滚珠丝杆升降机的介绍(共8页)

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1、精选优质文档-----倾情为你奉上 概述 丝杆升降机，SWL系列蜗轮丝杠升降机是一种基础起重部件，符合JB/T8809—1998（原JB/ZQ4391—86）标准。承载能力2.5—120T。具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、噪音小、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等优点。本设计是一种新式支撑杆的创造，利用电机来带动丝杠的转动从而实现支撑机构的升降。其中利用正反螺旋的叠加使用的加大行程的效果，以及螺旋机构的诸多特性来尝试性的设计创新。当然这其中也多有用到连杆机构，包括四杆及多杆机构的使用。连杆的作用是相当必要的，连杆的正确使用使升降支撑机构实现了阶梯性的升

2、降。另外，此次建模是运用MATLAB和Solidworks联合，此次设计是一个新的尝试，相信实验成功后能够广泛的应用于工业建筑，医疗科学，航天航空等各个领域，以得到更好的利用。 第一章 绪论 现今社会，支撑系统的应用已是日益广泛。在我们的日常生活领域，支撑系统已普遍应用。医疗领域，人工假肢以及工业领域的大型机械臂等都是支撑杆的广泛应用场所。而在航空、航天等领域，支撑机构性能的优劣更是直接关系到仿真和测试试验的可靠性和置信度,是保证航空、航天型号产品,以及武器系统精度和性能的基础。 因此，创造更好更优秀的支撑机构便是我们的新的目标。为了能在较短的周期内推出性能更好、更符合客户需求的机械产品

3、,可通过建立仿真软件所支持的产品模型,实现机械产品方案确立后的快速仿真分析及反馈,及时对设计方案进行改进和优化。创造更好更优秀的支撑机构便是我们的新的目标。 第二章 螺旋传动的设计 2.1螺旋传动的类型、应用和特点 2.1.1 螺旋传动的类型和应用 1）传力螺旋：在传动链中用于传递动力的螺旋传动称为传力螺旋。其特点是承受较大的载荷，传动精度要求较低，有的甚至对相对位移无精度要求，主要要求是具有足够的强度。如一起底座的调节螺旋或起重螺旋等。 2）示数测量螺旋传动：在传动链中用以精确地传递相对运动或相对位移的螺旋传动。其特点是传动式只需克服摩擦力矩和较小的附加阻力矩，其传动误差直接影响仪

4、器的工作精度，因此对示数测量螺旋传动的主要要求是传动精度高、回差下、运动灵活。常用于机床进给、分度机构和测量仪表中的螺旋测微机构，如千分尺中的螺旋等。 3）一般螺旋传动：用于精密机械中某些构件的传动或精确定位，对强度、刚度和精度均有较高的要求。当用于定位时，在定位后则要求螺纹不松动，故其螺纹升角必须很小，以保证自锁。 螺旋传动按其接触面的摩擦性质可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压螺旋传动，本设计采用的是滑动螺旋传动。 2.1.2 滑动螺旋的特点 1）降速传动比大。或，D为轮直径，即螺杆（或螺母）转动一圈，螺母（或螺杆）移动一个螺距（单头）。一般的螺距都比较小，故而降速传动比大。例如

5、t=0.5，D=160，则i=1005.由于螺旋传动的结构简单、紧凑，传动比大，实现同样的传动比，与其他传动形式相比较，传动环节少，故可以大大缩小传动链，因而具有较高的传动精度，且运动灵活、平稳。 2）具有增力作用。由于传动比大，根据在功率一定的条件下降速增矩的原则，给主动件一个较小的转矩，从动件便可得到较大的轴向力。 3）能自锁。当螺纹升角小于当量摩擦角时，螺旋传动具有自锁能力。 4）效率低、易磨损、低速存在爬行。由于螺旋工作表面为滑动摩擦，致使其传动效率低，一般为30%～40%，磨损快，因此不适于告诉大功率传动。 2.2螺旋机构的主要参数选择与计算 2.2.1 传动形式的选择

6、本设计采用正反螺旋形式，双螺母配螺杆的结构，即一螺母固定，螺杆转动并移动，另一螺母移动但不转动来实现加大行程的移动效果。 2.2.2 普通螺纹的主要几何参数 1）大径d(D):与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径。 2）小径d1(D1):与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径 3）中径d2(D2):一假想的圆柱体，该圆柱体的母线通过牙型中线的直径，称作用中经。这个假想的螺纹在规定旋和长度内，具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙底和牙顶留有间隙，以保证不与实际螺纹的大、小径发生干涉。 4）底径：与内螺纹或外螺纹底相重合的假想圆柱体的直径，即外螺纹的小径或内

7、螺纹的大径。 5）螺距t:响铃牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 6）导程s:同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离，s=nt,n为螺纹头数 7）牙形角2α:在螺纹牙形上，相邻两牙侧面间的家教。 8）螺纹升角γ:在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角， 。 9）螺纹旋和长度L:两个相互配合的螺纹沿轴向相互旋和部分的长度。 10）螺纹的公称直径:代表螺纹尺寸的直径称公称直径，标准规定按螺纹大径的基本尺寸记。 2.2.3螺旋传动的计算 在螺旋传动镇南关，螺杆所承受的载荷主要是转矩和轴向拉力（或压力）。这些力邀引起螺杆螺母工作表面的磨损、螺杆的变形及螺母牙的

8、断裂；同时当螺杆长径比较大时，由于受压发生纵向弯曲以致造成失稳。因此，滑动螺旋传动的设计计算通常包括耐磨性、刚度、稳定性及强度等4个方面。根据需要有时还要进行摩擦力矩、效率及自锁等其他方面的计算。 1）耐磨性计算 磨损是滑动螺旋传动的主要是小形式，因此螺杆的直径和螺母轴向长度（或高度）通常是根据耐磨进行计算的。 影响螺纹磨损的因素很多，如载荷大小、表面粗糙度、螺杆牙面硬度、润滑以及速度大小等。磨损的速度与螺纹工作表面的比压大小有直接关系。为保证螺纹的耐磨性和使用寿命，必须限制螺纹工作表面的比压，使其值小于或等于许用比压，即 式中p—螺纹工作表面计算平均比压； [p]—许用比压；

9、 —轴向载荷； —螺纹中径； h—螺纹工作高度，对于梯形和矩形螺纹h=0.5t,对于三角螺纹h=0.5413t; n—螺纹工作圈数，H为螺母高度，t为螺距。 令，则有 式中，ζ值可根据罗怒形式确定，对于整体式螺母ζ=1.2～2.5，对于部分式螺母ζ=2.5～3.5. 2）刚度计算螺杆在轴向载荷和转矩T的作用下将产生变形，引起螺距变化，从而影响螺旋传动精度。因此，设计时应进行刚度计算，以便把螺距的变化限制在允许的范围内。 螺杆受轴向载荷时，1个螺距的变化量。 式中，t—螺距； E—螺杆材料拉压弹性模量，对于钢E=2.15MPa； A—螺杆螺纹截

10、面面积，对梯形螺纹按螺纹中径计算，即，螺杆受拉时上式取“+”号，受压时取“—”号。 螺杆受扭矩T时，螺杆在1个螺距长度上产生的扭转角为 由此而引起的一个螺距的变化量为 式中，G—螺杆材料的剪切弹性模量对于钢MPa; —螺杆螺纹的极惯性矩，对于梯形螺纹按螺纹中径计算，即。 当T逆螺旋方向作用时上式取“+”号，顺螺旋方向作用时取“—”号。 螺杆在轴向载荷和转矩同时作用下，一个螺距总的变化量为 2.2.4 稳定性计算 对于受压且具有较大柔度的螺杆（例如t/d＞8～10），在工作时螺杆可能由于失稳而产生侧向挠曲，此时应对螺杆进行稳定性的校验，根据欧拉公式有

11、 式中，—螺杆失稳时的临界轴向载荷； —螺杆的最大轴向载荷； k—安全系数，一般k=2.5～4； E—螺杆材料的拉压弹性模量，对钢； J—螺杆截面的惯性矩，对于梯形螺纹应按中径计算； —螺杆的工作长度，一般取螺杆支承点间的距离； —长度系数，与螺杆支承情况有关。 为了计算方便，将上式改写为 式中，m—螺杆支承系数， 如不满足上述天剑，应增大知道满足为止。 必须指出：上述压杆稳定公式仅适用于螺杆的应力不超过其材料的许用应力时，否则将是受压破换而不是失稳问题。 2.2.5 强度计算 1）螺杆强度计算。螺杆在轴向载荷（拉伸或压缩）和转矩T的作用下产生正应力和切应力。螺杆的

12、强度可按第四强度理论进行验算其计算公式为 式中，—螺杆上的应力； —螺杆材料的许用应力； —螺杆螺纹内径； —螺杆承受的轴向载荷； T—螺杆传递的转矩，一般为摩擦力矩 2）螺纹强度计算。螺纹强度包括螺杆螺纹强度和螺母螺纹强度，由于螺杆的材料强度通常比螺母材料强度高，故只需对螺母螺纹强度进行计算。 设载荷作用在 滚珠丝杠 类型 常用的循环方式有两种：外循环和内循环。滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。滚珠每一个循环闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每

13、个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈；外循环每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等几种。 　　1） 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。如图2-3所示，外循环滚珠丝杠螺母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、插管式和螺旋槽式。 图2-3 常用外循环方式(a)端盖式；（b）插管式；（c）螺旋槽式如图2-3（a）所示是端盖式，在螺母上加工一纵向孔，作为滚珠的回程通道，螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成循环。如图2-3（b）所示为插管式，它用弯管作为返回管道，这种结构工艺性好，但是由于管道突出螺母体外，径

14、向尺寸较大。如图2-3（c）所示为螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚道的平稳性。 　　2） 内循环：如图2-4所示为内循环滚珠丝杠。内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种类型。如图2-4（a）所示为圆柱凸键反向器，它的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的圆键1定位，以保证对准螺纹滚道方向。如图2-4（b）所示为扁圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切

15、槽中，其端部开有反向槽3，用镶块的外轮廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外轮廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。 图为端盖式循环，仅供参考。 特点 1、与滑动副相比驱动力矩为1/3 　　由于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。 　　2、高精度的保证 　　滚珠丝杠副是用制造的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

16、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。 　　3、微进给可能 　　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进给。 　　4、无侧隙、刚性高 　　滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使达到负值,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丝母部的刚性增强)。 　　5、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)。 　　◎精度公差:P5 .P7 -- 丝杠 1、当丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应

17、规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。 　　2、滚珠丝杠螺母间因无间隙，直线运动时精度较高，尤其在频繁换向时无需间隙补偿。滚珠丝杠丝母间摩擦力很小，转动时非常轻松。 　　3、滚珠丝杠与电机连接时中间必须加装联轴器以达到柔性连接。则可以直接用同步轮与电机出力轴连接。 　　4、滚珠丝杠副依据国家标准GB/T17587.3-1998, 分为(P)和(T)两大类.精度等级共分七个等级,即1.2.3.4.5.7.10级,1级精度最高.依次降低. 　　5、德迈传动滚珠丝杠转动一周螺母移动的距离为一个螺距距离,如果是丝杠每转一周螺母移动四个（或五

18、个）螺旋线的距离，那么表示该丝杠是四线（或五线）丝杠，俗称四头（或五头）丝杠。 一般小导程滚珠丝杠都采用单线，中，大或超大导程采用两线或多线。 步进电机 特性 1 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如果加入适当的脉冲信号， 就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。 　　2 一般步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成。 　　3 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 　　4 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。 优点 　　1． 电机旋转的角度正

19、比于脉冲数； 　　2． 电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； 　　3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性； 　　4． 优秀的起停和反转响应； 　　5． 由于没有，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命； 　　6． 电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控 　　制成本 　　7． 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 　　8． 由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。 缺点 　　1． 如果控制不当容易产生共振； 　　2． 难以运转到较高的转速。 　　3. 难以获得较大的转矩 　　4. 在体积重量方面没有优势，能源利用率低。 5. 超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。 专心---专注---专业