畢業(yè)論文終稿-絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計[下載送CAD圖紙 全套打包資料]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯學院畢業(yè)設計說明書(論文)作 者 :學 號：系 ：專 業(yè) :題 目 : 絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)年 月需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要為適應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品的發(fā)展趨勢。它要求滾珠絲杠副在高速度的基礎上具有高的精度穩(wěn)定性，達到高剛度、高負載等性能，這就要求能夠承受較大載荷，因此滾珠絲杠副生產過程中需要測試其極限承載能力。本次設計就是針對絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置進行設計，該試驗臺主要由液壓缸、加載支座、滑輪、鋼絲繩、預緊裝置和螺栓組等組成。本文首先，通過對滾珠絲杠副結構及原理進行分析，在此分析基礎上提出了極限承載試驗臺加載裝置的總體結構方案；然后，對各主要零部件進行了設計與校核；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 三維設計軟件建立了該極限承載試驗臺加載裝置的三維模型。通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產品的設計方法并能夠熟練使用 AutoCAD 制圖軟件、Pro/E 三維設計軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。關鍵詞：滾珠絲杠副，承載，試驗臺，液壓缸畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title Screw nut ultimate bearing test rig design loading device AbstractIn 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, CylindersI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 滾珠絲杠的結構形式 ............................................................................................42 總體方案設計 ...................................................................................................................62.1 設計要求 ......................................................................................................................62.2 方案選擇 ......................................................................................................................62.2.1 加載裝置方案 ........................................................................................................62.2.2 預緊裝置方案 ........................................................................................................62.2.3 連接裝置方案 ........................................................................................................72.3 總體方案確定 ..............................................................................................................73 各主要零部件的設計與選擇 ...........................................................................................93.1 加載液壓缸的設計與選擇 ..........................................................................................93.1.1 系統(tǒng)參數(shù)確定 ........................................................................................................93.1.2 液壓缸主要尺寸的確定 ......................................................................................103.2 鋼絲繩的選擇 ............................................................................................................143.2.1 鋼絲繩特點 ..........................................................................................................143.2.2 鋼絲繩種類 ..........................................................................................................153.2.3 鋼絲繩的選用 ......................................................................................................163.2.4 鋼絲繩使用注意事項 ..........................................................................................173.3 滑輪的選擇 ................................................................................................................173.4 連接環(huán)的設計 ............................................................................................................184 支座、底座設計及螺栓的選擇 .....................................................................................204.1 結構及幾何尺寸 ........................................................................................................204.2 材料的選擇 ................................................................................................................214.3 結構設計工藝性要求 ................................................................................................214.4 螺栓的選定與校核 ....................................................................................................224.4.1 螺栓類型選擇 ......................................................................................................22II4.4.2 螺栓組的布置 ......................................................................................................224.4.3 螺栓的受力分析 ..................................................................................................234.4.4 螺栓組傾覆力矩校核 ..........................................................................................245 基于 PRO/E 的三維設計 ...............................................................................................275.1 PRO/E 三維設計軟件概述 .........................................................................................275.2 三維設計 ....................................................................................................................295.2.1 絲杠、螺母 ..........................................................................................................295.2.2 螺母支座 ..............................................................................................................295.2.3 液壓缸支座 ..........................................................................................................305.2.4 滑輪、滑輪支座 ..................................................................................................305.2.5 預緊支座 ..............................................................................................................305.2.6 連接環(huán) 2...............................................................................................................315.2.7 液壓缸 ..................................................................................................................315.2.8 三維裝配 ..............................................................................................................32結 論 ...................................................................................................................................33參考文獻 .............................................................................................................................34致 謝 ...................................................................................................................................35IIIIVVVIVIIVIII絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計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)控技術及相關專業(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廣泛地應用于機械、航天航空、衛(wèi)星、儀器儀表、核工業(yè)等各個領域。隨著現(xiàn)代制造技術水平的提高，數(shù)控機床、機器人等機械設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。滾珠絲杠副產品出現(xiàn)了供不應求的局面。 在數(shù)控技術方面隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展突飛猛進，一批又一批的高速數(shù)控機床應運而生，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“大導程快速驅動”到 90 年代后期的“精密高速驅動” ，在這一發(fā)展過程中，產品不斷升級換代，達到質的飛躍。在驅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動系統(tǒng)中的重要執(zhí)行機構——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)直線運動應用領域的絕大部分市場。為適應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品的發(fā)展趨勢。它要求滾珠絲杠副在高速度的基礎上具有高的精度穩(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計、制造及試驗檢測技術上不斷的創(chuàng)新。滾珠絲杠副在高速驅動時主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產生的原因主要有：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生的要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結構設計開始，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，提高產品的內質量；選取適當?shù)臐L珠絲杠副預緊轉矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉矩的變動絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計2量，使?jié)L珠絲杠副適應高速驅動的要求。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，要求也多樣化，促使?jié)L珠絲杠生產廠不斷提高產品質量、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緊轉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緊轉矩的曲線 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緊轉矩測量儀。應用現(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緊轉矩曲線，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，沒有測量產品質量就沒有保證。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。對材料進行相關的試驗，并通過試驗成果來指導產品設計，選擇原材料，以改善滾珠絲杠副的內在性能是至關重要的。要實現(xiàn)滾珠絲杠副高性能，還必須從檢測技術上依靠科技求創(chuàng)新。精確的檢測手段及完善的試驗設備是保證產品質量和研究產品性能的前提。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，就必須從檢測技術上依靠科技求創(chuàng)新。精確的檢測手段及完善的試驗設備是保證產品質量和研究產品性能的前提。隨著數(shù)控機床向高速化發(fā)展（驅動速度≥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×轉速）的增大，絲杠副結構產生破壞，因此高速滾珠絲杠副的0dn結構與普通滾珠絲杠副結構是不同的。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構設計及工藝，提高產品質量，絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計3因此需要通過測量了解產品的性能，為產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加速度、速度、溫升、熱位移、定位精度等綜合性能參數(shù)進行測試,為用戶提供準確可靠的檢測報告。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。滾珠絲杠副在機械傳動中的作用，同樣是可以將旋轉運動變?yōu)橹本€運動，也可以將直線運動變?yōu)樾D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 滾珠絲杠副結構從 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，在螺母上設有滾珠循環(huán)返回裝置(返向器)4，構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臺加載裝置設計4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部的關鍵部件中清除掉，并確保有效潤滑。在許多應用場合，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用，在機械工業(yè)、交通運輸、航天航空、軍工產品等各個領域應用的很普遍，可用作精密定位自動控制、動力傳遞和運動轉換。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，運轉平穩(wěn)，傳動精度高；（5）具有很好的高速性能，其臨界轉速之 d n 值 （d 為軸徑，mm；n 為轉速，?r/min）可達 40000 以上，可實現(xiàn)線速度 120r/min 的高速驅動；（6）具有傳動的可逆性。既可以把旋轉運動變?yōu)橹本€運動，也可以把直線運動變?yōu)檗D化為旋轉運動，且逆?zhèn)鲃有逝c正傳動效率相近；（7）已經實現(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品，應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）結構較復雜，成本較高(但結構比靜壓螺旋簡單且維修方便)；（12）有專業(yè)廠生產，選用配套方便。1.2.3 滾珠絲杠的結構形式對于滾珠絲杠，除螺紋滾道截面的形狀不同外，各種類型的滾珠絲杠的結構基本相同。滾珠螺母的構造主要與滾道的循環(huán)方式及預緊方式有關，且循環(huán)方式對滾珠螺旋傳動的設計、制造、精度、壽命、成本及軸隙調整均有重要影響，對滾珠流暢性能更有直接關系。絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計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。在施加較大的預緊力之前，絲杠剛度很低，消隙及預緊必須采用雙螺母。因此應用較少。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。適用于雙螺母預緊和單螺母增大鋼球預緊，以消除軸向間隙。絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計62 總體方案設計2.1 設計要求原始數(shù)據(jù)：（1）滾珠絲桿軸徑：不大于 20mm，總長度 1000—1500mm（2）軸向預緊力 0—50N，軸承內徑與軸，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)見產品圖。技術要求：（1） 轉速范圍 0-1350r/mim，無級可調。（2） 軸向加載范圍 0—30kN， 無級可調。（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)設計要求：軸向加載范圍 0—30kN，無級可調，因此采用液壓缸比較容易實現(xiàn)，因此加載裝置結構方案如下圖 2-1 所示：圖 2-1 加載裝置2.2.2 預緊裝置方案根據(jù)設計要求：軸向預緊力 0—50N，該預緊力較小，因此采用普通螺紋預緊即可實現(xiàn)，因此預緊裝置結構方案如下圖 2-2 所示：絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計7圖 2-2 預緊裝置方案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臺加載裝置設計8圖 2-5 絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置總體方案絲杠螺母副極限承載試驗臺加載裝置設計93 各主要零部件的設計與選擇3.1 加載液壓缸的設計與選擇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)負載循環(huán)圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型了確定（見表 3-1 和表 3-2） 。表 3-1 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力負載/ KN 50工作壓力/MPa ?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螺栓的許用應力 = = =427Mpa???s601.5Mpa根據(jù)螺栓的布置圖此時需要的預緊力不變， ≥212KN0F此時螺栓所受的應力 = = =300Mpa

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