哈工大《机械机构创新设计及应用》大作业及论文第二题资料

1、机械机构创新设计及应用大作业（2014年春季学期）大作业一题目：设计题目2偏载力矩配平机构设计大作业二题目：题目2消除滚动螺旋传动消除间隙的方法姓 名王硕学 号1110811002班 级1108110专 业机械电子专业报告提交日期2014年6月12日哈尔滨工业大学机电工程学院2机械机构创新设计及应用大作业大作业要求1. 完成课堂布置的2道大作业题，拒绝雷同和抄袭，否则均为零分；2. 大作业最好包含自己的体会等；3. 大作业统一用该模板撰写，字数不限，表达清晰完整即可；4. 正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距；5. 用A4纸双面打印（节约用纸）；左侧装订，1枚钉；6. 大作业需同时提交打

2、印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐（缺电子文档得零分），统一发送至：shanxiaobiao；7. 此页不得删除。评语：大作业一成绩（10分，占10%）：教师签名：大作业二成绩（10分，占10%）：总成绩（20分，占20%）： 年 月 日设计题目2偏载力矩配平机构设计1设计要求1) 一水平转动轴系存在偏载，偏载力矩300Nm2) 转动轴转角范围0150°3) 转动轴最大转速300°/s2需完成工作1) 完成原理设计，给出原理图2) 完成设计计算3) 完成大致的结构设计及说明包含的主要的零部件参数及其功能一、 原理设计系统存在偏载力矩，考虑采用气缸带动齿条与轴系的齿轮

3、配合来消除系统偏载力矩，由于采用汽缸推动存在不平行度误差，所以考虑在汽缸与基座处加一球形铰链消除不平行误差。转动轴转角范围决定齿条长度，转动轴最大速度决定采用的气缸的伸出速度。原理图如下图所示二、 设计计算选取斜齿轮，齿轮模数为，齿数为，螺旋角为，根据计算得齿轮分度圆直径, ;齿轮转过角度，,齿条行程，汽缸推力，；气缸推进速度，三、选取主要零件的型号齿条：选取ATLANTA公司的斜齿齿条，HPR高精度齿条，该齿条适用于与导轨配合的机床情况，具体型号如下： HPR 29 30 100型斜齿齿条，模数3，长度1000mm，齿数100；气缸：选取SMC公司的汽缸，选取薄型缸带导CQM系列汽缸，标准如

4、下图最终选取，C QM B 100 TF -150, 缸径100mm，满足推力要求，速度300mm/s满足要求，行程150mm。球形铰链：选取天津瑞基公司生产的球形铰链，选取QJ-60型球形铰链即可，球柄直径20mm，输出臂厚度25mm，长度41。总结感受：这次的大作业设计让我感触良多，我这个题应该是唯一一个没有原理图的，所以拿到题我就和同组的成员讨论怎么做。后来在以前留过的一个老师提出要有兴趣自主完成的小作业中找到了影子，才算确定下方案。计算过程中，又遇到很多麻烦，SMC型气缸的参数局限太多，行程大的力小，力够的速度不足，最终经过一次次修改终于确定了一个可以用的型号，期间的痛苦只有做过才能理

5、解。感谢老师这次的大作业，让我得到了又一次充分的锻炼，不管是从设计，计算还是网上找资料，查型，选手册，这一次的经历确实很重要。消除滚动螺旋传动消除间隙的方法摘要：滚动螺旋传动是生产中常见的一种传动方式，其具有传动比大，效率高等优点。但是由于装配或加工误差，会造成滚动传动中出现间隙，这将影响传动的精度，所以在实际应用中消除滚动螺旋传动间隙是很重要的，本文将简要说明几种常见的方法。关键词：滚动螺旋传动、间隙、预紧、双螺母查齿式一、滚动螺旋传动用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动，又称滚珠丝杠传动.滚动体通常为滚珠，也有用滚子的。滚动螺旋传动的摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精度

6、和轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差，但远比滑动螺旋传动为好。滚动螺旋传动的效率一般在90%以上。它不自锁，具有传动的可逆性；但结构复杂，制造精度要求高，抗冲击性能差。它已广泛地应用于机床、飞机、船舶和汽车等要求高精度或高效率的场合。滚动螺旋传动的结构型式，按滚珠循环方式分外循环和内循环。外循环的导路为一导管,将螺母中几圈滚珠联成一个封闭循环。内循环用反向器，一个螺母上通常有24个反向器，将螺母中滚珠分别联成24个封闭循环，每圈滚珠只在本圈内运动。外循环的螺母加工方便，但径向尺寸较大。为提高传动精度和轴向刚度，除采用滚珠与螺纹选配外，常用各种调整方法以实现预紧。图一、滚珠丝杠循环方式二、特点滑动丝

7、杠副和驱动力相比1/3由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。高精度的保证滚珠丝杠副是一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。微量进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微量进给。无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加与预压,由于预压力可使轴向间隙达到负

8、值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使螺母部分的刚性增强)。高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。三、滚珠丝杠副的调整方法 滚珠丝杠螺纹副的调整主要是对丝杠螺纹副轴向间隙进行消除。轴向间隙是指丝杠和螺母在无相对转动时，两者之间的最大轴向窜动量。除了结构本身的游隙之外，在施加轴向载荷后，轴向变形所造成的窜动量也包括在其中。一般在机加工过程中消除滚珠丝杠螺纹副的轴向间隙，满足加工精度要求的办法有两种：3.1软调整法： 在加工程序中加入刀补数，刀补数等于所测得的轴向间隙数或是调整数控机床系统轴向间隙参数的数值

9、。但这都是治标不治本的办法。因为滚珠丝杠螺纹副的轴向间隙事实上仍是存在的，只是在走刀时或工作台移动时多运行一段距离而已。由于间隙的存在会使丝杠螺纹副在工作中加速损坏，还会使机床震动加剧；噪声加大；机床精加工期缩短等。3.2硬调整法：是使用机械性的方法使丝杠螺纹副间隙消除，实现真正的无间隙进给。此种办法对机床的日常工作维护也是相当重要的。是解决机床间隙进给的根本办法。但相对软调整过程要复杂一些，并需经过多次调整，才可达到理想的工作状态。在此我主要对滚珠丝杠螺纹副的硬性间隙调整作较详细地介绍。 滚珠丝杠螺纹副一般是通过调整预紧力来消除间隙（硬调整）的，消除间隙时要注意考虑以下情况：预加力能够有效地

10、减小弹性变形所带来的轴向位移，但不可过大或过小。过大的预紧力将增加滚珠之间和滚珠与丝母、丝杠间的磨擦阻力，降低传动效率，使滚珠、丝母、丝杠过早磨损或破坏，使丝杠螺纹副寿命大为缩短。预紧力过小时会造成机床在工作时滚珠丝杠螺纹副的轴向间隙量没有得到消除或没有完全消除。使工件的加工精度达不到要求。所以，滚珠丝杠螺纹副一般都要经过多次调整才能保证在最大轴向载荷下，既消除了间隙，又能灵活运转。(1)滚珠丝杠螺纹副轴向间隙的测得要进行轴向间隙的调整的第一步是得知滚珠丝杠螺纹副是否已有轴向间隙和该间隙的数值。可采用以下方法获得：使用磁力千分表,将其固定于机床某一固定位置。将表针贴于任意方向工作台的一个侧面，

11、表针要位于工作台移动方向的同向直线上。记下千分表数值。然后使此方向的工作台向远离表针的距离移动大约2550cm再返回程序中原来对表时的工作台位置。再次对千分表进行读数。把两个数值进行比较，若差值为零，说明滚珠丝杠螺纹副目前还没有间隙，若差值不是零，说明滚珠丝杠螺纹副已存在间隙，其差值就是此方向工作台所对应的丝杠螺纹副所需要调整的间隙量。当然，测得丝杠螺纹副轴向间隙量的办法并不只此一种，在此介绍的办法只是一种较简便的办法。(2)双螺母齿差式丝杠螺母结构的调整单螺母加过盈调整间隙的结构已少见,目前主要采用双螺母结构消除间隙。虽然双螺母齿差调隙式滚珠丝杠螺纹副的结构较为复杂，但调整操作方便，通过简单

12、的计算就可获得精确的调整量，是目前应用最为广泛的一种结构，现就以它为例进行介绍。 双螺母齿差调隙式丝杠螺纹副结构:如图二图二、双螺母齿差调隙式丝杠螺纹副结构图两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮,而且齿数差为1,既:Z2-Z1=1,两个内圈齿数相同,并用螺钉和销钉固定在螺母的两端.调整时先将内齿圈取出,根据间隙的大小,使两个螺母分别在相同方向上转过一个齿或几个齿,这样就使这两个螺母彼此在轴向上接近了一个相应的距离(因为两边的齿数是差是1,所以实际转过的角度是不同的).间隙的消除量()可用下式计算；=nt/ Z2Z1或 n=Z2Z1/t式中n-两个螺母在同一方向转过的齿数;Z2，Z1 -齿轮的齿数.

13、滚珠丝杠螺纹副副的调整限度是：使数控机床在额定满载情况下刚好实现无间隙进给为最佳状态。(3)垫片调隙式：通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的。这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。(4)螺纹调隙式：其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。四、滚珠丝杠的应用滚珠丝杠轴承为适应各种用途，提供了标准

14、化种类繁多的产品。广泛应用于机床，滚珠的循环方式有循环导管式、循环器式、端盖式。预压方式有定位预压（双螺母方式、位预压方式）、定压预压。可根据用途选择适当类型。丝杆有高精度研磨加工的精密滚珠丝杠（精度分为从CO-C的6个等级）和经高精度冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠轴承（精度分为从C7-C10的3个等级）。另外，为应付用户急需交货的情况，还有已对轴端部进行了加工的成品，可自由对轴端部进行追加工的半成品及冷轧滚珠丝杠轴承。作为此轴承的周边零部件，在使用所必要的丝杠支撑单元、螺母支座、锁紧螺母等也已被标准化了，可供用户选择使用。滚珠丝杠轴承以多年来所累积制品技术为基础，从材料、热外理、制造、检查至出货

15、，都是以严谨的品保制度来加以管理，因此具有高信赖性。主要应用于：超高DN值滚珠丝杠：高速工具机，高速综合加工中心机；端盖式滚珠丝杠：快速搬运系统，一般产业机械，自动化机械；高速化滚珠丝杠：CNC机械、精密工具机、产业机械、电子机械、高速化机械；精密研磨级滚珠丝杠：CNC机械，精密工具机，产业机械，电子机械，输送机械，航天工业，其它天线使用的致动器、阀门开关装置等；螺帽旋转式（R1）系列滚珠丝杠：半导体机械、产业用机器人、木工机、镭射加工机、搬送装置等；轧制级滚珠丝杠：低摩擦、运转顺畅的优点，同时供货迅速且价格低廉；重负荷滚珠丝杠：全电式射出成形机、冲压机、半导体制造装置、重负荷制动器、产业机械、锻压机械。五、结束语：滚珠丝杠传动具有很多优良特性，在解决了间隙导致的精度问题之后，滚动丝杠螺纹副在数控机床上的使用，较普通机床更加满足了机加工的要求，随着滚动丝杠螺纹副在数控