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818_电脑渐开线齿轮齿形误差检测仪设计.pdf

上传人:weiwoduzun 文档编号:5635263 上传时间:2019-03-10 格式:PDF 页数:33 大小:756.23KB
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资源描述

1、I 摘 要 本次毕业设计首先是对检测仪市场使用情况的数据进行采集工作, 以确定设 计的方案。 其次, 分析所具备的条件因素, 考虑厂方的成组技术要求, 进行方案的制定。 最后,开始零件设计和重要零件三维绘图设计。 本仪器用于测量直齿或斜齿的圆柱齿轮的渐开线齿轮误差。 这种仪器不需要 不同尺寸的基圆盘。 通过在仪器上的数控装置可以将被测工件的基圆半径调准到 0.002MM.仪器表有电感比较仪,其传感器将被测工件齿形的渐开线误差传到指示 电表上。 本课题主要是着重与仪器机械结构方面的设计, 并制作相关的三维软件, 以满足设计改进,质量控制,售后服务,商务洽谈方面的要求。 目前在国内产品中销量很多。

2、国产齿轮测量中心的质量和性能不断提高,已 经具有和国外产品竞争的能力。不过在仪器精度、稳定性,尤其在测量软件、仪 器故障诊断功能等方面,和国外还有一定差距。 关键词:渐开线;仪器精度;数控装置;传感器II Abstract This graduation design is first acquisition work on the use of market detector data, to determine the design scheme. Secondly, with analysis of factors, considering the requirements of gro

3、up technology, make plan. Finally, start part design and important parts of 3D graphics design. This instrument is used for measuring the error of cylindrical gear involute spur or helical gear. This instrument does not need discs of diferent sizes. Through the numerical control device on the instru

4、ment can be measured workpiece radius of base circle aligned with the 0.002MM. instrument with inductance comparator, involute error of the sensor was measured the tooth profile of the workpiece to the indicating meter. This topic is mainly focuses on the design and equipment of mechanical structure

5、, and fabrication of threedimensional software related, in order to satisfy the design improvement, quality control, after sale service, business requirements. At present in the domestic sales of many products. The quality and performance of domestic gear measuring center continuously improve, abili

6、ty has competition and foreign products. But in the instrument accuracy, stability, especially in the aspect of software, measuring instrument fault diagnosis function, there is stil a certain gap with foreign. Key words: involute ;precision ;CNC device ; sensorII 目录 摘 要I Abstract.I 目录.II 1绪论1 1.1 本

7、课题的研究内容和意义.1 1.2国内外的发展概况1 1.3本课题应达到的要求2 2 设计的要求及基本技术规格.4 2.1 设计参数及要求 4 2.2 设计任务及工作量.4 2.3 设计内容.4 2.3.2 设计说明书,翻译英文资料4 3 总体方案的设计原理.5 3.1 总体方案的确定.5 3.1.2 齿轮实际齿轮误差的测量5 3.2 原有仪器示意图.6 3.3 总体方案的确定.6 4 机械部分的设计与说明.8 4.1 转动机构的设计.8 4.2 导向机构的设计.9 4.3 伺服驱动元件的设计10 5 机械传动部分的设计.12 5.1 纵向导轨的选择12 5.1.1 承受载荷的估算:.12 5.

8、2 横向导轨的选择13 5.3滚珠丝杠副的计算.13 5.3.2 额定动载荷Ca的计算13 5.4稳定性验算14 5.5 轴承的选择17 5.5.1 寿命计算17 5.5.2 计算附加轴向力.18 5.5.3 计算单个轴承的轴向载荷.18 5.5.4计算当量动载荷.18 5.5.5 寿命 h L 10 .18IV 5.5.6 额定静载荷验算.19 5.5.7 极限转速验算.19 5.6 联轴器的选择19 5.7 键的选择与联接强度的计算.22 5.8 步进电机的选择23 6 维护与保养.25 7 结论和展望.26 致谢.27 参考文献.291绪论 此次设计是我到单位设计的,在设计之前,我曾到公

9、司参观了一台手动检测仪(如图 1所示)对渐开线齿轮工作原理有了一些了解,并提出了这种数控改造方案。为了增加论 文的可持续性和易懂性,在论文中配一些相关图解。 图 1.1 普通渐开线齿轮误差检测仪 1.1 本课题的研究内容和意义 本次毕业设计为了完全实现数控化,针对原有老式手动仪器的数控化改造,因此系统采新 的机电一体化技术和元件器,现代的机械系统必然是由电脑控制的伺服系统,其中包含机 电一体化机械系统,机电一体化集成电路的应用,微电子和接口技术,传感技术等。为了适 应工业发展的需要,精密测量技术也需要得到长远发展。因此,再此次对渐开线齿轮检测 仪进行数控化改造,使其在应用中获得更佳性能参数。

10、1.2 国内外的发展概况 从上世纪 80 年代开始,齿轮测量中心的开发受到众多齿轮测量仪器制造商的重视; 90 年代逐步形成了系列化产品推向市场。CNC 齿轮测量中心是信息技术、计算机技术和 数控技术在齿轮测量仪器上集成应用的结晶,主要用于齿轮单项几何精度的检测,也可用 于(静态)齿轮整体误差的测量。 德国 KLINGELNBERG的 P系列齿轮测量中心, 其特点是采用了专利的三维数字式高 精度光栅测量头(使用了HEINDENHAIN的超高精度光栅);性能稳定的优质铸铁床身, 高性能直线电机驱动系统; 高精度滚珠轴系和密珠滚动导轨。 仪器精度达到德国标准1级。 据报道该厂生产并经精化的一台P6

11、5齿轮测量中心,被英国国家齿轮计量实验室选定,作 为英国齿轮精度传递及标定的基准仪器。美国M&M的齿轮测量中心,其三维高精度电感 测量头; 花岗石基座; 精密气浮轴系以及精密直线滚动体结构导轨, 成为该仪器的特色 (近 年也采用了直线电机驱动),仪器测量不确定度为 2m。德国 MAHR 的 GMX275 采用的 模拟量测量头,可选择扫描或单点采样方式,可以按 0.1间距转动,使测头的测尖能处于 被测齿面的法面上,仪器测量不确定度在测量空间内为(2.3m+L/200)。国外齿轮测量中心厂商,大多还开发了测量软件和加工机床的参数修正软件,选用相关软件,还能用于 反求工程对工件参数进行测定。高精度和

12、一机多能的特点,使齿轮测量中心更适合于工厂 计量站使用。日本的齿轮测量仪器制造商,在我国市场经过近十年的沉寂后近年来亮相频 繁。大阪精机在GCHP系列齿轮测量仪器的基础上,开发出CNC电子创成式的CLP系列 齿轮测量仪器。特别值得一提的是最近在国内参展亮相的东京技术仪器公司(Tokyo Technical Instruments Inc.)。在2003年底上海中国国际齿轮传动、制造技术及装备展览会 上该厂首次展出TI300E型CNC齿轮检测仪,据称其质量较小的测头部件能单独在径向 运动,便于快速测量齿轮齿距偏差。密珠轴系的主轴回转精度可达0.03m,仪器测量重复 性达到0.5m。 国内近年来,

13、CNC齿轮测量中心有了长足的发展,哈尔滨量具刃具厂、哈尔滨精达公司都 先后成功开发出了系列产品。哈量的3903A齿轮测量中心,经过几年努力,仪器精度和测 量速度已达到或接近 KLINGELNBERG公司产品的先进水平。精达公司作为后起之秀,发 展引人瞩目,其JD、JDS系列齿轮测量中心。 目前在国内产品中销量很多。国产齿轮测量中心的质量和性能不断提高,已经具有和国外 产品竞争的能力。不过在仪器精度、稳定性,尤其在测量软件、仪器故障诊断功能等方面, 和国外还有一定差距。令人欣慰的是国内齿轮量仪制造商已有共识,已联合高校院所协同 攻关努力缩小差距;随着性价比的迅速提高,参与市场竞争能力的增强,国产

14、齿轮测量中 心的发展前景看好。 当前齿轮制造业的一个发展趋势,是将齿轮测量技术和齿轮设计、加工制造进行集成,实 现齿轮制造信息的融合及CAD/CAM/CAT的集成, 从而构建一个先进的齿轮闭环制造系统 (由于通常由数字化信息来实现,可称为数字化闭环制造系统)。随着齿轮制造业的快速 发展,因此齿轮测量技术和齿轮测量仪器的发展方向更加明确。 1.3 本课题应达到的要求 本仪器用于测量直齿或斜齿的圆柱齿轮的渐开线齿轮误差。这种仪器不需要不同尺寸 的基圆盘。通过在仪器上的数控装置可以将被测工件的基圆半径调准到0.002MM。仪器表 有电感比较仪,其传感器将被测工件齿形的渐开线误差传到指示电表上,用电表

15、可以直接 读数。本仪器也可以测量直尺圆柱齿轮的齿向误差(大致的设备的样子如图,但我设计的 仪器与此有些出入)。图 1.2 电脑渐开线齿轮齿形误差检测仪 由于时间仓促和作者缺乏实践经验,在设计中出现的错误和不足之处恳请各位老师给予批 评指正。2 设计的要求及基本技术规格 2.1 设计参数及要求 测量范围:m=25; 分辨率: 0.002; 测量齿轮精度等级:710级; 使用范围:基圆直径d250m的直齿,斜齿和圆柱齿轮。 2.2 设计任务及工作量 1.完成开题报告。 2.对指定零件进行有限元分析 3.查阅文献15篇以上,并有不少于8000字符的外文资料译文 4.中文摘要在400字以内,有34个关

16、键词,外文摘要在2000字符以上 5.至少完成A0图纸 4张和一份1万字以上的设计计算说明书 2.3 设计内容 2.3.1 仪器运动方案的确定 (1) 仪器伺服系统的选择,设计计算; (2) 机械结构总装图,部分零件图设计。 2.3.2 设计说明书,翻译英文资料3 总体方案的设计原理 3.1 总体方案的确定 3.1.1 渐开线的形成 本次毕业设计渐开线齿轮误差检测仪的原理,是基于在圆上产生渐开线的方法.即一条直线 沿着一个直径为 d 的圆,做无滑动滚动时,该直线上任意一点的轨迹为该圆的渐开线,如图 3.1。 图 3.1 圆渐开线 3.1.2 齿轮实际齿轮误差的测量 我们现在在假设用被检测齿轮的

17、基圆盘代替这个圆,用滑齿板代替这条直线,把检测仪 的测头放在上图1的 A点时,那么这个测头就会沿着尺面进行滑行. 如果被检齿形符合理论的渐开线,则与测头相连的指示表指针就不动,反之,则指示表就示 出偏差数值.使用这种仪器,每一个不同基圆直径的齿轮,需要有一相应尺寸的基圆盘,这是 一个很大的缺点。 为了避免产生上述的缺点,本仪器采用无滑动的滚动机构和可以调各种基圆半径的杠杆机 构.在仪器的内部装有一个固定的基圆盘a及连接在它上面的两条钢带b,钢带的另外两端分 别固结在滑板c上.使滑板的运动传给杠杆直尺d.杠杆直尺d控制着测量滑架.对滑板做平移 运动.即对基圆盘作切向运动.测量时,将被测滑架上的测

18、头调到被测齿轮的基圆上.则当滑 架移动时,测头即在被册齿面上滑行。 图 3.2 仪器原理图其比例适合于: 0 R S R S = (3.1) 式中 S固定基圆盘滚程 S受检齿轮基圆的滚程 R固定基圆半径 0 R受检齿轮基圆半径 上式表明,仅有一个基圆盘,就可以检查任意基圆盘大小的渐开线齿廓.由于滑板c的移动, 通过杠杆,就可以带动测量滑架沿着与滑板平行的方向,产生一个适应于上述比例关系的 移动量。这时测头的测来量,即按照理论渐开线在受检齿轮的齿面上滑行。 3.2 原有仪器示意图 图 3.3 仪器示意图 该测量仪器基座的两侧有两个电源插座, 左侧的云斗插座插座可获得仪器总电源,右侧的插 座可供测

19、威仪 220V 电源。全套测威仪由传感器,测威仪电箱,功率放大电箱及自动记录 器四个部分组成。 3.3 总体方案的确定 经过考虑,我确定了本次毕业设计的总体设计方案:我分别在老式手动检测仪的 Y 向和 Z 向作了改动,改造后,被测齿轮通过安装心杆来固定在两顶尖之间,用两个步进电机分别代 替以前的纯手动部件,控制带测头的工作台和被测齿轮的相互匹配运动,他们分别是用 Y 向步进电机控制测头的工作台运动,用Z向步进电机来控制被测齿轮的旋转运动,用软件 (也就是用单片机语言编程)来完成这些运动。在X向我用的是粗调和微调机构来调整被测齿轮的位置,粗条只能是调整被测齿轮的大致 位置,而微调则是调整被测齿轮

20、的精确位置,此次用来进一步确保该检测仪的精度。 因为滚珠丝杠转动平稳、结构紧凑、精度高,为了确保测量精度,所以我本次毕业 设计选用滚珠丝杠的转动通过滚动导轨带动测头。4 机械部分的设计与说明 4.1 转动机构的设计 本次设计的系统要求精度很高,运动平稳,工作可靠,这个不仅仅是机械运动和机构所能解决 的问题,而是要通过控制装置,使机械转动部分与伺服电动机的动态性相匹配,所以本次设计 要求转动机构满足以下几个部分。 4.1.1 转动惯量小 也就是在不影响机械系统刚度的前提下,转动机构的质量和转动惯量应尽量减小。否则, 转动惯量大会造成不良影响,机械负载增大;系统响应速度降低,灵敏度下降。所以在设

21、计转动机构时应尽量减小转动惯量。 4.1.2 刚度大 刚度是使弹性体单位量所需的作用力。大刚度对机械系统而言是有利的: (1) 伺服系统动力损失随之减小。 (2) 机构固有频率高,超出机构的频带宽度,使之不容易产生共振。 (3) 增加闭环系统的稳定性。所以再设计时应该选用大刚度的机构。 4.1.3 阻尼合适 机械系统产生震动时,系统的阻尼越大,其最大振幅就越小而且衰减也越快,但大阻尼也 会使系统稳态误差增大,精度降低。所以设计时,转动机构的阻尼要选择适当。此外要球 摩擦小(特别是提高机构的灵敏度),抗振性好(提高机构的稳定性),间隙小(保证机构 转动精度),特别是其动态特性应与伺服电动机等其他

22、环节的动态特性相匹配。 基于以上对转动机构的要求,所以本次毕业设计选用滚珠式杠转动机构,它有许多优 点,比如: (1) 转动效率高,它的效率高达90%95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。 (2) 运动具有可逆性,即可以将回转运动变为直线运动,又可以将直线运动变为回转 运动,而且逆传动效率几乎与正传动效率相同。 (3) 系统刚度好,通过给螺旋母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可以满足各 种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。 (4)传动精度高,经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具很高的制造精度, 又由于摩擦小,丝刚副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动精度

23、。 (5) 使用寿命长,滚珠是在淬硬道上做滚动运动,磨损极小,长期使用后仍能保持其精 度,因而寿命长,且具有很高的可靠性.其寿命一般比滑动丝杠要高56倍。 但是,滚动丝杠也有缺点,如: (1) 不能自锁,特别是垂直安装的丝杠,当运动停止后,螺母将在重力重用下下滑,故长 需设置制动装置。 (2) 造工艺复杂,滚珠丝杠和螺母等件加工精度,表面粗糙度要求很高,制造成本高。 虽然滚珠丝杠有两个缺点,但是基于它有这么多优点,能保证本次设计测头的测量精度,从而保证渐开线齿轮误差检测仪的精度,很能符合本次设计的要求。 由于滚动丝杠副独特的性能而受到极大的评价,因而已出成为数控机床,精密机械,各种 省力机械设

24、备急各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。 滚珠丝杠轴向间隙的调整和施加预紧力的方法:滚珠丝杠除了对本身单一方向的传动精度 有要求外,对其轴向间隙也有要求,以保证其反向传动的精度.滚珠丝杠的轴向间隙是承载时 在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原由间隙的总和.通常采 用双螺母预紧的方法 把弹性变形控制在最小限度内,以减小和消除轴向间隙,并可以提高 滚珠丝杠副的刚度。 目前制造的单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达 0.05m,而双螺母式的经过预紧力调整 后基本上能消除轴向间隙.应用该方法消除轴向间隙时应注意以下两点: (1) 预紧力大小必须合适,过小不能保证无隙传动,过大将使驱

25、动力矩增大,效率降低, 寿命缩短,预紧力应不超过最大轴向负载的1/3。 (2)要特别注意减小丝杠安装部分驱动部分的间隙,这些间隙用预紧的方法是消除的, 而它对传动精度有直接影响。 常用的双螺母消除轴向间隙的结构有三种: (1) 垫片调隙法; (2) 螺母调隙法; (3) 齿差调隙法。 滚珠丝杠副的支承方式的选择: (1) 一端固定,一端自由(FO); (2) 一端固定,一端游动(FS); (3) 两端固定(FF)。 本次毕业设计采用的是两端固定的方式.因为两端固定方式的支承为减少丝杠因自重的下 垂和补偿热膨胀,应进行的拉伸。只要实际问升不超过预见的温升,这种预见的温升就不 会产生周详的间隙。

26、4.2 导向机构的设计 本次设计要求机械系统的各个运动机构必须得到安全支承,并能精确的完成其特定方 向的运动,这个任务由导向机构来完成。机电一体化产品的导向机构是导轨,可以分为滑 动导轨和滚动导轨。 其中滑动导轨有两个导轨工作面的摩擦性质为滑动摩擦。滑动导轨结构简单,制造方 便,刚性好,抗振性高,是机械产品中最广泛使用的导轨形式。为了减小磨损,提高定位 精度,改善摩擦特性,通常选用合适的导轨材料,采用适当的热处理和加工方法,如采用 优质铸铁,合金耐磨铸铁或镶淬火钢导轨,采用导轨表面滚扎强化,表面淬硬、涂铬、涂 钼等方法提高导轨的耐磨性。另外采用新型工程塑料可满足导轨低摩擦、耐磨、无爬行的 要求

27、。滚动导轨的承载能力很大,它的轨道采用圆弧形式,增加了滚动体与圆弧轨道接触面 积,从而大大的提高了轨道的承载能力,可以达到平面轨道的3倍。滚动导轨的刚性很强,在该导轨制作时常常需要预加载荷,这种导轨系统刚度得以提高,所以滚动直线导轨在 工作时能承载较大的冲击和振动。滚动导轨的寿命长,由于是纯滚动,摩擦系数为滑动导 敦的1/50左右,磨损小,因而寿命长,功耗小,便于机械小型化。滚动导轨传动平稳可靠, 由于摩擦小,动作轻便,因而定位精度高,微量移动灵活准确。还有,滚动导轨具有结构 自调整能力,装配调整容易,因此降低了对配件加工精度要求。 基于以上滚动导轨的优点,所以本次设计选用滚动导轨作为导向机构

28、,来作为导向和支承 用。 4.3 伺服驱动元件的设计 伺服系统也叫做随动系统,是一种能够跟踪输入的指令信号进行运作,从而获得精确 的位置、速度或力输出的自动控制系统。 大多数伺服控制系统具有检测反馈控制理论,伺服系统不断的检测在各种扰动作用下 被控对象输出量变化,与指令值进行比较,并用两者的偏差,使被控对象输出量始终跟踪 输入的指令值。 伺服系统中所用到的执行元件很多,主要有:电气式、液压式、气压式,其中电气式 主要有步进电动机、支流伺服电动机、交流伺服电动机。本次毕业设计选用的是步进电动 机。 伺服系统要求执行元件惯性小、动力大,着为了使伺服系统具有良好的快速响应性和 足够的负载能力,希望执

29、行元件具有较小的惯量,并输出较大的功率;要求执行元件体积 小、质量轻,这是为了执行元件易于安装及与机械系统连接,使伺服系统结构紧凑,常常 希望执行元件具有较小的体积和较轻的质量;要求便于进行微机控制,因为机电一体化产 品多采用微机控制,因而要求伺服系统及执行元件也能采用微机来统一控制;另外,伺服 系统还要求执行元件成本低、可靠性好、便于安装和维修。 步进电机又被叫做马达,是伺负电动机的一种。步进电动机可以按照输入的麦冬指令一步 步地旋转,即可以将输入的数字指令信号转换成相应的角位移,。因此,它实质上也是一 种数模转换装置。由于步进电动机成本较低,易于采用计算机控制,因而被广泛用于开环 控制的伺

30、服系统中。 4.4 其他元件设计 本次设计的粗调与微调机构选的是丝杠螺母机构,采用手动调整丝杠螺母机构来做 X 向的运动,以此来调整被测齿轮和测头的位置,进一步地保证测头的测量精度,保证整个 测量仪的精度。 本次设计中测头在测齿行误差时会有跳动量,我们通过传感器、放大器、显示器把这 个跳动量显示出来。 其中测量记录的设计原理如图4.1。振荡器 放大器 相敏整流器 功率放大器 记录器 测量电桥 传感器 指示器 图 4.1 测量记录的设计原理 其中传感器内两个电感线圈按差动方式接在测量电桥上,传感器测端的位移就直接带动两 个电感线圈内衔接的铁位移。当衔铁处于两线圈中间位置时,两线圈电感相等,测量电

31、桥 平衡,没有输出信号。当先铁向前(或向后)移动时就使上线圈电感量增加(或减少)下 线圈电感量减少(或增加0其交流阻抗也相应变化,这样电桥就不平衡,而输出一幅度与 衔铁成比例的交流电信号,这信号经过放大后送到相应整流器,就可以把位移信号由在频 中解出来,得到一个与衔铁位移量成正比的电压信号,并由指示表指示出来,这样即可以 由指示表的相应档位读出传感器测端的微小位移。测量电桥由一稳定的高频振荡器供电, 以保证仪器的适值稳定。由相敏整流器输出的电压,经过直流功率放大器放送入记录器, 记录器的描鸡头就可以在记录纸上连续的画出与传感器测头位移相对应的记录曲线。功率 放大器,记录器及电感测量仪之电路图在

32、这本人就不详细叙述了。 图 4.2 传感器简图 图4.2就是传感器简图,具体构造为:测量仪 1靠螺纹固定在测杆2上 ,测杆 2支持在一 精密滚珠导轨上,它可做轴向移动,测杆 2 的右端固定着衔铁 4,当测杆移动时带动衔铁 四在电感线圈5中移动。线圈5 放在圆桶形泵 3中,布置成差动电感的形式。电信号由导 线6输出,测量力由弹簧 7产生,防转装置8 用来限制测杆2的传动。本仪器所带传感器 不准许作脱离本仪器的另外使用,因为它在仪器上的正确安装位置已经由导套位置。5 机械传动部分的设计 本次毕业设计中确定:每天开机6小时,一年按265个工作日计,寿命要为 5年,单 行程长度为0.2米(横向和纵向)

33、,每分钟反复次数n=4。 5.1 纵向导轨的选择 5.1.1 承受载荷的估算: 3 1 016 . 0 100 400 400 m V = = 3 2 0013 . 0 100 100 260 5 . 0 m V = = 3 2 1 3 0147 . 0 013 . 0 016 . 0 m V V V = - = - = ) ( 04 . 1457 10 ) 00398 . 0 0147 . 0 ( 10 8 . 7 ) ( 3 2 3 N g VVG = + = + = r (5.1) 上式中即为作用在滑座上的载荷 F,滑座数 M 取 1,每根导轨使用一个滑座,所以由 机电一体化设计基础中表

34、215218 确定: 1 = c f 1 = H f 1 = T f 5 . 1 = W f 又导轨的额定工作寿命: h h h 7680 5 256 6 = = Ln T T s h 2 / 10 3 = (5.2) 又因为导轨的额定行程长度寿命: 3 10 / 2 Ln T T h S = (5.3) Km T S 28 . 747 10 / 60 4 2 . 0 7680 2 3 = = 导轨的额定动载荷Ca C T H W S f f f f K T F Ca / ) / ( 3 / 1 = (5.4) 式中:) ( 总 N M F F 01 . 1457 1 / 04 . 1457

35、/ = 所以, ) ( 84 . 2835 1 1 1 / ) 2 50 / 28 . 737 ( 04 . 1457 3 / 1 N Ca = = 查表机电一体化设计基础213,所以可以用导轨的型号为HJGD25。 因为此导轨允许的最大动载荷 N Ca 1750 = ,且能满足 5 年的使用要求,所以可选择 该型号的滚动导轨。 综合确定本次设计导轨长度为: mm G h F L 500 20 2 460 2 ) ( = + = + = 滑座重量为0.60kg,导轨重量为3.1kg。 5.2 横向导轨的选择 其算法同纵向, h T h 7680 = , Km T S 28 . 737 = ,

36、3 038 . 0m V = , N G 2964 = , 滑座重量 G=6N,导轨重量 G=15.5N,总的径向载荷 F=4442.54N, N C a 54 . 8646 = 。表 2 13,其型号为HJGD25,导轨长度L=F(n)2G=680m。 5.3 滚珠丝杠副的计算 5.3.1 载荷 c f 的计算 m C F KA KH KF F = (5.5) 由机电一体化设计基础表26,取 KF1 表27,取 KH=1, 表24,取 KA1, Fm平均滚珠载荷取4442.54N N F C 54 . 4442 1 1 1 = 5.3.2 额定动载荷Ca的计算 N Ca 76 . 7387

37、= 5.3.3 滚珠丝杠规格的选定图 5.1 滚珠丝杠 根据Ca值从滚珠丝杠副系中选出所需要的规格,使所选规格的丝杠额定动载荷值等于或 大于 Ca 值,并列出其主要参数值。选定 N Ca 9610 = 所以滚珠丝杠长度可近似为 m L 260 20 40 20 = + + = 。规格尺寸机电一体化设计基础P23,表29, 公称直径D=25mm P5mm 38 3 = l m d 175 . 3 = 按表21中尺寸公式计算: 轨道半径: m d R 651 . 1 175 . 3 25 . 0 25 . 0 = = = 偏心距: e0.07(Rd/2) (5.6) =0.07(1.6513.17

38、5/2) =4.4510 3 - mm 丝杠内径: mm R e D d 71 . 21 651 . 1 2 10 45 . 4 2 25 2 2 3 1 = - - = - + = - (5.7) 5.4 稳定性验算 (1) 滚珠丝杠的支承方式采取两端固定, 可得: m 长度系数为0.5 c f 临近转速系数为4.730S4查滚珠丝杠副自锁装置p108 Ns滚珠丝杠的稳定系数,一般为ns=2.54 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr按下式计算: 2 2 ) /( l EIa Fcr m p = (5.8) 式中:E丝杠材料的弹性模量,对于钢E=206G pa; L丝杠工作长度为0.

39、2Ia丝杠危险截面的轴惯性矩 4 8 4 1 10 09 . 1 64 / 10 m d Ia - = =p (5.9) 则: N Fcr 6 8 9 2 10 21 . 2 2 ) 2 . 0 5 . 0 /( 10 09 . 1 10 206 = = - p 安全系数: 4 34 . 498 54 . 4442 / 10 21 . 2 / 6 = = = = S F Fcr S m (5.10) 所以,丝杠是安全的,不会失稳。 (2) 高速长丝杠工作时间可能发生共振,因此须检验其不会发生共振的最高转速 临界速度 cr n ,要求丝杠的最大转速 max n cr n 。 取: 730 . 4

40、 = c f 5 . 0 = m 则: n r l d f n c cr = = = min / 10 81 . 4 ) 2 . 0 5 . 0 /( 02171 . 0 730 . 4 9910 ) /( 9910 5 2 2 2 1 m 不会发生共振。 (3) 此外滚珠丝杠副还受 on D 值的限制,通常要求 min / 10 7 4 r m D on = r a F F )得, N YF P A r 508 . 973 50 7 . 1 27 . 2221 4 . 0 4 . 0 1 = + = + = 由轴承手册表24.47( 35 . 0 5 . 0 / 2 2 = r a F F

41、)得, N P P r r 508 . 973 1 2 = = 5.5.5 寿命 h L 10 由式(24.22)得,h 40515053 ) 508 . 973 / 28200 ( 10 60 / 10 ) / ( 60 / 10 3 / 10 6 6 10 = e p c n L h (5.17) 5.5.6 额定静载荷验算 当量静载荷: 1 r 0 1 1 635 . 1160 50 1 27 . 2221 5 . 0 5 . 0 FF Y F P A r Or = n f f n 丝杠右端的轴承选择(略),型号为61803;采用双螺母预紧的特点是结构简单,放松效果 好,放松能力随螺纹联

42、接副预紧力的增加而提高。取名称为“全金属六角法兰面锁紧螺母” 标准编号:GB/T6183.16183.22000,规格范围: 5 . 1 20 = M D ,轴右侧的螺母为 5 . 1 16 M 。 5.6 联轴器的选择 1.联轴器的分类及特点 表 51联轴器的分类及特点 类别 名称及图形 标准 特点表 51 续 刚性联轴器 GT型凸缘联轴器 GB584386 只传递扭矩。结构简单,对中性好, 价格低廉,能传递较大转矩,但不能 缓冲吸振和补偿安装误差,常用于转 速不高、载荷平稳场合。 JQ型夹壳联轴器 HG521365 对中性好,使用时装拆方便,径向尺 寸小。可起到悬吊搅拌器的作用,一 般用于

43、无支点机架或罐内搅拌轴之 间的联接。 SF 型三分式联轴器 SB90353 对中性好,使用时装拆方便。 轴向方向留有更换密封环的间隙,更 换时只需将搅拌轴下降 68mm, 适用 于需要经常更换密封环的场合。 DF 型带短节联轴器 HG21569.195 用于 YDJ、 YSJ 系列机架, 对中性好。 在不拆除减速机及机架的情况下,只 需将联轴器短节拆下,即可拆除下半 截联轴器、机架轴承座及密封装置。 按长度不同分为 A、B 型两种。 DT型刚性凸缘联轴器 HG2157095 结构与 GT型联轴器近似,带有轴端 挡盘,能够承受轴向负荷。搅拌器轴 端需加工吊装孔。 HE 型焊接法兰式联轴器 HG2

44、157095 结构简单,联轴器连接盘与传动轴焊 接在一起。 用于罐内搅拌轴之间的联接,或类似 用途的场合。续表 51 弹性联轴器 HL型弹性柱销联轴器 GB501485 结构简单,装拆更换方便,成本 较低,使用寿命长,不用润滑更 换柱销方便等特点。允许两轴间 有较大的径向和角度偏差,具有 良好的减振缓冲作用。适用于轴 向窜动较大,正反转变化较多和 启动频繁的场合,由于尼龙柱销 对温度较敏感,古使用温度限制 在20+70的范围内 计算转矩:查机械零件设计手册p868 KT T C = 式中:T公称转矩; K工作情况系数 K=1.5,当被带动转动惯量小或载荷平稳时K取 较小值。 N T C 5 .

45、 12 25 . 1 10 = = 联轴器上轴的转动惯量的计算: 4 4 3 4 m 0075 . 0 32 / 252 . 0 016 . 0 10 8 . 7 14 . 3 32 / = l d J C pr (5.18) 选择型号为YLD1. 图 5.4 YLD 型凸缘联轴器型号 公称 扭矩 Tn( Nm ) 许用转速 nr/min 轴孔直径 d(H7) 轴孔长 度 L D D1 螺栓 L0 转动惯 量(kg.m 2 ) Y 型 J1型 数量 n 直径 M 铁 钢 铁 钢 Y 型 J1型 YL1 YL D1 10 8100 13000 1011 1011 25 22 71 53 3(3)

46、 M6 54 48 0.0018 1214 1214 32 27 68 58 161819 161819 42 30 88 64 20 2022 52 38 108 80 5.7 键的选择与联接强度的计算 见机械零件设计手册p457 dKL T iy / 2 = s (5.19) 式中,T转矩 d轴的直径 L键的工作长度 K键与轮毂 b 键宽 P 键联接的许用比压 iy s 键联接的许用挤压应力 t 许用剪应力 a 50 a 5 . 12 05 . 0 2 / 005 . 0 016 . 0 / 5 . 12 2 MP MP = 经计算:步进电机的最大静转矩满足设计要求,据此选择电机型号36B

47、F003,所以确定电机 设计满足要求。电机形状及其数据如下所示。 图 5.4 电机形状 表 53 电机数据 型号 相数 步距角 电压 电流 保持转矩 空载启动频 率 运行频率 接线图 备注 Model No.of Phase Step Angle (Deg.) Voltag e (V) Current( A) Holding Torque Nm(kg.cm) Noload pulIn Frequency(H z) Pullout Frequency(H z) Wdg Notes 28BF001 3 3/6 27 0.8 0.017(0.18) 1800 1 36BF003 2 3 3/6 27

48、 0.6 0.049(0.5) 1900 1 36BF003 3 1.5/3 27 1.5 0.078(0.8) 3100 16 维护与保养 仪器在不使用是应该盖上塑料保护盖,以防止灰尘落入。 (1) 主轴与顶尖主轴应定期注入高质量的润滑油(无水、中性)。注油时,应将塑料盖 上的螺钉拧下。 (2) 导轨表面如有灰尘,应用软布溅上汽油将其擦干静。然后浇上高级润滑油 (3) 涂有红色的螺钉是精密调整用的,不要随便拧动,否则会影响仪器的精度。 (4) 滚珠轴承要保持清洁和良好的润滑 (5) 仪器的精加工表面不准放仪器附件及其它工具,以免损伤仪器。7 结论和展望 通过本次的毕业设计,所接受的题目是对原有老式手动的渐开线检测仪进行数控改 造。机械设计部分主要是对渐开线齿轮误差测量仪的结构的选择、总体方案的确定以及各 个传动机构、导向机构的选择。通过在东风传动公司动转厂进行的现场观察和查阅大量的 资料,我最终确定了在z向和 y向添加步进电机确定了此种设计方案,并通过严密的计算, 绘制出毕业设计的总装配图和相关的零件图。 本次设计是针对渐开线齿轮测量仪的数控化改造。经过此设计,又一次系统的复习了 所学的专业知识,在此基础上充分发挥自己的创新精神,并能独立完成老师分配的任务。 在理论和实践两方面得到了锻炼,增加了我在攀登知识阶梯的信心。 数控电路部分的设计主要是通过编制单片

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