絲杠測量儀工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　2011 年 6月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要</p><p>　本文簡要介紹了絲杠測量儀工作臺的研究概況以及發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢，并以絲杠測量儀工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為題，主要進(jìn)行絲杠測量儀工作臺及測量架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了電機(jī)的選擇、工作臺的設(shè)計(jì)及計(jì)算、測量架的設(shè)計(jì)及計(jì)算等。并根據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果

2、繪制CAD裝配圖和部分零件圖。通過構(gòu)思機(jī)構(gòu)運(yùn)動方式和傳動結(jié)構(gòu)布局、并對零部件進(jìn)行三維實(shí)體造型和設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖能力，通過比較完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，以提高我的獨(dú)立分析與解決工程實(shí)際問題的能力。關(guān)鍵詞 絲杠測量儀 滾珠絲杠 工作臺</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要</p><p><b>　　目 錄</b></p

3、><p>　　1 引言………………………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 滾珠絲杠的類型………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.2 滾珠絲杠的特點(diǎn)………………………………………………………………………… 2</p><p>　　1.3 滾珠絲杠

4、副的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢………………………………………………………… 2</p><p>　　1.4 課題任務(wù)要求…………………………………………………………………………… 6</p><p>　　2 絲杠測量儀工作臺部分設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 7</p><p>　　2.1 電機(jī)的選擇…………………………………………………………………

5、…………… 7</p><p>　　2.2 絲杠測量儀工作臺部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………14</p><p>　　2.3 絲杠測量儀工作臺部分的技術(shù)要求……………………………………………………20</p><p>　　3 絲杠測量儀測量架部分的設(shè)計(jì)……………………………………………………………21</p><p&g

6、t;　　3.1 渦輪蝸桿的選擇…………………………………………………………………………21</p><p>　　3.2 測量架部分其他零部件的選擇…………………………………………………………27</p><p>　　4 總結(jié)…………………………………………………………………………………………30</p><p>　　結(jié)束語…………………………………………………

7、……………………………………… 31</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………………………… 32</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 33</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　所謂滾珠絲

8、杠就是是將回轉(zhuǎn)的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線上的運(yùn)動，或?qū)⒅本€上的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的優(yōu)秀的產(chǎn)品。螺桿、螺母和滾珠是滾珠絲杠組成所必須的三部分。通過從滾珠螺絲的發(fā)展，滾珠絲杠將將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成直線的運(yùn)動。從而使軸承從滑動動作轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動動作。滾珠絲杠在各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器中具有很廣泛的利用，原因就在于其摩擦阻力小。滾珠絲杠是機(jī)器人和精密制造機(jī)械最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆

9、性和高效率的特點(diǎn)[1]。</p><p>　　1.1 滾珠絲杠的類型</p><p>　　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)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列，每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有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

10、。（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)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。 常用外循環(huán)方式(a)端蓋式；（b）插管式；（c）螺旋槽式。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)。插管式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，徑向尺寸較大。螺旋槽式是在螺母

11、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)滾珠絲杠。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)</p><p>　　1.2 滾珠絲杠的特點(diǎn)</p><p>　?。?）驅(qū)動力矩是滑動絲杠副的1/3</p><

12、;p>　　滾珠絲杠副能得到較高的運(yùn)動效率的原因是絲杠軸與絲杠螺母之間有很多的滾珠，并且不斷的在做滾動運(yùn)動。驅(qū)動力矩只有過去的滑動絲杠副的1/3以下,即使用滑動絲杠副的1/3的動力就可以使?jié)L動絲杠副達(dá)到同樣運(yùn)動效果。有利于能源的節(jié)約。</p><p><b>　?。?）保證高精度</b></p><p>　　只有使用日本制造的世界上水平最高的機(jī)械設(shè)備，并且通過連貫

13、的生產(chǎn)才能生產(chǎn)出高精度的滾珠絲杠副，特別是在各個工序的工廠環(huán)境方面,嚴(yán)格的控制了溫度和濕度，通過運(yùn)用完善的品質(zhì)管理體制使?jié)L珠絲杠副的精度得以保證。</p><p><b>　?。?）精確的微進(jìn)給</b></p><p>　　要保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給，需要極小的啟動力矩，不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象。由于滾珠絲杠副是利用滾珠運(yùn)動，所以可以實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給。</p>

14、<p>　?。?）沒有側(cè)隙、剛性較高</p><p>　　滾珠絲杠副通過加壓,利用壓力可使軸向的間隙變成負(fù)數(shù),從而使剛性變高。同樣的，在機(jī)械裝置等的實(shí)際運(yùn)用時, 絲杠螺母副剛性的增強(qiáng)也是由于壓力對滾珠的斥力。</p><p>　　（5）進(jìn)給可實(shí)現(xiàn)高速度</p><p>　　由于運(yùn)動效率高、發(fā)熱小的特點(diǎn)，滾珠絲杠可實(shí)現(xiàn)高速的進(jìn)給[3]。</p>

15、;<p>　　1.3 滾珠絲杠副的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　美國通用汽車公司薩吉諾分廠是世界上首先使用滾珠絲杠副的，汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是滾珠絲杠副第一個使用的地方。二十世紀(jì)四十年代，滾珠絲杠副在美國開始被大量生產(chǎn)并用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，1943年，滾珠絲杠副開始運(yùn)用于滾珠,轉(zhuǎn)矩,結(jié)構(gòu),誤差,動量,公稱,精度,行程,數(shù)控,機(jī)床等多個方面。1943年，飛機(jī)上出現(xiàn)了滾珠絲杠副。滾珠絲杠副在精度和性能

16、上產(chǎn)生了很大的提高要?dú)w功于精密螺紋磨床的出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床和各種自動化設(shè)備的發(fā)展，對滾珠絲杠副的生產(chǎn)研究提供了極大的幫助。二十世紀(jì)五十年代，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，大量出現(xiàn)了滾珠絲杠副的生產(chǎn)廠家，例如：美國的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；英國的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我國早在五十年代末期就開始研究用于程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副。高效率、高精度、高剛度是滾珠絲杠副的特點(diǎn)，因此在機(jī)械、

17、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。今天，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動與定位的第一部件。滾珠絲杠副的發(fā)展的體現(xiàn)[4]：</p><p>　?。?）滾珠絲杠副的類型</p><p>　　由于滾珠絲杠副的使用越來越多，因此現(xiàn)實(shí)中對滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規(guī)格和精度的滾珠絲杠副已早就不能滿足使用的要求，例如航天航空領(lǐng)域、微型精密檢測裝置、電子以及半導(dǎo)體裝置等基本上都需要微型滾珠絲杠副。微

18、型滾珠絲杠副的特點(diǎn)是公稱直徑≤10mm，導(dǎo)程=0.5～2.0 mm。日本的NSK公司已開發(fā)出=4mm，導(dǎo)程=0.5mm的世界上最小導(dǎo)程的微型滾珠絲杠副。微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副充分滿足了半導(dǎo)體插件裝置、小型機(jī)器人等的制造，高速運(yùn)動的要求得到了滿足。</p><p>　　機(jī)械產(chǎn)品速度、效率和自動化程度發(fā)展迅速，機(jī)械移動裝置、數(shù)控鏜床、銑床以及單片機(jī)自動機(jī)械等，不斷提高其進(jìn)給驅(qū)動速度，大導(dǎo)程滾珠絲杠螺母副的出現(xiàn)，滿足了高

19、精度和速度的要求。日本NSK公司已開發(fā)出的超大導(dǎo)程滾珠絲杠副德公稱直徑×導(dǎo)程為：16mm×40mm、15mm×50mm、25mm×60mm、24mm× 80mm，進(jìn)給速度可到3m/s。</p><p>　　滾珠絲杠副目前還很難有統(tǒng)一的類別，但是世界上每個國家一般的分類原則是：普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑為16毫米到100毫米之間，導(dǎo)程為4毫米到20毫米，螺旋升角要

20、小于九度。</p><p>　　公稱直徑小于等于12毫米的滾珠絲杠副就是微型滾珠絲杠副。對于導(dǎo)程Ph≤3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副就是導(dǎo)程小于等于3毫米，螺旋升角大于九度的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副。</p><p>　　公稱直徑大于等于16毫米的滾珠絲杠副就是大導(dǎo)程滾珠絲杠副，螺旋升角大于九度小于等于十七度或?qū)С绦∮诘扔诘臐L珠絲杠副，螺旋升角大于十七度稱為超大導(dǎo)程滾

21、珠絲杠副。</p><p>　　公稱直徑大于等于125毫米的滾珠絲杠副就是重型滾珠絲杠副。</p><p>　?。?）滾珠絲杠螺母副的組成</p><p>　　滾珠絲杠副最常用的結(jié)構(gòu)就是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)以圓形反向器和橢圓形反向器為代表，外循環(huán)結(jié)構(gòu)是以插管為代表。在本質(zhì)上這兩種結(jié)構(gòu)的性能是一樣的，安裝連接尺寸大的是外循環(huán)結(jié)構(gòu)；安裝連接尺寸小的是內(nèi)循環(huán)

22、結(jié)構(gòu)。到今天，已有超過10種滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)，但比較常用的主要有：內(nèi)外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。</p><p>　　內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)反向器的形狀常用的就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，圓形滾珠在流暢性上不如橢圓形結(jié)構(gòu)。到今天為止，橢圓形內(nèi)通道結(jié)構(gòu)成為最好的反向器結(jié)構(gòu)，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，消除了絲杠齒頂?shù)菇钦`差給滾珠反向帶來的影響。這種結(jié)構(gòu)的推廣制造受到了工藝過于復(fù)雜的

23、影響。</p><p><b>　?。?）精度的提高</b></p><p>　　以前，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來獲得高的定位精度，因此，導(dǎo)程誤差的累積有很嚴(yán)格的條件，加大了制造的難度，提高了生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在的科技程度發(fā)展的越來越高，數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)出現(xiàn)了。因而，高的定位精度不一定需要很高精度的滾珠絲杠副。為了配合數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)的特點(diǎn)，國際標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)都對滾珠絲杠副

24、的行程變化作了體現(xiàn)，如有效行程內(nèi)、任意200mm行程內(nèi)和6.28mm弧度內(nèi)行程變動量。這就可以調(diào)控滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也就是線性化。數(shù)控誤差補(bǔ)償有了可能。</p><p>　?。?）滾珠絲杠副性能</p><p>　　隨著生產(chǎn)力的不斷提高，企業(yè)對滾珠絲杠螺母副的性能要求也越來越高，使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)精度高且能穩(wěn)定運(yùn)作的特點(diǎn)，就是運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及沒有停滯的現(xiàn)象。滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動量是

25、滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)的主要因素，在不同的絲杠轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副所運(yùn)動的流暢性不同，所以，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩也不會一樣。國際標(biāo)準(zhǔn)以及部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為一百轉(zhuǎn)每分鐘時，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩所允許的誤差。</p><p>　　由于加工過程中存在誤差，就像滾珠絲杠的中徑全長不相等，絲杠和螺母的導(dǎo)程都存在誤差，絲杠與螺母上的齒形上的差異還有表面粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長上不是恒定的，驅(qū)

26、動系統(tǒng)的平穩(wěn)性受到影響，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo)就是滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動量的大小。</p><p>　　今天，人們開始重視對滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動量的大小，滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線是以前人們只重視的東西，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲線在現(xiàn)在也開始被人們重視起來。滾珠絲杠螺母副的性能特點(diǎn)只有在這兩條曲線在一起的時候才能完好地反映出來。</p><p&

27、gt;　　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。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展到今天，各廠家追求的目標(biāo)就是提高速度和效率，直線電動機(jī)已經(jīng)開始用于加工中心，進(jìn)給速度已經(jīng)達(dá)到 了每分鐘160米以上，加速

28、度達(dá)到四克以上，滾珠絲杠副提的制造要求更加高了。但是由于直線電動機(jī)價格很貴、控制系統(tǒng)又復(fù)雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強(qiáng)磁對人身危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近一段時間普及還有一定難度。高速驅(qū)動的最好的選擇任然是滾珠絲杠副，滾珠絲杠副在國外大部分高速加工中心任然大量使用。為了提高驅(qū)動速度，設(shè)計(jì)時不但要提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，還要使用大導(dǎo)程的滾珠絲杠副，導(dǎo)程可以到32毫米。像日本的馬扎克公司在某種機(jī)床上使用的滾珠絲杠副，機(jī)床快速移動速度可以到90

29、米每分鐘，加速度可以到一點(diǎn)五克。</p><p>　　以前，人們由于擔(dān)心大導(dǎo)程滾珠絲杠副的驅(qū)動對數(shù)控加工中心精度的影響，設(shè)計(jì)時設(shè)導(dǎo)程小于等于10毫米?？萍疾粩噙M(jìn)步，在1999年日本國際機(jī)床展覽會上可以看的出來，大導(dǎo)程滾珠絲杠副對設(shè)計(jì)與研究現(xiàn)在大部分高速加工中心有著巨大的作用。</p><p>　　巨大的噪聲、溫度的升高以及精度的下降時滾珠絲杠副在高速旋轉(zhuǎn)的時候主要存在的問題。滾珠在螺母副中

30、循環(huán)的是否流暢、滾珠之間相互碰撞產(chǎn)生的聲音、滾珠與滾道碰撞所反映出的滾道的粗糙度以及絲杠是否筆直等原因?qū)е铝藵L珠絲杠副噪聲的產(chǎn)生。滾珠與絲杠之間的摩擦、滾珠與螺母之間的摩擦、滾珠與反向器之間的摩擦及滾珠與滾珠之間的摩擦導(dǎo)致滾珠絲杠副的溫度的升高。從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一方面著手，有利于解決上述問題；另一方面，從工藝上提高滾珠絲杠副的精度與質(zhì)量；滾珠絲杠螺母副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的正確選擇也有助于解決問題；滾珠絲杠螺母副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動量的減小，也可以

31、有助于其適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)的要求。</p><p>　　綜上，隨著生產(chǎn)力的不斷提高，滾珠絲杠副的制造要求越來越高，品種也越來越多，這就要求滾珠絲杠的生產(chǎn)廠不斷提高生產(chǎn)能力、研發(fā)新技術(shù)，以適應(yīng)市場的需要[5]。</p><p>　　1.4 課題任務(wù)要求</p><p>　　本課題主要進(jìn)行絲杠測量儀工作臺及測量架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。要求結(jié)構(gòu)緊湊、可靠，以提高絲杠測量儀工作臺及

32、測量架系統(tǒng)的動力學(xué)性能和精度。通過系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與計(jì)算等過程，完成絲杠測量儀工作臺及測量架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2 絲杠測量儀工作臺部分設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 電機(jī)的選擇</p><p>　　電動機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，它是利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象制成，分布于各個用戶處，電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和

33、交流電動機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成。通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動[6]。</p><p>　　2.1.1 步進(jìn)電動機(jī)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件，它的特點(diǎn)就是

34、通過PLC控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频淖兓蚓€位移的變化。在電機(jī)沒有過載的情況下，只有脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)才能決定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和停轉(zhuǎn)時的角度，而不受到負(fù)載變化的影響，當(dāng)PLC控制系統(tǒng)使步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，步進(jìn)驅(qū)動器就帶動步進(jìn)電機(jī)按照規(guī)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這個角度就稱為“步距角”，它是通過固定的角度一步一步的運(yùn)行使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的?？刂平俏灰屏靠梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來實(shí)現(xiàn)，從而可以使電機(jī)準(zhǔn)確定位；同時電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速

35、度也可以通過控制脈沖頻率來控制，從而使步進(jìn)電機(jī)可以調(diào)速[7]。</p><p>　　2.1.2 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器。</p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被

36、廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用[8]。</p>

37、;<p>　　2.1.3 步進(jìn)電動機(jī)的分類</p><p>　　表2.1 步進(jìn)電機(jī)的分類和特點(diǎn)</p><p>　　2.1.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　由本課題在任務(wù)書中的如下規(guī)定“測量工作時工作臺最大移動速度為：3mm/s，電機(jī)在0－0.5s內(nèi)達(dá)到最大工作速度”可知，工作臺設(shè)計(jì)精度要求較高[9]。</p><p&

38、gt;　　由機(jī)床床身的相關(guān)參數(shù)“行程2m；工作臺及測量架的外形結(jié)構(gòu)尺寸≤300mm×450mm×450mm(長×寬×髙)；載荷5000N”可知，工作臺要求高的起動和運(yùn)行頻率的特點(diǎn)。</p><p>　　所以絲杠測量儀工作臺部分應(yīng)當(dāng)選用兼顧永磁式和磁阻式兩類電機(jī)優(yōu)點(diǎn)的感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動機(jī)。如圖2.1所示，為某廠家生產(chǎn)的永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·BYG/HB MOTOR

39、S110BYG2、3相的實(shí)物圖：</p><p>　　圖2.1 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·BYG/HB MOTORS110BYG2、3相</p><p>　　同時永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·BYG/HB MOTORS110BYG2、3相各種型號的技術(shù)參數(shù)以及矩頻特性如下表和圖所示[10]：</p><p>　　表2.2 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·

40、BYG/HB MOTORS110BYG2、3相各種型號的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　圖2.2 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·BYG/HB MOTORS110BYG2、3相各種型號的矩頻特性</p><p>　　2.1.5 步進(jìn)電機(jī)選用計(jì)算</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、

41、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩M大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)

42、使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要[11]。</p>&

43、lt;p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：</p><p>　?。?）計(jì)算齒輪的減速比</p><p>　　根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下: </p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中：φ ---步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖）</p><p>　　S

44、 ---絲桿螺距（mm)</p><p>　　Δ---(mm/脈沖）</p><p>　?。?）計(jì)算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中： ---折算至電機(jī)軸上的慣量（ ）</p><p>　　、---齒輪慣量（

45、）</p><p>　　----絲桿慣量() </p><p>　　W---工作臺重量（N）</p><p>　　S ---絲桿螺距（cm）</p><p>　?。?）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M</p><p><b>　　（2.3）</b></p><p><b>

46、　?。?.4）</b></p><p>　　式中：---電機(jī)啟動加速力矩（） </p><p>　　、---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量() </p><p>　　n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　T---電機(jī)升速時間（s）</p><p><b>　　（2.5）</b

47、></p><p>　　式中： ---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（) </p><p><b>　　u---摩擦系數(shù)</b></p><p><b>　　η---傳遞效率</b></p><p><b>　　（2.6）</b></p><p>　　式

48、中：---切削力折算至電機(jī)力矩（) </p><p>　　---最大切削力（N）</p><p>　?。?）負(fù)載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　式中： ---帶載起動頻率（Hz）</p>&

49、lt;p><b>　　---空載起動頻率</b></p><p>　　---起動頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（)</p><p>　　若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按進(jìn)行估算。</p><p>　　（5）運(yùn)行的最高頻率與升速時間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載，并留有足

50、夠的余量。</p><p>　?。?）負(fù)載力矩和最大靜力矩。負(fù)載力矩可按式（2.5）和式（2.6）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于與之和，并留有余量。一般來說，與之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4) 。</p><p>　　把絲杠測量儀工作臺部分的參數(shù)和任務(wù)書中給定的數(shù)據(jù)代入式（2.1）至式（2.7）中的部分公式，可計(jì)算出絲杠測量儀工作臺部分的步進(jìn)電機(jī)的空載起動頻率

51、約為21.3KHz，靜轉(zhuǎn)矩約為19.5，轉(zhuǎn)動慣量約為15。</p><p>　　經(jīng)查詢表2.2永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·BYG/HB MOTORS110BYG2、3相各種型號的技術(shù)參數(shù)以及參考圖2.2永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)·BYG/HB MOTORS110BYG2、3相各種型號的矩頻特性可知，絲杠測量儀工作臺部分應(yīng)當(dāng)選擇110BYG2602型號的步進(jìn)電動機(jī)[12]。</p><p

52、>　　2.1.6 110BYG2602型電機(jī)的接線圖及外形結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　圖2.3 110BYG2602型電機(jī)的接線圖</p><p>　　圖2.4 110BYG2602型電機(jī)的外形結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表2.3 110BYG2602型電機(jī)的外形安裝尺寸</p><p>　　圖2.5 110BYG2602型

53、電機(jī)的三維結(jié)構(gòu)視圖</p><p>　　2.2 絲杠測量儀工作臺部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 絲杠測量儀工作臺部分各部件的形狀及參數(shù)</p><p>　?。?） 螺釘?shù)倪x擇</p><p>　　絲杠測量儀工作臺部分的連接方式主要以螺釘為主，連接中將大多采用M8的螺釘，數(shù)量為42個，標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)六角螺釘GB/T70.1-20

54、00。</p><p>　　圖2.6 內(nèi)六角螺釘GB/T70.1-2000三維結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　用來固定工作平臺的是M9內(nèi)六角螺釘，數(shù)量為4個，具體結(jié)構(gòu)于圖2.6中的內(nèi)六角螺釘GB/T70.1-2000相似。</p><p>　?。?） 螺母的選擇</p><p>　　絲杠測量儀工作臺部分所使用的螺母主要是圓螺母GB/T812-

55、1988。其中，M20的圓螺母四個。如下圖：</p><p>　　圖2.7 M20圓螺母GB/T812-1988</p><p>　?。?） 墊片的選擇</p><p>　?。╝）圓螺母止推墊片和圓螺母配合使用的標(biāo)準(zhǔn)件，主要用于固定作用，止推片的作用就是防止圓螺母松動。絲杠測量儀工作臺部分所使用的圓螺母止推墊片共兩個，它與圓螺母一起分別固定在絲杠兩端，起到了固定

56、軸承的重要作用。材料選用45號鋼。圖2.8為M20圓螺母止推墊片GB/T858-1988的三維結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖2.8 M20圓螺母止推墊片GB/T858-1988</p><p>　　(b)絲杠測量儀工作臺部分在使用2個M20圓螺母止推墊片起固定作用時，同時還使用一個M25的平墊片GB/97.2-2002，用于雙絲杠螺母副的連接。材料則選用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼。</p

57、><p>　　圖2.9 M25的平墊片GB/97.2-2002</p><p>　　(c)絲杠測量儀工作臺部分所使用的其他墊片還有：</p><p>　　M9的普通墊片4個，材料為45號鋼。</p><p><b>　　橡膠墊片2個。</b></p><p>　?。?）絲杠測量儀工作臺部分傳動絲杠以

58、及螺母副的選擇</p><p>　　(a)絲杠測量儀工作臺部分的絲杠主要作用是通過聯(lián)軸器與電機(jī)鏈接，利用自身的轉(zhuǎn)動來帶動工作臺部分沿導(dǎo)軌移動，從而達(dá)到測量的目的。絲杠的型號為FL4006-1130。</p><p>　　圖2.10 FL4006-1130型絲杠</p><p>　　(b)為了消除間隙，避免在往復(fù)傳動時會產(chǎn)生誤差，滾珠絲杠雙螺母通過將兩列滾珠預(yù)先收緊

59、，把螺紋間隙消除，提高傳動精度。因此，本絲杠測量儀工作臺傳動部分采用雙螺母預(yù)緊。型號為FL4006。</p><p>　　圖2.11 滾珠絲杠螺母副FL4006</p><p>　　(c)將圖2.10與2.11所示的絲杠FL4006-1130、螺母副FL4006以及M25的平墊片GB/97.2-2002進(jìn)行裝配，可以組成一個完整的絲杠測量儀工作臺的傳動機(jī)構(gòu)。如圖2.12所示：</p

60、><p>　　圖2.12 絲杠與螺母副的裝配圖</p><p><b>　?。?）軸承的選擇</b></p><p>　　圓錐滾子軸承主要承受以徑向?yàn)橹鞯膹?、軸向聯(lián)合載荷。軸承承載能力取決于外圈的滾道角度，角度越大承載能力越大。該類軸承屬分離型軸承，根據(jù)軸承中滾動體的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承。單列圓錐滾子軸承游隙需用戶在安裝時調(diào)整；雙

61、列和四列圓錐滾子軸承游隙已在產(chǎn)品出廠時依據(jù)用戶要求給定，不須用戶調(diào)整。</p><p>　　單列圓錐滾子軸承有一個外圈，其內(nèi)圈和一組錐形滾子由筐形保持架包羅成的一個內(nèi)圈組件。外圈可以和內(nèi)圈組件分離，按照ISO圓錐滾子軸承外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，任何一個標(biāo)準(zhǔn)型號的圓錐滾子軸承外圈或內(nèi)圈組件應(yīng)能和同型號外圈或內(nèi)圈組件實(shí)現(xiàn)國際性互換。即同型號的外圈除外部尺寸、公差需符合ISO492（GB307）規(guī)定外，內(nèi)圈組件的圓錐角、組

62、件錐體直徑等也必須符合互換的有關(guān)規(guī)定。通常，單列圓錐滾子軸承外圈滾道的圓錐角在10°～19°之前，能夠同時承受軸承向載荷和徑向載荷的聯(lián)合作用。錐角愈大，承受軸向載荷的能力也愈大。大圓錐角的軸承，后置代號加B，錐角在25°～29°之間，它可承受較大的軸向載荷。另外，單列圓錐滾子軸承可以在安裝過程中調(diào)整游隙的大小。 </p><p>　　雙列圓錐滾子軸承的外圈（或內(nèi)圈）是一個整

63、體。兩個內(nèi)圈（或外圈）小端面相近，中間有隔圈，游隙是靠隔圈的厚薄來調(diào)整的， 也可用隔圈的厚薄來調(diào)整雙列圓錐滾子軸承的預(yù)過盈[13]。</p><p>　　因此，絲杠測量儀工作臺部分絲杠軸承應(yīng)當(dāng)采用M20的圓錐滾子軸承30204。如圖2.13所示為軸承30204的實(shí)物圖：</p><p>　　圖2.13 軸承30204實(shí)物圖</p><p><b>　　（

64、6）銷的選擇</b></p><p>　　圓錐銷具有1：50的錐度，自鎖性好，定位精度高，安裝方便，多次裝拆對定位精度的影響較小，主要用于定位，也可用作聯(lián)接銷，銷孔需鉸制。因此，本設(shè)計(jì)中的雙絲杠螺母副的連接和定位應(yīng)當(dāng)選用圓錐銷GB/T117-2000，數(shù)量為2個。</p><p>　　圖2.14 圓錐銷GB/T117-2000</p><p><

65、b>　?。?）減速器的選擇</b></p><p>　　絲杠測量儀工作臺部分選用JB/T8853減速器，以便更好的控制工作臺德移動和精度。</p><p>　　（8）絲杠測量儀工作臺部分所使用的零件、標(biāo)準(zhǔn)及其材料總攬見下表</p><p>　　表2.4 工作臺部分零件總攬表</p><p>　　2.3 絲杠測量儀工作臺部

66、分的技術(shù)要求</p><p>　?。?）安裝后應(yīng)使減速器輸出軸的中心線與滾珠絲杠中心線保持一致。</p><p>　?。?）絲杠轉(zhuǎn)動應(yīng)平穩(wěn)輕快，無阻滯現(xiàn)象。</p><p>　　（3）滾珠絲杠采用雙螺母預(yù)緊，其預(yù)緊力約為最大軸向力的1/3。</p><p>　?。?）調(diào)整各運(yùn)動部件應(yīng)盡量消除間隙，并保證運(yùn)行輕便。</p><

67、;p>　?。?）裝卸滾珠絲杠時不可用力過大，以免損壞螺母。</p><p>　　3 絲杠測量儀測量架部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 渦輪蝸桿的選擇</p><p>　　3.1.1 渦輪蝸桿</p><p><b>　　（1）用途： </b></p><p>　　蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)常用

68、來傳遞兩交錯軸之間的運(yùn)動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條,蝸桿又與螺桿形狀相似。</p><p><b>　　（2）基本參數(shù)： </b></p><p>　　模數(shù)m、壓力角、蝸桿直徑系數(shù)q、導(dǎo)程角、蝸桿頭數(shù) 、蝸輪齒數(shù)、齒頂高系數(shù)（取1）及頂隙系數(shù)（取0.2）。其中，模數(shù)m和壓力角是指蝸桿軸面的模數(shù)和壓力角，亦即蝸輪端面的模數(shù)和壓力角，且均為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸

69、桿直徑系數(shù)q為蝸桿分度圓直徑與其模數(shù)m的比值。</p><p>　　（3）蝸輪蝸桿正確嚙合的條件 </p><p>　?。╝）中間平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的模數(shù)和壓力角分別相等，即蝸輪的端面模數(shù)等于蝸桿的軸面模數(shù)且為標(biāo)準(zhǔn)值；蝸輪的端面壓力角應(yīng)等于蝸桿的軸面壓力角且為標(biāo)準(zhǔn)值。</p><p>　?。╞）當(dāng)蝸輪蝸桿的交錯角為時，還需保證，而且蝸輪與蝸桿螺旋線旋向必須相同。<

70、;/p><p>　?。?）幾何尺寸計(jì)算與圓柱齒輪基本相同，需注意的幾個問題是： </p><p>　?。╝）蝸桿導(dǎo)程角是蝸桿分度圓柱上螺旋線的切線與蝸桿端面之間的夾角,與螺桿螺旋角的關(guān)系為，蝸輪的螺旋角，大則傳動效率高，當(dāng)小于嚙合齒間當(dāng)量摩擦角時，機(jī)構(gòu)自鎖。 </p><p>　?。╞）引入蝸桿直徑系數(shù)q是為了限制蝸輪滾刀的數(shù)目，使蝸桿分度圓直徑進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化m一定時，q

71、大則大，蝸桿軸的剛度及強(qiáng)度相應(yīng)增大；一定時，q小則導(dǎo)程角增大，傳動效率相應(yīng)提高。 </p><p>　?。╟）蝸桿頭數(shù)推薦值為1、2、4、6，當(dāng)取小值時，其傳動比大，且具有自鎖性；當(dāng)取大值時，傳動效率高。 </p><p>　　（d）蝸桿蝸輪傳動中蝸輪轉(zhuǎn)向的判定方法，可根據(jù)嚙合點(diǎn)K處方向、方向（平行于螺旋線的切線）及應(yīng)垂直于蝸輪軸線畫速度矢量三角形來判定；也可用“右旋蝸桿左手握，左旋蝸桿右

72、手握，四指拇指”來判定[14]。</p><p>　?。?）蝸輪及蝸桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) </p><p>　　（a）可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu)緊湊 </p><p>　?。╞）兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機(jī)構(gòu) </p><p>　?。╟）蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小 </

73、p><p>　?。╠）具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在其重機(jī)械中使用的自鎖蝸桿機(jī)構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護(hù)作用。</p><p>　　（e）傳動效率較低，磨損較嚴(yán)重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴(yán)重、發(fā)熱嚴(yán)重，為了

74、散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高 </p><p>　?。╢）蝸桿軸向力較大</p><p>　　3.1.2 渦輪蝸桿的分類</p><p>　　根據(jù)蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動可以分為圓柱蝸桿傳動，環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動等。本次測量架部分的設(shè)計(jì)所使用的是圓柱蝸桿傳動，所以下面就介紹一下圓柱蝸桿的種類和特點(diǎn)[

75、15]：</p><p>　　圓柱蝸桿傳動包括普通圓柱蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動兩類。</p><p>　?。?）普通圓柱蝸桿傳動如下：</p><p>　　（a）阿基米德圓柱蝸桿（ZA型）</p><p>　　圖3.1 阿基米德圓柱蝸桿加工情況　</p><p>　　特點(diǎn)和應(yīng)用：車制，車刀刀刃平面通過蝸桿軸線，這種

76、蝸桿在軸向剖面A-A上具有直線齒廓，法向剖面N-N上齒廓為外凸曲線；而端面上的齒廓曲線為阿基米德螺旋線。磨削時砂輪需經(jīng)修正，才能磨出正確的齒廓。這種加工方便，應(yīng)用廣泛。但導(dǎo)程角大時加工困難，齒面磨損較快。因此，一般用于頭數(shù)較少，載荷較小、低速或不太重要的傳動。</p><p>　　效率：0.5～0.8（自鎖時蝸桿傳動0.4～0.45）</p><p>　　(b)漸開線圓柱蝸桿（ZI型）&l

77、t;/p><p>　　圖3.2 漸開線圓柱蝸桿加工情況</p><p>　　特點(diǎn)和應(yīng)用：一般車制，車刀刀刃平面與基圓相切，被切出的蝸桿齒面是漸開線螺旋面，端面齒廓為漸開線。這種蝸桿可以磨削，加工精度容易保證，傳動效率高。一般用于蝸桿頭數(shù)較多（3頭以上），轉(zhuǎn)速較高和要求較精密的傳動，如滾齒機(jī)、磨齒機(jī)上的精密蝸桿副等。</p><p><b>　　效率：可達(dá)0.

78、9</b></p><p>　　(c)法向直廓蝸桿（ZN型）</p><p>　　圖3.3 法向直廓蝸桿加工情況</p><p>　　特點(diǎn)和應(yīng)用：亦稱延伸漸開線蝸桿，車制時刀刃平面放在螺旋線的發(fā)面上，蝸桿在剖面N-N上具有直線齒廓，在端面上為延伸漸開線齒廓。用單刀切制的蝸桿，齒槽在法向剖面上具有對稱的直線齒廓（圖a）；用雙刀切出的螺牙在法向剖面上具有對

79、稱的直線齒廓（圖b）。這種蝸桿可用砂輪磨齒（圖c），加工較簡單。常用來做機(jī)床的多頭精密蝸桿副。</p><p><b>　　效率：可達(dá)0.9</b></p><p>　　(d）錐面包絡(luò)圓柱蝸桿（ZK型）</p><p>　　圖3.4 錐面包絡(luò)圓柱蝸桿加工情況</p><p>　　特點(diǎn)和應(yīng)用：蝸桿螺旋面由錐面盤狀銑刀或砂

80、輪包絡(luò)而成。包絡(luò)形成的螺旋面是非線性的。齒廓在各個截面均呈曲線狀。由于錐形盤狀銑刀的成形是直線，刀具是易于制造、刃磨、修整及檢驗(yàn)，也使蝸桿的磨削及相應(yīng)渦輪滾刀的磨削較容易。</p><p><b>　　效率：可達(dá)0.9</b></p><p>　　(e)圓弧圓柱蝸桿（ZC型）</p><p>　　圖3.5 圓弧圓柱蝸桿加工情況</p&g

81、t;<p>　　特點(diǎn)和應(yīng)用：蝸桿齒面一般為凹面的圓柱蝸桿。是用凸圓弧刃的工具加工而成稱為齒形C。若是用圓環(huán)面砂輪作工具，與蝸桿作螺旋運(yùn)動，砂輪軸線與蝸桿軸線的交角等于蝸桿的導(dǎo)程角，這種蝸桿的齒形稱為齒形（圖a）；若，其齒形稱為齒形，如果蝸桿齒面是由蝸桿軸平面上圓弧形車刀車出來的，這種齒形稱為齒形（圖b）。這種傳動具有承載能力大，效率高的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.1.3 渦輪蝸桿的具體選擇&l

82、t;/p><p>　　（1）普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與渦輪參數(shù)的匹配如下表：</p><p>　　表3.1 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與渦輪參數(shù)的匹配</p><p>　?。?）由于測量架支撐軸安裝渦輪位置的軸徑為30mm，則查表可知，第一種情況下，渦輪蝸桿中心距為40mm，且蝸桿分度圓直徑為18mm，可知渦輪的分度圓半徑為31mm，遠(yuǎn)大于軸半徑15mm，因

83、此符合要求。那么，絲杠測量儀測量架本部分控制轉(zhuǎn)向的渦輪蝸桿就采用第一種情況的數(shù)據(jù)。</p><p>　　上表中的已知數(shù)據(jù)為中心距=40mm；模數(shù)=18mm；分度圓直徑=18mm；=18；蝸桿頭數(shù)=1；直徑系數(shù)=18.00；分度圓導(dǎo)程角=；渦輪齒數(shù)=62；變位系數(shù)=0；蝸桿齒高=4mm；蝸桿的齒形角=。</p><p><b>　　(a)蝸桿軸向齒距</b></p

84、><p>　　= （3.1）</p><p>　　式中：---模數(shù)（mm）</p><p>　　則由式（3.1）得=mm</p><p>　　(b)蝸桿齒頂圓直徑</p><p>　　=+ （3.2）</p><p&g

85、t;　　式中：---蝸桿齒頂高（mm）</p><p>　　則由公式（3.2）得=18+4=22mm</p><p>　　(c)蝸桿齒根圓直徑</p><p>　　=- （3.3）</p><p>　　式中：---蝸桿齒根高（mm）</p><p>　　則公式（3.3）得=18-4

86、=14mm</p><p><b>　　(d)蝸桿齒寬</b></p><p>　　(11+0.06)m （3.4）</p><p>　　則由公式得14.72mm</p><p>　　(e)渦輪分度圓直徑</p><p><b>　?。?.5）&

87、lt;/b></p><p>　　則由公式（3.5）得=62mm</p><p><b>　　(f)渦輪喉圓直徑</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中：---渦輪齒頂高</p><p>　　則由公式（3.6）得=62+4=66

88、mm</p><p>　　(g)渦輪齒根圓直徑</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　式中：---渦輪齒根高</p><p>　　則由公式（3.7）得=62-4=58mm</p><p>　　(h)渦輪咽喉母圓半徑</p><p><b&

89、gt;　　（3.8）</b></p><p>　　則由公式（3.8）得=40-32=8mm</p><p><b>　　(i)蝸桿軸向齒厚</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　則由公式（3.9）得=mm</p><p>　　

90、由上述公式計(jì)算出的渦輪蝸桿的參數(shù)和基本幾何尺寸就是絲杠測量儀測量架部分所使用的渦輪蝸桿的實(shí)際尺寸。經(jīng)過實(shí)際的作圖和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)安裝可以準(zhǔn)確進(jìn)行。</p><p>　　3.1.4 渦輪蝸桿的自鎖與選材</p><p>　　蝸輪蝸桿自鎖性能只和螺旋角（導(dǎo)程角）和蝸輪副摩擦系數(shù)有關(guān)，摩擦系數(shù)又和材料及蝸輪副粗糙度有關(guān)，以蝸桿45鋼調(diào)質(zhì)、齒部滲碳淬火，蝸輪QAl9-4（鑄造鋁青銅）為例：</

91、p><p>　　(1).蝸輪副摩擦系數(shù)為0.6時，螺旋角（導(dǎo)程角）<3度29分11秒時蝸輪蝸桿自鎖，反之不自鎖；</p><p>　　(2).蝸輪副摩擦系數(shù)為0.7時，螺旋角（導(dǎo)程角）<4度03分57秒時蝸輪蝸桿自鎖，反之不自鎖；</p><p>　　(3).蝸輪副摩擦系數(shù)為0.8時，螺旋角（導(dǎo)程角）<4度38分39秒時蝸輪蝸桿自鎖，反之不自鎖。<

92、;/p><p>　　以上自鎖性能為靜態(tài)下。</p><p>　　因此，絲杠測量儀測量架部分的轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿的材料選用蝸桿45鋼調(diào)質(zhì)、齒部滲碳淬火，蝸輪QAl9-4（鑄造鋁青銅），摩擦系數(shù)選擇0.6。又由于所選的渦輪蝸桿的導(dǎo)程角為<3度29分11秒，則所選擇的渦輪蝸桿具有自鎖性，能夠在控制測量架轉(zhuǎn)向的過程中實(shí)現(xiàn)自鎖，保證了測量精度。</p><p>　　3.2 測量

93、架部分其他零部件的選擇</p><p>　　3.2.1 支撐軸的設(shè)計(jì)</p><p>　　絲杠測量儀測量架部分的支撐軸的下部需要依靠螺母與推力球軸承固定，故下部需要有與M20的圓螺母配合的螺紋。在軸的中段需要有與渦輪配合連接的凸榫，在上部與測量架工作臺部分有凹槽相配合。圓鍵用來定心，方鍵用來定位，這樣就可以保證測量架工作臺的定位。具體的外形如下圖：</p><p>

94、;　　圖3.6 支撐軸外形結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.2 測量架部分零部件的總攬</p><p>　　表3.2 測量架部分零部件的總攬表</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　到這里，本次設(shè)計(jì)已經(jīng)基本結(jié)束了。在本次設(shè)計(jì)中，我通過周老師的指導(dǎo)對絲杠測量儀工作臺的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于我自己

95、理解的獨(dú)立設(shè)計(jì)。</p><p>　　在工作臺部分，我利用步進(jìn)電動機(jī)作為工作臺的驅(qū)動，并通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接。絲杠上的螺母副采用雙螺母預(yù)警，并通過螺母座將螺母的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為工作臺的運(yùn)動。滾珠絲杠上架有圓錐滾子軸承，用來承擔(dān)軸向上的力。工作臺在長為2.5m的燕尾導(dǎo)軌上滑動，帶動測量家移動。</p><p>　　在測量架部分，利用從工作臺上通過推力球軸承延伸出的支撐軸來支撐測量架上的工作臺，

96、推力球軸承采用凸臺固定。在支撐軸上裝有渦輪，并且在工作平臺上架有軸承架來支撐蝸桿。我們可以通過對蝸桿的轉(zhuǎn)動來控制測量架角度的改變，由于我所設(shè)計(jì)蝸桿的導(dǎo)程角為，可以自鎖。因此測量架不會隨便轉(zhuǎn)動，影響精度。在測量架上的工作臺則采用與工作臺部分相似的結(jié)構(gòu)，使它可以通過絲杠來向單方向進(jìn)給，在實(shí)際中可以通過它將被測絲杠退出光柵，將絲杠拆卸下來。</p><p><b>　　結(jié) 束 語</b></

97、p><p>　　通過好幾個月的忙碌，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲了。通過我的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)也基本達(dá)到了我想要的效果，使我感到了一種莫名的成就感。但是由于能力有限，還是有很多缺陷的?？墒牵矣謸Q了一種方式思考了下：有的時候去做一件事情，結(jié)果不一定是最重要的，重要的是在做的過程中學(xué)到了什么東西。我就是用這樣的方法來安慰自己。</p><p>　　我大學(xué)生涯所做的最后一次大作業(yè)就是畢業(yè)設(shè)計(jì)了。想借此機(jī)會來

98、感謝四年以來所有幫助過我的老師和有同學(xué)，你們是我人生中的巨大收獲，我的成長不能缺少你們的幫助。周建平老師是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師，雖然我們是因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)才認(rèn)識的，但是他在對我在畢業(yè)設(shè)計(jì)時的幫助是十分巨大的，不厭其煩的給我指導(dǎo)。在這里，我要特意向周老師表示感謝。</p><p>　　大學(xué)的生活即將離我而去，但我卻敢說出這句話：“我曾經(jīng)上過大學(xué)?！痹诖髮W(xué)的四年里，時間是不能衡量它給我的影響的，這四年來，我經(jīng)歷過的所有事

99、，所有人，都將是我以后記憶最重要的一部分，指導(dǎo)著我以后的道路。現(xiàn)在我就要離開學(xué)校了，踏上工作的崗位，這是我人生的新起點(diǎn)，在這里我要祝福在大學(xué)里跟我共同度過的老師和同學(xué)們，永遠(yuǎn)開心，未來在等待著我們。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)包括了外文翻譯、開題報告、具體設(shè)計(jì)與制圖、論文的撰寫等工作。均得到了老師、同學(xué)和朋友的大力支

100、持。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在周建平教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。他以其淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心，給我的學(xué)習(xí)、生活以很大的影響，使我終生難忘，并將永遠(yuǎn)激勵我奮發(fā)向上。周老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的知識，敏銳的洞察力和孜孜不倦的教導(dǎo)使我受益非淺。在他的細(xì)心幫助下，我少出很多的錯誤，少走很多的彎路。值此畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向敬愛的周建平老師表示衷心的感謝！</p&g

101、t;<p>　　最后還要感謝我的母校對我的大力栽培,感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我打下了機(jī)械專業(yè)知識的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，正是因?yàn)橛辛诉@些專業(yè)知識才使這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李巖，花國梁.精密測量技術(shù)[M]. 北京：中國計(jì)量出版社，2001.</p><p>

102、;　　[2] 徐祥和，賈方，張志勝.電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 南京：東南大學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[3] 程光仁，施祖康，張超鵬.滾珠螺旋傳動設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.</p><p>　　[4] 黃祖堯.國外滾珠絲杠副的精度性能檢測動向[J]. 機(jī)床，1985（11）：37～39.</p><p>　　[5] 焦?jié)?/p>

103、，肖正義.滾珠絲杠副綜合測試技術(shù)[J]. MC現(xiàn)代零件.2004(6):38～40.</p><p>　　[6] 喻忠志.我國滾動功能部件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析[J]. 制造部件與機(jī)床2004年第4 期:92～94.</p><p>　　[7] 劉曉慧，宋現(xiàn)春.滾珠絲杠副摩擦力矩影響因素及測試方法研究[G]. 工程技術(shù)2006年第40卷N0.6: 59～61.</p><p&g

104、t;　　[8] 王兆坦，劉憲銀，滿海彬，宋現(xiàn)春，于復(fù)生.高速精密滾珠絲杠副性能試驗(yàn)簡介[J]. WMEM第6期.2006(12):75～78.</p><p>　　[9] 陳柯行，王剛.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的發(fā)展與研究[J]. 航空計(jì)測技術(shù).2003年第23卷第6期:5～7. </p><p>　　[10] 金遠(yuǎn)強(qiáng)，楊樂民，劉麗華，李鵬生.數(shù)字式光柵轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)的研究[J]. 哈爾濱師范大學(xué)自然

105、科學(xué)學(xué)報，2005年第21卷第4期:47～50.</p><p>　　[11] 張風(fēng)生，徐松柳，張光輝.光電式轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù). 2001年第4期:11～13.</p><p>　　[12] 宋延陵.絲杠磨削在線動態(tài)測量系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2004.</p><p>　　[13] 程丹.HJY-012 五米激光滾珠絲杠（副）動態(tài)

106、測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2005.</p><p>　　[14] Dr.-Ing Jan Braash.機(jī)床直線運(yùn)動的位置測量方法——應(yīng)用直線光柵尺直接測量或滾珠絲杠聯(lián)結(jié)編碼器間接測量方法的比較[J]. WMEM第2期.2004(4):46～49.</p><p>　　[15] 喻步賢,殷愛華,馮虎田,韓軍.滾珠絲杠導(dǎo)程誤差計(jì)算機(jī)輔助動態(tài)測量系統(tǒng)的研制[J]. 機(jī)械制造4