摩擦式光杠传动的设计毕业设计 精品文档格式.docx
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1.引言5
1.1滚珠丝杠5
1.1.1滚珠丝杠传动原理5
1.1.2滚珠丝杠螺母副的结构和原理5
1.1.3滚珠丝杠螺母副的特点是5
1.1.4滚珠丝杠在实际应用中的实例图片展示6
1.2.普通丝杠（滑动）传动6
1.2.1滑动丝杠传动副原理6
1.2.2滑动丝杠传动原理和结构图6
1.2.3滑动丝杠副的传动特点7
1.2.4滑动丝杠副在实际应用的实例图片7
2.传动方案的设计7
2.1传动方案的总体结构7
2.2传动系统各个部分的选择8
2.2.1电动机的选择8
2.2.2减速器传动比的分配9
2.2.3光杠传动部分的整体结构10
3.光杠传动原理、实际工作过程及校核计算11
3.1光杠部分的工作原理11
3.2光杠表面上椭圆曲线沿轴向移动分析12
3.3机构装配关系与传动原理12
3.4光杠特殊轴承14
3.5光杠传动部分实际工作过程15
3.6该光杠传动系统的特点18
3.7轴及轴承校核18
3.7.1基本额定寿命和基本额定动载荷18
3.7.2轴强度校核20
4.设计总结22
5.致谢22
参考文献23
1.引言
丝杠的应用是将旋转运动通过丝杠螺母副转变为直线运动，其主要形式有普通的丝杠传动，滚珠丝杠传动，可获得很高的精度和平稳的运动。
1.1滚珠丝杠
1.1.1滚珠丝杠传动原理
滚珠丝杠的功能是将旋转运动转化为直线运动，或将直线运动化为旋转运动。
旋转运动转化为直线运动原理是：
在丝杠（螺母）旋转的时候，螺母是封闭循环，丝杠是开放循环，在循环的过程中，螺母（丝杠）是固定在设备上，螺母就会沿着丝杠的滚道向一个产生相对运动，在运动的同时就会带动部件产生运动。
将直线运动化为旋转运动则是逆向理解。
滚珠丝杠副的构造传统分为内循环构造（以圆形反向器和椭圆形反向器为代表）和外循环构造两种。
这两种构造也是最罕用的构造。
这两种构造性能没有实质差别，只是内循环构造安装衔接尺寸小；
外循环构造安装衔接尺寸大。
目前，滚珠丝杠副的构造已有10多种，但对比罕用的重要有：
内循环构造；
外循环构造；
端盖构造；
盖板构造
1.1.2滚珠丝杠螺母副的结构和原理
滚珠丝杠螺母副的结构有内循环与外循环两种方式。
图1—1内循环式图1—2外循环式
1.1.3滚珠丝杠螺母副的特点是
滚珠丝杠螺母副的传动特点是：
传动效率高，一般为η=0.92—0.98:
；
传动灵敏，摩擦力小，不容易产生爬行；
使用寿命长：
具有可逆性，不仅可以将旋转运动转变为直线运动，亦可将直线运动变成旋转运动；
轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程；
但是制造成本高，不能自锁，垂直安装时需要平衡装置。
1.1.4滚珠丝杠在实际应用中的实例图片展示
图1—3图1—4
1.2.普通（滑动）丝杠传动
1.2.1滑动丝杠传动副原理
滑动丝杠传动原理基本上与滚珠丝杠传动原理一样，都是将旋转运动转化为直线运动，或者将直线运动转化为旋转运动。
滑动丝杠传动副与滚珠丝杠传动副不同的是，滚珠丝杠传动副利用滚子将摩擦形式转变为滚动摩擦，而滑动丝杠传动副是利用丝杠螺纹与螺母的直接的接触的滑动摩擦来传递运动的。
1.2.2滑动丝杠传动原理和结构图
图1—5滑动丝杠传动原理
1.2.3滑动丝杠副的传动特点
结构简单、制造容易，由于滑动丝杠副为一般的丝杠制造容易、螺母所组成，故其结构简单、，减速传动比大，摩Fw力大、螺母只移动一个导程，而导程可以杠副可以得到很大的减速比。
传动效率低滑动丝杠副的工作面为滑动摩擦，故其摩擦阻力大，传动效率低。
具有自锁性，当使其螺旋升角小于摩擦角时，锁性。
运转平稳，则可以使滑动丝杠副具有自由于丝杠与螺母的啮合是连续的，而且同时呛金多。
所以其运转平稳、无噪声。
但低速或微调时可能出现爬行。
1.2.4滑动丝杠副在实际应用的实例图片
图1—6普通丝杠图1—7普通丝杠
2.传动方案的设计
传统的滚珠丝杠和滑动丝杠传动，虽然也能实现周向运动向轴向运动的转变，但是它要实现往复直线运动就必须要改变丝杠的转向，而且不能实现无级调速。
本文主要介绍一种靠摩擦力传动的光杠传动方案，它不仅能实现无极调速，而且不用改变光杠的转向就能实现往复直线运动。
2.1传动方案的总体结构
本套传动方案主要这个部分组成：
电机，减速器，一套新型的摩擦式光杠传动，只要有这几个部分组成。
其中电机通过V带传动到减速器，然后由减速器通过链传动到光杠轴。
图2—1传动系统
2.2传动系统各个部分的选择
2.2.1电动机的选择
电动机的功率选择合适与否，对电动机的正常工作和经济性都有影响。
功率选得过小不能保证工作机正常工作，或使用电动机因超载而过早损坏；
功率选得过大则电动机的价格高能力得不到充分发挥，而且因电动机经常不满载运行，其效率和功率因数都较低而造成能自的浪费。
对于载荷比较稳定、长期运转的机械，通常按照电动机的额定功率选择
电动机所需输出的功率P0（kW）由下式计算
式2—1
式中，为工作机所需的功率；
η为从电动机到工作机的总效率。
工作机所需的功率由工作机的工作阻力F（N）和运行速度v（m/s）或工作转矩T（N·
m）和转速n（r/min）确定
=Fv/1000式2—2
或
=Tn/9550
式2—3
由光杠的传动直径D，以及收线盘的直径D1及转速30r/min，得：
n=πD1·
n／πd
=（3.14×
600×
30）／（3.14×
60）
=300r/min
其中Tn=1.2×
105
查表得齿轮啮合效率η1=0.97，V带传动效率η2=0.96，滚动轴承效率η3=0.99，链传动效率η4=0.96。
总效率η
η=η1*η1*η2*η3*η3*η3*η4
=0.97×
0.97×
0.96×
0.99×
0.96
=0.8414
由以上计算的，电机的有效功率Pω
Pω=Tn/9550式2—4
=3.77kw
由以上可得，电机的输出功率为P0：
式2—5
=3.77/0.8414
=4.48kw
因载荷平稳，电动机连续运转，所以电动机的额定功率Pe应略大于所需功率P0。
查电动机产品样本，取Pe=5.5kW。
电动机转速的确定：
其中带传动的传动比ι=1，齿轮的传动比ι=6
因此得电动机的转速为n0
n0=300×
6
=1800r
在上述转速范围内的常用同步转速有1500r／min。
查电动机产品样本取，选取Y132s一4型电动机，其额定功率Pe=5.5kW，满载转速nm=1440r／min。
2.2.2减速器传动比的分配
在机械行业中，减速器是一种常用可靠地机械传动装置。
它广泛应用于各种机器的传动系统，而双级圆柱齿轮减速器是减速器中最常有的一种类型，在本文当中减速器采用的就是双级圆柱齿轮减速器。
a.各级传动比应尽量在推荐范围内选取
b.应使传动装置结构尺寸较小，重量轻。
c.应使各传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免干涉和碰撞。
d.等强度原则要求两级传动许用转矩相等
e.在等强度的基础上同时考虑润滑原则，即保证两级传动的被动齿轮浸油
深度应近于相等；
对于各轴线在同一水平面的减速器，其两级传动的被动齿轮直径应近于相等。
这样就可得到同时满足等强度原则和润滑原则
综合以上几点及传动比的计算式得出两级减速器传动比ι分别为：
ι=2ι=3
2.2.3光杠传动部分的整体结构
图2—2光杠传动部分外观结构
图2—3光杠传动部分内部结构
3.光杠传动原理、实际工作过程及校核计算
本文主要研究的是光杠传动部分，因此在传动原理及校核计算方面主要谈论的是光杠部分的传动原理及校核计算。
3.1光杠部分的工作原理
图3—1光杠传动部分结构
该机构主要有光杠，轴承，以及简单的箱体组成。
3.2光杠表面上椭圆曲线沿轴向移动分析
图3—2轴向移动分析
当表面刻有螺旋线的丝杠其位置轴向固定，而做周向旋转时，其螺旋线会沿轴向移动（这使得与其配合的螺母被推动沿轴向移动），上图中，某时刻，轴前表面上有一椭圆曲线在正垂面a位置处。
a与轴心线交点坐标为χ0，当轴转过一角度如45度时，该曲线在轴的新钱表面上的部分处于正垂面a’位置。
a’与轴心线交点坐标为χ1，则对新，旧前表面说，新前表面上的曲线位置（a’）较原前表面上曲线位置（在a），沿轴向前移了一段距离|χ—χ0|。
从图上可以看到，新前表面上的曲线已不再是平面曲线。
这是因为椭圆不是螺旋线，所以新前表面上曲线已不再是平行于原前表面上曲线的椭圆。
此处a’位置只是移动后曲线的近似位置。
但这并不影响椭圆随轴旋转时轴向移动的作用。
3.3机构装配关系与传动原理
根据上面分析把内环内径比光杠直径稍大些的滚珠轴承（轴承内孔是V字型）。
其母线与轴线倾斜一定角度α=74度，然后倾斜安装在与光杠配合，倾斜角也为74度，当在这种装置的对称一侧施加压力则内环内孔受压一侧与光杠表面紧密接触。
由于内环的弹性变形，使得受压内侧锥面表面的交线圆变成椭圆，而内环另一侧面则与轴不接触。
图3—3光杠与轴承机构装配关系
当轴传动时，由p力产生摩擦力带动内环随轴转动，轴上椭圆带动内锥面交线椭圆沿轴向移动。
与此同时，内环相对外环在滚道内转动，由滚珠推动外环沿光杠轴线作轴向移动。
由于外环通过轴承套与螺母座连接在一起，从而实现了螺母座的轴向移动。
被压力P作用与轴表面紧密接触，并被轴带动旋转和轴向移动受压部分的内环，有着丝杠表面螺旋线能推动螺母前进的相同的功能，所以我们可以形象地称其为“工作螺旋线”。
这里需要说明的是，只能在对称方向的一侧施加压力，而不是在倾斜轴承的上下方施
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