精密機械課程設(shè)計--絲桿傳動工作臺

1、<p>　　學(xué)號__ </p><p>　　密級__ </p><p><b>　　精密機械課程設(shè)計</b></p><p><b>　　絲桿傳動工作臺</b></p><p>　　THE CURRICULUM DESIGN OF PRECISION

2、0;MACHINE </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種絲桿傳動工作臺的設(shè)計過程。該絲桿傳動工作臺，水平行程20mm，重復(fù)精度0.05mm。整個裝置采用絲桿與彈簧相結(jié)合的運作方式，具有體積小，傳動精度高，運行平穩(wěn)、靈活的特點。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b&g

3、t;</p><p>　　絲桿傳動 彈簧 重復(fù)精度</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper presents the design process of a screw drive table. This screw drive table has 20mm of horizont

4、al movement and 0.05mm of repetition precision. The whole device adopts the combination of screw and spring, with the characteristics of small size, high driving accuracy, smooth operation and flexibility.</p><

5、;p>　　Key words:</p><p>　　screw drive spring repetition precision</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 設(shè)計要求與內(nèi)容1</p><p>　　2. 總體方案選擇2</p><p>

6、<b>　　3.設(shè)計過程4</b></p><p>　　3.1.絲桿及附屬部分設(shè)計4</p><p>　　3.2.導(dǎo)軌的選擇11</p><p>　　3.3.螺紋聯(lián)接鍵的選擇12</p><p>　　3.4.潤滑劑的選擇14</p><p>　　3.5.傳動精度分析15</p&g

7、t;<p>　　3.6.基座尺寸的確定17</p><p><b>　　4.設(shè)計心得17</b></p><p>　　5.裝配圖及零件圖19</p><p><b>　　參考書目21</b></p><p><b>　　絲桿傳動工作臺設(shè)計</b></

8、p><p>　　§1 設(shè)計內(nèi)容與要求</p><p><b>　　1、設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　確定絲桿傳動裝置的總體設(shè)計方案，計算傳動裝置的運動參數(shù)，絲桿傳動的設(shè)計計算，導(dǎo)軌、潤滑、聯(lián)接件的選擇及校核計算。繪制裝配圖及兩張零件圖。編寫設(shè)計計算說明書。</p><p><b>　　2、設(shè)計要

9、求：</b></p><p>　　設(shè)計一個用于傳輸裝置上的螺旋傳動工作臺。工作臺由電動機驅(qū)動，自行選擇選擇電機各項參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，計算傳動裝置的運動參數(shù)，完成絲桿傳動的設(shè)計計算，以及軸承、聯(lián)軸器、潤滑、聯(lián)接件的選擇及校核計算。最后，繪制出裝配工作圖及零件工作圖，并編寫出設(shè)計計算說明書。</p><p>　　設(shè)計的具體數(shù)據(jù)要求如下：</p><p>　　

10、（1）工作臺水平行程20mm</p><p>　　（2）重復(fù)精度0.05mm</p><p>　?。?）承重1.5Kg</p><p>　?。?）運行速度5mm/s</p><p><b>　　3、最終結(jié)果：</b></p><p>　　（1）螺旋傳動工作臺裝配圖一張</p><

11、;p>　　（2）零件工作圖三張（絲桿、基座、導(dǎo)軌）</p><p>　?。?）設(shè)計計算說明書一份</p><p><b>　　§2 總體方案選擇</b></p><p>　　1、絲桿傳動工作臺原理</p><p>　　絲桿傳動工作臺傳動部分基于螺旋傳動的原理，利用螺桿與螺母的相對運動，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€

12、運動，實現(xiàn)傳遞運動的功能。螺旋傳動是精密機械中常用的一種運動形式，將螺旋運動變?yōu)橹本€運動，其運動關(guān)系式為</p><p>　　式中：l——螺桿（或螺母）的位移（mm）；</p><p><b>　　——導(dǎo)程（mm）；</b></p><p>　　——螺桿和螺母間的相對轉(zhuǎn)角（rad）。</p><p><b>　

13、　2、裝置特點</b></p><p>　?。?）裝置設(shè)計簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，便于拆裝維護。</p><p>　?。?）裝置具有自鎖功能。裝置本身結(jié)構(gòu)可有效減小空回誤差。</p><p>　?。?）由于采用螺旋傳動，根據(jù)螺旋傳動的自身特點，可知該裝置有較高的傳動精度。</p><p>　　（4）由于有載重要求，故必須考慮&l

14、t;/p><p><b>　　3、裝置方案選擇</b></p><p><b>　?。?）傳動方式選擇</b></p><p>　　在本設(shè)計方案中，我們采用滑動傳動方式，主要基于以下幾點考慮：</p><p>　　降速比傳動比大。螺距一般很小，故在轉(zhuǎn)角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可明顯縮短機構(gòu)

15、的鏈傳動，所以傳動結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，傳動精度高，工作平穩(wěn)。</p><p>　　具有增力作用。自主動件輸入一個較小的轉(zhuǎn)矩，從動件上即能得到較大的軸向力。</p><p>　　能自鎖。若螺旋線升角小于摩擦角，則螺旋傳動具有自鎖作用。</p><p>　　效率低，磨損快。因螺旋工作面為滑動摩擦，故其傳動效率低（一般為30%—40%），磨損快，不適用于高速和大功率傳動。&l

16、t;/p><p>　　由于本裝置處于低速運行狀態(tài)，工作臺行程短，無壽命要求且要求精度適中、運行平穩(wěn)，綜合以上幾點分析，選用滑動螺旋傳動。</p><p>　?。?）滑動螺旋傳動的形式</p><p>　　主要存在以下兩種基本類型：</p><p>　　螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動（如圖1）。這種傳動方式的螺母本身起著支撐作用，由此消除了螺桿與軸承之間

17、可能的軸向竄動，容易獲得較高的傳動精度。其結(jié)構(gòu)比較簡單。缺點是所占的軸向尺寸比較大（螺桿行程的兩倍加上螺母厚度），剛性較差。因此僅適用于短行程的微動機構(gòu)。</p><p>　　螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動（如圖2）。這種機構(gòu)的軸向尺寸也取決于螺母的厚度和行程的長度。這種傳動形式的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，機構(gòu)的剛度較大。適用于工作行程較長的精密加工設(shè)備和監(jiān)測儀器。</p><p>　　比較兩種螺旋傳動的優(yōu)缺點

18、，考慮到本題目中的行程并不是很長，而且題目中要求的精度比較高，故決定采用第一種方案，即螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動的方式進行設(shè)計。這種方式經(jīng)常用于測微目鏡的示數(shù)螺旋傳動，借鑒多種讀數(shù)裝置的設(shè)計易知此方案可以得到題目中所要求的0.05mm的精度要求。但由于這種設(shè)計的剛度較差，應(yīng)該重點對螺桿的剛度進行設(shè)計計算和校核。傳動方案的結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖1

19、 圖2</p><p><b>　　§3設(shè)計過程</b></p><p>　　1、絲桿及附屬部分的設(shè)計</p><p><b>　　（1）螺旋副的選擇</b></p><p>　　在精密機械中，螺旋傳動可以分為示數(shù)螺旋傳動、傳力螺旋傳動和一般螺旋傳動三類。本設(shè)計方案為傳

20、力螺旋傳動。在傳力螺旋傳動中，多采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋。其中梯形螺紋適用于傳動雙向動力，且適用于精密機械中有相對位移的結(jié)構(gòu)，本設(shè)計方案中采用梯形螺紋，單頭右旋（如圖三）。</p><p><b>　　圖三</b></p><p>　　梯形螺紋有以下特點：</p><p>　　牙形角，螺旋副的大徑和小徑處有相等的徑向間隙。</p>

21、<p>　　牙根強度高。螺紋工藝性好，內(nèi)外螺紋以錐面貼合。</p><p>　　對中形好，不易松動。</p><p><b>　?。?）載物平臺</b></p><p>　　由于載物平臺的重量關(guān)系到螺桿所收軸向力和扭矩,故單獨將載物臺的設(shè)計列出。材料為灰鑄鐵（HT250），此種鑄鐵有良好的鑄造性能和良好的耐磨性能，適用于制造受壓狀態(tài)

22、下工作的零件。熱處理有以下幾步：1、消除內(nèi)應(yīng)力退火，2、改善切削加工性退火，3、表面淬火。該平臺采用“工”字型結(jié)構(gòu)，體積為75000，質(zhì)量0.6kg。選取摩擦系數(shù)</p><p>　　由平臺和載重共同作用所產(chǎn)生的摩擦力為：。</p><p><b>　?。?）彈簧的選擇</b></p><p>　　壓縮彈簧YI型，該彈簧易于制造，結(jié)構(gòu)緊湊；適于

23、小空間。材料：碳素彈簧鋼65Mn。彈簧載荷計算公式為：</p><p>　　式中：G——彈簧材料切變模量；</p><p><b>　　d——簧絲直徑；</b></p><p><b>　　D——彈簧中徑。</b></p><p><b>　　參數(shù)選?。?lt;/b></p&g

24、t;<p><b>　　經(jīng)計算得：</b></p><p>　　(4)絲桿相關(guān)參數(shù)計算</p><p>　　本設(shè)計方案中，絲桿采用45號鋼制造。45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達45～52HRC。</p><p><b

25、>　　軸向載荷</b></p><p><b>　　螺紋中徑計算</b></p><p>　　式中：——軸向載荷；</p><p>　　——許用壓強（絲桿為45號鋼,）</p><p><b>　　（梯形螺紋）</b></p><p><b>　　

26、（整體式螺母）</b></p><p>　　經(jīng)計算: </p><p>　　查《機械設(shè)計手冊》，選擇如下所示梯形螺紋：</p><p>　?。?）絲桿具體參數(shù)計算及校核</p><p><b>　　耐磨性</b></p><p><b>　

27、　要求：</b></p><p><b>　　式中：——工作壓強</b></p><p><b>　　——軸向載荷</b></p><p><b>　　——螺紋工作高度</b></p><p><b>　　——旋合圈數(shù)</b></p>

28、;<p><b>　　——外螺紋中徑</b></p><p><b>　　——許用壓強</b></p><p><b>　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>　　校核結(jié)果：滿足。</b></p><p><b>　　自鎖條

29、件</b></p><p><b>　　a.螺紋升角</b></p><p><b>　　b.當量摩擦角</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　式中：——螺紋升角；</p><p><b>　　——

30、導(dǎo)程；</b></p><p><b>　　——當量摩擦角；</b></p><p>　　——螺旋副摩擦系數(shù)；</p><p><b>　　——牙形角。</b></p><p><b>　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>

31、;　　校核結(jié)果：滿足。</b></p><p><b>　　螺桿強度</b></p><p><b>　　螺桿材料許用應(yīng)力</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　式中：——當量應(yīng)力；</p><p><

32、b>　　——傳遞轉(zhuǎn)矩;</b></p><p><b>　　——外螺紋小徑；</b></p><p>　　——螺桿材料許用應(yīng)力；</p><p><b>　　——螺紋升角；</b></p><p><b>　　——當量摩擦角。</b></p>&

33、lt;p><b>　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>　　校核結(jié)果：滿足。</b></p><p><b>　　螺紋強度</b></p><p><b>　　a.螺紋牙底寬度</b></p><p><b>　　b.螺桿抗剪強度

34、</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　式中：——螺旋傳動軸向載荷；</p><p><b>　　——外螺紋小徑；</b></p><p><b>　　——螺紋牙底寬度；</b></p><p><b&

35、gt;　　——旋合圈數(shù)；</b></p><p><b>　　——。</b></p><p><b>　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>　　校核結(jié)果：滿足。</b></p><p><b>　　c.螺桿抗彎強度</b></p

36、><p>　　式中：——基本牙形高度；</p><p><b>　　——；</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p><b>　　計算要求：</b></p><p><b>　　校核結(jié)果：滿足。</b><

37、/p><p><b>　　d.螺紋抗剪強度</b></p><p><b>　　要求: </b></p><p>　　式中：——內(nèi)螺紋大徑；</p><p><b>　　——。</b></p><p><b>　　計算結(jié)果：</b>&l

38、t;/p><p><b>　　校核結(jié)果：滿足。</b></p><p><b>　　d.螺紋抗彎強度</b></p><p><b>　　式中：——。</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p><b>

39、;　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>　　螺桿剛度</b></p><p>　　a.軸向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的形變</p><p>　　式中：——軸向載荷；</p><p><b>　　導(dǎo)程；</b></p><p>　　——螺旋材料彈性模量；</p&

40、gt;<p><b>　　——外螺紋小徑。</b></p><p><b>　　計算結(jié)果：</b></p><p>　　b.轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的形變</p><p>　　式中：——驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　——螺旋材料切變模量。</p><p><b&g

41、t;　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>　　c.導(dǎo)程的總變形量</b></p><p><b>　　螺桿穩(wěn)定性</b></p><p><b>　　a.臨界載荷</b></p><p><b>　　要求：</b></p>

42、<p>　　式中：——長度系數(shù)，取；</p><p><b>　　——最大工作長度。</b></p><p><b>　　計算結(jié)果：</b></p><p><b>　　校核結(jié)果：滿足。</b></p><p><b>　　效率</b><

43、;/p><p><b>　　2、導(dǎo)軌的選擇</b></p><p><b>　?。?）導(dǎo)軌</b></p><p>　　本設(shè)計方案中，我們選擇三角型導(dǎo)軌（如圖四）。三角型導(dǎo)軌具有自動補償</p><p><b>　　圖四</b></p><p>　　磨損的能

44、力，導(dǎo)向性好。其頂角一般為，小于可提高導(dǎo)向精度，時可提高承載能力，設(shè)計時兩斜面的比壓要基本相等。</p><p><b>　?。?）導(dǎo)軌參數(shù)</b></p><p>　　本設(shè)計中所用導(dǎo)軌參數(shù)如下</p><p><b>　　導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　本設(shè)計方案中，導(dǎo)軌材料為HT2

45、50，熱處理采用高頻淬火。</p><p>　　3、螺紋聯(lián)接件的選擇</p><p>　　在本絲桿傳動工作臺的設(shè)計方案中選用兩種螺釘，共有三種尺寸。兩種螺釘分別為十字槽沉頭螺釘和（如圖五），開槽盤頭螺釘（如圖六）。</p><p>　?。?）十字槽沉頭螺釘</p><p><b>　　圖五</b></p>

46、<p><b>　　（2）開槽盤頭螺釘</b></p><p><b>　　圖六</b></p><p><b>　　4、潤滑劑的選擇</b></p><p>　　本方案中，工作臺需要承載最大1.5kg的重物，且工作臺傳度精度要求較高；同時該工作平臺處于開放狀態(tài)，易受外界灰塵等雜物干擾，尤其

47、是絲桿傳動部分，灰塵等雜質(zhì)對其傳動精度影響較大；導(dǎo)軌部分傾斜面較多，長時間使用后，潤滑劑消耗大</p><p>　　潤滑劑分為潤滑油和潤滑脂兩種，根據(jù)上述工作臺特點，通過對比，選用潤滑脂，潤滑脂有以下優(yōu)點：</p><p>　?。╨）與具有可比粘度的潤滑油相比，潤滑脂具有更高的承載能力和更好的阻尼減震能力。</p><p>　?。?）由于稠化劑結(jié)構(gòu)體系的吸收作用，潤

48、滑脂具有較低的蒸發(fā)速度。因此在缺油脂潤滑狀態(tài)下，特別是在高溫和長周期運行中，潤滑脂具有更好的特性。</p><p>　?。?）由于稠化劑結(jié)構(gòu)的毛細管作用，與可比粘度的潤滑油相比，潤滑脂的基礎(chǔ)油爬行傾向小。</p><p>　?。?）潤滑脂能形成具有一定密封作用的脂圈，可防止固體或流體污染物的侵入，有利于在潮濕和多塵環(huán)境中使用。</p><p>　　（5）潤滑脂能牢固

49、地粘附在被潤滑表面上，即使在傾斜甚至垂直表面上也不流失。在外力作用下，它產(chǎn)生形變，能夠像油一樣流動；一旦去掉外力，它又恢復(fù)到原始狀態(tài)，停止流動。因此，潤滑脂能在敞開的或密封不良的摩擦部件上工作</p><p>　　本設(shè)計方案中，最終選用3號儀表潤滑脂,其具體參數(shù)如圖七所示。</p><p><b>　　5、傳動精度分析</b></p><p>

50、<b>　　(1)螺紋參數(shù)誤差</b></p><p><b>　　螺距誤差</b></p><p>　　螺距誤差分為單個螺距誤差和螺距累積誤差，在傳動過程中，螺桿的螺距誤差將直接影響傳動精度。而螺母的螺距累積誤差對傳動精度沒有影響（它只影響空回的大?。Ｒ虼嗽O(shè)計時，應(yīng)對螺桿提出嚴格的精度要求，而對螺母只取適當?shù)募庸ぞ燃纯伞?lt;/p>

51、<p><b>　　螺紋中徑誤差</b></p><p>　　中徑誤差直接影響螺旋副的間隙及旋合性能。為使螺桿螺母的轉(zhuǎn)動靈活和儲存潤滑油，必須保證螺紋中徑公差（螺桿中徑上偏差為零，螺母中徑下偏差為零）。</p><p>　　所選螺紋的優(yōu)先配合公差如下表所示：</p><p>　　故選擇的螺紋配合公差為7H/7h</p>

52、<p><b>　　牙型半角誤差</b></p><p>　　牙型半角誤差存在于螺紋牙兩側(cè)，會使螺紋嚙合軸向間隙發(fā)生改變。但對于螺紋全長而言，因是在一次裝刀切下來的，所以牙型半角誤差在螺紋的全長上變化不大，對傳動精度影響很小。</p><p>　　（2）螺旋傳動機構(gòu)裝置誤差</p><p><b>　　偏斜誤差</

53、b></p><p>　　在螺旋傳動機構(gòu)中，如果螺桿的軸線方向與移動件的方向不平行，而又一個夾角時，就會發(fā)生偏斜誤差。設(shè)桿的總位移量是,移動件的實際移動量是,則偏斜誤差為:</p><p>　　取，有此算得，因此要保證</p><p><b>　　溫度誤差</b></p><p>　　如果螺旋傳動的工作溫度與制造、

54、裝配時的溫度不同，就會引起螺桿長度和螺距發(fā)生變化，進而產(chǎn)生傳動誤差，這種誤差就是溫度誤差。其大小為</p><p>　　式中：螺桿螺紋部分長度；</p><p>　　螺桿材料線膨脹系數(shù)，對于鋼材，一般取為；</p><p>　　工作溫度與制造工藝溫度之差。</p><p>　　在本設(shè)計方案中，因為螺桿的工作行程比較短，又工作于常溫的狀態(tài)，故溫

55、度誤差可以忽略。</p><p><b>　　6、基座尺寸的確定</b></p><p>　　由于基座在裝置中起支撐和固定作用，所以基座的尺寸根據(jù)所設(shè)計的平臺，所選擇的導(dǎo)軌和彈簧來確定即可。所用材料為灰鑄鐵。熱處理采用調(diào)制處理，鑄造圓角。采用去除表面材料的方法使表面粗糙粗最大為。</p><p><b>　　§4 設(shè)計心得&

56、lt;/b></p><p>　　通過精密機械課程設(shè)計，在長達四周的不斷探索與學(xué)習實踐中，我收獲頗豐。首先是對自己所學(xué)專業(yè)的精密儀器研究方向有了更深入的了解，對儀器設(shè)計過程有了親身的體會，也了解到了精密儀器在實際中的發(fā)展和應(yīng)用情況。同時，對專業(yè)課程《精密機械設(shè)計》、《互換性與技術(shù)測量》、《機械制圖》、《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》最直觀的理解，之前只是將各科目的理論知識分開學(xué)習，并不知道如何相互聯(lián)系并在實際中應(yīng)用。

57、在精密機械課程設(shè)計的過程中，理論聯(lián)系實際，對這幾門科目有了進一步的認識，逐漸理解了它們之間的關(guān)系，將之前分散的知識形成一個體系。</p><p>　　課程設(shè)計開始時，完全是一頭霧水，拿到設(shè)計題目不知從何下手，感覺所有的知識都擺在眼前，但具體到每一點又不知道如何去做，可以說是毫無頭緒。在老師的幫助下，我們小組展開了積極的討論，從方案的選取，到具體的設(shè)計，再到最終匯總成型，每一步都是大家共同討論的成果。雖然在這個過程

58、中存在很多分歧，但大家總能在最終達成一致。在這個過程中，我體驗到了共同學(xué)習與進步的樂趣，同時也明白，要多聽取別人的想法和意見，也許你長時間沒有解決的一個問題，別人一兩句話就會為你指明方向，如果只知道自己埋頭苦干，效率并不高。所以同學(xué)之間的交流是十分必要的，如果只顧做自己的，閉門造車，對自己學(xué)習與進步是十分不利的。</p><p>　　在做自己的設(shè)計方案時，每一個細小的地方，我都要通過各種方式，如上網(wǎng)、查設(shè)計手冊等

59、來查清楚。最大的感觸就是，態(tài)度決定一切，細節(jié)決定成敗。一個東西，你可以湊合著把它做出來，也可以認真地把它做出來；湊合著做出來的東西，往往經(jīng)不起推敲，而認真做出來的東西不僅能經(jīng)得起推敲和考研，同時自己也能獲得極大的成就感，雖然累一些，但是很值得。以前經(jīng)常在雜志上看到，德國、日本的精密機械行業(yè)全球領(lǐng)先。我想，技術(shù)我們可以研究出來，而缺乏的恰恰就是那一份認真，那一份對細微之處認真考究的態(tài)度，這也就是為什么我們會和別人有很大的差距。</p

60、><p>　　這次的課程設(shè)計認真考慮起來，依舊存在很多不足的地方，很多地方依舊考慮得不夠精細，如螺紋公差配合、絲桿的受分析等不是十分全面。希望在今后能有更多的機會參與這樣的課程設(shè)計，在實踐中不斷地鍛煉自己，使自己的動手能力更強。</p><p>　　§5 裝配圖與零件圖</p><p><b>　　裝配圖</b></p>&

61、lt;p><b>　　零件圖——導(dǎo)軌</b></p><p><b>　　零件圖——絲桿</b></p><p><b>　　零件圖——基座</b></p><p><b>　　參考書目：</b></p><p>　　[1]許賢澤 主編， 《精密機械

62、學(xué)基礎(chǔ)》華中科技大學(xué)出版社 2009.10</p><p>　　[2]謝鐵邦 李柱 席宏卓 主編，《互換性與技術(shù)測量》華中科技大學(xué)出版社 2010.2</p><p>　　[3]鄧英劍 楊冬生 主編， 《公差配合與測量技術(shù)》國防工業(yè)出版社2007.3</p><p>　　[4]《機械設(shè)計師手冊》編寫組編寫， 《機械設(shè)計師手冊》機械工業(yè)出版社1989.1</p&