木制衣架拋光機(jī)拋光部分設(shè)計(jì)含SW三維及14張CAD圖帶開題
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木制衣架拋光機(jī)拋光部分設(shè)計(jì)
摘 要
木制衣架自動(dòng)拋光機(jī)是衣架制造企業(yè)的重要加工設(shè)備之一。目前國(guó)內(nèi)衣架制造企業(yè)大多數(shù)還是采用人工拋光的方式。為了提高木制衣架拋光效率，進(jìn)行了木制衣架拋光機(jī)設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下：
本設(shè)計(jì)基于木制衣架拋光機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)拋光機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè),對(duì)木制衣架自動(dòng)拋光機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電動(dòng)機(jī)的選擇，聯(lián)軸器的選擇，鍵的選擇，專用夾具的設(shè)計(jì)，絲桿的選擇及設(shè)計(jì)，軸承的選用及機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑劑的選用。該木制衣架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，能基本完成木制衣架的自動(dòng)拋光。
動(dòng)力部分由電動(dòng)機(jī)、減速器，輸入軸為主，其余部分參考外購(gòu)件的參數(shù)加以整合設(shè)計(jì)。而重點(diǎn)設(shè)計(jì)的是衣架拋光機(jī)拋光部分。在計(jì)算過程中，軸的設(shè)計(jì)及絲桿的選用是重點(diǎn)。首先提出拋光機(jī)的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；然后確定一些原始數(shù)據(jù)，計(jì)算出各個(gè)軸及絲桿的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩。最后繪制木制衣架拋光機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖，對(duì)木制衣架拋光機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。
零件將全部采用solidworks軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過較為精確的測(cè)量和計(jì)算后將所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，利用模型進(jìn)行模擬裝配和干涉檢查。構(gòu)想通過創(chuàng)建三維模型這樣一個(gè)平臺(tái)來驗(yàn)證所做的設(shè)計(jì)，以便于對(duì)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)完成后，利用Solidworks建立木制衣架拋光機(jī)的3D裝配模型；較為逼真地體現(xiàn)外型設(shè)計(jì)的效果及木制衣架拋光機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系，繪制二維的零件圖，裝配圖。
關(guān)鍵詞：專用夾具；自動(dòng)拋光；二維工作臺(tái)；衣架拋光機(jī)。
Abstract
Wooden hanger automatic polishing machine is one of the hanger manufacturing enterprises processing equipment. Domestic hanger manufacturing companies or artificially polished. In order to improve the polishing efficiency of wooden hangers, wooden hangers polishing machine design, as follows:
The design is based on the research status and development of the mechanical polishing of wooden hangers, according to the type of polishing machine, structural characteristics and working principle, combined with the design manual, automatic polishing machine, the structural design of wooden hangers, the choice of motor, coupling the choice of the choice of key, a dedicated fixture design, selection and design of the screw, the bearing selection and institutional lubricant selection. The compact design of the wooden hanger structure, the basic completion of the automatic polishing of wooden hangers.
The dynamic part consists of motor, reducer, the input shaft main, the rest of the reference parameters of the purchased parts to integrate design. Focused on the design of the hanger polishing machine polishing part. In the calculation process, the design of the shaft and screw selection is the key. First proposed polishing machine works, for the structural design; then determine the raw data, calculate each axis and the screw speed, power, and torque. Finally draw a wooden hanger polishing machine assembly drawing and typical component graphs, calculation and check of the key parameters of the wooden hanger polishing machine.
The parts will be using solidworks software for computer-aided design, data more accurate measurements and calculations will be obtained in the design process, 3D modeling, using the model to simulate the assembly and interference checking. Idea to verify the design done by creating three-dimensional model of such a platform, in order to improve on the details of the design. The design is complete, the 3D assembly models that the Solidworks establish wooden hanger polishing machine; more realistically reflect the effect of the exterior design and wooden hangers, polishing machine the main structure and size relationships, draw two-dimensional part drawings, assembly drawings.
Key words:Special fixtures; automatic polishing; two-dimensional bench; hanger polishing machine.
目 錄
1 課題內(nèi)容及基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1
1.1 課題的內(nèi)容 1
1.2 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2 總體方案的設(shè)計(jì) 2
2.1 設(shè)計(jì)方案 2
2.2 總體方案的確定 4
3 拋光部分的設(shè)計(jì) 4
3.1 拋光部分升降系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 4
3.2 拋光部分主軸的設(shè)計(jì) 15
4 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 19
4.1 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù) 19
4.2 工作臺(tái)部件的設(shè)計(jì)及選擇 20
5 夾具的設(shè)計(jì) 24
5.1 需要夾緊的工件形狀及重要參數(shù) 24
5.2 夾具的設(shè)計(jì) 25
6 升降系統(tǒng)、主軸及工作臺(tái)上鍵的選擇及校核 26
6.1 升降系統(tǒng)及工作臺(tái)鍵的選擇及校核 27
6.2 拋光部分上各部件鍵的選擇及校核 29
7 機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑 29
7.1 螺紋聯(lián)接的潤(rùn)滑 29
7.2 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 30
8 結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 34
引言
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,零件的復(fù)雜以及精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的機(jī)床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床由于具有高精度，一機(jī)多用、高效率以及其自動(dòng)化生產(chǎn)、可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置的基本功能幾乎全部都由軟件來實(shí)現(xiàn)，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強(qiáng)大。
拋光機(jī)亦稱為研磨機(jī)，其工作原理是用電機(jī)帶動(dòng)拋光盤調(diào)整旋轉(zhuǎn)，利用拋光盤上的海綿、羊毛與拋光劑的共同作用，使其與待拋光面保持接觸并摩擦，進(jìn)而達(dá)到去除漆面污染、氧化層、淺劃痕的目的。我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主，該方法不需要特殊的設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，主要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)技藝水平，但其生產(chǎn)效率低，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，周期長(zhǎng)，工人作業(yè)環(huán)境差，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，限制了我國(guó)現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展。因此，研究拋光機(jī)的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
計(jì)算機(jī)數(shù)控和拋光技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)床，使機(jī)床能按所需要的運(yùn)行軌跡，將工件表面磨削成所需要的耍弄，然后用柔性拋光模拋光，使工件的表面粗糙度能符合生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。數(shù)字式拋光機(jī)這種拋光工具采用數(shù)字化控制，數(shù)字式顯示和控制工藝參數(shù)，備有整套磨頭及磨料，半自動(dòng)拋光，具有體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。拋光在滿足工件表面粗糙度的同時(shí)，還能使工件的外形更加美觀。因而拋光在木制衣架生產(chǎn)加工過程中是一道很重要的工序。數(shù)控化的拋光機(jī)還可以解決用戶過去因工件形狀復(fù)雜難以達(dá)到拋光要求這一難題，并且縮短了拋光工作時(shí)間，提高了效率。采用該工具進(jìn)行拋光，可快速對(duì)粗糙的表面進(jìn)行整形拋光，不受工件形狀、材料硬度的限制，對(duì)原始表面粗糙度沒有要求，功效比較高。
1 課題內(nèi)容及基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1 課題的內(nèi)容
木制衣架拋光機(jī)用于對(duì)衣架粗胚進(jìn)行打磨拋光的機(jī)械，是衣架制造企業(yè)進(jìn)行衣架自動(dòng)加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)衣架自動(dòng)打磨拋光的功能，設(shè)計(jì)衣架拋光機(jī)拋光部分。具體任務(wù)如下：
1. 分析衣架拋光的要求，研究系統(tǒng)的工作原理；
2. 提出衣架拋光機(jī)拋光部分的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3. 繪制衣架拋光機(jī)拋光部分的裝配圖及典型零件的零件圖；
4. 對(duì)拋光部分的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。
1.2 基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了能實(shí)現(xiàn)對(duì)衣架的拋光要求，勢(shì)必要先對(duì)衣架進(jìn)行夾緊，因此要先設(shè)計(jì)一個(gè)夾具來將衣架進(jìn)行夾緊，以便更好的完成拋光任務(wù)；接下來完成對(duì)衣架的夾緊后，要對(duì)其進(jìn)行送料，在此應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)二維進(jìn)給工作臺(tái)；最后是最重要的，要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)拋光裝置，以配合夾具以及二維工作臺(tái)來對(duì)衣架進(jìn)行自動(dòng)拋光。因此，基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：
1、 為了能對(duì)衣架進(jìn)行拋光，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行夾緊，因此要設(shè)計(jì)一個(gè)專用的夾具；
2、 為了實(shí)現(xiàn)拋光功能，要設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)科工作臺(tái)；
3、 對(duì)自動(dòng)拋光裝置的設(shè)計(jì)。
2 總體方案的設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)方案
圖2-1拋光機(jī)三維圖
2.1.1方案一：
總體結(jié)構(gòu)由衣架夾具、二維工作臺(tái)、拋光部分主軸的升降及旋轉(zhuǎn)。主軸電動(dòng)機(jī)及主軸部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均隨主軸箱垂直運(yùn)動(dòng)，無(wú)相對(duì)移動(dòng)環(huán)節(jié)，傳動(dòng)機(jī)械的布置比較方便，并且易于實(shí)現(xiàn)主軸箱機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)。主軸箱和主軸電動(dòng)機(jī)等較重，上下移動(dòng)不便。
圖2-2（a）方案一
2.1.2方案二：
總體結(jié)構(gòu)與方案一一樣，方案二中，公主軸箱上下移動(dòng)，移動(dòng)部件輕，適用于大尺寸的機(jī)床。單立柱式結(jié)構(gòu)午間，制造比較方便，易于操作。
圖2-2(b)方案二
2.2 總體方案的確定
2.2.1方案對(duì)比
方案一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方便，易于實(shí)現(xiàn)主軸箱機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)，適用于小型的機(jī)床；方案二中需要上下移動(dòng)的部件較輕，制造方便，便于操作，適用于較大尺寸的機(jī)床。
2.2.2方案確定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，加工范圍、生產(chǎn)率、加工精度及經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，本次設(shè)計(jì)的機(jī)床尺寸不是太大，故選用方案一進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3 拋光部分的設(shè)計(jì)
3.1 拋光部分升降系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1.1滾珠絲桿副的介紹
（1）滾珠絲杠副簡(jiǎn)單介紹
滾珠絲杠副是在絲杠與螺母旋合螺旋槽之間放置適當(dāng)?shù)臐L珠作為中間傳動(dòng)體，借助滾珠返回通道，當(dāng)絲杠或螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)，推動(dòng)滾珠沿著滾道導(dǎo)珠管（或圓形返回器）滾道不斷地循環(huán)，從而周而復(fù)始的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此，滾珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，就是以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。滾珠絲杠副在機(jī)械傳動(dòng)中的作用，可以交旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在此設(shè)計(jì)中，選擇絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)的傳動(dòng)方式。
（2）滾珠絲杠的特點(diǎn)
①傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá)85﹪-98﹪，對(duì)機(jī)械小型化，減少啟動(dòng)后的顫動(dòng)和滯后時(shí)間以及節(jié)約能源方面，意義重大；
②運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦系數(shù)幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，啟動(dòng)摩擦力矩與運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力矩的差別很小，故滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)啟動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)無(wú)爬行；
③傳動(dòng)可逆性 滾珠絲杠具有運(yùn)動(dòng)可逆性，但它沒有自鎖性；
④可以預(yù)緊 通過對(duì)螺母施加預(yù)緊力能消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度，但摩擦力矩卻增加不大；
⑤定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可以預(yù)緊等特點(diǎn)，所以滾珠絲杠在工作過程中溫升較小，無(wú)爬行，并可消除軸向間隙和對(duì)絲杠副進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度；
⑥同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)驅(qū)動(dòng)相同的部件或裝備時(shí)，由于反應(yīng)靈敏，無(wú)阻滯，無(wú)滑移，其啟動(dòng)的同時(shí)性，運(yùn)行中的速度和唯一等都具有準(zhǔn)確的一致性；
⑦使用壽命長(zhǎng)；
⑧使用可靠，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
（3） 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)
螺紋滾道型面
滾珠絲杠的螺紋滾道法向截面有單圓弧和雙圓弧兩種不同的形狀，其中單圓弧加工工藝簡(jiǎn)單，但接觸角隨初始間隙和軸向載荷變化而變化，故傳動(dòng)效率、承載能力、軸向剛度不穩(wěn)定。雙圓弧加工工藝較復(fù)雜，但接觸剛度好，摩擦小，有較大的承載能力，預(yù)緊后接觸角基本保持不變，故傳動(dòng)效率、承載能力、軸向剛度都比較穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，傳動(dòng)精度高，性能較好。故橫縱行走部分的滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用雙圓弧滾道型面。
（4） 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方式
滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，對(duì)其施加一定的預(yù)緊力，可消除軸向間隙，以提高滾珠絲杠副的軸向剛度和傳動(dòng)精度。
雙螺母預(yù)緊是利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。
根據(jù)所選的滾珠絲杠副型號(hào)，為墊片式消除間隙。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，接觸剛性好，預(yù)緊可靠，但配磨墊片較麻煩。
（5）絲杠的支承機(jī)構(gòu)
為提高傳動(dòng)剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要，對(duì)傳動(dòng)精度有很大影響。絲杠主要承受軸向載荷，因此，絲杠的軸向精度和剛度要求較高。絲杠的支承結(jié)構(gòu)有以下幾種：
①F—0支承結(jié)構(gòu)：一端固定（F），一端自由（O），如圖3-11：
圖3-11 F—O支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
F—0結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載能力小，軸向剛度低，壓桿穩(wěn)定性較差和臨界轉(zhuǎn)速低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使絲杠受拉伸。適用于短絲杠，垂直絲杠。
②F—S支承結(jié)構(gòu)：一端固定（F），一端浮動(dòng)（S），如圖3-12：
圖3-12 F—S支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
F—S結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是軸向剛度和F—0相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長(zhǎng)度的F—0高，絲杠有熱膨脹的余地，需要保證螺母與兩支承同軸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難。適用于較長(zhǎng)絲杠或臥式絲杠。
③ F—F支承結(jié)構(gòu)：兩端固定，結(jié)構(gòu)如圖3-13：
圖3-13 F—F支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
F—F結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，壓桿穩(wěn)定性好，固有頻率比一端固定的高，可施加預(yù)緊力提高傳動(dòng)剛度，結(jié)構(gòu)和工藝都較復(fù)雜。適用于長(zhǎng)絲杠以及對(duì)剛度和位移精度要求高的場(chǎng)合。
由于拋光部份的絲桿為立式安裝，由三種支承結(jié)構(gòu)對(duì)比可得，在此應(yīng)該選用F-O支承結(jié)構(gòu)，即一端固定、一端自由的支承結(jié)構(gòu)方式。
3.1.2拋光裝置升降系統(tǒng)滾珠絲桿副的選型與校核計(jì)算
（1）滾珠絲桿副的選型
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取絲桿副的導(dǎo)程為，擬選定絲桿為FF型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲桿副，型號(hào)為。絲桿螺母需要特制，形狀如圖3-14。
圖3-14絲桿螺母
（2）滾珠絲桿副的校核
①導(dǎo)軌上切向力估算
按照主軸減速箱及電機(jī)、拋光頭對(duì)導(dǎo)軌切向力來估算，導(dǎo)軌上切向力估算為。
②最大動(dòng)載荷的計(jì)算
以機(jī)構(gòu)最大移動(dòng)速度來計(jì)算，已知絲桿導(dǎo)程。
則此時(shí)絲桿的轉(zhuǎn)速
取滾珠絲杠的使用壽命；
算得絲杠壽命系數(shù)(單位為：)
查表可知運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表取硬度系數(shù)，代入公式，得N。額定動(dòng)載荷為13000N，滿足要求。
③傳動(dòng)效率的計(jì)算
無(wú)預(yù)緊情況下的傳動(dòng)效率:
絲杠螺旋升角
--當(dāng)量摩擦角， 一般，取。
代入公式得
在預(yù)緊情況下的傳動(dòng)效率：
----預(yù)緊系數(shù)，且有
----無(wú)預(yù)緊情況下的正傳動(dòng)效率。
④剛度計(jì)算
滾珠絲杠副的剛度，主要取決于該絲杠副在載荷的作用下，絲杠的軸向變形量與滾珠與滾道間的接觸變形量之和。
a.滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式。固定端采取一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、支承的中心距離約為，查表得，鋼的彈性模量，查表可知滾珠直徑，絲杠底徑
算得
則絲杠截面積
b.計(jì)算絲杠的拉/壓變形量
根據(jù)公式
由開其轉(zhuǎn)矩較小，可忽略不計(jì)，則絲杠在工作載荷的作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量
c.計(jì)算滾珠絲杠與螺紋滾道間的接觸變形量
根據(jù)公式
求得單圈滾珠數(shù)目。該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠總?cè)?shù)為3圈2列，則滾珠數(shù)量，滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力。
根據(jù)公式
算得，因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取。
d.將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度1000mm）
按加工要求，定位精度在±50 um均合格，而絲杠的總變形量為5.013um，小于規(guī)定的定位精度，故符合要求。
查表可知，4級(jí)精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)的變動(dòng)量允許16um，而對(duì)于跨度為450mm的滾珠絲杠，總的變形量，可見絲杠剛度足夠。
⑤壓杠穩(wěn)定性校核
當(dāng)滾珠絲杠在軸向力的作用下，若其軸向力過大或絲杠直徑太小，或支承距離較遠(yuǎn)時(shí)，滾珠絲杠都可能由于壓彎而失去穩(wěn)定性。為了確保滾珠絲杠副的正常工作，進(jìn)行其穩(wěn)定性的校核是非常必要的。
計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷
查表，取支承系數(shù)；由絲杠底徑，算得截面慣性矩
壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)k取2（絲杠垂直安裝），滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值450mm，代入公式(3-8)算得：
遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。
⑥計(jì)算滾珠絲杠螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值與預(yù)拉伸力
a.計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值
擬定溫度變化值，絲杠的線膨脹系數(shù)，滾珠絲杠螺母副的有效行程
其中
——工作行程：；
——安全行程：；
——余程：；
——螺母長(zhǎng)度：
算得
滾珠絲杠螺母副的螺紋長(zhǎng)度
故
b 計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力
已知滾珠絲杠螺紋底徑，擬定溫度變化值
則
經(jīng)過校核，選用的內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲桿副符合要求。
3.1.3拋光裝置升降系統(tǒng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
（1）導(dǎo)軌特點(diǎn)
①滑動(dòng)導(dǎo)軌
滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗震性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在一般的機(jī)床上應(yīng)用最為廣泛，常由鑄鐵件或鑲鋼導(dǎo)軌制成。為了提高導(dǎo)軌的耐磨性和精度，一般都對(duì)導(dǎo)軌表面進(jìn)行淬火,然后磨削加工。
數(shù)控機(jī)床常用塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，減震性好，具有良好的阻尼性和耐磨性，有自潤(rùn)滑作用。目前，塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌有鑄鐵表面淬火-塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌和鑲鋼-塑料導(dǎo)軌兩種。塑料導(dǎo)軌分為注塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上的塑料常用環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。環(huán)氧型耐磨涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基料，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份和固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。這種涂料附著力強(qiáng)，具有良好的可加工性，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工，也有良好的摩擦性和耐磨性，且抗壓強(qiáng)度比聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶要高，固化時(shí)體積不收縮，尺寸穩(wěn)定。特別是在調(diào)整好固定導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的相關(guān)位置精度后，注入涂料，可節(jié)省許多加工時(shí)間，適用于重型機(jī)床和不能用導(dǎo)軌軟帶的復(fù)雜配合表面。
貼塑導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼一層耐磨的塑料軟帶，與之相配合的導(dǎo)軌滑動(dòng)表面經(jīng)淬火和磨削加工。軟帶以聚四氟乙烯為基料，添加合金粉和氧化物制成。塑料軟帶可切成任意大小和形狀，用膠粘劑粘貼在導(dǎo)軌基面上。這類導(dǎo)軌軟帶是用粘貼的方法制成的，故稱為貼塑導(dǎo)軌。聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶被廣泛用于中小型數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌中。作為移動(dòng)部件的工作臺(tái)導(dǎo)軌面（包括下壓板和鑲條）都粘貼有聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。導(dǎo)軌軟帶使用工藝簡(jiǎn)單，首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度Ra3.2μm左右，用汽油或丙酮清洗粘結(jié)面后，用膠粘劑粘合。加壓初固化1~2h后，合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上，施加一定的壓力，并在室溫固化24h后，取下清除余膠，即可開油槽和精加工。
②滾動(dòng)導(dǎo)軌
滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌工作面之間安裝滾動(dòng)體，滾動(dòng)體可以是滾珠、滾柱和滾針，與導(dǎo)軌之間的接觸為點(diǎn)接觸或線接觸，所以，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)就小。動(dòng)靜摩擦系數(shù)基本相同，啟動(dòng)阻力小，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，定位精度高，微量位移準(zhǔn)確，磨損小，精度保持性好，壽命長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是抗震性差，對(duì)防護(hù)要求高。滾動(dòng)導(dǎo)軌尤其是直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，近年來被大量采用，隨著數(shù)控機(jī)床往高速化發(fā)展，線性導(dǎo)軌應(yīng)用越來越廣泛。
③液壓導(dǎo)軌
機(jī)床上使用的液壓導(dǎo)軌主要是靜壓導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌通常在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮起。油壓能隨著外加負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體的摩擦狀態(tài)，所以，靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極小，功率消耗小。這種導(dǎo)軌不易磨損，導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長(zhǎng)。它的油膜厚度幾乎不受速度的影響。油膜承載能力大、剛度高、吸震性好，運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象。靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要過濾效果良好的液壓裝置，制造成本高。
表3-1 部分導(dǎo)軌的特點(diǎn)及應(yīng)用
導(dǎo)軌類型
主要特點(diǎn)
應(yīng)用
普通滑動(dòng)導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌）
1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便
2.未形成完全液體摩擦?xí)r低速易爬行
3.磨損大、壽命低、運(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)
普通機(jī)床、冶金設(shè)備上應(yīng)用普遍
滾動(dòng)導(dǎo)軌
1. 運(yùn)動(dòng)靈敏度高、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，定位精度高
2. 精度保持性好，磨損少、壽命長(zhǎng)
3. 剛性和抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，要求良好的防護(hù)
廣泛用于各種精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械等
動(dòng)壓導(dǎo)軌
1. 速度高（90-600m/min），形成液體摩擦
2. 阻尼大、抗振性好
3. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜供油系統(tǒng)，使用維護(hù)方便
4. 油膜厚度隨載荷與速度而變化，影響加工精度，低度重載易出現(xiàn)導(dǎo)軌面接觸
主要應(yīng)用于速度、高精度要求一般的機(jī)床主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌
1. 摩擦系數(shù)很小，驅(qū)動(dòng)力小
2. 低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好
3. 承載能力大，剛性、吸振性好
4. 需要一套液壓裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難
各種大型、重型機(jī)床、精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)
（2）導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
直線導(dǎo)軌用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，額定負(fù)載比較高，還能承擔(dān)一定扭矩。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌可以分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、彈性摩擦導(dǎo)軌、流體摩擦導(dǎo)軌等種類，用于精度比較高的自動(dòng)化機(jī)械上。
根據(jù)各種導(dǎo)軌的特點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)的需要，我們選擇燕尾形滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌，其兩種類型如下圖：
圖3-15a 凸形
圖3-15b 凹形
燕尾形導(dǎo)軌特點(diǎn)：制造較復(fù)雜，磨損不能自動(dòng)補(bǔ)償，用一根鑲條可調(diào)整間隙，尺寸緊湊，調(diào)整方便。
本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌如下圖:
圖3-16 拋光裝置升降系統(tǒng)導(dǎo)軌
3.1.4拋光裝置升降系統(tǒng)電機(jī)的選用
常用的電機(jī)有：YR系列（IP23）繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)、YH系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)、YC系列電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)。
YR系列電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)子采用繞線型繞組，使電動(dòng)機(jī)能在較小的啟動(dòng)電流下提供較大的轉(zhuǎn)矩，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)速。冷卻方式為IC01， B級(jí)絕緣。適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場(chǎng)所，如壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、拔絲機(jī)等。
YH系列為Y系列（IP44）：轉(zhuǎn)差率高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，機(jī)械特性軟，能承受沖擊負(fù)荷。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用高電阻鋁合金制造。冷卻方式為IC0141，B級(jí)絕緣。適用于傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大和沖擊負(fù)荷以及反轉(zhuǎn)次數(shù)較多的金屬加工機(jī)床。
YC系列電動(dòng)機(jī)：其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修方便。兩個(gè)端蓋式軸承。E級(jí)絕緣，防護(hù)等級(jí)IP44，冷卻方式機(jī)座 號(hào)63以上位IC0141,56以下為IC0041。廣泛應(yīng)用在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備上，如小型機(jī)床，冶金、化工、紡織、醫(yī)療器械及日用品電器。
由設(shè)計(jì)要求可知，升降系統(tǒng)中，絲桿所需要的轉(zhuǎn)速
因此在垂直升降系統(tǒng)中，經(jīng)過初步計(jì)算，所需要的電機(jī)的轉(zhuǎn)速不算太高，但由于要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，所以在此設(shè)計(jì)中我們選用步進(jìn)電機(jī)做為垂直升降系統(tǒng)的電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的分類與特點(diǎn)如下表：
表3-2步進(jìn)電機(jī)的分類和特點(diǎn)
代號(hào)
名稱
特點(diǎn)
BF
磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（反應(yīng)式）
是一種將電脈部信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件，定轉(zhuǎn)子磁路均由軟磁材料制成，只有控制繞組，基于磁導(dǎo)變化而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其性能特點(diǎn)是步距角小，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，斷電時(shí)無(wú)定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率較大
BYG
感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)子為感應(yīng)子式結(jié)構(gòu)形式，也稱混合式，兼顧永磁式和磁阻式兩類電機(jī)優(yōu)點(diǎn)，它具有步距角小，有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率的特點(diǎn)。需要正負(fù)脈沖供電，消耗功率較小，有定位轉(zhuǎn)矩
BY
永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
凡在結(jié)構(gòu)上采用永久磁鋼的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是控制功率小，電磁阻尼大，步距角大，起動(dòng)頻率低，需要正、負(fù)脈沖供電，有定位轉(zhuǎn)矩
BD
電磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
無(wú)需一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需要的專用電源，施加直流電即可工作，控制簡(jiǎn)便，應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中
由于升降系統(tǒng)中要求瞬間頻繁啟動(dòng)、停止，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，所以在此我們選擇使用BYG型（感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）步進(jìn)電機(jī)。
絲桿的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
所以選用步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為70BYG001，四相步進(jìn)電機(jī)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為，滿足設(shè)計(jì)要求。
3.1.5拋光裝置升降系統(tǒng)聯(lián)軸器選用
（1）聯(lián)軸器的型號(hào)特點(diǎn)及介紹：
根據(jù)所選用的電機(jī)的轉(zhuǎn)軸的尺寸、電機(jī)的轉(zhuǎn)速和所需要傳遞的扭矩，可以選擇合適的聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器一般可分為：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器，而撓性聯(lián)軸器又分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性的撓性聯(lián)軸器。
剛性聯(lián)軸器： 剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，可以傳遞很大的扭矩，聯(lián)接剛性強(qiáng)，而且不允許被聯(lián)接轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)軸向和徑向位移，所以除傳遞扭矩外，還可以傳遞軸向力和徑向力。采用剛性聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子可以共用一止推軸承。主要缺點(diǎn)就是被聯(lián)接轉(zhuǎn)子的振動(dòng)相互傳遞彼此影響，一旦發(fā)生振動(dòng)，要查明原因往往較困難。但因?yàn)榫哂袀鬟f功率大和其它一些優(yōu)點(diǎn)，在大功率機(jī)組上得到普遍應(yīng)用。
無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器：這類聯(lián)軸器因具有撓性，故可以補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。但因無(wú)彈性元件，幫不能緩沖減振。無(wú)彈性元件撓性聯(lián)軸器的承載能力大，KC鏈條聯(lián)軸器但不具備緩沖減振性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或正反轉(zhuǎn)時(shí)，有沖擊和噪聲。適用于低速、中載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場(chǎng)合
有彈性元件的撓性聯(lián)軸器：這類聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力。彈性元件所能儲(chǔ)蓄的能量愈多，則聯(lián)軸器的緩沖能力愈強(qiáng)；彈性元件的彈性滯后性能與彈性變形時(shí)零件間的摩擦功愈大。
數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，采用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)接，一般采用聯(lián)軸器直連、齒形同步帶連接或運(yùn)用齒輪相連。在許多場(chǎng)合，因結(jié)構(gòu)上的限制，特別是采用了伺服電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)后，聯(lián)軸器直連便成為電機(jī)與滾珠絲杠最為常見的連接方法。
由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給速度較快，如快進(jìn)、快退的速度有時(shí)高達(dá)20m/min以上，在整個(gè)加工過程中正反轉(zhuǎn)換頻繁。因此我們選用柱銷聯(lián)軸器，柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)。彈性核銷有一定的緩沖和吸振能力，允許被連接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移，適用于正反轉(zhuǎn)變化較多和起動(dòng)頻繁的高低速傳動(dòng)，使用溫度-20～+70℃。
（2）聯(lián)軸器的選用:
由于工作臺(tái)部分在工作過程中正反轉(zhuǎn)頻繁，根據(jù)聯(lián)軸器的特點(diǎn)，我們選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器類別的柱銷聯(lián)軸器，由于絲桿的公稱直徑,絲桿連接聯(lián)軸器處直徑為16mm.
因此，我們選用的聯(lián)軸器的型號(hào)為HL1型柱銷聯(lián)軸器，其允許最大轉(zhuǎn)速為7430n/min，允許最大扭矩為。符合設(shè)計(jì)要求。
3.2 拋光部分主軸的設(shè)計(jì)
方案簡(jiǎn)圖為
圖3-17 主軸方案簡(jiǎn)圖
（1—電機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—輸出主軸）
3.2.1拋光部分電機(jī)的設(shè)計(jì)
（1）電機(jī)類型的選擇：Y型小型三相異步電動(dòng)機(jī)（封閉式），其結(jié)構(gòu)特征為：自扇冷卻、封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵、水滴大量進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部；其用途為：作一般用途的驅(qū)動(dòng)源，即用于驅(qū)動(dòng)對(duì)起動(dòng)性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差率無(wú)特殊要求的機(jī)器和設(shè)備，亦可用灰塵較多、水土飛濺的場(chǎng)所。
（2）傳動(dòng)裝置總效率：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5—1及《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》9.1得：
圓柱齒輪傳動(dòng)效率；
聯(lián)軸器傳動(dòng)效率；
滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率；
總效率；
（3）電機(jī)所需工作功率：
由于使用的是砂布包在主軸上進(jìn)行拋光作業(yè)，在此擬估算磨削力為F=1000N，工作臺(tái)最快進(jìn)給速度，即，工作功率。
電機(jī)所需要的功率
所以選電機(jī)的型號(hào)為：Y80M1-4，其功率為0.55KW，遠(yuǎn)大于所需要的功率，符合要求。其額定轉(zhuǎn)速為1390n/min。
3.2.2拋光部分聯(lián)軸器的選擇
根據(jù)聯(lián)軸器的特點(diǎn)，及由于減速器載荷平穩(wěn)，速度不高，無(wú)特殊要求，考慮裝卸方便及經(jīng)濟(jì)問題，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、制造方便，耐久性好，有一定的緩沖和吸振能力，允許被連接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移。本裝置中最大轉(zhuǎn)速為1390n/min，且拋光作業(yè)時(shí)頻繁起動(dòng)、拋光時(shí)所受的力平穩(wěn)且根據(jù)拋光面的要求，聯(lián)軸器需要一定的吸振能力，這樣拋光面才能符合要求，因此所選的彈性柱銷聯(lián)軸器合適要求。聯(lián)軸器型號(hào)為：HL1柱銷聯(lián)軸器，聯(lián)軸器主動(dòng)端半聯(lián)軸器孔徑為20mm，從動(dòng)端半聯(lián)軸器為20mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度為50mm。
3.2.3拋光部分減速設(shè)計(jì)
(1)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)主軸的轉(zhuǎn)速，因此得到傳動(dòng)比
根據(jù)公式及，且本設(shè)計(jì)中所選的齒輪的模數(shù)一樣，得
兩齒輪的直徑比
①選擇齒輪材料及精度等級(jí)
選用7級(jí)精度
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1初選材料。小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)；齒面硬度為241~286HBS。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度217~255HBS；根據(jù)小齒輪齒面硬度280HBS和大齒輪齒面硬度240HBS，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21d查得齒面接觸疲勞極應(yīng)力為： ，。
②按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
a. 初選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù),由于，算得，取整。初選齒輪模數(shù)為，則有，。
b. 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
則有齒輪上的受力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)。
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本中式10-12得
（2）齒輪的部分尺寸
取齒輪的厚度為20mm。
表3-3 齒輪的部分尺寸
名稱
代號(hào)
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
m
3
3
分度圓直徑
d
63
144
齒頂高
壓力角
20o
標(biāo)準(zhǔn)中心矩
a
103.5
節(jié)圓直徑
齒頂圓直徑
69
150
齒根圓直徑
55.5
136.5
3.2.4拋光部分軸的設(shè)計(jì)
（1）軸上零件的定位，固定和裝配
單級(jí)減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，主動(dòng)軸采用齒輪軸.
（2）估算軸基本尺寸
表3-4 軸基本尺寸
軸的輸入功率（kw）
軸的轉(zhuǎn)速(n/min)
3000
750
50
0.75
20
24
24
（3）由表3.4可知，主動(dòng)軸的直徑尺寸最小為22mm，從動(dòng)軸的直徑最小尺寸為24mm
主動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算：
圓周力
徑向力
軸向力
3.2.5軸承的選用
根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承及滾動(dòng)摩擦軸承兩大類。滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系統(tǒng)小，起動(dòng)阻力小，而且它已標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便，在一般機(jī)器中應(yīng)用廣泛?；瑒?dòng)軸承以其一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在某些不能、不便或使用滾動(dòng)軸承無(wú)優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合占有重要地位。
按軸承用于承受的外載荷不同來分類，滾動(dòng)軸承可以概括地分為向心軸承、推力軸承及向心推力軸承三大類。
滾動(dòng)軸承的類型有：調(diào)心球軸承、調(diào)心滾子軸承、推力調(diào)心滾子軸承、圓錐滾子軸承、大錐角圓錐滾子軸承、推力球軸承、雙向推力球軸承、深溝球軸承、角接觸球軸承、外圈無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承、內(nèi)圈無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承、內(nèi)圈有單擋邊的圓柱滾子軸承、滾針軸承、帶頂絲外球面球軸承。
根據(jù)軸承的特點(diǎn)，本次選用圓錐滾子軸承，從動(dòng)軸直徑最小為24mm，所以從動(dòng)軸上軸承所選的型號(hào)為：30205圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為25mm，厚度為16.25mm；主動(dòng)軸直徑最小為20mm，所以主動(dòng)輪上軸承所選的型號(hào)為:30204，內(nèi)徑為20mm,厚度為15.25mm。其性能及特點(diǎn)是：可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷（30000型以徑向載荷為主，30000B型以軸向載荷為主）；外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙；一般成對(duì)使用。
4 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
4.1 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)調(diào)查，木制衣架總長(zhǎng)一般為360MM-440MM,除去掛勾木制衣架的總寬一般為130MM-160MM，假設(shè)所要拋光的衣架的總長(zhǎng)為440MM，其寬度為160MM，現(xiàn)設(shè)定工作臺(tái)的主要參數(shù)如下：
（1）工作臺(tái)的尺寸為760MM×250MM,加工范圍為700MM×200MM；
（2）X、Y方向的定位精度均為±0.05MM；
（3）工作臺(tái)的空載進(jìn)給最快移動(dòng)速度：，工作臺(tái)的最快進(jìn)給速度：，加減速0.4S。
設(shè)計(jì)的工作臺(tái)形狀如圖4-11。
圖4-11 工作臺(tái)
4.2 工作臺(tái)部件的設(shè)計(jì)及選擇
4.2.1工作臺(tái)滾珠絲桿副支承結(jié)構(gòu)選擇
由于此工作臺(tái)的絲杠為臥式安裝，工作臺(tái)的行程不長(zhǎng)，最快移動(dòng)速度，所需的轉(zhuǎn)速不是很高，但對(duì)剛度和位移精度要求高，綜合比較，在此選用F—F支承結(jié)構(gòu)方式，即兩端固定的支承結(jié)構(gòu)。
4.2.2工作臺(tái)滾珠絲桿副的選型及校核
（1）滾珠絲桿副的選型
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取絲桿副的導(dǎo)程為，擬選定絲桿為FF型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲桿副，型號(hào)為。絲桿螺母需要特制，為了制造上的方便，所用的絲桿螺母與拋光裝置升降系統(tǒng)的一樣，形狀如圖3-14。
（2）滾珠絲桿副的校核
選用的內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲桿副與拋光裝置升降系統(tǒng)使用的絲桿副型號(hào)一樣，且估算導(dǎo)軌上面的移動(dòng)部件（包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電機(jī)、滾珠絲桿副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等）對(duì)導(dǎo)軌的切向力，與拋光裝置升降系統(tǒng)上絲桿的切向力一樣，但由于其工作行程不一樣，因此要對(duì)其剛度、壓杠穩(wěn)定性及目標(biāo)行程補(bǔ)償值與預(yù)拉伸力進(jìn)行校核。
①剛度計(jì)算
滾珠絲杠副的剛度，主要取決于該絲杠副在載荷的作用下，絲杠的軸向變形量與滾珠與滾道間的接觸變形量之和。
a.滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式。固定端采取一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、支承的中心距離約為、，查表得，鋼的彈性模量，查表可知滾珠直徑，絲杠底徑
算得
則絲杠截面積
b.計(jì)算絲杠的拉/壓變形量
根據(jù)公式
由開其轉(zhuǎn)矩較小，可忽略不計(jì)，則絲杠在工作載荷的作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量
c.計(jì)算滾珠絲杠與螺紋滾道間的接觸變形量
根據(jù)公式
求得單圈滾珠數(shù)目。該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠總?cè)?shù)為3圈2列，則滾珠數(shù)量，滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力。
根據(jù)公式
算得，因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取。
d.將以上算出的和代入，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度1000mm）
按加工要求，定位精度在±50 um均合格，而絲杠的總變形量為5.013um，小于規(guī)定的定位精度，故符合要求。
查表可知，4級(jí)精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)的變動(dòng)量允許16um，而對(duì)于跨度為765mm及517mm的滾珠絲杠，總的變形量及，可見絲杠剛度足夠。
②壓杠穩(wěn)定性校核
當(dāng)滾珠絲杠在軸向力的作用下，若其軸向力過大或絲杠直徑太小，或支承距離較遠(yuǎn)時(shí)，滾珠絲杠都可能由于壓彎而失去穩(wěn)定性。為了確保滾珠絲杠副的正常工作，進(jìn)行其穩(wěn)定性的校核是非常必要的。
計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷
查表，取支承系數(shù)；由絲杠底徑，算得截面慣性矩
壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)k取2（絲杠垂直安裝），滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值450mm，代入公式算得：
遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。
③計(jì)算滾珠絲杠螺母副的目標(biāo)行程補(bǔ)償值與預(yù)拉伸力
a.計(jì)算目標(biāo)行程補(bǔ)償值
擬定溫度變化值，絲杠的線膨脹系數(shù)，滾珠絲杠螺母副的有效行程
其中
——工作行程：；
——安全行程：；
——余程：；
——螺母長(zhǎng)度：
算得
滾珠絲杠螺母副的螺紋長(zhǎng)度
故
b 計(jì)算滾珠絲杠的預(yù)拉伸力
已知滾珠絲杠螺紋底徑，擬定溫度變化值
則
經(jīng)過校核，選用的內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式滾珠絲桿副符合要求。
4.2.3工作臺(tái)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
各種導(dǎo)軌的特點(diǎn)如表3-2所示，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，在此設(shè)計(jì)中我們選用燕尾形導(dǎo)軌做為工作臺(tái)的導(dǎo)軌。
工作臺(tái)導(dǎo)軌如圖4-12，圖4-13
圖4-12 工作臺(tái)Y軸導(dǎo)軌
圖4-13 工作臺(tái)導(dǎo)軌滑塊
4.2.4工作臺(tái)電機(jī)的選擇
由于設(shè)計(jì)的為數(shù)控機(jī)床，其工作臺(tái)的移動(dòng)需要用到計(jì)算機(jī)的控制，工作臺(tái)移動(dòng)精度要求較高，再根據(jù)本說明書中表3-3中步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)，在此選用BYG型（感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）步進(jìn)電機(jī)。
絲桿的轉(zhuǎn)矩計(jì)算
T=( F × d0/2 )tan (λ + ρ)=1000 × 3 × tan (λ + ρ) = 1.868 N·m
因此選用的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為90BYG001，四相步進(jìn)電機(jī)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，符合設(shè)計(jì)要求。
4.2.5工作臺(tái)聯(lián)軸器的選擇
由于工作臺(tái)部分在工作過程中正反轉(zhuǎn)頻繁，根據(jù)聯(lián)軸器的特點(diǎn)，我們選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器類別的柱銷聯(lián)軸器，由于絲桿的公稱直徑,絲桿連接聯(lián)軸器處直徑為16mm.
因此，我們選用的聯(lián)軸器的型號(hào)為HL1型柱銷聯(lián)軸器，其允許最大轉(zhuǎn)速為7430n/min，允許最大扭矩為。符合設(shè)計(jì)要求。
5 夾具的設(shè)計(jì)
5.1 需要夾緊的工件形狀及重要參數(shù)
圖5-11 衣架形狀及其重要參數(shù)
5.2 夾具的設(shè)計(jì)
5.2.1夾具的介紹
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過程中。
在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著工件加工的精度、勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等。
根據(jù)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，機(jī)床夾具可分為以下幾大類：
a.通用夾具
已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的可加工一定范圍內(nèi)不同工件的夾具，稱為通用夾具，其結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盤、機(jī)床用平口虎鉗、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái)虎鉗、萬(wàn)能分度頭、頂尖、中心架和磁力工作臺(tái)等。這類夾具適應(yīng)性強(qiáng)，可用于裝夾一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件。這些夾具已作為機(jī)床附件由專門工廠制造供應(yīng)，只需選購(gòu)即可。其缺點(diǎn)是夾具的精度不高，生產(chǎn)率也較低，且較難裝夾形狀復(fù)雜的工件，故一般適用于單件小批量生產(chǎn)中
b.專用夾具
專為某一工件的某道工序設(shè)計(jì)制造的夾具，稱為專用夾具。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，采用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾具的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)、投資較大。
專用夾具一般在批量生產(chǎn)中使用。除大批大量生產(chǎn)之外，中小批量生產(chǎn)中也需要采用一些專用夾具，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
c.可調(diào)夾具
某些元件可調(diào)整或更換，以適應(yīng)多種工件加工的夾具，稱為可調(diào)夾具?？烧{(diào)夾具是針對(duì)通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對(duì)不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個(gè)別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又可分為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。前者的通用范圍比通用夾具更大；后者則是一種專用可調(diào)夾具，它按成組原理設(shè)計(jì)并能加工一族相似的工件，故在多品種，中、小批量生產(chǎn)中使用有較好的經(jīng)濟(jì)效果。
d.組合夾具
采用標(biāo)準(zhǔn)的組合元件、部件，專為某一工件的某道工序組裝的夾具，稱為組合夾具。組合夾具是一種模塊化的夾具。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具。夾具用畢可拆卸，清洗后留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)多次使用，并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)，因此組合夾具在單件，中、小批量多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。
e.拼裝夾具
用專門的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的拼裝零部件拼裝而成的夾具，稱為拼裝夾具。它具有組合夾具的優(yōu)點(diǎn)，但比組合夾具精度高、效能高、結(jié)構(gòu)緊湊。它的基礎(chǔ)板和夾緊部件中常帶有小型液壓缸。此類夾具更適合在數(shù)控機(jī)床上使用。
5.2.2夾具的設(shè)計(jì)
根據(jù)夾具的分類及設(shè)計(jì)中所要夾持的工件的形狀特點(diǎn)可知，我們本次設(shè)計(jì)的夾具類型為：專用夾具。其形狀如下圖：
圖5-21 夾具的形狀
6 升降系統(tǒng)、主軸及工作臺(tái)上鍵的選擇及校核
鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)零件，通常用來實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩，有的還能實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動(dòng)的導(dǎo)向。鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、鍥鍵連接和切向鍵連接。
平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性較好等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。但這種鍵連接不能承受軸向力，因而對(duì)軸上的零件不能起到軸向固定的作用。平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種，普通平鍵和薄型平鍵用于靜連接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)連接。普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（A型）、平頭（B型）及單圓頭（C型）三種。圓頭平鍵（A型）宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好；缺點(diǎn)是鍵的頭部側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中較大。平頭平鍵（B型）是放在用盤銑刀銑出的鍵槽中，因而避免了上述缺點(diǎn)，但對(duì)于尺寸大的鍵，宜用緊定螺釘固定在軸上的鍵槽中，以防松動(dòng)。單圓頭平鍵（C型）則常用于軸端與轂類零件的連接。
半圓鍵連接的優(yōu)點(diǎn)是工藝性較好，裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪轂的連接。缺點(diǎn)是軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，故一般只用于輕載靜連接中。
楔鍵連接的優(yōu)點(diǎn)是在傳遞有沖擊和振動(dòng)的較大轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍能保持連接的可靠性。缺點(diǎn)是鍵楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和偏斜。因此主要用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。
切向鍵連接的特點(diǎn)是工作時(shí)，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩。用一個(gè)切向鍵時(shí)，只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩；當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，必須用兩個(gè)切向鍵。
6.1 升降系統(tǒng)及工作臺(tái)鍵的選擇及校核
6.1.1升降系統(tǒng)及工作臺(tái)鍵的選擇
根據(jù)鍵的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)上的要求，在此本設(shè)計(jì)中升降系統(tǒng)及工作臺(tái)上的鍵選用圓頭普通平鍵（A型）。
表6-1選用的普通平鍵
軸
鍵
鍵槽
公稱直徑d
公稱尺寸b×h
寬度b
深度
半徑r
公稱尺寸
軸t
轂t1
min
max
公稱尺寸
極限偏差
公稱尺寸
極限偏差
>22～30
8×7
8
4.0
+0.20
3.3
+0.20
0.16
0.25
>17～22
6×6
6
3.5
2.8
>12～17
5×5
5
3.0
2.3
由于本設(shè)計(jì)中升降系統(tǒng)及工作臺(tái)上所用的電機(jī)及絲桿的公稱直徑一樣，所以本設(shè)計(jì)中升降系統(tǒng)及工作臺(tái)上所需用的鍵的型號(hào)一樣。
絲桿上鍵型號(hào)：鍵6×32 GB1096-79
電機(jī)端鍵型號(hào)：鍵5×18 GB1096-79
6.1.2升降系統(tǒng)及工作臺(tái)鍵的校核
普通平鍵連接的強(qiáng)度計(jì)算：
根據(jù)公式
σp=2T × 103/k l d≤ [σp]
傳遞的轉(zhuǎn)矩（T = Fy ≈ Fd / 2 ），N·m；
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處h為鍵的高度，mm;
鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵，平頭平鍵，這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm；b為鍵的寬度，mm；
軸的直徑，mm；
鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，Mpa，見表6-2；
表6-2 鍵連接的施用擠壓應(yīng)力、許用應(yīng)力
許用擠壓應(yīng)力、許用應(yīng)力
連接工作方式
鍵或轂、軸的材料
載荷性質(zhì)（Mpa）
靜載荷
輕微沖擊
沖擊
靜連接
鋼
120～150
100～120
60～90
鑄鐵
70～80
50～60
30～45
由上面對(duì)絲桿的校核中可知T升降系統(tǒng)=1.222N·m=1.868N·m。
算得
可得σp升降系統(tǒng)1，σp升降系統(tǒng)2，σp工作臺(tái)1，σp工作臺(tái)1<<[σp]=70Mpa。
所以選擇的鍵符合要求。
6.2 拋光部分上各部件鍵的選擇及校核
6.2.1主軸聯(lián)軸器鍵的選擇
根據(jù)鍵的特點(diǎn)，在此聯(lián)軸器處選用圓頭普通平鍵（A型），由表6.1得,由于主動(dòng)及從動(dòng)端軸的直徑都為20mm，主動(dòng)軸選用的鍵的型號(hào)為:鍵6×32 GB1096-79。
6.2.2主軸聯(lián)軸器鍵的校核
根據(jù)公式
得
得
<<
所以有，所選的鍵符合設(shè)計(jì)要求。
6.2.3拋光機(jī)內(nèi)齒輪鍵的選擇
主動(dòng)軸上裝齒輪部分軸的大小為24mm，從動(dòng)軸上齒輪部分軸的大小為30mm,齒輪厚度為20mm。根據(jù)鍵的特點(diǎn)，選用單回頭平鍵。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，主動(dòng)軸及從動(dòng)軸上應(yīng)該選用的鍵的型號(hào)為鍵C8×16 GB1096-79。
7 機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑
7.1 螺紋聯(lián)接的潤(rùn)滑
螺紋聯(lián)接由螺紋緊固件或被聯(lián)接件的螺紋部分構(gòu)成，如螺釘、螺栓、螺母與管件螺紋連接等。通常要求能圓滑地旋緊、松開并兼有自鎖作用，有的還要求緊密性，對(duì)所加潤(rùn)滑劑要求不高，但長(zhǎng)期固定放置會(huì)陰環(huán)境介質(zhì)及灰塵較多的環(huán)境而變質(zhì)，使金屬腐蝕，因此要求有一定防銹性能，可使用粘度（40°）為20—40mm2/s的防銹潤(rùn)滑油。
表7-1 管件螺紋聯(lián)接用潤(rùn)滑組合物的組成及性質(zhì)
組成物名稱及含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）
改進(jìn)絲扣脂
硅酸絲扣脂
成品性質(zhì)
指標(biāo)
基礎(chǔ)脂（%）
36.0±2.5
20.5±0.5
錐入度25℃,工作后/0.01mm(NLG1號(hào)1)
310—340
硅組合物（%）
12.9±0.3
-18℃l冷卻后 最低
200
硅油（%）
-
2.6±0.2
蒸發(fā)量（100℃,24h）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 最低
2.0
石墨（%）
18.0±1.0
18.0±1.0
分油量（鎳錐，24h ，65.6℃）(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)最大
5.0
鉛粉（%）
30.5±0.6
30.5±06
放氣量（65.6℃,120h）/mL最大
2.0
鋅粉（%）
12.2±0.6
12.2±0.6
水漂溶量 最大
5.0
銅薄片粉（%）
3.2±0.3
3.2±0.3
抗刷性
-18℃適用
7.2 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
滾動(dòng)軸承的參數(shù)：
n－主軸轉(zhuǎn)速（r/min）;
d－軸承內(nèi)徑（mm）；
dm－軸承
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