丝杆传动工作台设计

一设计要求

设计丝杆传动工作台，工作台水平行程20mm，重复精度0.05mm，承重1.5kg，运行速度5mm/s

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。

在设计中完成了以下工作：

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。

二总体设计方案：

丝杠传动工作台总体设计方案的内容包括工作台尺寸设计、导轨设计、减速器的选择、联轴器和轴承的选择以及直流电机的选择。

2.1工作台的尺寸设计

由于所要承受的负载的重量较小，并且导轨的行程比较小，所以根据负载的重量可设计矩形工作台。

2.2导轨类型设计

由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故设计滑动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动稳定性。

2.3电机的选择

根据负载的重量和工作台及零部件的重量较小，所以选用的电机的功率较小，可选用普通的直流电机，结合丝杠的转矩可选择所需的电机。

2.4减速器的选择

因为工作台的水平行程比较小，丝杠的转速比较小，结合电机的转速较大，需选择传动比较大的减速器，又因为所需功率较小，则可选用同轴圆柱齿轮减速器。

2.5联轴器和轴承的选择

根据所选用的电机的转轴的尺寸和减速器的蜗轮和蜗杆的尺寸，可以选择合适的联轴器。由于在转动过程中，所受的轴向力比较小，主要承受径向力，所以可选择角接触轴承。

三机械结构零部件设计

3.1工作台的尺寸设计

工作台的相关参数设定为：

材料：灰铸铁 HT200，密度ρ=7.0g/cm3

长度*宽度*厚度：50*60*5=15000mm3

工作台质量：m=ρV=7.0*15000*10-6=0.105 kg G=1.05N 工作台最大载荷：F=15N

下图为工作台简图

3.2 导轨的设计

导轨类型的选择为滑动和滚动，在此我们选择滑动三角形导轨。导轨简图如图所示

材料：用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦因数小，并具有良好的加工和热处理性质。本设计导轨材料应选用HT200，它具有较好的耐磨性，灰铸铁密度为ρ=7.0g/cm3。此灰铸铁导轨的硬度一般为180~200HBW。为了提高导轨表面硬度，采用表明淬火工艺，表面硬度可达55HRC，导轨的耐磨性可提高1~3倍。

滑块的材料同样也选为灰铸铁

3.3丝杠的设计

3.3.1 滑动螺纹副的设计

传动形式确定

滑动螺旋的特点：①结构简单，加工方便；②易于实现逆行程自锁，工作安全可靠；③摩擦阻力大，传动效率低；④容易磨损，轴向刚度较差。

滚珠螺旋的特点：①摩擦阻力小，传动效率高；②磨损小、寿命长、工作可靠性好；③具有运动的可逆性，应设防逆动装置；④轴向刚度较高，抗冲击性能较差；⑤结构复杂，加工制造较难；⑥预紧后得到很高的定位精度（约达5um/300㎜）和重复定位精度（可达1~2um）。

参照设计要求发现，滑动螺旋和滚动螺旋均可满足要求。拟选定滑动螺旋传动方式。滚动螺旋的工作原理下图所示

螺杆转动，螺母移动，如图12-23（a）所示。这种机构的轴向尺寸取决于螺母厚度及行程大小。机构的刚度较大，结构紧凑，适用于工作行程较长的精密加工设备和监测仪器。

螺母转动、螺杆移动，如图12-23（b）所示，这种机构的轴向尺寸也取决于螺母厚度和行程的长度，机构所占空间较大，精度较低，结构比较复杂，适用于仪器和设备中的调解机构。

螺母固定、螺杆转动并移动，如图12-23©,所示。在这种机构中螺母起支撑作用，由此可消除螺杆与轴承支架可能产生的轴向窜动，容易获得较高的转动精度。其结构比较简单，但轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母厚度），刚性较差，仅适用于短行程的微动机构。

螺杆固定、螺母转动并移动，如12-23（d）所示，采用该结构是螺旋副所需轴向尺寸较小，但难以实现连续转动，精度低，仅用于仪器和设备中的间隙调整和锁紧结构。

差动螺旋转动，其原理如图（e）所示。

根据设计需要，使丝杆的两端固定，丝杆仅能做旋转运动，这样固定在丝杆上的螺母就可以随着丝杆的旋转而作直线运动，通过滑动螺旋将丝杆的旋转运动转变为螺母的直线运动。因此，只要将螺母与工作台固定在一起，工作台就可以

随螺母进行水平直线运动，工作台的运动方向由丝杆的方向所决定，因此工作台只能做一维的直线平移。故采用（a）丝杆转动、螺母移动的滑动螺旋传动方式。

螺纹的确定

螺纹包括普通螺纹，管螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹，30°锯齿形螺纹。其中，矩形螺纹和梯形螺纹用于传力或传导螺旋可供选择。而梯形螺纹相对于矩形螺纹来说工艺性好，牙根强度高，螺纹副对中性好，可以调整间隙。故选择梯形螺纹。

螺杆与螺母材料的选择

螺杆材料应具有良好的加工性能，一般可选用A5。，Y40Mn，45,50等钢。对于重要传动，要求耐磨性高，需进行热处理，可选用T12,65 Mn，40Cr，40WMn 或20CrMnTi等钢。对于精密传导螺旋还要求热处理后有较好的尺寸稳定性，可选用9 Mn 2 V，CrWMn，38CrMoA1A等钢。

螺母和螺杆配合后应具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，常选用铸造青铜ZQSn10-1，ZQSn6-6-3；重载低速时可选用高强度的铸造青铜ZQA19-4或铸造黄铜ZHA166-6-3-2；重载调整螺旋的螺母可选用35号钢和球墨铸铁；速度低载荷小时也可选用耐磨铸铁。

已知工作台运行速度为5mm/s，即3m/min.

丝杆传动对材料的磨损极大，为减少设备的维护频率与费用在满足要求的前提下选材要从经济考虑。丝杆相对于螺母难加工且价格昂贵，故丝杆的硬度要高于螺母。

综上，螺杆采用钢材料，螺母使用耐磨铸铁

常见材料的许用压强【p】

螺杆材料螺母材料[p]/Mpa 速度范围/(m/min)

钢钢青铜

钢

18~25

7.5~13

低速

钢钢铸铁

青铜

13~18

11~18

<2.4

<3.0