机械结构对系统的影响.doc

毕 业 论 文机械结构对系统的影响及其改善 学生姓名:系 (部):专 业:指导老师:2011年 月 日摘要机械结构是机电一体化的基础，一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械结构组成要素是系统的所有功能要素的机械支持结构。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。机械结构因素对机电一体化系统具有一定的影响,机械各个零部件的几何尺寸、安装误差等。直接影响着机电一体化系统的灵敏性、准确性、可靠性、稳定性。本文主要论述了齿轮、丝杠对系统的影响以及对齿轮、丝杠的改善措施。关键字：影响； 改善；措施；机械构件；abstract Mechanical structure is based, an integration of machinery mechatronics system in general by structural elements, dynamic elements, sports elements, perception elements, functions elements organically and five elements into. Mechanical structure elements are all the functional elements of the system of mechanical support structure. Mechanical technology with the point is how to adapt to mechatronics technology, using other high and new technology to update the concept, realization structure, material, performance variation on reducing weight, narrow, meet the size, improve the accuracy, improve the stiffness and improve performance requirements. Mechanical structural factors of mechatronics system has certain effect, all parts of mechanical geometry size, installation error, etc. Directly affect the electromechanical integration system sensitivity and accuracy, reliability and stability. This paper discusses the gear, screw on the system of gear, and influence of screw improvement measure. Key word: influence; Improvement; The measure; Mechanical components; 目录第一章 机械机构对系统的影响1.1 齿轮传动对系统的影响1.1.1齿轮的运动误差1.1.2 空回误差1.2 丝杠螺母对系统的影响1.2.1 丝杠螺母对系统的影响原因第二章 机械结构的改善设计2.1 齿轮传动机构减小空回误差的结构和措施2.1.1 调整中心距2.1.2 分片齿轮2.1.3 游丝消除齿轮侧隙2.1.4 用弹簧拉力使齿轮紧靠2.2 丝杠螺母机构提高精度的措施2.2.1消除或减小径向间隙2.2.2 减小或消除轴向间隙2.2.3 消除螺杆轴向跳动2.2.4 减小运动方向的偏斜2.2.5 采用误差补偿装置第三章 总结3.1 本文小结 总结致谢参考文献第一章机械机构对系统的影响1.1 齿轮1.1 齿轮传动对系统的影响1.1.1齿轮的运动误差传递运动的准确性即齿轮的运动误差，主要以齿轮的切向综合误差来衡量，他是被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面齿合时，在被测出轮转一周内，被测齿轮实际转角与理论转角之差，以分度圆的弧长计量。影响传递运动准确性的因素很多，根据产生的原因，可归纳为齿轮的固有误差和齿轮的装配误差两类。齿轮的固有误差。齿轮的固有误差即加工齿轮过程中产生的误差，如齿轮的偏心误差，基节偏差，齿形误差和齿轮歪斜误差等。偏心误差。造成齿轮偏心有两个方面因素：一是齿轮实际工作或检验时的旋转中心与齿轮加工实的旋转中心不一致而出现的中心便移，通常称为几何偏心;二是加工齿轮时,刀具与齿轮毛坯相对滚动,速比周期性变化,造成被切齿轮基圆半径改变,产生基圆偏心,通常成为运动偏心.齿厚波动.若车轮上每个轮齿的厚度都相等, 齿厚均匀变薄,则只影响侧隙,造成空回误差,不影响传递运动的准确性,实际上, 齿厚变薄量并不相等,这样, 齿厚波动将引起转角误差.基节偏差. 基节偏差主要有刀具的基节和齿形角误差所引起,与机床运动系统无关. 基节偏差影响传递运动的准确性,使轮齿齿合提前后滞后,节点偏离理论齿合线,瞬时传动比发生变化, 基节偏差亦产生振动而后噪声,影响齿轮工作平稳性.齿形误差. 齿形误差是指齿形工作部分内,包容实际齿形线的两理想齿形(渐开线)线间的法向距离.齿向误差.齿向误差是在分度圆圆柱面上,全齿宽范围内包容实际齿向线的两条设计齿向线的端面距离, 齿向误差也会引起转角误差.齿轮歪斜误差. 加工齿轮时,由于基准端面与轴心线不垂直,导致齿轮毛坯外圆面倾斜,引起齿面母线倾斜,因此,加工出的齿轮体歪斜.传动时会引起齿轮的晃动产生周期性误差.为了减小齿轮歪斜误差,通常可控制基准面的跳动量.齿轮的装配误差. 装配误差即齿轮与其他零件装配后,由相关零件误差或装配误差所引起的误差,如齿轮与轴的装配误差, 轴心线平行都误差, 轴的偏心误差,如齿轮与轴的装配误差,轴心平衡误差. 轴的偏心误差,轴承误差等.齿轮与轴的装配误差,齿轮与轴的配合间隙有偏差时,会引起齿轮轴线的偏心和歪斜.轴心线平行度的误差, 轴心线平行度的误差是一队齿轮的轴线在基准平面和垂直平面上的平行度的误差,它将引起转角误差.轴的偏心误差. 轴的偏心误差是指轴加工后的偏心量. 轴承误差. 轴承误差主要是指滚动轴承的径向跳动量.1.1.2空回误差空回(也称为空程或虚动),就是当主动轮改变方向时, 从动轮滞后的一种现象, 滞后的角度(主动轮超前的角度)即空回误差角.产生空回的主要原因是一对齿合轮齿之间有侧隙,因此,凡引起侧隙的因素都是造成空回误差的根源.造成空回误差的主要原因有齿轮固有误差和齿轮装配误差两大类.齿轮固有误差.齿轮的固有误差中除前面介绍的偏心误差, 齿厚波动,齿形误差, 齿向误差外,还有中心距增大和原始齿廓位移两个因素,若中心距增大, 可引起侧隙增大,为保证一对齿合齿轮所要求的侧隙,通常移动齿廓,使齿厚变薄. 装配误差.装配误差包括轴承游隙和径向偏摆,以及齿轮与轴,轴承与壳体, 轴与轴承的配合间隙等.1.2丝杠螺母机构对系统的影响1.2.1 丝杠螺母机构对系统的影响原因丝杠螺母机构对系统的影响主要由运动误差和空回误差引起, 运动误差和空回误差与螺纹参数误差和相关零件的综合误差有关.为直观分析,现在以丝杠旋转, 螺母移动的丝杠螺母机构为例,在理想状态下, 丝杠转动,螺母将丝杠转动随之作线性移动,实际上，由于各种误差的影响, 螺母随丝杠转动而转动的运动关系是非线性关系而不是线性关系,此运动误差是指当丝杠转过一定角度时, 螺母对应的理论位移与实际位移之差.螺母的运动误差应为其运动范围内丝杠各螺距误差之和,如为正值,则表明螺母的实际位置比理论位置超前, 反之,则表明螺母的实际位置落后于理论位置,螺纹参数误差包括螺纹中径误差,螺母与丝杠齿合范围内的螺距累积误差,螺纹牙型角误差等。第二章机械结构的改善设计2.1齿轮传动机构减小空回误差的结构和措施2.1.1调整中心距根据齿轮齿合原理，调整一对齿轮传动的中心距。调整后，如再进行轮齿研磨,可以提高精度，此法可部分消除空回误差，适应任何负荷。例如动轴承与壳体的配合间隙，设间隙为，则产生的侧隙为：（1+A2）tana:=(34+34)tan20-24.82.4拨盘误差拨盘传动存在配合间隙.如间隙为z,则产生的侧隙为:(z1+z2)tana=(20+20) tan20-29, 由以上计算可求得一对啮合齿轮总的侧隙为: 14.6+159.1+70+34.9+14.6+24.8+29.1-347由于侧隙引起从动轮的滞后角(即空回误差角)12为=013900050式中dz的输出轴分度圆直径; d2=50mm=50000m.同样用上述方法计算出各对啮合齿轮的空回误差小模数齿轮传动空回计算及消除方法的应用差角为: 23=0.0115, 34=0.0147, 45=0.0103对于整个传动链, 则输出轴空回误差角为:0.0103+0.0147+0.0115=0.0381, 转化为角度,则此传动链输出轴的空回误差角为:arctg0.0.381-2.18.由于本传动链传动精度要求达到0.2,即允许最大转角误差为0.4.而此空回误差角大大超出了传动精度要求,因此需采取有效措施消除此空回误差.减小或消除空回,可以通过控制或消除侧隙的影响来达到.经常采用的方法是:适当地提高齿轮的制造精度、提高轴的刚度,并通过在两传动齿轮之间加过轮来调整中心距以达到减小侧隙的目的.此外,还可采用接触游丝,利用接触游丝所产生的反力矩迫使各级齿轮在传动时总在固定的齿面啮合,从而消除了侧隙对空回的影响.下面主要介绍一下平面涡卷弹簧变形角的计算. 弹簧变形角的计算通过实测,得到输出轴上的最大输出转距T=3.9N.mm,有效工作转数=1.根据所选材料硬度要求查表得材料抗拉强度=1275Mpa,弹簧外端为销式固定,查表的系数K=0.75,选取d/h=80(d为弹簧心轴直径, h为弹簧材料截面厚度),由表可查得系数:K=0.95弹簧的极限转矩T=4t5.4N.mmK30.75弹簧的截面尺寸选取材料刻度65mm,则弹簧的材料厚度为0.07mm.查表取系列值,取=0.08 mm.弹簧材料的有效工作展开长度T-17rEhnK3K4at-0.09=54.2 mm.式中E弹簧材料的弹性模量，查表的E：=196000Mpa.弹簧的变形角度0.05,式中T材料截面惯性矩,对于矩形截面I=bh/12由前面计算可知传动链空回误差角空=2.18.则空.因此用此平面涡卷弹簧可消除此空回误差角.满足传动精度要求.关于弹簧心轴和簧盒的设计在这里就不再累述了.应用平面涡卷弹簧与加过轮等其他方法联合消除小模数齿轮传动链中输出轴上的空回误差角(由于此传动链较短,故只应用弹簧消除空回),效果较好,结构简单,传动平稳可靠并能达到所要求的传动精度要求.2.1.2 采用分片齿轮将相互齿合的一对齿轮中的一个齿轮相互转动,但不能移动,在两片齿轮间装有弹簧,是两片齿轮左右错开.当齿合时,只要负荷轮做成两片,一片在另一片齿轮的轮毂上,两片可力矩小于弹簧力矩,相互齿合轮齿之间的间隙就可以减小,它不适用于负载较大的情况,成本也较高.2.1.3用游丝消除齿侧隙在一个齿轮上装有游丝,由它产生的力矩会使齿轮在工作过程中与另一个齿轮的轮齿保持单面接触,消除齿轮间隙,但是该齿轮的转动圈数不能多,工作起的外力矩要大于游丝力矩.否则带不动此传动链,这种结构简单,成本低.使用于小型仪表中.2.1.4 用弹簧拉力使齿轮紧靠利用弹簧拉力使齿轮紧靠,可消除齿轮间隙.它使用于转速范围大,负载不大,中心距可以自动调整的或位于传动系统端部的一对齿轮转动.这种机构一般成本不高.2.2丝杠螺母提高精度的措施2.2.1消除或减小径向间隙消除或减小径向间隙的方法有装切口螺母和轴向切口螺母两种.切口螺母.螺母有一径向切口,其上装有螺钉,拧紧螺钉使螺母紧抱螺杆,从而消除或减小相齿螺纹间的间隙,这种结构简单,但螺纹间接接触不均匀,螺母磨损较快.轴向切口弹性螺母.这种螺母有均匀的轴向切口,且外圆部分两端有一端是圆锥面。装配时, 拧紧螺母使其作径向收缩,从而紧抱螺杆.它的实际效果比径向切口螺母好,若螺纹经过研磨,则效果更明显,故应用广泛.2.2.2减小或消除轴向间隙减小或消除轴向间隙的方法有装刚性双螺母,装弹性双螺母和装塑料螺母三种.刚性双螺母.两个螺母A和B之间的螺距不等,相对旋紧A和B.使它们在轴向产生移动,以消除或减小轴向间隙.螺杆与螺母配研后,精度较高.弹性双螺母, 在螺母A和B之间,放入弹簧,利用弹簧向外的恢复力将螺母分开,从而消除或减小.这种结构的优点是能比较令人满意地消除或减小消除或减小,使弹簧长时间保持弹力.塑料螺母.用聚乙烯作为螺母,用金属圈压紧,利用塑料的弹性消除或减小间隙.有的塑料当温度升高时,膨胀变形较大,可利用这个特点来消除间隙.这种螺母结构简单,耐磨性好,且无须润滑.2.2.3消除螺杆轴向跳动将螺杆两端作成球面,左端与一平面接触,右端与一平头紧定螺钉接触,利用紧定螺钉调节松紧.由于轴承与轴肩之间留有空隙,螺杆两端都是球面与平面的相接，故可消除螺杆轴向跳动。2.2.4减小运动方向的偏斜丝杠的轴承如果存在径向间隙，则在运动过程中就会出现误差。为了消除轴承的径向间隙，常采用止推轴承为主的轴承组合来作为轴承。当轴向载荷减小时，也可以采用角接触轴承支承丝杠，并且对轴承预紧，这样减小甚至消除间隙。2.2.5 采用误差补偿装置在螺旋传动中，若存在系统误差（既有规律的误差），可采用附加误差补偿装置来消除这个误差，对螺杆旋转，螺母移动的结构，若使螺母移动的同时获得一个与系统误差相对应的附加转动，则可利用此附加转动消除系统误差，按此原理也可用温度补偿板来补偿温度影响所造成的误差。本章小结本论文主要介绍了简单一体化设备中常用机械系统的类型和特点。机电一体化系统主要包括传动机构，导向机构，轴系和执行机构等。在常用传动机构中主要介绍丝杠螺母机构，齿轮传动机构的结构，传动原理，使用范围，传动特点。选用原则等内容。在常用的支承部件中主要介绍了丝杠支承的特点及要求，在轴系部分中主要介绍了轴的分类，支承轴承的类型，结构特点及工作原理。最后，分析了机械结构的制造加工误差和安装误差对系统的灵敏性，准确性，可靠性，稳定性的影响，并对齿轮传动结构丝杠螺母机构提出了改进措施。总 结毕业设计是在完成了三年的专业课学习，并进行了大量生产实习的基础上进行的最后的一个教学环节。此次设计我们综合运用所学的专业课，尤其是机械制造基础及机械制造设计的基本理论，结合生产实习中所积累的知识和经验，在指导老师的指导下，独立分析和解决问题，初步具备了设计工艺规程的能力。同时也提高了自己查阅和运用有关手册及编写技术文件的技能，是很重要的一次实践环节。在设计中与了很多方面的问题，在进行查阅资料和老师的帮助下，修改核对后问题都一一解决。设计过程中除了考察我们专业课能力之外还培养了我们分析问题、解决问题和克服困难的能力，唯一后的工作奠定了良好的基础，更是对我们三年专业课学习的一个良好的总结。通过此次的毕业设计，我从中受益非浅，使自己深深体会到了做设计不是想象的那么简单。不仅使自己增长了知识也使我明白了一些道理。设计是通过各个方面的知识