[信息与通信]开式水泵叶轮轮廓曲线测量仪毕业设计

1、大连交通大学2012届本科生毕业设计（论文）绪论毕业设计在我们学完大学的全部基础课、技术基础课之后进行的，这是我们在进行毕业设计对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次毕业设计之后，我得到一次在毕业工作前的综合性训练。运用机械设计课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，设计出了一个专门针对开式水泵叶片测量的一起，解决了工厂中水泵叶片难以检测，检测精度不够等难题。保证了工人能在工厂现场方便快捷的测量水泵叶片。提供了一套高效省力精确的解决方案。通过对开式水泵叶片测量仪的设计，培养了机械机构的设计能力和零件公差和配

2、合的选择能力。学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。离心栗叶轮叶形是决定水泵性能的主要因素， 而叶轮通常由铸造生产，精度较低，特别是经过 打磨和喷砂以后，叶片的表面难以控制。如果叶 片形状不准确，不仅影响性能，而且叶片间形状 的不一致还可能引起运行时径向力的不平衡，使 水栗产生振动，严重时还会损坏其他零件。叶轮不规则的形状给检测带来了难度，特别是 流道狭窄的叶轮，即使使用三坐标测量机也无法将 测头伸进去。利用角度示值计算长度尺寸,则直观 地反映了叶片形状的图示方法，满足测量要求。汽蚀的形成过程及已有检修经验表明，循环水泵叶轮的汽蚀主要集中在叶片及

3、轮盖轮盘的结合部位，汽蚀痕迹形状各异，有的呈现断续分布的坑状，有的呈密集的蜂窝状，而且深浅不一。汽蚀严重时会引起叶片穿孔,导致叶轮报废而被迫更换。水泵叶轮汽蚀会改变泵内水流状态，造成流动阻力增加，导致泵的流量、扬程和效率降低。同时造成泵的流道材料发生侵蚀而破坏，并使泵产生噪音和振动，危及水泵正常运行。具体表现在以几个方面：（1） 产生噪声和振动（2） 对流道的材料造成破坏（3） 造成泵的性能下降为此设计出一个能够检测水泵叶片的简单实用仪器，运用的实际中去，在水泵叶片制造初期就能够快速检验是否合格，减少劳动时间，提高生产率。为企业在激烈的竞争中取得优势。第一章 课题分析水泵运转过程中，若其过流部

4、分的局部区域，通常是叶轮叶片进口稍后的某处，抽送液体的绝对压力下降到等于或低于当时液温下相应的汽化压力时，就会因汽化产生汽泡。汽泡中主要是蒸汽，但由于水中溶解有一定量的气体，所以汽泡中除了蒸汽以外，还夹带有少量的气体。这些汽泡随着水流流到高压区时，高压液体使汽泡急剧缩小以至凝结成水，汽泡逐渐变形而破裂。在汽泡破裂时，细水滴以高速填充汽泡空穴，发生互相撞击而形成强烈的水击，可达到10100mpa，使过流流道的材料受到腐蚀和破坏。 造成水泵气蚀的原因是水泵叶轮轮廓曲线的加工误差，本课题的目的是设计一个开式水泵叶片自动测量仪，以减少现场工人的工作量1.1 课题的意义 目前检测的主要方法是利用三坐标测

5、量仪，检测成本高，不适合现场应用。现场多用游标卡尺进行简单测量，不能保证测量精度要求。特别是对于流道狭窄的叶轮，即使使用三坐标测量机也无法将 测头伸进去。现在没有专用的水泵开式叶轮轮廓曲线测量仪。课题研究内容是针对工厂实际要求，开发设计专用测量仪。 1.2 课题的设计工作任务要求汽蚀是水泵产生噪声的主要原因，汽蚀点多发生在水泵的叶轮轮廓表面和壳体内表面处。产生汽蚀的原因很多，水泵的叶轮轮廓曲线加工误差是一个较为主要的原因。目前检测的主要方法是利用三坐标测量仪，检测成本高，不适合现场应用。现场多用游标卡尺进行简单测量，不能保证测量精度要求。没有专用的水泵开式叶轮轮廓曲线测量仪。课题研究内容是针对

6、工厂实际要求，开发设计专用测量仪。 第二章 机械方案设计分析2.1 具体设计要求分析：工作载荷、运动参数要求开发设计电动式“水泵开式叶轮轮廓曲线测量仪”。测量范围：半径200mm；高度：150mm。要求：测量头可进行水平、垂直方向直线移动、水平转角移动，在水平检测面内， 1）可通过蜗轮传动等机构实现控制测量杆转角，满足叶轮同一半径、不同等高点测量；2）可通过齿轮齿条传动，改变测量半径、实现不同等高点测量的测量要求；3）利用锥面实现对中性稳定可靠，测量精度在1毫米范围内。2.2 工作原理分析2.2.1运动原理分析1） 叶片完全不动，全靠仪器动的测量方式 图2-1 测量方式1这种测量方法可以避免零

7、件的定位误差，测量精度更容易满足要求。但是，以零件不动的方法测量势必会增加设计机械的复杂性。要保证测量精度的条件下，必然要增加测量仪器的体积。2） 叶片不完全固定方式（叶片围着中心轴旋转）。 图2-2 测量方式2如图2-2 杆1转动 带动零件转动。2为支架，3为测量杆，他的前端有探头。杆3在滚动丝杠的带动下可以左右移动也可以上下移动。这样在圆柱坐标系下也可以进行叶片端面的测量这种直接测量的方式有一个不可避免的缺点：探头在叶片上面摩擦，时间长了很容易损坏，因此我用添加一个杠杆的方式来保护探头（如下图所示）。叶片的夹紧方式分析1）两头都是锥台的夹紧方式。 图2-3 夹紧方式1原理：将测量工件用双锥

8、固定住 以保证中心线的定位精度。（上面的椎体有螺纹，杆上面也有螺纹，这样椎体旋转就可以上下移动。下面的椎体跟台子是一体的，固定在台子上。 上椎体上下移动。这样就可以卡紧工件 以保证工件定位在中心上。）这种定位方式可能造成定位的水平误差，这种两椎体的定位方式不能保证工件的下表面跟台子是水平的。只要叶片上方施加一个力就可能造成工件的倾斜。3） 以单头圆锥的方式进行夹紧。 图2-4 夹紧方式2原理：只用一个椎体夹紧工件，是工件的下表面与圆台紧贴。这种定位方式既可以保证工件的中心轴定位。也可以保证工件的水平定位。但是仍旧不能保证工件的夹紧。如果椎体力太大可能夹坏工件。4） 以单头圆锥加一个弹簧的方式夹

9、紧。如图2-5图2-5原理：同定位方式2 用一个椎体保证工件的轴线定位。以下表面贴住水平台以保证工件的水平定位。 在此基础上，用给一个弹簧夹紧工件，以保证工件的固定。 椎体上面圆柱部分有螺纹，于弹簧上面的挡片是配套的。起初 先把零件套在杆上，然后用椎体夹紧并且保证工件水平放置。然后套上弹簧。再套上挡片。转动挡片，让挡片往下移动，夹紧弹簧，进而使弹簧夹紧工件。2.2.2力传递分析 图2-6 结构图如结构图2-61）底下红色的圆盘转动需要一个步进电机，用蜗杆带动红色的涡轮旋转。2）由滚珠丝杠带动测量部件前后移动（如图中仪器后方的丝杠）图2-7 组件图3）如图2-7 在黄色物件内部有一个可以上下移动

10、的组件，有电动机牵引丝杠带动中间青色的整个组件上下移动。4）测量传感器有一个杠杆支撑，电动机可以带动整个探头水平360度旋转。5）圆筒内还有一个电动机，带动整个探头可以竖直方向90度旋转。测量原理：1) 把导轨上方的框架人工往后拖动，留出空间就可以把叶片轮放进涡轮圆盘的支撑架上。2) 上方用圆锥螺母（图1-5的绿色部件）拧紧，然后装上弹簧压紧。导轨上方的框架推回去。3) 调节测量头到达测量元件的定位原点，由在电脑里输入原设计图形(proe或者其他造型图)，电脑将自动识别，预订出扫描轨迹。4) 电脑会沿着理论路径进行扫描，然后测量出的实际数据，电脑会用实际数据和理论数据进行对比就可以得到误差在哪

11、。第三章 设计组成要素分析选择3.1 基本组成结构 由整体方案可以确定，所做仪器不可缺少的有：直线运动导轨，涡轮蜗杆传动副，丝杠传动。3.2 动力分析图3-2 步进电机为了减小成本和仪器的结构我选用步进电机，步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等图3-2 步进电机1）步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为步距角)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制

12、。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的； 2）步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18

13、，这就是细分的基本概念。 细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生，与电机无关。3） 驱动器细分后的主要优点为：完全消除了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分是消除它的唯一途径，如果您的步进电机有时要在共振区工作（如走圆弧），选择细分驱动器是唯一的选择。提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40% 。提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，提高电机的分辨率是不言而喻的。3.3 传动部件分析3.3.1 导轨系统设计1）滑动导轨传统导轨的发展，首先表现在滑动元件和导轨形式上，滑动导轨的特点是导轨和滑

14、动件之间使用了介质，形式的不同在于选择不同的介质。液压被广泛用于许多导轨系统。静压导轨是其中的一种，液压油在压力作用下，进入滑动元件的沟槽，在导轨和滑动元件之间形成油膜，把导轨和移动元件隔开，这样大大减少移动元件的摩擦力。静压导轨对大负荷是极其有效的，对偏心负荷有补偿作用。例如：一个大型的砂型箱在加工时，正好走到机床行程的末端，负载导轨能够增大油压，使导轨准确地保持着水平负载的状态。有的卧式镗铣床使用这种技术补偿深孔加工时主轴转速的下降。利用油作为介质的另一种导轨形式是动压导轨，动压导轨与静压导轨的不同点是：油不是在压力下起作用的，它利用油的粘度来避免移动元件和导轨之间的直接接触，优点是节省液

15、压油泵。空气也可以用于移动元件和导轨之间的介质，它也有两种形式，气动静压导轨和气动动压导轨，工作原理与液压导轨相同。使用比较普通的抗摩擦导轨，它是在移动元件上安装一种抗摩擦材料(如聚氯乙烯或青铜混合材料等)，以替代液体介质，如油或空气。其作用与液体介质相似，安装在移动元件上的抗摩擦材料应设计有油槽，满足移动元件和导轨表面之间油润滑或其它形式润滑的需要。众所周知，平面导轨和移动元件之间的接触面积比较大，移动元件要作快速微量进给.需要克服移动元件的惯量，因此将会产生爬行现象。当滚珠丝杠或其它驱动力推动移动元件移动时，产生一个轻微粘附阻力，移动元件开始运动时，由于移动元件处于被抓住的状态，出现了轻微

16、的跳动，导致产生爬行，这种现象对于大的移动影响不大，而对于微量移动，就成为一个问题。可调性是平面导轨特有的优点，根据导轨的使用情况，平面导轨系统至少有一个或一个以上的可调边。由于移动元件沿着直线导轨的侧边移动，保证移动元件与导轨侧面紧密接触是极为重要的。普遍使用调整的方法是斜铁，斜铁位于移动元件和导轨接触面相对的侧面之间。形状为锥形条块角铁，可以精确地调整，以消除移动部件和导轨之间的间隙。如果滑动部件或导轨磨损，接触表面之间的间隙加大，可调整斜铁进行补偿。机床制造厂已发明了斜铁自动调整的专利技术，它的基本原理是使斜铁保持固定的弹簧压力，一旦导轨系统被磨损，斜铁能自动地消除移动部件与导轨之间的间

17、隙。常用截形： 图3-1 导轨截面形式 普通滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性强等优点，常用的导轨截面形状有矩形、三角形及燕尾形三种，如图2-1所示。 （a）为三角形导轨，它具有较高的导向性，而且该导轨面有了磨损时会自动下沉补偿磨损量，精度保持性也较高，但是它的当量摩擦因数较高，因而承载能力不如矩形导轨。 （b）为矩形导轨，这种导轨当量摩擦因数小，刚度高，承载能力高，结构简单，工艺性好，便于加工和维修。该导轨的侧良间隙不能自动补偿，需设置间隙调整机构。 （c）为燕尾形导轨，它结构紧凑自成闭式，可以承受颠覆力矩，也需设置侧隙调整机构占这种导轨刚度较差，适于受力不大要求结构尺寸比较紧凑

18、的地方。2）直线滚柱导轨直线滚柱导轨系统是平面导轨与直线滚柱导轨的组合，用滚柱安装在平行导轨上，用滚柱代钢球承载机床的运动部件。优点是接触面积大、承载负荷大、灵敏度高。从床身尾部看，支架与滚柱置于平面导轨的顶面和侧面，为了获得高精度，在机床工作部件和支架内面之间，设置一块楔板，使预加负载作用于支架的侧面。楔板的工作原理与斜铁相似，工作部件的重量作用于支架的顶面。由于作用在导轨系统上的预加负荷是可调的，为此楔板的损失得到补偿，这一特点被广泛用于中型或大型机床上，因为它对cnc指令反应灵敏，承受负荷大，直线滚柱导轨系统比传统的平面导机能经受高速运转，改善机床的性能。3） 滚动导轨在承导件和运动件之

19、间放入一些滚动体（滚珠、滚柱或滚针），使相配的两个导轨不直接 接触的导轨，称为滚动导轨。滚动导轨的特点是摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数 差别小，低速时不易出现爬行”现象，故运动均匀平稳。因此，滚动导轨在要求微量移动和 精确定位的设备上，获得日益广泛的运用。滚动导轨的缺点是：导轨面和滚动体是点接触或线接触，抗振性差，接触应力大，故对导轨 的表面硬度要求高；对导轨的形状精度和滚动体的尺寸精度要求高。 结构形式：滚珠导轨-图示3-2为v-平截面的滚珠导轨、双v形截面的滚珠导轨和圆形截面滚珠导轨。 由于滚珠和导轨面是点接触，故运动轻便，但刚度低，承载能力小。常用于运动

20、件重量、载 荷不大的场合。图3-2 v型导轨滚柱（滚针）导轨-滚柱导轨中的滚柱与导轨面是线接触，故它的承载能力和刚度比滚珠导 轨大，耐磨性较好，灵活性稍差。如图3-3,滚柱对导轨的不平度较敏感，容易产生侧向 偏移和滑动，而使导轨的阻力增加，磨损加快，精度降低。滚柱的直径越大，对导轨的不平 度越为敏感。图3-3 滚柱导轨当结构尺寸受限制时，可采用直径较小的滚柱，这种导轨称为滚针导轨。滚柱导轨支承为标准部件，具有安装、润滑简单，调整防护容易等优点。其结构如图3-4 所示。由于滚柱在封闭的滚道内滚动，故可用于行程很大的导轨上。图3-4 滚珠导轨滚柱导轨可采用标准的滚动轴承，装在偏心轴上，如图3-4所

21、示，以便于调整。其偏心量一般取0.2-0.5毫米。滚动导轨刚度及预紧方法：如图3-7所示， 图3-7当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变 形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置i时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平; 当导轨移动到位置ii或iii时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜a角。由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，见图21-23,则在自重和载荷 作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形）,影响导轨的精度。为减小导轨变形，提高刚度，除合理选择滚动体的形状、尺寸、数量和适当增加工作台的厚 度外，常用

22、预加载荷的办法来提高导轨的刚度。图21-18所示的燕尾形滚动导轨，用移动 导轨板获得并控制预加载荷。试验证明：随着过盈量的增加，导轨的刚度开始急剧增加，达到一定程度后，再增加过盈量， 刚度不会显著提高。牵引力随着过盈量增加而增大，但在一定限度内变化不大，过盈量超过 一定值后，则急剧增加。因此，合理的过盈量应使导轨刚度较好而牵引力不大。技术要求：导轨的质量取决于它的制造精度和安装精度，设计时应根据使用要求，制定出 滚动导轨的若干技术条件，如：两导轨面间的不平度一般为3微米；导轨不直度一般为10-15微米，精密的小于10微米。滚动体的直径差，对于一般的导轨，全部滚动体的直径差不大于2微米，每组滚动

23、体的直径差不大于1微米；对于精密导轨，全部滚动体的直径差不大于1微米，每组滚动体的直 径差不大于0.5微米；滚柱的锥度在滚柱长度范围内，大小端直径差小于0.5-1微米；表面光洁度通常应刮研；在25x25厘米2内，其接触斑点为20-25个点，精密的取上限，3.3.2 进给系统设计（一）传动机构的要求1)高的传动刚度 进给传动系统的刚度主要取决于丝杠螺母副（直线运动）或蜗轮蜗杆副（回转运动）及其支承部件的刚度。刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。缩短传动链，合理选择丝杠尺寸以及对丝杠螺母副及支承部件等预紧是提高传动刚度的有效措施。 2) 低的摩擦 进给传

24、动系统要求运动平稳，定位准确，快速响应特性好，因此，必须减小运动件的，摩擦阻力和动、静摩擦因数之差。这除了与导轨有关外，在进给系统中还普遍采用了滚珠丝杠副，静压丝杠副。 3) 小的惯量 进给系统由于经常需进行起动、停止、变速或反向，若机械传动装置惯量大，会增大 负载并使系统动态性能变差。因此在满足强度与刚度的前提下，应尽可能减小运动执行部 件的重量以及各传动元件的直径和重量，以减小惯量。 4) 除传动间隙 机械间隙是进给系统降低传动精度、刚度和造成进给系统反向死区的主要原因之一， 因此对传动链的各个环节，包括：联轴器、齿轮副、丝杠螺母副、蜗杆蜗轮副及其支承部件等均应采用消除间隙的措施。（二）滚

25、珠丝杠螺母副:工作原理和特点：1)工作原理：图3-8 滚珠丝杠滚珠丝杠螺母副是在丝杠和螺母之间放入滚珠， 丝杠与螺母间成为滚动摩擦的传动副。图3-8所示为滚珠丝杠副的结构示意图。丝杠1和螺母3上均制有圆弧形面的螺旋槽，将它们装在一起便形成了螺旋滚道，滚珠4在其间既自转又循环滚动。 2）特点 与普通丝杠螺母副相比，滚珠丝杠螺母副具有 以下优点： （1）摩擦损失小，传动效率高 滚珠丝杠螺母副的摩擦因数小仅为0.0020.005；传动效率=0.920.96，比普通丝杠螺母副高34倍；功率消耗只相当于普丝杠传的1/41/3，所以发热小，可实现高运动。 （2）运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小，动、静摩擦力

26、之差极小，故运动平稳，不易出现爬行现象。 （3）可以预紧，反向时无空程 滚珠丝杠副经预紧后，可消除轴间隙，因而无反向死区，同时也提高了传动刚度和传动精度。 （4）磨损小 精度保持性好，使用寿命长。 （5）具有运动的可逆性 由于摩擦因数小，不自锁，因而不仅可以将旋转运动转换成直线运动，也可将直线运动转换成旋转运动，即丝杠和螺母均可作主动件或从动件。 滚珠丝杠副的缺点是： （1）结构复杂，丝杠和螺母等元件的加工精度和表面质量要求高，故制造成本高。 （2）不能自锁，特别是在用作垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自重而自动下降，当向下驱动部件时，由于部件的自重和惯性，当传动切断时，不能立即停止运动，必

27、须增加制动装置。 由于滚珠丝杠螺母副优点显著，所以被广泛应用在数控机床上。结构类型图3-9 滚珠外循环结构 滚珠丝杠螺母副按滚珠循环方式可分为两种： （1）外循环 滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。图3-9（a）所示为常用的一种形式。在螺母外圆上装有螺旋形的插管。其两端插入滚珠螺母工作始末两端孔中，以引导滚珠通过插管，形成滚珠的多圈循环锭，如图3-9（b）所示。这种形式结构简单，工艺性好、承载能力较高，但径向尺寸较大。目前应用最为广泛，可用于重载传动系统中。 滚珠的一个循环链为1列，外循环常用的有单列、双列两种结构，每列有2.5圈或3.5圈。 图3-

28、10 内循环结构（2）内循环 靠螺母上安装的反向器接通相邻滚道，使滚珠形成单圈循环，即每列二圈，如图3-10所示。反向器2的数目与滚珠圈数相等。一般一螺母上装24个反向器，即有24列滚珠。这种形式结构紧凑，刚性好，滚珠流通性好，摩擦损失小，但制造较困难，承载能力不高，适用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于重载传动中。支撑方式：丝杠的支承和螺母座的刚性、以及与机床的连接刚性，对进给系统的传动精度影响很大。为了提高丝杠的轴向承载能力，最好采用高刚度的推力轴承，当轴向载荷很小时，也可采用向心推力轴承。其支承方式有下列几种： （1）一端装推力轴承，另一端自由 如图3-10（a）所示，此种支承方式的轴

29、向刚度低，承载能力小，只适用于短丝杠。 如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直进给轴等。 图3-11 滚珠丝杠的支承方式 （2）一端装推力轴承，另一端装向心球轴承 如图3-11（b）所示，此种方式可用于丝杠较长的情况。为了减少丝杠热变形的影响，热源应远离推力轴承一端。 （3）两端装推力轴承 如图3-11（c）所示，两个方向的推力轴承分别装在丝杠两端，若施加预紧力，可以提高丝杠轴向传动刚度，但此支承方式对丝杠的热变形敏感。 （4）两端均装双向推力轴承 如图3-11（d）所示，丝杠两端均采用双向推力轴承和向心轴承或向心推力球轴承， 可以施加预紧力。这种方式可使丝杠的热变形转化为推力轴承的预紧

30、力。此支承方式适用于刚度和位移精度要求高的场合，但是结构复杂。（三）类型（三）蜗杆蜗轮副 数控机床上当要实现回转进给运动或大降速比的传动要求时，常采用蜗杆蜗轮副。蜗杆蜗轮副的啮合侧隙，对传动、定位精度影响很大，因此，消除其侧隙就成为设计中的关键问题。为了消除传动侧隙，可采用双导程蜗杆蜗轮副。 1) 双导程蜗杆的工作原理 双导程蜗杆与普通蜗杆的区别是：双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的导程，而同一侧的导程则是相等的。因此，该蜗杆的齿厚从蜗杆的一端向另一端均匀地逐渐增厚或减薄。图3-12 双导程蜗杆如图3-12所示。图中t左、t右分别为蜗杆齿左侧面、右侧面导程 ，s为齿厚，c为槽宽。 s1t左-

31、c1 s2t右-c1 若 t右t左 则s2s1 同理 s3s2 所以双导程蜗杆又称变齿厚蜗杆，故可用轴向移动蜗杆的方法来消除或调整蜗轮副之间的啮合间隙。 双导程蜗杆副的啮合原理与一般的蜗杆副啮合原理相同，蜗杆的轴截面仍相当于基本齿条，蜗轮则相当于同它啮合的齿轮。由于蜗杆齿左、右侧面具有不同的齿距，即齿的左、右两侧面具有不同的模数m（mt/）。但因为同一侧面的齿距相同，故没有破坏啮合条件，当轴向移动蜗杆后，也能保证良好的啮合。 2) 双导程蜗杆蜗轮副的特点 双导程蜗杆蜗轮副在具有回转进给运动或分度运动的数控机床上应用广泛，是因为其 具有突出优点： 啮合间隙可调整得很小，根据实际经验，一侧隙调整可

32、以小至0.010.015mm。而普通蜗轮副一般只能达到0.03o.08mm，如果再小，就容易产生咬死现象。因此双导程蜗轮副能在较小的侧隙下工作，对提高数控转台的分度精度非常有利。 普通蜗轮副是以蜗杆沿蜗轮作径向移动来调整啮合侧隙，因而改变了传动副的中心距，从啮合原理观点看，这是很不合理的。因为改变中心距会引起齿面接触情况变差，甚至加剧它们的磨损，不利于保持蜗轮副的精度。而双导程蜗轮副是用蜗杆轴向移动来调整啮合侧隙的，不会改变它们的中心距，可以避免上述缺点。 双导程蜗杆是用修磨调整环来控制调整量，调整准确，方便可靠。而普通蜗轮副的径向调整量较难掌握，调整时也容易产生蜗杆轴线歪斜。 双导程蜗轮副的

33、蜗杆支承直接做在支座上，只需保证支承中心线与蜗轮中截面重合。中心距公差可略微放宽，装配时，用调整环来获得合适的啮合侧隙，这是普通蜗轮副无法办到的。 双导程蜗杆的缺点是：蜗杆加工比较麻烦，在车削和磨削蜗杆左、右齿面时，螺纹传动链要选配不同的两套挂轮。而这两种齿距，（不是标准模数）往往是繁琐的小数，精确配算挂轮很费时。在制造加工蜗轮的滚刀时，也存在同样的问题。由于双导程蜗杆左右齿面的齿距不同，螺旋升角也不同，与它啮合的蜗轮左、右齿面也应同蜗杆相适应，才能保证正确啮合，因此，加工蜗轮的滚刀也应根据双导程蜗杆的参数来设计制造。通过分析比较选用:普通涡轮蜗杆，滑动三角形导轨，滚珠导轨和滚珠丝杠3.4 执

34、行部件分析由电脑发出控制信号，驱使各个步进电机运转，使测量仪器的探头接触到水泵叶片表面，并且继续向下运动，由传动杆传动，引起控制箱内传感器产生位移变化，这时电脑接收到传感器传送来的信号，电脑控制让测头继续往下移动，知道传感器数值达到设定的某个值（中间值）。然后电脑控制仪器按照预定轨迹扫描。测头在水泵叶片表面滑动，水泵表面不平整就会引起传感器位移的变化，从而达到校验目的。在这里我用到了一个小量程位移传感器。小量程位移传感器简介：小量程位移传感器是在交流位移传感器的基础上，缩小尺寸，精细调试而成。它被封装在一个不锈钢管内，它可以与电子变送器或其它变送仪表连接，输出标准的电压或电流信号。具有测试精度

35、高、使用方便、结构小巧等特点。并且部分厂家提供定制服务。我选用小量程位移传感器（拉杆电子尺） 型号:gc03-pts25库号：m352062 采用德国技术的精密位移传感器长寿命导电塑料材质极高的准确度 拉杆式结构测量长度：25mm 【10 15 25 30 50 70 100 130 150 175 200 225 250 275 300 mm可选】寿命：一亿次 分辨率：无穷小横截面尺寸：25*25mm 工作电压 dc 12-24 v 输出信号 dc 4-20 ma （二线制，四线制可选，默认二线制）【0-5v输出， 0-10v输出，电位器输出可选】 电行程(t.e) mm 27 可用电行程(

36、a.e) mm 25 机械行程(m.t) mm 33 外壳尺寸l mm 90 最大伸长l1 mm 58 独立线性率 % 0.1 解析度 r infinite 无断 建议电流 ma =13589n6)确定滚珠丝杠副预紧力= 其中2200733n7)行程补偿值与拉伸力（1）行程补偿值c=11.8式中查现代机床设计手册950110，（24）15温差取代入数据得c=32(2)预拉伸力1.95 代入得4807n8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格（1）轴承所承受得最大轴向载荷480722007007（2）轴承类型两端固定的支承形式，圆锥滚子轴承（7） 轴承内径d略小于40，=，取d30带入数据得23

37、36n（8） 轴承预紧力：预力负荷（9） 按现代机床设计手册选取轴承型号规格当d30mm，预加负荷为：所以送7602030tvp轴承d30，预加负荷为29002336n9)滚珠丝杠副工作图设计(1)丝杠螺纹长度由表查得余程(2)两固定支承距离，丝杠l(3) 行程起点离固定支承距离1290，13501410，3010）传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度6.6:丝杠底径：固定支承距离代入数据782n/2）丝杠最大抗压刚度 6 .6代入数据得9000 n/（2）支承轴承组合刚度1）一对预紧轴承的组合刚度：滚珠直径mm， z：滚珠数：最大轴向工作载荷n ：轴承接触角由现代机床设计手册查

38、得7602030tvp轴承是预加载荷得3倍8700n/ =375 n/2）支承轴承组合刚度 750 n/3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 ：现代机床设计手册上的刚度2150 n/, =2200n, =733n代入数据得1491 n/11）刚度验算及精度选择=3.5，z17，（1） 代入前面所算数据得 代入前面所算数据得已知800n, =0.2, =160n:静摩擦力，：静摩擦系数，：正压力（2）验算传动系统刚度；已知反向差值或重复定位精度为103025.6（3）传动系统刚度变化引起得定位误差（），代入5（4）确定精度：任意300mm内行程变动量对系统而言0.8定位精度定位精度为20/3001

39、4.3,丝杠精度取为3级12=15004.2 动力参数计算：额定功率、转速、按装要求、选定的参数、主轴的直径等1)选定的极限参数各拖板重量w=1500n拖板与导轨贴塑板间摩擦系数u=0.06最大抗力fz（与运动方向相反）=1400n最大主进给力fy（与导轨垂直）=2800n（最大走刀抗力和主切削力可根据普通c616车床的电动机功率和车削时车刀的主偏角为900 时计算而得出）拖板进给速v1 =10500毫米/分空行程速度v2 =200毫米/分滚珠丝杆导程l=4毫米滚珠丝杆节圆直径d0 =30毫米丝杆总长l=1000毫米定位精度0.01毫米2） 确定步进电动机的型号脉冲当量的选择:脉冲当量：一个指

40、令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离=0。01mm/p（输入一个指令脉冲工作台移动0.01毫米）初选之相步进电动机的步距角0.750 /1.50 ，当三相六拍运行时，步距角=0.750 其每转的脉冲数s=480 p/r步进电动机与滚珠丝杆间的传动比ii= = =1.25在步进电动机与滚珠丝杆之间加z1 =20，z2 =25 模数m=2.5的一对齿轮。齿轮的模数根据c616车床，挂轮齿类比确定。等效负载转矩的计算:空载时的摩擦转矩tlf tlf = = =0.086n.m车削加工时的负载转矩tl tl = = =1.584n.mu- 摩擦系数w-拖板重量l-导程i-传动比fz-最走动抗力fy -

41、最大切向力（n）-滚动丝杆传动效率等效转动惯量计算：滚珠丝杆的转动惯量jsjs=kg.m2拖板的运动惯量jw=kg.m2大齿轮的转动惯量jg2（大齿接圆直径62.5毫米 宽10毫米）jg2 =kg.m2小齿轮的转动惯量jg1（小齿接圆直径50毫米 宽12毫米）换算系列电机轴上的总转动惯量jlkg.m2换算到电动机轴上的总转动惯量jl = =7.3310-4 kg.m2初选步进电动机型号:根据车削时负载转距tl=1.58n.m和电动机总转动惯量jl=7.33x10-4,初步选定电动型号为110bf003反应式步进电动机。该电动机的最大静扭距tmax=8.1n.m，转子转动惯量 jm=4.710-

42、4kg.m2为了使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度应为： 及空载时起动时间计算（ta）110bf003步进电动机的最小加、减速度时间为1秒带惯性负载的最大起动频率fl的计算电动机空载起动频率带惯性负载的最大转速转/分带惯性负载起动力矩tm电动机起动矩-频率特性曲线tm=2.6n.m负载时起动时间tata=该电机带惯性负载时能够起动速度验算空行程快速移动速度的验算:从电动机的运行矩-频率特性曲线查得fmax=6000hz时，电动机转矩0.9n.mtlf=0.086n.m（空载时的摩擦转矩）工作行程速度计算：当t=1.584n.m时，电动机对应频率f3000hz以上计算，选该型号步进电

43、动机，无论是起动性能，还是空行程快速进给，还是工作行进给速度都能满足设计要求结论：最大切向力和进给抗力fc= fz （主偏角900，零件材料45#钢）计算出空载时摩擦转矩tlf 和负载转矩tl计算机械传动系统换算到电机轴上的总惯量jl初选步进电动型号： tm 校核电动机起动性能，验算空行程速度和工作行程速度选定步进电动机后，步进电动机的性能参数，为数控系统，特别是输出接口，驱动电源模块型号的选择提供依据。4.3传动件设计：传动比、传动效率、传动件工作载荷、力分析、结构简图、力分析图、齿轮设计、轴设计、轴承寿命计算等圆柱齿轮传动计算小齿轮传递的额定功率p = 40w,小齿轮转速735r/min,

44、减速比为3. 5，设计寿命50000h。解：(1) 选择材料小齿轮，40crni2mo,调质处理，hbs = 293341;大齿轮，42crmo，调质处理，hbs = 250290。材料热处理质量可达 mq 要求，査图 10 - 9 得， hliml = 760mpa， fliml = 315mpa, hlim2 = 7oompa flim2 = 290mpa。(2) 初步确定主要参数小齿轮的额定转矩 t = 9549x40/750= 510(n m)取么=0. 4，参考表10 -10,取综合系数k = 2. 6。按表10 -9中斜齿轮接触强度公式，得 中心距a=453x(3.5+1)=63.

45、25取 a = 60mm，b2 = 0. 4a, = 26mm ,b1 = 28mm0取mn = 2mm,zi = 20,z2 =70,u=3. 4827，=10，按表 10-3 和表 10-4 中有关公式算得 rns = 0. 6876,zvi = 30.36,zv2 = 105. 75，查图10 - 3，总变位系数合理。按图10-4 分配变位系数得 xi = 0. 38，x2 = 0. 3076。dx = 3. 684mm, d2 = 19. 92m, dm = 2.6mm, da2 = 30. 756mm, dh2 = 20.19mm h = 3. 36mm, h2 = 3. 36mm，

46、t = 20. 2836,t = 21. 7751，=9. 39128, =l. 5716, =l. 474, y=3. 0456，v=6. 8(m/s)f=680n取齿轮精度等级为7 - 6 - 6gb1009588。(3)校核齿面接触强度和齿根弯曲强度原动机为电动机，从动机为中等冲击，查表10 - u,kk = l. 5。fptl=fpt2 = 14mm，由式 10-1 算得取 c=7 查图 10-5 得kv = l. 15t对6级精度、对称支承、装配时不作检验调整时的值代入式10-2得，khb=1. 15 + 0.18(b/d1 )2 + 0. 3 x 103b=1.15 + 0.18(

47、160/176.684)2 + 0. 3 x 103 x 160 = 1. 345由式 10.4n=(160/13.36)/(1 + 160/13.36+c160/13.36)2 )=0.917kfp=(khp)n = 1. 3459.917 = l. 312 按第i公差组6级精度，查表10-17，kh,=kf=1. 0，zbd = 1。由式 10-5 zh=2 cos20.2836sin21.7751查表 10 - 18，得ze =189. 8 mpal，z-= = 0.7977y=0. 25 + = 0. 25+f = 0. 7272 z= = = 0. 984y=l-epr = l-b

48、= 0. 917 (vepl，按=1 计算）应力循环次数：小轮i = 60nlt = 60 x 735 x 50000 = 2. 2x109 大轮,n = nu/u = 2. 2x109/3. 4821 = 6. 3x108由图 10 12，图 10 13，查得 zn1 = 1，zn2 = 1. 03，ynt1 = ynt2 = 1。选用润滑油牌号为220,%) = 120mm2/s，查图10 - 14，zl = 1. 02涡轮蜗杆计算设蜗杆载荷f=50n 转速n=200r/min强度计算：材料及精度选择：蜗杆40cr,表面高频淬火，hrc4555,齿面粗糙度=0. 8蜗轮zcusnlopbl

49、，金 属模浇铸，rhbp = 216mpa。精度 gb10089 -88 8 级按接触强度确定主要参数及尺寸ka = 1. 2，kv=l. 1，kq=1 k = l. 2x1.1x1 = 1. 32 =(1003. 5 i）=0. 84暂取tz = 50(n . m)取 z1 = 2，z2 = 2x20 = 40n=60 n2 t=60xx5x300x8=5.26x10712-2查得zn = 0. 81。 =216x0.81=175(mp)m=10.1 (mm)查表 12-2 初取 m =8mm，d1=80mm, q = 10。则 d2=z2m=552(mm),a=(d1+d2)/2=316(mm)取标准中心距 a =315mm由表 12-2、表 12-3 查得 q = 9，7=12 3144,传动效率计算滑动速度vs=0.89热平衡计算由减速器装配图估算a=1.37m2，因通风良好，取尺=15w/(m2 k)，热平衡时润滑油 的温度为t0=ta+=20+=73 c低于润滑油的允许工作温度，不需要采用其他冷却措施蜗杆涡轮的其他主要尺寸模数m=8蜗杆直径系数 q=d1/m=80/8=10涡轮直径d2=mz2=8x69=552蜗杆直径d1=qm=10x8=80涡轮齿顶圆df1=1.2x8=