畢業(yè)論文終稿-滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計[購買贈送配套CAD圖紙 論文答辯優(yōu)秀]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者 :學(xué) 號：系 ：專 業(yè) :題 目 : 滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))年 月需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要為適應(yīng)機床高精度的加工的要求，滾珠絲杠需達到足夠的剛度，因此滾珠絲杠生產(chǎn)過程中需要測試其動態(tài)剛度。本次設(shè)計就是針對滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺進行設(shè)計，該試驗臺主要由加載液壓缸、軸向和徑向加載裝置、預(yù)緊裝置、動態(tài)驅(qū)動裝置、底座和螺栓組等組成。本文首先，通過對滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計要求進行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺的各裝置結(jié)構(gòu)方案和總體結(jié)構(gòu)方案；然后，對各主要零部件進行了選擇、設(shè)計與校核，并且設(shè)計了滿足要的液壓加載系統(tǒng)；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)計軟件建立了該滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺的三維模型。通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用機械制圖軟件和三維設(shè)計軟件，對今后的工作具有極大意義。關(guān)鍵詞：滾珠絲杠，剛度，試驗臺，液壓缸畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title Design of dynamic stiffness test bed for ball screw AbstractIn order to meet the requirements of high accuracy of machine tools, the ball screw is needed to reach enough rigidity, so the dynamic stiffness of the ball screw is needed. This design is for ball screw dynamic stiffness test bench design, the test rig is mainly composed of hydraulic cylinder, axial and radial load device, pre tightening device, dynamic driving device, base and bolt group, etc.Firstly, through analyzing the principle and design requirements of ball screw pair, this paper puts forward the structure scheme and the overall scheme of the system, and then designs the hydraulic loading system. Finally, the 3D model of the dynamic stiffness test rig is built by AutoCAD.Through this design, the university has consolidated the knowledge of the University, master the design method of the common mechanical products and can skillfully use the mechanical drawing software and 3D design software, which is of great significance to the future work.Key words: Ball screw, Rigidity, Test rig, Hydraulic cylinderI目 錄1 緒 論 .................................................................................................................................11.1 研究背景及意義 ..........................................................................................................11.1.1 研究背景 ................................................................................................................11.1.2 研究的意義 ............................................................................................................21.2 滾珠絲杠螺母副概述 ..................................................................................................31.2.1 工作原理 ................................................................................................................31.2.2 滾珠絲杠副的傳動特點 ........................................................................................41.2.3 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式 ............................................................................................42 總體方案設(shè)計 ...................................................................................................................62.1 設(shè)計要求 ......................................................................................................................62.1.1 原始數(shù)據(jù) ................................................................................................................62.1.2 技術(shù)要求 ................................................................................................................62.2 方案選擇 ......................................................................................................................62.2.1 軸向加載方案 ........................................................................................................62.2.2 徑向加載方案 ........................................................................................................62.2.3 軸向預(yù)緊方案 ........................................................................................................72.2.4 動態(tài)驅(qū)動方案 ........................................................................................................72.3 總體方案確定 ..............................................................................................................83 主要零部件的設(shè)計的選擇 ...............................................................................................93.1 驅(qū)動電機的選擇 ..........................................................................................................93.2 聯(lián)軸器、鍵的選擇 ......................................................................................................93.3 軸承的選擇 ..................................................................................................................93.4 支座、底座設(shè)計 ..........................................................................................................93.4.1 結(jié)構(gòu)及幾何尺寸 ....................................................................................................93.4.2 材料的選擇 ..........................................................................................................103.4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性要求 ..........................................................................................113.5 螺栓的選定與校核 ....................................................................................................113.5.1 螺栓類型選擇 ......................................................................................................11II3.5.2 螺栓組的布置 ......................................................................................................123.5.3 螺栓的受力分析 ..................................................................................................133.5.4 螺栓組傾覆力矩校核 ..........................................................................................134 液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓缸的選擇 .....................................................................................164.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................................................................................164.1.1 制定基本方案 ......................................................................................................164.1.2 試驗臺系統(tǒng)原理圖 ..............................................................................................174.2 系統(tǒng)工作壓力的選擇 ................................................................................................184.3 加載液壓缸的選擇 ....................................................................................................184.3.1 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 .............................................................184.3.2 液壓缸主要尺寸的確定 ......................................................................................194.3.3 液壓缸強度校核 ..................................................................................................225 基于 PRO/E 的三維設(shè)計 ...............................................................................................245.1 PRO/E 三維設(shè)計軟件概述 .........................................................................................245.2 三維設(shè)計 ....................................................................................................................265.2.1 絲杠 ......................................................................................................................265.2.2 電機支座 ..............................................................................................................265.2.3 軸承座 1、2 .........................................................................................................265.2.4 軸向加載、徑向加載架 ......................................................................................275.2.5 預(yù)緊支座 ..............................................................................................................275.2.6 底座 ......................................................................................................................275.2.7 三維裝配 ..............................................................................................................28結(jié) 論 ...................................................................................................................................29參考文獻 .............................................................................................................................30致 謝 ...................................................................................................................................31IIIIVVVIVIIVIIIIX滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計11 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)用于機械、航天航空、衛(wèi)星、儀器儀表、核工業(yè)等各個領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)水平的提高，數(shù)控機床、機器人等機械設(shè)備的進給速度越來越快，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，一批又一批的高速數(shù)控機床應(yīng)運而生，其功能隨主機的要求不斷擴展提高，從 20 世紀 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，達到質(zhì)的飛躍。在驅(qū)動速度不斷提高并向更高速度推進的過程中，不僅要求有性能卓越的高速主軸，而且也對進給系統(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現(xiàn)數(shù)控機床高速化首選的傳動與定位部件。而且作為伺服進給驅(qū)動系統(tǒng)中的重要執(zhí)行機構(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)性強等特點的高速切削機床的發(fā)展同步，將始終占據(jù)直線運動應(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，達到高剛度、高負載、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、制造及試驗檢測技術(shù)上不斷的創(chuàng)新。滾珠絲杠副在高速驅(qū)動時主要存在的問題是：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?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)矩的變動滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計2量，使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)動的要求?？傊S著社會的不斷發(fā)展，用戶對滾珠絲杠副的要求越來越嚴，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 因為有了這兩條曲線，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，在測量過程中能實時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、高負載等性能的重要因素。對材料進行相關(guān)的試驗，并通過試驗成果來指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計，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目如滾珠絲杠副噪聲、溫升、加速度、動態(tài)剛度等試驗上還是一片空白，致使產(chǎn)品在性能上與國際先進水平存在較大的差距，這也是制約我國數(shù)控機床向更高檔次發(fā)展的主要原因之一。要實現(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結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計3因此需要通過測量了解產(chǎn)品的性能，為產(chǎn)品的改進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)的試驗臺。利用該試驗臺可以對滾珠絲杠副的剛度進行測試。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。滾珠絲杠副在機械傳動中的作用，同樣是可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，也可以將直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，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：當螺母 2(或絲杠 1)轉(zhuǎn)動時，在絲杠與螺母間布置的滾珠 3 依次沿螺紋滾道滾動，同時滾珠 3 促使絲杠 1(或螺母 2)作直線運動。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)成一個封閉的滾珠循環(huán)通道。借助于這個返回裝置，可以使?jié)L珠沿滾道面運動后，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。滾珠絲杠副除了上述四個部分外，還要有擦拭器，擦拭器將異物從滾珠絲杠內(nèi)滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計4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滾珠絲杠副作為精度高的傳動元件在精密機床、數(shù)控機床上得到廣泛的應(yīng)用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產(chǎn)品等各個領(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是：（1）傳動效率高，可達 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，有利于主機的小型化及減輕勞動強度；（2）摩擦力矩小，接觸剛度高，使溫升熱變形減小，有利于改善主機的動態(tài)性能和提高工作精度；（3）工作壽命長。平均可達滑動螺旋傳動的 10 倍左右；（4）傳動無間隙，無爬行，運轉(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 40000 以上，可實現(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)運動變?yōu)橹本€運動，也可以把直線運動變?yōu)檗D(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，且逆?zhèn)鲃有逝c正傳動效率相近；（7）已經(jīng)實現(xiàn)系列尺寸標準化，并出現(xiàn)了冷軋滾珠絲杠，提供了多用途廉價產(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、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。滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計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。滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計62 總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求2.1.1 原始數(shù)據(jù)（1）滾珠絲桿軸徑：30mm—50mm，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。2.1.2 技術(shù)要求（1）裝置能夠滿足滾珠絲桿動態(tài)剛度測試的實驗要求，實現(xiàn)不同規(guī)格絲安裝的需要，預(yù)留安裝位移傳感器，激振器等空間；（2）軸向加載 0—1000N， 無級可調(diào)；（3）徑向加載 0—1000N， 無級可調(diào)。2.2 方案選擇2.2.1 軸向加載方案根據(jù)設(shè)計要求：軸向加載范圍軸向加載 0—1000N，無級可調(diào)，因此采用液壓缸比較容易實現(xiàn)，因此軸向加載裝置結(jié)構(gòu)方案如下圖 2-1 所示：圖 2-1 軸向加載裝置2.2.2 徑向加載方案根據(jù)設(shè)計要求：徑向加載 0—1000N，無級可調(diào)，因此采用液壓缸比較容易實現(xiàn)，因此徑向加載裝置結(jié)構(gòu)方案如下圖 2-2 所示：滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計7圖 2-2 徑向加載裝置2.2.3 軸向預(yù)緊方案根據(jù)設(shè)計要求：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)緊即可實現(xiàn)，因此預(yù)緊裝置結(jié)構(gòu)方案如下圖 2-3 所示：圖 2-3 預(yù)緊裝置方案2.2.4 動態(tài)驅(qū)動方案由于設(shè)計要求測試滾珠絲杠的動態(tài)剛度，因此需要驅(qū)動裝置驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，在剛度測試中不需測試絲杠的扭轉(zhuǎn)強度，因此絲杠不需負載，只需克服徑向加載裝置加載時的摩擦轉(zhuǎn)矩，另外考慮到不同型號的滾珠絲杠試驗時對轉(zhuǎn)速要求不同，因此驅(qū)動裝置必須可實現(xiàn)無極調(diào)速，因此本處選用可無極調(diào)速的調(diào)速電機，本驅(qū)動裝滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計8置只需驅(qū)動動態(tài)驅(qū)動裝置方案如下圖 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滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺的總體方案如下圖 2-5 所示：圖 2-5 滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺總體方案滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計93 主要零部件的設(shè)計的選擇3.1 驅(qū)動電機的選擇在剛度測試中不需測試絲杠的扭轉(zhuǎn)強度，因此絲杠不需負載，只需克服徑向加載裝置加載時的摩擦轉(zhuǎn)矩，因此所需電機功率較小。另外考慮到不同型號的滾珠絲杠試驗時對轉(zhuǎn)速要求不同，因此驅(qū)動裝置必須可實現(xiàn)無極調(diào)速，因此本處選用可無極調(diào)速的調(diào)速電機。3.2 聯(lián)軸器、鍵的選擇由于設(shè)計要求試驗臺可測試的滾珠絲桿軸徑為 30mm—50mm，為了確保通用性，絲桿的最小軸（聯(lián)軸器端的軸徑）徑應(yīng)比可測試的最小滾珠絲桿軸徑為 30mm 還要小，本處取 20mm，由于測試時絲桿負載很小故本處選用 YL3 凸緣聯(lián)軸器。由于連接端軸徑選定為 20mm，故根據(jù) GB/T 1095-2000，選定普通雙圓頭 A 型平鍵 6×6×36。由于測試時絲桿負載聯(lián)軸器及鍵無須進行強度校核。3.3 軸承的選擇本處絲桿在測試中承受 0~1000N 的軸向載荷，因此應(yīng)選圓錐滾子軸承，根據(jù)3.2 中選定的滾珠絲桿最小軸徑為 20mm，故選用 30205 型圓錐滾子軸承。由于負載較小，其壽命計算也可忽略。3.4 支座、底座設(shè)計3.4.1 結(jié)構(gòu)及幾何尺寸各支座、底座具體尺寸根據(jù)其他結(jié)構(gòu)匹配得到，詳細尺寸見 CAD 圖紙：圖 3-1 軸承座 1、2滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計10圖 3-2 預(yù)緊支座圖 3-3 加載支座圖 3-4 底座3.4.2 材料的選擇毛坯材料的確定一般應(yīng)考慮零件在整個機器中的作用，零件的形狀、大小、生產(chǎn)綱領(lǐng)以及工作環(huán)境，零件材料應(yīng)具備主要機械性能指標。此外，還有材料的工藝性、經(jīng)濟性，也是該零件選擇材料時要考慮的因素。支座殼起著支承、聯(lián)接的作用，因而對強度、塑性、任性要求較高。故選擇鑄鐵材料。考慮到鑄鐵材料的工藝性和滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計11經(jīng)濟性，因而選用目前廣泛使用的球墨鑄鐵[5-7]。 球墨鑄鐵具有較高的強度，其抗拉強度也大大超過灰口鑄鐵，球墨鑄鐵具有良好的鑄造性、減摩性、切削性和低的缺口敏感性，其生產(chǎn)工藝簡便，成本低廉，可選用 QT420-10。3.4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性要求砂型造型鑄件設(shè)計，不僅要考慮工作功能和力學(xué)性能的要求，還必須考慮合金鑄造性能、鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，對鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)率和制造成本都有很大影響。鑄件的結(jié)構(gòu)，假如不能滿意合金鑄造性能的要求，將可能產(chǎn)生澆不到、冷隔、縮孔、縮松、液孔、裂紋和變形等缺陷。流動性好的合金，充型能力強，鑄造時就不易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷，而且能鑄出鑄件的最小壁厚也小。不同的合金，在一定的鑄造條件下能鑄出的最小壁厚也不同。設(shè)計鑄件的壁厚時，一定要大寸：該合金的“最小答應(yīng)壁厚” ，以保證鑄件質(zhì)量。鑄件的“最小允許壁厚“主要取決于合金種類、鑄造方法和鑄件的大小等。表 5—1 為鑄件最小允許壁厚值。但是，鑄件壁也不宜太厚。厚壁鑄件晶粒粗大，組織疏松，易產(chǎn)生縮孔和縮松，力學(xué)性能下降。鑄件艱載能力并不是隨截面積增大成比例地增加。設(shè)計過厚的鑄件壁，將會造成金屬浪費。為了提高鑄件承載能力而不增加壁厚，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)選用合理的截面形狀。此外，鑄件內(nèi)部的筋或壁，散熱條件比外壁差，冷卻速度慢。為防止內(nèi)壁的晶粒變粗和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，一般內(nèi)壁的厚度應(yīng)小于外壁。表 5—2 為鑄鐵件外壁、內(nèi)壁和加強筋的最大臨界壁厚。鑄件各部分壁厚若相差過大，厚壁處會產(chǎn)生金屬局部積聚形成熱節(jié)，凝固收縮時在熱節(jié)處易形成縮孔、縮松等缺陷。此外，各部分冷卻速度不同，易形成熱應(yīng)力，致使鑄件薄壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋。因此在設(shè)計鑄件時，應(yīng)盡可能使壁厚均勻，以防止上述缺陷產(chǎn)生。檢查鑄件壁厚是否均勻時，應(yīng)將鑄件的加工余量考慮在內(nèi)。如果零件圖上各處壁厚是均勻的，加上加工余量后，加工面上的鑄造厚度將增加，鑄件熱節(jié)卻很大3.5 螺栓的選定與校核設(shè)計螺紋連接，一般首先進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)需要連接固定零件的形狀、尺寸、所受載荷及其他工作要求，確定所用螺紋緊固件的類型、布置和尺寸等。對承受載荷較大的螺栓組要進行強度校核，并按計算結(jié)果對初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計作適當?shù)恼{(diào)整。3.5.1 螺栓類型選擇由于用于連接兩個較薄的零件。在被連接件上開有通孔，插人螺栓后在螺栓的滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計12另一端擰上螺母。采用普通螺栓的釘桿與孔之間有間隙，通孔的加工要求較低，結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，應(yīng)用廣泛。殼體與機架螺栓的類型選用普通的螺栓連接。3.5.2 螺栓組的布置布置螺栓組包括確定螺栓組中的螺栓數(shù)目并給出每個螺栓的位置。應(yīng)力求使各螺栓受力均勻而且較小，避免螺栓受附加載荷，還應(yīng)有利于加工和裝配等。1）接合面處的零件形狀應(yīng)盡量簡單，最好是方形、圓形或矩形、同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)采用 4、6、8、12 等，以便于加工時分度。應(yīng)使螺栓組的形心與零件接合面的形心重合，最好有兩個互相垂直的對稱軸，以便于加工和計算。常把接合面中間挖空，以減少接合面加工量和接合面不平度的影響，還可以提高連接剛度。示例如下：圖 3-10 螺栓布置圖2）受力矩的螺栓組，螺栓應(yīng)遠離對稱軸，以減小螺栓受力。3）受橫向力的螺栓組，沿受力方向布置的螺栓不宜超過 6 一 8 個，以免各螺栓受力嚴重不均勻。4）同一螺栓組所用的緊固件的形狀、尺寸、材料等應(yīng)一致，以便于加工和裝配。螺栓間的距離可參考表 3-1 如下：表 3-1 螺栓間距參考值滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計135）為裝配螺紋連接時，工具應(yīng)有足夠的操作空間，應(yīng)保證一定的扳手空間尺寸。3.5.3 螺栓的受力分析進行螺栓組連接受力分析的目的是，根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓連接的強度計算。螺栓組連接主要受橫向載荷和傾覆力矩的復(fù)合作用，現(xiàn)在為了校核的方便，先校核受橫向載荷的連接。應(yīng)該保證連接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。根據(jù)前面的計算，螺栓組所受橫向載荷 =98KNF?假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力為 ，螺栓數(shù)目為 4，0則其平衡的條件為 ≥0 fFzisK由此得預(yù)緊力 ≥ = = 212KN0 sfi?1.3*9854此時螺栓的所受的應(yīng)力 = = =675Mpa>?0FA2(.^)N????此時螺栓不能滿足我們的要求，現(xiàn)在決定改用 4 個 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)螺栓的布置圖此時需要的預(yù)緊力不變， ≥212KN0F此時螺栓所受的應(yīng)力 = = =300Mpa50工作壓力/MPa <0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 ≥5表 4-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機 床設(shè)備類型 磨床 組合機床龍門刨床 拉床農(nóng)業(yè)機械或中型工程機械液壓機、重型機械等工作壓力 0.8~2.0 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32由于加載缸拉力為 1KN，參考表 3-1 和表 3-2 按照負載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力 。MPap8.01?4.3 加載液壓缸的選擇4.3.1 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定通常液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 滿足 的關(guān)系。由此求得液壓缸D6.0~4?無桿腔面積為: 25-211 19..0mNpFAm??? ?D3.5.6441???d2.5~.03.570~.???活塞桿直徑可以由 值算出，由計算所得的 D 與 d 的值分別按表 3-4 和表 3-5d/圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。表 3-4 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計19）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250320 400 500 630注：括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值表 3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)4 5 6 8 10 12 14 16 182 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400由 GB/T2348-1980 查得標準值為 D=36mm，d=25mm。4.3.2 液壓缸主要尺寸的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設(shè)計時，可用類比法來確定。液壓缸的工作壓力 MPa，缸筒內(nèi)徑 D=36mm，活塞桿外徑 d=25mm。8.0P?（1）液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指液壓缸中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分別規(guī)律因為壁厚的不同而各異。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚 的比值 D/ ≥10 的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機?械和工程機械的液壓缸，一般采用無縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計算≥ ???2ypD?式中 ——液壓缸壁厚（m） 。?D——液壓缸內(nèi)徑（m） ?！囼瀴毫Γ话闳∽畲蠊ぷ鲏毫Φ模?.25~1.5）倍（MPa） 。額定yp壓力 ≤16Mpa,取 =1.5 MPa。nynp1.508.2??滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計20——缸筒材料的許用應(yīng)力。 = ，其中 為材料抗拉剛度，n 為??????bb?安全系數(shù)，一般取 n = 5。 的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = b?b b100~110 MPa；無縫鋼管： = 110~110 MPa；高強度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵：b= 25MPa。b?在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算所得液壓缸的壁厚往往很小，使得液壓缸的剛度往往不夠，如在切削加工過程中的變形、安裝變形等引起液壓缸工作過程卡死或者漏油。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式公式進行校核。對于 D/ ＜10 時，應(yīng)該按材料力學(xué)中的厚壁圓筒公式進行壁厚的計算。?對于脆性材料以及塑性材料≥ ???0.4123ypD?????????式中的符號意思與前面相同。液壓缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑 為1≥ +1D2?式中 值應(yīng)該按無縫鋼管標準，或者按有關(guān)標準圓整為標準值。1D在設(shè)計中，取試驗壓力為最大工作壓力的 1.5 倍，即 = 1.5×0.8MPa yp=9.45MPa。而缸筒材料許用應(yīng)力取為 = 100 MPa。b?應(yīng)用公式 ≥ 得， ≥ ???2yp??9.45126.70/m??下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + =36+2×6.17mm =48.3mm。在液1D?壓傳動設(shè)計手冊中查得選取標準值 = 50mm。在根據(jù)內(nèi)徑 D 和外徑 重新計算壁1厚， = = mm = 7mm。?12D?5036（2）液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計21且參照表 3-1 中的系列尺寸來選取標準值。表 3-1 液壓缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）25 50 80 100 125 160 200 250320 400 500 630 800 1000 1250 1600Ⅰ2000 2500 3200 400040 63 90 110 140 180 220 280360 450 550 700 900 1100 1400 1800Ⅱ2200 2800 3900240 260 300 340 380 420 480 530600 650 750 850 950 1050 1200 1300Ⅲ1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。由已知條件知道最大工作行程為 80mm,參考上表系列Ⅱ，取液壓缸工作行程為80mm。（3）缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效的厚度 t 按強度要求可以用下面兩式進行進似計算。無孔時： ??20.43yptD??有孔時： ??20.ytd?式中 ——缸蓋有效厚度（m） 。t——缸蓋止口內(nèi)徑（m） 。2D——缸蓋孔的直徑（m） 。0d在此次設(shè)計中，利用上式計算可取 t=10mm（4）固定螺栓得直徑 sd液壓缸固定螺栓直徑 按照下式計算s ??5.2skFdZ???滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計22式中 F——液壓缸最大負載。Z——固定螺栓個數(shù)。k——螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.12 1.5。~根據(jù)上式求得= = 7.3mm??5.2skFdZ???.13046?4.3.3 液壓缸強度校核（1）缸筒壁厚校核：。ypDD(0)δδ2[]???當 時 ， 壁 厚 應(yīng) 滿 足。y0.4(1) 1[]3p???當 時 ， 壁 厚 應(yīng) 滿 足前面已經(jīng)通過計算得：D = 63mm, =8.5mm。則有 ＜10，所以為?D8.3δ?厚壁缸。=8.5mm≥ = = 6.12mm?y[]0.4p123???60.46123???可見缸筒壁厚滿足強度要求。（2）活塞桿穩(wěn)定性的驗算：活塞桿受軸向壓縮負載時，它所承受的軸向力 F 不能超過使它穩(wěn)定工作所允許的臨界負載 ，以免發(fā)生縱向彎曲，從而破壞液壓缸的正常工作。 的值與活塞桿kF kF材料性質(zhì)、截面的形狀、直徑和長度以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)?；钊麠U的穩(wěn)定性的校核依照下式（穩(wěn)定條件）進行 kFn?式中 ——安全系數(shù)，一般取 =2 4。knk~當活塞桿的細長比 ＞ 時klr12?滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計23= kF2EJl??當活塞桿的細長比 ≤ 時，且 = 20 120 時，則klr1212~= kF2kfAlr?????????式中 ——安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)。l——活塞桿截面最小回轉(zhuǎn)半徑， = 。kr krJA——柔性系數(shù)。1?——由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)。2E——活塞桿材料的彈性模量，對剛?cè)?E = 。122.06/Nm?J——活塞桿橫截面慣性矩，A 為活塞桿橫截面積。f——由材料強度決定的實驗值。根據(jù)驗算，液壓缸滿足穩(wěn)定性要求。滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計245 基于 Pro/E 的三維設(shè)計5.1 Pro/E 三維設(shè)計軟件概述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 作為當今世界機械CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，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 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，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)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。（1）參數(shù)化設(shè)計相對于產(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)完全滾珠絲桿動態(tài)剛度試驗臺設(shè)計25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體特征。（2）基于特征建模Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計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)計者提供了在設(shè)計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 系統(tǒng)建立在多個數(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庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(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)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。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、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，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 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)