滾珠絲桿升降機(jī)的介紹(共8頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 概述 絲桿升降機(jī)，SWL系列蝸輪絲杠升降機(jī)是一種基礎(chǔ)起重部件，符合JB/T8809—1998（原JB/ZQ4391—86）標(biāo)準(zhǔn)。承載能力2.5—120T。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、動(dòng)力源廣泛、噪音小、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一種新式支撐桿的創(chuàng)造，利用電機(jī)來帶動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)支撐機(jī)構(gòu)的升降。其中利用正反螺旋的疊加使用的加大行程的效果，以及螺旋機(jī)構(gòu)的諸多特性來嘗試性的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。當(dāng)然這其中也多有用到連桿機(jī)構(gòu)，包括四桿及多桿機(jī)構(gòu)的使用。連桿的作用是相當(dāng)必要的，連桿的正確使用使升降支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了階梯性的升

2、降。另外，此次建模是運(yùn)用MATLAB和Solidworks聯(lián)合，此次設(shè)計(jì)是一個(gè)新的嘗試，相信實(shí)驗(yàn)成功后能夠廣泛的應(yīng)用于工業(yè)建筑，醫(yī)療科學(xué)，航天航空等各個(gè)領(lǐng)域，以得到更好的利用。 第一章 緒論 現(xiàn)今社會(huì)，支撐系統(tǒng)的應(yīng)用已是日益廣泛。在我們的日常生活領(lǐng)域，支撐系統(tǒng)已普遍應(yīng)用。醫(yī)療領(lǐng)域，人工假肢以及工業(yè)領(lǐng)域的大型機(jī)械臂等都是支撐桿的廣泛應(yīng)用場所。而在航空、航天等領(lǐng)域，支撐機(jī)構(gòu)性能的優(yōu)劣更是直接關(guān)系到仿真和測試試驗(yàn)的可靠性和置信度,是保證航空、航天型號(hào)產(chǎn)品,以及武器系統(tǒng)精度和性能的基礎(chǔ)。 因此，創(chuàng)造更好更優(yōu)秀的支撐機(jī)構(gòu)便是我們的新的目標(biāo)。為了能在較短的周期內(nèi)推出性能更好、更符合客戶需求的機(jī)械產(chǎn)品

3、,可通過建立仿真軟件所支持的產(chǎn)品模型,實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品方案確立后的快速仿真分析及反饋,及時(shí)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。創(chuàng)造更好更優(yōu)秀的支撐機(jī)構(gòu)便是我們的新的目標(biāo)。 第二章 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 2.1螺旋傳動(dòng)的類型、應(yīng)用和特點(diǎn) 2.1.1 螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用 1）傳力螺旋：在傳動(dòng)鏈中用于傳遞動(dòng)力的螺旋傳動(dòng)稱為傳力螺旋。其特點(diǎn)是承受較大的載荷，傳動(dòng)精度要求較低，有的甚至對相對位移無精度要求，主要要求是具有足夠的強(qiáng)度。如一起底座的調(diào)節(jié)螺旋或起重螺旋等。 2）示數(shù)測量螺旋傳動(dòng)：在傳動(dòng)鏈中用以精確地傳遞相對運(yùn)動(dòng)或相對位移的螺旋傳動(dòng)。其特點(diǎn)是傳動(dòng)式只需克服摩擦力矩和較小的附加阻力矩，其傳動(dòng)誤差直接影響儀

4、器的工作精度，因此對示數(shù)測量螺旋傳動(dòng)的主要要求是傳動(dòng)精度高、回差下、運(yùn)動(dòng)靈活。常用于機(jī)床進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)和測量儀表中的螺旋測微機(jī)構(gòu)，如千分尺中的螺旋等。 3）一般螺旋傳動(dòng)：用于精密機(jī)械中某些構(gòu)件的傳動(dòng)或精確定位，對強(qiáng)度、剛度和精度均有較高的要求。當(dāng)用于定位時(shí)，在定位后則要求螺紋不松動(dòng)，故其螺紋升角必須很小，以保證自鎖。 螺旋傳動(dòng)按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)、靜壓螺旋傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用的是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。 2.1.2 滑動(dòng)螺旋的特點(diǎn) 1）降速傳動(dòng)比大。或，D為輪直徑，即螺桿（或螺母）轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，螺母（或螺桿）移動(dòng)一個(gè)螺距（單頭）。一般的螺距都比較小，故而降速傳動(dòng)比大。例如

5、t=0.5，D=160，則i=1005.由于螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，傳動(dòng)比大，實(shí)現(xiàn)同樣的傳動(dòng)比，與其他傳動(dòng)形式相比較，傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，故可以大大縮小傳動(dòng)鏈，因而具有較高的傳動(dòng)精度，且運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)。 2）具有增力作用。由于傳動(dòng)比大，根據(jù)在功率一定的條件下降速增矩的原則，給主動(dòng)件一個(gè)較小的轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件便可得到較大的軸向力。 3）能自鎖。當(dāng)螺紋升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自鎖能力。 4）效率低、易磨損、低速存在爬行。由于螺旋工作表面為滑動(dòng)摩擦，致使其傳動(dòng)效率低，一般為30%～40%，磨損快，因此不適于告訴大功率傳動(dòng)。 2.2螺旋機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)選擇與計(jì)算 2.2.1 傳動(dòng)形式的選擇

6、本設(shè)計(jì)采用正反螺旋形式，雙螺母配螺桿的結(jié)構(gòu)，即一螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)，另一螺母移動(dòng)但不轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加大行程的移動(dòng)效果。 2.2.2 普通螺紋的主要幾何參數(shù) 1）大徑d(D):與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱體的直徑。 2）小徑d1(D1):與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱體的直徑 3）中徑d2(D2):一假想的圓柱體，該圓柱體的母線通過牙型中線的直徑，稱作用中經(jīng)。這個(gè)假想的螺紋在規(guī)定旋和長度內(nèi)，具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙底和牙頂留有間隙，以保證不與實(shí)際螺紋的大、小徑發(fā)生干涉。 4）底徑：與內(nèi)螺紋或外螺紋底相重合的假想圓柱體的直徑，即外螺紋的小徑或內(nèi)

7、螺紋的大徑。 5）螺距t:響鈴牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。 6）導(dǎo)程s:同一螺旋線上相鄰牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離，s=nt,n為螺紋頭數(shù) 7）牙形角2α:在螺紋牙形上，相鄰兩牙側(cè)面間的家教。 8）螺紋升角γ:在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角， 。 9）螺紋旋和長度L:兩個(gè)相互配合的螺紋沿軸向相互旋和部分的長度。 10）螺紋的公稱直徑:代表螺紋尺寸的直徑稱公稱直徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定按螺紋大徑的基本尺寸記。 2.2.3螺旋傳動(dòng)的計(jì)算 在螺旋傳動(dòng)鎮(zhèn)南關(guān)，螺桿所承受的載荷主要是轉(zhuǎn)矩和軸向拉力（或壓力）。這些力邀引起螺桿螺母工作表面的磨損、螺桿的變形及螺母牙的

8、斷裂；同時(shí)當(dāng)螺桿長徑比較大時(shí)，由于受壓發(fā)生縱向彎曲以致造成失穩(wěn)。因此，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算通常包括耐磨性、剛度、穩(wěn)定性及強(qiáng)度等4個(gè)方面。根據(jù)需要有時(shí)還要進(jìn)行摩擦力矩、效率及自鎖等其他方面的計(jì)算。 1）耐磨性計(jì)算 磨損是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要是小形式，因此螺桿的直徑和螺母軸向長度（或高度）通常是根據(jù)耐磨進(jìn)行計(jì)算的。 影響螺紋磨損的因素很多，如載荷大小、表面粗糙度、螺桿牙面硬度、潤滑以及速度大小等。磨損的速度與螺紋工作表面的比壓大小有直接關(guān)系。為保證螺紋的耐磨性和使用壽命，必須限制螺紋工作表面的比壓，使其值小于或等于許用比壓，即 式中p—螺紋工作表面計(jì)算平均比壓； [p]—許用比壓；

9、 —軸向載荷； —螺紋中徑； h—螺紋工作高度，對于梯形和矩形螺紋h=0.5t,對于三角螺紋h=0.5413t; n—螺紋工作圈數(shù)，H為螺母高度，t為螺距。 令，則有 式中，ζ值可根據(jù)羅怒形式確定，對于整體式螺母ζ=1.2～2.5，對于部分式螺母ζ=2.5～3.5. 2）剛度計(jì)算螺桿在軸向載荷和轉(zhuǎn)矩T的作用下將產(chǎn)生變形，引起螺距變化，從而影響螺旋傳動(dòng)精度。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以便把螺距的變化限制在允許的范圍內(nèi)。 螺桿受軸向載荷時(shí)，1個(gè)螺距的變化量。 式中，t—螺距； E—螺桿材料拉壓彈性模量，對于鋼E=2.15MPa； A—螺桿螺紋截

10、面面積，對梯形螺紋按螺紋中徑計(jì)算，即，螺桿受拉時(shí)上式取“+”號(hào)，受壓時(shí)取“—”號(hào)。 螺桿受扭矩T時(shí)，螺桿在1個(gè)螺距長度上產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角為 由此而引起的一個(gè)螺距的變化量為 式中，G—螺桿材料的剪切彈性模量對于鋼MPa; —螺桿螺紋的極慣性矩，對于梯形螺紋按螺紋中徑計(jì)算，即。 當(dāng)T逆螺旋方向作用時(shí)上式取“+”號(hào)，順螺旋方向作用時(shí)取“—”號(hào)。 螺桿在軸向載荷和轉(zhuǎn)矩同時(shí)作用下，一個(gè)螺距總的變化量為 2.2.4 穩(wěn)定性計(jì)算 對于受壓且具有較大柔度的螺桿（例如t/d＞8～10），在工作時(shí)螺桿可能由于失穩(wěn)而產(chǎn)生側(cè)向撓曲，此時(shí)應(yīng)對螺桿進(jìn)行穩(wěn)定性的校驗(yàn)，根據(jù)歐拉公式有

11、 式中，—螺桿失穩(wěn)時(shí)的臨界軸向載荷； —螺桿的最大軸向載荷； k—安全系數(shù)，一般k=2.5～4； E—螺桿材料的拉壓彈性模量，對鋼； J—螺桿截面的慣性矩，對于梯形螺紋應(yīng)按中徑計(jì)算； —螺桿的工作長度，一般取螺桿支承點(diǎn)間的距離； —長度系數(shù)，與螺桿支承情況有關(guān)。 為了計(jì)算方便，將上式改寫為 式中，m—螺桿支承系數(shù)， 如不滿足上述天劍，應(yīng)增大知道滿足為止。 必須指出：上述壓桿穩(wěn)定公式僅適用于螺桿的應(yīng)力不超過其材料的許用應(yīng)力時(shí)，否則將是受壓破換而不是失穩(wěn)問題。 2.2.5 強(qiáng)度計(jì)算 1）螺桿強(qiáng)度計(jì)算。螺桿在軸向載荷（拉伸或壓縮）和轉(zhuǎn)矩T的作用下產(chǎn)生正應(yīng)力和切應(yīng)力。螺桿的

12、強(qiáng)度可按第四強(qiáng)度理論進(jìn)行驗(yàn)算其計(jì)算公式為 式中，—螺桿上的應(yīng)力； —螺桿材料的許用應(yīng)力； —螺桿螺紋內(nèi)徑； —螺桿承受的軸向載荷； T—螺桿傳遞的轉(zhuǎn)矩，一般為摩擦力矩 2）螺紋強(qiáng)度計(jì)算。螺紋強(qiáng)度包括螺桿螺紋強(qiáng)度和螺母螺紋強(qiáng)度，由于螺桿的材料強(qiáng)度通常比螺母材料強(qiáng)度高，故只需對螺母螺紋強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。 設(shè)載荷作用在 滾珠絲杠 類型 常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱為列，每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每

13、個(gè)螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。 　　1） 外循環(huán)：外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。如圖2-3所示，外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。 圖2-3 常用外循環(huán)方式(a)端蓋式；（b）插管式；（c）螺旋槽式如圖2-3（a）所示是端蓋式，在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進(jìn)入回程管，形成循環(huán)。如圖2-3（b）所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種結(jié)構(gòu)工藝性好，但是由于管道突出螺母體外，徑

14、向尺寸較大。如圖2-3（c）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，使用廣泛。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。 　　2） 內(nèi)循環(huán)：如圖2-4所示為內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。如圖2-4（a）所示為圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1定位，以保證對準(zhǔn)螺紋滾道方向。如圖2-4（b）所示為扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切

15、槽中，其端部開有反向槽3，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。 圖為端蓋式循環(huán)，僅供參考。 特點(diǎn) 1、與滑動(dòng)副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 　　由于的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 　　2、高精度的保證 　　滾珠絲杠副是用制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度

16、進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 　　3、微進(jìn)給可能 　　滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 　　4、無側(cè)隙、剛性高 　　滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。 　　5、高速進(jìn)給可能 　　滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。 　　◎精度公差:P5 .P7 -- 絲杠 1、當(dāng)絲杠作為主動(dòng)體時(shí)，螺母就會(huì)隨絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度按照對應(yīng)

17、規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)。 　　2、滾珠絲杠螺母間因無間隙，直線運(yùn)動(dòng)時(shí)精度較高，尤其在頻繁換向時(shí)無需間隙補(bǔ)償。滾珠絲杠絲母間摩擦力很小，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)非常輕松。 　　3、滾珠絲杠與電機(jī)連接時(shí)中間必須加裝聯(lián)軸器以達(dá)到柔性連接。則可以直接用同步輪與電機(jī)出力軸連接。 　　4、滾珠絲杠副依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17587.3-1998, 分為(P)和(T)兩大類.精度等級(jí)共分七個(gè)等級(jí),即1.2.3.4.5.7.10級(jí),1級(jí)精度最高.依次降低. 　　5、德邁傳動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一周螺母移動(dòng)的距離為一個(gè)螺距距離,如果是絲杠每轉(zhuǎn)一周螺母移動(dòng)四個(gè)（或五

18、個(gè)）螺旋線的距離，那么表示該絲杠是四線（或五線）絲杠，俗稱四頭（或五頭）絲杠。 一般小導(dǎo)程滾珠絲杠都采用單線，中，大或超大導(dǎo)程采用兩線或多線。 步進(jìn)電機(jī) 特性 1 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候， 步進(jìn)電機(jī)靜止， 如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)， 就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。 　　2 一般步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個(gè)脈沖完成。 　　3 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 　　4 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 優(yōu)點(diǎn) 　　1． 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正

19、比于脈沖數(shù)； 　　2． 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）； 　　3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性； 　　4． 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)； 　　5． 由于沒有，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命； 　　6． 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控 　　制成本 　　7． 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。 　　8． 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。 缺點(diǎn) 　　1． 如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振； 　　2． 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。 　　3. 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 　　4. 在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。 5. 超過負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步，高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。 專心---專注---專業(yè)