感器和组合架，丝杠旋转时，侧头组合架带动拖车平稳运动。组合架能够在x轴和y轴上调整位置，以配合不同型号的滚珠丝杠副的检测。测力传感器安装在拖车上仅阻止螺母的转动而不带动滑板运动，导轨与滑板之间的摩擦力对测量没有影响。 3.2研究内容 （1）滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的总体设计； （2）测量部分的结构设计； （3）传动部分运动与动力学计算；

27、（4）零部件的工作能力计算； （5）滚珠丝杠副预紧转矩测量仪的工作仿真。 3.3研究方向设计的滚珠丝杠副预紧力测量仪是测量滚珠丝杠副无载荷时预紧力的仪器。能够简单、直接、准确地达到滚珠丝杠副预紧力的测量：无外载荷的条件下,滚珠丝杠相对于滚珠螺母旋转, 在设定的行程内丝杠与滚珠螺母之间由滚动和滑动摩擦力引起的转矩值从而获得预紧力数值。 第4章 滚珠丝杠预紧力测量仪的总体设计4.1滚珠丝杠滚珠丝杠预紧力测量仪的总体设计示意图 (a) (b) (d) (d) (e) (f) 图4-1实际仪器部件(a)-三爪卡盘 拖车测 头架 (c)右上-压力传感器 丝杠(b)-尾架顶尖 导轨 (d)-发动机 皮带轮

28、 主轴机箱 (e)-滚珠丝杠副预紧转矩测量仪操作面板 (f)-滚珠丝杠双螺母图4-2硬件总体设计图图4-3测量仪整体实物图4.2设计重点该测量仪应适用于多种规格的滚珠丝杠测量，卡具适用范围和导轨长度要进行重点设计。传感器类型及加装位置和测量方式上要重点设计，传感器的移动设计方案。 4.3设计难点 传感器跟随滚珠丝杠螺母的移动而移动的机械原理及装配实现图4-4 BK-3压力传感器外形尺寸图图4-5扭矩传感器机械连接示意图图4-6测量原理图1-控制柜 2-伺服电机 3-前轴承座 4-滚珠丝杠 5-螺母座6-后轴承座7-计算机 8-传力销 9-传感器10-滑板 11-受力轴图4-7传感器随螺母移动原

29、理图第5章 主要技术参数确定5.1 主要技术参数5.1.1主要零件载荷及强度参数已知珠丝杠副的导程 ：滑板最高移动速度：动力机机最高转速；I ：传动比电机与丝杠间为联轴器和减速器直接连接由上得=4m/min，=1500r/min 代入后得到0.67mm取5mm1） 转速与载荷（1）丝杠转速由上表查的=0.6, =0.8, =1, =5代入得120，160，200，800丝杠轴向载荷：丝杠轴向载荷，：纵向载荷，：垂向载荷(i=1,2,3,4)分别为2000 N,1000N,500N,0N (i=1,2,3,4)分别为1200N,500N,200N,0N 800 N，200 N (i=1,2,3,

30、4)为2200N，1150N，620N，1000N（1） 转速/100+/100+/100+/100得240r/min（2） 载荷得157N2） 选择滚珠丝杠副1，1，1，0.53，=1.3，10000h可求得1359N4)最小螺纹底径（1）丝杠轴向最大变形量（1/31/4）重复定位精度 (1/41/5 )定位精度：最大轴向变形量已知重复定位精度10定位精度253，6取两种结果最小值3（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：最小螺纹底径mmL（1.11.2）行程+(1014) 静摩擦力=已知行程l 980mm，810N, =0.21代入得L=1100mm 150N =9.6

31、mm5）确定滚珠丝杠副得规格代号（3） 选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式（4） 由计算出的，选取滚珠丝杠副FFZD4005-5 =5, =2200N=1359N6)确定滚珠丝杠副预紧力= 其中2200733N7)行程补偿值与拉伸力（1） 行程补偿值C=11.8式中查表得到950110，（24）15温差取代入数据得C=32(2)预拉伸力1.95 代入得487N8）确定支承滚珠丝杠副用得轴承（1） 轴承承受最大轴向载荷204767（2）轴承类型两端固定的支承，滚针轴承（5） 轴承内径d略小于=4，=，取d=3带入数据得236N（6） 轴承预紧力（7） 选取轴承型号规格当d3mm，预加负荷

32、所以选择TVP轴承d3，预加负荷为290236N9)滚珠丝杠副工作图设计 (1) 丝杠螺纹长度 余程（2）两端支承距离，丝杠L(3)行程起点离固定支承距离1290，13501410，3010）传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度6.6:丝杠底径：固定支承距离代入数据782N/2）丝杠最大抗压刚度 6 .6代入数据得9000 N/（2）支承轴承组合刚度1）一对预紧轴承的组合刚度：滚珠直径mm， Z：滚珠数：最大轴向工作载荷N ：轴承接触角由现代机床设计手册查得TVP轴承是预载荷得3倍8600N/ =365 N/ 2）支承轴承组合刚度 750 N/3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度

33、：标准上的上的刚度2150 N/, =2200N, =733N代入数据得1491 N/11）刚度验算及精度选择=3.5，Z17，（1） 代入得 代入得已知800N, =0.2, =160N:静摩擦力，：静摩擦系数，：正压力（2）验算传动系统刚度1.6F0/F反；已知反向差值：重复定位精度是103025.6（3）传动系统刚度变化引起的定位误差（），代入5（4）确定精度：任意300mm内行程变动量对系统0.8定位精度定位精度为20/30014.3,丝杠精度为3级1214.3（5）确定滚珠丝杠副得规格代号已确定得型号：FFZD公称直径：40，导程：5螺纹长度1300，丝杠长度1400P类3级精度规格

34、型号：FFZD4005-3-P3/1400130012）校对临界压缩载荷丝杠最大轴向载荷=1500第6章 动力机参数根据要测量不同规格的滚珠丝杠设定外部载荷最大为200kg 导程为5mm 要求在100ms以内能加速到10m/min（1） 等效转动惯量的计算： J1=mv2/42*n2=12.7*10-4 kg*m2（2） 等效力矩的计算： 加速力矩计算 T1=2nj/60t=1.79N*m 摩擦阻力计算 f=mg=40N 滑板等移动件等效力矩 T2=fv/2n=0.32 测量仪整体的等效力矩为T=T1+T2=1.822N(3) 最大转速10*1000/5=2000r/min所以选用符合该参数的

35、电动机m06025方案一（机床主轴转速=电机转速）直连效果 选用 150r/min的慢速电动机方案二 外接固定传动比或可变传动比的减速器 选用2000r/min的电动机接传动比为3：40的减速器 （在仿真3d建模中两种方案皆用电机150r/min表示）（4） 功率 电机效率EFF 82.50% T=F输出*D电机主轴/2 =（m传动主轴+m十字联轴器+m三爪卡盘+m滚珠丝杠）*g*d/2=8.269kg*10*0.02*=1.6538空载时去掉滚珠丝杠的重量 P1=T*n=T*150=248.07=0.2487kw Pe=P1/1*2 T：输出转矩 P1：实际功率 Pe：电机额定率1，2：运动

36、机械本身效率，电机与运动机械之间的传动效率 第7章 机械结构设计7.1主要零件的尺寸及材料参数图7-1三爪卡盘组件卡盘部分：材料 45号钢 密度 =7.85g/cm3 直径d=83mm 厚度h=70mm 体积v=r2*h=379cm3 重量m=v*=2.97kg卡爪部分：材料 45号钢 长度 L1=26mm L2=35mm L3=44mm 宽度 b=71mm 厚度 h=20mm 体积 v=（L1+L2+L3）*b/3*h=50cm3 重量 m=v*=0.4kg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=

37、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+v3=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=127m

38、m 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=+19228=cm3 重量 m=*v=.8g=2.2t特殊说明：使用大理石的原因是测量仪没有的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

39、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

40、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

41、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，电机外置，用海绵垫和一个木板非固定状态放置地面上。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

42、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

43、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

44、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

45、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

46、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，按上图的顺序圆柱连接在一起，回到之前的窗口，将该组件设为销钉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，和滑板焊连接成一个组件，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