丝杆传动工作台设计.docx

1、丝杆传动工作台设计一设计要求设计丝杆传开工作台，工作台水平行程20mm重复精度0.05mm承重1.5kg ,运行速度5mm/s设计内容：确定丝杆传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置 的运动参数；丝杆传动的设计计算；轴承、联轴器、润滑、联接件的选择及校核 计算；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。在设计中完成了以下工作：1丝杆传动装配图1张A4图纸；2零件工作图2张；3设计计算说明书1份。二总体设计方案：丝杠传开工作台总体设计方案的内容包括工作台尺寸设计、 导轨设计、减速器的选择、联轴器和轴承的选择以及直流电机的选择。2.1工作台的尺寸设计由于所要承受的负载的重量较小，并

2、且导轨的行程比拟小，所以根据负载的 重量可设计矩形工作台。2.2导轨类型设计由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故设计滑动直线导轨副，从而 减小工作台的摩擦系数，提高运动稳定性。2.3电机的选择根据负载的重量和工作台及零部件的重量较小， 所以选用的电机的功率较小， 可选用普通的直流电机，结合丝杠的转矩可选择所需的电机。2.4减速器的选择因为工作台的水平行程比拟小，丝杠的转速比拟小，结合电机的转速较大， 需选择传动比拟大的减速器，又因为所需功率较小，那么可选用同轴圆柱齿轮减速 器。2.5联轴器和轴承的选择根据所选用的电机的转轴的尺寸和减速器的蜗轮和蜗杆的尺寸，可以选择合 适的联轴器。由于在转

3、动过程中，所受的轴向力比拟小，主要承受径向力，所以 可选择角接触轴承。 机械结构零部件设计3.1工作台的尺寸设计工作台的相关参数设定为：材料：灰铸铁 HT200，密度p =7.0g/cm3 长度 * 宽度* 厚度：50*60*5=15000mrh 工作台质量：m=p V=7.0*15000*10-6=0.105 kg G=1.05N 工作台最大载荷：F=15N以下图为工作台简图3.2导轨的设计导轨类型的选择为滑动和滚动，在此我们选择滑动三角形导轨。导轨简图如 图所示90材料：用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦因数小，并具有良好的加工和 热处理性质。本设计导轨材料应选用 HT20Q它具有较好的

4、耐磨性，灰铸铁密度 为p =7.0g/cm3。此灰铸铁导轨的硬度一般为 180200HBWV为了提高导轨外表硬 度，采用说明淬火工艺，外表硬度可达 55HRC导轨的耐磨性可提高13倍。滑块的材料同样也选为灰铸铁3.3丝杠的设计滑动螺纹副的设计传动形式确定滑动螺旋的特点：结构简单，加工方便；易于实现逆行程自锁，工作安 全可靠；摩擦阻力大，传动效率低；容易磨损，轴向刚度较差。滚珠螺旋的特点：摩擦阻力小，传动效率高；磨损小、寿命长、工作 可靠性好；具有运动的可逆性，应设防逆动装置；轴向刚度较高，抗冲击性 能较差；结构复杂，加工制造较难；预紧后得到很高的定位精度约达 5um/300伽和重复定位精度可达

5、 12um。参照设计要求发现，滑动螺旋和滚动螺旋均可满足要求。 拟选定滑动螺旋传 动方式。滚动螺旋的工作原理以下图所示螺杆转动，螺母移动，如图 12-23 a所示。这种机构的轴向尺寸取决于 螺母厚度及行程大小。机构的刚度较大，结构紧凑，适用于工作行程较长的精密 加工设备和监测仪器。螺母转动、螺杆移动，如图12-23 b所示，这种机构的轴向尺寸也取决于 螺母厚度和行程的长度，机构所占空间较大，精度较低，结构比拟复杂，适用于 仪器和设备中的调解机构。螺母固定、螺杆转动并移动，如图 12-23?,所示。在这种机构中螺母起支撑作用，由此可消除螺杆与轴承支架可能产生的轴向窜动， 容易获得较高的转动精度。

6、其结构比拟简单，但轴向尺寸较大螺杆行程的两倍加上螺母厚度 ，刚性较差，仅适用于短行程的微动机构。螺杆固定、螺母转动并移动，如12-23 d所示，采用该结构是螺旋副所需 轴向尺寸较小，但难以实现连续转动，精度低，仅用于仪器和设备中的间隙调整 和锁紧结构。差动螺旋转动，其原理如图e所示。根据设计需要，使丝杆的两端固定，丝杆仅能做旋转运动，这样固定在丝杆 上的螺母就可以随着丝杆的旋转而作直线运动， 通过滑动螺旋将丝杆的旋转运动 转变为螺母的直线运动。因此，只要将螺母与工作台固定在一起，工作台就可以随螺母进行水平直线运动，工作台的运动方向由丝杆的方向所决定， 因此工作台 只能做一维的直线平移。故采用(

7、a)丝杆转动、螺母移动的滑动螺旋传动方式。螺纹确实定螺纹包括普通螺纹，管螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹，30锯齿形螺纹。其中, 矩形螺纹和梯形螺纹用于传力或传导螺旋可供选择。而梯形螺纹相对于矩形螺纹 来说工艺性好，牙根强度高，螺纹副对中性好，可以调整间隙。应选择梯形螺纹。H=I.S66p hl=0.5p-Z h=0.5p*jdl=d-2hl*Jd:=d-2Z dlM As= dl1 兀 4螺杆与螺母材料的选择螺杆材料应具有良好的加工性能，一般可选用 A5。，丫40Mn 45,50等钢。对 于重要传动，要求耐磨性高，需进行热处理，可选用 T12,65 Mn， 40Cr, 40WMn 或20CrMnTi

8、等钢。对于精密传导螺旋还要求热处理后有较好的尺寸稳定性，可 选用 9 Mn 2 V，CrWMn 38CrMoAlA等钢。螺母和螺杆配合后应具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，常选用铸造青铜ZQSn10-1, ZQSn6-6-3;重载低速时可选用高强度的铸造青铜 ZQA19-4或铸造黄 铜ZHA166-6-3-2 ;重载调整螺旋的螺母可选用35号钢和球墨铸铁；速度低载荷 小时也可选用耐磨铸铁。工作台运行速度为5mm/s即3m/min.丝杆传动对材料的磨损极大，为减少设备的维护频率与费用在满足要求的前提下 选材要从经济考虑。丝杆相对于螺母难加工且价格昂贵，故丝杆的硬度要高于螺 母。综上，螺杆采用钢材

9、料，螺母使用耐磨铸铁常见材料的许用压强【p】螺杆材料螺母材料p/Mpa速度范围/(m/min)钢青铜1825低速钢钢7.513钢铸铁13182.4钢青铜1118L1+H=20+8=28mm在载荷不太大的情况下满足 L1. &U15乩61L2261$153102628Z6创24313323211.2i15434S&IS5353&3085853123G365216363625757522. 44573085558御loa1001042】2512512501&0150取中等旋合长度壬那么旋合长度为6mm螺纹公差等级确定为保证梯形螺纹传动的灵活性，必须使内，外螺纹配合后在大径和小径间留有一 个保证间隙

10、ac,为此，分别在内外螺纹的牙低上，由根本牙型让出一个大小等 于ac的间隙梯形螺纹标准中，对内，外螺纹的大，中，小径分别规定了如下表所示的公差等 级：直径公差等级直径公差等级内螺纹小径D14外螺纹中径d2(6) 7， 8， 9外螺纹大径d4外螺纹小径d37，8，9内螺纹中径D2乙8, 9标准对内螺纹的大径D4.中径D2和小径D1只规定了一种根本偏差H 下偏差 其值为零；对外螺纹中径d2规定了 h，e和c三种根本偏差，对大径d和小径 d3规定了一种根本偏差h,其中h的根本偏差上偏差为零，e和c的根本偏 差上偏差为负。机床中的传动丝杆和螺母就是采用梯形螺纹。 其特点是精度要求高，特别是对螺 距公差

11、的要求。按JB/T28861992丝杆和螺母的精度等级分为 6级，它们是：4, 5， 6， 7， 8， 9.那么梯形螺纹副的标记为：Tr30*2 4H/4h梯形螺纹标记如下：Tr30*7 4H N滑动螺纹副的校核(1)导轨摩擦力Fu=u(m+m+ mb)g=3.13N其中m =1.5 kg 移动负载；m =0.105 kg 工作台质量二二50*8*30*2*匸=打刃巻两个滑块质量u=0.18 导轨与滑块之间的摩擦系数u查下表：常用材料的滑动摩擦系数材料名称静摩擦系数u s动摩擦系数u无润滑有润滑无润滑有润滑钢-钢0.150.10.120.150.050.1钢-青铜0.150.10.150.15

12、0.10.15钢-铸铁0.30.180.050.15铸铁-铸铁0.180.150.070.12(2 )轴向载荷和等效轴向载荷Fm的计算Fxmax=kFx+u(Fz+G)+( 口什他+ ma)a=15.67N移动阻力系数k=1.15 ;Fx负载移动阻力；Fz= (m+ ma) g=2.73NG= mi g=15Na=5mm/s 2F=F=15.67N3)螺旋传动耐磨性计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、 滑动速度、螺纹外表粗糙度以及润滑状 态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力， 压力越大螺旋副间越容易 形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力 P,使其

13、小于材料的许用压力p。FPP =?pF ird2hb lf上式中p-螺纹工作外表实际平均压强 亠p- 许用压强MPaF-轴向载荷NP 螺距mri!-螺纹中径mrib-螺母高度mmh-螺纹工作高度_2查表可得 h=o.5P, p二 0.8N * mm。轴向载荷 F=15.67N所以螺纹实际压强P=0.277=15.84N(3) 轴承支反力： R 1=F2=R=F/2=22.O5N(4) 轴承派生轴向力： 查表得：S=S=S=0.7R=15.435N(5)轴承所受轴向载荷：因S+ Fa S2那么 A二 S2+ Fb2= Si+ Fa=15.435+15.84=31.275A 1= Si=15.43

14、5N附表:根本尺寸/mm根本额定载荷/KN极线转速/r*min安装尺寸/mmdDBCrCor脂油da minDa maxra max102684.922.25190002800012.423.60.32684.752.12190002800012.423.60.33095.822.95 :180002600015250.63095.582.82180002600015250.6(6 )计算轴承所受当量载荷Pr因轴承工作时有冲击，.查表载荷系数为 fp=1.4因 A/R1=0.7e=0.68 A 2/R2=1.42e=0.68且 AA 二 R=R=fp(xR+ yAi) =1.4(0.41 X

15、22.05+0.81 X 15.435)= 1.4(9.225+12.502)=30.42N(7)根本额定动载荷C6 1/2C=(P rf h/f t)*(60nL ,n/10 ) =983.2NL ,h:轴承预期计算寿命，L,h=15000h,F h：寿命指数，当 Ln=15000h时，fh=3.11F t:温度系数，ft =1.0工作温度/cLh=15000h 且 CT二初选YL1型联轴器，YL1式凸缘联轴器其公称转矩 Tn=10nT 为丝杆最大转矩 联轴器选择合格。附表:3.6电机的选择与校核常用的电机有：YR系列IP23绕线转子三相异步电动机、YH 系列高转差率三相异步电动机、 YC系

16、列电容启动异步电动机。YR系列电动机：转子采用绕线型绕组，使电动机能在较小的启 动电流下提供较大的转矩，并能在一定范围内调速。冷却方式为IC01， B级绝缘。适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所，如压缩机、 卷扬机、拔丝机等。YH系列为Y系列IP44:转差率高，启动转矩大，启动电流 小，机械特性软，能承受冲击负荷。电动机转子采用高电阻铝合金制 造。冷却方式为IC0141, B级绝缘。适用于传动转动惯量较大和冲 击负荷以及反转次数较多的金属加工机床。YC系列电动机：其体积小，重量轻，结构简单，运行可靠，维 修方便。两个端盖式轴承。E级绝缘，防护等级IP44,冷却方式机座 号63以上位IC014

17、1,56以下为IC0041。广泛应用在机械传动设备上，如小型机床，冶金、化工、纺织、医疗器械及日用品电器a =0.15 g=9.8N/kg外负载力计算：Fw=mgf=4.41N惯性负载力 ：F二ma=0.0225N折算到电动机轴上的负载力矩为：T (1/i) (l 0/2 n ) (Fw+F)=0.00014N m2折算到电动机轴上的转动惯量：2 2 -9 2J m =(1/i ) (l 0/2 n ) m=4x 10 kg m3电动机轴的转速：n=i (v/l 0)=1500r/min4电动机的功率计算因为重力负载在任何速度下都是相同的， 属于在峰值力矩下，以峰值转速不断驱动的负载，那么电动机的功率为：P m(1.5 2.5 ) Tcp nip/ nn i丝杆传动效率n 2凸缘联轴器传动效率n 3滚子轴承传动效率n 4精度为8级的齿轮传动效率n 5刚性联轴器的传动效率附表：类别传动型式效率n类别传动型式效率n圆很好跑和的6级精度 和7级精度齿轮传动稀油润滑0.98 0.99滑润滑不良0.94柱8级精度的一半齿轮 传动稀油润滑0.97动润滑正常0.97齿9级精度的齿轮传动 稀油润滑0.96轴润滑特好0.98轮加工齿的开式齿轮 传动干油润滑0.94 0.96承液体摩擦0.99传铸造齿的开式齿轮0.90 滚动球轴承稀油润 滑0.99动传动0.93