《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-齒輪雙嚙儀的數(shù)字化改造設(shè)計(jì)【全套的圖紙】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-齒輪雙嚙儀的數(shù)字化改造設(shè)計(jì)【全套的圖紙】（59頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘 要 齒輪是機(jī)器和儀器中重要的機(jī)械零件之一，常用它傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。由于齒輪用途甚廣，要求各異，形狀復(fù)雜，幾何參數(shù)多，在制造和安裝中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，因而會(huì)影響其使用質(zhì)量。為了滿足齒輪的使用要求，必須對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)。齒輪徑向綜合誤差對(duì)齒輪的傳動(dòng)精度有很大的影響，也是用于綜合檢測(cè)齒輪的重要指標(biāo)。目前，對(duì)于徑向跳動(dòng)的檢測(cè)主要采用手動(dòng)及人工誤差處理的機(jī)械式的測(cè)量方法，這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法既耗時(shí)又難以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了提高齒輪徑向跳動(dòng)的檢測(cè)精度和效率，必須對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行智能化改進(jìn)。 本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)的齒輪雙面嚙合檢測(cè)儀檢測(cè)效率低、誤差率較高等缺點(diǎn)，采用電子技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的

2、自動(dòng)化、數(shù)字化，提高了檢測(cè)的效率、精度和可靠性。改進(jìn)后的齒輪雙面嚙合檢測(cè)儀主要由機(jī)械本體部分、電渦流傳感器、步進(jìn)電機(jī)及控制電路組成，具有體積小、重量輕、操作方便、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 雙面嚙合檢測(cè)儀 齒輪徑向綜合誤差 步進(jìn)電機(jī) 電渦流傳感器 全套圖紙，加153893706 Abstract Gear is one of the important components in the machine and instrument, which is often used transmit movement and p

3、ower. As Gear is used very wide and has varied requirements, complex shape and geometric parameters, most of the manufacture and installation will have a certain degree of error, thus will affect the using quality. In order to meet the requirement of gear, it must be tested. The total composite radi

4、al error of gear has a great influence on gear transmission accuracy. It is an important index of gear for synthesis measurement. At present, the traditional gear run-out error measuring system is time-cost and hard to acquire higher precision. So it is meaningful and necessary to improve the tradit

5、ional radial run-out measuring system. Against disadvantages of the traditional gear double flank rolling tester instrument such as lower efficiency, higher error and etc, the traditional gear two flank testing instrument is improved by using the electric technology. The automation, numeralization

6、for gear testing are realized and the testing efficiency, precision and reliability are increased. The improved double flank rolling tester is mainly made up of mechanical body parts, eddy current sensor, stepper motors and control circuits, and has the characteristics of small size, light weight, e

7、asy to operate, good stability and so on. Key words ： double flank rolling tester the total composite radial error of gear stepper motors eddy current sensor 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題任務(wù) 1 1.2 齒輪檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展 1 1.3 課題主要工作內(nèi)容 3 1.4 本章小結(jié) 3 第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的改造設(shè)計(jì) 4 2.1

8、 齒輪雙嚙儀的工作原理 4 2.2 軸的設(shè)計(jì) 5 2.2.1 軸的計(jì)流程 5 2.2.2 軸的材料和毛坯 6 2.2.3 零件在軸上的定位形式 6 2.2.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 2.3 絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 2.3.1 滾珠絲杠副的組成 9 2.3.2 耐磨性計(jì)算 10 2.3.3 絲杠的強(qiáng)度計(jì)算 12 2.3.4 螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算 14 2.3.5 絲杠的穩(wěn)定性計(jì)算 14 2.4 滾動(dòng)軸承的選用和計(jì)算 15 2.4.1 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇 15 2.4.2 滾動(dòng)軸承的構(gòu)造及材料選擇 16 2.4.3 滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算 17 2.5 聯(lián)軸器的選用

9、和計(jì)算 18 2.5.1 聯(lián)軸器的類(lèi)型 18 2.5.2 聯(lián)軸器的選擇原則 18 2.5.3 聯(lián)軸器的選取計(jì)算 19 2.6 螺紋聯(lián)接的選用計(jì)算 21 2.6.1 螺紋聯(lián)接 21 2.6.2 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 21 2.7 鍵的選用 24 2.7.1 鍵聯(lián)接的分類(lèi) 24 2.7.2 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 25 2.8 銷(xiāo)的選用 26 2.8.1 銷(xiāo)的分類(lèi) 26 2.8.2 銷(xiāo)的強(qiáng)度計(jì)算 26 2.9 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 27 2.9.1 導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求 27 2.9.2 本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的主要結(jié)構(gòu) 27 第3章 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 29 3.1 步進(jìn)電機(jī)的定

10、義 29 3.2 步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) 29 3.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 29 3.4 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo) 31 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)性能指標(biāo) 31 3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 31 3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇 33 3.4.1 種類(lèi)的選擇 33 3.4.2 型號(hào)的選擇 33 3.5 本章小結(jié) 34 第4章 傳感測(cè)試及控制電路部分設(shè)計(jì) 35 4.1 電渦流傳感器的基本原理 35 4.2 電渦流傳感器的選擇 36 4.3 控制電路部分的原理框圖 37 4.4 單片機(jī)的選擇 38 4.4.1 8051的引腳功能 38 4.4.2 復(fù)位電路 39

11、 4.4.3 時(shí)鐘電路 40 4.5 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 40 4.6譯碼器的選擇 41 4.7鍵盤(pán) 43 4.7.1矩陣式鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)和原理 43 4.7.2矩陣式鍵盤(pán)的識(shí)別 44 4.8總體電路圖 45 4.9本章小結(jié) 45 結(jié) 論 46 致 謝 47 參考文獻(xiàn) 48 附錄1 50 附錄2 54 54 第1章 緒論 1.1 課題任務(wù) 對(duì)純機(jī)械式雙嚙儀進(jìn)行數(shù)字化改造，增配步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)及電渦流傳感器等電子元器件。使改進(jìn)后的雙嚙儀可以實(shí)現(xiàn)齒輪徑向綜合誤差的自動(dòng)測(cè)量，提高雙嚙儀的測(cè)量效率，降低人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 測(cè)量對(duì)象：圓柱齒輪（直徑D

12、≤200mm，模數(shù)0.5-8mm） 測(cè)量參數(shù)：齒輪徑向綜合誤差 技術(shù)指標(biāo)：分辨率：0.001mm 1.2 齒輪檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展 齒輪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歷程是以齒輪精度理論的發(fā)展為前提的。齒輪精度理論的發(fā)展實(shí)質(zhì)上反映了人們對(duì)齒輪誤差認(rèn)識(shí)的深化。迄今,齒輪精度理論經(jīng)歷了齒輪誤差幾何學(xué)理論、齒輪誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和齒輪誤差動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展過(guò)程。其中,齒輪誤差動(dòng)力學(xué)理論還處在探索中。第一種理論將齒輪看作純幾何體,認(rèn)為齒輪是一些空間曲面的組合,任一曲面都可由三維空間中點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)描述,實(shí)際曲面上點(diǎn)的位置和理論位置的偏差即為齒輪誤差。第二種理論將齒輪看作剛體,認(rèn)為齒輪不僅僅是幾何體,也是個(gè)傳動(dòng)件,并認(rèn)為齒輪誤

13、差在嚙合運(yùn)動(dòng)中是通過(guò)嚙合線方向影響傳動(dòng)特性的,因此嚙合運(yùn)動(dòng)誤差反映了齒面誤差信息。第三種理論將齒輪看作彈性體,對(duì)齒廓進(jìn)行修形,“有意地”引入誤差,用于補(bǔ)償輪齒承載后的彈性變形,從而獲取最佳動(dòng)態(tài)性能,由此形成了齒輪動(dòng)態(tài)精度的新概念。齒輪精度理論的發(fā)展,導(dǎo)致了齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)的不斷豐富和更新,如傳動(dòng)誤差、設(shè)計(jì)齒廓的引入等。反過(guò)來(lái),齒輪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展也為齒輪精度理論的應(yīng)用和齒輪標(biāo)準(zhǔn)的貫徹提供了技術(shù)支撐。 我國(guó)齒輪行業(yè)測(cè)試儀器和設(shè)備十分缺少，由此造成我國(guó)年產(chǎn)2000多萬(wàn)臺(tái)的齒輪箱總成質(zhì)量缺乏可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)。為徹底改變我國(guó)齒輪行業(yè)零部件內(nèi)在質(zhì)量的落后狀況，必須重視和加強(qiáng)測(cè)試儀器和設(shè)備的發(fā)展。 目前，我國(guó)齒

14、輪行業(yè)內(nèi)大約只有300家齒輪生產(chǎn)廠具有儀器基本配套的計(jì)量室，總計(jì)約有三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x200多臺(tái)，這些儀器大多是從國(guó)外進(jìn)口的。各類(lèi)（機(jī)械、光電、數(shù)控）齒輪測(cè)量?jī)x器1000余臺(tái)，其中齒輪測(cè)量中心30余臺(tái)，這些儀器的制造廠有國(guó)外的MAAG、Klingelnberg、Hofler、CarlMahr、M＆M等公司，還有TaylorHobsom、CarlMahr、Zeiss、SIP等公司的圓度儀、測(cè)長(zhǎng)儀、光學(xué)分度頭、粗糙度儀、投影儀、萬(wàn)工顯等各類(lèi)測(cè)量?jī)x器500余臺(tái)。 其余約200家齒輪生產(chǎn)廠很少有精密測(cè)量?jī)x器，部分工廠除了萬(wàn)能量具外，沒(méi)有一臺(tái)測(cè)量?jī)x器。 在測(cè)量?jī)x器中，其中總成測(cè)試儀器、蝸輪付檢查儀約10余臺(tái)，

15、變速箱總成試驗(yàn)臺(tái)和驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn)臺(tái)全國(guó)不超過(guò)50臺(tái)。許多廠沒(méi)有噪聲儀、扭振儀等必備的儀器。在齒輪制造過(guò)程中必須對(duì)產(chǎn)品零件、部件和總成的要求質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和控制，因而先進(jìn)適用的測(cè)量技術(shù)和儀器是必備的條件。 在各類(lèi)機(jī)械廠內(nèi)不管齒輪傳動(dòng)件是自制或外購(gòu)，均應(yīng)裝備齒輪、螺紋、花鍵測(cè)量?jī)x器，否則無(wú)法控制傳動(dòng)件的制造質(zhì)量。目前，齒輪、螺紋、花鍵測(cè)量?jī)x器國(guó)內(nèi)成都工具研究所、哈量精密量?jī)x廠等基本可滿足要求。即使是齒輪測(cè)量中心、齒輪刀具測(cè)量中心、齒輪副和蝸輪副檢查儀、激光動(dòng)態(tài)絲杠測(cè)量?jī)x等國(guó)內(nèi)也可供貨。但對(duì)于技術(shù)要求很高而財(cái)力充裕的用戶，也可以考慮引進(jìn)國(guó)外齒輪測(cè)量中心。 齒輪、蝸桿、螺桿等傳動(dòng)件必須有精度很高、結(jié)構(gòu)

16、復(fù)雜的鑄鐵、鋁合金或焊接箱體支承，這些箱體有大量精密孔系和平面需要測(cè)量尺寸精度和相互位置精度。因此每個(gè)齒輪廠都應(yīng)該配備不同規(guī)格、精度的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。 為進(jìn)一步提高我國(guó)齒輪行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)盡快配備相應(yīng)的各類(lèi)精密測(cè)試儀器。在今后的幾年中，我國(guó)大中型齒輪企業(yè)應(yīng)配備三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、齒輪測(cè)量中心和其他精密測(cè)量?jī)x及配套完整的中心計(jì)量室，小型企業(yè)也要配備必要的精密測(cè)量?jī)x器，從而保證我國(guó)齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量。 1.3 課題主要工作內(nèi)容 根據(jù)上述課題任務(wù)，以及對(duì)齒輪雙嚙儀的分析，本課題的主要工作內(nèi)容是： 1）儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的改造 2）儀器動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 3）儀器傳感測(cè)試部

17、分的設(shè)計(jì) 4）儀器控制電路部分的設(shè)計(jì) 1.4 本章小結(jié) 齒輪徑向綜合誤差是齒輪的一項(xiàng)重要誤差，主要影響齒輪的傳遞精度。目前其測(cè)量?jī)x器主要是機(jī)械式的，人為因素影響很大，而且耗時(shí)費(fèi)力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出一種對(duì)機(jī)械式雙嚙儀進(jìn)行數(shù)字化改造的方法。這種方法適應(yīng)齒輪測(cè)量?jī)x的發(fā)展方向，適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情，具有一定的實(shí)際意義。本章敘述了齒輪測(cè)量的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)，指出了機(jī)械式齒輪雙嚙儀存在的問(wèn)題，說(shuō)明了本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和工作內(nèi)容。 第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的改造設(shè)計(jì) 2.1 齒輪雙嚙儀的工作原理 齒輪雙嚙儀的工作原理簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。 圖2-1 齒輪雙

18、嚙儀的工作原理簡(jiǎn)圖 齒輪雙嚙儀的工作原理：讓一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪與被測(cè)齒輪進(jìn)行嚙合運(yùn)動(dòng)，在嚙合過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)齒輪之間中心距的變化來(lái)測(cè)試齒輪的徑向綜合誤差。如圖2-1所示，標(biāo)準(zhǔn)齒輪安裝在主滑架的心軸上，被測(cè)齒輪安裝在測(cè)量滑架的心軸上，在彈簧力的作用下，兩齒輪作無(wú)側(cè)隙嚙合運(yùn)動(dòng)，由于被測(cè)齒輪存在加工誤差，兩齒輪在嚙合過(guò)程中中心距會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量?jī)升X輪中心距的變化量來(lái)測(cè)試被測(cè)齒輪的徑向綜合誤差。 2.2 軸的設(shè)計(jì) 2.2.1 軸的計(jì)流程 軸是機(jī)器中必不可少的重要零件，其功能是支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件，使轉(zhuǎn)動(dòng)零件具有確定的工作位置，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 根據(jù)受載情況，軸可分為： (1)心軸

19、只用于支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，特點(diǎn)是只受彎矩作用而不承受轉(zhuǎn)矩。心軸又可分為固定(心軸工作時(shí)軸不轉(zhuǎn)動(dòng))和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸(工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng))。 (2)轉(zhuǎn)軸 既支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件又傳遞動(dòng)力，即同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩。 (3)傳動(dòng)軸 主要傳遞動(dòng)力，即主要承受扭矩，不承受或只承受較小的彎矩。 根據(jù)幾何軸線形狀，軸可分為直軸、曲軸和軟軸。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀，軸又可分為光軸和階梯軸；實(shí)心軸和空心軸；圓形截面軸和非圓形截面等。 軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列幾方面的要求：適當(dāng)?shù)倪x材、合理的結(jié)構(gòu)、足夠的強(qiáng)度、必要的剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性及良好的加工、裝配工藝性等。 通常軸的設(shè)計(jì)程序?yàn)椋? (1)根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局，擬定軸上零件的布置

20、和裝配方案； (2)選擇軸的材料； (3)初步確定軸的直徑； (4)進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，校核軸的鍵連接強(qiáng)度及軸的彎扭強(qiáng)度； (5)對(duì)于重要的軸，進(jìn)行強(qiáng)度和精確校核計(jì)算； (6)必要時(shí)軸的剛度及臨界轉(zhuǎn)速； (7)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果修改設(shè)計(jì)； (8)繪制軸的工作圖(零件圖)。 2.2.2 軸的材料和毛坯 軸的材料種類(lèi)很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度及剛度等要求，以及實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問(wèn)題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 軸的常用材料主要是碳素鋼和合金鋼，其次是球墨鑄鐵。一般機(jī)器中的軸多采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤以45號(hào)剛最為常用，對(duì)

21、于受載較小或不太重要的軸，可用Q235．A，Q275等普通碳素鋼；對(duì)于受力較大，軸的尺寸受到限制，以及某些有特殊要求的軸，可采用合會(huì)鋼。 根據(jù)需要軸常需要進(jìn)行各種熱處理，化學(xué)處理及表面強(qiáng)化處理，以提高軸咆绔麟口耐磨耐蝕等性能。在一般工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量十分接近，故只為了提高軸的剛度而選用合金鋼是不合適 軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。軸的直徑較小，可用圓鋼棒制造；重要的、大直徑或階梯直徑變化較大的軸，可采用鍛坯。直徑特大的軸可制成空心的。 2.2.3 零件在軸上的定位形式 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工、測(cè)量、裝配和維修。通常注意以下幾個(gè)方向： (1)考慮加工工藝所必須

22、的結(jié)構(gòu)要素(如中心孔螺母退刀槽、砂輪越程槽等) (2)合理確定軸與零件之間的配合性質(zhì)，加工精度和表面粗糙度； (3)軸的類(lèi)和直徑應(yīng)按GB2822—81圓整為標(biāo)準(zhǔn)值； (4)確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能的使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)要保證零件所需要的滑動(dòng)距離、裝配或調(diào)整所需空問(wèn)，并注意轉(zhuǎn)動(dòng)零件不得與其它零件相碰撞，與軸轂配裝的軸段長(zhǎng)度，一般應(yīng)略小于輪轂2～3mm，以保證軸向定位可靠； (5)除特殊要求者外，一般軸上所有零件都應(yīng)無(wú)過(guò)盈地到達(dá)配合的部位； (6)為便于導(dǎo)向和避免擦傷配合表面，軸的兩端及有盈配合的臺(tái)階處都應(yīng)制成倒角； (7)為減少加工刀具種類(lèi)和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，軸上的倒角、圓角、鍵槽等應(yīng)盡

23、可能取相同尺寸。 2.2.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)中帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的軸是傳動(dòng)軸，主要傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，即主要承受扭矩，不承受或只承受較小的彎矩，因此只需要對(duì)其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度進(jìn)行校核即可。 本設(shè)計(jì)中選用材料為45鋼的實(shí)心軸，最小軸徑為mm。 1．軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的計(jì)算 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： （2-1） 式中：—材料的切應(yīng)力，單位為Pa； —材料的許用切應(yīng)力，單位為Pa； —軸所受的扭矩，單位為N·m； —軸的抗扭截面系數(shù)，單位為m3，對(duì)于圓軸； —軸的直徑，單位為m。 由公式（2-1）得

24、 （2-2） 常見(jiàn)軸的材料的值見(jiàn)表2-1。 表2-1 幾種常用的軸材料的值 （MPa） 軸的材料 Q235，20 35 45 40Cr,35SiMn 20~30 30~40 40~52 為保險(xiǎn)起見(jiàn)，本設(shè)計(jì)計(jì)算取較小值，取30MPa；取電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩4.9N·m (見(jiàn)3章) 。 由公式（2-2）得 m 此軸有一個(gè)鍵槽和銷(xiāo)孔，軸徑增大5~7%，即 mm 由于本設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的軸的最小軸徑是mm，故滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。 2．軸的扭轉(zhuǎn)剛

25、度的計(jì)算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示。 其計(jì)算公式為： （2-3） 式中： —軸所受的扭矩，單位為N·m； —軸的材料的剪切彈性模量，對(duì)于鋼材料Pa； —軸截面的極慣性矩，單位為m4，對(duì)于圓軸； —軸的長(zhǎng)度，單位為m。 軸扭轉(zhuǎn)剛度的條件為： 為軸每米長(zhǎng)允許扭轉(zhuǎn)角，對(duì)于精確傳動(dòng)可取 °/m。此處取°/m。 工程上，習(xí)慣把°/m作為的單位，這樣把（2-3）式中的弧度換算成度，可得 °/m 因?yàn)?，所以滿足扭轉(zhuǎn)剛度要求。 2.3 絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算

26、 2.3.1 滾珠絲杠副的組成 滾珠絲杠副是在滾珠絲杠和滾珠螺母之間以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。在滾珠螺母體上裝有滾珠循環(huán)裝置，有反相器，它構(gòu)成滾珠返回通道，使?jié)L珠在閉合同路中形成滾珠鏈的反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。避免了滾珠順著滾到螺旋面滾到滾珠螺母外面。 2.3.2 耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋副的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越容易形成過(guò)度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力P，使其小于材料的許用壓力[P]。 絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-3和圖2-4所示。

27、 圖2-3 絲杠螺母副 圖2-4 絲杠螺母副的基本尺寸 圖中為絲杠螺母副的中徑，為絲杠的大徑，為絲杠的小徑，為螺母的大徑，為螺母的小徑，為螺距。 絲杠螺母副的耐磨性計(jì)算公式為： （2-4） 式中：—絲杠所受最大軸向力，單位為N； —螺母長(zhǎng)徑比，，為螺母長(zhǎng)度，一般，本設(shè)計(jì)中； —材料的許用壓力，單位為MPa，見(jiàn)表2-3。 表2-3 絲杠螺母副材料的許用壓力值 絲杠—螺母的材料 滑動(dòng)速度(r/s) 許用壓力(MPa) 鋼—青銅 ≤3.0 18～25 3～6 11～18 6～12 7～10 >15

28、 1～2 淬火鋼—青銅 6～12 10～13 鋼—鑄鐵 <2.4 13～18 6～12 4～7 絲杠螺母副的摩擦系數(shù)見(jiàn)表2-4。 表2-4 常用材料的摩擦系數(shù) 材料名稱(chēng) 摩 擦 系 數(shù) 靜 摩 擦 動(dòng) 摩 擦 無(wú)潤(rùn)滑劑 無(wú)潤(rùn)滑劑 有潤(rùn)滑劑 鋼—鋼 0．15，0.1～0.12 0.15 0.05～0.1 鋼—青銅 0．15，0.1～0.15 0.15 0.1～0.15 鋼—鑄鋼 0.18 0.05～0.15 本設(shè)計(jì)中取摩擦系數(shù)。 已知工作臺(tái)及工件最大重量為N。 所以 N 由公式（2-4）可得

29、 mm 本設(shè)計(jì)選用的絲杠螺母副形式為標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋，螺距mm，中徑mm，絲杠大徑mm，小徑mm；螺母大徑mm，小徑mm。 2.3.3 絲杠的強(qiáng)度計(jì)算 絲杠工作時(shí)承受軸向壓力（或拉力）和扭矩的作用。絲杠危險(xiǎn)截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核絲杠強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力。 其強(qiáng)度條件為： （2-5） 或 式中：——絲杠螺紋段的危險(xiǎn)截面面積，單位為mm2，mm2； ——絲杠螺紋段的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3， mm3； ——絲杠螺紋小徑，單位為mm； ——絲杠所受的扭矩，單位為N·mm，

30、 N·mm 通常可使,取，； ——絲杠材料的許用應(yīng)力，單位為MPa，見(jiàn)表2-5。 表2-5 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力 (MPa) 螺旋副材料 許用應(yīng)力 [σ] [σb] [τ] 絲杠 鋼 σs/(3～5) (1.0～1.2) [σ] 0.6[σ] 螺母 青銅 40～60 30～40 鑄鐵 40～55 40 鋼 σs/(3～5) (1.0～1.2) [σ] 0.6[σ] 注：1）σs為屈服強(qiáng)度，σb為彎曲強(qiáng)度，τ為剪切強(qiáng)度； 2）載荷穩(wěn)定時(shí)，許用應(yīng)力取大值。 由公式（2-5）得

31、 MPaMPa 通過(guò)上面計(jì)算可知，本設(shè)計(jì)中的絲杠滿足強(qiáng)度要求。 2.3.4 螺母凸緣的強(qiáng)度計(jì)算 工作時(shí)，在螺母凸緣與工作臺(tái)的接觸面上產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，凸緣根部受到剪切作用。 設(shè)凸緣部分承受全部軸向力，則螺母凸緣受到的剪切應(yīng)力為： （2-8） 式中：——為螺母材料的許用剪切應(yīng)力，單位為MPa，見(jiàn)表2-5； ——螺母凸緣的寬度，單位為mm，mm； ——螺母的外徑，單位為mm，mm。 由公式（2-8）得 MPa 所以，螺母凸緣滿足強(qiáng)度要求。 2.3.5 絲杠的穩(wěn)定

32、性計(jì)算 對(duì)于長(zhǎng)徑比大的絲杠，當(dāng)軸向壓力大于某一臨界值時(shí)，絲杠就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常工作情況下，絲杠承受的軸向力必須小于絲杠的許用軸向力。 絲杠的許用軸向力的計(jì)算公式為： （2-9） 式中：—絲杠支承系數(shù)，見(jiàn)表2-6； —絲杠的小徑，單位為mm，mm； —絲杠的支承距離，單位為mm，mm。 由公式（2-9）得 N 因?yàn)镹，所以絲杠滿足穩(wěn)定性要求。 表2-6 絲杠的支承系數(shù) 絲 杠 支?撐?情?況 支 承 系 數(shù) 兩 端 固 定 4.00 一端固定，一端半固定 2.80 一端固定，一端簡(jiǎn)

33、支 2.00 兩 端 簡(jiǎn) 支 1.00 一端固定，一端自由 0.25 2.4 滾動(dòng)軸承的選用和計(jì)算 2.4.1 滾動(dòng)軸承類(lèi)型的選擇 滾動(dòng)軸承類(lèi)型多種多樣，選用時(shí)可考慮以下幾個(gè)方面的因素，根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 1.載荷的大小、方向和性質(zhì)：球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當(dāng)滾動(dòng)軸承受純軸向載荷時(shí)，一般選用推力軸承；當(dāng)滾動(dòng)軸承受純徑向載荷時(shí)，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當(dāng)滾動(dòng)軸承受純徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。 2.允許轉(zhuǎn)速：因軸承的類(lèi)型不同有很大的差異。一般情

34、況下，摩擦小、發(fā)熱量少的軸承，適于高轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求滾動(dòng)軸承在低于其極限轉(zhuǎn)速的條件下工作。 3.剛性：軸承承受負(fù)荷時(shí)，軸承套圈和滾動(dòng)體接觸處就會(huì)產(chǎn)生彈性變形，變形量與載荷成比例，其比值決定軸承剛性的大小。一般可通過(guò)軸承的預(yù)緊來(lái)提高軸承的剛性；此外，在軸承支承設(shè)計(jì)中，考慮軸承的組合和排列方式也可改善軸承的支承剛度。 4.調(diào)心性能和安裝誤差：軸承裝入工作位置后，往往由于制造誤差造成安裝和定位不良。此時(shí)常因軸產(chǎn)生熱膨脹等原因，使軸承承受過(guò)大的載荷，引起早期的損壞。自動(dòng)調(diào)心軸承可自行克服由安裝誤差引起的缺陷。 5.安裝和拆卸：圓錐滾子軸承、滾針軸承等，屬于內(nèi)外圈可分離的軸承（即所謂分離型軸承）

35、，安裝及拆卸方便。 6.市場(chǎng)性：即使是列入產(chǎn)品目錄的軸承，市場(chǎng)上不一定有銷(xiāo)售；反之，未列入產(chǎn)品目錄的軸承有的卻大量生產(chǎn)。因而，應(yīng)清楚使用的軸承是否容易購(gòu)得。 本設(shè)計(jì)選用7004C GB/T292-94 角接觸球軸承，其基本參數(shù)見(jiàn)表2-7： 表2-7 7004C角接觸球軸承的基本參數(shù) d(mm) D(mm) B(mm) Cr(kN) Cor(kN) 極限轉(zhuǎn)速（r/min） 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 20 42 12 10.5 6.08 14000 19000 2.4.2 滾動(dòng)軸承的構(gòu)造及材料選擇 1.滾動(dòng)軸承構(gòu)造：滾動(dòng)軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾

36、動(dòng)體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸頸上（在推力軸承中稱(chēng)為軸圈），配合較緊；外圈裝在機(jī)座或零件的軸承孔內(nèi)，通常配合較松。內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體將沿滾道滾動(dòng)。滾動(dòng)體是實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦的滾動(dòng)元件，除“自轉(zhuǎn)”外，還繞軸線公轉(zhuǎn)，形狀有球形、圓柱形、錐柱形、滾針形、鼓形等。保持架的作用是把滾動(dòng)體均勻地隔開(kāi)。 2.常用材料：滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的材料要有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用含鉻合金鋼制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等，經(jīng)熱處理后硬度可達(dá)HRC61～65。 本設(shè)計(jì)中軸承選用的材料為GCr15。 2.4.3 滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算 1.

37、軸承的基本參數(shù)的定義 （1）軸承壽命：軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞剝落擴(kuò)展跡象前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)。 （2）基本額定壽命：一組軸承中10%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，而90%的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以106r為單位）或工作小時(shí)數(shù)，用符號(hào)或表示。 （3）基本額定動(dòng)載荷：使軸承的基本額定壽命恰好為106r時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用符號(hào)表示。 （4）基本額定靜載荷：使受載最大的滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值的載荷，用符號(hào)表示。 2.軸承壽命的校核計(jì)算 滾動(dòng)軸承壽命的校核條件為： （2-10） 式中：—軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載

38、荷，單位為N； —軸承所受的載荷，單位為N，經(jīng)折算N； —軸承的轉(zhuǎn)速，單位為r/min，r/min，見(jiàn)3章； —軸承預(yù)期計(jì)算壽命，單位為h，h，見(jiàn)表2-8； —壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承。 由公式（2-10）得 NkN 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中選用的軸承的基本額定動(dòng)載荷為10.5kN，所以滿足使用要求。 表2-8 推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命 （h） 機(jī) 器 類(lèi) 型 預(yù)期計(jì)算壽命 不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備，如閘門(mén)開(kāi)閉裝置 300～3000 間斷使用，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動(dòng)機(jī)械 3000～8000 間斷使用的機(jī)械，

39、中斷后果嚴(yán)重，如車(chē)間吊車(chē) 8000～12000 每日8h工作的機(jī)械（利用率不高），如一般齒輪傳動(dòng) 12000～20000 每日8h工作的機(jī)械（利用率較高），如金屬切削機(jī)床 20000～30000 2.5 聯(lián)軸器的選用和計(jì)算 2.5.1 聯(lián)軸器的類(lèi)型 聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器、起動(dòng)安全聯(lián)軸器等。 撓性聯(lián)軸器又可分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器、非金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器、金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器等。 2.5.2 聯(lián)軸器的選擇原則 （1）轉(zhuǎn)矩T：T比較穩(wěn)定時(shí)，選用剛性聯(lián)軸器、無(wú)彈性元件或有金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器；T有較大沖擊振動(dòng)時(shí)，選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸

40、器。 （2）轉(zhuǎn)速n：n變化不大時(shí)，選用非金屬?gòu)椥栽膿闲月?lián)軸器。 （3）對(duì)中性：對(duì)中性好時(shí)選剛性聯(lián)軸器，需補(bǔ)償時(shí)選用撓性聯(lián)軸器。 （4）裝拆：考慮裝拆方便，選用可直接徑向移動(dòng)的聯(lián)軸器。 （5）環(huán)境：若在高溫下工作，不可選用非金屬元件的聯(lián)軸器。 （6）成本：同等條件下，盡量選擇價(jià)格低，維護(hù)簡(jiǎn)單的聯(lián)軸器。 2.5.3 聯(lián)軸器的選取計(jì)算 本設(shè)計(jì)選用變徑聯(lián)軸套，材料為45鋼，該聯(lián)軸器特別適用于低速、輕載、小尺寸軸的連接。 1.聯(lián)軸器最大許用轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 此聯(lián)軸器的最大許用轉(zhuǎn)矩，按鍵的許用轉(zhuǎn)矩計(jì)算，其計(jì)算公式為： （2-11） 式中：—鍵與輪轂鍵

41、槽的接觸高度，單位為mm，，為鍵的 高度； —鍵的工作長(zhǎng)度，單位為mm，對(duì)于圓頭平鍵，平頭平鍵，為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度，為鍵的寬度； —軸的直徑，單位為mm； —鍵材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，MPa。 由公式（2-11）得 N·m 因此，該聯(lián)軸器的最大許用轉(zhuǎn)矩為N·m。 2.聯(lián)軸器的校核計(jì)算 由于機(jī)器起動(dòng)時(shí)和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，所以為安全起見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)用軸上的最大轉(zhuǎn)矩來(lái)計(jì)算聯(lián)軸器應(yīng)具有的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算公式為： （2-12） 式中：—聯(lián)軸器應(yīng)具有的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； —軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，單位為N

42、·m，N·m； —工作情況系數(shù)，，見(jiàn)表2-9。 表2-9 工作情況系數(shù)K 工 作 情 況 K 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)床，如車(chē)床、銑床等 1.25～1.5 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如刨床、插床等 1.5～2.5 離心泵、葉片泵、螺旋輸送器 1.5～2.0 活塞泵 20～30 注：鋼性聯(lián)軸器取較大值，撓性聯(lián)軸器取較小值 由公式（2-12）得 N·m 因?yàn)?，所以該?lián)軸器滿足使用要求。 2.6 螺紋聯(lián)接的選用計(jì)算 2.6.1 螺紋聯(lián)接 1.螺紋聯(lián)接的主要類(lèi)型 螺紋緊固件聯(lián)接主要有四種基本類(lèi)型：螺栓、螺釘、雙頭螺柱和緊定螺釘。 2.螺紋的失效形式 螺紋聯(lián)接由于它們

43、所受的載荷性質(zhì)不同，所以它們的失效形式也有很大不同。 受靜載荷螺栓的失效多為螺紋部分的塑性變形或螺栓被拉斷；受變載荷螺栓的失效多為螺栓的疲勞斷裂；對(duì)于受橫向載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接，其失效形式主要為螺栓桿剪斷，或栓桿被聯(lián)接件孔接觸表面擠壓破壞；如果螺紋精度低或聯(lián)接時(shí)經(jīng)常裝拆，很可能發(fā)生滑扣現(xiàn)象。 2.6.2 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 螺栓聯(lián)接分松螺栓聯(lián)接和緊螺栓聯(lián)接兩種形式。松螺栓聯(lián)接裝配時(shí)螺母不需要擰緊，即在承受工作載荷之前，螺栓不受力；緊螺栓聯(lián)接裝配時(shí)螺母需擰緊。它們按不同的計(jì)算公式計(jì)算。 1.松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為： 或

44、 式中：—工作拉力，單位為N； —螺栓危險(xiǎn)截面的直徑，單位為mm； —螺栓材料的許用拉應(yīng)力，單位為MPa， 本設(shè)計(jì)MPa。 2.緊螺栓的聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 （1）僅承受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接 螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為： 式中：—螺栓所受的預(yù)緊力，單位為N；其余符號(hào)意義同前。 （2）承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接 螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為： （2-13） 或 式中：—螺栓的總拉力，單位為N；，為殘余預(yù)緊力，對(duì)于有密封性要求的聯(lián)接，；對(duì)于一般聯(lián)接，工

45、作載荷穩(wěn)定時(shí)，；工作載荷不穩(wěn)定時(shí)，；對(duì)于地腳螺栓聯(lián)接，。為工作拉力，其余符號(hào)意義同前。 （3）承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接 螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為： 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為： 式中：—螺栓所受的工作剪力，單位為N； —螺栓剪力面的直徑，單位為mm； —螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm； —螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa； —螺栓材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa。 由于本設(shè)計(jì)中的各螺紋聯(lián)接處的受力均不大，現(xiàn)僅對(duì)受力較大幾處螺紋聯(lián)接進(jìn)行強(qiáng)度校核。 (Ⅰ)絲杠端部軸承端蓋上的螺栓的強(qiáng)度校核 由公式（2-13）得 MPaMPa

46、 所以，該螺栓滿足強(qiáng)度要求。 (Ⅱ)蓋板上螺栓的強(qiáng)度校核 估算環(huán)形架的質(zhì)量： kg 則環(huán)形架和電機(jī)的總重為： N 由于加在螺栓上的力還有聯(lián)軸器等零件的重力，此處取N。 由公式（2-13）得 MPaMPa 所以，該螺栓滿足強(qiáng)度要求。 (Ⅲ)固定電機(jī)的螺釘?shù)膹?qiáng)度校核 由公式（2-13）得 MPaMPa 所以，該螺栓滿足強(qiáng)度要求。 (Ⅳ)聯(lián)接絲杠螺母的螺栓的強(qiáng)度校核 由公式（2-13）得 MPaMPa 所以，該螺栓滿足強(qiáng)度要求。 2.7 鍵的選用 2.7.1 鍵聯(lián)接的分類(lèi) 鍵聯(lián)接的主要類(lèi)型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 平鍵聯(lián)接

47、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、對(duì)中性較好等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。這種鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對(duì)軸上的零件不能起到軸向固定的作用。 根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中普通平鍵和薄型平鍵用于靜聯(lián)接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動(dòng)聯(lián)接。普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭、平頭和單圓頭三種。 半圓鍵聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)是工藝性較好，裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪轂的聯(lián)接。缺點(diǎn)是軸上鍵槽較深，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較大，故一般只用于輕載靜聯(lián)接中。 楔鍵聯(lián)接可以承受單向的軸向載荷，對(duì)輪轂起到單向的軸向固定作用，在傳遞有沖擊和振動(dòng)的較大轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍能保證聯(lián)接的可靠性。缺點(diǎn)是鍵楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和

48、偏斜。因此主要用于轂類(lèi)零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。 切向鍵聯(lián)接用一個(gè)切向鍵時(shí)，只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時(shí)，必須用兩個(gè)切向鍵，兩者間的夾角為120°～130°。由于切向鍵的鍵槽對(duì)軸的削弱較大，因此常用于直徑大于100mm的軸上。 本設(shè)計(jì)中的鍵全部選用圓頭普通平鍵。 2.7.2 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算條件為： （2-14） 式中：—傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； —鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，單位為mm，，為鍵的高度； —鍵的工作長(zhǎng)度，單位為mm，對(duì)于圓頭平鍵，平頭平鍵，為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度，為鍵的寬度；

49、 —軸的直徑，單位為mm； —鍵材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，MPa。 本設(shè)計(jì)中在主動(dòng)軸上用到的三個(gè)鍵受力最大，而它們所傳遞的轉(zhuǎn)矩相等，因此只對(duì)最小的那個(gè)鍵進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算即可。 由公式（2-14）得 MPaMPa 所以，本設(shè)計(jì)中的鍵滿足強(qiáng)度要求。 2.8 銷(xiāo)的選用 2.8.1 銷(xiāo)的分類(lèi) 銷(xiāo)有多種類(lèi)型，如圓柱銷(xiāo)、圓錐銷(xiāo)、槽銷(xiāo)、銷(xiāo)軸和開(kāi)口銷(xiāo)等，這些銷(xiāo)均已標(biāo)準(zhǔn)化。 圓柱銷(xiāo)靠過(guò)盈配合固定在銷(xiāo)孔中，經(jīng)多次裝拆會(huì)降低其定位精度和可靠性。圓錐銷(xiāo)具有1：50的錐度，在受橫向力時(shí)可以自鎖，它裝拆方便，定位精度高，可多次裝拆而不影響定位精度。槽銷(xiāo)能承受振動(dòng)和變載荷，安裝槽銷(xiāo)的孔不需要鉸

50、制，加工方便，可以多次裝拆。銷(xiāo)軸用于兩零件的鉸接處，構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接。銷(xiāo)軸通常用開(kāi)口銷(xiāo)鎖定，工作可靠，可多次裝拆。 開(kāi)口銷(xiāo)裝配時(shí)，將尾部分開(kāi)，以防脫出，常與銷(xiāo)軸配合使用。 本設(shè)計(jì)中選用的銷(xiāo)均為圓錐銷(xiāo)。 2.8.2 銷(xiāo)的強(qiáng)度計(jì)算 銷(xiāo)的剪切強(qiáng)度條件為： （2-15） 式中：—銷(xiāo)受到的剪切力，單位為N，經(jīng)估算N； —銷(xiāo)的危險(xiǎn)截面的直徑，單位為mm； —銷(xiāo)材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa，此處MPa。 由公式（2-15）得 MPaMPa 所以，本設(shè)計(jì)中的銷(xiāo)滿足強(qiáng)度要求。 2.9 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 2.9.1 導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求 當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著

51、承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，對(duì)導(dǎo)軌的要求如下： （1）一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準(zhǔn)確性。 （2）運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)。工作時(shí)，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時(shí)應(yīng)無(wú)爬行現(xiàn)象。 （3）良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過(guò)程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。 （4）足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓，或者設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。 （5）結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前

52、提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、測(cè)量、裝配和調(diào)整，以降低成本。 2.9.2 本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的主要結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的形狀及基本尺寸如圖2-5所示： 圖2-5 導(dǎo)軌的形狀及基本尺寸 采用燕型導(dǎo)軌，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，通過(guò)絲杠的螺旋傳動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌的進(jìn)給和退回運(yùn)動(dòng)。 2.10 本章小結(jié) 傳統(tǒng)的齒輪雙面嚙合檢測(cè)儀測(cè)量效率低，而且測(cè)量精度不高，在傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)上，本章對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)，并對(duì)機(jī)械部分的各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和設(shè)計(jì)計(jì)算。 第3章 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 3.1

53、 步進(jìn)電機(jī)的定義 步進(jìn)電機(jī)是根據(jù)組合電磁鐵的理論設(shè)計(jì)的，是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移或線位移，并用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制的特殊運(yùn)行方式的同步電動(dòng)機(jī)。它與一般的電動(dòng)機(jī)不同，只接電源時(shí)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，每加一次脈沖信號(hào)后僅轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（步距角）。

54、可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 3.2 步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) 步進(jìn)電機(jī)種類(lèi)繁多，按其運(yùn)動(dòng)方式分為旋轉(zhuǎn)型和直線型。通常使用的旋轉(zhuǎn)型步進(jìn)電機(jī)按其電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理，又分為三大類(lèi)： （1）反應(yīng)式（又稱(chēng)磁阻式）步進(jìn)電機(jī)； （2）永磁式步進(jìn)電機(jī)； （3）混合式（又稱(chēng)永磁感應(yīng)子式）步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組可以制成各種相數(shù)，最常見(jiàn)的有單相、三相、四相、五相等幾種。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出；永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較??；混合式步進(jìn)電機(jī)則混合了反應(yīng)式和永磁式電機(jī)的特點(diǎn)。

55、 3.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的一種步進(jìn)電機(jī)，它具有調(diào)速范圍廣，動(dòng)態(tài)性能好，能快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因此本設(shè)計(jì)選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。下面介紹一下三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理。 1.結(jié)構(gòu)： ????電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3 、2/3 ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距，以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3 ，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3 ，A'與齒5相對(duì)齊（A'就是A，齒5就是齒1）。定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)圖如圖3-1所示： 圖3-1 定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)圖 2

56、.旋轉(zhuǎn)： 如A相通電，B、C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A、C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3 ，此時(shí)齒3與C偏移為1/3 ，齒4與A偏移（-1/3 ）=2/3 。 如C相通電，A、B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3 ，此時(shí)齒4與A偏移為1/3 對(duì)齊。 如A相通電，B、C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3 。 這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3 ,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C

57、，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 ????由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度與導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 3.力矩： 電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量），當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開(kāi)一定角度將產(chǎn)生力，與成正比 。磁通量，為磁密，為導(dǎo)磁面積。與成正比，為鐵芯的有效長(zhǎng)度，為轉(zhuǎn)子直徑，，為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)），為磁阻。力矩=力·半徑，力矩與電機(jī)有效體積·安匝數(shù)·磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)），因此，電機(jī)有效體積越勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。 3.4 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo) 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)性能指標(biāo) 1.相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)N

58、、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用m表示。 2.拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，四相四拍運(yùn)行方式，即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式，即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。 3.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，用θ表示。θ=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J·運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱(chēng)整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱(chēng)半步）。 4.定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自

59、身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。 5.靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。 3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 1.步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角·100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。 2.失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)，稱(chēng)之為失步。 3.失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。

60、 4.最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 5. 最大空載運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，電機(jī)不 帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 6.運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱(chēng)為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬，如圖3-2所示。 其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低；

61、曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。 圖3-2 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線 7.電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 ? 8.電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CA時(shí)為正轉(zhuǎn)；通電時(shí)序?yàn)镃A-BC-AB時(shí)為反轉(zhuǎn)。 3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇 3.4.1 種類(lèi)的選擇 1）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：步距角小，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率高，在一相繞組長(zhǎng)期通電狀態(tài)下，具有自鎖能力，消耗功率較大，應(yīng)用比較廣泛。例如閥門(mén)控制

62、、數(shù)控機(jī)床及其他數(shù)控裝置。 2）永磁式步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：功率比較小，在斷電的情況下，有定位轉(zhuǎn)矩，步距角大，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較低。 3）混合式步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：有較小的步距角（可做成與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一樣小的步距角），起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，消耗功率較小，有定位轉(zhuǎn)矩，它具有反應(yīng)式和永磁式兩種步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)。但是，因是混合式結(jié)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高。 本設(shè)計(jì)選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。 3.4.2 型號(hào)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。 1.步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率換算到步進(jìn)電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量

63、電機(jī)應(yīng)走多少角度，電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。已知被測(cè)齒輪的最多齒數(shù)是400，每個(gè)齒采樣10個(gè)點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)為40，則經(jīng)換算電機(jī)的步距角應(yīng)不大于0.9°。 2.靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的靜力矩的選擇依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍為好，一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)。由于本設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需力矩很小，由經(jīng)驗(yàn)估算其大小約為1.5N·m。 3.電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖判斷電機(jī)的電流。 本設(shè)計(jì)選用110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其參

64、數(shù)見(jiàn)表3-1。 表3-1 110BF004步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) 相數(shù) 步距角（°） 電壓（V） 相電流（A） 靜轉(zhuǎn)矩 （N·m） 起動(dòng)頻率（步/S） 外形尺寸（mm） 重 量 外徑 長(zhǎng)度 軸徑 3 0.75 30 4 4.9 500 110 110 11 5.5 3.5 本章小結(jié) 本章介紹了步進(jìn)電機(jī)的定義和分類(lèi)，列舉了步進(jìn)電機(jī)的一些基本性能參數(shù)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選擇作了詳細(xì)說(shuō)明，并為本設(shè)計(jì)的儀器選定了步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。 第4章 傳感測(cè)試及控制電路部分設(shè)計(jì) 4.1 電渦流傳感器的基本原理 電渦流傳感器

65、是一種性能優(yōu)越的非接觸測(cè)量傳感器，這種傳感器適用于對(duì)機(jī)械的振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等運(yùn)行狀態(tài)的直接在線監(jiān)測(cè)。它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固、耐腐蝕、耐濕熱，因而廣泛應(yīng)用于電力、石化、機(jī)械等行業(yè)。 電渦流傳感器由平面線圈和金屬片組成，它是基于電磁感應(yīng)原理而制成的。由電磁場(chǎng)理論可知，在受到交變電磁場(chǎng)作用的任何導(dǎo)體中，都會(huì)產(chǎn)生電渦流。成塊的金屬置于變化的磁場(chǎng)中，或者在固定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬內(nèi)是閉合的，所以稱(chēng)為渦流。電渦流傳感器的原理如圖4-1所示。 H1 H2 I1 I2 U1 R2 L1 L2 I1 I2 U1 R1 M 渦流傳感器與被

66、測(cè)金屬的等效電路 等效 金屬片 圖4-1 電渦流傳感器的原理圖 把線圈與被測(cè)導(dǎo)體等效為相互耦合的兩個(gè)線圈，設(shè)R1為線圈的電阻；L1為線圈電感；R2為短路環(huán)的電阻；L2為短路環(huán)電感；M為線圈與短路環(huán)間的互感，M隨他們之間距離X的減小而增大；U1為勵(lì)磁電壓。 由等效電路可寫(xiě)出兩個(gè)電壓平衡方程式： 解上面的聯(lián)立方程可得到，從而求出受金屬影響后空心線圈的等效阻抗為： 從上式可看出線圈阻抗的實(shí)數(shù)部分即有效電阻隨M的增加而增加；虛部部分即等效電感隨M的增加而減少，這樣使線圈阻抗發(fā)生了變化。 當(dāng)線圈中通以高頻率的交變電流后，與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X都有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測(cè)體（金屬片）、激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與距離X有關(guān)，將阻抗變化通過(guò)“渦流變