螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）設計

螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）設計,螺紋,羅紋,加工,機床,進給,機構(gòu),設計 螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）(機構(gòu))設計說明書目 錄第1章 緒 論11.1 課題來源及研究目的和意義11.2 螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的現(xiàn)狀及趨勢11.3 螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的方案分析51.3.1 機械結(jié)構(gòu)分析51.3.2 機械結(jié)構(gòu)總體方案和布局6第2章 機械結(jié)構(gòu)的設計102.1滾珠絲杠的設計132.2滾珠絲杠副絲杠副傳動法面截形，循環(huán)方式等的確定.142.3滾珠絲杠的預緊152.4滾珠絲杠選取與校核173 滾動軸承的選取與計算.203.1 軸向滾珠絲杠軸和徑向滾珠絲杠軸受力分析.203.2 計算軸承壽命.223.3當量載荷.234步進電機的選取及設計計算.264.1轉(zhuǎn)動慣量計算264.2將負載質(zhì)量換算成電機輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量274.3計算電機輸出的總力矩.274.4負載起動頻率估算.275 聯(lián)軸器的選取286 齒輪減速器的選取287 進給系統(tǒng)精度校核.337.1支承滾珠絲杠軸承的變形337.2支承滾珠絲杠軸承的軸向變形34結(jié) 論25參 考 文 獻26致 謝27第1章 緒 論1.1 概述二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）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：(1) 數(shù)控立式銑床：數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的大多數(shù)，應用范圍也最廣。目前三坐標數(shù)控立式銑床占螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的大多數(shù)，一般可進行三軸聯(lián)動加工。(2) 臥式螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）：臥式螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的主軸軸線平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴充功能，臥式螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）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。(3)立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床：這類銑床的主軸可以進行轉(zhuǎn)換，可在同一臺螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）上進行立式加工和臥式加工，同時具備立、臥式銑床的功能。1.4螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的用途和工藝特點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。1.5我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀當前，我國的數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過渡的關(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)。1.6數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題當前我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國內(nèi)市場占有率偏低。據(jù)有關(guān)資料表明,年國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率僅為38.88%。造成這種嚴峻的形勢,除客觀原因外,主要是產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性不過硬?！笆濉逼陂g,我國機械制造工業(yè)正朝著精密化、柔性化、集成化、自動化、智能化方面迅速發(fā)展,國內(nèi)數(shù)控機床需求強勁,我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)適逢極好的發(fā)展機遇。然而,我國加入后,國外生產(chǎn)的數(shù)控機床將會更多的進入我國市場市場競爭更為激烈。提高國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率,關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性。幾年來,經(jīng)過對國內(nèi)外數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)剖析和使用性能的調(diào)研,探索和總結(jié)了數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設計和制造的新技術(shù)?，F(xiàn)時主要存在有以下幾個問題：（1）缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模（2）缺乏發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和技術(shù)配套體系（3）缺乏技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新和產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在動力（4）面臨國外強手競爭的巨大壓力回顧數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段，六代的發(fā)展歷程。第一個階段叫做NC階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。自1970年開始小型計算機開始用于數(shù)控系統(tǒng)就進入了第二個階段，叫做CNC階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)：從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。實際上從20世紀末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專用封閉的系統(tǒng)，而第六代開放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。1.2螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）的現(xiàn)狀及趨勢 隨著科學技術(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的成本，同時還要求具有網(wǎng)絡功能，以適應未來車間面向任務和定單的生產(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)應運而生，發(fā)展很快。目前正朝標準化開放體系結(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)、“NC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、復合化、網(wǎng)絡化、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)控機床設計和制造技術(shù)的新局面。1.3 螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）進給機構(gòu)的方案分析1.3.1機械結(jié)構(gòu)分析 本課題是設計一種螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）進給的機構(gòu)，此機構(gòu)的工作臺可以在X,Y軸兩個方向自由移動，由電動機控制，人們只需啟動和關(guān)閉開關(guān)，即可實現(xiàn)病床在任意位置的停止，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，本課題升降裝置采用電機驅(qū)動滾珠絲桿的方式來帶動工作臺的平移，現(xiàn)提供以下設計方案：步進電機工作臺滾滾絲桿聯(lián)軸器 圖1 步進電機驅(qū)動滾珠絲桿進給機構(gòu)方案1此種方案為傳統(tǒng)的的進給機構(gòu)設計方案，此種方案步進電機與滾珠絲桿通過聯(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)鉆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，符合此次設計的要求，因此此種方案雖然是傳統(tǒng)的設計方法，但切合實際，我們優(yōu)先考慮。滾珠螺母桿滾珠螺母桿進給機構(gòu)安裝架橫向滾珠絲桿桿 圖3 進給機構(gòu)大體布局圖3.3傳動機構(gòu)擇選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。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34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410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。第2章 機械結(jié)構(gòu)的設計2 滾珠絲杠的設計2.1滾珠絲杠的設計（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24倍，能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 （2）運動平穩(wěn)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。 （3）高精度滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預緊消除軸向間隙和對絲杠進行預拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復定位精度。 （4）高耐用性鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC5863）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和精度保持性。 （5）同步性好由于運動平穩(wěn)、反應靈敏、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，可以獲得很好的同步效果。 （6）高可靠性與其它傳動機械，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)下工一般來說滾珠絲杠在工作中應該預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。接觸角隨初始間隙和軸向載荷的大小變化，為保證=，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)預緊方式（圖3）圖3 雙螺母結(jié)構(gòu)預緊示意圖 雙螺母預緊的結(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)風別為Z1和Z2，且Z2=Z1+1。兩個螺母向相同方向同時轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，調(diào)整軸向位移量為：(Ph導程)。特點：能夠精確地調(diào)整預緊力，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配調(diào)整比較復雜，宜用于高精度的傳動機構(gòu)。本設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緊方式。（2） 計算載荷（公式摘自機械零件設計手冊第二版中冊滾動螺旋傳動設計計算部分，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)。參考機械零件設計手冊表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 （式2）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 螺旋尺寸表結(jié)合公稱直徑和公稱導程的優(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機械零件設計手冊長度系數(shù)，參照機電一體化系統(tǒng)設計基礎表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計手冊第二版中冊表18-17.通常要求絲杠的導程誤差應小于其傳動精度的1/2，即=3.02m/m1/2()=1/2 10m/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 軸向滾珠絲杠軸和徑向滾珠絲杠軸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求當量載荷P。FA=309.6NFr1=111.12+1664.32=1668N Fr2=831.62+1924.52=2096.2N查表12-5可得，6306軸承的Cr=27kN，C0r=15.2kN；輕微沖擊，取fP=1.1因FAC0r=309.615200=0.020，查表可得，e=0.21.因FAFr1=0.18e，故P1=fp Fr1=1834.8NP2=fp Fr2=2305.8N3.2計算軸承壽命Lh 已知球軸承=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求當量載荷P。 Fr1=608.562+1672.012=1779.3N Fr2=364.182+1000.572=1064.8N查表12-5可得，6210軸承的C0r=19.8kN，Cr=27kN；輕微沖擊，取fP=1.2P1=fpFr1=2135.2NP2=fpFr2=1277.7N (2)計算軸承壽命Lh。 已知球軸承=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=1.2P01= 0.6Fr，F(xiàn)rmaxFr=1779.3NC0r/P01=11.13S0=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 步進電機的選取及設計計算步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。 選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。 選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 選擇步進電機需要進行以下計算： 4.1轉(zhuǎn)動慣量計算在旋轉(zhuǎn)運動中，物體的轉(zhuǎn)動慣量J 對應于直線運動中的物體質(zhì)量。要計算系統(tǒng)在加速過程中產(chǎn)生的動態(tài)載荷，就必須計算物體的轉(zhuǎn)動慣量J 和角加速度e，然后得慣性力矩TJe。物體的轉(zhuǎn)動慣量為： J = r 2 r dV ，式中：dV 為體積元，r為物體密度，r 為體積元與轉(zhuǎn)軸的距離。單位：kgm2。以園柱體為例：J=W/8(D/1000)2式中：L：長度，mmD：直徑，mm轉(zhuǎn)矩 22NM 4.2將負載質(zhì)量換算成電機輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量，常見傳動機構(gòu)與公式如下： Jt=J1+（1/i2)(J2+Js）+W/g（S/2)2 （1-2） 式中Jt -折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js -絲桿慣量(Kg.cm.s2) W-工作臺重量（N） S -絲桿螺距（cm） J1=W(1/2X3.14XBP/1000)XGL24.3計算電機輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt （1-3） Ma=（Jm+Jt).n/T1.02102 （1-4） 式中Ma -電機啟動加速力矩（N.m) Jm、Jt-電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2) n-電機所需達到的轉(zhuǎn)速（r/min） T-電機升速時間（s） Mf=(u.W.s)/(2i)102 （1-5） Mf-導軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（N.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2i)102 （1-6） Mt-切削力折算至電機力矩（N.m) Pt-最大切削力（N） 計算所得力矩28NM4.4負載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為 fq=fq0(1-(Mf+Mt)/Ml）(1+Jt/Jm) 1/2 （1-7） 式中fq-帶載起動頻率（Hz） fq0-空載起動頻率 Ml-起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m) 若負載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算. （5）運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅(qū)動負載，并留有足夠的余量。 （6）負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應小于（0.2 0.4)Mmax.綜上述選取三相混合步進電機110BYG350A/350A-S(接線型) 3 18 0.6/1.2 3 30000 1600 18 20 80-3505 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，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 查機械設計課程設計表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 齒輪減速器的選取已知各部件重量，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，高度范圍為800mm1200mm，升降速度為3050mm/s。即： 6.1.1步進電機設計計算 1、已知步進電機速度曲線本次設計加速時間 負載速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，6.2電機轉(zhuǎn)速 6.3負載轉(zhuǎn)矩式中：6.4負載慣量上下垂直運動齒輪齒條式中總慣量6.5電機轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩必須轉(zhuǎn)矩S為安全系數(shù)，這里取2.0根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用步進電機型號為ACH-11120D，此步進電機廠家為深圳步科電機，電機基本參數(shù)如下：電機額定功率為1.2KW，額定轉(zhuǎn)矩為4.0N.m，最大轉(zhuǎn)矩為12N.m，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min轉(zhuǎn)子慣量為 ，選用法蘭規(guī)格型號為110。電機大致圖如下：6.1.2減速器選擇 電機轉(zhuǎn)速3000r/min，齒條運動速度3m/min，由公式總傳動比一般同步帶傳動一般為2-2.5，我們算得減速器的減速比為大致為1:30-1:50之間。 本次設計選用減速器我們選用蝸輪蝸桿減速器，廠家為珠江減速器。珠江減速器蝸輪蝸桿減速器大致外形圖如下：由于電機的輸出功率為1.2Kw，根據(jù)珠江減速器電機功率與減速器相配的表格中如下： 步進電機我們已經(jīng)選得轉(zhuǎn)速為3000r/min，根據(jù)上表查得，我們選擇蝸輪蝸桿減速器RV050型號，減速比為1:40。 根據(jù)已經(jīng)選好的減速器的型號RV050，減速器外形尺寸圖如下：我們選擇FB這種類型的減速器樣式，有減速器輸出軸的，為了能和輸出同步帶輪連接。以下為該減速器詳細尺寸，我們選用的RV050減速器外形尺寸為144x210x85mm，減速器輸出軸軸徑14mm，減速器輸入軸徑與所選電機的輸出軸徑相同，即為19mm。所所選取步進電機為110BYG350C，根據(jù)以上查表計算所得選取行星減速器型號為PL120。7 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。7.1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*104=2080N /mm2;A 絲杠截面積(按內(nèi)徑定), 單位mm2;L 絲杠在支承間的受力長度, 單位mm;a, b 螺母至兩端支承的距離, 單位mm當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*L/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程發(fā)生變化, 一個導程的變化量式中:L0絲杠導程,單位為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程長度兩截面上的相對扭轉(zhuǎn)角, 根據(jù)材料力學計算式, 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 = 8.24 104N /mm2J 絲杠截面極慣性矩絲杠的驅(qū)動扭矩式中: a 絲杠的螺旋升角;摩擦角螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）進給滾珠絲杠副的螺旋升角a= 25,摩擦角&a= 10度,所以= 0.94,每一導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: v中央處撓度,絲杠長4280因絲杠太長, 采用兩端固定預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v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。當采用預緊螺母時, 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緊有關(guān)。當有預緊時式中: R滾道半徑,單位為mm;rb、db分別為滾珠半徑、直徑; 接觸角, = 45度;Z：工作的滾珠數(shù),外循環(huán)時, z =D,內(nèi)循環(huán)時, z =D-3,式中: D滾珠絲杠副公稱直徑;Fp預緊軸向力，單位N。選擇內(nèi)循環(huán)插管式螺母形式, 其工作滾珠數(shù):3，列數(shù)=636- 342=240 ,螺母預緊力= 1.04，精度系數(shù)r=2.5-2 =1.5.7.2 支承滾珠絲杠軸承的軸向變形軸承類型不同, 軸向接觸變形量不同, 且與絲杠有無預緊有關(guān), 計算公式如下 3有預緊時推力球軸承 c=1.7*F*N式中: F 軸承的軸向載荷,單位N;Fp：軸向預緊力, Nz：軸承的滾動體數(shù);d：軸承的滾動體直徑,單位為mm。進給系統(tǒng)采用51206型推力球軸承, 滾動體直徑 6mm, 滾動體數(shù)量18, 有預緊力。又根據(jù)所選滾珠絲杠精度V300， 絲杠副任意300mm行程內(nèi)行程的變動量V300p =1610-3mm。結(jié) 論 通過本次設計醫(yī)院升降醫(yī)療床的升降裝置設計，從中深刻掌握到升降醫(yī)療床中的雙面齒輪齒條結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)進行設計計算，并繪制出裝配圖和零件圖。然后在通過三維軟件SOLIDWORKS軟件進行零件的三維建模和裝配圖的建模。 綜上所述得到一下結(jié)論：(1)本設計適應了螺紋加工機床進給箱（機構(gòu)）病人的醫(yī)療床設備，可以在任意高度下停止。(2)雙面齒條齒輪結(jié)構(gòu)的應用得到了認可；(3)充分查找資料根據(jù)計算結(jié)果和設計的需要，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)的設計，方案合理，能適應實際的情況。參 考 文 獻1 Zhang Guoxiong，Liu Shugui，Qiu Zurong，Yu Fusheng，NaYonglin，Leng Changlin.NON-CONTACT MEASUREMENT OF SCULPTURED SURFACE OF ROTATIONJ.CHINESE JOURNAL OF M ECHANICAL ENGIN EERING.Vo1，17，No4，2004.2 GUO Yuan，WANG Yutian，HAO Bing .Nontouch Fiberoptic Reflective Displacement Sensor for RollerJ Wear.Semiconductor Photonics and echnology.Nov，2OO4.3 Tatsuo Inoue，Youichi，Watanabe，Kazuo，Okamura，Michiharu，Narazaki，Hayato Shichino，DongYing，JuHideo，Kanamori，Katsumi IchitaniM. A CooperativeActivityon QuenchingProcessSimulationJapaneseIMS-VHTProjectontheBenchmarkAnalys.TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT PROCEEDINGS OF THE 14TH IFHTSE CONGRESSJ.October,2004.4 MA Xiaojian，GAN Xuehui.Faults Analysis and Diagnosis of DRJ-460 Dish CentrifugalSeparators Helical Gear.Intemational Journal of PIant Engineering and ManagementJ.Vo19 No.4 December 2004.5. 王中發(fā). 機械設計M.北京理工大學出版社.1998.7.6 機電一體化技術(shù)手冊編委會.機電一體化技術(shù)手冊（上冊）M.機械工業(yè)出版社.1997， 7.7 孔凌嘉，張春林.機械基礎綜合課程設計M.北京理工大學出版社.2004.6.8 張晉西.直齒圓柱齒輪幾何參數(shù)計算機輔助測定J.機械設計.2003年6期.9 東北工學院機械零件設計手冊編寫組.機械零件設計手冊（上）M.冶金工業(yè)出版社，1986.4.致 謝本課題是在xxx老師的精心指導和熱情關(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)設計是在指導老師xx的細心指導下完成的。在我三個月的畢業(yè)設計中，正是他們以無私的關(guān)懷、忘我的研究精神和嚴謹?shù)膶W術(shù)作風關(guān)心影響和教導了我，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老師在學習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)摹⒖茖W的學術(shù)作風，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習的。在此謹向xxx老師表示衷心的感謝！感謝應用技術(shù)學院的各位老師！在我四年多的求學生涯中，從學習和生活各方面給予我莫大的關(guān)懷和幫助。感謝我的大學同學,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生生活和畢業(yè)設計生活增添了無限色彩。再有要感謝一起學習生活的同學們，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習，順利完成學業(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、同學和朋友們！