1、設計計算說明書課 題：螺旋傳開工作臺時 間：2021年6月 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233111201 一、設計任務 PAGEREF _Toc233111201 h 1 HYPERLINK l _Toc233111202 二、總體設計方案 PAGEREF _Toc233111202 h 2 HYPERLINK l _Toc233111203 三、各零件設計方案 PAGEREF _Toc233111203 h 3 HYPERLINK l _Toc233111204 3.1 絲桿螺紋的設計與校核 PAGEREF _Toc233111204 h 3 H

2、YPERLINK l _Toc233111205 3.2 螺母及配合制的設計與校核 PAGEREF _Toc233111205 h 7 HYPERLINK l _Toc233111206 電機的選擇 PAGEREF _Toc233111206 h 8 HYPERLINK l _Toc233111207 其他軸段設計 PAGEREF _Toc233111207 h 8 HYPERLINK l _Toc233111208 3.5 軸承的尺寸與潤滑設計 PAGEREF _Toc233111208 h 9 HYPERLINK l _Toc233111209 3.6 直線滾珠導軌的設計與校核 PAGER

3、EF _Toc233111209 h 10 HYPERLINK l _Toc233111210 3.7 端蓋、軸承蓋與機座 PAGEREF _Toc233111210 h 11 HYPERLINK l _Toc233111211 四、設計心得 PAGEREF _Toc233111211 h 12 HYPERLINK l _Toc233111212 參考資料： PAGEREF _Toc233111212 h 13一、設計任務1.設計課題：螺旋傳開工作臺的設計3.設計要求：設計一個用于傳輸裝置上的螺旋傳開工作臺。工作臺由電動機驅動，自行選擇選擇電機各項參數。在此根底上，計算傳動裝置的運動參數，完成

4、絲桿傳動的設計計算，以及軸承、聯軸器、潤滑、聯接件的選擇及校核計算。最后，繪制出裝配工作圖及零件工作圖，并編寫出設計計算說明書。設計的具體數據要求如下：1工作臺水平行程20mmg4運行速度5mm/s3學生任務：1螺旋傳開工作臺裝配圖一張2零件工作圖兩張軸、端蓋3設計計算說明書一份二、總體設計方案傳動裝置基于螺旋傳動的原理，利用螺桿與螺母間的相對運動，將旋轉運動變為直線運動。裝置位于原動機之后，主要是利用原動機提供的有效轉矩，借以實現工作臺的精確定位和移動。2. 裝置特點1裝置結構緊湊，傳動鏈長度大為縮短。同時，設計簡單、便于制造、維護方便。2介于螺旋傳動的特點，可以在傳動鏈中精確的傳遞相對運動

5、和位移，可以方便的控制螺母的移動速度，傳動精度較高。3裝置具有有自鎖功能，可以實現傳動中的“穩定剎車。4因為存在載重要求，必須考慮軸向載荷和轉矩作用下的螺桿變形，以及其引起螺距變化對傳動精度造成的影響，即必須要進行螺桿的剛度校核。在設計中，發現這是接影響螺紋精度等級的最主要因素，必須格外注意。 傳動方案確定初步確定絲桿為滑動螺旋傳動模式，主要存在以下兩種根本類型。【1】1螺母固定，螺桿轉動并移動見圖1。這時螺母本身就起著支撐作用，從而簡化了結構。雖然精度較高，但軸向尺寸往往很大，剛性較差。2螺桿轉動，螺母移動見圖2。這種傳動形式存在獨立的支撐件，結構緊湊所占軸向尺寸取決于螺母高度及行程大小，剛

6、度較大。 圖1 圖2綜合考慮后，本設計選用后一種方案，即螺桿轉動、螺母移動。傳動方案的結構如圖3圖4所示。其中所包含主要零部件如下：1-軸承蓋，2-調整墊片，3-機座，4-軸承，5-工作臺，6-端蓋，7-套筒，8-螺桿，9-密封圈，10滾珠導軌，11-滾珠。圖3 圖4三、各零件設計方案 絲桿螺紋的設計與校核1螺桿轉動一周，螺母移動一個螺距彈頭螺紋。因為螺距一般很小，所以在轉角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可大大縮短機構的傳動鏈，故裝置結構緊湊。2具有較好的增力作用。只要給主動件一個較小的轉矩，從動件即能獲得較大的轉矩。3由于工作臺采用滑動螺旋設計，存在較大的滑動摩擦，致使其效率偏低，磨

7、損較快。2.螺桿材料、熱處理及精度所有軸的制造材料均為45號鋼。螺紋局部采用外表淬火處理，保證硬度到達45HRC，使螺紋具有較好的強度和韌性。考慮傳開工作臺的技術要求和安裝限制，選取公差等級為h7級的基軸制配合。3.螺紋數據的初步設計與校核考慮到實際中軸向力的影響較大，選取梯形螺紋作為根本齒形。根據GB/T 5796.3-2005，。試取外螺紋公稱直徑，對應的中徑，小徑，螺距。由GB/T5796.4-2005，對于h7的梯形外螺紋，中徑的極限尺寸，。現實中，滑動螺旋傳動的失效性是主要是螺紋的磨損、螺桿的變形或螺紋的斷裂等。因此，滑動螺旋傳動的校核通常包括耐磨性、剛度、穩定性及強度等方面。根據使

8、用需要，還需進行驅動力矩、效率與自鎖等其他方面的計算。1螺旋升角及誘導摩擦角，得查表【1】，鋼的摩擦系數，因而其中，梯形螺紋的牙型半角2軸向力確實定根據要求，載重。設計中留出預留量，即考慮徑向力，取，那么。根據力的合成原理，得 3耐磨性校核因為磨損的速度與螺紋工作外表大小有直接關系，所以為了提高螺旋傳動壽命，必須限制螺紋工作外表壓強，即：這里，取梯形螺紋螺紋工作高度。試選用整體式螺母()，因而。這里初步確定螺紋材料為45號鋼，為兼顧螺紋的硬度和韌性要求，進行比外表淬火處理，保證HRC在4050。查表【1】得45號鋼的許用壓強 。顯然，有成立，合格。又螺母螺紋扣數，合格。4驅動力矩、傳動效率及自

9、鎖性校核對于單線螺桿，。視螺旋副克服摩擦力的力矩為其驅動力矩，即 傳動效率 顯然，故當驅動力矩去除后，螺旋將會自鎖，實現“穩定剎車。5剛度校核在長度為1m的螺紋上，因軸向載荷和轉矩作用而產生的螺距累計變化量查表1【1】可知，精度等級合格。 表1精度等級56789101530551106穩定性校核螺桿在受軸向載荷時，應防止螺桿長度與直徑比過大而造成側向彎曲。顯然，有螺桿最大工作長度螺紋局部長度工作行程+螺母高度工作行程+旋合長度，即螺桿失穩時的臨界軸向載荷。其中，支撐狀況選定為兩端固定即軸向和徑向均存在載荷作用，取支撐系數 綜上，有平安系數，合格7強度校核按第四強度理論校核螺桿強度，即桿所受應力

10、查表【1】得45號鋼得許用應力顯然，合格8重復精度校核由GC-101-60，查得在h7精度等級下每一螺距的螺距誤差為，螺距的累積誤差；牙型半角允差為20。因此，由螺桿傳動造成的重復精度，合格至此，所選外螺紋的所有技術指標均已校驗完畢，結果在合格范圍之內。因而，最終確定所選外螺紋各技術數據如下：公稱直徑，中徑(，)，小徑，螺距，螺旋升角內外螺紋精度及配合：材料及熱處理：45#鋼外表淬火處理HRC=45誤差分析：螺距累計誤差：，0.018/300,工作距離20mm，全長66mm。重復精度被控制在在內，完全滿足設計要求。3.2 螺母及配合制的設計與校核由基軸制，確定內螺紋螺母的精度等級為H8級。由G

11、B/T5796.4-2005，對于H8的梯形外螺紋，中徑的極限尺寸，。內外螺紋的配合見圖5所示。圖51由于本設計使用整體式螺母，因而將內螺紋設計于工作臺之內。2根據GB/T 5796.3-2005，。取內螺紋公稱直徑，對應的中徑，小徑，螺距。 介于螺母兼有載物和傳動兩個作用，考慮將其設計成上大下小的T形結構：下端內外螺紋嚙合傳動，上端承載物體。最終確定工作臺上外表尺寸大小68mm40mm。 螺母工作臺材料使用灰鑄鐵HT200。3螺紋螺母強度校核由于螺桿材料強度高于螺母材料，故只需驗證螺母螺紋強度即可。在忽略徑向間隙令時，剪切強度，彎曲強度。查表【1】，灰鑄鐵的許用剪切強度，許用剪切強度。顯然滿

12、足和，合格。3.3電機的選擇螺旋傳動水平行進距離，即滿足行進速度單線螺紋。設計要求，那么轉速。為滿足額定轉速要求，本設計中使用三相混合式步進電機作為原動機。選取電動機型號57HS 350A，額定靜轉矩，步距角。又，因而步進電機的脈沖頻率。所有軸的制造材料均為45號鋼。軸的根本形狀如圖5所示 圖6其中，有關軸端部倒角的選取遵循JB 5-59，軸肩處倒圓的選取遵循JB 3-59。砂輪越程槽的設計遵循見圖7，螺紋兩端退刀槽的設計遵循GB/T 3-1997。 平鍵尺寸的選取遵循GB 1096-79。外表粗糙度的選定遵循GB/T 1031-1995。 圖7 砂輪越程槽設計 圖8 平鍵設計有關軸承部的軸段

13、設計，采用基軸制，詳見“軸承尺寸設計。2.軸徑校核軸的工作能力主要取決于其強度和剛度。當強度缺乏時，會因斷裂或塑性變形而失效。這里按材料的許用扭轉應力確定最小軸徑，在此根底上進行結構設計。此時，彎曲應力的影響通過降低許用應力來加以考慮。軸受扭矩作用時的強度條件為扭轉應力本設計中，扭矩即為步進電機的靜轉矩與傳動效率之積，即，軸所傳遞的功率，轉速。查表【1】，45號鋼的許用扭轉應力為，可得。因此，有最小軸徑。顯然，所有軸段直徑均明顯大于，合格。3.5 軸承的尺寸與潤滑設計兩軸承的內徑均為.根據GB 292-64,選取70303 AC的角接觸球軸承。軸承的寬度系列為0窄系列，直徑系列為3(中)系列，

14、內徑d=17mm，外徑D=47mm，厚度B=14mm，公稱接觸角。【2】因此，與軸承配合處的軸段直徑d設定為17mm，采用過盈配合、基孔制，配合公差為H6/k7。軸極限偏差分別為es=+0.019mm,ei=+0.001mm；軸承的極限偏差為ES=+0.011mm,EI=0。此外，本設計中軸承為油潤滑，潤滑油型號CK220。3.6 直線滾珠導軌的設計與校核1.滾動導軌特點：1摩擦系數小，并且靜、動摩擦系數之差很小，故運動靈便，不易出現爬行現象。2定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為，它與螺桿的螺距累積誤差相比可以忽略不計。因此，當要求運動間產生精確微量的移動時，常采用滾動式導軌。3磨損較

15、小，壽命長，潤滑方便。4結構較滑動導軌復雜，本錢較高。綜上，本設計中使用自封式直線滾珠導軌支承工作臺的運動。如此一來，可以很好的限制工作臺的其他五個自由度，使之只能沿唯一方向運動。 導軌材料選用灰鑄鐵HT200。1運動件長度在滿足最大位移的前提下，應盡可能減小運動件的長度。這里有，取；最大位移；取保險量。因而最邊側兩滾珠球心距2隔離架限動槽長度在滾動導軌之上，固定在承導件上的限動銷與隔離架上的限動槽構成限動裝置，用來限制運動件的位移，以免運動件從承導件上滑脫。并且，隔離架的速度與滾珠中心的移動速度相同，為運動件移動速度之半。當運動鍵移動時，隔離架只移動。因此得限動槽長度。隔離架見圖8而限動銷為

16、直徑，長的圓柱銷。圖93滾珠大小和數量校核滾動體的大小和數量應根據單位接觸面積上的容許壓力確定。在結構允許的條件下，優先選用直徑較大的滾珠，這樣有利于提高導軌剛度。但是，滾珠大小會影響其數目，從而影響負載在導軌上的分布。因此使用經驗公式判斷最正確滾珠數目。這里取，有，取。4滾動導軌的預緊本設計中，使用移動導軌板的方法實現合理預緊參見圖4。從而有效增大導軌的剛度，降低導軌磨損。主要是使用2個限動螺釘，到達合理調整兩側導軌體檢間距的預緊目的。具體設計簡圖見圖10所示。圖103.7 端蓋、軸承蓋與機座關于端蓋、軸承蓋及機座，設計直接使用鑄造件。這樣可以保證較好的剛性，外形美觀，便于切削和加工，并且能

17、較好的吸收震動和消除噪聲，適于批量生產。本設計中，它們的材料都是灰鑄鐵HT200。有關軸承蓋上的密封圈，設計中使用非金屬材料聚四氟乙烯制造。有關端蓋、軸承蓋和機座的具體結構與尺寸詳見附錄的裝配圖和零件圖。四、設計心得親身經歷了這門課程的實驗設計，使我真正感受到儀器設計在各業中的廣泛應用。同時，也使我深深體會到：要真正完成一個零部件的設計，不但要掌握儀器設計、互換性、誤差理論等多學科的知識，而且還要有繼而不舍的鉆研精神，要善于學習新的知識，只有將這兩方面的知識融會貫穿和有機結合，才能設計出合格的裝置來。同時，我對于AutoCAD軟件的使用，也在這短短的四個星期里有了質的飛躍。越是熟悉AutoCA

18、D的使用，我越是驚訝于這款軟件的強大和實用，同時也感慨于自己所學還遠遠不夠，我想，只有不斷的汲取知識、向他人學習，才能做到更加靈活、熟練的掌握這款機械設計人員的“必修軟件。實驗開始時，由于缺乏設計經驗，加之對各方面技術標準的不甚了解，我的設計曾一度停滯不前。但是，通過小組內不斷地開會分析，大量查找閱讀相關資料，和同學們積極討論，并經常尋求老師的指導，終于使自己的設計思路愈發清晰、明朗，最終完成了包括裝配圖、零件圖和設計計算說明書在內的所有實驗任務。這一切，使我真正體會到：端正的設計態度和良好的合作意識是所有設計人員所必須具備的素質。同時，經過幾個星期時間的不斷摸索和設計，令我對儀器設計有了更加深刻的了解，也大大提高了我