台视显微镜的传动系统设计书

1 台视显微镜的传动系统设计书 一、传动方案拟定 一 1 各种传动机构的比较 （一）齿轮传动机构 齿轮传动是一种啮合传动。 传动比： i=n2/z1/ 齿轮传动分类： 1、两轴平行的齿轮机构。 2、两轴不平行的齿轮机构。 主要优点： (1)传递运动可靠，瞬时传动比恒定 ; (2)适用的载荷和速度范围大。 (3)使用效率高，寿命长，结构紧凑，外尺寸小 ; (4)可传递空间任意配置的两轴之间的运动。 主要缺点： (1)与螺旋传动、带传动相比，振动和噪声大，不可无级调 速 ; (2)传动轴之间距离不可过大 ; (3)加工复杂，制造成本高。 轮系的分类： 1、定轴轮系。 2、周转轮系。 定轴轮系：轮系转动时，各齿轮轴线的位置都是固定不变的。 2 周转轮系：轮系运转时其中至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一齿轮的几何轴线转动的轮系。周转轮系又分为差动轮系和行星轮系。差动轮系是两个中心轮都转动。 行星轮系是一个中心轮固定不转。 混合轮系即有定轴轮系又有周转轮系的齿轮传动。 轮系的功用： (1)可以实现大的传动比 ; (2)可以实现较远两轴传动 ; (3)从 动轴可以获得几种不同传动比 ; (4)通过改变齿轮数可以得到从动轴不同转向 ; (5)实现运动的合成和分解。 （二）链传动机构 组成：主、从动链轮、链条。 功用：传递运动和动力。 传动比 i=n2/n1=z1/ 由上式得出：链传动的传动比与和链轮齿数成反比。 与带传动、齿轮传动相比： 1、优点 : (1)与带传动相比平均传动比准确，传动功率大，轮廓尺寸小。 (2)与齿轮传动相比，传动中心距大。 (3)能在低速重在、高温环境恶略条件下工作。 (4)效率高，最大可达 3 2、 缺点 : (1)不能保持恒定的瞬时传动比 ; (2)链单位长度重量大，引起噪声。急速反向性能差，不能由于高速。 （三）蜗杆传动机构 蜗杆传动机构是啮合传动，传递运动和动力。 主要参数：蜗杆线数 k、轴向模数、轴向压力角 ;蜗轮齿数 z、端面模数、端面压力角 ;旋向。 传动比 i=n2/n1=k/z 蜗杆蜗轮正确啮合条件：蜗杆轴向模数、轴向压力角分别等于蜗轮端面模数和端面压力角。 主要特点： 1、降速效果好。 2、传动平稳。 3、有自锁作用 (在一定条件下 )。 4、效率低。 一般为 自锁时 （四）平面连杆机构 连杆机构是用铰链、滑道方式，将构件相互联接成的机构，用以实现运动变换和传递动力。 平面连杆机构中各构件都是杆状，所以统称为连杆机构。或四杆机构。破碎机破碎机构为曲柄摇杆机构。为方便起见，只画出能表达其运动特性的简图，称为机构运动简图。 四杆机构分类：曲柄摇杆机构 ;双曲柄机构 ;双摇杆机构。 4 应用：牛头刨床进给机构简图。是曲柄为主动件。缝纫机的驱动机构，是摇杆作主动件。 当 摇杆无限长时， C 点作直线运动，就演变成曲柄滑块机构，滑块移动范围是两倍曲柄长度。 （五）凸轮机构 凸轮机构功用：将凸轮的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动。 分类： 1、平板凸轮。 2、移动凸轮。 3、圆柱凸轮。 特点：机构简单，紧凑 ;容易磨损，多用于传递动力不大的控制机构和调节机构。 （六）间歇运动机构 间歇运动机构是将主动件连续的运动转变为运作 停止 动作的机构。 分类： 1、棘轮机构：连续的旋转运动变成棘轮的间歇运动。 2、槽轮机构：拨盘 1 连续的转动变成槽轮的间歇运动 。应用如电影放映机。 （七）传动链的传动比及效率 各种传动副连接成为传递运动和动力的系统叫传动链。每条传动链有首端件和末端件。按一定规律组成就是传动比。 总传动比 i 总 = i1 i2 i3 i4 总传动效率是各个轴间的传动效率乘积。 5 一 2 丝杠螺母传动特点 本次设计根据实际需求。主要设计其机械传动部分，为此我们选用丝杠螺母传动，是因为是在所有机械传动机构中丝杠螺母使用的最多， 相对于其他机械传动机构，丝杠螺母传动具有以下特点： 1、能够自锁 2、传动比范围大，可用于减速或增速。 3、 滑动丝杠螺母机构结构简单 4、滑动丝杠螺母机构结构简单 5、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大。 6、传动效率高 (92 98 )。 7、精度高，系统刚度好。 8、运动具有可逆性，使用寿命长。 基于以上特点，本次 3 种预订设计方案均采用丝杠螺母传动。 3 种传动方案如下： 方案 1：粗调采用 直齿锥齿轮传动机构 加丝杠螺母加手轮手动调整。 微调采用扇形齿传动 加手轮手动调整。 方案 2： 粗调选用滑动螺旋齿轮加手轮手动调整。 微调选用滑动螺旋齿轮 传动 加手轮手动调整。 方案 3：粗调采用圆柱斜齿轮传动 加手轮手动调整。 微调采用圆柱直齿轮传动加手轮手动调整。 6 一 3 传动方案的比较 方案一： 直齿锥齿轮传动机构 加丝杠螺母加手轮手动调整。 锥 齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动 ,两轴交角 S 称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用 90。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。 用于相交轴间的传动。单级传动比可到 6，最大到 8，传动效率一 般为 齿锥齿轮传动传递功率可到 370千瓦，圆周速度 5米秒。斜齿锥齿轮传动运转平稳， 齿轮承载能力 较高，但制造较难，应用较少。 曲线齿锥齿轮 传动运转平稳，传递功率可到 3700千瓦， 圆周速度可到 40 米秒以上。 由于这些特点，对应于圆柱齿轮中的各有关 圆柱 在锥齿轮中就变成了 圆锥 ，如分度锥、节锥、基锥、 7 齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点 ,本设计采用 S=90的标准直齿锥齿轮传动。 由图可知，其轴交线为 90，最常用，制造容易，成本低，对安装误差和变形很明感，多用于低速、轻载而稳定的传动。 方案二： 滑动螺旋齿轮加手轮手动调整 螺旋齿轮（ 螺旋齿轮传动 是由两个 斜齿轮 相啮合组成的，是用来传递空间两相错轴之间的运动。它的螺旋向可改变中心距， 传动比 ，转向可由螺旋转变化改变 3 磨损块 4 点接触 5 轴向力 小。 过两分度圆的切点作两分度圆柱的公切面 ,两轮轴线在该平面上投影的夹角称为轴交角 33当两轮的螺旋角 1、 2 方向相同时 ,|33|1| |2|；当两轮的螺旋角方向相反时， |33| |1|-|2|。配对的螺旋 齿轮传动 ，其法面模数必须相等。螺旋角不相等 ,则它们的端面模数不相等。与平行轴间的圆柱齿轮传动一样，这种传动的传动比等于两轮齿数之反比。由于齿间的滑动速度往往很大，传动效率低，磨损快；两齿面是点接触， 接触应力 较大 ,故承载能力差 ,寿命较短。因此，螺旋齿轮传动仅用于传递运动或很小的动力。螺旋齿轮的啮合条件是法面模数和法面压力角相等，在传动过程中由于沿齿向和齿宽方向都有相对滑动，故传动效率低，磨损快 ，常用于仪表和在和不大的辅助传动中。 8 螺旋齿轮传动特点： 1、 螺旋齿轮 结合国际技术要求制造，具有很高的科技含量。 2、节省空间，可靠耐用，承受过载能力高，功率可达 200 3、能耗低，性能优越， 减速电机 效率高达 95%以上。 4、振动小，噪音低，节能高。 5、选用优质段钢材料，齿轮表面经过高频热处理。 6、经过精密加工，构成了 斜齿轮 、 伞齿轮 、锥齿轮传动总成的减速机配置各种类电机，形成机电一体化，完全保证了产 品使用质量特征。 7、但其在双向转动时，易产生齿侧间隙误差，影响传动精度。 方案三：圆柱斜齿轮 加手轮手动调整 用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到 8,最大 20，两级可到 45,最大 60，三级 可到 200，最大 300。传递功率可到 10万千瓦 ,转速可到 10万转分， 圆周速度 可到 300米 /秒。单级效率为 齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有 3 种 :外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两 轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。 滚珠丝杠螺母传动的主要特点是： 9 1、传动的速度和功率范围很大，传动效率高，一队齿轮可达98%精度愈高，效率愈高。 2、不能自锁 4、 传动平稳、噪声小，其应用非常广泛。 5、制造比较麻烦。 一 4 方案确定 结合以上 3 种设计方案的优缺点和制作工艺，我们可以得出以下结论： 艺性较好，制作成本低。 ，其传递功率和传动比都符合本次设计的各项要求；且功率大、传动平稳。 种传动， 装配和维修比较简单；易于进行精确加工。 重合度大，降低了载荷集中。 于初学者进行设计和校核。 经过以上分析，本次课设选用 直齿锥齿轮传动机构 加丝杠螺母加手轮手动调整。 二、传动距离及丝杠直径的设计 二、 1、丝杠螺母的传动形式 10 二、 11 针对特定的使用条件，选择最佳螺纹时有三个因素需要考虑 螺纹牙型、螺纹系列和螺纹配合等级。 精密丝杠螺母传动，常用的螺纹牙型有 60的普通工制螺纹和牙型角 30的梯型螺纹两种，由于梯型螺纹比三角螺纹传动精度高，强度大，螺距大，故选择梯型螺纹 二、 常用的梯型螺纹螺距有 2、 3、 4、 5、 6精密仪器设备中，采用的公制螺纹螺距系列有 二、 （ 1） 由 螺距的选择可得丝杆直径为： 粗调丝杆： d=10微调丝杆 d=8（ 2） 螺纹中经小径大小 （参照下表）： 梯形螺纹基本尺寸 螺距 p 小径 径 距 p 小径 经 .5 5 6 7 12 4 8 : 表 (6) 由上表知：对粗调丝杠 。 0对微调丝杠 ： 一般而言：对整体式螺母：取 =对开式螺母：取 =螺母长度： H= 2 即：粗调丝杆： H=调丝杆： H= = 丝杆螺纹部分长度 L 的确定应满足： L 螺纹 =L 行程 +H。 13 因为调焦范围为 03002 所以： L 行程 =30H= 故： L 螺纹 =30+L 行程 =2H= ： L 螺纹 =2+ L螺纹 =2+结合实际情况：取 L 螺纹 =40 粗调 L 螺纹 =20 微调 （三） . 丝杆螺母机构传动精 度的评定指标。 （ 1） 螺距误差：即螺距实际值与理论值之差。 中经误差：螺杆和螺母在大径、小径和中径都会有 制造误差。 14 牙型半角误差：螺纹实际牙型半角与理论牙型半角之差。当螺纹牙型半角有差异时 而影响传动精度。 （ 2） 螺杆轴向窜动误差。 若螺杆轴肩的端面与轴 承的止推面不垂直于螺杆轴线而有 偏差。则当杆转动时将引起轴向窜动误 差。 最大轴向窜动误差为： m D 螺杆轴肩直径。 1 和 2 中较小者 （ 3） 基本参数 1）、 粗调丝杠参数 1、 1 粗调的传动比： d2/ (1)式 1、 2 螺母上升的高度： H= d2/ (2)式 由（ 1）（ 2）式得： H= 、 3 粗调手轮： （直锥齿轮改变传动方向） 15 可查阅标准值表 16 32 20 40 则 压力角 1= 2=20 粗调手轮 （大轮 ） 设为 20小格，每转动 18粗调 螺母 上升高度 h= 8 /360。 又传动范围为 30 则手轮每转过一小格，粗调螺母上升 即精度为 2） 微调丝杠 参数 微调传动比： d2/ (1)式 螺母上升的高度： H= d2/ (2)式 由（ 1）（ 2）式得： H= 微调手轮： 可查阅标准值表 16 48 20 60 则 压力角 1= 2=20 微 调手轮 (大轮） 设为 50小格，每转动 调螺母 上升高度 h= 60。微调范围为 2 则手轮每转过一小格，微 调螺母上升 即精度为 16 3)粗、微调的外部结构特点 粗调丝杠 长度为： 30 调丝杠 长度为： 4 满足粗调范围： 0 30 微调范围： 0 2 三、 误差 的主 要影响 制造和安装螺母传动装置时，不可避免地会 产生误差误差对传动带来以下三方面的 影响： 1、 相啮合的丝杠和螺母在一转范围内实际 转角与理论转角不一致，即影响传递运动的 准确性。 2、 瞬时传动比不能保持恒定不变，螺母在 17 一转范围内会出现多次重复的转速波动，将 引起振动、冲动和噪声 (高速传动中尤其严 重 )，即影响传动的平稳性。 3、 轴向误差使螺母上的载荷分布不均 匀， 4、 当传递较大转矩时，易引起早期损坏 即影响载荷分布的均匀性。 此外，考虑到丝杠螺母制造误差以及工作 螺母变形和受热膨胀，同时为了便于润滑， 需要有一定的轴侧间隙。 三、 2 螺母传动互换性的使用要求： 丝杠螺母传动是机器及仪器中常用的一种 18 机械传动形式，它广泛地用于传递运动和动 力。螺母传动的质量将影响到机器或仪器的 工作性能、承载能力、使用寿命和工作精度。 因此，现代工业中的各种机器和仪器对丝杠 螺母传动互换性的使用提出了多方面的要 求，归纳起来主要有四个方面： 1、传递运动 的准确性 丝杠螺母传动理论上应按设计规定的传动 比来传递运动，即丝杠转过一个角度时，螺 母应按传动比关系上升一个相应的高度。由 于丝杠螺母存在有加工误差和安装误差，实 19 际传动中要保持恒定的传动比是不可能的， 因而使得螺母的实际转角产生了转角误差。 传递运动的准确性就是要求丝杠在转一周 范围内，传动比的变化要小，其最大转角误 差应限制在一定范围内，以保证丝杠螺母传 动时，满足传动基本定律。机床的一些丝杠 螺母对传递运动准确性的精度较高。 2、传动的平稳性 丝杠任一瞬时传动比的变 化，将会使螺母 上移动速递不断变化，从而产生瞬时加速度 和惯性冲击力，引起传动中的冲击、振动和 20 噪声。传动的平稳性就是要求螺母在一转范 围内，多次重复的瞬时传动比要小，转角内 的最大转角误差要限制在一定范围内。千分 表、机床变速箱等对传动平稳性的要求较 高。 3、 载荷分布的均匀性 载荷分布的均匀性是指为了使丝杠螺母传 动有较高的承载能力和较长的使用寿命，要 求丝杠和螺母在传动时能较全面地接触，使 螺母面上的载荷分布均匀，避免载荷集中于 螺母面的一端而造成螺母折断。重型机械的 传动对 此比较偏重。 21 4、传动侧隙 在丝杠传动中，为了贮存润滑油，补偿 齿轮受力变形和热变形以及齿轮制造和安 装误差，齿轮相啮合轮齿的非工作面应留有 一定的齿侧间隙。否则齿轮传动过程中可能 会出现卡死或烧伤的现象。但该侧隙也不能 过大，尤其是对于经常需要正反转的传动齿 轮，侧隙过大，会产生空程，引起换向冲击。 因此应合理确定侧隙的数值。 为了保证齿轮传动具有较好的工作性能，对 22 上述四个方面均要有一定的要求。但用途和 工作条件不同的齿轮，对上述四方面应有不 同的侧重。 （ 1） 运动 精度：是指传递运动的准确性 为了保证丝杠传动的运动精度，应限制丝杠 一转中最大转角误差 i 。 （ 2）运动平稳性精度：要求螺母运转平稳， 没有冲击、振动和噪声。要限制一齿距角范 围内转角误差的最大值 （ 3）接触精度：要求丝杠螺母在接触过程 中，载荷分布要均匀，接触良好，以免引起 23 应力集中，造成局部磨损，影响使用寿命。 丝杠与螺母的间隙：在丝杠螺母传动过程 中，非接触面一定要有合理的间隙。一方面 为了贮存润滑油，一方面为了补偿螺母的制 造和变形误差。 根据齿轮精度要 求，把丝杠螺母的误差分成 影响传递准确性误差、影响运动平稳性误 差、影响载荷分布均匀性误差和影响侧隙的 误差。并相应提出精度评定指标。 设计小结 24 这次课程设计，由于理论知识的不足，再加这是我们第一次接触 课程设计，没有什么经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手，用了一周来查找资料，做各种准备。后来在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我有了眉目。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累，正向老师说得一样，机械类的课程设计没有那么简单，你想 者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，那样你根本学不到任何东西，因为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处。虽然面临种种困难，但我还是准时完成任务。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。 为期两周的台视显微镜的传动机构的课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西 ,领略到了理论联系时间的重要性 ,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制 ,最重要的还是自己作为一名工科学生最基础的动 25 手能力的一个锻炼。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，也是 对能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期