直線銑床總體布局與進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

直線銑床總體布局與進給傳動系統(tǒng)設(shè)計,直線,銑床,總體布局,進給,傳動系統(tǒng),設(shè)計 本 科 畢 業(yè) 論 文 題目 直線銑床總體布局與進給傳動系統(tǒng)設(shè)計 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 二O一五年四月十四日 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1 課題的來源及研究目的和意義 1 1.2 直線銑床的現(xiàn)狀及趨勢 3 1.3 直線銑床進給傳動系統(tǒng)的方案分析 4 1.3.1 機械結(jié)構(gòu)分析 6 1.3.2 機械結(jié)構(gòu)總體方案和布局 9 2 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 12 2.1滾珠絲杠的設(shè)計 14 2.2滾珠絲杠副傳動法面截形，循環(huán)方式等的確定 16 2.3滾珠絲杠的預(yù)緊 17 2.4滾珠絲杠選取與校核 20 3 滾動軸承的選取與計算 20 3.1 滾珠絲杠受力分析 21 3.2 計算軸承壽命 21 3.3 當(dāng)量載荷 21 4 手輪選取及設(shè)計計算 22 5 聯(lián)軸器的選取 22 6 進給系統(tǒng)精度校核 22 6.1支承滾珠絲杠軸承的變形 23 6.2支承滾珠絲杠軸承的軸向變形 24 結(jié) 論 25 致 謝 26 參 考 文 獻 27 摘 要 近年以來，隨著我國經(jīng)濟的高速增長，機械設(shè)備在機械工業(yè)中的地位也日益顯著，當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計算機在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用。一個較完善的機電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的CNC系統(tǒng)這類典型機電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。 進給系統(tǒng)作為機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。從一開始為了滿足加工簡單的零件而設(shè)計的直線運動工作臺，到現(xiàn)在為了實現(xiàn)多工位加工而制造的分度工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺等。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，也為了環(huán)境的要求，工作臺的驅(qū)動裝置從原來的機械驅(qū)動變?yōu)橐郝抿?qū)動，現(xiàn)在更多的采用了氣動裝置，更好的保護了環(huán)境，節(jié)約了資源。由于進給系統(tǒng)是一臺機床的最重要的組成部分，因此世界各國都有對其進行研究，我國在機床的進給系統(tǒng)方面的研究開發(fā)方面也取得了長足的進步。目前工作臺的種類繁多，傳統(tǒng)的工作臺只能安裝在某一指定機床上，伴隨著科技的與時俱進，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的功能性方向發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在加工中心和鏜床等機床上。并且目前部分工作臺還可以作為機床的第四回轉(zhuǎn)軸，大大提高了機床的性能。例如：可傾回轉(zhuǎn)工作臺，它可以實現(xiàn)用于數(shù)控機床和加工中心機床上，可利用原機床的兩個控制坐標(biāo)控制轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)和傾斜，也可直接利用本轉(zhuǎn)臺配套的數(shù)控裝置與機床聯(lián)接完成所需的工作循環(huán)。它可以完成任意角度的孔、槽、平面類機械加工，以及曲線、凸輪等的加工，并可達到較高的精度另外也可用于非數(shù)控鉆、銑鏜類機床上，獨立完成等分和不等分的角度分度工作。國外進給傳動系統(tǒng)的功能與我國所生產(chǎn)的機床的進給傳動系統(tǒng)的功能基本相似，但是在其精度方面，國外的一些公司所生產(chǎn)的機床的進給傳動系統(tǒng)要略高于我國所生產(chǎn)的機床的進給傳動系統(tǒng)。 因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此直線銑床進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計具有重要意義，我們要借助時代的步伐，與時俱進，開拓創(chuàng)新，使我國成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強國。 關(guān)鍵詞：進給傳動系統(tǒng) ；加工 ；機床 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.umatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced. The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer auger,This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other . Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Key word: pneumatic manipulator ；cylinder ；pneumatic loop ；Four degrees I 1 緒 論 1.1 課題的來源及研究的目的和意義 本設(shè)計所設(shè)計的直線銑床總體布局與進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計，在本論文里，采用了低摩擦的直線滾動導(dǎo)軌和精密的絲杠，它的工作原理是通過搖動X軸和Y軸的手輪來使直線銑床工作臺實現(xiàn)了橫向和縱向移動。進給傳動系統(tǒng)的自動化能大大減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)效率。本設(shè)計的直線銑床進給系統(tǒng)可以輕松實現(xiàn)對機床的控制，使機床的加工范圍擴大，精度和可靠性進一步提高。 通過對直線銑床進給系統(tǒng)的設(shè)計，能夠正確運用機床傳動系統(tǒng)等課程的基本理論個有關(guān)知識學(xué)會設(shè)備改造方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算；通過對設(shè)備改造的機械部分設(shè)計，掌握設(shè)備典型零件的計算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；通過設(shè)備的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計，掌握簡單的系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計的基本方法；通過課程設(shè)計，初步樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)自己分析問題和解決問題的能力；提高自己應(yīng)用手冊、標(biāo)準以及編寫文件等資料的能力。 在本設(shè)計中著重介紹了如何對直線銑床進給系統(tǒng)進行設(shè)計，對導(dǎo)軌、絲杠、手輪等方面進行了深入的分析。 在本設(shè)計中著重介紹了如何對直線銑床的進給系統(tǒng)進行設(shè)計，對導(dǎo)軌、絲杠選用和數(shù)控控制電路的設(shè)計和其控制程序的編制等方面進行了深入的分析。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 ：數(shù)控銑床品種繁多，規(guī)格不一，可按通用銑床的分類方法分為以下3類： 數(shù)控立式銑床：數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。目前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，一般可進行三軸聯(lián)動加工。 臥式數(shù)控銑床：臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面。 為了擴大加工范圍和擴充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)臺的方式來實現(xiàn)四軸和五軸聯(lián)動加工。這樣既可以加工工件側(cè)面的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓，又可以實現(xiàn)在一次裝夾中通過轉(zhuǎn)臺改變零件的加工位置也就是通常所說的工位，進行多個位置或工作面的加工。 立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床：這類銑床的主軸可以進行轉(zhuǎn)換，可在同一臺數(shù)控銑床上進行立式加工和臥式加工，同時具備立、臥式銑床的功能。 銑床是用銑刀進行切削加的機床,銑床的加工情況如圖1-1所示。在銑床上，用不同銑刀可以對平面、斜面、溝槽、臺階、T形槽、燕尾槽等表面進行加工，另外配上分度頭或回轉(zhuǎn)臺還可以加工齒輪、螺旋面、花鍵軸、凸輪等各種成型表面。故銑床的萬能性強，應(yīng)用范圍很廣。銑床的主參數(shù)是工作臺面寬度及長度。圖1-1 銑床上的典型工作銑床的工藝特點如下： （1）銑床的主軸帶動銑刀作旋轉(zhuǎn)主運動； (2)銑刀是多齒、多刃連續(xù)進行切削； (3)多數(shù)銑床由工作臺帶動工件作直線進給運動； (4)銑刀在切削時，每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的，同時參加切削的齒數(shù)是變化的，每個刀齒的切削厚度也是變化的，因此容易引起機床振動； (5)銑削時，銑刀同時參加切削的齒數(shù)較多，便于采用較大的銑削速度和進給給量，因而生產(chǎn)效率高。我國的數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時期。也是由封閉型系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時期。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上（包括核心技術(shù)），已達到國外先進水平。目前，已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80種。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。 1.2直線銑床的現(xiàn)狀及趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、制造技術(shù)的進步和人類生活水平的提高，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種的多樣化的要求趨勢日益增強。中、小批量生產(chǎn)的比例明顯增加，對數(shù)控機床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市場能提供不同加工需求，能迅速高效、低成本地構(gòu)筑面向用戶的控制系統(tǒng)，并大幅度地降低維護和培訓(xùn)的成本，同時還要求具有網(wǎng)絡(luò)功能，以適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和定單的生產(chǎn)組織和管理模式。為此，近10年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運而生，發(fā)展很快。目前正朝標(biāo)準化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。就體系結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致分為4種類型：傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)、“PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)、“嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控統(tǒng)、開放式數(shù)控系統(tǒng)。特別是進入20世紀90年代以來，隨著國際上計算機技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正在不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就。目前外數(shù)控機床的性能正朝著高速化、高精度、高效率、高柔性、高自動化、高可靠性、智能化、復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、開放式體系結(jié)構(gòu)等方向迅速發(fā)展這將對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求?！笆濉逼陂g,我國機械制造行業(yè)必須瞄準國際數(shù)控機床發(fā)展的科學(xué)前沿,開拓創(chuàng)新,消化吸收國外先進技術(shù),開創(chuàng)我國數(shù)控機床設(shè)計和制造技術(shù)的新局面。 1.3 直線銑床工作臺的方案分析 1.3.1機械結(jié)構(gòu)分析 機械工業(yè)是一個國家的重要產(chǎn)業(yè)，機械工業(yè)的發(fā)展無時不刻都在影響著國家經(jīng)濟的發(fā)展，人類的進步離不開機械工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進技術(shù)影響的同時，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經(jīng)成為現(xiàn)實。在新的市場需求的推動下，對直線銑床進行改良和優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。 本課題是設(shè)計一種直線銑床總體布局與進給傳動系統(tǒng)，此工作臺可以在X,Y軸兩個方向自由移動，由人工通過搖動手輪控制，人們只需要搖動手輪，即可實現(xiàn)工作臺在任意位置的停止，可以實現(xiàn)將工件移動到指定的位置，為加工提供方便。 由于為了進給機構(gòu)可以實現(xiàn)多種方案，本課題平移、升降裝置采用手輪驅(qū)動滾珠絲桿的方式來帶動工作臺的平移，現(xiàn)提供以下設(shè)計方案： 滾滾絲桿 工作臺 聯(lián)軸器 手輪 圖1 進給機構(gòu)方案 此種方案為傳統(tǒng)的的進給機構(gòu)設(shè)計方案，此種方案滾珠絲桿螺母副通過聯(lián)軸器固結(jié)，絲桿螺母裝在滾珠絲桿上面，保持滾珠絲桿與工作臺通過螺紋連接，，這種方法由于滾珠絲桿動，從而帶動絲桿螺母轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)工作臺的平移，可以做X、Y方向的移動，從而實現(xiàn)銑床工作臺的快速進給。此種方案結(jié)構(gòu)簡潔，造價低廉，定位精準，可靠，符合此次設(shè)計的要求，因此此種方案雖然是傳統(tǒng)的設(shè)計方法，但切合實際，我們優(yōu)先考慮。 圖3 直線銑床工作臺大體布局圖 1.3.2機械結(jié)構(gòu)總體方案和布局 本課題選用的是滾珠絲杠螺母副。因為滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機構(gòu)，在數(shù)控機床上得到廣泛應(yīng)。它的傳動特點是在具有螺旋槽的絲杠螺母之間裝有滾珠作為中間傳動元件。當(dāng)絲杠和螺母相對運動時，滾珠沿絲杠螺旋槽滾道滾動，因此絲杠和螺母之間基本上為滾動摩擦。并且滾珠絲杠螺母副的動（靜）摩擦系數(shù)相差極小，配以滾動導(dǎo)軌，起動力矩很小，運動靈敏，低速時不會出現(xiàn)爬行。滾珠絲杠螺母機構(gòu)是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互動的傳動裝。它具有以下優(yōu)點: （1） 摩擦損失小、傳動效率高傳動效率可達92%--96%，是普通絲杠傳動的3～4倍，而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩僅為滑動絲杠螺母機構(gòu)的25%。 （2）運動平穩(wěn)，摩擦力小、靈敏度高、低速時無爬行由于主要存在的是滾動摩擦，不僅動、靜摩擦因數(shù)都很小，且其差值小，因而啟動轉(zhuǎn)矩小，動作靈敏。 （3）軸向剛度高、反向定位精度高由于可以完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實現(xiàn)滾珠的預(yù)緊，因而軸向剛度高，反向時無空行程，定位精度高。 4）滾珠絲杠螺母副主要零件均經(jīng)過熱處理，其滾面的硬度值可達602HRC，因而耐磨性好，壽命長，精度穩(wěn)定性好。 （5）磨損小、壽命長、維護簡單使用壽命是普通滑動絲杠的4～10倍。 （6）傳動具有可逆性、不能自鎖由于摩擦因數(shù)小、不能自鎖，因面使該機構(gòu)的傳動具有可逆性，可以把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，還可以把直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。由于不能自鎖，在作垂直運動時應(yīng)附加裝或防止逆轉(zhuǎn)的裝置防止工作臺因自重而下降。因為滾珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副相比有這么多的優(yōu)點，因此，本題目選用滾珠絲杠螺母副。 2 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1滾珠絲杠的設(shè)計 滾珠絲桿具有以下特點： (1)傳動效率高 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動滾珠絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給。 （2）高精度 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進行預(yù)拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命同步性好由于運動平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很性與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 一般來說滾珠絲杠在工作中應(yīng)該預(yù)緊以提高絲杠的剛度，從而提 高傳動精度，但在本機械系統(tǒng)中由于絲杠所承受的彎矩很小，所以我覺得沒必要進行預(yù)緊，所以安裝方式是一端固定一端游動的形式。X軸向的工作臺與其上面所安裝的機械結(jié)構(gòu)重力約10N，焊槍在焊接時由于電流作用與工件之間的相互吸引力約2N。 2.2滾珠絲杠副絲杠副傳動法面截形，循環(huán)方式等的確定 查《機械傳動設(shè)計手冊》，根據(jù)滾珠絲杠副螺紋滾道法面截形、參數(shù)和特點的比較選擇如下： （1）確定選擇螺紋滾道法面截形為單圓弧，參數(shù)公式見表8.2-11，接觸角為=45°。其特點是：磨削滾道的砂輪成形簡便，可得到較高的加工精度。有較高的接觸強度，但比值/小，運行時摩擦損失增大。接觸角α隨初始間隙和軸向載荷的大小變化，為保證α=，必須嚴格控制徑向間隙。圖示如圖2 圖2 單圓弧法面截形 （2）單圓弧法面截形要求消除間隙和調(diào)整預(yù)緊必須采用雙螺母結(jié)構(gòu)。 （3）根據(jù)機床的特點，選用內(nèi)循環(huán)浮動式反向器，其特點是徑向尺寸小，循環(huán)通道短，摩擦損失小，傳動效率高。 2.3 滾珠絲杠的預(yù)緊 滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有要求，以保證其反向傳動的精度。我們通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊方式（圖3） 圖3 雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊示意圖 雙螺母預(yù)緊的結(jié)構(gòu)通常有三種： 1.墊片調(diào)隙式(圖4) 圖4 墊片調(diào)隙式 調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。為便于調(diào)整，墊片常制成剖分式。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛度高；但調(diào)整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預(yù)緊。適用于高剛度重載傳動。 2.螺紋調(diào)隙式(圖5) 圖5 螺紋調(diào)隙式 調(diào)整方式：調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。 特點：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便；但準確性差，且易于松動。用于剛度要求不高或需隨時調(diào)節(jié)預(yù)緊力的傳動。 3.齒差調(diào)隙式(圖6) 圖6 齒差調(diào)隙式 調(diào)整方式：螺母1、2的凸緣上有外齒，分別與緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈3、4嚙合，其齒數(shù)風(fēng)別為Z1和Z2，且Z2=Z1+1。兩個螺母向相同方向同轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，調(diào)整軸向位移量為：(Ph—導(dǎo)程)。 特點：能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，用于高精度的傳動機構(gòu)。 本設(shè)計中將采用的是雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動螺旋副來消除間隙。 墊片調(diào)整式有結(jié)構(gòu)比較簡單，裝卸方便，剛度高的特點。 2.4滾珠絲杠選取與校核 （1） 初始條件 本設(shè)計的軸向進給長度大于徑向進給結(jié)構(gòu)，只校核軸向進給結(jié)構(gòu)用的絲杠如下： 由本設(shè)計要求可知，估算工作臺的重量和安裝在工作臺上面的電磁夾具給絲杠的平均工作載荷Fm=4000N，最大軸向行程420 mm，取用絲杠的工作長度為672mm，有效滾道長度是500mm。 兩支承間最大距離為：575mm平均轉(zhuǎn)速100r/m使用壽命Lh=15000h,Ra為58-62HRC,要求傳動精度±0.03mm，螺桿材料為：50Mn， 高、中頻加熱,表面淬火。螺母材料為：CrWMn ，整體淬火、低溫回火。返向器材料為：40Cr，離子滲氮處理螺紋滾道法面截形為半圓弧，螺母采用雙螺母墊片式預(yù)緊方式。 （2） 計算載荷 公式摘自《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊滾動螺旋傳動設(shè)計計算部分，下同） = （式1） 式中為載荷系數(shù)，K為硬度系數(shù)，為短行程系數(shù)。參《機械零件設(shè)計手冊》表18-18，表18-19，表18-20取=1.2，K=1，=1 （3） 計算額定動載荷 計算額定動載荷公式 其中n為平均轉(zhuǎn)速，其中Lh=15000h，取n=100r/min,代入上式后計算得C=21496.42N （4） 根據(jù)必須的額定動載荷C選擇螺旋尺寸 根據(jù)內(nèi)循環(huán)滾動螺旋副結(jié)構(gòu)，查表8.2-18《機械傳動設(shè)計手冊》，使選擇規(guī)格的螺旋副C接近 C 或者稍大于C，如下表1： 表1 螺旋尺寸表 導(dǎo)程Ph 公稱直徑 圈數(shù) 螺紋升角 直徑 動載荷 靜載荷 6 32 1X2 3.25度 3.969 14750 37600 6 32 1X3 3.25度 3.969 19600 56450 6 32 1X4 3.25度 3.969 24000 75250 6 40 1X2 3.25度 3.969 16300 47100 6 40 1X3 3.25度 3.969 21650 70650 6 40 1X4 3.25度 3.969 26450 94200 6 50 1X2 3.25度 3.969 18050 59700 6 50 1X3 3.度 3.969 24000 119400 6 50 1X4 3.25度 3.969 29350 結(jié)合公稱直徑和公稱導(dǎo)程的優(yōu)先配合，綜合考慮選擇參數(shù)如下： 查特征代號確定型號為 FD406-3-3/全長螺紋長度，其尺寸參數(shù)如下：額定動載荷 公稱直徑 公稱導(dǎo)程 鋼球直徑 mm 圈數(shù)列數(shù)=13, 螺紋升角 = 基本額定靜載荷 =70650N 滾道半徑R = 0.52 =2.064mm 偏心距e = 0.707x（R-/2）=0.0562mm 絲杠螺紋內(nèi)徑d==35.984mm （5）穩(wěn)定性驗算 因為絲杠采用一端固定一端鉸支的安裝方式，查表18-7《機械零件設(shè)計手冊》長度系數(shù)， 參照《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》表2-10取安全系數(shù)[S]=3，因為螺桿較長，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷成為臨界載荷F（N）按下式計算： F= （式3） 式中E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼，E=206GP；l為絲杠工作長度（m），l=672mm；為絲杠危險截面軸慣性矩（m）; == （式4） =8.14910m 又 可得： 安全系數(shù)S= F/= （式5） 絲杠安全,不會失穩(wěn). （6） 剛度驗算 按最不利的情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性變形方向是一致的。 滾珠絲杠在工作載荷F(N)和轉(zhuǎn)矩T(Nm)共同作用下引起每個導(dǎo)程變形量 (m)為= （式6） 式中,A為絲杠截面積,A=1/4;為絲杠的極慣性矩,=/32(m);G為絲杠的切變模量,對鋼G=83.3GP;T（Nm）為轉(zhuǎn)矩。 又T=F （式7） 式中，為摩擦角，其正切值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷；可以查出螺旋副運動由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動時取參數(shù)摩擦系數(shù)tan=0.0025，又=，所以樣有下式： T=F 按最不利的情況計算，F(xiàn)=F有 則每米螺紋距離上彈性變形量為 （式8） 而每米螺紋距離上彈性變形量的許用值見《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊表18-17. 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動精度的1/2，即 =3.02μm/m<1/2()=1/2 10μm/m 所以絲杠的剛度是完全滿足要求的。 （7） 效率驗算 合格 （式9） 綜上所校核，該絲杠是符合要求的。 同理，徑向傳動的滾珠絲杠也好似符合要求的。 3 滾動軸承的選取與計算 3.1 滾珠絲杠受力分析 軸向滾珠絲杠軸和徑向滾珠絲杠軸一端受力 如圖 根據(jù)如圖選取深溝球軸承6006 求當(dāng)量載荷P。 FA=309.6N 查表12-5可得，6306軸承的Cr=27kN，C0r=15.2kN；輕微沖擊，取fP=1.1 因，查表可得，e=0.21. 因，故 P1=fp=1834.8N P2=fp=2305.8N 3.2計算軸承壽命Lh 已知球軸承ε=3，因工作溫度小于120℃，取ft=1。 滿足壽命要求。 另一端受力如圖所示，根據(jù)圖所選取深溝球軸承6206。 3.3求當(dāng)量載荷P。 查表12-5可得，6210軸承的C0r=19.8kN，Cr=27kN；輕微沖擊，取fP=1.2 P1=fp=2135.2N P2=fp=1277.7N (2)計算軸承壽命Lh。 已知球軸承ε=3，因工作溫度小于120℃，取ft=1。 （3）因轉(zhuǎn)速較低，此處還需進行靜強度計算 查表得X0=0.6，Y0=0.5，S0=1.2 P01= [0.6，]max＝=1779.3N C0r/P01=11.13＞S0=1.2 滿足壽命要求。 軸向滾珠絲杠副絲杠軸的滾動軸承電機傳動部分，初步選擇的滾動軸承為0基本游隙組，標(biāo)準精度級的推力球軸承51206。 軸向力 ， ，Y=1.9，X=0.4 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 則 則 則 則 則 則 故合格。 徑向滾珠絲杠副絲杠軸的滾動軸承電機傳動部分，初步選擇的滾動軸承為0基本游隙組，標(biāo)準精度級的推力球軸承52207。 軸向力 ， ，Y=1.7，X=0.4 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 則 則 則 則， 則 4 手輪的選取及設(shè)計計算 按照要求，手輪的直徑應(yīng)該不超過工作臺結(jié)構(gòu)長度或者1000mm，兩者取較小者。加載在手輪的力，最大不應(yīng)該超過360N。否則考慮使用傳動裝置?？紤]到成本過高，所以一般在設(shè)計工作臺時，一定先考慮行業(yè)標(biāo)準件。本次設(shè)計因為是特殊工作臺，最先就考慮到搖動工作臺時候力矩過大，采用了滾珠絲杠代替?zhèn)鹘y(tǒng)螺紋結(jié)構(gòu)，使得摩擦力矩大大降低。但是也增加了工作臺制造成本，為了減少成本的投入，所以手輪應(yīng)按照國家行業(yè)標(biāo)準件選取適當(dāng)?shù)某叽?，達到互換性的效果。 在本次設(shè)計中，手輪需要克服的最大轉(zhuǎn)矩28409.67(N\mm)，按照JB/T93-2008中表3中規(guī)定，手輪選用直徑D=180mm傘形手輪，那么手輪上的力315.663N小于360N，所以滿足設(shè)計需要。 圖4-9 傘形手輪結(jié)構(gòu)形式 輪轂相應(yīng)尺寸： 輪輻的基本尺寸：根數(shù) 輪緣的尺寸： 建投和鑄字尺寸： 5 聯(lián)軸器的選取 mm 輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查《機械設(shè)計（第八版）》表14-1，由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則 =1.3X49.24=64012N.Mm 查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表14-4，選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為1250N.m，而電動機軸的直徑為19mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=19mm，半聯(lián)軸器長度L=82mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為60mm。軸向滾動絲杠副絲杠軸，選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑19mm，半聯(lián)軸器長度42mm。徑向滾動絲杠副絲杠軸選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑19mm，半聯(lián)軸器長度42mm。 6 進給系統(tǒng)精度校核 根據(jù)用戶的要求的定位精度, 該內(nèi)圓磨床機構(gòu)向進給系統(tǒng)采用半閉環(huán)的控制形式, 通過工作臺的進給速度及負載慣量與電機慣量的匹配計算, 滾珠絲杠不可能采用與電機直連的形式, 而通過降速比為2的一對齒形帶輪傳動, 絲杠螺距為6mm。 6.1支承滾珠絲杠軸承的變形 在軸向載荷作用下, 絲杠在軸線方向上被拉伸或壓縮, 變形量的大小與支承方式和螺母工作位置有關(guān)。由于絲杠采用兩端固定的形式, 根據(jù)材料力學(xué)求解超靜定計算式, 可得變形量 : 式中: F 軸向工作載荷, N; E 彈性模量,對鋼 E = 20.6104N/mm2; A 絲杠截面積(按內(nèi)徑定), mm2; L 絲杠在支承間的受力長度, mm; a, b 螺母至兩端支承的距離, mm 當(dāng)工作臺運動到兩支承的中間位置時變形量最大, 其最大變形量11max=F/4EA 。 絲杠內(nèi)徑 57mm, 因此 絲杠扭轉(zhuǎn)變形所產(chǎn)生的軸向變形量,絲杠受扭矩作用而引起導(dǎo)程發(fā)生變化, 一個導(dǎo)程的變化量 式中: L0 絲杠導(dǎo)程, mm; 則絲杠受扭矩作用在支承長度L 上所產(chǎn)生的軸向變形量 式中:扭矩作用下絲杠每一導(dǎo)程長度兩截面上的相對扭轉(zhuǎn)角，根據(jù)材料力學(xué)計算式, 扭轉(zhuǎn)角式中: M 絲杠的驅(qū)動扭矩, G 剪切彈性模量, 對鋼G = 8.24104N/mm2. J 絲杠截面極慣性矩,mm4。絲杠的驅(qū)動扭矩.式中:a代表絲杠的螺旋升角;數(shù)控加工中心進給滾珠絲杠副的螺旋升角%= 2&53?,摩擦角&= 10?,所以?= 0.94,每一導(dǎo)程長度兩截面上相對扭轉(zhuǎn)角絲杠自重彎曲所引起的軸向變形量,絲杠雖然采用兩端固定,預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu),但由于絲杠自重, 軸線發(fā)生彎曲變形。 根據(jù)材料力學(xué)超靜定結(jié)構(gòu)分析計算,可得出絲杠自重彎曲變形所引起的軸向變形量。式中:?中央處撓度,絲杠長4280因絲杠太長,采用兩端固定預(yù)拉伸仍不能完全消除絲杠的下垂,必須考慮絲杠自重的影響, 根據(jù)實測?值取1mm。則絲杠因自重和載荷變化所產(chǎn)生的軸向變形量:滾珠與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量螺母體變形量包括螺母和螺母座的變形量、螺母的固定螺栓所產(chǎn)生的軸向變形量和滾珠, 與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量, 由于螺母和螺母座的剛性好, 不考慮其變形。 當(dāng)采用預(yù)緊螺母時, 對固定螺栓的變形也略不計。對螺母體的變形只需考慮滾珠與滾道面彈性接觸變形。根據(jù)彈性接觸理論, 其變形量與螺母有無預(yù)緊有關(guān)。當(dāng)有預(yù)緊時，式中:R 滾道半徑,mm;rb、db分別為滾珠半徑、直徑mm;? 接觸角,= 45&;z 工作的滾珠數(shù),外循環(huán)時 z =!D 0db圈數(shù) 列數(shù),內(nèi)循環(huán)時,z =!D 0db- 3圈數(shù)列數(shù)式中: D0滾珠絲杠副公稱直徑;Fp 預(yù)緊軸向力10-3+3.65X10-3 = 0.02733mm <0.03mm滿足定位精度要求。 結(jié) 論 通過本次設(shè)計直線銑床總體布局與進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計，從中深刻掌握到了滾珠絲桿，滾珠螺母等等結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算，并繪制出裝配圖和零件圖。然后在通過二維軟件AUTOCAD進行零件和裝配圖的繪制。 綜上所述得到一下結(jié)論： (1)本設(shè)計適應(yīng)了直線銑床工作臺結(jié)構(gòu)的設(shè)備，可以在允許的任意位置下停止。 (2)滾珠絲桿與滾珠螺母的應(yīng)用得到了認可； (3)充分查找資料根據(jù)計算結(jié)果和設(shè)計的需要，選用合適的零部件，并對其進行校核；精度驗算； (4)機械系統(tǒng)中各個傳動系統(tǒng)的設(shè)計，方案合理，能適應(yīng)實際的情況。 致 謝 本課題是在xxx老師的精心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，在此謹向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x和最誠摯的敬意。 本次畢業(yè)設(shè)計是在指導(dǎo)老師xx的細心指導(dǎo)下完成的。在我三個月的畢業(yè)設(shè)計中，正是他們以無私的關(guān)懷、忘我的研究精神和嚴謹?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)關(guān)心影響和教導(dǎo)了我，將令我終身受益。從課題的開始到最后，無處不凝聚著xxx老師的心血。xxx老師在學(xué)習(xí)和生活方面給予了我極大的關(guān)心和支持。同時老師嚴謹?shù)?、科學(xué)的學(xué)術(shù)作風(fēng)，前瞻的科研眼光、敏銳的思維、淵博的知識、豐富的閱歷、謙虛大度的胸懷、獨特的為人處世原則,忘我工作的奉獻精神是永遠值得我學(xué)習(xí)的。在此謹向xxx老師表示衷心的感謝！ 感謝應(yīng)用技術(shù)學(xué)院的各位老師！在我四年多的求學(xué)生涯中，從學(xué)習(xí)和生活各方面給予我莫大的關(guān)懷和幫助。感謝我的大學(xué)同學(xué),與他們共同度過這一段難忘的人生旅程，他們?yōu)槲业拇髮W(xué)生生活和畢業(yè)設(shè)計生活增添了無限色彩。 再有要感謝一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們，與他們的一次次交流使我得以不斷進步和提高。 我能夠?qū)Ｐ膶W(xué)習(xí)，順利完成學(xué)業(yè)，與我的父母的培養(yǎng)、鼓勵和支持是分不開的，在此向他們表示最誠摯的感謝！ 感謝文中所引用文獻的所有作者們！再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們！ 參 考 文 獻 [1] Zhang Guoxiong，Liu Shugui，Qiu Zurong，Yu Fusheng，NaYonglin，Leng Changlin.NON-CONTACT MEASUREMENT OF SCULPTURED SURFACE OF ROTATION［J］.CHINESE JOURNAL OF M ECHANICAL ENGIN EERING.Vo1，17，No．4，2004. 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