JWB100滾珠絲杠升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

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I 摘 要本論文所研究的題目是 JWB100 滾珠絲杠升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要是對蝸輪蝸桿、蝸輪絲杠的傳動部分進(jìn)行設(shè)計，以絲杠、蝸桿、蝸輪為主要的研究對象，對其工作受力性，材料的強(qiáng)度、剛度、韌性和散熱性等進(jìn)行了分析，并以升降機(jī)裝置的使用特點(diǎn)及用途出發(fā)，確定了以蝸輪蝸桿、蝸輪絲杠兩種傳動裝置為主要傳動的設(shè)計方案，制定了蝸輪、蝸桿、絲杠之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計。完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后，用畫圖輔助工具 Auto CAD 繪制了 3 張 A0圖紙，清楚地表達(dá)了 JWB100 滾珠絲杠升降機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能。設(shè)計的蝸輪絲桿升降機(jī)即可以單臺使用，也可以組合使用。能按一定程序準(zhǔn)確地控制調(diào)整提升或推進(jìn)的高度，可以用電動機(jī)或其他動力直接帶動，也可以手動。它有不同的結(jié)構(gòu)形式和裝配形式，該裝置可以自鎖。廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、建筑、水利設(shè)備等行業(yè)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、無噪音、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：升降機(jī)；絲杠；蝸輪；蝸桿II AbstractThe paper studies on the topic of JWB100Ball screw elevator design. Mainly on the worm gear, worm gear screw transmission parts of the design, with the lead screw, worm, worm gear as the main research object, its work force, material strength, stiffness, toughness and thermal performance were analyzed, and the lift device characteristics and use, to determine the worm gear, worm screw two transmission devices as the main transmission design, developed a worm gear, worm, screw between the structural design.To complete the structure design, drawing auxiliary tool for drawing Auto CAD 3 A0 drawings, clear expression of the JWB100Ball screw lift structure characteristics and performance.Design of the worm screw lift that can be used in single machine, also can be used in combination. According to certain procedures to accurately control the restructuring to enhance or promote height, can be used to directly drive the motor or other power, and can also manually. It has different forms of structure and form of the assembly, the device can lock. Widely used in machinery, metallurgy, construction, water conservancy facilities and other industries, has the advantages of compact structure, small volume, light weight, wide range of power, no noise, convenient installation, flexible use, multiple functions, supporting form, high reliability, long life and many other advantages.Keywords: Elevator；Screw ；Worm ；CraneIII目 錄摘 要 IAbstract .II第 1 章 引言 .11.1 蝸輪絲桿升降機(jī)設(shè)計概論 .11.1.1 蝸輪絲桿升降機(jī)設(shè)計概論 11.1.2 蝸輪絲桿升降機(jī)型號、規(guī)格及表示方法 11.2 國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .11.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 11.2.2 國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.3 本文研究的主要內(nèi)容 4第 2 章 傳動裝置總體設(shè)計 .52.1 傳動方案設(shè)計 .52.2 電動機(jī)的選擇設(shè)計 .52.2.1 電動機(jī)的選擇類型 52.2.2 確定傳動裝置效率 52.2.3 選擇電機(jī)的型號 62.2.4 計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 7第 3 章 滾珠絲杠傳動的設(shè)計 .93.1 滾珠絲杠與滑動絲杠對比 .93.2 滾珠絲杠傳動的設(shè)計 .93.2.1 滾珠絲杠副的工作原理、特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式 93.2.2 滾珠絲杠副的選用及計算 103.3 螺母的設(shè)計 .183.3.1 選取螺母材料 183.3.2 確定螺母的高度 183.3.3 確定螺文工作圈數(shù) 193.3.4 螺母的實(shí)際高度 193.3.5 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計算 193.3.6 螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計算 21第 4 章 圓弧圓柱蝸桿傳動設(shè)計 .244.1 圓弧圓柱蝸桿傳動設(shè)計概述 24IV4.1.1 圓弧圓柱蝸桿傳動的特點(diǎn) .244.2 圓弧圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇 244.2.1 圓弧圓柱蝸桿的參數(shù)及幾何尺寸計算 .254.3 圓弧圓柱蝸桿傳動強(qiáng)度設(shè)計 264.4 圓弧圓柱蝸桿剛度計算 304.5 精度等級公差和表面粗糙度的確定 314.6 蝸桿傳動的效率 324.7 蝸桿傳動的潤滑 334.8 蝸桿傳動的的熱平衡設(shè)計 33第 5 章 滾動軸承的選擇和設(shè)計 .365.1 蝸桿軸承的選擇設(shè)計 .365.2 蝸桿軸承的校核 .36第 6 章 結(jié)論 .40參考文獻(xiàn) .41致 謝 .421第 1 章 引言1.1 蝸輪絲桿升降機(jī)設(shè)計概論1.1.1 蝸輪絲桿升降機(jī)設(shè)計概論主要由精密滾珠絲杠副和高精度蝸輪蝸桿副組成的 JWB 滾珠絲杠升降機(jī)，應(yīng)用于速度快，頻率高和性能高的裝置中。效率高：獲得很大的推動力只需很小的驅(qū)動源，用滾動摩擦代替滑動摩擦，使升降機(jī)的效率得到提高。高速化：在速度上比梯形絲杠有明顯的提高，可以運(yùn)轉(zhuǎn)的輕松和高速。使用壽命長：由于使用的滾珠絲杠質(zhì)量高，工作壽命可以提高 3 倍以上。1.1.2 蝸輪絲桿升降機(jī)型號、規(guī)格及表示方法1、結(jié)構(gòu)形式：1 型——絲桿作軸型移動；2 型——絲桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、螺母作軸向移動。2、裝配形式：A 型——螺母（或絲杠）向上運(yùn)動；B 型——螺母（或絲杠）向下運(yùn)動。3、絲桿頭部形式：1 型結(jié)構(gòu)形式的絲杠頭部分為圓柱型、螺紋型、扁頭型、法蘭型、四種形式；2 型結(jié)構(gòu)形式的絲桿頭部分為圓柱型、螺紋型二種形式。1.2 國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢滾珠絲杠升降機(jī)有著重要的作用在工作和生產(chǎn)中。伴隨著社會的發(fā)展，滾珠絲杠升降機(jī)的類型也在增加，滾珠絲杠升降機(jī)分為壁掛式，固定式，自行式，2車載式，牽引式 [1]?，F(xiàn)在滾珠絲杠升降機(jī)正處在高速發(fā)展觀的狀態(tài)，并朝著集群化和產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。我國的城市建設(shè)在改革開放三十年以來處于高速迅猛的發(fā)展，使我國升降機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速,在城市的大街小巷已經(jīng)隨處可見作為垂直交通工具的升降機(jī).1978 年，黨的十一屆三中全會決定推動改革開放。最開始我們有獨(dú)立研發(fā)、生產(chǎn)和對升降機(jī)的安裝發(fā)展到通過引進(jìn)外資建立升降機(jī)廠，很多升降機(jī)合資企業(yè)建立了起來。如：1980 年 7 月 4 日中國迅達(dá)升降機(jī)有限公司成立，由瑞士迅達(dá)股份有限公司、中國建筑機(jī)械總公司、香港怡和迅達(dá)（遠(yuǎn)東）股份有限公司3 方合資組建，這是自從在改革開放以來我國的第一家合資企業(yè)在機(jī)械領(lǐng)域。該公司的建立在中國升降機(jī)行相繼掀起了引進(jìn)外資的熱潮；1984 年 12 月 1 日，天津市升降機(jī)公司、中國國際信托投資公司與美國奧的斯升降機(jī)公司合資組建的天津奧的斯升降機(jī)有限公司正式開業(yè) [2]。通過引進(jìn)外資和共同廠不僅能使城市快速發(fā)展對于我國升降機(jī)行業(yè)的發(fā)展也有重要影響。從自 1979 年至今升降機(jī)的產(chǎn)量有了飛速的增長：不僅如此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化：老的直流升降機(jī)已被淘汰，交流雙速梯、acvv交流調(diào)速梯逐漸被 vvvf 交流變頻變壓調(diào)速升降機(jī)所取代，控制系統(tǒng)已在大量采用 plc 和微電腦控制技術(shù)，最高梯速已達(dá)到 4m/s[3]；行業(yè)出現(xiàn)了翻天覆地的變化：升降機(jī)企業(yè)的生產(chǎn)條件、員工素質(zhì)、管理水平有了極大的改善與提高。在黨的十一屆三中全會上隊以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心的總方針使我國的科技水平得到提高。由于改革開放的政策促進(jìn)了大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，使升降機(jī)市場和升降機(jī)行業(yè)得到了迅猛發(fā)展。自從升降機(jī)企業(yè)大量建立，中國升降機(jī)行業(yè)不停的對管理和技術(shù)進(jìn)行規(guī)范。1984 年 5 月，中國建筑機(jī)械化協(xié)會建筑機(jī)械制造協(xié)會升降機(jī)分會在 1984 年 5月的西安召開，中國升降機(jī)協(xié)會的前身是升降機(jī)三級協(xié)會。1986 年 1 月 1 日，“中國建筑機(jī)械化協(xié)會建筑機(jī)械制造協(xié)會升降機(jī)分會”更名為“中國建筑機(jī)械化協(xié)會升降機(jī)協(xié)會”，發(fā)展史上的一個里程碑。因此升降機(jī)行業(yè)首次有了組織。國家標(biāo)準(zhǔn) GB 7588-87《 升降機(jī)制造與安裝安全規(guī)范》在 1987 年頒布。與歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN81-1《升降機(jī)制造與安裝安全規(guī)范》（1985 年 12 月修訂版）相似。國家標(biāo)準(zhǔn) GB 7588-87《升降機(jī)制造與安裝安全規(guī)范》對保障升降機(jī)的生產(chǎn)和安裝有十分重要的意義。3行業(yè)分析師分析：升降機(jī)應(yīng)用到了各行各業(yè)有建筑工地、酒店、企業(yè)、工業(yè)、市政施工、私家庭院。因此，我國升降機(jī)的發(fā)展有著光明的前景。升降機(jī)在我國進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，并能堅持這樣的趨勢進(jìn)行有力的發(fā)展。在現(xiàn)如今這種豎立著高樓大廈，建筑施工如此多的社會，大批工廠基礎(chǔ)設(shè)施項目開工，自動化流水線也大批投入，使升降機(jī)的重要作用也凸顯出來。我國升降機(jī)行業(yè)在改革開放后的市場需求強(qiáng)勁帶動下逐漸的發(fā)展起來?，F(xiàn)在國內(nèi)升降機(jī)市場一切向好的方向發(fā)展，我國升降機(jī)產(chǎn)品幾乎滿足了各個方面的需要。另外，我國在出口升降機(jī)發(fā)面也有了重大的進(jìn)步，升降機(jī)的出口類型也各種各樣，出口國家從東南亞擴(kuò)展到非洲、美洲，一些發(fā)展國家也成為我國液壓升降機(jī)的出口國，出口技術(shù)含量和附加值也在提高。目前，我國升降機(jī)的生產(chǎn)中心主要集中在華東、華北和華南地區(qū)。隨著升降機(jī)產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢和集群發(fā)展逐漸明顯，升降機(jī)將向高新技術(shù)發(fā)展，我國將網(wǎng)絡(luò)化、信息化、和綠色環(huán)保作為升降機(jī)發(fā)展的趨勢，升降機(jī)也將采用藍(lán)牙技術(shù)。隨著我國升降機(jī)行業(yè)優(yōu)化升級的效果更加明顯，升降機(jī)企業(yè)銷售量在不斷攀升，營業(yè)額逐年增長，但利潤率有所下降，這是行業(yè)走向成熟的必然結(jié)果 [4]。1.2.2 國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)在世界上的升降機(jī)每年賣出的銷售額能達(dá)到 75 億美元，主要生產(chǎn)國有日本、法國、德國、美國、意大利等。世界頂級公司有 10 多家，主要集中在北京，日本和歐洲。美國不僅是升降機(jī)的主要生產(chǎn)國，也是世界上最大的市場之一，在 20 世紀(jì) 60-70 年代美國廠家由于德國日本升降機(jī)的高速發(fā)展和 RT、AT 產(chǎn)品的興起導(dǎo)致在世界市場中的主導(dǎo)地位逐步的消弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢，最近幾年美國的市場活躍，外國廠家都來參與競爭使美國的經(jīng)濟(jì)回升。英國制造商的實(shí)力也有所增加，特雷克斯升降機(jī)公司的崛起既是例證 [5]。特雷克斯升降機(jī)公司前身是美國科林升降機(jī)廠 1995 年以來，其通過一系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。日本從 20 世紀(jì) 70 年代起生產(chǎn)升降機(jī)的質(zhì)量和數(shù)量有了明顯的提高主要出口到歐美市場，年總產(chǎn)量居世界第一使之成為工程升降機(jī)生產(chǎn)大國。自 1992年以來，因?yàn)槿赵纳担瑏喼藿鹑谖C(jī)和日本基建投資下降的影響，每年生4產(chǎn)升降機(jī)一直處于下降趨勢?，F(xiàn)在日本市場每年的需求量為 3100 左右。歐洲各個工業(yè)國不僅是工程升降機(jī)的出口國，還是重要的進(jìn)口國。歐洲的市場潛力很大。歐洲最大的市場是德國，其次為法國、意大利、英國等國。在德國 AT產(chǎn)品市場份額中，利勃海爾占 52%，格魯夫占 17%，德馬泰克占 14%，多田野和特雷克斯各占 9%和 6%左右。升降機(jī)行業(yè)的生產(chǎn)和制造的流程與汽車極為相似，在汽車行業(yè)中，福特、雷諾、通用汽車、寶馬、大眾梅賽德斯、等大公司都在聯(lián)合之路上走了很遠(yuǎn)，這兩個行業(yè)的世界市場已趨向統(tǒng)一化。如果想要在完善的世界市場中得到市場份額并保持逐步增長，購買競爭對手是捷徑，把爭奪世界市場的支配地位作為長期目標(biāo)。在升降機(jī)行業(yè)，某種意義上，打入世界市場就意味著進(jìn)入北美、中國（亞洲）和歐洲三大市場。世界頂級公司都對世界市場具有強(qiáng)大影響力，但迄今還沒有一家公司在上述三大市場取得主導(dǎo)地位。有 4 家公司已在兩大市場建立了根據(jù)地：格魯夫和特雷克斯在北美與歐洲；多田野在亞洲和歐洲。1.3 本文研究的主要內(nèi)容研究內(nèi)容：升降機(jī)的最大起升力 98KN，起升速度 1.75～0.015 min/1. 升降機(jī)傳動方案設(shè)計2. 滾珠絲杠傳動設(shè)計3. 圓弧圓柱蝸輪蝸桿傳動設(shè)計4. 蝸桿軸設(shè)計5. 滾動軸承、聯(lián)軸器、鍵、潤滑和密封形式的設(shè)計和選擇5第 2 章 傳動裝置總體設(shè)計2.1 傳動方案設(shè)計擬定總傳動比：蝸桿頭數(shù) 3， 蝸輪齒數(shù)?1Z 28， ?2Z按照設(shè)計要求設(shè)計單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機(jī)——彈性聯(lián)軸器——蝸桿減速器——滾珠絲杠升降機(jī)。 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計要求可知，該蝸桿的圓周速度 V≤4——5m/s，所以該蝸桿減速器采用蝸桿下置式見，采用此布置結(jié)構(gòu)，由于蝸桿在蝸輪的下邊，嚙合處的冷卻和潤滑均較好。 單機(jī)蝸桿減速器是由滾動軸承、電動機(jī)、蝸輪蝸桿傳動裝置、檢查孔、蝸輪軸與定位銷這樣的附件組成，還有一些其他的標(biāo)準(zhǔn)件。2.2 電動機(jī)的選擇設(shè)計2.2.1 電動機(jī)的選擇類型我國 80 年代替代原來的產(chǎn)品是現(xiàn)在大部分使用的 Y 系列三相交流異步電動機(jī)，這個電動機(jī)具有效率高、節(jié)約能源、振動幅度小、噪音小以及能夠安全的運(yùn)行等特點(diǎn)，Y 系列三相交流異步電動機(jī)安裝的尺寸和功率等級都符合國家標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛的應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備。由于蝸輪絲杠升降機(jī)屬于起重機(jī)械。對于頻繁啟動、制動和換向的這類機(jī)械，宜選用轉(zhuǎn)動慣量小、過載能力強(qiáng)、允許有較大振動和沖擊的 YZ 型或 YZR型三相異步電動機(jī) [6]。由于該生產(chǎn)單位采用三相交流電源，可考慮采用 Y 系列三相異步電動機(jī)，即 YZ 型或 YZR 型。2.2.2 確定傳動裝置效率 325.04.908.950.24321 ??????w??式中：蝸桿傳動效率 ； 攪油效率 ；8.01 ??38i6滾動軸承效率（一對） ； 聯(lián)軸器效率 ； 98.03??9.04??-------工作機(jī)的效率，取W?45.w2.2.3 選擇電機(jī)的型號1．計算升降機(jī)的驅(qū)動功率(2-1)kwvFpa02.435.6089.????式中：P--- 驅(qū)動功率，KW； ---起升力， ；aN---傳遞總效率； ----起升速度，?vmin/2． 確定電動機(jī)的額定功率電動機(jī)的額定功率按下式計算～1(?mpkwp43.02.1)3.??3． 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速滾珠絲杠升降機(jī)的轉(zhuǎn)速為(2-2)min/8.79103.6rlvnw???式中： ----起升速度， ； ---螺桿的導(dǎo)程，mm；vsm/---升降機(jī)的轉(zhuǎn)速wn故：電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 min/7458.932rniwm????通過查詢一些電動機(jī)手冊尋找符合這一轉(zhuǎn)速的電機(jī)，綜合考慮總傳動比，結(jié)構(gòu)尺寸及成本，選擇堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩較大的 Y 系列（IP44）三相異步電機(jī) [7]。7結(jié)論：電動機(jī)型號定 Y132M2-6 為，其技術(shù)數(shù)據(jù)如表 2-1：表 2-1 電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 額定功率min/rmin/rkw1000 960 5.52.2.4 計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)1．計算各軸轉(zhuǎn)速電機(jī)軸： 960?Mnmin/r蝸桿軸： 9601絲桿軸： in/103.9612rin2．計算各軸輸入功率電動機(jī)軸： ==5.5dPkw蝸桿軸： kw49.5.041?????蝸輪軸： kwPw 84.15.0.8.3212 ????3．計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 (2-3)mNnPTMdd ????7.54960.9501 軸（蝸桿軸）： NTd ???? 2.549.01聯(lián)?82 軸（蝸輪軸）： NmiT 5.403.98.0254112 ??????蝸承 ?9第 3 章 滾珠絲杠傳動的設(shè)計3.1 滾珠絲杠與滑動絲杠對比滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。 1)與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為 1/3 2)高精度的保證3)微進(jìn)給可能4)無側(cè)隙、剛性高5)高速進(jìn)給可能3.2 滾珠絲杠傳動的設(shè)計3.2.1 滾珠絲杠副的工作原理、特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式1.滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn)(1)滾珠絲杠副的工作原理。滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠,使絲杠與螺母之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的絲杠傳功。滾珠絲杠副在機(jī)械傳動中的作用,同樣是可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動。也可以將直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動 [8]。滾珠絲杠副一般是由絲杠 1、螺母 2、滾珠(鋼球)3 及滾珠循環(huán)返回裝置 4四個部分組成,如圖 1 所示 。(2)滾珠絲杠副的特點(diǎn)由上述工作原理可知,滾珠絲杠副與滑動絲杠副比較,滾動摩擦代替了滑動摩擦,因此,具有以下特點(diǎn):摩擦損失小、傳動效率高;磨損小、壽命長;軸向剛度高;10摩擦阻力小、運(yùn)動平穩(wěn);不能自鎖、具有傳動的可逆性。2.滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)型式1 ) 螺紋法向截型。螺紋法向截型(或稱滾道型面)是指通過滾珠中心的螺旋線的法向平面與絲杠或螺母滾道面的交線的形狀。目前,較常用的滾道型面為單圓弧和雙圓弧兩種。在兩種螺紋法向截型中,通過滾珠中心與滾道接觸點(diǎn)的連線與螺紋軸線的垂線間的夾角 β ,稱為接觸角。接觸角 β 越大,滾珠螺旋傳動的承載能力和剛度就越大,傳動效率越高。接觸角 β 很小時,絲杠能承受的軸向力變小,同時在相同的軸向負(fù)荷的作用下,會使得徑向力增大,即使擠壓滾珠的壓力加大,這將會降低絲杠的使用壽命。3.滾珠循環(huán)方式(1)外循環(huán)。 (2)內(nèi)循環(huán)。3.2.2 滾珠絲杠副的選用及計算1.滾珠絲杠副的選用原則對于各種不同載荷、轉(zhuǎn)速和工作狀態(tài),滾珠絲杠據(jù)使用壽命的大小也是不相同的。滾珠絲杠副有如下選用原則:一是在高速或較高速和定工作載荷的情況下選用滾珠絲杠副；二是在變工作載荷和變轉(zhuǎn)速的情況下選用滾珠絲杠副；三是在承受動載荷的情況下選用滾珠絲杠副；四是按額定靜載荷選用滾珠絲杠副。2.滾珠絲杠副的校核計算滾珠絲杠副由于精度要求高,制造比較復(fù)雜,所以一般均由專業(yè)廠生產(chǎn),使用者在設(shè)計一般以校驗(yàn)為主。一般情況下,滾珠絲杠副的承載能力取決于其抗疲勞能力,故首先應(yīng)按壽命條件及額定動載荷選擇或校核其基本參數(shù),同時檢驗(yàn)其載荷是否超過額定靜載荷。絲杠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性也要進(jìn)行校驗(yàn)。工作臺重量 =80KG=800N 工件及夾具最大重量 =200N 工作臺最大行1W2W程 =950mm 工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為 u=0.1 快速進(jìn)給速度 =4m/min ， KL maxV11定位精度為 20um/300mm,全行程 25um,重復(fù)定位精度為 10um 要求壽命為10000 小時（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力 Fa,速度 V 和時間比例 q 及其他見下表表 3-1 各種切削方式的縱向切削力 Fa,速度 V 和時間比例 q切削方式 縱向切削力Pxi(N)垂向切削力 Pzi(N)進(jìn)給速度Vi(m/min)工作時間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉(zhuǎn)速r/min強(qiáng)力切削一般切削精切削快速進(jìn)給200010005000120050020000.60.81410305052200115062010006080100375圖 3-1 進(jìn)給用滾珠絲杠裝配圖1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程max*VPhin?：工作臺最高移動速度maxV：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速；n FZD405-3P12I ：傳動比電機(jī)與絲杠間為齒輪連接式，i=4（取一級減速齒輪）由上表查得 =4m/min， =1500r/min 1Wmaxn代入得 0.67mmPh?查《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》取 5mmPh?確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷（1） 各種切削方式下， 絲杠轉(zhuǎn)速 (3-1)Vinph?由上表查的 =0.6, =0.8, =1, =41v23vP代入得 120， 160， 200， 800n?4各種切削方式下，絲杠軸向載荷 12()/0ixi ziFpwp??：絲杠軸向載荷， ：縱向切削力， ：垂向切削力iFxiPzn21iPizixi zi21xi1 ，，，： 垂 向 切 削 力 ，，，： 縱 向 切 削 力 ，，，： 絲 杠 軸 向 載 荷 ）（ ?? ????NW由上表得 xip(i=1,2,3,4)分別為 2000 N,1000N,500N,0Nzi(i=1,2,3,4)分別為 1200N,500N,200N,0N 已知 ＝800 N， ＝200 N 1w2代入得 (i=1,2,3,4)分別為 2200N，1150N，620N，1000NiF（2） 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 ： 工 作 時 間 百 分 比，，， ： 當(dāng) 量 轉(zhuǎn) 速n21mttr/i?(3-2)10tn10tt21m???13/100+ /100+ /100+ /100 數(shù)據(jù)代入得mn?1*t2nt3*t4nt240r/min（3） 當(dāng)量載荷(3-3)333312 4****0101010mmmmntntnt nt?mF=F+F帶入數(shù)據(jù)得 ＝1057N2）初選滾珠絲杠副由公式《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》（3.7－24）知(3-4) 6 3*10()athakhmwcffLnF?查《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》表（3.7－51）—表（3.7－54）得 tf＝ 1， hf＝1， af＝1， kf＝0.53， f=1.3， hL＝10000h代入數(shù)據(jù)可求得 ＝13589N=13.58KNc3)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量① （1/3—1/4）重復(fù)定位精度 m??② (1/4—1/5 )定位精度：最大軸向變形量 m?已知重復(fù)定位精度 10定位精度 25③ ＝3 ，② ＝6m?m?取兩種結(jié)果最小值 ＝3 ?（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式 0021**.39mmmFLLdE?????(3-5)14：最小螺紋底徑 mm2mdL＝（1.1—1.2）行程+(10—14) Ph靜摩擦力 =0F1W?已知行程 950mm， ＝800N, =0.2w0?代入數(shù)據(jù)得 L=1110mm， ＝160N, =9.5mm2md4）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號⑴選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預(yù)緊形式⑵由計算出的 ， ， 在《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》中選取相應(yīng)規(guī)格的滾Phamc2d珠絲杠副 FFZD4005-5 =5, =22000N =13589NPhaca5)確定滾珠絲杠副預(yù)緊力= PFmax13其中 ＝2200＝733NP6)行程補(bǔ)償值與拉伸力（1）行程補(bǔ)償值 C=11.8 3*10utl??式中 ＝ul2knaL?查《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》 kL＝950n＝110， a＝（2—4） ＝15Ph溫差取t?0.5c代入數(shù)據(jù)得 C=32 m?(2)預(yù)拉伸力＝1.95 t tF2d代入得 ＝4807Nt7）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷＝4807＋2200＝7007maxBF15（2）軸承類型兩端固定的支承形式，選背對背 60 角接觸推力球軸承0c（3）軸承內(nèi)徑d 略小于 ＝40， = ，取 d＝302BPF13max帶入數(shù)據(jù)得 ＝2336N（4） 軸承預(yù)緊力：預(yù)力負(fù)荷 ?BP（5） 按《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》選取軸承型號規(guī)格當(dāng) d＝30mm，預(yù)加負(fù)荷為： F所以送 7602030TVP 軸承d＝30，預(yù)加負(fù)荷為 2900 ＝2336NBP8)滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(1)絲杠螺紋長度 2sueL??由表查得余程 e（2）兩固定支承距離 ，絲杠 L1(3)行程起點(diǎn)離固定支承距離 0sL＝1290， ＝13501e＝1410， ＝3009）傳動系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度＝6.6 (3-6)minsk21*0dl:絲杠底徑2d1l：固定支承距離代入數(shù)據(jù) minsk＝782N/ m?2）絲杠最大抗壓剛度 16＝6 .6 (3-7) maxsk2210*4()dl?代入數(shù)據(jù)得 9000 N/?（2）支承軸承組合剛度1）一對預(yù)緊軸承的組合剛度(3-8)2530max2*.4sinBQKdzF??Qd：滾珠直徑 mm， Z：滾珠數(shù)maxF：最大軸向工作載荷 N 軸承接觸角由《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》查得7602030TVP 軸承 maxF是預(yù)加載荷得 3 倍＝ 8700N/ =375 N/maxk?0BKm?2）支承軸承組合剛度b?0BK＝750 N/bkm?3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度'1/3()0.pcaFk：《 現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計手冊》上的剛度'c＝2150 N/ , ac=2200N, pF=733Nm?代入數(shù)據(jù)得 k＝1491 N/ m10）剛度驗(yàn)算及精度選擇=3.5，Z＝17， ?＝Qd06（1） (3-9)mini11sbckk??17代入前面所算數(shù)據(jù)得 ＝min1k30axasbc??代入前面所算數(shù)據(jù)得 max1k47601Fw??已知 ＝800N, 0=0.2, 0F=160N0:靜摩擦力， ：靜摩擦系數(shù)， 1w：正壓力（2）驗(yàn)算傳動系統(tǒng)剛度＝ ；已知反向差值或重復(fù)定位精度為 10mink01.6F反 向 差 值＝3025.6i（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差＝ 0（ － ），代入 ＝5k?min1axkk?m?（4）確定精度：任意 300mm 內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言30pv0.8×定位精度－?k?定位精度為 20 /300m?=1500cnmax3.3 螺母的設(shè)計3.3.1 選取螺母材料螺旋傳動常用的材料1．ZCuSn10P1,ZCuSn5PbZn5（鑄錫青銅）：這類材料耐磨性好，適用于一般傳動。2．ZCuAl9Fe4Ni4Mn2（鑄鋁青銅）、ZCuZn25Al6Fe3Mn（鑄鋁黃銅）： 這類材料耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、低速的傳動。對于尺寸較大或高速傳動，螺母可以采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。綜上所述螺母材料選用 ZCuSn10Pb1（鑄錫青銅）。3.3.2 確定螺母的高度mm5.674.12???dH?取 65mm式中： -----螺母的高度，/mm ； d2----螺紋中經(jīng)，/mm ；Ф=1.1～3.5，取 Ф=1.5193.3.3 確定螺文工作圈數(shù)對于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為了使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，應(yīng)小于 10。＜105.610?PHu圓整后取 7?3.3.4 螺母的實(shí)際高度 muPH701??3.3.5 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計算螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿因此，需進(jìn)行螺母螺紋牙剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度計算 [9]。 如圖 2-3 所示，如將一圈螺紋牙沿螺母的大徑 D 展開，則可看作寬度為π D 的懸臂梁。螺母每圈螺紋所受的平均壓力為 F / u， 并作用在以螺紋中徑D2 為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面 a－a 上的剪切強(qiáng)度條件為：圖 3-2 螺母螺紋圈的受力(3-10)][?????DbuF20式中：b----螺紋牙根部的厚度，/mm ；對于梯形螺紋 b=0.65P，P 為螺紋螺距，/mm。D------螺母螺紋大經(jīng)， /mm ；-----螺母材料的許用切應(yīng)力，/Mpa ；可取[ τ ]＝80～100MPa [ ]；][?＜MpaDbuF147065.498?????][?結(jié)論：螺母剪切強(qiáng)度夠螺紋牙危險截面 a－a 上的彎曲強(qiáng)度條件為：(3-11) ][62bbuDFl????式中： l──彎曲力臂，/mm。l＝(D － D2）/ 2；[σb] ──螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，/MPa；可取[σ b]＝100～150MPa [ ]。＜[σ b]MpauFlb 7.51)065.(4948622 ???????結(jié)論：螺母彎曲強(qiáng)度夠213.3.6 螺母外徑與凸緣的強(qiáng)度計算圖 3-3 螺旋起重器的螺母結(jié)構(gòu)螺母結(jié)構(gòu)如圖 3-3 所示，在起重載荷 F 作用下，螺母下段懸置部分有拉伸應(yīng)力，螺母凸緣與底座的接觸面上會產(chǎn)生擠壓壓力，凸緣根部則有彎曲及剪切應(yīng)力。它們的強(qiáng)度條件計算式分別為：螺母下段懸置部分的抗拉強(qiáng)度條件為：螺母凸緣的擠壓強(qiáng)度條件為：][)(423ppDF?????－螺母凸緣根部的彎曲強(qiáng)度條件為：(3-12) ][(5.1234bbaDFWM?????）－＝ ][)(43.122?????DF－～22式中：[σ] ──螺母材料的許用拉伸應(yīng)力，/MPa。可取[σ]＝0.83[σ b]；[σP]──螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，/MPa。可取[σ p]＝（1.5～1.7）[σ b]則： ][9.5)470(982.1)(43.212??????????MaDF－～59.9Mpa＜0.83×150=124.5Mpa結(jié)論：螺母抗拉強(qiáng)度夠26.5Mpa＜[σ p]＝（1.5～1.7）[σ b]=1.5×60=90Mpa?p?結(jié)論：螺母接觸表面的擠壓強(qiáng)度夠＜[σ b]=120 MpaMpab2.83??結(jié)論：螺母凸緣根部的彎曲強(qiáng)度夠][5.26)7098(4)(4223 pp MaDF????????－ MpaaDFWMb 2.831570)9(8.)(5.12234 ????????23圖 3-5 絲桿24第 4 章 圓弧圓柱蝸桿傳動設(shè)計4.1 圓弧圓柱蝸桿傳動設(shè)計概述圓弧圓柱蝸桿（ZC 蝸桿）傳動是一種新型的蝸桿傳動。實(shí)踐證明，這種蝸桿傳動比普通圓柱蝸桿傳動的承載能力大，傳動效率高，適用壽命長。因此圓弧圓柱蝸桿傳動有逐漸代替普通圓柱蝸桿傳動的趨勢 [9]。4.1.1 圓弧圓柱蝸桿傳動的特點(diǎn)這種蝸桿傳動和其他蝸桿傳動一樣，可以實(shí)現(xiàn)交錯軸之間的傳動，蝸桿能安裝在蝸輪的上、下方和側(cè)面。它的主要特點(diǎn)有：1． 傳動比范圍大，可實(shí)現(xiàn) 1:100 的大傳動比傳動；2． 蝸桿與蝸輪的齒廓呈凸凹嚙合，接觸線與相對滑動速度方向間的夾角大，有利于潤滑油膜的形成；3． 當(dāng)蝸桿主動時，嚙合效率可達(dá) 95℅以上，比普通圓柱傳動的嚙合效率提高 10℅～20℅；4． 傳動的中心距難以調(diào)整，對于中心距誤差的敏感性較強(qiáng)。4.2 圓弧圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇圓弧圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)有齒形角 、變位系數(shù) 及齒廓圓弧半徑0?2x?1．齒形角 0?依據(jù)嚙合分析，選取齒形角 023??2．變位系數(shù) 2x一般推薦 。代替普通圓柱蝸桿傳動時，一般選取 5.1??。當(dāng)傳動的轉(zhuǎn)速較高時，應(yīng)盡量選取較大的變位系數(shù)，取15.02??x。此外，當(dāng) ＞2 時，取 ；當(dāng) ≤2 時，取 。1z2.1702??x1z5.12??x3．齒廓圓弧半徑 ?齒廓圓弧半徑 可按 計算。2.0)sin()(???ah25實(shí)際應(yīng)用中，推薦 （m 為模數(shù)）。當(dāng) =1、2 時，取 ；)5.(???1zm5??=3 時， ； =4 時，1z3.51z.4.2.1 圓弧圓柱蝸桿的參數(shù)及幾何尺寸計算齒形角 取0?02?模數(shù) m=3.5m蝸桿齒厚 s m396.451.340. ????蝸桿齒間寬 e m6.蝸桿軸向齒距 ap9.105.34????齒廓圓弧半徑 ?m.8.3.5齒廓圓弧中心到蝸桿軸線的距離 lqml 12.95.312.03sin5.18.0sin ????????齒廓圓弧中心到蝸桿齒對稱線的距離 L msL 27.1936.4502cos5.18.0co ????????齒頂高 ahm.3齒根高 ff 2.45.12.???26齒全高 hm7.532???頂隙 c m.00蝸桿齒頂厚度 as ])([2212arlL???])596.87.192=2.06mm蝸桿齒根厚度 fs])([2212farlL???]).96.87.192=4.14mm蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 ?法面模數(shù) nm4.32.1cos5.3cs0???n蝸桿法面齒厚 ns m84.o0?齒廓圓弧半徑最小界限值 min?4.3 圓弧圓柱蝸桿傳動強(qiáng)度設(shè)計1．選擇材料蝸桿采用 42CrMo，要求耐磨性好，故蝸桿螺旋齒面要求淬火。硬度為調(diào)質(zhì)HB241—269。蝸輪用 ZCuSn10Pb1（鑄錫青銅），金屬模鑄造。2．圓弧圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸計算根據(jù)功率 ==5.5 ， 960 ，dPkw?Mn1min/r初步確定蝸桿傳動的中心距 a=63mm01.)artn(qzha96.823si5.i00in???328?