齒輪內(nèi)部缺陷自動(dòng)檢測(cè)裝置數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)
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齒輪內(nèi)部缺陷自動(dòng)檢測(cè)裝置數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 1
Abstract II
第1章 緒論 3
1.1 課題分析 3
第2章 數(shù)字樣機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 檢測(cè)裝置總體方案設(shè)計(jì) 6
2.1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 9
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 5
2.1.5設(shè)計(jì)方案的可行性分析 7
第3章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 8
3.1 步進(jìn)電機(jī)的選用 8
3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 8
3.1.2步進(jìn)電機(jī)的選用 8
3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與尺寸確定 9
3.2.1 滾珠導(dǎo)軌的選擇 10
3.2.2.滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊 11
3.2.3.額定壽命的計(jì)算 11
3.2.4.載荷計(jì)算 12
3.2.5.滾動(dòng)體確定 137
3.2.6 許用負(fù)荷驗(yàn)算 18
3.2.7.滾動(dòng)導(dǎo)軌的材料和熱處理 19
3.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)與尺寸確定 14
3.3.1滾珠絲杠螺母副的選用 15
3.3.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算 16
3.3.3 滾珠絲杠螺母副的驗(yàn)算 19
3.4變速機(jī)構(gòu)中齒輪的設(shè)計(jì) 21
3.4.1 齒輪參數(shù)計(jì)算 21
結(jié)論 26
致謝 27
參考文獻(xiàn) 28
摘要
在工業(yè)化發(fā)展的今天，各種機(jī)械產(chǎn)品層出不窮，精度要求不斷提高。齒輪傳動(dòng)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，其精度高低直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，提高齒輪傳動(dòng)精度成為了提高產(chǎn)品質(zhì)量的一種方法。齒輪傳動(dòng)精度的高低主要受裝配精度、齒輪制造精度兩方面的影響
齒輪制造精度是由加工刀具來(lái)保證。而齒輪是加工齒輪的重要刀具，尤其是齒輪在加工各種齒輪的過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。所以，對(duì)齒輪精度的分析檢測(cè)是非常有必要的。
關(guān)鍵詞 齒輪內(nèi)部缺陷 檢查儀 齒輪
Abstract
In industrialized development today, endless variety of mechanical products, the accuracy improved. Gear drive as a major component of its accuracy will directly affect the quality of products. Therefore, improving the precision gear drive into improving the quality of products of a rational design. Precision Gear mainly by the level of two aspects : the assembly of precision,
the gear manufacturing precision.
Gear manufacturing precision machining tool is to be guaranteed. And Hob processing gear is an important tool, Archimedes is particularly Hob in the processing of various gear the process to be widely used. Therefore, Archimedes Hob accuracy of detection is very necessary.
Keywords profile error Tester Gear
第1章 緒論
隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化的飛速發(fā)展，如汽車制造業(yè)，航空航天工業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械裝備制造業(yè)以及IT行業(yè)等的飛速發(fā)展，對(duì)各種工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，特別是各行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。而衡量這些生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量的好壞最重要的一點(diǎn)就是其性能。性能的好壞主要又是由構(gòu)成設(shè)備的零部件精度決定的。所以，對(duì)零部件精度的掌握在一定程度上就體現(xiàn)出了公司對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量把握，決定了公司的效益。
齒輪作為機(jī)械產(chǎn)品傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能有很重要的影響。所以，各大齒輪制造商在擴(kuò)大齒輪產(chǎn)量、增加齒輪品種的同時(shí)，更加注重提高齒輪質(zhì)量。
影響齒輪質(zhì)量的因數(shù)很多，最直接的因數(shù)就是齒輪的加工刀具。齒輪是加工齒輪的重要刀具，尤其是齒輪在加工各種齒輪的過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，研究齒輪測(cè)量技術(shù)和研制相應(yīng)的檢測(cè)儀器是非常必要的。
在早期的生產(chǎn)中，檢測(cè)齒輪加工刀具是否達(dá)到自己所希望的精度，通常用的是手動(dòng)測(cè)量裝置。不僅檢測(cè)精度很難保證，而且工作效率低，越來(lái)越難滿足人們生產(chǎn)需要。隨著機(jī)械工業(yè)和電子信息技術(shù)的發(fā)展與融合，我們把傳感器、脈沖電機(jī)等電子設(shè)備與機(jī)械機(jī)構(gòu)相結(jié)合得到了檢測(cè)更精確，工作效率更高的齒輪加工刀具誤差測(cè)量?jī)x。
本設(shè)計(jì)主要是對(duì)零齒輪的齒輪內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。由于在設(shè)計(jì)中采用了先進(jìn)的機(jī)械電子技術(shù)，提高了設(shè)備檢測(cè)精度與生產(chǎn)效率。所以，我們相信本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品一定會(huì)比早期的產(chǎn)品更適合工業(yè)化生產(chǎn)。
1.1 課題分析
（1） 系統(tǒng)功能
實(shí)現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)齒輪金屬零件自動(dòng)超聲檢測(cè)的功能，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)各種型號(hào)小汽車變速箱齒輪的內(nèi)部缺陷檢測(cè)。它可以發(fā)現(xiàn)齒輪中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動(dòng)判別是否報(bào)廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料和更換探頭外，全部操作過(guò)程在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)完成。
（2）被測(cè)工件：外徑>ф1000mm
（3）檢測(cè)要求的運(yùn)動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)參數(shù)：
1）運(yùn)動(dòng)方式：工件旋轉(zhuǎn)，探頭沿工件的徑向和軸向進(jìn)給掃描；
2）工件轉(zhuǎn)速范圍為：5～60r/min；
3）進(jìn)給速度：1~20mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進(jìn)給量)。
（4）探頭可以定量手工調(diào)節(jié)入射角度，調(diào)節(jié)范圍為±100。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 檢測(cè)裝置總體方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：
? 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定。
? 伺服系統(tǒng)的選擇。
? 執(zhí)行機(jī)構(gòu)得結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定。
2.1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定
數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)是指被控制件由一點(diǎn)到另一點(diǎn)快速準(zhǔn)確定位，卻不能在兩點(diǎn)之間工作的系統(tǒng)；點(diǎn)位直線系統(tǒng)是指被控制件沿平面內(nèi)平行于導(dǎo)軌作直線工作的系統(tǒng)；連續(xù)控制系統(tǒng)是指被控制件沿平面內(nèi)任何曲線都能工作的系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)造價(jià)低廉，適用于兩點(diǎn)之間快速點(diǎn)位的系統(tǒng)；連續(xù)控制系統(tǒng)造價(jià)高，適用于連續(xù)工作的系統(tǒng)；點(diǎn)位直線系統(tǒng)造價(jià)介于前兩者之間，適用于簡(jiǎn)單直線運(yùn)動(dòng)。
由于齒輪齒形是直線，檢測(cè)齒輪內(nèi)部缺陷只需沿直線運(yùn)動(dòng)，所以選擇點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)。
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇
開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)荷不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整維修容易、在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。
閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有在設(shè)備移動(dòng)部件上得檢測(cè)反饋元件來(lái)檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。因而伺服控制精度高，閉環(huán)系統(tǒng)造價(jià)高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多用于精度要求高的場(chǎng)合。
此儀器屬于測(cè)量?jī)x器，其分辨率為0.005mm，所測(cè)齒輪加工的齒輪精度：8級(jí)，所以采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定
為保證數(shù)控系統(tǒng)得傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝配時(shí)，通常采用低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及有適宜的阻尼比要求的傳動(dòng)方式。考慮以上幾點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用以下措施：
1、盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌等。
致謝
本文主要闡述了齒輪檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我對(duì)齒輪加工過(guò)程產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)，受我主修專業(yè)的影響，我已經(jīng)習(xí)慣于設(shè)計(jì)帶來(lái)的一系列機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有導(dǎo)師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有父母和朋友的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。我首先要感謝我的指導(dǎo)老師張文生老師，對(duì)我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育。
再次由衷感謝答辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些許積極的價(jià)值！
參考文獻(xiàn)
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22 楊 昆.用CNC齒輪測(cè)量中心實(shí)現(xiàn)誤差項(xiàng)目的連續(xù)測(cè)量.西安工業(yè)學(xué)院報(bào).
1 齒輪內(nèi)部缺陷自動(dòng)檢測(cè)裝置數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ................................................... 1 ............................................. 1 章 緒論 ........................................... 3 課題分析 .......................................... 3 第 2 章 數(shù)字樣機(jī) 總體方案設(shè)計(jì) ............................ 4 測(cè)裝置總體方案設(shè)計(jì) ............................... 6 統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 ............................... 9 服系統(tǒng)的選擇 ................................... 5 計(jì)方案的可行性分析 ............................. 7 第 3 章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) ................................... 8 步進(jìn)電機(jī)的選用 .................................... 8 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 .................................. 8 進(jìn)電機(jī)的選用 ................................... 8 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與尺寸確定 ......................... 9 珠導(dǎo)軌的選擇 .................................. 10 .................................. 11 .................................. 11 ........................................ 12 ..................................... 137 用負(fù)荷驗(yàn)算 .................................... 18 ......................... 19 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)與尺寸確定 ................. 14 珠絲杠螺母副的選用 ............................ 15 珠絲杠螺母副的計(jì)算 ............................ 16 珠絲杠螺母副的驗(yàn)算 ............................ 19 速機(jī)構(gòu)中齒輪的設(shè)計(jì) .............................. 21 輪參數(shù)計(jì)算 .................................... 21 結(jié)論 .................................................. 26 致謝 .................................................. 27 參考文獻(xiàn) .............................................. 28 I 摘要 在工業(yè)化發(fā)展的今天，各種機(jī)械產(chǎn)品層出不窮，精度要求不斷提高。齒輪傳動(dòng)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，其精度高低直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，提高齒輪傳動(dòng)精度成為了提高產(chǎn)品質(zhì)量的一種方法。齒輪傳動(dòng)精度的高低主要受裝配精度、齒輪制造精度兩方面的影響 齒輪制造精度是由加工刀具來(lái)保證。而 齒輪是加工齒輪的重要刀具，尤其是齒輪在加工各種齒輪的過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。所以，對(duì)齒輪精度的分析檢測(cè)是非常有必要的。 關(guān)鍵詞 齒輪內(nèi)部缺陷 檢查儀 齒輪 n of as a co of of of of a by of of is to be ob is an is ob in of to be Ar ob of is . 3 第 1 章 緒論 隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化的飛速發(fā)展，如汽車制造業(yè)，航空航天工業(yè)、造船業(yè) 、機(jī)械裝備制造業(yè)以及 的飛速發(fā)展 ，對(duì) 各種工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量 提出了更高的要求 ，特別是各行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備 。 而衡量這些生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量的好壞最重要的一點(diǎn)就是其性能。性能的好壞主要又是由構(gòu)成設(shè)備的零部件精度決定的。所以，對(duì)零部件精度 的掌握在一定程度上就體現(xiàn)出了公司對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量把握，決定了公司的效益。 齒輪作為機(jī)械產(chǎn)品傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能有很重要的影響。所以，各大 齒輪制造商在擴(kuò)大齒輪產(chǎn)量、 增加齒輪 品種的同時(shí)，更加注重提高齒輪質(zhì)量。 影響齒輪質(zhì)量的因數(shù)很多，最直接的因數(shù)就是齒輪的加工刀具 。 齒輪是加工齒輪的重要刀具，尤其是齒輪在加工各種齒輪的過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。因此， 研究齒輪 測(cè)量技術(shù)和 研制相應(yīng)的檢測(cè) 儀器 是非常必要的。 在早期的生產(chǎn)中，檢測(cè)齒輪加工刀具是否達(dá)到自己所希望的精度，通常用的是手動(dòng)測(cè)量裝置。不僅檢測(cè)精度很難保證 ，而且工作效率低，越來(lái)越難滿足人們生產(chǎn)需要。隨著機(jī)械工業(yè)和電子信息技術(shù)的發(fā)展與融合，我們把傳感器、脈沖電機(jī)等電子設(shè)備與機(jī)械機(jī)構(gòu)相結(jié)合得到了檢測(cè)更精確，工作效率更高的齒輪加工刀具誤差測(cè)量?jī)x。 本設(shè)計(jì) 主要是對(duì)零 齒輪 的 齒輪內(nèi)部缺陷 進(jìn)行檢測(cè)。由于在設(shè)計(jì)中采用了先進(jìn)的機(jī)械電子技術(shù) ，提高了設(shè)備檢測(cè)精度與生產(chǎn)效率。所以，我們相信本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品一定會(huì)比早期的產(chǎn)品更適合工業(yè)化生產(chǎn)。 課題分析 （ 1） 系統(tǒng)功能 實(shí)現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)齒輪金屬零件自動(dòng)超聲檢測(cè)的功能，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)各種型號(hào)小汽車變速箱齒輪的內(nèi)部缺陷檢測(cè)。它可以發(fā) 現(xiàn)齒輪中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動(dòng)判別是否報(bào)廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料和更換探頭外，全部操作過(guò)程在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)完成。 （ 2）被測(cè)工件：外徑 >ф 1000 3）檢測(cè)要求的運(yùn)動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 1）運(yùn)動(dòng)方式：工件旋轉(zhuǎn)，探頭沿工件的徑向和軸向進(jìn)給掃描； 2）工件轉(zhuǎn)速范圍為： 5～ 60r/ 4 3）進(jìn)給速度： 1~20mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進(jìn)給量 )。 （ 4）探頭可以定量手工調(diào)節(jié)入射角度，調(diào)節(jié)范圍為± 100。 5 第 2章 總體方案設(shè)計(jì) 檢測(cè)裝置總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： ? 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定。 ? 伺服系統(tǒng)的選擇。 ? 執(zhí)行機(jī)構(gòu)得結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定。 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)是指被控制件由一點(diǎn)到另一點(diǎn)快速準(zhǔn)確定位，卻不能在兩點(diǎn)之間工作的系統(tǒng)；點(diǎn)位直線系統(tǒng)是指被控制件沿平面內(nèi)平行于導(dǎo)軌作直線工作的系統(tǒng)；連續(xù)控制系統(tǒng)是指被控制件沿平面內(nèi)任何曲線都能工作的系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)造價(jià)低廉，適用于兩點(diǎn)之間快速點(diǎn)位的系統(tǒng)；連續(xù)控制系統(tǒng)造價(jià)高，適用于連 續(xù)工作的系統(tǒng)；點(diǎn)位直線系統(tǒng)造價(jià)介于前兩者之間，適用于簡(jiǎn)單直線運(yùn)動(dòng)。 由于齒輪齒形是直線，檢測(cè) 齒輪內(nèi)部缺陷 只需沿直線運(yùn)動(dòng)，所以選擇點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)荷不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整維修容易、在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有在設(shè)備移動(dòng)部件上得檢測(cè)反饋元件來(lái)檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。因而伺服控制精度高，閉環(huán)系統(tǒng)造價(jià)高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多 用于精度要求高的場(chǎng)合。 此儀器屬于測(cè)量?jī)x器，其分辨率為 測(cè)齒輪加工的齒輪精度： 8級(jí)，所以采用閉環(huán)伺服系統(tǒng) 為保證數(shù)控系統(tǒng)得傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝配時(shí)，通常采用低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及有適宜的阻尼比要求的傳動(dòng)方式?？紤]以上幾點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用以下措施： 1、盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌等。 6 2、提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，如應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)副。絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定，并加預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等提 高傳動(dòng)剛度。 齒輪軸截面的齒形是直線。要形成直線軌跡只須兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，如圖 3以只要兩個(gè)方向的速度成一定比例關(guān)系。如圖 3個(gè)方向速度的比例關(guān)系由程序控制。 。 圖 3軸速度關(guān)系 具體結(jié)構(gòu)如圖 3右方向進(jìn)給都采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，配合滾珠導(dǎo)軌形成平面運(yùn)動(dòng)。由于垂直方向精度要求不高，所以垂直方向采用齒輪齒條配合手動(dòng)進(jìn)給。 7 圖 3齒輪檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu) 在本設(shè)計(jì)裝置中，關(guān)鍵問(wèn)題有： 1、橫向、縱向進(jìn)給精度的保證 ； 2、 20°斜線軌跡的形成； 3、被測(cè)齒輪在裝置中分度精度的保證。 通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的分析采用以下相應(yīng)的措施： 1、 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)； 2、 采用 橫向、縱向速度匹配，形成平面內(nèi)各種運(yùn)動(dòng)； 3、采用脈沖步進(jìn)電機(jī)保證分度精度。 通 過(guò)對(duì)機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)分析得出裝置原理可行；通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的確學(xué)習(xí)分析得出裝置結(jié)構(gòu)可行；通過(guò)對(duì)機(jī)械工程學(xué)的確學(xué)習(xí)分析得出裝置工藝可行。 8 第 3章 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 b 取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 δ p=選步進(jìn)電機(jī)步距角 θ 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為 T，負(fù)載力為 P，根據(jù)能量守衡原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下關(guān)系。 T ? 式中 φ— 電機(jī)轉(zhuǎn)角 S— 移動(dòng)部件的相對(duì)位移 μ — 機(jī)械傳動(dòng)效率 若取 φ=θ b，則 S=δ p，且 ，所以 （ 4 式中 δ p— 移動(dòng)部件負(fù)載（ N）； G— 移動(dòng)部件重量； 與重力方向一致作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力； μ — 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； θb— 步進(jìn)電機(jī)步距角（ T— 電機(jī)軸負(fù)載力矩 (N?本設(shè)計(jì)中，取 μ＝ 火鋼珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， η＝ P δ＝ 200N， P 。 所以： 3 6 [ ( ) ] ()2 c m???? ? ?????3 6 0 . 0 0 5 [ 2 0 0 0 . 0 3 ( 2 0 0 0 ) ] 6 . 8 2 . 9 0 . 9 6T N c m?? ? ? ?????() G P? ?? ? ? 9 通過(guò)以上計(jì)算選擇電機(jī) 45距角 θ b=額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T=× D=63×Φ 45 滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與尺寸確定 在相配的兩導(dǎo)軌面間放置滾動(dòng)體或滾動(dòng)支承，使導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)成為滾動(dòng)摩擦，此為滾動(dòng)導(dǎo)軌，它的最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦因數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)差小，因此，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，運(yùn)動(dòng)所需的功率小，摩擦發(fā)熱少、磨損小，精度保持性好，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，移動(dòng)精度和定位精度高。滾動(dòng)導(dǎo)軌還具有潤(rùn)滑簡(jiǎn)單（有時(shí)可以油脂潤(rùn)滑），高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)像滑動(dòng)導(dǎo)軌那樣因動(dòng)壓效應(yīng)而使導(dǎo)軌浮起等優(yōu)點(diǎn)。但滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、制造比較困難、成本比較高、抗震性比較差。對(duì)灰塵比較敏感，因此必須有良好的防護(hù)。 珠導(dǎo)軌的特點(diǎn) 滾動(dòng)導(dǎo)軌廣泛的應(yīng)用于各種類型機(jī)床和機(jī)械。每一種機(jī)床和機(jī)械都利用了它的某些特點(diǎn)。例如：數(shù)控機(jī)床、坐標(biāo)鏜床、仿形機(jī)床和外圓磨床砂輪架導(dǎo)軌等，采用滾動(dòng)導(dǎo)軌是為了實(shí)現(xiàn)低速平穩(wěn)無(wú)爬行和精確位移，工具磨床的工作臺(tái)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，為了防止高速時(shí)因動(dòng)壓效應(yīng)使工作臺(tái)浮起來(lái)，以便提高加工精度，立式車床工作臺(tái)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌是為了提高速度，等等。 滾動(dòng)導(dǎo)軌的類型很多，按運(yùn)動(dòng)軌跡分有直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；按滾動(dòng)體的形式分有滾珠、滾珠和滾針導(dǎo)軌；按滾動(dòng)體是否循環(huán)可分為滾動(dòng)體循環(huán)和滾動(dòng)體不循環(huán)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌類型、特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)表 3 表 4點(diǎn)及應(yīng)用 類型 特點(diǎn)及應(yīng)用 滾動(dòng)體不循環(huán)的滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾珠導(dǎo)軌 行程不能太長(zhǎng)，摩擦阻力小、剛度低、承載能力差，不能承受大的顛覆力矩和水平力； 這種導(dǎo)軌適用于載荷不超過(guò) 1000工具磨床 滾柱導(dǎo)軌 載荷能力及剛度比滾珠導(dǎo)軌高，交叉滾珠導(dǎo)軌副四個(gè)方向均能承載 滾針導(dǎo)軌 滾針導(dǎo)軌承載能力最高 ; 滾柱、滾針對(duì)導(dǎo)軌面的平行度誤差要求比較敏感，且容易側(cè)向偏移和滑動(dòng)； 主要用于承載能力較大的機(jī)床上。如立式車床，磨床等 10 滾動(dòng)體循環(huán)的滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾 動(dòng)直線導(dǎo)軌副 有專業(yè)化生產(chǎn)廠生產(chǎn)品種規(guī)格比較齊全、技術(shù)質(zhì)量保證。設(shè)計(jì)制造機(jī)器采用這類導(dǎo)軌副，可縮短設(shè)計(jì)制造周期、提高質(zhì)量、降低成本。 滾柱交叉導(dǎo)軌副 滾柱導(dǎo)軌塊 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌套副 滾動(dòng)花鍵副 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)導(dǎo)軌 任何能承受徑向力的滾動(dòng)軸承 (或軸承組 )都可以作為這種導(dǎo)軌的滾動(dòng)元件 軸承的規(guī)格多，可以設(shè)計(jì)成任意尺寸和承受能力的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌行程可以很長(zhǎng) 很適合大載荷、高剛度、行程長(zhǎng)的導(dǎo)軌，如大型磨頭移動(dòng)式平面磨床、繪圖機(jī)等導(dǎo)軌 珠導(dǎo)軌的選擇 此設(shè)計(jì)為齒輪誤差檢 測(cè)裝置，屬于高精度的檢測(cè)儀器，所以采用滾珠導(dǎo)軌而不是滑動(dòng)導(dǎo)軌，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要和各種不同導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用滾珠導(dǎo)軌其結(jié)構(gòu)如圖 4 圖 3珠導(dǎo)軌原理圖 在原理圖中可以看到在 0o）中安裝了滾珠，為了防止?jié)L珠滑落，安裝了保持架，并且保持架可以保證各個(gè)滾珠之間的相對(duì)位置。 11 之所以選擇 易達(dá)到較高的加工精度。但滾珠導(dǎo)軌在工作時(shí)滾珠和導(dǎo)軌間是點(diǎn)接觸，應(yīng)力比較大，容易壓出溝槽，所壓溝槽的深度若不均勻，將會(huì)降低導(dǎo)軌的剛度及精度。為了改善這種情況， 可采用以下的工藝： 1、在 而增加了滾珠與滾到的接觸面積，提高了承載能力和耐磨性，但這種工藝的缺點(diǎn)是導(dǎo)軌中的摩擦力略有增加。 2、采用雙圓弧滾珠導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌是把導(dǎo)軌的滾道改為為圓弧形滾道，以增大滾動(dòng)體與滾道接觸點(diǎn)的曲率半徑，從而提高了導(dǎo)軌的承載能力，以及剛度、使用壽命。但雙圓弧導(dǎo)軌由于形狀的特殊性也有它本身的不足：形狀復(fù)雜，工藝較差，摩擦力較大。因此當(dāng)精度要求很高時(shí)不易滿足使用要求。 在工程設(shè)計(jì)中為使雙圓弧滾珠導(dǎo)軌能發(fā)揮接觸面積較大，變形較小的優(yōu)點(diǎn)，又不至于 過(guò)分增大摩擦力，一般都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)把其參數(shù)控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，在此設(shè)計(jì)中，由于滾珠導(dǎo)軌在工作時(shí)承受的力為 130N，相對(duì)于滾珠到過(guò)的極限力來(lái)說(shuō)是很小的，所以在此設(shè)計(jì)中不需那樣的計(jì)算。 使?jié)L動(dòng)體與滾道表面產(chǎn)生初始接觸彈性變形的方法稱之為預(yù)緊。預(yù)緊導(dǎo)軌剛度比沒(méi)有預(yù)緊的剛度大，在合理的預(yù)緊條件下，導(dǎo)軌磨損比較小，預(yù)緊的主要方式有： 1、采用過(guò)盈裝配形成預(yù)加負(fù)載： 裝配導(dǎo)軌時(shí)，根據(jù)滾動(dòng)體的實(shí)際尺寸，刮研壓板與滑板的結(jié)合面或在其間加上一定厚度的墊片，從而形成包容尺寸；過(guò)盈有一個(gè)合理的數(shù)值， 達(dá)到此數(shù)值時(shí)，導(dǎo)軌剛度較好，而驅(qū)動(dòng)力又不至于過(guò)大。 2、用移動(dòng)導(dǎo)軌板的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)緊： 預(yù)緊時(shí)先松開(kāi)導(dǎo)軌體的連接螺釘，然后擰動(dòng)側(cè)面螺釘，即可調(diào)整導(dǎo)軌兩邊的距離而預(yù)緊。此外，也可用斜鑲條來(lái)調(diào)整，這樣導(dǎo)軌的預(yù)緊量沿全長(zhǎng)分布比較均勻，故也常采用。 由圖 4 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副額定壽命的計(jì)算與滾動(dòng)軸承基本相同。 （ 4 )h t c a f f f ? 12 式中 L— 額定壽命（ 額定動(dòng)載荷（ P— 當(dāng)量動(dòng)載荷（ 受力最大的滑塊所受的載荷 ( Z— 導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)； ε — 指數(shù)，當(dāng)滾動(dòng)體為滾珠時(shí) ε ＝ 3；當(dāng)為滾柱時(shí)， ε ＝ 10／ 3； Ｋ — 額定壽命單位（ 滾珠時(shí)， K＝ 50柱時(shí)， K＝ 100 硬度系數(shù)＝ 1； 溫度系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 1； 接觸系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 精度系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 載荷系數(shù)，查文獻(xiàn) [實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 由式（ 4得 當(dāng)導(dǎo)軌水平放置的時(shí)候主要載荷就是移動(dòng)部分的重量，根據(jù)此裝置設(shè)計(jì)意圖和材料的密度及體積關(guān)系可估算移動(dòng)部件的重量： 331 0 7 . 8 1 0 1 0 3 7 3??? ? ? ? ?G=[ （ 2 . 5 + 0 . 5 5 + 1 + 0 . 4 5 + 0 . 4 + 0 . 2 4 ） 再加上其他元件的重量，則移動(dòng)部分的總重量為 400N。 所以每一個(gè)導(dǎo)軌上的載荷為 200N。此外，摩擦阻力受結(jié)構(gòu)形式、潤(rùn)滑劑的黏度、載荷及運(yùn)動(dòng)速度的影響而略有變化，預(yù)緊后，摩擦力稍微增大，摩擦力 （ 4 式中 μ — 滾動(dòng)摩擦系數(shù)， μ = 3 1 91 1 1 0 . 9 1 0 6 0 5( ) ( ) 5 0 2 . 5 1 0 ( )1 . 2 0 . 0 1h t c a f f f k ???? ? ? ? ? ?F F f? ??? 13 F— 法向載荷（ N） f — 密封件阻力 (N)，每個(gè)滑塊座 （ f =2N）； 取 μ= 則： ×（ 200+2） =6N； 滾動(dòng)體的尺寸和個(gè)數(shù)應(yīng)根據(jù)單位接觸面積上的容許壓力計(jì)算確定。在一般條件下，應(yīng)優(yōu)先選用直徑較大的滾動(dòng)體，這是因?yàn)樵龃鬂L動(dòng)體直徑可以提高導(dǎo)軌的承載能力，對(duì)于滾珠導(dǎo)軌，其滾珠數(shù)目與 承載能力及滾珠直徑 此增大滾珠直徑 果滾動(dòng)體的數(shù)目太少會(huì)降低導(dǎo)軌的承載能力，制造誤差將顯著的影響運(yùn)動(dòng)件的位置精度；滾動(dòng)體數(shù)目太多，則會(huì)增發(fā)負(fù)載在滾動(dòng)體上的分布不均勻性，反而會(huì)降低剛度。實(shí)驗(yàn)表明，為使各滾動(dòng)體承受的載荷比較均勻、合理的滾動(dòng)體的數(shù)目為： （ 4 式中 G— 為導(dǎo)軌所承受的運(yùn)動(dòng)組件的重力（ N）； 為滾珠直徑。 在此選用導(dǎo)軌鋼珠 取整 Z=14，根據(jù)實(shí)際情況在導(dǎo)軌的各邊安裝滾珠數(shù)目為 7個(gè)。 用負(fù)荷驗(yàn)算 平均每個(gè)滾珠上最大負(fù)載 式中 導(dǎo)軌的預(yù)加載荷，按最大工作負(fù)荷的 1/2計(jì)算?，F(xiàn)根據(jù)最大工作負(fù)載取 N。 則 0/ 9 d?4 0 0 / 9 . 5 8 1 4 . 9Z? ? ? Z? 14 m a x 1 0 許用負(fù)荷 查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 k=60N/表得 ζ=1，則： 2[ ] 6 0 ( 6 / 1 0 ) 1 2 1 . 6 ( )? ? ? m a x 1 0 [ ]由此可知，此選擇的導(dǎo)軌可用。 適用于滾動(dòng)導(dǎo)軌的材料必須滿足硬度高，性能穩(wěn)定以及良好加工性能的特性，低碳合金鋼如 20滲碳淬火，表面硬度可達(dá) 60～ 63金結(jié)構(gòu)鋼，如 40火后低溫回火，硬度可達(dá) 45～50工性能良好，但硬度較低；合金工具鋼，淬火之后低溫回火，硬度可達(dá) 60～ 64種材料性能穩(wěn)定，可 以制造變形小，耐磨性高的導(dǎo)軌；氮化鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后，表面氮化，可得到很高的表面硬度（ 850但硬化層很薄，加工成本高；鑄鐵，硬度可達(dá)到 230～ 240工方便，滾動(dòng)體用滾珠，一般可滿足使用要求，在此裝置中的滾動(dòng)導(dǎo)軌的材料選用鑄鐵導(dǎo)軌。 滾動(dòng)體的材料一般采用滾動(dòng)軸承鋼（ 淬火后硬度可達(dá)到 60～ 66 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)與尺寸確定 滾珠絲杠副傳動(dòng)與滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)相比其主要特點(diǎn)是： 1、傳動(dòng)效率高 一般可達(dá) 95%以上是滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的 2~4倍； 2、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小、 靈敏度高、低速無(wú)爬行； 3、可以預(yù)緊、消隙絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度； 4、定位精度和重復(fù)定位精度高； 5、使用壽命為普通滑動(dòng)絲杠的 4~6倍甚至更高； 6、同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置時(shí)，可獲得較好的同步性； 7、使用可靠、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單、維護(hù)方便； 15 8、不自鎖，可逆向傳動(dòng)，即螺母為主動(dòng)，絲杠為被動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)； 9、由專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。 滾珠絲杠副作為精密、高效的傳動(dòng)元件在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)械工業(yè)、交通運(yùn)輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng) 域應(yīng)用得很普遍，可用作精密定位自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。 1、滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn) 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。外循環(huán)過(guò)程中滾珠與絲杠脫離接觸，目前使用插管完成滾珠循環(huán)的結(jié)構(gòu)，工藝性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但滾道管子突出于螺母外表，所以外循環(huán)絲杠螺母徑向尺寸較大。對(duì)于內(nèi)循環(huán)方式，滾珠絲杠螺母副在循環(huán)過(guò)程中滾珠始終保持與絲杠接觸。這時(shí)在左、右螺母上各裝 2個(gè)回珠反向器，它迫使?jié)L珠越過(guò)絲杠的螺母外徑，進(jìn)入相鄰的螺紋滾道，滾珠經(jīng)過(guò)不到一圈即返回。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副工作滾珠數(shù)目少，流暢性好，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，徑向尺寸緊湊，軸向剛度好，但回珠器槽形復(fù)雜，需三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床才能加工 。滾珠絲杠螺母副可以通過(guò)左右螺母的相互離開(kāi)和相互靠近達(dá)到 消除間隙的目的；當(dāng)有過(guò)盈時(shí)，即為預(yù)緊。常用的消除間隙或預(yù)加載的辦法如下： （ 1）螺絲式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 2個(gè)螺母中的 1個(gè)帶有外伸螺紋套筒， 2個(gè)螺母均裝有平健用來(lái)防止轉(zhuǎn)動(dòng)。用轉(zhuǎn)動(dòng)外伸螺紋套筒上的 2個(gè)鎖緊螺母的方法來(lái)調(diào)整間隙和加預(yù)載。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，被廣泛應(yīng)用，但調(diào)隙量不易精確。 （ 2）墊片式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 通過(guò)改變調(diào)整墊片的厚度，使 2個(gè)螺母產(chǎn)生相對(duì)位移，用以消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)緊力。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，剛性好，裝卸方便，特別 是將墊片做成半環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，修磨再裝就很方便。 （ 3）齒差式調(diào)隙結(jié)構(gòu)。 在兩個(gè)螺母的外凸緣上加工出兩個(gè)齒輪（齒數(shù)差為 1）。這兩個(gè)齒輪分別與螺母兩端的兩個(gè)內(nèi)齒圈相嚙合 要轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)螺母，就會(huì)使兩個(gè)螺母的相對(duì)位置發(fā)生變化，以調(diào)整軸向間隙和預(yù)緊力。 由于此檢查裝置工作負(fù)載很小，沖擊力幾乎為零，所以選用內(nèi)循環(huán)、浮動(dòng)反向器式滾珠絲杠螺母副。其浮動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)是：具有較好的摩擦特性，預(yù)緊力矩為固定反向器的 1/3~1/4，在預(yù)緊時(shí)，預(yù)緊力上升平緩，適用于各種高靈敏、高剛度的精密進(jìn)給定位系統(tǒng)。重載荷 、多頭螺紋、大導(dǎo)程不宜采用。 16 同時(shí)為了滿足滾珠絲杠的定位及預(yù)緊，特設(shè)計(jì)一對(duì)滾珠螺母，有為了滿足設(shè)計(jì)要求： j=3，但對(duì)于滾珠絲杠螺母副來(lái)說(shuō)螺母是成對(duì)使用的，如果設(shè)計(jì)成兩螺母副中一個(gè)為一個(gè)循環(huán)，另一個(gè)為兩個(gè)循環(huán)。這樣在預(yù)緊的時(shí)候兩螺母所受的預(yù)緊力是一致的，但兩邊滾珠所受的力是不一樣大小的，使只要一個(gè)循環(huán)的螺母的一端滾珠與滾道的應(yīng)力加大，這樣就加快了這一端的失效，所以依然采用兩端兩個(gè)循環(huán)的結(jié)構(gòu)。 1. 滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù)： (1)名義尺寸 珠絲杠的名義直徑 圓得直徑。 于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中的滾珠絲杠，取 000擇0的 1/35~1/30。 但 造成絲桿自重過(guò)大，容易引起彎曲，且增大驅(qū)動(dòng)力矩。因此較大的 的絲杠常采用空心結(jié)構(gòu)。 (2)基本導(dǎo)程 程 許使用的滾珠直徑也大，因而承載能力較強(qiáng)。同時(shí)，當(dāng)名義直徑 定后， 變大，一般 β＞ 2o，通常取 β＞樣才能保證高的轉(zhuǎn)動(dòng)效率。因?yàn)?β<2 但 別是螺母加工的困難。如磨削螺母滾道時(shí)易發(fā)生干涉現(xiàn)象。 初選 (3)滾珠直徑 滾珠直徑 絲杠的導(dǎo)程一定后，滾珠直徑過(guò)大，會(huì)降低絲杠的抗剪切和抗彎曲能力。一般取 初選 0 (4)滾珠的工作圈數(shù) 。 根據(jù)以往人們的試驗(yàn)結(jié)果，在滾珠絲杠的滾珠中，各圈滾珠所承受的載荷是不均勻的。第一圈承受總載荷的 30%~45%；而第五圈至第十圈 總共才承受載荷的 10%。由此可見(jiàn)過(guò)多的工作圈數(shù)對(duì)提高承載能力的作用不大。同時(shí)工作圈數(shù)越多，分布在滾道內(nèi)的滾珠個(gè)數(shù)要增加，容易引起滾珠流動(dòng)不暢。因此，工作圈數(shù) 工作滾珠總數(shù)以不大于 150 個(gè)為宜。 17 但滾珠個(gè)數(shù)過(guò)少，也會(huì)造成滾珠和螺紋滾道負(fù)荷集中，接觸點(diǎn)受力過(guò)大等問(wèn)題。 因此在此設(shè)計(jì)中初選 j=3。 (5)列數(shù) k。 選擇滾珠循環(huán)方式時(shí)必須保證滾珠流動(dòng)的暢通。為此工作圈數(shù) 是在要求工作圈數(shù)多的場(chǎng)合，可采用雙列或多列式螺母的結(jié)構(gòu)形式。 2. 滾珠絲杠的參數(shù)確定： (1)移動(dòng)部分重量 估算： 根據(jù)外形尺寸及所用材料的密度估算移動(dòng)部分的重力為： 331 0 7 . 8 1 0 1 0 3 7 3??? ? ? ? ?G=[ （ 2 . 5 + 0 . 5 5 + 1 + 0 . 4 5 + 0 . 4 + 0 . 2 4 ）， 則總重為 400N。 (2)初選公稱直徑 0 0 . 6 3 m m??；接觸角 α為 45 度； (3)基本額定靜載荷 (4式中 α— 接觸角（ o） 鋼球直徑（ z— 每圈螺紋滾道內(nèi)的鋼珠數(shù)量 i— 螺母的總工作圈數(shù)， i=圈數(shù)×列數(shù) 滾動(dòng)螺旋副的公稱直徑（ 螺桿滾道的曲率半徑 基本額定靜載荷特性值 取整 z＝ 30 032c o s 0 . 1 0 62 0 2? ? ?1 3 . 8 7 1 3 . 8 7 4 2 . 1 61 1 0 . 1 6( 1 ) ( 1 ) 1121 2 0 . 5 5 1 0 . 1 6s sf ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ?? ??? ? ? ? 18 則： (4)基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算 0 . 7 2 / 3 1 . 8( c o s ) t a na c WC f i z D???(410 . 4 1 0 . 391219 . 3 2 [ ] [ ( ) ]112f f ????1 s (1 )3f ???0 2 1 / 3(1 )(1 )?[ ] 1 1 . 7 2 0 . 4 1121( ) [ ]11 2S r ?? ?? ? 0d ?? 0?? (取整 ) 式中 α— 接觸角（ o） z— 每圈螺紋滾道內(nèi)的鋼珠數(shù)量 鋼球直徑（ i— 螺母的總工作圈數(shù) 滾動(dòng)螺旋副的公稱直徑（ 導(dǎo)程（ 有效工作行程（ 螺母滾道的曲率半徑 螺桿滾道的曲率半徑 工作行程系數(shù) 2 24 2 . 1 6 3 3 0 3 2 4 1 4 7 . 42 ? ? ? ? ? 19 螺母的適應(yīng)度 螺桿的適應(yīng)度 額定動(dòng)載荷特性，與材料的性能、滾道的幾何形狀有關(guān) 則： 文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 20數(shù)×列數(shù) =1× 4， 3 綜上所述，選用 主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 4 珠絲杠螺母副的驗(yàn)算 1. 工作力的估算 在此檢查裝置中，其滾珠絲杠在工作中所受的力很小，因?yàn)樵诠ぷ髦校瑴y(cè)頭與被測(cè)件的摩擦力以及機(jī)器的本身的摩擦力幾乎是全部的工作力。 由于采用的是滾珠導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)為 據(jù)估算得知移動(dòng)部分的重量約為 400N,取摩擦系數(shù) u= f=u N =00=2N，滾珠導(dǎo)軌的預(yù)緊力所形成的工 作力估為 1N，則總的工作力為 3N。 4珠絲杠技術(shù)參數(shù)表 主要尺寸 符號(hào) 計(jì)算公式與結(jié)果 螺紋滾道公稱直徑 0 導(dǎo)程 接觸角 ? 45° 鋼珠直徑 螺紋滾道曲率半徑 ?000 . 5 1 ~ 0 . 5 6 0 . 5 5 1 . 6 5sr d d? ? ?螺紋升角 ? 0a r c t a n / 3 . 6 4 3? ? ?螺桿螺桿大徑 ｄ 0 0 0( 0 . 2 ~ 0 . 2 5 ) 2 0 0 . 2 1 9 . 4d D d d? ? ? ? ?螺桿小徑 1d 1 0 0 17d D d? ? ?螺桿接觸點(diǎn)直徑 00 c o s 1 7 . 8 8 d ?? ? ?螺桿牙頂圓角半徑 00( 0 . 1 ~ 0 . 1 5 ) 0 . 1 2 0 . 3 6ar d d? ? ? 20 偏心距 e 00 . 7 0 7 ( / 2 ) 0 . 1 0 6se r d? ? ?螺母螺母螺紋大徑 D 00 23D D d? ? ?螺母螺紋小徑 1D 1 0 0( ) 2 0 . 6D D D d? ? ? ?滾珠絲杠的支承有三種主要形式： (1)一端定，一端自由的支承配置方式，通常用于短絲杠和垂直進(jìn)給絲杠； (2)一端固定，一端浮動(dòng)的方式，通常用于較長(zhǎng)的臥式安裝絲 杠。 (3)兩端固定方式，常用于長(zhǎng)絲杠或高轉(zhuǎn)速、高剛度、高精度的絲杠，這種配置方式可對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸。 由于此裝置是精度較高的檢測(cè)裝置，選擇第三種的支承方式。 滾珠絲杠常用的滾動(dòng)軸承有以下兩類： (1)接觸角為 60o的角接觸球軸承，這是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的滾珠絲杠軸承，這種軸承可組合配置。 (2)剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠工作負(fù)載 0的變化量 式中 A— 絲杠內(nèi)徑處的截面積（ ； E— 彈性模量，對(duì)于鋼， E=2× 102（ 導(dǎo)程（ 因?yàn)檩S向所受牽引力最大，故應(yīng)用軸向的參數(shù) 估算其值為 3N h=422 0 0 1 0 ( / )E N c m?? 223 . 1 4 (1 7 / 2 ) 2 2 7 . 0 ? ? 則 0A? ? ?11614 8 . 8 1 1 02 0 0 1 0 2 2 7 . 0L ??? ? ? ??? 21 導(dǎo)程總誤差為： ? ?11 300= = 8 . 8 1 1 0 6 . 6 1 /4m ?? ? ? ? ? 查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ]表 選足滿足設(shè)計(jì)要求。 因步進(jìn)電機(jī)的步距角 θ b=滾珠絲杠螺距 實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 δ p=傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)比為 ： μ=2=60=2 選 25， 0。 輪參數(shù)計(jì)算 由于此齒輪為精密測(cè)量設(shè)備上的傳動(dòng)齒輪，其轉(zhuǎn)速不高但要求傳動(dòng)準(zhǔn)確，故選用 5級(jí)精度，小齒輪材料用 40質(zhì)） ,硬度為 280齒輪材料用 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ,硬度為 240者材料硬度差40齒輪齒數(shù) 5，大齒輪齒數(shù) × 25=50。 強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，由設(shè)計(jì)公式 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1)選載荷系數(shù) K =(2)計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩 105 × 60N?104 N?3)查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]表 10 =4)查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]表 10 2131 12 . 3 2 ( )[] ? ? ????li m 1 600H M P a? ? 22 (5)查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]圖 10齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪按照接觸疲勞強(qiáng)度極限 (6)由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 00× 960× 1×（ 2× 8× 300× 15） =109 =109/2=109 (7)查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]圖 10的接觸疲勞壽命系數(shù) = (8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1, 由式 2） 計(jì)算 （ 1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑1入 ? ?H?中較小的值 （ 2）計(jì)算圓周速度 v （ 3）計(jì)算齒寬 1 0 . 4 7 6 . 0 2 4 3 0 . 4 1d m m m m?? ? ? ? ?（ 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h， 213142312 . 3 2 ( )[]1 . 3 5 . 4 7 1 0 2 1 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 7 6 . 0 2 4 m 4 2 5 2 2 . 5t ? ????? ? ?? ? ?11 7 6 . 0 2 4 9 6 0 3 . 8 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0?? ??? ? ???111[ ] 0 . 9 6 0 0 5 4 0H N H L i M P a M P ? ? ? ?222[ ] 0 . 9 5 5 5 0 5 2 2 . 5H N H L i M P a M P ? ? ? ?li m 2 550H M P a? ?1 23 模數(shù) 齒高 2 . 2 5 2 . 2 5 3 . 0 4 6 . 8 4h m m m m m? ? ? ? / 7 6 . 0 2 4 / 6 . 8 4 1 1 . 1 1? （ 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=s， 5級(jí)精度，查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]圖 10輪，假設(shè) / 1 0 0 / b N m m? ， 由表 101??查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]表 10； 查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]表 10級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， 將數(shù)據(jù)代入后得 2 2 31 . 0 5 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 0 . 4 ) 0 . 4 0 . 2 3 1 0 3 0 . 4 1 1 . 0 8 9 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 由 b/h= ?查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]圖 10； ?故載荷系數(shù) （ 4 （ 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑， 由式 （ 7）計(jì)算模數(shù) m 11/ 7 2 . 8 3 / 2 5 2 . 9 1m d z m m m m? ? ?取整 m=3。 根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2 2 31 . 0 5 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 0h d ?? ?? ? ? ? ?11/ 7 6 . 0 2 4 / 2 5 3 . 0 4d z m m m m? ? ?3311 / 7 6 . 0 2 4 1 . 1 4 3 / 1 . 3 7 2 . 8 3d K K m m? ? ? ?1 1 . 0 5 1 1 . 0 8 9 1 . 1 4 3A v h K K K??? ? ? ? ? ? 24 由文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]式（ 10彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。 (1)由文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]圖 10得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1 500 P a? ? ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 380 P a? ? ； (2)由文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]圖 10得彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 ， ； (3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=查文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]式（ 10 (4)計(jì)算載荷系數(shù) K A V F K K K K 1 1 . 0 5 1 1 . 0 8 1 . 1 3 4?? ? ? ? ? ?(5)查得齒形系數(shù) 由文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]表 10；2 。 (6)由文獻(xiàn) [機(jī)械設(shè)計(jì) ]表 10；2 (7)計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 2222 . 3 2 1 . 7 0 0 . 0 1 6 5 1[ ] 2 3 8 . 8 6F a s ???1112 . 6 2 1 . 5 9 0 . 0 1 3 4 2[ ] 3 0 3 . 5 7F a s ???222 0 . 8 8 3 8 0[ ] 2 3 8 . 8 61 . 4F N F M P ?? ? ?1!1 0 . 8 5 5 0 0[ ] 3 0 3 . 5 71 . 4F N F M P ? ?? ? ?13 212 ()[]F a S ?[]Fa 25 大齒輪的數(shù)值大。 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) 于齒輪模數(shù) ,得大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=接觸疲勞算得的分度圓直徑1 7 2 d m m?， 算出小齒輪齒數(shù) 11 7 2 . 8 3 2 9 . 12 . 5dz m? ? ? 取整 1 30z ? 21 2 3 0 6 0 ? ? ?1) 30， 0 計(jì)算分度圓直徑為11 3 0 2 . 5 7 5 . 0d z m m m m m? ? ? ?， 22 6 0 2 . 5 1 5 0 . 0d z m m m m m? ? ? ?。 2)計(jì)算中心距 a=(d2+2=（ 75+150） /2)計(jì)算齒輪寬度 1 0 . 4 7 5 3 0db d m m?? ? ? ?取 01=324112 2 5 . 4 7 1 0 1 4 5 8 . 77 5 . 0 ? ? ?1 1 4 5 8 . 7 / 1 9 . 4 5 / 1 0 0 / ,75 m m N m m N m ? ? ?4133 2212 2 1 . 1 3 4 5 . 4 7 1 0 N . m m( ) 0 . 0 1 6 5 1 2 . 0 1 6[ ] 0 . 4 2 5F a S m ? ? ?? ? ? ?? 26 結(jié)論 本設(shè)計(jì)的 主要任務(wù)是對(duì)零 齒輪內(nèi)部缺陷 進(jìn)行檢測(cè)。 設(shè)計(jì)的開(kāi)始要對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行分析，由分析得出多種設(shè)計(jì)方案。然后對(duì)各設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較選擇，確定設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與難點(diǎn)問(wèn)題。最后對(duì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與難點(diǎn)問(wèn)題實(shí)施有計(jì)劃的完成。 本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題是： （ 1） 檢測(cè)裝置的橫向和縱向運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)； （ 2）檢測(cè)裝置精度如何保證； （ 3）被測(cè)定位夾緊裝置的確定。 解決問(wèn)題所采取的措施： 檢測(cè)裝置的橫向和縱向運(yùn)動(dòng)采用相同型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠通過(guò)絲杠螺母把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)工作臺(tái)工作。 本設(shè)計(jì)要求精度很高，導(dǎo)軌選用滾動(dòng)導(dǎo)軌。 選用一定錐度的心軸對(duì)同時(shí)進(jìn)行定位夾緊。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)橫縱向進(jìn)給裝置中電機(jī)進(jìn)行選擇，對(duì)滾珠絲杠，滾動(dòng)導(dǎo)軌，變速齒輪等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 27 致謝 本文主要闡述了 齒輪檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使 我對(duì) 齒輪加工過(guò)程 產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)，受我主修專業(yè)的影響，我已經(jīng)習(xí)慣于 設(shè)計(jì) 帶來(lái)的一系列機(jī)遇與 挑戰(zhàn) 。 本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒(méi)有導(dǎo)師的指引和贈(zèng)予，沒(méi)有父母和朋友的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠(chéng)摯謝意。我首先要感謝我的 指導(dǎo)老師張文生老師 ，對(duì)我的構(gòu)思以及論文的內(nèi)容不厭其煩的進(jìn)行多次指導(dǎo)和悉心指點(diǎn)，使我在完成論文的同時(shí)也深受啟發(fā)和教育 。 再次由衷感謝答辯組的各位老師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力的積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報(bào)母校的培育之情，爭(zhēng)取使自己的人生對(duì)社會(huì)產(chǎn)生些 許積極的價(jià)值！ 28 參考文獻(xiàn) 1 孫桓，陳作模 第六版 2001 2 李柱，徐振高、蔣向前 高等教育出版社 濮良貴 ,紀(jì)名剛 第七版 2001 4 西安交通大學(xué)，樂(lè)兌謙 第二版 2004 5 杜君文 天津大學(xué)出版社 張萍 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 4 7 張樹森，王成俊 ,隋新，方森松 輪內(nèi)部缺 陷 的研究 1994， 7 8 傅耀先 工具技術(shù) 29卷： 6 趙仲生 ,趙一丁 ,林其駿 ,方素平 機(jī)械科學(xué)與技術(shù) 期 10 金光哲 測(cè)量與設(shè)備 11卷： 321 王建華 西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 3 12 任鳳國(guó) ,楊春生 煤礦機(jī)械 0期 13 盧春霞 輪內(nèi)部缺陷 的測(cè)量 報(bào) 19卷： 714 經(jīng)挺度 工具技術(shù) 28卷： 295 楊新建 西北工業(yè)大學(xué)碩士論文 276 劉成雁 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理 5期： 297 吳祖育，秦鵬飛 第三版 2000， 1 18 鄧星鐘 第三版 2000， 6 19 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 0 20 實(shí)用機(jī)床手冊(cè) 1999： 1頁(yè) 21 史恩秀，田曉虹，李永堂 輪內(nèi)部缺陷 的測(cè)量與計(jì)算 2000， 3 22 楊 昆 西安工業(yè)學(xué)院報(bào) .