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材料 力學(xué) 公差與互換性理論 機(jī)械制圖等 掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠 熟練使用 AutoCAD 制圖軟件 Pro E 三維設(shè)計(jì)軟件 對今后的工作于生活具有極 大意義 關(guān)鍵詞 滾珠絲杠副 承載 試驗(yàn)臺 液壓缸 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 論 文 外 文 摘 要 Title Screw nut ultimate bearing test rig design loading device Abstract In order to meet the requirements of high speed machining high performance ball screw ball screw has become a trend products It requires precision ball screw with high stability on the basis of high speed achieve high stiffness high load performance which requires the ability to withstand a greater load so the ball screw production process requires a test of its ultimate bearing capacity This design is for the screw nut ultimate bearing test rig loading apparatus design the test rig consists of a hydraulic cylinder load bearing pulley rope and bolt tensioners and other components Firstly by making the structure and principles of the ball screw analysis the analysis presented in this ultimate bearing test rig loading device on the basis of the overall structure of the program then all the major parts and components for the design and verification and finally by AutoCAD drawing software to draw their assembly drawings and major components diagram and by the Pro E design software to build the ultimate bearing test rig loading unit 3D models Through this design the consolidation of the university is the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design mechanics of materials tolerances and interchangeability theory mechanical drawing and the like mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software Pro E three dimensional design software for the future work of great significance in life Keywords Ball screw Load Test station Cylinders I 目 錄 1 緒 論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 1 1 研究背景 1 1 1 2 研究的意義 2 1 2 滾珠絲杠螺母副概述 3 1 2 1 工作原理 3 1 2 2 滾珠絲杠副的傳動特點(diǎn) 4 1 2 3 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式 4 2 總體方案設(shè)計(jì) 6 2 1 設(shè)計(jì)要求 6 2 2 方案選擇 6 2 2 1 加載裝置方案 6 2 2 2 預(yù)緊裝置方案 6 2 2 3 連接裝置方案 7 2 3 總體方案確定 7 3 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 9 3 1 加載液壓缸的設(shè)計(jì)與選擇 9 3 1 1 系統(tǒng)參數(shù)確定 9 3 1 2 液壓缸主要尺寸的確定 10 3 2 鋼絲繩的選擇 14 3 2 1 鋼絲繩特點(diǎn) 14 3 2 2 鋼絲繩種類 15 3 2 3 鋼絲繩的選用 16 3 2 4 鋼絲繩使用注意事項(xiàng) 17 3 3 滑輪的選擇 17 3 4 連接環(huán)的設(shè)計(jì) 18 4 支座 底座設(shè)計(jì)及螺栓的選擇 20 4 1 結(jié)構(gòu)及幾何尺寸 20 4 2 材料的選擇 21 4 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性要求 21 4 4 螺栓的選定與校核 22 4 4 1 螺栓類型選擇 22 II 4 4 2 螺栓組的布置 22 4 4 3 螺栓的受力分析 23 4 4 4 螺栓組傾覆力矩校核 24 5 基于 PRO E 的三維設(shè)計(jì) 27 5 1 PRO E 三維設(shè)計(jì)軟件概述 27 5 2 三維設(shè)計(jì) 29 5 2 1 絲杠 螺母 29 5 2 2 螺母支座 29 5 2 3 液壓缸支座 30 5 2 4 滑輪 滑輪支座 30 5 2 5 預(yù)緊支座 30 5 2 6 連接環(huán) 2 31 5 2 7 液壓缸 31 5 2 8 三維裝配 32 結(jié) 論 33 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 35 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1 1 研究背景及意義 1 1 1 研究背景 近年來 隨著數(shù)控技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的發(fā)展 滾珠絲杠副作為一種高效 節(jié)能 高精度 低成本的傳動與定位元件已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于機(jī)械 航天航空 衛(wèi)星 儀器 儀表 核工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)水平的提高 數(shù)控機(jī)床 機(jī)器人等機(jī) 械設(shè)備的進(jìn)給速度越來越快 必然帶動滾珠絲杠副向高速化的方向發(fā)展 滾珠絲杠 副產(chǎn)品出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面 在數(shù)控技術(shù)方面隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn) 一批又一批的高速數(shù)控機(jī) 床應(yīng)運(yùn)而生 其功能隨主機(jī)的要求不斷擴(kuò)展提高 從 20 世紀(jì) 40 50 年代的 敏捷 省能傳動 到 70 年代 精密定位 再從 80 年代的 大導(dǎo)程快速驅(qū)動 到 90 年代 后期的 精密高速驅(qū)動 在這一發(fā)展過程中 產(chǎn)品不斷升級換代 達(dá)到質(zhì)的飛躍 在驅(qū)動速度不斷提高并向更高速度推進(jìn)的過程中 不僅要求有性能卓越的高速主軸 而且也對進(jìn)給系統(tǒng)提出了很高的要求 因此為適應(yīng)高速化要求 40m min 以上 滿 足承載要求且能精密定位的滾珠絲杠副就成為能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床高速化首選的傳動與 定位部件 而且作為伺服進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠副 其發(fā)展 必然與具有高效快速 節(jié)省能源 零間隙高剛度傳動 跟隨靈敏 不污染環(huán)境且周 邊環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的高速切削機(jī)床的發(fā)展同步 將始終占據(jù)直線運(yùn)動應(yīng)用領(lǐng) 域的絕大部分市場 為適應(yīng)高速切削加工的要求 高性能的滾珠絲杠副已成為滾珠 絲桿副產(chǎn)品的發(fā)展趨勢 它要求滾珠絲杠副在高速度的基礎(chǔ)上具有高的精度穩(wěn)定性 達(dá)到高剛度 高負(fù)載 自潤滑 低噪聲 小溫升 長壽命等性能 這就要求滾珠絲 杠副在設(shè)計(jì) 制造及試驗(yàn)檢測技術(shù)上不斷的創(chuàng)新 滾珠絲杠副在高速驅(qū)動時(shí)主要存在的問題是 噪聲 溫升 精度 滾珠絲杠副 噪聲產(chǎn)生的原因主要有 滾珠在循環(huán)回路中的流暢性 滾珠之間的碰撞 滾道的粗糙 度 絲杠的彎曲等 滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠 螺母 反向器之問的 摩擦及滾珠之間的摩擦產(chǎn)生的要解決上述問題首先應(yīng)從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始 對存在的問題采取措施 另一方面 從工藝上解決 通過合理的工藝流程 提高產(chǎn) 品的內(nèi)質(zhì)量 選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 減小滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 2 量 使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)動的要求 總之 隨著社會的不斷發(fā)展 用戶對滾珠絲杠副的要求越來越嚴(yán) 要求也多樣 化 促使?jié)L珠絲杠生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量 開發(fā)新品種 以滿足用戶的需求 1 1 2 研究的意義 近幾年來 人們對滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動量的大小開始重視起來 以前人 們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線 現(xiàn)在也開始重視滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲 線 因?yàn)橛辛诉@兩條曲線 滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來為了滿足上述要求 北京機(jī)床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測量儀和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測量儀 應(yīng) 用現(xiàn)代化的測量手段和高精度的傳感器 在測量過程中能實(shí)時(shí)顯示行程誤差曲線和 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩曲線 并打印出完整的測量報(bào)告 為衡量滾珠絲杠副的總成質(zhì)量 提供了 可靠的檢測手段 制造和測量是密不可分的 沒有測量產(chǎn)品質(zhì)量就沒有保證 要實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副 高性能原材料的選擇是直接影響滾珠絲杠副的高剛度 高負(fù)載等性能的重要因素 對材料進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn) 并通過試驗(yàn)成果來指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì) 選擇原材料 以改善滾 珠絲杠副的內(nèi)在性能是至關(guān)重要的 要實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副高性能 還必須從檢測技術(shù) 上依靠科技求創(chuàng)新 精確的檢測手段及完善的試驗(yàn)設(shè)備是保證產(chǎn)品質(zhì)量和研究產(chǎn)品 性能的前提 長期以來 我國過于追求對檢測滾珠絲杠副的螺距精度的研究 而在滾珠絲杠 副的性能研究上相對滯后 甚至在一些性能的項(xiàng)目如滾珠絲杠副噪聲 溫升 加速 度 動態(tài)剛度等試驗(yàn)上還是一片空白 致使產(chǎn)品在性能上與國際先進(jìn)水平存在較大 的差距 這也是制約我國數(shù)控機(jī)床向更高檔次發(fā)展的主要原因之一 要實(shí)現(xiàn)滾珠絲 杠副高性能 就必須從檢測技術(shù)上依靠科技求創(chuàng)新 精確的檢測手段及完善的試驗(yàn) 設(shè)備是保證產(chǎn)品質(zhì)量和研究產(chǎn)品性能的前提 隨著數(shù)控機(jī)床向高速化發(fā)展 驅(qū)動速度 40m min 現(xiàn)有的滾珠絲杠副滿足不 了要求 出現(xiàn)溫度上升 噪聲增大 定位精度下降等現(xiàn)象 有的可能由于 公稱直徑 轉(zhuǎn)速 的增大 絲杠副結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞 因此高速滾珠絲杠副的0dn 結(jié)構(gòu)與普通滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)是不同的 通過做模擬性試驗(yàn)了解滾珠絲杠副在不同使 用條件下的性能 以便了解滾珠絲杠副在不同使用條件下的使用情況 隨著用戶對 滾珠絲杠副性能要求的逐步提高制造廠必須改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝 提高產(chǎn)品質(zhì)量 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 3 因此需要通過測量了解產(chǎn)品的性能 為產(chǎn)品的改進(jìn)提供有效可供比較的數(shù)據(jù) 本課題的意義在于研制開發(fā)一種用于測量高速滾珠絲杠副綜合性能參數(shù)的試驗(yàn) 臺 利用該試驗(yàn)臺可以對滾珠絲杠副的加速度 速度 溫升 熱位移 定位精度等 綜合性能參數(shù)進(jìn)行測試 為用戶提供準(zhǔn)確可靠的檢測報(bào)告 1 2 滾珠絲杠螺母副概述 1 2 1 工作原理 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間放入適量的滾珠來使絲杠與螺母之間由滑動摩 擦變?yōu)闈L動摩擦的絲杠傳功 滾珠絲杠副在機(jī)械傳動中的作用 同樣是可以將旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動 也可以將直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動 根據(jù)絲杠和螺母相對運(yùn)動的 組合情況 其傳動方式也是多種多樣的 滾珠絲杠副一般是由絲杠 1 螺母 2 滾珠 3 以及滾珠循環(huán)返回裝置 4 四個(gè)主要 部分組成 如圖 2 1 所示 a 為外循環(huán)方式 b 為內(nèi)循環(huán)方式 1 滾珠絲杠 2 螺母 3 滾珠 4 反向器 圖 1 1 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu) 從 1 1 可知 滾珠絲杠副就是指在具有螺旋槽的絲杠與螺母之間 連續(xù)填滿滾 珠作為中間體的螺旋傳動 其工作原理如下 當(dāng)螺母 2 或絲杠 1 轉(zhuǎn)動時(shí) 在絲杠與螺母間布置的滾珠 3 依次沿螺紋滾道滾動 同時(shí)滾珠 3 促使絲杠 1 或螺母 2 作直線運(yùn)動 為了防止?jié)L珠沿螺紋滾道滾出 在螺 母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置 返向器 4 構(gòu)成一個(gè)封閉的滾珠循環(huán)通道 借助于這個(gè) 返回裝置 可以使?jié)L珠沿滾道面運(yùn)動后 經(jīng)通道自動地返回到其工作的入口處 從 而使?jié)L珠能在螺紋滾道上繼續(xù)不斷地參與工作 為了消除間隙和提高傳動精度及剛 度 滾珠螺母常由兩段組成 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 4 滾珠絲杠副除了上述四個(gè)部分外 還要有擦拭器 擦拭器將異物從滾珠絲杠內(nèi) 部的關(guān)鍵部件中清除掉 并確保有效潤滑 在許多應(yīng)用場合 擦拭器可延長滾珠絲 杠的壽命并提高機(jī)械的可靠性 擦拭器可安裝在滾珠絲杠的外部或內(nèi)部 1 2 2 滾珠絲杠副的傳動特點(diǎn) 滾珠絲杠副作為精度高的傳動元件在精密機(jī)床 數(shù)控機(jī)床上得到廣泛的應(yīng)用 在機(jī)械工業(yè) 交通運(yùn)輸 航天航空 軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的很普遍 可用作精 密定位自動控制 動力傳遞和運(yùn)動轉(zhuǎn)換 滾珠絲杠副傳動與滑動絲杠傳動相比其主 要特點(diǎn)是 1 傳動效率高 可達(dá) 0 9 0 98 平均為滑動絲杠傳動的 2 3 倍 可節(jié)省動 力 1 2 3 4 有利于主機(jī)的小型化及減輕勞動強(qiáng)度 2 摩擦力矩小 接觸剛度高 使溫升熱變形減小 有利于改善主機(jī)的動態(tài)性 能和提高工作精度 3 工作壽命長 平均可達(dá)滑動螺旋傳動的 10 倍左右 4 傳動無間隙 無爬行 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 傳動精度高 5 具有很好的高速性能 其臨界轉(zhuǎn)速之 d n 值 d 為軸徑 mm n 為轉(zhuǎn)速 r min 可達(dá) 40000 以上 可實(shí)現(xiàn)線速度 120r min 的高速驅(qū)動 6 具有傳動的可逆性 既可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動 也可以把直線運(yùn)動 變?yōu)檗D(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 且逆?zhèn)鲃有逝c正傳動效率相近 7 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)化 并出現(xiàn)了冷軋滾珠絲杠 提供了多用途廉價(jià)產(chǎn) 品 應(yīng)用于精度要求高的場合 節(jié)能并延長壽命 8 不能自鎖 9 抗沖擊震動性能較差 10 承受軸向載荷的能力差 11 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 成本較高 但結(jié)構(gòu)比靜壓螺旋簡單且維修方便 12 有專業(yè)廠生產(chǎn) 選用配套方便 1 2 3 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式 對于滾珠絲杠 除螺紋滾道截面的形狀不同外 各種類型的滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)基 本相同 滾珠螺母的構(gòu)造主要與滾道的循環(huán)方式及預(yù)緊方式有關(guān) 且循環(huán)方式對滾 珠螺旋傳動的設(shè)計(jì) 制造 精度 壽命 成本及軸隙調(diào)整均有重要影響 對滾珠流 暢性能更有直接關(guān)系 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 5 單 圓 弧 形 雙 圓 弧 形 圖 1 2 滾珠法向截面形狀 單圓弧滾道截面 圖 1 2a 的特點(diǎn)是磨削滾道的砂輪成型方便 容易獲得較高 的精度 滾道與滾子的接觸角 隨初始間隙和軸向力大小而變化 不易控制 因而 起傳動效率 承載能力和軸向剛度均不夠穩(wěn)定 影響傳動精度 在施加較大的預(yù)緊 力之前 絲杠剛度很低 消隙及預(yù)緊必須采用雙螺母 因此應(yīng)用較少 雙圓弧形滾道截面 圖 1 2b 的特點(diǎn)是能保持一定的接觸角 傳動效率 承 載能力和軸向剛度比較穩(wěn)定 但砂輪成型比較復(fù)雜 不易獲得較高的加工精度 螺 旋槽底部不與滾珠接觸 可存納一定的潤滑油與臟物 使磨損減小 對滾珠流暢有 利 適用于雙螺母預(yù)緊和單螺母增大鋼球預(yù)緊 以消除軸向間隙 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 6 2 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)要求 原始數(shù)據(jù) 1 滾珠絲桿軸徑 不大于 20mm 總長度 1000 1500mm 2 軸向預(yù)緊力 0 50N 軸承內(nèi)徑與軸 軸承外徑與軸承座均為過盈配合 3 滾珠絲桿規(guī)格及其他數(shù)據(jù)見產(chǎn)品圖 技術(shù)要求 1 轉(zhuǎn)速范圍 0 1350r mim 無級可調(diào) 2 軸向加載范圍 0 30kN 無級可調(diào) 3 測量位移范圍 0 200mm 4 微小變形范圍 0 2mm 2 2 方案選擇 2 2 1 加載裝置方案 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 軸向加載范圍 0 30kN 無級可調(diào) 因此采用液壓缸比較容易 實(shí)現(xiàn) 因此加載裝置結(jié)構(gòu)方案如下圖 2 1 所示 圖 2 1 加載裝置 2 2 2 預(yù)緊裝置方案 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 軸向預(yù)緊力 0 50N 該預(yù)緊力較小 因此采用普通螺紋預(yù)緊即 可實(shí)現(xiàn) 因此預(yù)緊裝置結(jié)構(gòu)方案如下圖 2 2 所示 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 7 圖 2 2 預(yù)緊裝置方案 2 2 3 連接裝置方案 鋼絲繩與螺桿 鋼絲繩與液壓缸均需要通過連接裝置連接 為了確保拆卸方便 使用靈活本次采用的連接裝置方案如下圖 2 4 所示 圖 2 4 連接裝置 2 3 總體方案確定 匯總上述各裝置得到絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置的總體方案如下圖 2 5 所示 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 8 圖 2 5 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置總體方案 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 9 3 各主要零部件的設(shè)計(jì)與選擇 3 1 加載液壓缸的設(shè)計(jì)與選擇 3 1 1 系統(tǒng)參數(shù)確定 1 液壓缸的工作壓力的確定 執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負(fù)載循環(huán)圖中的最大負(fù)載來選取 也可以根據(jù)主 機(jī)的類型了確定 見表 3 1 和表 3 2 表 3 1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力 負(fù)載 KN 50 工作壓力 MPa 0FA2 N 此時(shí)螺栓不能滿足我們的要求 現(xiàn)在決定改用 4 個(gè) M12 螺栓性能等級為 8 8 取安全系數(shù) s 1 5 螺栓的許用應(yīng)力 427Mpa s601 5Mpa 根據(jù)螺栓的布置圖 此時(shí)需要的預(yù)緊力不變 212KN0F 此時(shí)螺栓所受的應(yīng)力 300Mpa 0A21 3 4 滿足我們要求 4 4 4 螺栓組傾覆力矩校核 傾覆力矩 M 作用在通過 一 軸并垂直于連接接合面的對稱平面內(nèi) 底板 承受傾覆力矩前 由于螺栓已擰緊 螺栓受預(yù)緊力 F 有均勻的伸長 地基在各螺 栓的 F 作用下 有均勻的壓縮 如下圖所示 當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩作用后 它繞 軸線 O 一口傾轉(zhuǎn)一個(gè)角度 假定仍保持為平面 此時(shí) 在軸線 O 一 左側(cè) 地基 被放松 螺栓被進(jìn)一步拉伸 在右側(cè) 螺栓被放松 地基被進(jìn)一步壓縮 底板的受 力情況如圖 3 11 所示 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 25 圖 3 11 傾覆力矩 上述過程 可用單個(gè)螺栓一地基的受力變形圖來表示 見圖 3 12 圖 3 12 單個(gè)螺栓 地基的受力變形圖 為簡便起見 地基與底板的互相作用力以作用在各螺栓中心的集中力代表 如 圖所示 斜線氏 A 表示螺栓的受力變形線 斜線 o 滬表示地基的受力變形線 在 傾覆力矩 M 作用以前 螺栓和地基的工作點(diǎn)都處于 A 點(diǎn) 底板上受到的合力為零 當(dāng)?shù)装迳鲜艿酵饧拥膬A覆力矩 M 后情況 在傾轉(zhuǎn)軸線 o o 左側(cè) 螺栓與地基的 工作點(diǎn)分別移至盡與馬點(diǎn) 兩者作用到底板上的合力的大小等于螺栓的工作載荷 F 方向向下 在 o o 右側(cè) 螺栓與地基的工作點(diǎn)分別移至移至 與 點(diǎn) 兩者作2BC 用到底板上的合力等于載荷 其大小等于工作載荷 F 但方向向上 注意右側(cè)螺mF 栓的工作載荷為零 作用在 o o 兩側(cè)底板上的兩個(gè)總合力 對 o o 形成個(gè)力矩 這個(gè)力矩應(yīng)與外加的傾覆力矩 M 平衡 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 26 即 M 又因 41iiFL imaxFiL 于是螺栓所受的最大工作載荷為 18 5KNmaxF ax421iML 其產(chǎn)生附加的應(yīng)力 26Mpa 0FA18 5 3 2 4KN 螺栓遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足我們的要求 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 27 5 基于 Pro E 的三維設(shè)計(jì) 5 1 Pro E 三維設(shè)計(jì)軟件概述 Pro Engineer 操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司 PTC 旗下的 CAD CAM CAE 一體 化的三維軟件 Pro Engineer 軟件以參數(shù)化著稱 是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者 在目 前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位 Pro Engineer 作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD CAE CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣 是現(xiàn)今主流的 CAD CAM CAE 軟件之一 特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置 Pro Engineer 和 WildFire 是 PTC 官方使用的軟件名稱 但在中國用戶所使用的 名稱中 并存著多個(gè)說法 比如 ProE Pro E 破衣 野火等等都是指 Pro Engineer 軟件 proe2001 proe2 0 proe3 0 proe4 0 proe5 0 creo1 0 creo2 0 等等都是指軟 件的版本 Pro E 第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念 并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相 關(guān)性問題 另外 它采用模塊化方式 用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇 而不必 安裝所有模塊 Pro E 的基于特征方式 能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起 實(shí)現(xiàn) 并行工程設(shè)計(jì) 它不但可以應(yīng)用于工作站 而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上 Pro E 采用了 模塊方式 可以分別進(jìn)行草圖繪制 零件制作 裝配設(shè)計(jì) 鈑金設(shè)計(jì) 加工處理等 保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用 1 參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對于產(chǎn)品而言 我們可以把它看成幾何模型 而無論多么復(fù)雜的幾何模型 都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征 而每一種構(gòu)成特征 都可以用有限的參數(shù)完全 約束 這就是參數(shù)化的基本概念 但是無法在零件模塊下隱藏實(shí)體特征 2 基于特征建模 Pro E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng) 工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特 征的功能去生成模型 如腔 殼 倒角及圓角 您可以隨意勾畫草圖 輕易改變模 型 這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活 3 單一數(shù)據(jù)庫 全相關(guān) Pro Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上 不像一些傳統(tǒng)的 CAD CAM 系 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 28 統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上 所謂單一數(shù)據(jù)庫 就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫 使 得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作 不管他是哪一個(gè)部門的 換言之 在 整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動 亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上 例如 一旦工程詳圖有改變 NC 數(shù)控 工具路徑也會自動更新 組裝工程圖如有 任何變動 也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上 這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的 完整的結(jié)合 使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來 這一優(yōu)點(diǎn) 使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化 成品質(zhì) 量更高 產(chǎn)品能更好地推向市場 價(jià)格也更便宜 Pro Engineer 是軟件包 并非模塊 它是該系統(tǒng)的基本部分 其中功能包括參數(shù) 化功能定義 實(shí)體零件及組裝造型 三維上色 實(shí)體或線框造型 完整工程圖的產(chǎn) 生及不同視圖展示 三維造型還可移動 放大或縮小和旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 是一個(gè) 功能定義系統(tǒng) 即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn) 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽殼 Shells 等 采用這種手段來建立 形體 對于工程師來說是更自然 更直觀 無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式 這系統(tǒng) 的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸 不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù) 值于形體 這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系 任何一個(gè)參數(shù) 改變 其他相關(guān)的特征也會自動修正 這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化 更趨完美 造型不單可以在屏幕上顯示 還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機(jī) Pro Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件 諸如 有限元分析及后置處理等 這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn) 用戶更可配上 Pro Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語言編程 以增強(qiáng)軟件的功能 它在單 用戶環(huán)境下 沒有任何附加模塊 具有大部分的設(shè)計(jì)能力 組裝能力 運(yùn)動分析 人機(jī)工程分析 和工程制圖能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn) 并且 支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀 HP HPGL 和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形 輸出 Pro Engineer 功能如下 1 特征驅(qū)動 例如 凸臺 槽 倒角 腔 殼等 2 參數(shù)化 參數(shù) 尺寸 圖樣中的特征 載荷 邊界條件等 3 通過零件的特征值之間 載荷 邊界條件與特征參數(shù)之間 如表面積等 的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì) 4 支持大型 復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì) 規(guī)則排列的系列組件 交替排列 Pro PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 29 5 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 任何一個(gè)地方的變動都將引起與之有關(guān)的每 個(gè)地方變動 其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro ENGINEER 的基本功能 5 2 三維設(shè)計(jì) 5 2 1 絲杠 螺母 絲杠如下圖示 圖 5 1 絲桿 螺母如下圖示 圖 5 2 螺母 5 2 2 螺母支座 螺母支座如下圖示 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 30 圖 5 3 絲杠支座 5 2 3 液壓缸支座 液壓缸支座如下圖示 圖 5 4 液壓缸支座 5 2 4 滑輪 滑輪支座 滑輪及滑輪支座如下 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 31 圖 5 5 滑輪 滑輪支座 5 2 5 預(yù)緊支座 預(yù)緊裝置支座如下 圖 5 6 預(yù)緊支座 5 2 6 連接環(huán) 2 絲杠與鋼絲繩之間是通過下圖示連接環(huán) 2 連接的 結(jié)構(gòu)如下圖示 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 32 圖 5 7 鋼絲繩與絲杠連接環(huán) 5 2 7 液壓缸 液壓缸屬于在市場上直接采購的 其三維模型如下 圖 5 8 液壓缸 5 2 8 三維裝配 圖 5 9 試驗(yàn)臺裝配 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 33 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)對象為絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置 滾珠絲杠副在高速度的 基礎(chǔ)上具有高的精度穩(wěn)定性 達(dá)到高剛度 高負(fù)載等性能 這就要求能夠承受較大 載荷 因此滾珠絲杠副生產(chǎn)過程中需要測試其極限承載能力 首先 通過對滾珠絲 杠副結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析 在此分析基礎(chǔ)上提出了極限承載試驗(yàn)臺加載裝置的總體 結(jié)構(gòu)方案 然后 對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核 最后 通過 AutoCAD 制圖軟 件繪制了其裝配圖及主要零部件圖 并通過 Pro E 三維設(shè)計(jì)軟件建立了該極限承載 試驗(yàn)臺加載裝置的三維模型 通過這次對絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置理論知識和實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 34 鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識 解決實(shí)際工程問題的能力 同時(shí)也提高了我查 閱文獻(xiàn)資料 設(shè)計(jì)手冊 設(shè)計(jì)規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平 而且通過對整體的 掌控 對局部的取舍 以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理 都使我的能力得到了鍛煉 經(jīng)驗(yàn)得 到了豐富 并且意志品質(zhì)力 抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升 參考文獻(xiàn) 1 薛龍龍 高過載工況下滾珠絲杠副的極限承載能力及伺服加載試驗(yàn)臺的研究 D 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2013 2 張阿舟等 振動測量與試驗(yàn) M 北京 航空工業(yè)出版社 2004 3 魯 東 實(shí)用軸承手冊 M 北京 北京出版社 1993 4 王文輝 謝峰 基于有限元分析的試驗(yàn)臺底座的優(yōu)化設(shè)計(jì) 機(jī)械 2011 2 41 45 5 姜紹峰 高速機(jī)床主軸軸承及其應(yīng)用 J 軸承 2002 6 32 34 6 賈民平 張洪亭 周劍英等 測試技術(shù) M 北京 高等教育出版社 2002 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 35 7 阮忠唐 聯(lián)軸器設(shè)計(jì)選用與設(shè)計(jì)指南 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 8 李慶余 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 9 卜炎 實(shí)用軸承技術(shù)手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 10 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編委會 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 上 M 北京 機(jī)械 工業(yè)出版社 2006 11 程光仁 施祖康 滾軸螺旋傳動設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1985 12 厲超 三米滾珠絲杠副綜合性能試驗(yàn)研究 D 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 2007 致 謝 大學(xué)生活即將結(jié)束 在這短短的四年里 讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友 工 作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老 師的精心指導(dǎo) 在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠 摯的感謝 首先 向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意 在自己緊張的工作中 仍然盡 量抽出時(shí)間對我們進(jìn)行指導(dǎo) 時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r 督促我們抓緊學(xué)習(xí) 老師 給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過程 從借閱參考資料到現(xiàn)場的實(shí)際操作 他都給予了 絲杠螺母副極限承載試驗(yàn)臺加載裝置設(shè)計(jì) 36 指導(dǎo) 不僅使我學(xué)會書本中的知識 更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法 也懂得了如何把握設(shè) 計(jì)重點(diǎn) 如何合理安排時(shí)間和論文的編寫 同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中 她和我們在一 起共同解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題 其次 要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們 以及同學(xué)們以誠摯的謝意 在整 個(gè)設(shè)計(jì)過程中 他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷 更重要的是為我們提供不少技 術(shù)方面的資料 在此感謝他們 沒有這些資料就不是一個(gè)完整的論文 另外 也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝 總之 本次的設(shè)計(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果 在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里 我們合 作的非常愉快 教會了大我許多道理 是我人生的一筆財(cái)富 我再次向給予我?guī)椭?的老師和同學(xué)表示感謝