毕业设计毕业论文研制、改进一台齿轮滚刀检测装置说明书

毕业设计毕业论文研制、改进一台齿轮滚刀检测装置说明书内容摘要：

max 10. 25 [ ]Pp 由此可知，此选择的导轨可用。 适用于滚动导轨的材料必须满足硬度高，性能稳定以及良好加工性能的特性，低碳合金钢如 20Cr，经渗碳淬火，表面硬度可达 60～ 63HRC；合金结构钢，如 40Cr，淬火后低温回火，硬度可达 45～ 50HRc，加工性能良好，但硬度较低；合金工具钢，淬火之后低温回火，硬度可达 60～ 64HRC，这种材料性能稳定，可以制造变形小，耐磨性高的导轨；氮化钢，经调质或正火后，表面氮化，可得到很高的表面硬度（ 850HV），但硬化层很薄，加工成本高；铸铁，硬度可达到 230～ 240HBS，加工方便，滚动体用滚珠，一般可满足使用要求，在此装置中的滚动导轨的材料选用铸铁导轨。 滚动体的材料一般采用滚动轴承钢（ GCr15），淬火后硬度可达到 60～66HRC。 滚珠丝杠螺母副的设计与尺寸确定 滚珠丝杠副传动与滑动丝杠 传动相比其主要特点是： 传动效率高 一般可达 95%以上是滑动丝杠传动的 2~4 倍； 运动平稳，摩擦力小、灵敏度高、低速无爬行； 可以预紧、消隙丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度； 定位精度和重复定位精度高； 使用寿命为普通滑动丝杠的 4~6 倍甚至更高； 同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性； 使用可靠、润滑简单、维护方便； 不自锁，可逆向传动，即螺母为主动，丝杠为被动。 旋转运动变为2[]p kd  22 直线运动； 由专业厂生产，选用配套方便。 滚珠 丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床、数控机床得到广泛应用，在机械工业、交通运输、航天航空、军工产品等各个领域应用得很普遍，可用作精密定位自动控制、动力传递和运动转换。 滚珠丝杠螺母副的选用 滚珠丝杠螺母副的特点 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式一般分外循环和内循环两种。 外循环过程中滚珠与丝杠脱离接触，目前使用插管完成滚珠循环的结构，工艺性好，结构简单，但滚道管子突出于螺母外表，所以外循环丝杠螺母径向尺寸较大。 对于内循环方式，滚珠丝杠螺母副在循环过程中滚珠始终保持与丝杠接触。 这时在左、右螺母上 各装 2 个回珠反向器，它迫使滚珠越过丝杠的螺母外径，进入相邻的螺纹滚道，滚珠经过不到一圈即返回。 内循环滚珠丝杠螺母副工作滚珠数目少，流畅性好，摩擦损失小，传动效率高，径向尺寸紧凑，轴向刚度好，但回珠器槽形复杂，需三坐标数控机床才能加工。 滚珠丝杠螺母副可以通过左右螺母的相互离开和相互靠近达到 消除间隙的目的；当有过盈时，即为预紧。 常用的消除间隙或预加载的办法如下： （ 1）螺丝式调隙结构。 2 个螺母中的 1 个带有外伸螺纹套筒， 2 个螺母均装有平健用来防止转动。 用转动外伸螺纹套筒上的 2 个锁紧螺母的方法来调整间隙和加预载。 这种结构的优点是结构紧凑，工作可靠，调整方便，被广泛应用，但调隙量不易精确。 （ 2）垫片式调隙结构。 通过改变调整垫片的厚度，使 2 个螺母产生相对位移，用以消除间隙，并产生预紧力。 这种结构的优点是结构简单可靠，刚性好，装卸方便，特别是将垫片做成半环结构时，修磨再装就很方便。 （ 3）齿差式调隙结构。 在两个螺母的外凸缘上加工出两个齿轮（齿数差为 1）。 这两个齿轮分别与螺母两端的两个内齿圈相啮合 .内齿圈用螺钉紧固在螺母座上。 只要转动其中一个螺母，就会使两个螺母的相对位置发生变化，以调整轴向间隙和预紧力。 由于此检 查装置工作负载很小，冲击力几乎为零，所以选用内循环、浮 23 动反向器式滚珠丝杠螺母副。 其浮动式的优点是：具有较好的摩擦特性，预紧力矩为固定反向器的 1/3~1/4，在预紧时，预紧力上升平缓，适用于各种高灵敏、高刚度的精密进给定位系统。 重载荷、多头螺纹、大导程不宜采用。 同时为了满足滚珠丝杠的定位及预紧，特设计一对滚珠螺母，有为了满足设计要求： j=3，但对于滚珠丝杠螺母副来说螺母是成对使用的，如果设计成两螺母副中一个为一个循环，另一个为两个循环。 这样在预紧的时候两螺母所受的预紧力是一致的，但两边滚珠所受的力是不一样大 小的，使只要一个循环的螺母的一端滚珠与滚道的应力加大，这样就加快了这一端的失效，所以依然采用两端两个循环的结构。 滚珠丝杠螺母副的计算 1. 滚珠丝杠的主要技术参数： (1)名义尺寸 D0 滚珠丝杠的名义直径 D0 是指滚珠中心圆得直径。 D0 值的选择与滚珠丝杠的承载能力有关。 D0 值越大丝杠的承载能力越大。 用于数控机床进给驱动中的滚珠丝杠，取 D0=20mm~100mm。 选择 D0 值应大于丝杠长度 L0 的 1/35~1/30。 但 D0 值过大，将造成丝杆自重过大，容易引起弯曲，且增大驱动力矩。 因此较大的 D0 值的 丝杠常采用空心结构。 (2)基本导程 Ph 导程 Ph 应根据设置的脉冲指令要求和负载情况来选择。 Ph 值大时，允许使用的滚珠直径也大，因而承载能力较强。 同时，当名义直径 D0 确定后，Ph 大可使螺纹升角 β 变大，一般 β＞ 2o，通常取 β＞ ，这样才能保证高的转动效率。 因为 β2o 时传动效率明显下降。 但 Ph 值过大会造成丝杠部件，特别是螺母加工的困难。 如磨削螺母滚道时易发生干涉现象。 初选 Ph=4mm。 (3)滚珠直径 d0。 滚珠直径 d0 值可根据制造厂的产品规格查得。 在丝杠的导程一定后，滚珠直径过大，会降低丝杠的抗剪 切和抗弯曲能力。 一般取 d0=。 初选 d0=20mm。 (4)滚珠的工作圈数 j 和工作滚珠总数 N。 根据以往人们的试验结果，在滚珠丝杠的滚珠中，各圈滚珠所承受的载 24 荷是不均匀的。 第一圈承受总载荷的 30%~45%；而第五圈至第十圈总共才承受载荷的 10%。 由此可见过多的工作圈数对提高承载能力的作用不大。 同时工作圈数越多，分布在滚道内的滚珠个数要增加，容易引起滚珠流动不畅。 因此，工作圈数 j 一般取 ~ 圈，而工作滚珠总数以不大于 150 个为宜。 但滚珠个数过少，也会造成滚珠和螺纹滚道负荷集中，接触点受力过 大等问题。 因此在此设计中初选 j=3。 (5)列数 k。 选择滚珠循环方式时必须保证滚珠流动的畅通。 为此工作圈数 j 不应过多。 但是在要求工作圈数多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式。 2. 滚珠丝杠的参数确定： (1)移动部分重量估算： 根据外形尺寸及所用材料的密度估算移动部分的重力为： 3310 7. 8 10 10 37 3    G=[ （++1+++） ， 则总重为 400N。 (2)初选公称直径 D0=20mm； Ph=4mm。 则 3whD P m m；接触角 α 为45 度； (3)基本额定静 载荷 Coa。 (45) 式 中 α— 接触角（ 186。 ） DW— 钢球直径（ mm） z— 每圈螺纹滚道内的钢珠数量 i— 螺母的总工作圈数， i=圈数列数 d0 — 滚动螺旋副的公称直径（ mm） rs— 螺杆滚道的曲率半径 foa— 基本额定静载荷特性值 因 2 sinoa oa wC f izD 0 20 2 0 .93wzdD    25 取整 z＝ 30 032c o s 0 . 1 0 62 0 2ws Drad    则： (4)基本额定动载荷的计算 0. 7 2 / 3 1. 8( c os ) ta na c WC f i z D (46) 10. 41 0. 3912 [ ] [ ( ) ]11 2ScuNrsCf f f fCf  1 sin10(1 )3f  2 1/ 3(1 )(1 )rrf r  [ ] 1uu hlf pi 1 .7 2 0 .4 1121( ) [ ]11 2S rNNrsCfrCrf  NrNWrf D srSWrf D 0 cosWDr d  0Wdz D (取整 ) 式中 α— 接触角（ 186。 ） z— 每圈螺纹滚道内的钢珠数量 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 6oasr s sf rfr             2 24 2 . 1 6 3 3 0 3 2 4 1 4 7 . 42oaC        26 DW— 钢球直径（ mm） i— 螺母的总工作圈数 d0 — 滚动螺旋副的公称直径（ mm） Ph— 导程（ mm） lu— 有效工作行程（ mm） rN — 螺母滚道 的曲率半径 rs— 螺杆滚道的曲率半径 fu— 工作行程系数 frN— 螺母的适应度 frs— 螺杆的适应度 fc— 额定动载荷特性，与材料的性能、滚道的几何形状有关 则： Ca= 查文献 [机械设计手册 ]表 取 d0 =20mm，圈数列数 =1 4， DW =3 综上所述，选用 CMD20205 的滚珠丝杠副，其主要技术数据见表 41： 滚珠丝杠螺母副的验算 1. 工作力的估算 在此检查装置中，其滚珠丝杠在工作中所受的力很小，因为在工作中，测头与被 测 件 的摩擦力以及机器的本身的摩擦力几乎是全部的工作力。 由于采用的是滚珠导轨，其摩擦系数为 ~。 根据估算得知移动部分的重量约为 400N,取摩擦系数 u=，则 f=u N =*400=2N，滚珠导轨的预紧力所形成的工作力估为 1N，则总的工作力为 3N。 41 滚珠丝杠技术参数表 主要尺寸 符号 计算公式与结果 螺纹滚道 公称直径 D0 20 导程 Ph 4 接触角  45176。 钢珠直径 d0 3 27 螺纹 滚道曲率半径 sr   000. 51 ~ 0. 56 0. 55 1. 65sr d d   螺纹升角  0a r c ta n /    螺杆 螺杆大径 ｄ 0 0 0( ~ ) 20 D d d     螺杆小径 1d 1 0 0 17d D d   螺杆接触点直径 kd 00 c os 17. 88kd D d    螺杆牙顶圆角半径 ar 00( ~ ) d d   偏心距 e 7 ( / 2) 6se r d   螺母 螺母螺纹大径 D 0023D D d   螺母螺纹小径 1D 1 0 0( ) 20. 6D D D d    滚珠丝杠的支承有三种主要形式： (1)一端定，一端自由的支承配置方式，通常用于短丝杠和垂直进给丝杠； (2)一端固定，一端浮动的方式，通常用于较长的卧式安装丝杠。 (3)两端固定方式，常用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠，这种配置方式可对丝杠进行预拉伸。 由于此装置是精度较高的检测装置，选择第三种的支承方式。 滚珠丝杠常用的滚动轴承有以下两类： (1)接触角为 60186。 的角接触球轴承，这是目前国内外广泛采用的滚珠丝 杠轴承，这种轴承可组合配置。 (2)刚度验算 滚珠丝杠工作负载 P 一起的导程 L0 的变化量 0pLL EA  28 式中 A— 丝杠内径处的截面积（ m2）； E— 弹性模量，对于钢， E=2 102（ GPa）； L0— 导程（ mm）。 因为轴向所受牵引力最大，故应用轴向的参数 P 为工作力，经估算其值为 3N L0=Ph=4mm 62200 10 ( / )E N c m 4( 17 / 2) 227 .0AR   则 导程总误差为：  11 300= = 8 . 8 1 1 0 6 . 6 1 /4hLL m mP      查文献 [机械设计手册 ]表 ，所选足满足设计要求。 变速机构中 齿轮的 设计 因步进电机的步距角 θ b=176。 ，滚珠丝杠螺距 Ph=4mm，要实现脉冲当量 δ p=。 在传动系统中应加一对齿轮降速传动，齿轮传动比为 ： μ=Z1/Z2。