絲桿傳動工作臺設(shè)計(jì)

Henan Polytechnic University 課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 絲桿傳動工作臺 專業(yè)班級： 測 控 08-2 班 學(xué) 號： 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師： 張登攀 目錄 第一章 概述 1 1.1 課程設(shè)計(jì)目的 1 1.2 設(shè)計(jì)要求 2 1.3 注意事項(xiàng) 2 1.4 設(shè)計(jì)步驟 3 第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu) 總體與 零部件設(shè)計(jì) 4 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 4 2.2 工作臺的設(shè)計(jì) 5 2.2.1 工作臺尺寸及重量 5 2.2.2 工作臺簡圖 6 2.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 6 2.3.1 導(dǎo)軌材料和類型選擇 6 2.3.2 導(dǎo) 軌額定載荷的預(yù)算 7 2.3.3 導(dǎo)軌參數(shù)選擇 7 2.3.4 滑動導(dǎo)軌的計(jì)算 8 2.3.5 導(dǎo)軌的潤滑 9 2.4 絲桿的設(shè)計(jì)及計(jì)算 10 2.5 滾動軸承的選擇及計(jì)算 18 2.6 聯(lián)軸器的選擇及計(jì)算 21 2.7 電機(jī)的選擇 22 2.8 減速器的選型 24 第三章 機(jī)構(gòu)潤滑 26 3.1 導(dǎo)軌的潤滑 26 3.2 螺紋連接的潤滑 27 3.3 滾動軸承的潤滑 27 第四章 絲杠傳動工作臺的裝配 29 第五章 總結(jié) 30 附： 參考文獻(xiàn) 1 第一章 概述 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 “精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)” 課程設(shè)計(jì)作為實(shí)踐環(huán)節(jié)對于整個課程具有非常重要的意義。學(xué)生在這個環(huán)節(jié)中不僅是完成一項(xiàng)指定任務(wù)，更重要的是實(shí)際走過一個完整的設(shè)計(jì)過程。學(xué)生在課程設(shè) 計(jì)中應(yīng)該定位為設(shè)計(jì)者。設(shè)計(jì)者要進(jìn)行方案篩選論證，要考慮裝配關(guān)系，考慮結(jié)構(gòu)工藝性，考慮選材。整個設(shè)計(jì)采用 AutoCAD 和 Solidworks 完成，從 3D建模到 2D 圖紙。我們要求每人拿出至少一張可用于加工的圖紙。這樣的圖紙，僅僅圖形表達(dá)正確是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。圖紙的尺寸標(biāo)注要合理，要有尺寸公差和形位公差，要正確選擇材料，要有技術(shù)要求。總之，通過課程設(shè)計(jì)要使學(xué)生知道，設(shè)計(jì)過程包括那些步驟，能夠投放生產(chǎn)的加工圖紙是什么樣子。其目的是： （ 1）具體應(yīng)用、鞏固加深和擴(kuò)大課程及有關(guān)先修課程的理論知識、生產(chǎn)知識，了解精密機(jī)械設(shè)計(jì) 的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力，為以后進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ) 。 （ 2）掌握正確的設(shè)計(jì)思想。通過課程設(shè)計(jì)使同學(xué)掌握儀表的設(shè)計(jì)思路。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，一般其主要過程為： （接受）設(shè)計(jì)任務(wù)（擬定）設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)計(jì)算繪制裝配圖繪制零件圖 設(shè)計(jì)過程中需注意以下內(nèi)容： 1）滿足使用要求（功能、可靠性及精度要求） 2）注意工藝性（結(jié)構(gòu)合理、簡單，經(jīng)濟(jì)性，外觀要求） 3）熟悉有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、手冊 2 設(shè)計(jì)中涉及到的零件材料、結(jié)構(gòu)等，均需按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇；零件的尺寸、公差等亦應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；制圖也要符合一 定的規(guī)范。因此在課程設(shè)計(jì)過程中要求同學(xué)學(xué)習(xí)、掌握查閱標(biāo)準(zhǔn)及使用手冊的能力。 1.2 設(shè)計(jì)要求 工作臺水平行程如下表 1-1 所示，重復(fù)精度 0.05mm，承重 1.5kg，運(yùn)行速度 5mm/s 設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定絲杠傳動的總體設(shè)計(jì)方案；選擇電動機(jī)；計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)；絲杠傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算；軸承、聯(lián)軸器、潤滑、聯(lián)接件的選擇及校核計(jì)算；繪制裝配工作圖；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 數(shù)據(jù)編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 水平行程（ mm） 15 20 25 30 35 40 45 50 55 數(shù)據(jù)編號 10 11 12 13 14 15 16 17 18 水平行程（ mm） 60 65 70 80 85 90 95 100 110 表 1-1 1.3 注意事項(xiàng) （ 1） 在課程設(shè)計(jì)前，應(yīng)認(rèn)真研究題目，明確設(shè)計(jì)要求和已知條件，閱讀參考資料，了解課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容； （ 2） 對設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)小組應(yīng)進(jìn)行討論和對比，以明確優(yōu)、劣、正、誤，取長補(bǔ)短，改進(jìn)設(shè)計(jì)； （ 3） 在正式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算前與指導(dǎo)教師充分討論設(shè)計(jì)方案，明確設(shè)計(jì)方案； （ 4） 設(shè)計(jì)方案確定后，將確定的結(jié)構(gòu)方案用計(jì)算機(jī)繪成草圖給指導(dǎo)教師審閱，審閱后可繪制正式的設(shè)計(jì)圖紙； 3 （ 5） 按規(guī)定編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，將 設(shè)計(jì)說明書和全部圖紙交指導(dǎo)教師審查，經(jīng)認(rèn)可后方可呈交； 1.4 設(shè)計(jì)步驟 （ 1）絲杠傳動工作臺總體設(shè)計(jì)方案 （ 2）工作臺的設(shè)計(jì) （ 3）導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) （ 4）絲杠的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算 （ 5） 軸承的選型 （ 6） 聯(lián)軸器的選型 （ 7） 電動機(jī)的選型 （ 8） 減速器的選型 （ 9） 機(jī)構(gòu) 潤滑 4 第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體與零部件設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 絲杠傳動工作臺總體設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容包括工作臺尺寸設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)、減速器的選擇、聯(lián)軸器和軸承的選擇以及直流電機(jī)的選擇?？傮w實(shí)物圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 2.1.1 工作臺的尺寸設(shè)計(jì) 由于所要承受的負(fù)載的重量較小，并且導(dǎo)軌的行程比較小，所以根據(jù)負(fù)載的重量可設(shè)計(jì)矩形工作臺。 2.1.2 導(dǎo)軌類型設(shè)計(jì) 由于工作臺的運(yùn)動部件重量和工作載荷不大，故設(shè)計(jì)滑動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動穩(wěn)定性。 2.1.3 電機(jī)的選擇 根據(jù)負(fù)載和工作臺及零部件的重量較小，所以選用的電機(jī)的功率較小，可選用普通的直流電機(jī)，結(jié)合絲杠的轉(zhuǎn)矩可選擇所需的電機(jī)。 5 2.1.4 減速器的選擇 因?yàn)楣ぷ髋_的水平行程比較小，絲杠的轉(zhuǎn)速比較小，結(jié)合電機(jī)的轉(zhuǎn)速較大，需選擇傳動比較大的減速器，又因?yàn)樗韫β?較小，則可選用同軸圓柱齒輪減速器。 2.1.5 聯(lián)軸器和軸承的選擇 根據(jù)所選用的電機(jī)的轉(zhuǎn)軸的尺寸和減速器的蝸輪和蝸桿的尺寸，可以選擇合適的聯(lián)軸器。由于在轉(zhuǎn)動過程中，所受的軸向力比較小，主要承受徑向力，所以可選擇角接觸軸承。 實(shí)物圖如下圖 2-2a所示： 結(jié)構(gòu)件圖如圖 2-2b 示： 2.2 工作臺的設(shè)計(jì) 2.2.1工作臺外形尺寸及重量初步估計(jì) 工作臺的相關(guān)參數(shù)設(shè)定為： 材料：灰鑄鐵 HT200，密度 =7.0g/cm3 長度 寬度 厚度： 50 60 10+50 35 10 2=30000+35000=65000mm3 工作臺質(zhì)量： m= V=7.0 65000 10-6=0.455kg G=4.55N 工作臺 最大載荷： F=15N 6 2.2.2工作臺簡圖 根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖。取兩道軌的中心距為50mm，設(shè)計(jì)工作臺簡圖如 2-3： 2.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 2.3.1導(dǎo)軌材料和類型選擇 滑動摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動件與承導(dǎo)件直接接觸，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大，缺點(diǎn)：摩擦阻力大、磨損快、低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。 在此我們選擇滑動三角形導(dǎo)軌。導(dǎo)軌簡圖如圖 2-4 所示 7 材料： 用于導(dǎo)軌的材料，應(yīng)具有耐磨性好，摩擦因數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌材料應(yīng)選用 HT200，它具有較好的耐磨性，灰鑄鐵密度為 =7.0g/cm3。此灰鑄鐵導(dǎo)軌的硬度一般為 180200HBW。為了提高導(dǎo)軌表面硬度，采用表明淬火工藝，表面硬度可達(dá) 55HRC，導(dǎo)軌的耐磨性可提高 13 倍。 2.3.2導(dǎo)軌額定載荷的預(yù)算 工作臺重量 G=4.55N，工作臺最大載荷 F=15N，因此導(dǎo)軌額定靜載荷為 F 靜 =F+G=4.55+15=19.55N 2.3.3導(dǎo)軌參數(shù)選擇 （ 單位 mm） H 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 65 80 100 125 H1 9 12 15 18 24 30 38 48 60 75 100 h 7 9 11 13 17 22 27 34 43 53 68 85 105 130 b不 大于 1.2 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 8 b1 900 1.2 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 1200 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 b2 不 小 于 900 0.8 1 1.2 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 1200 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 K不小于 0.8 1 1.2 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 K1不小于 1 1.2 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 B = 600 6.93 9.24 11.55 13.86 18.48 23.09 28.87 = 900 12 16 20 24 32 40 50 64 80 100 130 H1 為推薦尺寸； B 僅供參考，允許使用不同寬度的棱面。 表 3-2-1 導(dǎo)軌參數(shù) 由表 3-1可選用 H=8 H1=12 h=9 b不大于 1.6 =600 B=9.24mm 滑塊長度 導(dǎo)軌長度 L =H +L +0.5H =130mm H 行程 L 工作臺長度 當(dāng) H 400mm 時， L1.5H +L 2.3.4滑動導(dǎo)軌的計(jì)算 根據(jù)導(dǎo)軌的初步尺寸和形狀，以及受力情況，求出導(dǎo)軌面上的壓力分布，然后算出導(dǎo)軌面上的平均比壓和最高比壓，其值低于 使用經(jīng)驗(yàn)所推薦的許用比壓值。 為了使導(dǎo)軌磨損均勻及提高工作壽命，導(dǎo)軌上的壓力應(yīng)盡可能平均，從表中可得，許用最大比壓約為許用平均比壓的二倍，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，通常只計(jì)算平均比壓。 P =（ P2+G） /BL P (公斤 /厘米 2) P 計(jì)算平均比壓 (公斤 /厘米 2)； P2 垂直載荷（公斤）； 9 G 導(dǎo)軌面所承受的總重量，包括工件和工作臺的重量（公斤）； B 導(dǎo)軌的水平投影寬度（厘米）； L 與工作臺接觸的導(dǎo)軌面總長度（厘米），對于圓周運(yùn)動導(dǎo)軌，L= D， D為原型導(dǎo)軌的平均直徑（厘米）； p 許用平均比壓 (公斤 /厘米 2)， P =(1.5+0.455)/2/(0.924 5)=0.216(公斤 /厘米 2) 如下表 3-2 所示： 鑄鐵導(dǎo)軌的許用比壓 (公斤 /厘米 2) 導(dǎo)軌種類 直線運(yùn)動導(dǎo)軌 圓周運(yùn)動導(dǎo)軌直徑 D 中等機(jī) 床 重型機(jī) 床 磨床 D300 環(huán)狀工 作臺 單導(dǎo)軌 雙導(dǎo)軌 主運(yùn)動導(dǎo)軌 平均比壓 45 23 4 3 2 1.5 最大比 壓 8 4 進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌 平均比壓 1215 5 0.250.40 最大比 壓 2530 10 0.500.80 表 3-2-2 查表得 P =0.250.40 p p 則導(dǎo)軌尺寸設(shè)計(jì)合理 2.3.5導(dǎo)軌的潤滑 保證導(dǎo)軌的良好的潤滑，是減少導(dǎo)軌的摩擦和磨損的另一個有效措施。這主要是乳化油的分子 依附 在導(dǎo)軌接觸面，從而阻止活減少導(dǎo)軌面間直接接觸的緣故。 選擇導(dǎo)軌潤滑油的主要原則是載荷越大、速度越低，則油的粘度應(yīng)越大；垂直導(dǎo)軌的潤滑油粘度，應(yīng)比水平導(dǎo)軌的潤滑油的粘度大些。在工作溫度變化時，潤滑油的粘度變化要小。潤滑油應(yīng)具有良好的潤 10 滑性能和 足夠的油膜強(qiáng)度，不侵蝕機(jī)件，油中的雜質(zhì)應(yīng)盡量少。 對于精密機(jī)械中的導(dǎo)軌，應(yīng)根據(jù)使用條件和性能特點(diǎn)來選擇潤滑油 。 機(jī)床導(dǎo)軌的潤滑方法： 導(dǎo)軌類型 使用何種潤滑 劑 潤滑方法 備注 普通的滑動導(dǎo)軌 L-AN全損耗系統(tǒng)用油 油繩、油輪、油槍、壓力循環(huán) 沒有爬行的臥式機(jī)床 液壓 -導(dǎo)軌油 由液壓系統(tǒng)供油 各類的磨床導(dǎo)軌和液壓系 統(tǒng)采用同一種油 導(dǎo)軌油 油繩、油輪、油槍、壓力循環(huán) 適用于有爬行現(xiàn)象的機(jī)床 油霧 排除空氣，并要求工作表面 沒有切屑 潤滑脂 滑動面較短時用脂槍或壓蓋脂 杯注入到油槽里 適用于垂直導(dǎo) 軌和偶爾有慢速運(yùn)動的導(dǎo)軌 表 3-2-3 因此由上表可知本設(shè)計(jì)選用 精 密機(jī)床導(dǎo)軌油潤滑。 2.4 絲杠的設(shè)計(jì) 滑動螺旋的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便；易于實(shí)現(xiàn)逆行程自鎖，工作安全可靠；摩擦阻力大，傳動效率低；容易磨損，軸向剛度較差。 滾珠螺旋的特點(diǎn)：摩擦阻力小，傳動效率高；磨損小、壽命長、工作可靠性好；具有運(yùn)動的可逆性，應(yīng)設(shè)防逆動裝置；軸向剛度較高，抗沖擊性能較差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難；預(yù)緊后得到很高的定位精度（約達(dá) 5um/300 ）和重復(fù)定位精度（可達(dá)12um）。 參照設(shè)計(jì)要 求發(fā)現(xiàn)，滑動螺旋和滾動螺旋均可滿足要求。擬選定 11 滾動螺旋傳動方式。 滾動螺旋的工 作原理如圖 2-5 所示，絲杠 4 和螺母 1 的螺紋滾道間置有滾珠 2，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠 2 沿螺紋滾道滾動，則絲杠與螺母之間相對運(yùn)動時產(chǎn)生滾動摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置 3，如圖 2-5a 所示的反向器和圖 2-5b 所示的擋珠器，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。 (1)滾珠絲桿副的選用與校核計(jì)算 導(dǎo)軌摩擦力 Fu=u(m1+m2)g=2.874N 其中 m1 =1.5 移 動負(fù)載 ； m2 =0.455 工作臺質(zhì)量和滑塊質(zhì)量 ； u=0.15 導(dǎo)軌與支撐之間的摩擦系數(shù) u 查下表： 常用材料的滑動摩擦系數(shù) 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù) us 動摩擦系數(shù) u 無潤滑 有潤滑 無潤滑 有潤滑 鋼 -鋼 0.15 0.10.12 0.1 0.050.1 鋼 -青銅 0.10.15 0.150.18 0.07 (2)軸向載荷 Fxmax和等效軸向載荷 Fm的計(jì)算 12 Fxmax=kFx+u(Fz+G)+( m1+ m2)a=12.08N 其中負(fù)載移動阻力系數(shù) k=1.15 ； Fx 負(fù)載移動阻力； Fz= m2g； G= m1 g； a=v/t=5mm/s2； Fxmax=Fm=12.08N； (3)預(yù)設(shè)滾動絲桿基本參數(shù) 螺紋公稱直徑 d0=10 ； 導(dǎo)程 Ph=2.5； 鋼球直徑 Dw=1.488mm； 圈數(shù)列數(shù) i k=2.5 1； 螺桿滾道曲率 rs=0.52 Dw； 轉(zhuǎn)速 n=V/Ph=120r/min； (4)計(jì)算動載荷 Ca Ca =kh KF KH Kl Fm/kn=69.54N 壽命系數(shù) Kh =(Ln/500)1/3 工作壽命 Lh查下表： 各類機(jī)械預(yù)期工作時間 機(jī)械類型 Lh 備注 普通機(jī)械 普通機(jī)床 數(shù)控機(jī)床 精密機(jī)床 測試機(jī)械 航空機(jī)械 5000 10000 10000 15000 20000 20000 15000 1000 250（天） 16（ h） 10（年） 0.5（開機(jī)率） =20000 由于是普通絲桿傳動，選 Lh =15000h； 又查表得： 載荷系數(shù) 載荷性質(zhì) 無沖擊平穩(wěn)時 一般運(yùn)行 有沖擊和振動 13 KF 1-1.2 1.2-1.5 1.5-2 硬度系數(shù) 硬度系數(shù) 大于等于 58 55 50 KH 1.0 1.11 1.56 精度系數(shù) 精度系數(shù) 1、 2、 3 4、 5 7 KA 1.0 0.9 0.8 由上表知： 載荷系數(shù) KF=1.2；動載荷硬度系數(shù) KH=1.0； 轉(zhuǎn)速系數(shù) Kn=（ 33.3/n） 1/3,其中 n 是絲桿轉(zhuǎn)速； 短行程系數(shù) KL=1.0。 (5)螺旋導(dǎo)程角 =arctan Ph/ d0= arctan0.417=4.6o （ 6） 基本額定載荷校核 Ca Ca=fc（ icosa） 0.7Z2/3Dwwtana=281.8N fc= KF KH KA Fm=14.533 其中 fc： 與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關(guān)的系數(shù)一圈螺紋滾道內(nèi)的鋼球數(shù)量 Z= d0/Dw； 鋼球滾到便面在接觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂直線間的夾角 a=45 o 由上可知： Ca大于 Ca （ 7） 基本靜載荷 Coa 計(jì)算 Coa =KF KH F=6.6N*1.2=7.92N F 軸向載荷 取 F=6.6N； 基本額定靜載荷 Coa =focizDw2sina=5261N 當(dāng) a=45 o時， rs/ Dw=0.52, foc=63.7 Coa 小于 Coa，所以符合要求。 14 （ 8） 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T T=(F* d0/2)tan（ + ） =6.6*5* tan（ + ） =13.8N*mm 當(dāng)量摩擦角 ； 由旋動運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動時 tan =0.0025 （ 9） 當(dāng)量應(yīng)力 =（ 4F/ d22） 2+3(T/0.2 d23)2） 1/2=0.026Mp d2= d0+2e-2rs=10+0.06-1.548=8.51mm e 滾到圓弧偏心距， e= rs-Dw/2=0.03mm （ 10） 許用應(yīng)力 牌號 鑄件預(yù)計(jì)抗拉強(qiáng)度 單鑄試棒最小抗拉強(qiáng)度（ Mp） 用途舉例 鑄件壁厚（ mm） 抗拉強(qiáng)度 b （ Mp） 大于 小于等于 HT100 2.5 10 20 30 10 20 30 40 130 100 90 80 100 適于對強(qiáng)度無要求的零件（外罩、底板） HT150 2.5 10 20 30 10 20 30 40 175 145 130 120 150 適于對強(qiáng)度要求不高的零件（機(jī)床底架、軸承座） HT200 2.5 10 20 30 10 20 30 40 220 195 170 160 200 適用于對強(qiáng)度、耐磨性要求較高的零件（氣缸、齒輪） 由上表易知：鑄鐵抗拉強(qiáng)度最小為 100Mp，而且剛的抗拉強(qiáng)度較之更大，所以小于 ，設(shè)計(jì)符合要求。 （ 11） 軸向載荷 F產(chǎn)生的軸向變形量 F 滾珠絲桿常見的三種安裝方式 : 15 固定 自由 固定 支撐 固定 固定 選定，即固定 固定 F=FLj（ L-Lj） /E*A*L=2.625*10-3mm 其中 Lj 絲桿兩支撐間距離， Lj=35mm； L 絲桿計(jì)算長度， L=(35-25)/2+25=30mm E 絲桿材料的彈性模量 查表可知： 鋼 E=2.07*105(Mpa) A 絲桿的計(jì)算截面積 A=（ d0-D） 2/4=70.85mm2 （ 12）轉(zhuǎn)矩 T 產(chǎn)生的軸向變形量 T T =（ T* Lj *Ph） /2 gIP=2.898*10-6mm 其中 IP 絲桿的計(jì)算截面積的極慣性矩 IP= （ d0-D） 4/32=799.23426 16 G 絲桿材料切變模量 鋼： G=8.3*104 （ 13） 軸向載荷 F使鋼球與螺旋滾道間產(chǎn)生的軸向變形 a 當(dāng) rs/Dw=0.52 時，且滾動螺桿兩邊有預(yù)緊，則： a=(0.3*10-3*KZF)/ Z(DW*FP)1/3=5.664*10-5 mm 參數(shù)如下： Z 工作螺母中的鋼球總數(shù) Z=m*j*k Z 一圈螺母中的鋼球數(shù) Z=( * d0)/ DW FP 預(yù)緊力 一般取 FP= Fmax/3 KZ 載荷分布不均勻系數(shù) 一般取 KZ=1.2 （ 14） 溫升引起的軸向位移 a 材料線膨脹系數(shù) at（表內(nèi)數(shù)值 *10-6/OC） 材料 溫度范圍（ OC） 20 20-100 20-200 20-300 工業(yè)用銅 （ 16.6-17.1） （ 17.1-17.2） 17.6 黃銅 17.8 16.8 20.9 碳鋼 （ 10.6-12.2） （ 11.3-13） （ 12.1-13.5） 鑄鐵 （ 8.7-11.1） （ 8.5-11.6） （ 10.1-12.2） 鎳鉻合金 14.5 由上表綜合考慮取 at=11*10-6/OC t=at tlo=1.1*10-6 mm 其中 at 線性膨脹系數(shù) at=11*10-6/OC 17 t 絲桿溫度 一般為 3-5 OC t =4 OC lo 螺紋有效長度 lo =25mm （ 15） 絲桿軸向總變形量 = F+ T+ a+ t=2.625*10-3mm+2.898*10-6mm +5.664*10-5 mm+1.1*10-6 mm =2.686*10-3mm （ 16） 絲桿的軸向剛度 K =F/ =2457 （ 17） 剛度條件 K 絲桿允許軸向剛度 K 小于 K =18*104 所以符合條件 （ 18） 重復(fù)定位度 = Fst/K =0.00269mm=2.69m K ：軸向剛度 Fst：導(dǎo)軌間最大靜摩擦力 小于 =0.05mm=50m 所以符合要 求 （ 19） 滾珠絲桿副的許用轉(zhuǎn)速 Dn值 滾珠絲桿副的許用轉(zhuǎn)速 滾珠絲桿副的轉(zhuǎn)速過高，會產(chǎn)生共振，影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞機(jī)器。 nmaxnc =（ 60a 2/2 Lc2） *（ EIg/rA） 1/2=fd2*107（ r/min） a：安全系數(shù)， a=0.8 E：彈性模量， E=2.07*105MPa I：絲桿剖面最小慣性矩， I= d22/64 d2: 螺紋底徑， mm 18 g： 9.8N/Kg r： 材料比重， r=7.65*105N/mm3 A： 螺紋底徑面積， A= d22/4 （ mm2） Lc： 計(jì)算許用轉(zhuǎn)速 nc用的安裝距離， mm 固定 固定安裝方式中， Lc為絲桿計(jì)算長度，指 F 和 T 作用處到固定軸承端的距離， Lc=30mm，安裝系數(shù)如下表所示： 序號 安裝方式 f Kz Kc 1 固定 -自由 1.875 3.4 0.25 2.5 2 固定 -支撐 3.927 15.1 2 20 3 固定 -固定 4.730 21.9 4 40 滾珠絲桿副的 Dn值 當(dāng)滾珠絲桿精密等級為 1 5 級時： 20710mm*r /min=10*2071=donmax 70000mm*r/min （ 20） 傳動效率：由螺旋運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動時， =tan /tan（ + ， ） =0.417/0.41994=99.3 tan ， =0.0025 tan =0.417 ：螺紋升角 2.5 滾動軸承的選則與校核 選擇軸承的類型與多種因素有關(guān)，通常根據(jù)下列幾個因素： 允許空間。載荷大小和方向。例如既有徑向又有軸向聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，如徑向載荷大，軸向載荷小，可選深溝球和外圈都有擋邊 的圓柱滾子軸承，如同時還存在軸或殼體變形大及安裝對中性差，可選用推力調(diào)心滾子軸承。軸承工 19 作轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)精度。軸承的剛性。軸向游動。 由上綜合：本設(shè)計(jì)選用角接觸球軸承 初選軸承為 a=25o的角接觸球軸承。 （ 1） 徑向外載荷 Fr： Fr=（ m1+ m2） g=19.159N （ 2） 軸向外載荷 Fa： Fa=Fxmax=12.08N （ 3） 軸承支反力： R1=R2=R=Fr/2=9.5795N （ 4） 軸承派生軸向力： 查表得： S1=S2=S=0.7R=6.70565N （ 5） 軸承所 受軸向載荷：因 S1+ Fa S2 則 A2= S2+ Fb2= S1+ FA=6.70565+12.08=18.78565N A1= S1=6.70565N 附表： 基本尺寸 /mm 基本額定 載荷 /KN 極線轉(zhuǎn)速/r*min-1 安裝尺寸 /mm d D B Cr Cor 脂 油 da min Da max ra max 10 26 8 4.92 2.25 19000 28000 12.4 23.6 0.3 26 8 4.75 2.12 19000 28000 12.4 23.6 0.3 30 9 5.82 2.95 18000 26000 15 25 0.6 30 9 5.58 2.82 18000 26000 15 25 0.6 （ 6） 計(jì)算軸承所受當(dāng)量載荷 Pr 因軸承工作時有沖擊，查表載荷系數(shù)為 fp=1.4 因 A1/R1=0.7e=0.68 A2/R2=1.42e=0.68 且 A2A1 Pr=P2=fp（ xR2+ yA1） =1.4(0.41 9.5795+0.81 6.70565)=13.10284N （ 7） 基本額定動載荷 C C=(Prfh/ft)*(60nL,n/106)1/2=983.2N L,h: 軸承預(yù)期計(jì)算壽命， L,h=15000h, 20 Fh： 壽命指數(shù)，當(dāng) L,n=15000h時， fh=3.11 Ft： 溫度系數(shù)， ft =1.0 （ 8） 根據(jù)基本額定載荷 C，查找機(jī)械手冊表 5-5-22，初選 7000AC 型角接觸軸承。 基本參數(shù)（尺寸）： d=10mm D=26mm B=8 a=8.2mm 安裝尺寸 (mm)： da=12.4 Da=23.6 ras=0.3 基本額定動載荷 Cr=4.75Kn 靜載荷 Cor=2.12 計(jì)算壽命 Lh Lh=(106/60n)(ftCr/Pr)fh=6.744 104h LhL,h=15000h 且 CCr 因此，軸承合格。 （ 9） 滾動軸承座 基本尺寸 d=10mm (滾動軸承里軸的直徑 ) d2=15mm（與 d相對另一側(cè)寬度） D=26mm （徑向最寬外徑） A：滾動軸承軸向?qū)?工作溫度 / T T 為絲桿最大轉(zhuǎn)矩 聯(lián)軸器選擇合格。 附表： 型號 公稱轉(zhuǎn)矩Tn 許用轉(zhuǎn)速 軸孔直徑 d（ H7） 軸孔長度 D D1 轉(zhuǎn)動 慣量 J 重量 鐵 鋼 鐵 鋼 Y型 J、J1型 /N*m /r*min-1 /mm /kg* m2 /kg YL1 YLD1 10 800 13000 10、 11 25 22 71 53 0.0018 0.94 12、 14 32 27 16、 18、 19 42 30 22 2.7 電機(jī)的選擇與校核 常用的電機(jī)有 ： YR 系列（ IP23）繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)、 YH系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)、 YC系列電容啟動異步電動機(jī)。 YC 系列電動機(jī) ： 其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維修方便。兩個端蓋式軸承。 E 級絕緣，防護(hù)等級 IP44，冷卻方式機(jī)座 號 63以上位 IC0141,56以下為 IC0041。廣泛應(yīng)用在機(jī)械傳動設(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。 因此選用此電機(jī)， 其基本參數(shù)如下： 傳動比 i=12.5 導(dǎo)程 L0=2.5mm 絲桿直徑 d=10mm 驅(qū)動負(fù)載質(zhì)量 m=1.955kg 絲桿平移速度 v=0.005m/s 加速度 a=0.005m/ s2 =0.15 g=9.8N/kg 外負(fù)載力計(jì)算： Fw=mgf=1.9159N 慣性負(fù)載力 ： Fj=ma=0.009775N 折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載力矩為： Tm=(1/i) (l0/2 ) (Fw+Fj)=0.00006081N m 折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量： Jm， =(1/i2) (l0/2 )2 m=1.738 10-9kg m2 電動機(jī)軸的轉(zhuǎn)速： n=i (v/l0)=1500r/min 電動機(jī)的功率計(jì)算因?yàn)橹亓ω?fù)載在任何速度下都是相同的，屬 于在峰值力矩下，以峰值轉(zhuǎn)速不斷驅(qū)動的負(fù)載，則電動機(jī)的功率 23 為： Pm（ 1.5 2.5） Tcpnlp / 其中， = 1* 2* 36* 42* 5=0.64 1 絲桿傳動效率 2 凸緣聯(lián)軸器傳動效率 3 滾子軸承傳動效率 4 精度為 8 級的齒輪傳動效 5 剛性聯(lián)軸器的傳動效率 附表： 類別 傳動型式 效率 類別 傳動型式 效率 圓 柱 齒 輪 傳 動 很好跑和的 6級精度和 7級精度齒輪傳動（稀油潤滑） 0.980.99 滑 動 軸 承 潤滑不良 0.94 8級精度的一半齒輪傳動（稀油潤滑） 0.97 潤滑正常 0.97 9級精度的齒輪傳動（稀油潤滑） 0.96 潤滑特好 0.98 加工齒的開式齒輪傳動（干油潤滑） 0.940.96 液體摩擦 0.99 鑄造齒的開式齒輪傳動 0.900.93 滾動軸承 球軸承（稀油潤滑） 0.99 滾子軸承（稀油潤滑） 0.98 聯(lián) 軸 器 浮動聯(lián)軸器 0.970.99 絲杠傳動 滑動絲杠 0.3 0.6 齒輪聯(lián)軸器 0.99 滾動絲杠 0.85 0.95 彈性聯(lián)軸器 0.990.995 萬向聯(lián)軸器（ a 30） 0.970.98 萬向聯(lián)軸器（ a30） 0.950.97 梅花接軸 0.970.98 液力聯(lián)軸器 (在設(shè)計(jì)點(diǎn) ) 0.950.98 24 則 Pm=（ 2 0.00006081 2 25） /0.64=0.02985W 綜上所述，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表 17-1-97 可得： 代 號 功率 /W 轉(zhuǎn)速r/min 效率/ 功率因數(shù) COS 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流/A 聲功率級dB（ A） 機(jī)座 鐵芯 極數(shù) 45 1 2 16 3000 35 0.90 0.6 1 65 2 2 25 40 1.2 1 4 10 1500 24 0.85 0.55 0.8 60 2 4 16 33 1 50 1 2 40 3000 47 0.90 0.5 1.5 65 2 2 60 53 2 1 4 25 1500 38 0.85 0.55 1.2 70 2 4 40 45 1.5 2.8 減速器的選擇與校核 減速器種類繁多，圓柱齒輪減速器兩級展開式是兩級減速器中最簡單的一種。齒輪相對于軸承位置不對稱，當(dāng)軸產(chǎn)生彎曲變形時，載荷在齒寬上分布不均勻，因此，軸應(yīng)設(shè)計(jì)得具有較大的剛度，并盡量使高速級齒輪遠(yuǎn)離輸入端。高速級可制成斜齒，低速級可制成直齒。相對于分流式講 ，用于載荷較平穩(wěn)的場合。 所以 優(yōu)先選擇圓柱齒輪減速器兩級展開式。 又知，絲桿傳動需要的最大功率： Pm=（ 2 0.00006081 2 25） /0.64=0.02985W 25 絲桿傳動需要的最大轉(zhuǎn)矩： T=(F* d0/2)tan（ + ） =6.6*5* tan（ + ） =13.8N*mm 最終確定減速器基本參數(shù)如下： 公稱傳動比 i=12.5 輸入轉(zhuǎn)速 n1=1500 r/min 輸出轉(zhuǎn)速 n2=120 r/min 功率 P=1.06kw 轉(zhuǎn)矩 T=72.5N m 通過以上數(shù)據(jù)對比，減速器符合要求。 附表： 公稱傳動比 i 輸入轉(zhuǎn)速 n/r min 功率、轉(zhuǎn)矩 中心矩 a/mm 50 60 80 100 125 140 155 額定輸入功率 P1/kw 額定輸出轉(zhuǎn)矩 T2/N m 10 1500 P1 T2 1.15 66.5 2.08 122 3.54 210 6.55 384 11.1 666 14.5 867 19.0 113.8 1000 P1 T2 0.92 79 1.68 145 2.89 253 5.37 466 9.23 819 12.2 1080 16.1 142.9 750 P1 T2 0.8 91 1.48 170 2.56 296 4.78 549 8.29 974 11.0 1291 14.7 1730 500 P1 T2 0.61 104 1.16 197 2.05 352 3.87 660 6.81 1187 9.07 1580 12.2 2126 300 P1 T2 0.42 117 0.81 225 1.46 414 2.81 789 5.08 1457 6.85 1967 9.33 2667 12.5 1500 P1 T2 1.06 72.5 1.94 133 3.30 229 5.83 405 9.94 706 13.0 921 17.1 121.1 1000 P1 T2 0.84 84.5 1.56 158 2.68 274 4.77 489 8.22 862 10.9 1142 14.5 1519 750 P1 T2 0.73 97 1.36 182 2.37 321 4.24 574 7.36 1021 9.76 1354 13.1 1817 500 P1 T2 0.55 110 1.05 209 1.87 376 3.41 687 6.02 1240 8.04 1654 10.8 2229 300 P1 T2 0.37 120 0.72 232 1.31 429 2.46 805 4.45 1492 6.02 2019 8.22 2754 26 第 三 章 機(jī)構(gòu)的潤滑 3.1導(dǎo)軌的潤滑 按滑動速度和平均壓力來選擇粘度 。 下表是按照導(dǎo)軌滑動速度和平均壓力來選擇其潤滑油的粘度。其中的粘度和國標(biāo) GB/T7632-1987機(jī)床用潤滑劑的選用中所推薦的 兩種導(dǎo)軌油 L-G68、 L-G150 和兩種導(dǎo)軌 -液壓油 L-HG32 與 L-H68的粘度相當(dāng)。 按滑動速度和平均壓力來選擇其粘度（ 40） (單位： mm2/s) 滑動速度（ mm/min） 比壓 /MPa 0.01 0.1 1 10 100 1000 0.05 0.1 N68 N68 N68 N68 N32 N32 0.2 0.4 N150或220 N150或220 N150 或220 N150或220 N68 N68 表 4-1-1 S=L B=50*10=500mm2 式中： S 導(dǎo)軌和工作臺支柱接觸面積 L 工作臺支柱長度 B 導(dǎo)軌寬度 P=F 靜 /S=19.55N/5 10-4 =3.91 104Pa=0.039Mpa F 靜 導(dǎo)軌額定靜載荷 V=5mm/s=300mm/min 由以上計(jì)算及表可知導(dǎo)軌的潤滑油選擇 N32 27 3.2螺紋聯(lián)接的潤滑 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，對所加潤滑劑要求不高，但長期固定放置會陰環(huán)境介質(zhì)如潮濕、受熱等影