汽車同步帶模具檢測機(jī)設(shè)計【說明書+CAD】

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摘要近年では抽象的には、科學(xué)技術(shù)、新技術(shù)、新製品、新プロセスの世界の急速な発展は、新材料は、現(xiàn)代自動車は、など幅広いアプリケーションを促進(jìn)するため、大幅に自動車産業(yè)の増加、自動車タイミングベルト技術(shù)を新興さ開発。いくつかの私たちがベルトをさらにようにより良い自動車のタイミングベルト業(yè)界の展望と広いをもたらすとして改善をテストする必要があります問題は登場の生産のタイミングベルト続いて、次開発。ために、今年私たちの國では、同期検出問題の世界標(biāo)準(zhǔn)ベルトのサイズをdetectには、このは、我々の仕事をもたらすベルト型のテストさらにようをには、さらなるテストをするのです。 關(guān)鍵詞 同期ベルト 検査測定機(jī) キーワード 目 錄 第一章 緒論 1 1.1概述 1 1.2設(shè)計要求 6 第二章 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計方案 7 2.1 簡要說明 7 2.2 功能原理方案設(shè)計 8 2.3動力源選取 10 2.4傳動裝置設(shè)計 10 2.5 加載裝置 11 第三章 零部件的選用 11 3.1側(cè)頭 11 3.2電機(jī)的選擇 13 3.3步進(jìn)電機(jī)的計算： 15 3.4導(dǎo)軌 16 3.5定位裝置的選擇 17 3.6滾珠絲杠簡介 18 第四章 軸 20 4.1軸的種類與特點 20 4.2軸的強(qiáng)度校核計算 20 第五章 軸承的計算 35 5.1滾動軸承的分類 35 5.2滾動軸承的代號方法 35 5.3滾動軸承類型的選擇 36 5.4滾動軸承壽命的計算 37 總 結(jié) 39 致 謝 40 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）紙 第一章 緒論 本課題目的是汽車同步帶成型模具測量機(jī)的設(shè)計，帶傳動用于傳遞動力和運(yùn)動,是機(jī)械傳動中重要的傳動形式,已得到越來越廣泛的應(yīng)用并日益起著更為重要的作用。近年來,特別是在汽車工業(yè)、家用電器和辦機(jī)械以及各種新型機(jī)械裝備中使用相當(dāng)普遍?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步,合成材料不斷發(fā)展并迅速地在帶傳動上得到使用,伴隨制帶設(shè)備、工藝水平的持續(xù)提高,使得帶傳動的工作能力顯著增強(qiáng)。為滿足各種用途的需要,品種也不斷增加。從整體上看,我國帶傳動技術(shù)水平仍比發(fā)達(dá)國家落后,傳動帶生產(chǎn)工藝裝備除少數(shù)引進(jìn)和吸收消化外大部分企業(yè)生產(chǎn)能力很大,但設(shè)備陳舊,管理水平低職工素質(zhì)不高,產(chǎn)品質(zhì)量同發(fā)達(dá)國家相比,競爭能力明顯處于劣勢。在保證質(zhì)量的測試手段方面,20世紀(jì)8年代時,日本三星公司一家膠帶專業(yè)生產(chǎn)公司就有近300臺試驗設(shè)備。相對我國,擁有檢測設(shè)備的廠家為數(shù)不多且一般比較落后,這與我國擁有的生產(chǎn)規(guī)模和市場規(guī)模很不相稱。動力消耗、原材料消耗都很大,半成品質(zhì)量差,生產(chǎn)環(huán)境急待改善,勞動生產(chǎn)率低,產(chǎn)品使用壽命短。如農(nóng)業(yè)機(jī)械用V帶使用壽命僅100小時,國外一般超過1000小時。汽車V帶疲勞壽命差距也較大。 因此，我們應(yīng)針對帶傳動行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,切實解決一些基本和關(guān)鍵問題,使同步帶傳動技術(shù)真正為滿足各行業(yè)機(jī)械裝備對同步帶傳動日益增長的需求和提高質(zhì)量的要求服務(wù)。為提高同步帶生產(chǎn)精度,必須嚴(yán)格生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理,并通過采取以下措施來實現(xiàn)。 (1)提高模具的設(shè)計和加工精度。 (2)嚴(yán)格控制各工序的生產(chǎn)參數(shù),如成型的布套厚度和圓周長度、線繩的張力大小、硫化條件以及模脫必須采取冷脫模等。 根據(jù)我國目前的發(fā)展現(xiàn)狀，要想生產(chǎn)出高質(zhì)量的同步帶，很大部分取決于模具的設(shè)計和加工精度。因此，設(shè)計出屬于自己的同步帶模具測量機(jī)，有助于提高我國的同步帶的生產(chǎn)水平，縮小和國外的差距。 1.1概述 在汽車行業(yè)中，從平衡軸經(jīng)過燃料噴射泵到氣門凸輪軸之間的傳動稱為時規(guī)傳動(也稱正時傳動)。目前汽車發(fā)動機(jī)是由多缸汽油機(jī)和多缸柴油機(jī)構(gòu)成的，這種多缸內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟和閉合在多缸之間傳動必須嚴(yán)格地按時間順序動作，即為時規(guī)傳動。本世紀(jì)60年代中期以前，時規(guī)傳動一直是用鏈和齒輪進(jìn)行的。自60年代后期美國通用汽車公司成功地將同步帶應(yīng)用到新發(fā)明的預(yù)置式凸輪軸發(fā)動機(jī)上，以及70年代初期日本將同步帶應(yīng)用到汽車發(fā)動機(jī)上以來，同步帶在汽車工業(yè)中有了很大的發(fā)展，現(xiàn)已成為時規(guī)傳動的首選配件?，F(xiàn)在日本的汽車同步帶銷售額已占膠帶總銷售額的430oCi7，其它發(fā)達(dá)國家的這個比例也相當(dāng)大。我國汽車同步帶的生產(chǎn)和應(yīng)用僅處于開發(fā)試驗階段，與汽車工業(yè)國產(chǎn)化飛速發(fā)展的要求極不相適應(yīng)。如何改變這種被動局面，將會是今后幾年的一個攻關(guān)課題。 在國外現(xiàn)有的和新研制的轎車發(fā)動機(jī)凸輪軸上幾乎全部采用同步帶，某些小型柴油機(jī)上也采用同步帶傳動資料表明，日本的3.0L以下汽車幾乎100%地采用同步帶傳動，歐洲有80%的轎車，美國有40%的轎車也采用同步帶傳動，如英國的Vauxhall,SEAT,Talbo;德國的BMW，Opel，Audi-NSU，Volkswagen；意大利的Fiat，lancia，Sofim；日本的Mitsubishi，Nissan，Toyota，daihatsu，Mazda；；法國的ciyren，Renault，Pengeot，Taibot；美國的Ford等車型均用同步帶。汽車發(fā)動機(jī)同步帶的用量和使用范圍還在不斷擴(kuò)大。近年來，汽車發(fā)動機(jī)用同步帶已由梯形齒向高扭矩、低噪音及長壽命的圓弧齒同步帶方向發(fā)展。國外一些著名的公司如日本的MITSUBISHI、美國的GATES國內(nèi)公司等已研制出結(jié)局為9.525mm的汽車發(fā)動機(jī)用圓弧齒同步帶，并已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。 我國引進(jìn)的的及合資的轎車生產(chǎn)線除廣州的標(biāo)致外，均采用同步帶傳動。“八五”以來，我國自行開發(fā)及改進(jìn)的新型轎車絕大多噢書采用了同步帶。1995年，我國的基本車型將由80年帶后期的約400種發(fā)展到現(xiàn)在近千種，汽車工業(yè)走向國際市場，采用同步帶傳動也就成了必然趨勢。 同時，對我國的同步帶的質(zhì)量也提出了更高的要求，對生產(chǎn)同步帶的模具的精度等也將是一個很大的挑戰(zhàn)。為了能夠生產(chǎn)出合格的模具，相應(yīng)的測量技術(shù)也需要達(dá)到國外的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今信息技術(shù)已經(jīng)成為推動科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的要害技術(shù)。如何用先進(jìn)的信息技術(shù)來提升、改造我國的傳統(tǒng)制造業(yè)，實現(xiàn)生產(chǎn)力跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整，是裝備制造業(yè)面臨的一項緊迫任務(wù)。聞名科學(xué)家錢學(xué)森先生曾指出：“信息技術(shù)包括測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)。測量技術(shù)是要害和基礎(chǔ)?！辈捎眠m度先進(jìn)的信息化數(shù)字測量技術(shù)和產(chǎn)品來迅速提升裝備制造業(yè)水平，是當(dāng)前一個重要的發(fā)展方向。國內(nèi)外許多聞名量儀量具制造廠商在近年來的CIMT展覽會上展示了他們所取得的部分科研成果，所展現(xiàn)的現(xiàn)代測量技術(shù)發(fā)展趨勢和面向市場與用戶、服務(wù)于加工制造現(xiàn)場、測量與加工制造過程融合集成的新動向，值得我們高度重視和密切關(guān)注。 數(shù)字化測量技術(shù)是數(shù)字化制造技術(shù)的一個重要的、不可或缺的組成部分；數(shù)字化測量儀器、數(shù)字化量具產(chǎn)品的不斷豐富和發(fā)展，適合并滿足了生產(chǎn)現(xiàn)場不斷提高的使用要求。 （1）多種數(shù)顯量具——防水?dāng)?shù)顯卡尺:日本三豐、瑞士TESA及我國深圳UMP等公司開發(fā)的防水?dāng)?shù)顯卡尺達(dá)到防水等級IP65；各種數(shù)顯百分表、千分表、數(shù)顯內(nèi)徑表等，并帶有測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理功能及打印輸出。 （2）CNC齒輪測量中心——德國Klingelnberg公司、美國M&；M及Mahr公司的齒輪測量中心，其儀器的測量不確定度可達(dá)2微米，可檢測各種齒輪類零件及各種齒輪刀具；國內(nèi)哈量和精達(dá)開發(fā)的齒輪測量中心，在精度和測量速度方面已經(jīng)接近或達(dá)到國外水平，但在儀器的精度保持性、穩(wěn)定性、尤其是在軟件測量功能方面還有待進(jìn)一步提高。 （3）CCD數(shù)字式對刀儀——Zoller、Kelch等公司CCD數(shù)字式對刀儀系列產(chǎn)品測量過程全自動化，具有刀具治理數(shù)據(jù)庫，能與多臺數(shù)控機(jī)床通訊，自動實現(xiàn)機(jī)床加工位置參數(shù)信息的閉環(huán)反饋。 （4）三坐標(biāo)測量機(jī)——三坐標(biāo)測量機(jī)是數(shù)字化測量儀器的精典產(chǎn)品。國內(nèi)市場的主要供給商有?？怂箍登鄭u（原名B&S前哨）、ZEISS、Mahr、LK、西安愛德華、303所、上量等企業(yè)。三坐標(biāo)測量技術(shù)在采用工程陶瓷、磁力封閉新材料、新結(jié)構(gòu)方面多有進(jìn)展。多測頭的集成，擴(kuò)大了儀器測量功能；多功能、高精度、多坐標(biāo)綜合測量儀，打破了傳統(tǒng)量儀的格局；一臺儀器一次裝卡可完成工件多種幾何參數(shù)的檢測，提高了測量精度和效率。 20世紀(jì)60年代以來，工業(yè)生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，特別是機(jī)床、機(jī)械、汽車、航空航天和電子工業(yè)興起后，各種復(fù)雜零件的研制和生產(chǎn)需要先進(jìn)的檢測技術(shù)與儀器，因而體現(xiàn)三維測量技術(shù)的三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速發(fā)展和日趨完善。 作為近30年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器，三坐標(biāo)測量機(jī)已廣泛地用于機(jī)械制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中。它可以進(jìn)行零件和部件的尺寸、形狀及相互位置的檢測，例如箱體、導(dǎo)軌、渦輪和葉片、缸體、凸輪、齒輪、形體等空間型面的測量。此外，還可用于劃線、定中心孔、光刻集成線路等，并可對連續(xù)曲面進(jìn)行掃描及制備數(shù)控機(jī)床的加工程序等。由于它的通用性強(qiáng)、測量范圍大、精度高、效率高、性能好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接，已成為一類大型精密儀器，故有“測量中心”之稱。 三坐標(biāo)測量機(jī)的出現(xiàn)是標(biāo)志計量儀器從古典的手動方式向現(xiàn)代化自動測試技術(shù)過渡的一個里程碑。三坐標(biāo)測量機(jī)在下述方面對三維測量技術(shù)有重要作用：（1）解決了復(fù)雜形狀表面輪廓尺寸的測量，例如箱體零件的孔徑與孔位、葉片與齒輪、汽車與飛機(jī)等的外廓尺寸檢測；（2）提高了三維測量的精度，目前高精度的坐標(biāo)測量機(jī)的單軸精度，每米長度內(nèi)可達(dá)1um, 以內(nèi)，三維空間精度可達(dá)1um~2um。對于車間檢測用的三坐標(biāo)測量機(jī)，每米測量精度單軸也可達(dá)3um~4um。（3）由于三坐標(biāo)測量機(jī)可與數(shù)控機(jī)床和加工中心配套組成生產(chǎn)加工線或柔性制造系統(tǒng)，從而促進(jìn)了自動化生產(chǎn)線的發(fā)展；（4）隨著三坐標(biāo)測量機(jī)的精度不斷提高，自動化程度不斷發(fā)展，促進(jìn)了三維測量技術(shù)的進(jìn)步，大大地提高了測量效率。尤其是電子計算機(jī)的引入，不但便于數(shù)據(jù)處理，而且可以完成NCN 的控制功能，可縮短測量時間達(dá)90%以上。附表列出了三坐標(biāo)測量機(jī)與傳統(tǒng)方法測量的效率對比。 先進(jìn)制造技術(shù)、各種工程項目與科學(xué)實驗的需要也對三坐標(biāo)測量機(jī)不斷提出新的、更高的要求。從目前國內(nèi)外三坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展情況和科技、生產(chǎn)對三坐標(biāo)測量機(jī)提出的要求看，在今后一段時期內(nèi)，它的主要發(fā)展趨勢可以概括為以下幾方面。 (1) 普及高速測量。質(zhì)量與效率一直是衡量各種機(jī)器性能、生產(chǎn)過程優(yōu)劣的兩項主要指標(biāo)。傳統(tǒng)的概念是為了保證測量精度，測量速度不宜過高。隨著生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快，用戶在要求測量機(jī)保證測量精度的同時，會對CMM的測量速度提出越來越高的要求。而提高測量機(jī)測量速度這一目的，會為CMM帶來以下幾個方面的革新。*測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)及材料的變化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提高剛性，減輕運(yùn)動部件的質(zhì)量；使用輕質(zhì)材料來降低運(yùn)動慣性，即由普通使用的花崗石等傳統(tǒng)材料轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏扰c楊氏模數(shù)之比低的材料、薄壁空心結(jié)構(gòu)等。鋁、陶瓷、人工合成材料在測量機(jī)中獲得了越來越多的應(yīng)用；!高速的動態(tài)性能要求提高動態(tài)補(bǔ)償能力，動態(tài)誤差與測量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動規(guī)程有關(guān)。在研究這些特性的基礎(chǔ)上，既可以改進(jìn)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高控制系統(tǒng)性能，又可以進(jìn)行動態(tài)誤差補(bǔ)償，在實現(xiàn)高速測量的同時保證高精度；"采用非接觸式測頭測量方式，在觸測情況下，由于工件與測頭的接觸速度不能太大，這就給測量速度帶來了很大的限制。掃描測量方式雖比點位測量方式效率高得多，但仍受觸測的限制。采用非接觸測頭，可避免頻繁加速、減速、碰撞等，大大提高測量速度。特別從對可靠性與安全保護(hù)提出更高要求看，非接觸測頭也有很大的優(yōu)越性；#脫機(jī)編程技術(shù)成為一種趨勢，所謂脫機(jī)編程技術(shù)，就是在&"’ 技術(shù)的輔助下，在不上測量機(jī)的情況下，在三維圖形的環(huán)境下完成對測量程序的編制工作。這樣不但能有效地提高測量機(jī)的實際使用效率，也提高了測量程序的編制效率。脫機(jī)編程技術(shù)的應(yīng)用使我們能完全與生產(chǎn)準(zhǔn)備及生產(chǎn)過程同步進(jìn)行測量的準(zhǔn)備工作，從而更可以節(jié)約寶貴的&BB 機(jī)時。 (2) 新材料和新技術(shù)的應(yīng)。為確?？煽扛咚俚臏y量功能，國外十分重視研究機(jī)體原材料的選用，最近在傳統(tǒng)的鑄鐵、鑄鋼基礎(chǔ)上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料。Zeiss、Sheffield、Leitz、Ferranti（英國）、DEA等世界上的主要三坐標(biāo)測量機(jī)制造廠商，大都采用了重量輕、剛性好、導(dǎo)熱性強(qiáng)的合金材料，來制造測量機(jī)上的運(yùn)動機(jī)構(gòu)部件。鋁合金、陶瓷材料以及各種合成材料在三坐標(biāo)測量機(jī)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于新型材料良好的導(dǎo)熱性，所以在發(fā)生溫度分布不均勻時，也能在極短的時間內(nèi)迅速達(dá)到熱平穩(wěn)，將由溫度變化所產(chǎn)生的熱變形減至最低。為此，近幾年引起了廠商的改型高潮，新品種層出不窮。技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)步表現(xiàn)在兩個方面： a、最高運(yùn)動速度達(dá)到15m/s以上； b、環(huán)境溫度要求可降低到20+_4攝示度。 其它一些新技術(shù)，例如磁懸浮技術(shù)也會在測量機(jī)及其他測頭中獲得應(yīng)用。 (3) 控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，測量的目的越來越不能僅僅局限于成品驗收檢驗，而是向整個制造系統(tǒng)提供有關(guān)制造過程的信息，為控制提供依據(jù)。從這一要求出發(fā)，必須要求測量機(jī)具有開放式控制系統(tǒng)，具有更大的柔性。為此，要盡可能利用發(fā)展迅速的新的電子工業(yè)技術(shù)，尤其是計算機(jī)，設(shè)計新的高性近年來，計算機(jī)價格一直在降低，而性能愈來愈好。如果能利用批量生產(chǎn)的價廉而性能高的計算機(jī)模板（例如80386、80486）來設(shè)計專用測量機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，那么就可推出新的價廉而性能高的測量機(jī)控制系統(tǒng)。另外，也可以用復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行緊湊設(shè)計，以求降低成本。 (4) 測量機(jī)測頭的發(fā)展。三坐標(biāo)測量機(jī)除了機(jī)械本體外，測頭是測量機(jī)達(dá)到高精度的關(guān)鍵，也是坐標(biāo)測量機(jī)的核心。與其他各項技術(shù)指標(biāo)相比，提高測頭的性能指標(biāo)難度最大。理想測頭最主要的性能指標(biāo)是測頭接近零件能力的參數(shù)：在同等精度指標(biāo)下，測頭端部的測頭體直徑D與測桿長度L 的長徑比為D/L。其值愈大，其性能愈好。 此外，測量機(jī)測頭的另一個重要趨勢是，非接觸測頭將得到廣泛的應(yīng)用。在微電子工業(yè)中有許多二維圖案，如大規(guī)模集成電路掩模等，它們是用接觸測頭無法測量的。近年來國外光學(xué)三坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展十分迅速。光學(xué)三坐標(biāo)測量機(jī)的核心就是非接觸測量。與發(fā)展非接觸測頭的同時，具有高精度、較大量程、能用于掃描測量的模擬測頭，以及能伸入小孔、用于測量微型零件的專門測頭也將獲得發(fā)展。不同類型的測頭同時使用或交替使用，也是一個重要發(fā)展方向。 (5) 軟件技術(shù)的革新。測量機(jī)的功能主要由軟件決定。三坐標(biāo)測量機(jī)的操作、使用的方便性，也首先取決于軟件，測量機(jī)每一項新技術(shù)的發(fā)展，都必須有相應(yīng)配套的軟件技術(shù)跟上。為了將三坐標(biāo)測量機(jī)納入生產(chǎn)線，需要發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)通信、建模、CAD、實現(xiàn)反向工程的軟件；按樣條函數(shù)、NURBS 等進(jìn)行擬合、建模以及各種仿真軟件也在不斷發(fā)展。此外，加快普及使用通用測量軟件（DMIS）以方便與CAD/CAM 的數(shù)據(jù)交換；同時完善應(yīng)用于不同類型工件之專用測量軟件的開發(fā)和使用，最終形成基于同一種平臺開發(fā)的測量軟件族也成為軟件革新的一種必然趨勢。 可以說測量機(jī)軟件是三坐標(biāo)測量機(jī)中發(fā)展最為迅速的一項技術(shù)。軟件的發(fā)展將使三坐標(biāo)測量機(jī)向智能化的方向發(fā)展，它至少將包括能進(jìn)行自動編程、按測量任務(wù)對測量機(jī)進(jìn)行優(yōu)化、故障自動診斷等方面的內(nèi)容 在國外，主要使用三坐標(biāo)測量機(jī)來測量同步帶，不僅生產(chǎn)廠家較多，系列品種很多，大多數(shù)都有劃線功能。著名的國外生產(chǎn)廠家有德國的蔡司（Zeiss）和萊茨（Leitz）、意大利的DEA、美國的布郎-夏普、日本的三豐等公司。國外機(jī)器的三維測量機(jī)主要有以下特點：a. 絕大多數(shù)機(jī)器總體布局為懸臂式，空間敞開性好，便于安裝大的零件或整車.b. 采用"AutoCAD"’ 和有限元法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)較合理，造型優(yōu)美；c. 專項開發(fā)力量強(qiáng)，專用軟件和附件較多，能滿足更多用戶的特殊需要；d. 移動構(gòu)件多數(shù)用合金鋁材，移動件質(zhì)量盡可能小，做到高剛性、低慣性；e. 配有21項誤差補(bǔ)償軟件，可以廉價地提高機(jī)器精度；f. 配有32位DSP 連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)，它是一種性能優(yōu)于CPU的數(shù)據(jù)信號處理器，是超大規(guī)模集成電路。它除了有較高的運(yùn)算和控制功能外，還有內(nèi)部存儲的許多可供開發(fā)的高級語言程序；g. 絕大多數(shù)機(jī)器采用Renishow 公司（英國）的電測頭，功能齊全，質(zhì)量可靠；h. 配有功能齊全的控制測量軟件、專用和誤差修正軟件；i. 機(jī)器的性能高度穩(wěn)定可靠，使用壽命長；j. 三坐標(biāo)測量機(jī)與計算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)；k. 三坐標(biāo)測量機(jī)技術(shù)近十多年來突飛猛進(jìn)發(fā)展，特別是數(shù)控系統(tǒng)和測量軟件每二三年便更新一代；一系列品種齊全，“三化”（即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化）程度高。 而我國自20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)、研制三坐標(biāo)測量機(jī)以來，也有了很大發(fā)展。國內(nèi)引進(jìn)較多的是:/蔡司（Zeiss）和萊茨（Leitz）、意大利的DEA、美國的布郎-夏普、日本的三豐等公司的產(chǎn)品。而國內(nèi)的生產(chǎn)單位也已經(jīng)有了很大的發(fā)展，主要的生產(chǎn)廠家有中國航空精密機(jī)械研究所、青島前哨英柯發(fā)測量設(shè)備有限公司、上海機(jī)床廠、北京機(jī)床研究所、哈爾濱量具刃具廠、昆明機(jī)床廠和新天光儀器廠等?，F(xiàn)在，我國具有年產(chǎn)幾百臺各種型號三坐標(biāo)測量機(jī)的能力。 國內(nèi)三坐標(biāo)測量機(jī)近十年來發(fā)展也較快，但同國外相比還有一定差距，主要有以下幾方面：系列品種較少，“三化”程度低；新產(chǎn)品開發(fā)周期長，主要原因是元件和材料配套難；機(jī)加工周期長等；產(chǎn)品的穩(wěn)定性較差，特別是電控系統(tǒng)，可靠性較差，故障率較高，壽命相對低，此外軟件功能相對少些，特別是專用軟件更少，與計算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)問題，僅有極少數(shù)測量機(jī)剛剛起步，多數(shù)機(jī)器還沒開始這項工作，有待進(jìn)一步開發(fā)研究。 1.2設(shè)計要求 ① 齒型為ZA，ZB； ② 齒高：ZA為1.91±0.03mm，ZB為2.21±0.05mm； ③ 齒形角：40±1°； ④ 節(jié)距： 9.525±0.02mm； ⑤ 模具軸向長：400——600mm； ⑥ 齒頂圓角和齒根圓角半徑：0.51±0.02mm； ⑦ 模具齒頂圓直徑：100——500mm。 第二章 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計方案 2.1 簡要說明 本課題的目的是設(shè)計一個測量機(jī)，對同步帶的帶齒進(jìn)行精確地測量，此測量機(jī)可以向X,Y和Z三個方向做位移傳動，測量機(jī)對同步帶模具的內(nèi)徑100—500mm之間進(jìn)行了模擬固定，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行檢測。在對同步帶模具測量機(jī)檢測試驗中，評定的參數(shù)有：電機(jī)的選擇，測頭的選定，導(dǎo)軌及絲杠的選擇等，它們是本測試系統(tǒng)的最重要的對象參數(shù)。本課題主要是為了對同步帶模具參數(shù)的檢測，使同步帶在該條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到檢測精度。 機(jī)構(gòu)原理： 機(jī)械系統(tǒng)功能設(shè)計的原理內(nèi)容是構(gòu)思能夠?qū)崿F(xiàn)功能目標(biāo)的解法原理，功能原理設(shè)計首先通過調(diào)查研究確定符合當(dāng)時技術(shù)發(fā)展的明確的功能目標(biāo)，然后進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思尋求新的解法原理并進(jìn)行原理認(rèn)證，最后選擇較為合理的方案。 功能及其分類： 1.功能的描述 十九世紀(jì)四十年代，美國通用電氣公司的工程師邁爾斯首先記住了功能的概念，它和人們常說的共用用途性能和能力等概念既有區(qū)別又有聯(lián)系，功能的描述要正確簡潔，抓住本質(zhì)。不同的功能定義會產(chǎn)生不同的思想設(shè)計和方法，尋求到不同的功能載體，得出完全不同的設(shè)計方案。系統(tǒng)工程常用“黑箱法”來描述功能，對于復(fù)雜的未知系統(tǒng)猶如不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的黑箱，可以利用外部觀測，通過分析黑箱與周圍環(huán)境的聯(lián)系，輸入與輸出，了解其功能特性從而進(jìn)一步探求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理。把待求系統(tǒng)看作黑箱分析比較系統(tǒng)輸入輸出的能量，物料和信號，輸入和輸出的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而確定系統(tǒng)的功能，汽車同步帶模具測量機(jī)，主要是用來檢測汽車同步帶的尺寸，通過試驗對其質(zhì)量給于一個正確的評價，從而提高同步帶的生產(chǎn)精確度，以適應(yīng)現(xiàn)代市場的發(fā)展要求。 2.功能的分類 從不同的角度出發(fā)，功能可以有各種不同的分類。按其性質(zhì)，用途重要程度和邏輯關(guān)系可將功能如下分類： 基本功能與輔助功能 基本功能是產(chǎn)品所具有的用于滿足某種需求的效能也就是產(chǎn)品的用途和使用價值，汽車同步帶模具測量機(jī)主要對同步帶進(jìn)行檢測，以便更進(jìn)一步的對同步帶加深了解。輔助功能是以基本功能并存的，次要的附帶的功能。同步帶模具暫無其輔助功能。 目的功能和手段功能 任一功能的存在都是有目的的，因此任何功能不論是基本功能還是輔助功能都可以視為目的功能，而該目的功能往往又是實現(xiàn)另一目的的手段，相對于另一功能來說，它又是一種手段功能。汽車同步帶模具測量機(jī)其目的功能是對于同步帶的尺寸精確度的提高得以正確的評估，而此目的又是為了提高同步帶發(fā)展進(jìn)步的一種手段。 使用功能和表現(xiàn)功能 使用功能是指產(chǎn)品的實際使用價值。表現(xiàn)功能是在使用功能的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品起美化裝飾作用的功能，它是通過造型設(shè)計來實現(xiàn)的。 必要功能和不必要功能 必要功能是指用戶所需要的功能，包括產(chǎn)品的基本功能和輔助功能，也包括使用功能和表現(xiàn)功能，反之則稱為不必要功能。 2.2 功能原理方案設(shè)計 基于功能原理方案設(shè)計包括原理方案的功能原理分析，功能分解，分功能求解和功能原理方案確定等五項內(nèi)容，就是求取一個最佳的功能系統(tǒng)的解，構(gòu)成一個原理方案，實現(xiàn)所提出的創(chuàng)造目標(biāo)，并滿足周邊的各種限制條件。 一、功能原理分析 任何一個機(jī)械產(chǎn)品的功能目標(biāo)確定后，經(jīng)過功能分析和綜合，就能針對產(chǎn)品的主要功能提出一些原理方案，對于同步帶模具測量機(jī)，總體原理方案可以是主接觸是檢測和非接觸式檢測等。不同的原理方案和加工工藝會有不同的設(shè)備，原理方案還與執(zhí)行功能工藝過程及執(zhí)行元件有著密切的聯(lián)系，尋求作用原理，關(guān)鍵在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，使思維發(fā)散，力求提出較多的解法以便更好的比較選擇。 1.功能分解 產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的總功能稱為產(chǎn)品的總功能，產(chǎn)品的用途不同，其總功能也不同，技術(shù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，難以直接求得滿足功能的原理解?？衫孟到y(tǒng)工程的分解性原理將功能系統(tǒng)按總功能，分功能，功能元進(jìn)行分解，化繁為簡，以便通過個功能元件的有機(jī)組合求得技術(shù)系統(tǒng)解。 功能分解可示為樹狀的功能結(jié)構(gòu)，稱為功能樹，功能樹起源于總功能，按分功能，二級功能求解，末端功能元，功能元是可以直接求解的最小組成單元，多楔帶疲勞試驗機(jī)的功能樹如下所示。 總功能確定后，功能分解可按一下方法進(jìn)行 （1）按解決問題的因果關(guān)系或目的手段進(jìn)行分解。功能樹起源于相當(dāng)于總功能的樹干，實現(xiàn)總功能這一目的所需要采用的全部手段構(gòu)成一級分功能，這些分功能相當(dāng)于樹枝，實現(xiàn)這一級分功能目的的手段又構(gòu)成了二級分功能，構(gòu)成了小樹枝，如此分解，知道分解到可以直接求解的位于樹枝末端的功能元為止。 （2）按照工藝過程的空間順序或時間順序來分解，為了更好的尋求機(jī)械產(chǎn)品的工作原理方案，將機(jī)械產(chǎn)品的總功能分解為比較簡單的分功能是一種行之有效的方法，通過功能分解可使用每個分功能的輸入量和輸出量關(guān)系更為明確，因而可以比較易求得各分功能的工作原理解。 2.分功能求解 分功能求解的基本思路可以簡明的描述為分功能——作用原理——功能載體，作用原理是指在某一功能載體上有某一物理效應(yīng)實現(xiàn)的某一個功能的動作原理，這里的工作原理包括基礎(chǔ)科學(xué)揭示的一般科學(xué)原理和應(yīng)用研究證實的技術(shù)原理，分功能求解的目的是尋求完成分功能的作用原理和功能載體，其主要方法有調(diào)查分析法，創(chuàng)造性方法和設(shè)計目錄法。 （1）調(diào)查分析法 根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，大量查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料調(diào)查分析已有同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點，構(gòu)思滿足分功能要求的作用原理和功能載體，在調(diào)查過程中，調(diào)查面盡可能放寬一點，或許能得到一些新的啟示，例如采用方法學(xué)和生物工程方法，有意識的研究大自然及動植物生態(tài)特點有益于尋求新穎實用的功能解和技術(shù)方案。 （2）創(chuàng)造性方法 創(chuàng)造性方法是指設(shè)計人員憑借個人的經(jīng)驗，智慧，靈感和創(chuàng)造能力，采用智暴法，類比法和綜合法等方法來尋求各種分功能的原理解。 （3）設(shè)計目錄法 設(shè)計目錄是一種設(shè)計信息庫，它把設(shè)計過程中的大量信息有規(guī)律的加以分類，排列和存儲，以便于設(shè)計者查找和調(diào)用。 二、功能原理方案確定 由于每個功能元的解有多個，因此組成機(jī)械的功能原理方案可以有多個功能原理方案的組合，可以采用形態(tài)矩陣就行綜合分析。形態(tài)矩陣學(xué)是一種系統(tǒng)的搜索和程式化求解的分功能組合求解方法，形態(tài)矩陣法是進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)組成和創(chuàng)新的基本途徑，得到多種可行方案后，經(jīng)過篩選，評價可以獲得最佳方案。形態(tài)矩陣法的運(yùn)用步驟如下： （1）通過總體功能分解可以求得若干分功能 這種總功能分解往往要與機(jī)械的工藝動作過程聯(lián)系起來考慮，使分功能的動作能夠用一類的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。 （2）功能分解 這就是要從分功能的性質(zhì)來尋求實現(xiàn)的工作原理，然后從功能原理尋求功能載體。 （3）方案組成 在功能分解和功能求解的基礎(chǔ)上，利用形態(tài)學(xué)矩陣進(jìn)行方案綜合，在全體方案中還必須考慮相容性條件，直接條件等。因此有些方案并無存在價值或價值不大，可以在初步篩選時去除。 （4）方案評價和選擇 由于根據(jù)形態(tài)學(xué)矩陣法所得到的可行方案數(shù)量很大，所以必須先進(jìn)行評估，初評的標(biāo)準(zhǔn)是可以定位新穎性，先進(jìn)性和實用性，把一些不好的先加以篩除，然后用適合該類機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，選擇出綜合最佳的方案。 同步帶模具測量機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣如下 功能分解 1 2 3 4 動力源 汽油機(jī) 柴油機(jī) 電動機(jī) 液壓馬達(dá) 傳動裝置 同步帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動 蝸桿傳動 加載裝置 重物加載 機(jī)械式加載 氣壓加載 液壓加載 表2.1 2.3動力源選取 動力系統(tǒng)是一臺機(jī)器的重要組成部分，只有選取了合適的動力裝置，同步帶模具測量機(jī)才能夠穩(wěn)定的工作充分發(fā)揮其功效，因此首先要選取一個合適的動力裝置。常用的動力源有汽油機(jī)，柴油機(jī)，電動機(jī)，液壓馬達(dá)等。其各自的特點如下： 汽油機(jī)的主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，便于移動，轉(zhuǎn)速高，能很快達(dá)到滿載運(yùn)轉(zhuǎn)，但燃料價格高昂，依然廢氣會造成大氣污染，汽油機(jī)常用于汽車方面。 柴油機(jī)的主要特點是工作可靠，壽命長，便于維護(hù)，但初始成本較高且廢氣會污染大氣，其應(yīng)用較廣。由于汽油機(jī)和柴油機(jī)二者成本均比較昂貴且產(chǎn)生污染氣體，在此疲勞試驗機(jī)中不易采取二者作為動力源。 電動機(jī)初始成本較低，運(yùn)轉(zhuǎn)費用很低，維護(hù)要求較少，功率范圍較廣。由電動機(jī)的以上特點以及結(jié)合疲勞試驗機(jī)的工作情況，選擇電機(jī)作為動力源比較合適。 而電動機(jī)又有著幾種類型，直流的，交流的，同步的，異步的和等。 直流電動機(jī)可通過改變電樞的電阻，電壓或改變磁通進(jìn)行調(diào)速，而交流電動機(jī)通常是不調(diào)速的，需要時則可以通過變頻，變極或轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速。由于試驗中不需要變速，因此應(yīng)該選取交流電機(jī)。 交流電動機(jī)又有同步和異步之分，交流同步電機(jī)的特點是恒轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，提供勵磁的直流電源，價格貴。交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，常用于載荷平穩(wěn)，不易調(diào)速，長期工作的機(jī)器。從二者的比較可以看出，應(yīng)該使用交流異步電機(jī)。 綜上所述，此疲勞試驗機(jī)選取交流異步電機(jī)作為其動力源。 2.4傳動裝置設(shè)計 從電機(jī)出來的動力需要經(jīng)過一傳動裝置將動力傳動所所需的軸上，因此要選取一個適合的傳動裝置。常用的傳動裝置有，帶傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動和絲杠傳動等，各自的特點如下： （1）帶傳動 帶傳動的特點是結(jié)構(gòu)簡單，軸間距里范圍較廣，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，能夠緩沖吸振，有過載保護(hù)，安裝維修技術(shù)不高，成本低，外廓尺寸大，摩擦型有滑動的特點。傳動帶又有不同的類型，有同步帶，平帶，多楔帶，V帶等，不同的傳動帶有不同的使用場合，平帶的運(yùn)用范圍較廣，主要缺點是沒有恒定的傳動比，而同步帶卻有精確的傳動比，不易打滑。多楔帶可以提供較大的摩擦力，常用于大功率的傳動中。由于此疲勞試驗機(jī)工作是需要運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且要有恒定的傳動比，可以優(yōu)先考慮同步帶傳動作為其傳動裝置。 （2）鏈傳動 結(jié)構(gòu)簡單，軸間距范圍大，傳動比恒定，能在惡劣的環(huán)境下工作，工作可靠，作用在軸上的力小，瞬時速度不均勻，不如平帶傳動平穩(wěn)，鏈磨損伸長后易產(chǎn)生震動，掉鏈，常用于重型機(jī)械。再加上其轉(zhuǎn)速較高時容易發(fā)生脫鏈現(xiàn)象和磨損加劇，降低了使用的壽命，故不可選取鏈傳動。 （3）齒輪傳動 齒輪傳動的類型很多，其優(yōu)點是具有恒定的傳動比，但軸間距較小，制造與安裝精度較高，常用于一些重要的傳動中。由于疲勞試驗機(jī)傳動距離較遠(yuǎn)，不能選用齒輪傳動。 （4）蝸桿傳動 傳動比較大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，結(jié)構(gòu)緊湊，軸間距離較小，且制造工藝比較復(fù)雜。由于其軸間距離較小，也不易作為傳動裝置。 比較以上各種傳動裝置，且結(jié)合同步帶模具測量機(jī)的工作情況，由于需要在一個平穩(wěn)的條件下工作，，故選擇絲杠傳動為最佳，傳動裝置為絲杠傳動。 2.5 加載裝置 常用的加載裝置有機(jī)械加載，重物加載，氣壓加載，液壓加載等方式。在此疲勞試驗機(jī)中其加載裝置的主要作用是給測試帶提供一個恒定的張緊力。機(jī)械式加載常用于重型機(jī)械中，氣壓加載和液壓加載也不適用于此處，在這里選擇重物加載最為合適。 綜上所述，此多楔帶疲勞試驗機(jī)應(yīng)該選一交流異步電機(jī)作為其動力源，同步帶傳動作為其傳動裝置，重物加載作為其加載裝置。 第三章 零部件的選用 3.1側(cè)頭 測頭是測量機(jī)的重要組成部分，它是測量機(jī)的關(guān)鍵部件，測頭精度的高低決定了測量機(jī)的測量重復(fù)性。此外，不同零件需要選擇不同功能的測頭進(jìn)行測量。 測頭可分為接觸式和非接觸式（激光等類型）。目前主要用接觸式測頭，接觸式測頭又可分為開關(guān)式（觸發(fā)式或動態(tài)發(fā)訊式）與掃描式（比例式或靜態(tài)發(fā)訊式）兩大類 開關(guān)測頭的實質(zhì)是零位發(fā)訊開關(guān)，以TP6（RENISHAW）為例，它相當(dāng)于三對觸點串聯(lián)在電路中，當(dāng)測頭產(chǎn)生任一方向的位移時，均使任一觸點離開，電路斷開即可發(fā)訊計數(shù)。開關(guān)式結(jié)構(gòu)簡單，壽命長（106~107）、具有較好的測量重復(fù)性（0.35~0.28μm），而且成本低廉，測量迅速，因而得到較為廣泛的應(yīng)用。 掃描式測頭實質(zhì)上相當(dāng)于X、Y、Z個方向皆為差動電感測微儀，X、Y、Z三個方向的運(yùn)動是靠三個方向的平行片簧支撐，是無間隙轉(zhuǎn)動，測頭的偏移量由線性電感器測出。掃描式測頭主要用來對復(fù)雜的曲線曲面實現(xiàn)測量。 非接觸測頭主要分為激光掃描測頭和視頻測頭兩種： 激光掃描測頭主要用于實現(xiàn)較軟材料或一些特征表面進(jìn)行非接觸測量。測頭在距離檢測工件一定距離（比如50mm），在其聚焦點!5mm范圍內(nèi)進(jìn)行測量，采點速率在200點/秒以上。通過對大量采集數(shù)據(jù)的平均處理功能而獲得較高的精度。 視頻測頭進(jìn)一步提高了測量機(jī)的應(yīng)用，使得許多過去采用非接觸測量無法完成的任務(wù)得以完成。一些諸如印刷線路板、觸發(fā)器、墊片或直徑小于0.1mm的孔可采用視頻測頭進(jìn)行測量。操作者可將檢測工件表面放大50倍以上，采用標(biāo)準(zhǔn)的或可變換的鏡頭實現(xiàn)對細(xì)小工件的測量。 根據(jù)設(shè)計的原理方案，在這里我選用激光測頭為同步帶模具測量機(jī)的側(cè)頭，本設(shè)計的側(cè)頭根據(jù)要精度選擇測頭是測量機(jī)觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān)，它是坐標(biāo)測量機(jī)的關(guān)鍵部件，測頭精度的高低決定了測量機(jī)的測量重復(fù)性。此外，不同零件需要選擇不同功能的測頭進(jìn)行測量。 本設(shè)計的側(cè)頭根據(jù)要精度選擇LK-——G30側(cè)頭 同步帶模具測量機(jī)設(shè)計的精度要求為，所以查表選擇側(cè)頭為LK——G30側(cè)頭，尺寸如下： 該測量機(jī)的尺寸精度為 符合設(shè)計的要求所以采用，采樣頻率為：20 50 100 200等 3.2電機(jī)的選擇 電機(jī)的是一種用來進(jìn)行電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置，其運(yùn)行原理基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。 電機(jī)按照其功能可分為，電機(jī)，電動機(jī)，變壓器和特殊用途電機(jī)。其中電動機(jī)由于其使用方便，易于控制，運(yùn)行維護(hù)簡單，種類繁多，能滿足各種不同的需求，因此根據(jù)本課題的需求，我們設(shè)計同步帶測量機(jī)選擇電動機(jī)作為設(shè)計的動力裝置。 電動機(jī)的類型和規(guī)格有很多，有多種不同的分類方法，按其工作原理可分為直流電機(jī)和交流動機(jī)，開關(guān)磁阻電動機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等，交流電機(jī)主要分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)等。直流電動機(jī)通?？梢酝ㄟ^改變電機(jī)電阻，電壓 以改變磁通進(jìn)行調(diào)速，交流電動機(jī)通常是不調(diào)速的，需要時則可通過變頻進(jìn)行調(diào)速。交流電動機(jī)又有同步和異步之分，交流同步電機(jī)通常用于不調(diào)速的低速和大功率機(jī)器。而交流異步電機(jī)常用于載荷平穩(wěn)長期工作的機(jī)器，而步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或線位移的執(zhí)行元件，相當(dāng)于一種多項同步帶電動機(jī)。 所以根據(jù)我們設(shè)計所需在這里我們選用步進(jìn)電機(jī)為同步帶模具測量機(jī)的動力裝置。 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)： 電機(jī)固有步距角：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING? TORQUE）：是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的一些特點： 1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 4．步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻。 3.3步進(jìn)電機(jī)的計算： 根據(jù)設(shè)計要求同步帶的節(jié)距為9.952±0.02mm = 175.624kg m電磁吸盤為標(biāo)準(zhǔn)件= 轉(zhuǎn)臺的質(zhì)量為 （取摩擦系數(shù)） 轉(zhuǎn)臺動轉(zhuǎn)矩.mm=900N.cm 靜轉(zhuǎn)矩=1.5動轉(zhuǎn)矩=1.5X900N=1500N 所以根據(jù)尺寸要求查得步進(jìn)電機(jī)型號為11303YG50D。 外型圖： ? ? ? 序號 型號 步距角 （度） 電壓 （V） 電流 （A） 電阻 （Ω） 靜轉(zhuǎn)距 (kg.cm) 轉(zhuǎn)動慣量 (kg.cm2) 外形尺寸 L L1 D1 D2 鍵 3 110BYG550D 0.72 130 5 1.2 150 15 201 52 16 56 5*25 此步進(jìn)電機(jī)對應(yīng)的弧長 模具測量機(jī)的節(jié)距為9.525±0.02mm >0.0028mm 所以此步進(jìn)電機(jī)滿足設(shè)計所需的要求。 3.4導(dǎo)軌 導(dǎo)軌的類型特點及其應(yīng)用 導(dǎo)軌是機(jī)械的關(guān)鍵部件之一，其功用是導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌性能好壞將直接影響機(jī)械工作質(zhì)量承載能力和壽命。 導(dǎo)軌按運(yùn)動軌跡可分為直線運(yùn)動和圓運(yùn)動導(dǎo)軌；按運(yùn)動性質(zhì)可分為高速運(yùn)動導(dǎo)軌，如機(jī)床主運(yùn)動導(dǎo)軌，壓力機(jī)滑塊導(dǎo)軌；低速運(yùn)動導(dǎo)軌，如機(jī)床進(jìn)給導(dǎo)軌；移置導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌只用于調(diào)整位置，工作中不移動。按受力情況有開式和閉式導(dǎo)軌。根據(jù)導(dǎo)軌的特點和設(shè)計的需求我選用普通滑動導(dǎo)軌（中國設(shè)計大典3 1593頁） 特點；結(jié)構(gòu)簡單使用維修方便；沒有形成完全液體摩擦，動靜摩擦系數(shù)差較大，低速易爬行；磨損大，壽命低。金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動場合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動高效耐用， 導(dǎo)軌在我們的日常生活中的應(yīng)用也是很普遍的，如滑動門的滑糟、火車的鐵軌等等都是導(dǎo)軌的具體應(yīng)用。還有就是導(dǎo)軌可以用于任何需要帶滑動滑動的機(jī)器或設(shè)備上面，如有用于電梯導(dǎo)軌，還有就是窗簾上有時也會用到它 導(dǎo)軌的計算 根據(jù)圖可知導(dǎo)軌承受的力為 軸承 磁吸盤 支架電機(jī) 軸承的總質(zhì)量約為100kg即 所以根據(jù) （FA工廠用自動化零件373）查得導(dǎo)軌為直線導(dǎo)軌類型為SVR型導(dǎo)軌。 3.5定位裝置的選擇 首先定位夾緊裝置一般有，三爪卡盤，V形塊，磁盤等在這里根據(jù)我們設(shè)計所需我就從中選擇這幾種進(jìn)行比較分析一下。 V型塊是兩個平面的組合定位，不能用分析單一表面的定位元件的定位基準(zhǔn)方法來分析其定位基準(zhǔn)。例如，工件以一面兩孔定位是常用定位元件為一面兩銷，兩銷的中心連線常作為工作的垂直連心線方向的位置要求的定位基準(zhǔn)，并不是以某一銷中心線或外圓面作其定位基準(zhǔn)的。活動Ｖ形塊作為一種比較特殊的夾具元件 ,在儲多外圓定位類夾具中廣泛使用 ,在具體功能上往往兼起定位和夾緊作用。從定位方面看 ,活動Ｖ形塊一般和其他定位元件一起組合使用特點：1.方便簡單，成本低廉，是機(jī)械加工設(shè)備常用的附件。不需要專用夾具。2.一般與壓板和螺栓結(jié)合起來使用。3.再輔以擋鐵等夾具就可以很快地對零件進(jìn)行定位和固定。特別是對于回轉(zhuǎn)體零件效果最好。 三爪卡盤的優(yōu)缺點：定心簡便準(zhǔn)確，有廣泛的通用性，夾緊方便可靠。但是有一定的局限性，不能定位要加工的中心不在毛坯或半成品中心的零件。 永磁磁吸盤：永磁吸盤是通過改變磁能路徑的方式來實現(xiàn)吸放的，它需要一定的外力來改變鋼板的位置，使磁力線短路或開放。吸力越大，則需要的外力也越大。它的優(yōu)點是，基本上不耗能，停電對它沒有影響，安全性高。 根據(jù)以上的介紹和分析，同步帶模具測量機(jī)的定位夾緊選擇永磁吸盤為定位裝置，因為三爪卡盤和V形塊定位容易傷到同步帶的外齒，所以不合理，而永磁吸盤則不影響同步帶的檢測。所以選擇永磁吸盤為定位裝置。 根據(jù)同步帶的尺寸和質(zhì)量查得： ·可安裝在旋轉(zhuǎn)研磨機(jī)器使用 ·適合較小機(jī)較薄的工件，精密研磨 ·殘留磁性低，可提升薄工件的研磨 ·可適度的調(diào)整磁力強(qiáng)弱 206 型號Model 主要尺寸 mm Dimension 凈重N.W(kg) A B C D E F G H I 206-1 XM51 125 125 80 2.5(1+1.5) 2 112 10 M6 20 58 5.3 206-2 XM51 160 160 115 2.5(1+1.5) 2 140 10 M8 20 58 8.4 206-3 XM51 200 200 155 2.5(1+1.5) 2 180 10 M10 20 58 14 206-4 XM51 250 250 205 2.5(1+1.5) 2 224 10 M10 20 58 22 206-5 XM51 300 300 255 2.5(1+1.5) 2 260 10 M10 20 58 34.5 206-6 XM51 400 400 355 2.5(1+1.5) 2 350 10 M10 20 58 55 206-7 XM51 500 500 455 2.5(1+1.5) 2 440 10 M12 20 58 78 206-8 XM51 600 600 555 2.5(1+1.5) 2 550 10 M12 20 58 120 根同步帶的最大尺寸為500mm， 所以我們選擇的的磁盤型號為XM51 600. (http://www.cilixipan.com/cpgg3.htm) 3.6滾珠絲杠簡介 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。 1)與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動,所以能得到較高的運(yùn)動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2)高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3)微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4)無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實際用于機(jī)械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。 5)高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動)。 絲杠的計算： 規(guī)定的穩(wěn)定安全因數(shù)為3~5. =3.234 3 〈 3.234〈5 符合絲杠的選擇要求 所以查的絲杠型號為MTSLH（FA工廠自動化用零件 481頁） 第四章 軸 4.1軸的種類與特點 軸是組成機(jī)械的一個重要零件。它支撐著其他轉(zhuǎn)動件回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩。同時又通過軸承和機(jī)架連接，所有軸零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了一個以軸為基準(zhǔn)的組合體——軸部件。所以在軸的設(shè)計中，不能只考慮軸本身，還必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。軸按承受載荷不同可分為轉(zhuǎn)軸，心軸與傳動軸，此疲勞試驗機(jī)既承受彎矩又承受扭矩。故此主動軸為轉(zhuǎn)軸。按形狀又可分為階梯軸，空心軸等。軸的常用材料 軸的材料種類很多設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強(qiáng)度，剛度，耐磨度等要求為采用的熱處理方式。同時考慮到選工藝問題加以選用為求經(jīng)濟(jì)合理。軸的采用材料35,45.50優(yōu)質(zhì)碳素鋼。最常用的是45剛。同步帶模具測量機(jī)的軸的材料均選為45號鋼。 4.11軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定于受載情況，軸零件的布置和固定方式。軸承的類型和尺寸，軸的主坯制造和裝配工藝及安裝，運(yùn)輸條件。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減小應(yīng)力緩沖，受力合理，有良好的工藝性并使軸的零件定位可靠，裝拼方便，對于要求剛度大的軸還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。由于影響軸的因素較多，顧軸不可能有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，必須根據(jù)情況具體分析比較，確定方案。 4.2軸的強(qiáng)度校核計算 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體負(fù)載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對于僅僅（主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算；對于只承受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行計算；對于既受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計算。需要時還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： （3-20） 式中 ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力MPa T——軸所受的扭矩N`mm ——軸的抗扭截面系數(shù) n——軸的轉(zhuǎn)速r/min p——軸傳遞的功率kw d——計算載面處軸的直徑mm 由此可得 （3-21） 對于直徑d100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%-7%。有兩個鍵槽時應(yīng)增大10%-15%然后將軸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。 故可取 表4.2 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn /MPa 15-25