《精密机械课程设计学习指导》

《精密机械课程设计指导》

设计要求与内容

1、设计要求

工作台水平行程20mm ，重复精度0.05mm ，承重1.5kg ，运行速度5mm/s 2、设计内容

确定丝杆传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动参数；丝杆传动的设计计算；轴承、联轴器、润滑、联接件的选择及校核计算；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。 3、设计任务

① 丝杆传动装配图1张（A4图纸）； ② 零件工作图2张； ③ 设计计算说明书1份。 4、螺旋传动的基本介绍

螺旋传动(screw drive)，利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。

螺杆与螺母的运动关系式为：

ϕπ

2h

P l = 其中：

l ————螺杆（或螺母）的位移（mm); h P ————导程（mm);

ϕ ————螺杆和螺母间的相对转角（rad ）。

二、总体方案的构想

按工作特点，螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。。①传力螺旋:以传递动力为主,它用较小的转矩产生较大的轴向推力,一般为间歇工作,工作速度不高，而且通常要求自锁，例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋

（[螺旋千斤顶]）。②传导螺旋：以传递运动为主，常要求具有高的运动精度，一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高，如机床的进给螺旋（丝杠）。③调整螺旋：用于调整并固定零件或部件之间的相对位置，一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度，如机器和精密仪表微调机构的螺旋。

按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度较低等原因应用很少;对于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。一般螺纹升程和摩擦系数都不大，因此虽然轴向力F相当大，而转矩T则相当小。传力螺旋就是利用这种工作原理获得机械增益的。升程越小则机械增益的效果越显著。滑动螺旋传动的效率低，一般为30～40％，能够自锁。而且磨损大、寿命短，还可能出现爬行等现象。

由于此处工作台的行程仅为20毫米，速度为5毫米/秒，处于低速运行状态，无寿命要求且精度适中、运行平稳，综合以上几点分析，选用螺旋传动。

螺旋传动一般有两种形式：

1、螺杆固定并转动，螺母移动。如图示：

该装置的特点为机构的轴向尺寸取决于螺母厚度及其行程大小。机构刚性较大，结构紧凑，适用于工作行程较长的精密加工设备和监测器。

2、螺母移动，螺杆转动并移动。如图示：

该装置的特点为螺母起支撑作用，可消除螺杆和轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。结构简单，但轴向尺寸较大，刚性较差，适用于微动机构。缺点是所占用轴向尺寸比较大，刚性较差。

综合以上思考，最终选定第二种方案。

三、设计过程

1、弹簧的设计

弹簧的材料使用碳素弹簧钢65Mn 。为压缩弹簧YI 型，该弹簧易于制造，结构紧凑；适于小空间。

弹簧载荷计算公式为： n

D Gd F 3

4

8λ=

式中：

G ————弹簧材料切面模量； d ————簧丝直径；

D ————弹簧中径；

在这里参数选择为：

G = 78000MPa d=1 mm D=11 mm λ=30 mm n=10 计算得：

k F = 21.3 N

2、工作台的设计

工作台材料为灰铸铁（HT250)，此种铸铁有良好的铸造性能和良好的耐磨性能，且灰铸铁本身的抗压强度高于抗拉强度，故适用于铸造受压状况下的工作零件。但灰铸铁的脆性很大，不宜承受冲击载荷。

热处理有以下几步：

① 消除内应力退火， ② 改善切削加工性退火， ③ 表面淬火。

灰铸铁分≥HT250与≤HT220，其密度分别为7.35g/cm³；与7.2g/cm³。这里用到的灰铸铁为HT250，则密度取7.35g/cm³ ，工作台体积为55000mm 3，则质量为0.4kg ，同时要求载重1.5kg ，则总质量为1.9kg 。

取灰铸铁的摩擦系数μ=0.3，则摩擦力： μF =μ(物台m +m )= 5.7 N 。

3、基座的设计

基座呈“凹”字形，由底座和导轨两部分构成，如图示：

底座比较厚，质量较大，这样可以保证整个装置的稳定性。同时导轨采用“V ”字形滑动导轨。该导轨的特点为导向性好，能自动补偿磨损。材料用灰铸铁，为了提高导轨表面硬度，采用表面淬火工艺，表面硬度可达55HRC ，导轨的耐磨性可提高1~3倍。 4、螺杆的设计计算

1）螺旋副的选择

在精密机械中，螺旋传动可以分为示数螺旋传动、传力螺旋传动和一般螺旋传动三类。传力螺旋传动机构用于传递动力，如螺旋压力机，螺旋千斤顶等。传力螺旋传动需要承受较大载荷，因此要有足够的强度，故多采用梯形螺纹或锯齿形螺纹。梯形螺纹适用于传动双向动力，且适用于精密机械中相对位移的机构，本实验采用梯形螺纹，单头右旋。

梯形螺纹的特点：

①牙型角α=ο

30，螺旋副的大径和小径处各有相等的径向间隙

a。

c

②牙根强度高。螺纹工艺好，内外螺纹以锥面贴合。

③对中形好，不易松动。

2）螺杆的相关参数

丝杆采用45号钢铸造。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过

调质后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性，淬火后表面硬度可达45~52HRC 。

螺杆所受轴向载荷为F=μF +k F =5.7+21.3=27N ，这里取F=50N 。 螺杆中径的计算公式为 p

p F

d ψ8.02≥ 其中：

F ————轴向载荷；

p p ————许用压强（7MPa) ψ=2

计算得:

d 2≥1.512mm

取螺杆公称直径为10mm ，查《机械设计手册》得到相关参数，如图示

5、螺杆相关参数的校核

公称直径d 螺距P 中径 大径4D

小径d3

10mm

2mm

9mm

10.5mm 7.5mm