【终稿全套】精密万能工具磨床主轴头及其进给机构设计【含18张CAD图纸+文档】
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世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点,将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系,提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词:机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具,在其开发的活性语义设计网ASK中,采用结点和线条组成的网络描述设计,结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等),线条用以调整和定义结点间不同的语义关系,由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型,使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达,实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在着有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后,即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出,他们以系统理论为基础,制订了设计的一般模式,倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上,制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础,从产品开发的宏观过程出发,利用质量功能布置方法,系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统,并借助于生命系统理论,把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求,形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题:一是把要设计的产品作为一个系统处理,最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统,根据设计目标,正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同,进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”,认为一个产品的五个设计元素值确定之后,产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT,用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息,实现了系统结构、功能关系的图形化建模,以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点,将设计方法解与信息技术进行集成,实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为:根据合适的功能结构,寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现,并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”,“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图,先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”,再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置,得到结构示意图。Roper,H.利用图论理论,借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念,以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图,把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述,形成了有效地应用现有知识的方法,并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型,并借用键合图表达元件的功能解,希望将基于功能的模型与键合图结合,实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换,寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上,将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构,通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件,甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部),并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化,具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术,将变形设计与组合设计相结合,根据分级模块化原理,将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级,并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块,再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具,提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排,形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息,非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展,异地协同设计与制造,以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是,达到这些目标的重要前提条件之一,就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此,不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中,虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前,德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP,以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进,由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚,目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为,综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多,不仅与机械设计的领域知识有关,而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识,但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效,我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性,及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是:用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验,建立相应的知识库及推理机,再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征,以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策,完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计,必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此,国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作,采用的方法可归纳为下述几种。沈阳建筑大学毕业论文毕 业 论 文 题 目 精密万能工具磨床主轴头及其进给机构设计 学院专业班级 学 生 姓 名 杨帅 性别 指 导 教 师 张丽秀 职称 副 教 授 年 月 日58摘 要本次设计是对万能工具磨床装置的设计。在这里主要包括: 皮带传动系统的设计、水平进给机构和升降机构这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练,提高了分析和解决工程技术问题的能力,并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到带轮上,带轮带动主轴头,从而带动整机运动,提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性,有着广阔的发展前途。本论文研究内容:(1) 万能工具磨床装置总体结构设计。(2) 万能工具磨床装置工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 万能工具磨床装置的传动系统、执行部件设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词:万能工具磨床装置; 联轴器;滚珠丝杠AbstractThis design is the design of universal tool grinder device. Here mainly includes: system design, belt drive system of the horizontal feed mechanism and a lifting mechanism on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and for general mechanical design to create certain conditions.The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the belt wheel, belt wheel drives the main shaft, which drives the machine movement, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.The research of this thesis:(1) universal tool grinder device structure design.(2) analysis of universal tool grinder device performance.(3) the choice of motor.(4) the design of transmission system, executive components of universal tool grinder device.(5) the design of components for the design calculation and check.(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Key words: universal tool grinder, coupling, ball screw目 录第1章 绪 论11.1 国内外研究现状11.2 磨床的现状及其发展趋势21.3 设计意义2第2章 总体设计方案32.1 设计的要求与数据32.1.1 M-40万能刀具磨床主轴头设计32.1.2 M-40型万能工具磨床砂轮头进给机构设计32.2 总体结构设计3第3章 工具磨床主轴系统及其带传动设计63.1 主轴的基本要求63.2 主轴组件的布局83.3 主轴结构的初步拟定113.4 主轴的材料与热处理113.5 主轴的技术要求123.6 主轴直径的选择133.7 主轴前后轴承的选择133.8 轴承的选型及校核143.9 主轴前端悬伸量163.10 主轴支承跨距173.11 主轴结构图183.12 主轴组件的验算183.13 带传动计算213.13.1 带传动设计213.13.2 选择带型223.13.3 确定带轮的基准直径并验证带速223.13.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角233.13.5 确定带轮的结构和尺寸24第4章 工具磨床主轴相关部件264.1 主轴轴承的润滑264.2 主轴组件的密封264.2.1 主轴组件密封装置的类型264.2.2 主轴组件密封装置的选择264.3 轴肩挡圈274.4 挡圈274.5 圆螺母27第5章 水平进给结构及传动设计295.1 水平滚珠丝杆副的选择295.2 校核325.3 电机的选择35第6章 升降进给机构的计算386.1 电机计算386.2 齿轮齿条的设计计算406.3 升降方向运动机械部件的计算446.4 直线滚动导轨副的计算、选择51总 结54参考文献55致 谢56第1章 绪 论1.1 国内外研究现状20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用,计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括:车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机,形成庞大的数控制造设备家族,每年全世界的产量有1020万台,产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复,曾一度几乎快成为夕阳工业,所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动,从90年代初开始已出现明显的回升,在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受个月以后的订货合同,生产任务饱满。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段,许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说,技术水平不高,质量不佳,所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整,经历了几年最困难的萧条时期,那时生产能力降到50,库存超过个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场,加强限制进口数控设备的审批,投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关,对数控设备生产起到了很大的促进作用,尤其是在1999年以后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金,使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年月份的上海数控机床展览会和2001年月北京国际机床展览会上,也可以看到多品种产品的繁荣景象。数控技术经过50年的个阶段和代的发展: 第阶段:硬件数控(NC) 第代:1952年的电子管 第代:1959年晶体管分离元件 第代:1965年的小规模集成电路。第阶段:软件数控(CNC) 第代:1970年的小型计算机 第代:1974年的微处理器 第代:1990年基于个人PC机(PC-BASEO) 第代的系统优点主要有: () 元器件集成度高,可靠性好,性能高,可靠性已可达到万小时以上; (2) 提供了开放式基础,可供利用的软、硬件资源丰富,使数控功能扩展到很宽的领域(如CAD、CAM、CAPP,连接网卡、声卡、打印机、摄影机等); (3) 对数控系统生产厂来说,提供了优良的开发环境,简化了硬件。 目前,国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司,年生产万套以上系统,占世界市场约40左右,其次是德国的西门子公司约占15以上,再次是德海德汉尔,西班牙发格,意大利菲亚,法国的,日本的三菱、安川。1.2 磨床的现状及其发展趋势随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多,磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削(从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展)和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展4,如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4m、磨削精度高达0.025m;使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s,但这样的线速度一般仅用于实验室,实际生产中常用的砂轮线速度为4060m/s;从精度上看,定位精度2m,重复定位精度1m的机床已越来越多;从主轴转速来看,8.2kw主轴达60000r/min,13kw达42000r/min,高速已不是小功率主轴的专有特征;从刚性上看,已出现可加工60HRC硬度材料的加工中心。北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的GA(P)6263数控外圆/数控端面外圆磨床,砂轮架采用原装进口,砂轮线速度可达60m/s,砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度,采用日本丰田工机公司GC32ECNC磨床专用数控系统可实现二轴(X和Z)到四轴(X、Z、U和W)控制。此外,对磨床的环保要求越来越高,绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳,绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。1.3 设计意义此毕业设计题目来源于生产实际,由于刀具是工装的重要组成部分,它对于生产的顺利进行及生产效率、产品的精度保证起着至关重要的作用。因此,设计一种高精度的万能工具磨床具有较大的实用价值。本设计的主要完成对确定万能工件头的传动机构、工作台的纵向进给机构及实现大范围角度调整的旋转机构的设计。第2章 总体设计方案2.1 设计的要求与数据2.1.1 M-40万能刀具磨床主轴头设计主轴头即为砂轮头,砂轮的转速最高达6200rpm。主轴功率0.75kw。并实现三级变速。砂轮头在水平面上可360度旋转,并可在垂直面上作30度(15度)的上下倾斜。2.1.2 M-40型万能工具磨床砂轮头进给机构设计其功能要求实现升降及前后的移动。要求砂轮前后移动距离250mm,砂轮升降移动距离250mm设计中需要查阅大量的文献资料,并需要翻译与毕业设计题目相关的外文资料,从而达到训练学生外语应用能力的目的。设计中需要采用CAD绘图、WORD排版设计说明书,能够提高学生的计算机应用能力。2.2 总体结构设计一般来讲,普通万能工具磨床的数控设计主要有两部分,一是设计一套简易微机数控工作台,固定在万能工具磨床的工作台上。二是将控制上、下运动的手柄拆去,改用微机控制步进电机通上下运动。本设计只对工作台进行设计。取万能工具磨床步进电机的脉冲当量可选为0.01mm/脉冲,步进电机的步距角0.9。方案 系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统,点位直线系统,连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削,可选用点位控制方式。数控万能工具磨床在工作台移动过程中头并不进行孔加工,因此数控装置可采用点位控制方式。对点位系统的要求是快速定位,保证定位精度。(2) 伺服系统的选择伺服系统实现位置伺服控制有开环、闭环、半闭环3种控制方式。开环控制的伺服系统存在着控制精度不能达到较高水平的基本问题,但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系,使步距误差不会积累;转速和输入脉冲频率严格的对应关系,而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、环境条件的波动而变化的特点。并且步进电机控制的开环系统由于不存在位置检测与反馈控制的问题,结构比较简单,易于控制系统的实现与调试。并且随着电子技术和计算机控制技术的发展,在改善步进电机控制性能方面也取得了可喜的发展。因此,在一定范围内,这种采用步进电机作为驱动执行元件的开环伺服系统可以满足加工要求,适宜于在精度要求不很高的一般数控系统中应用。虽然闭环、半闭环控制为实现高精度的位置伺服控制提供了可能,然而由于在具体的系统中,增加了位置检测、反馈比较及伺服放大等环节,除了在安装调试增加工作量和复杂性外,从控制理论的角度看,要实现闭环系统的良好稳态和动态性能,其难度也将大为提高。为此,考虑到在普通立式万能工具磨床上进行设计,精度要求不是很高,为了简化结构,降低成本,本设计采用步进电机开环伺服系统。(3) 执行机构传动方式的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性,在设计机构传动装配时,通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。故在设计中应考虑以下几点:尽量采用低摩擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨等。尽量消除传动间隙。如步进电机上的传动齿轮采用偏心轴套式消隙结构。缩短传动链。缩短传动链可以提高系统的传动刚度,减小传动链误差。可采用预紧以提高系统的传动刚度。如应用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠传动副,丝杠支承设计成两端轴向固定,并加预拉伸的结构等提高传动刚度。万能工具磨床传动采用滚珠丝杠螺母传动副和滚动导轨。(4) 计算机系统的选择计算机数控系统一般由微机部分、I/O接口电路、光电隔离电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分所组成。在简易数控系统中,大多采用8位微处理器的微型计算机。如何采用Z80CPU或MCS-51单片机组成的微机应用系统。Z80CPU有芯片价廉,通用性强,维修方便等特点。MCS-51单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快和很高的性能价格比等特点。通过比较,对于简易数控机床推荐采用MCS-51系列单片机作为主控制器。微机数控的万能工具磨床。由于万能工具磨床的运动部件重量,因此选用有预加载荷的滚珠导轨。采用滚动导轨可减小两个相对运动面的动、静摩擦系数之差,从而提高运动平稳性,减小振动。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选取,为达到分辨率0.01mm要求,需采用齿轮降速传动。综上所述,本文总体方案确定为:采用MCS-51单片机对数据进行计算处理,由I/O接口输出步进脉冲步进电机,带动丝杠转动,从而实现工件的纵向、横向运动,同时为了防止意外事故,保护微机及其它设备,还设置报警,急停电路等,第3章 工具磨床主轴系统及其带传动设计主轴组件是工具磨床的执行件,它的功用是支承并带动砂轮旋转,完成表面成形运动,同时还起传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用。由于主轴组件的工作性能直接影响到工具磨床的加工质量和生产率,因此它是工具磨床中的一个关键组件。主轴和一般传动轴的相同点是,两者都传递运动、扭矩并承受传动力,都要保证传动件和支承的正常工件条件,但主轴直接承受切削力,还要带动工件或刀具,实现表面成形运动,因此对主轴有较高的要求。3.1 主轴的基本要求3.1.1 旋转精度主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时,主轴前端定位面的径向跳动r、端面跳动a和轴向窜动值o。如图3-1所示:图中实线表示理想的旋转轴线,虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时,主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。主轴组件的旋转精度取决于部件中各主要件(如主轴、轴承及支承座孔等)的制造精度和装配、调整精度;运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。各类通用工具磨床主轴部件的旋转精度已在工具磨床精度标准中作了规定,专用工具磨床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。图3-1主轴的旋转误差3.1.2 刚度主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力,如图2-2所示,即K=F/y(单位为N/m),刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度,是主轴、轴承和支承座的刚度的综合反映,它直接影响主轴组件的旋转精度。显然,主轴组件的刚度越高,主轴受力后的变形就越小,如若刚度不足,在加工精度方面,主轴前端弹性变形直接影响着工件的精度;在传动质量方面,主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况,并使轴承产生侧边压力,从而使这些零件的磨损加剧,寿命缩短;在工件平稳性方面,将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下,产生过大的受迫振动,并容易引起切削自激振动,降低了工件的平稳性。图3-2主轴组件静刚度主轴组件的刚度是综合刚度,影响主轴组件刚度的因素很多,主要有:主轴的结构尺寸、轴承的类型及其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。3.1.3 抗振性主轴组件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。在切削过程中,主轴组件不仅受静载荷的作用,同时也受冲击载荷和交变载荷的作用,使主轴产生振动。如果主轴组件的抗振性差,工作时容易产生振动,从而影响工件的表面质量,降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命,还会产生噪声影响工作环境。随着工具磨床向高精度、高效率方向发展,对抗振性要求越来越高。评价主轴组件的抗振性,主要考虑其抵抗受迫振动和自激振动能力的大小。3.1.4 温升和热变形主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热,产生了温升,温升使主轴组件的形状和位置发生畸变,称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。主轴组件温升和热变形,使工具磨床各部件间相对位置精度遭到破坏,影响工件加工精度,高精度工具磨床尤为严重;热变形造成主轴弯曲,使传动齿轮和轴承的工作状态变坏;热变形还使主轴和轴承,轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化,影响轴承正常工作,间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损,严重时甚至会发生轴承抱轴现象。影响主轴组件温升、热变形的主要因素有:轴承的类型和布置方式,轴承间隙及预紧力的大小,润滑方式和散热条件等。3.1.5 耐磨性主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力,即精度的保持性。因此,主轴组件各个滑动表面,包括主轴端部定位面、锥孔,与滑动轴承配合的轴颈表面,移动式主轴套筒外圆表面等,都必须具有很高的硬度,以保证其耐磨性。为了提高主轴组件的耐磨性,应该正确地选用主轴和滑动轴承的材料及热处理方法、润滑方式,合理调整轴承间隙,良好的润滑和可靠的密封。3.2 主轴组件的布局主轴组件的设计,必须保证满足上述的基本要求,从而从全局出发,考虑主轴组件的布局。工具磨床主轴有前、后两个支承和前、中、后三个支承两种,以前者较多见。两支承主轴轴承的配置型式,包括主轴轴承的选型、组合以及布置,主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求,并考虑轴承的供应、经济性等具体情况,加以确定。在选择时,具体有以下要求:3.2.1 适应刚度和承载能力的要求主轴轴承选型应满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时,可选用滚子轴承;较小时,可选用球轴承。双列滚动轴承的径向刚度和承载能力,比单列的大。同一支承中采用多个轴承的支承刚度和承载能力,比采用单个轴承大。一般来说,前支承的刚度,应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。表3-1所示为滚动轴承和滑动轴承的比较。表3-1滚动轴承和滑动轴承的比较基本要求滚动轴承滑动轴承动压轴承静压轴承旋转精度精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高,但制造困难单油楔轴承一般,多油楔轴承较高可以很高刚度仅与轴承型号有关,与转速、载荷无关,预紧后可提高一些随转速和载荷升高而增大与节流形式有关,与载荷转速无关承载能力一般为恒定值,高速时受材料疲劳强度限制随转速增加而增加,高速时受温升限制与油腔相对压差有关,不计动压效应时与速度无关抗振性能不好,阻尼系数D=0.029较好,阻尼系数D=0.055很好,阻尼系数D=0.4速度性能高速受疲劳强度和离心力限制,低中速性能较好中高速性能较好。低速时形不成油漠,无承载能力适应于各种转速摩擦功耗一般较小,润滑调整不当时则较大f=0.0020.008较小f=0.0010.08本身功耗小,但有相当大的泵功耗f=0.00050.001噪声较大无噪声本身无噪声,泵有噪声寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时,寿命较长本身寿命无限,但供油系统的寿命有限3.2.2适应转速要求由于结构和制造方面的原因,不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。轴承的规格越大,精度等级越低,允许的最高转速越低。在承受径向载荷的轴承当中,圆柱滚子轴承的极限转速,比圆锥滚子轴承的高。在承受轴向载荷的轴承当中,向心推力轴承的极限转速最高;推力球轴承的次之;圆锥滚子轴承的最低,但承载能力与上述次序相反。因此,应综合考虑转速和承载能力两方面要求来选择轴承型式。3.2.3适应精度的要求起止推作用的轴承的布置有三种方式:前端定位止推轴承集中布置在前支承;后端定位集中布置在后支承;两端定位分别布置在前、后支承。采用前端定位时,主轴受热变形向后延伸,不影响轴向定位精度,但前支承结构复杂,调整轴承间隙较不便,前支承处发热量较大;后端定位的特点与前述的相反;两端定位时,主轴受热伸长后,轴承轴向间隙的改变较大,若止推轴承布置在径向轴承内侧,主轴可能因热膨胀而弯曲。3.2.4适应结构的要求当要求主轴组件在性能上有较高的刚度和一定的承载能力,而在结构上径向尺寸要紧凑时,则可在一个支承(尤其是前支承)中配置两个或两个以上的轴承。对于轴间距很小的多主轴工具磨床,由于结构限制,宜采用滚针轴承来承受径向载荷,用推力球轴承来承受轴向载荷,并使两轴承错开排列。3.2.5适应经济性要求确定主轴轴承配置型式,除应考虑满足性能和结构方面要求外,还应作经济性分析,使经济效果好。在中速和大载荷情况下,采用圆锥滚子轴承要比采用向心轴承和推力轴承组合配置型式成本低,因为前者节省了两个轴承,而且箱体工艺性较好。综合考虑以上因素,本设计的主轴采用前、后支承的两支承主轴,前支承采用双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承的组合,D级精度;后支承采用圆柱滚子轴承,E级精度。其中前支承的双列圆柱滚子轴承,滚子直径小,数量多(5060个),具有较高的刚度;两列滚子交错布置,减少了刚度的变化量;外圈无挡边,加工方便;轴承内孔为锥孔,锥度为1:12,轴向移动内圈使之径向变形,调整径向间隙和预紧;黄铜实体保持架,利于轴承散热。前支承的总体特点是:主轴静刚度好,回转精度高,温升小,径向间隙可以调整,易保持主轴精度,但由于前支承结构比较复杂,前、后支承的温升不同,热变形较大,此外,装配、调整比较麻烦。3.3 主轴结构的初步拟定主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位的方法,同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性,一般在工具磨床主轴上装有较多的零件,为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配,常把主轴设计成阶梯轴,即轴径从前轴颈起向后依次递减。主轴是空心的或者是实心的,主要取决于工具磨床的类型。此次设计的主轴,也设计成阶梯形,同时,在满足刚度要求的前提下,设计成空心轴,以便通过刀具拉杆。主轴端部系指主轴前端。它的形状决定于工具磨床的类型、安装夹具或刀具的形式,并应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确,装卸方便和能传递一定的扭矩。3.4 主轴的材料与热处理主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素选择。主轴的刚度与材料的弹性模量E值有关,钢的E值较大(2.110N/cm左右),所以,主轴材料首先考虑用钢料。钢的弹性模量E的数值和钢的种类和热处理方式无关,即不论是普通钢或合金钢,其弹性模量E基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢(如45钢),只有在载荷特别重和有较大的冲击时,或者精密工具磨床主轴需要减少热处理后的变形时,或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时,才考虑选用合金钢。当主轴轴承采用滚动轴承时,轴颈可不淬硬,但为了提高接触刚度,防止敲碰损伤轴颈的配合表面,不少45钢主轴轴颈仍进行高频淬火(HRC4854).有关45钢主轴热处理情况如下表3-2所列:表3-2使用滚动轴承的45钢主轴热处理等参数工作条件使用机床材料牌号热处理硬度常用代用轻中负载车、钻、铣、磨床主轴4550调质HB220250轻中负载局部要求高硬度磨床的砂轮轴4550高频淬火HRC5258轻中负载PV40(Nm/cms)车、钻、铣、磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC4250HRC5258此次设计的工具磨床主轴,考虑到主轴材料的选择原则,选用价格便宜的中碳钢(45钢)。查表2-2中,因工作中承受轻、中负荷,且要求局部高硬度,故热处理采用高频淬火,HRC5258。3.5 主轴的技术要求主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴和轴承、齿轮等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度,关系到接触刚度,零件接触表面形状愈准确、表面粗糙度愈低,则受力后的接触变形愈小,亦即接触刚度愈高。因此,对主轴设计必须提出一定的技术要求。3.5.1 轴颈此次设计的主轴,应首先考虑轴颈。支承轴颈是主轴的工作基面、工艺基面和测量基面。主轴工作时,以轴颈作为工作基面进行旋转运动;加工主轴时,为了保证锥孔中心和轴颈中心同轴,一般都以轴颈作为工艺基面来最后精磨锥孔;在检查主轴精度时,以轴颈作为测量基面来检查各部分的同轴度和垂直度。采用滚动轴承时,轴颈的精度必须与轴承的精度相适应。轴颈的表面粗糙度和硬度,将影响其与滚动轴承的配合质量。对于普通精度级工具磨床的主轴,其支承轴颈的尺寸精度为IT5,轴颈的几何形状允差(圆度、圆柱度等)通常应小于直径公差的1/41/2。3.5.2内锥孔内锥孔是安装刀具或顶尖的定位基面。在检验工具磨床精度时,它是代表主轴中心线的基准,用来检查主轴与其他部件的相互位置精度,如主轴与导轨的平行度等。由于刀具和顶尖要经常装拆,故内锥孔必须耐磨。锥孔与轴承轴颈的同轴度,一般以锥孔端部及其相距100300毫米处对轴颈的径向跳动表示;其形状误差用标准检验锥着色检查的接触面积大小来检验,此乃综合指标;还要求一定的表面粗糙度和硬度等。3.6 主轴直径的选择主轴直径对主轴组件刚度的影响很大,直径越大,主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小,即主轴组件的刚度越高。但主轴前端轴颈直径D1越大,与之相配的轴承等零件的尺寸越大,要达到相同的公差则制造越困难,重量也增加。同时,加大直径还受到轴承所允许的极限转速的限制,甚至为工具磨床结构所不允许。通常,主轴前轴颈直径D1可根据传递功率,并参考现有同类工具磨床的主轴轴颈尺寸确定。查金属切削工具磨床设计第506页表5-12中,几种常见的通用工具磨床钢质主轴前轴颈的直径D1,可供参考,如下表3-3所示:工具磨床,查上表中对应项,初取D1=D2=30。表3-3主轴前轴颈直径D1的选择机床机床功率(千瓦)1.472.52.63.63.75.55.67.37.4111114.7车床608070907010595130110145140165铣床5090609060957510090105100115外圆磨床5090557070807590751003.7 主轴前后轴承的选择根据前述关于轴承的选择原则,查金属切削设计简明手册第375页,选取主轴前支承的双列角接触球轴承.图3-6轴承结构参数及安装尺寸选择3211型号的轴承3.8 轴承的选型及校核滚动轴承的选择包括轴承类型选择、轴承精度等级选择和轴承尺寸选择。轴承类型选择适当与否,直接影响轴承寿命以至机器的工作性能。选择轴承类型时应当分析比较各类轴承的特性,并参照同类机器中的轴承使用经验。在选择轴承类型时,首先要考虑载荷的大小、方向以及轴的转速。一般说来,球轴承便宜,在载荷较小时,宜优先选用。滚子轴承的承载能力比球轴承大,而且能承受冲击载荷,因此在重载荷或受有振动、冲击载荷时,应考虑选用滚子轴承。但要注意滚子轴承对角偏斜比较敏感。当主要承受径向载荷时,应选用向心轴承。当承受轴向载荷而转速不高时,可选用推力轴承;如转速较高,可选用角接触球轴承。当同时承受径向裁荷和轴向载荷时,若轴向载荷较小,可选用向心球轴承或接触角不大的角接触球轴承;若轴向载荷较大,而转速不高,可选用推力轴承和向心轴承的组合方式,分别承受轴向载荷和径向载荷;当轴向载荷较大,且转速较高时,则应选用接触角较大的角接触轴承。各类轴承适用的转速范围是不相同的,在机械设计手册中列出了各类轴承的极限转速。一般应使轴承在低于极限转速下运转。向心球轴承、角接触球轴承和短圆柱痞子轴承的极限转速较高。适用于较高转速场合。推力轴承的极限转速较低只能用于较低转速场合。其次,在选择轴承类型时还需考虑安装尺寸限制、装拆要求,以及轴承的调心件能和风度,一般球轴承外形尺寸较大,滚子轴承较小,滚针轴承的径向尺寸最小而轴向尺寸较大,此外,不同系列的轴承,其外形尺寸也不相同。选择轴承一般应根据机械的类型、工作条件、可靠性要求及轴承的工作转速n,预先确定一个适当的使用寿命Lb(用工作小时表示),再进行额定动裁荷和额定静载荷的计算。对于转速较高的轴承(n10rmin),可按基本额定动载荷计算值选择轴承,然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为90、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时,取500h作为额定寿命的基准,同时考虑温度、振动、冲击等变化,则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。C基本额定动载荷计算值,N;P当量动载荷,N;fh寿命因数;1fn速度因数;0.822fm力矩载荷因数,力矩载荷较小时取1.5,较大时取2;fd冲击载荷因数;1.5fT温度因数;1CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷,N;查文献3中的表6-2-8至6-2-12,得,fh=1;fn=0.822;fm=1.5;fd=1.5;fT=1。在本输送装置中,可以假设轴承只承受径向载荷,则当量动载荷为:P=XFr+YFa查文献3的表6-2-18,得,X=1,Y=0;所以,P=Fr=1128N。由以上可得: 3-1本输送机中的轴承承受的载荷多为径向载荷,所以选取深沟球轴承,查文献6的附表6-1,并考虑轴的外径,选取轴承6305-RZ,其具体参数为:内径d=25mm,外径D=62mm,基本额定载荷,基本额定静载荷,极限速度为10000r/min,质量为0.219kg。然后校核该轴承的额定静载荷。额定静载荷的计算公式为:式中:基本额定静载荷计算值,N;当量静载荷,N;安全因数轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷,N。查文献3的表6-2-14知,对于深沟球轴承,其当量静载荷等于径向载荷。查文献3的表6-2-14知,安全系数则轴承的基本额定静载荷为:由上式可知,选取的轴承符合要求。3.9 主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量a指的是主轴前支承支反力的作用点到主轴前端受力作用点之间的距离,它对主轴组件刚度的影响较大。悬伸量越小,主轴组件刚度越好。主轴前端悬伸量a取决于主轴端部的结构形状及尺寸,一般应按标准选取,有时为了提高主轴刚度或定心精度,也可不按标准取。另外,主轴前端悬伸量a还与前支承中轴承的类型及组合型式、工件或夹具的夹紧方式以及前支承的润滑与密封装置的结构尺寸等有关。因此,在满足结构要求的前提下,应尽可能减小悬伸量a,以利于提高主轴组件的刚度。初算时,可查金属切削工具磨床设计第158页,如下表3-4所示:表3-4主轴的悬伸量与直径之比类型机床和主轴的类型a/D1通用和精密车床,自动车床和短主轴端铣床,用滚动轴承支承,适用于高精度和普通精度要求0.61.5中等长度和较长主轴端的车床和铣床,悬伸量不太长(不是细长)的精密镗床和内圆磨,用滚动和滑动轴承支承,适用于绝大部分普通生产的要求1.252.5孔加工工具磨床,专用加工细长深孔的工具磨床,由加工技术决定需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动,由于切削较重而不适用于有高精度要求的工具磨床2.5根据上表所列,所设计的工具磨床属于型,所以取a/D1为1.252.5,即:a=(1.252.5)D1=(1.252.5)30=37.575初取a=45。3.10 主轴支承跨距主轴支承跨距L是指主轴前、后支承支承反力作用点之间的距离。合理确定主轴支承跨距,可提高主轴部件的静刚度。可以证明,支承跨距越小,主轴自身的刚度越大,弯曲变形越小,但支承的变形引起的主轴前端的位移量将增大;支承跨距大,支承的变形引起的主轴前端的位移量较小,但主轴本身的弯曲变形将增大。可见,支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考:(1)L=(45)D1(2)L=(35)a,用于悬伸长度较小时;(3)L=(12)a,用于悬伸长度较大时。根据此次设计的工具磨床刚性主轴的悬伸量较大,取L2.5a为宜。即此次设计的主轴两支承的合理跨距L2.5a=2.5120=300初取L=280。3.11 主轴结构图根据以上的分析计算,可初步得出主轴的结构如图3-7所示:图3-7主轴结构图3.12 主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重,而允许的变形则很微小,决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小,因此主轴的计算主要是刚度的验算,与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时,刚度与弹性变形成反比。因此,算出弹性变形量后,很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括:主轴端部挠度和主轴倾角的计算。3.12.1支承的简化对于两支承主轴,若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承,或者有两个单列球轴承,则可将主轴组件简化为简支梁,如下图2-8所示;若前支承有两个以上滚动轴承,可认为主轴在前支承处无弯曲变形,可简化为固定端梁,如图2-9所示:图3-8主轴组件简化为简支梁图3-9主轴组件简化为固定端梁此次设计的主轴,前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承,即可认为主轴在前支承处无弯曲变形,可简化为上图2-9所示。3.12.2主轴的挠度查材料力学I第188页的表6.1,对图2-9作更进一步的分析,如下图3-10所示:根据图3-10,可得此时的最大挠度=其中,F主轴前端受力。此处,F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处,l=a=12cm图3-10固定端梁在载荷作用下的变形E主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D,内孔直径为d时,I=。此处,D=35故可计算出,主轴端部的最大挠度:=-1.8710mm 3-23.12.3主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角,称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大,会破坏轴承的正常工作,缩短轴承的使用寿命。根据图2-10,可得此时的最大倾角=其中,F主轴前端受力。此处,F=Fz=1213.1NlA、B之间的距离。此处,l=a=12cmE主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cm I主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D,内孔直径为d时,I=。此处,D=133故可计算出,主轴倾角为:=-2.310rad 3-3查工具磨床设计第一册中机械部分的第670页,可知:当x0.0002Lmm0.001rad时,刚性主轴的刚度满足要求。此处的x,即为最大挠度和最大倾角,L为主轴支承跨距。将已知数据和代入,即可得:初步设计的主轴满足刚度要求。3.13 带传动计算Y801-2Y系列三相异步电动机表3-5 Y801-2Y系列三相异步电动机1M-40万能刀具磨床主轴头设计。主轴头即为砂轮头,砂轮的转速最高达6200rpm。主轴功率0.75kw。并实现三级变速。计算按照砂轮可以达到的最高砂轮6200rpm来计算3.13.1 带传动设计表3-6工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机;离心式水泵;通风机和鼓风机();离心式压缩机;轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机(运送砂石、谷物),通风机();发电机;旋转式水泵;金属切削机床;剪床;压力机;印刷机;振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机;斗式上料机;往复式水泵和压缩机;锻锤;磨粉机;锯木机和木工机械;纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机(旋转式、颚式等);球磨机;棒磨机;起重机;挖掘机;橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳,两班工作制(16小时),查机械设计P296表3-6,取KA1.1。即3.13.2 选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图13根据算出的Pd0.825kW及小带轮转速n12830r/min,查图得:dd=112140可知应选取A型V带。3.13.3 确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得,小带轮基准直径为112140mm则取dd1=118mmddmin.=75mm(dd1根据P295表13-4查得)表3-73V 带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500 3-4由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”,得=250mm误差符合要求带速 3-5满足5m/sv300mm,所以宜选用E型轮辐式带轮。总之,小带轮选H型孔板式结构,大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料:选用灰铸铁,HT200。对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高,以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡,对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘,轮缘是带轮的工作部分,用以安装传动带,制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40,为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小,故规定普通V带轮槽角为32、34、36、38(按带的型号及带轮直径确定),轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂,是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅(腹板),用来联接轮缘与轮毂成一整体。表3-10普通V带轮的轮槽尺寸(摘自GB/T13575.1-92)项目符号槽型YZABCDE基准宽度bp5.38.511.014.019.027.032.0基准线上槽深hamin1.62.02.753.54.88.19.6基准线下槽深hfmin4.77.08.710.814.319.923.4槽间距e80.3120.3150.3190.425.50.5370.644.50.7第一槽对称面至端面的距离fmin67911.5162328最小轮缘厚55.567.5101215带轮宽BB=(z-1)e+2fz轮槽数外径da轮槽角32对应的基准直径dd60-34-80118190315-3660-47560038-80118190315475600极限偏差10.5V带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种型式:(1)实心带轮:用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时),如图3-11a。(2)腹板带轮:用于中小尺寸的带轮(dd300mm时),如图3-11b。(3)孔板带轮:用于尺寸较大的带轮(ddd)100mm时),如图3-11c。(4)椭圆轮辐带轮:用于尺寸大的带轮(dd500mm时),如图3-11d。(a)(b)(c)(d)图3-11带轮结构类型根据设计结果,可以得出结论:小带轮选择实心带轮,如图(a),大带轮选择腹板带轮如图(b)由于是三级传动,需要将3种变速集中在一起。故在(b)基础上改成三级传动的锥形带轮。具体见CAD图纸。第4章 工具磨床主轴相关部件4.1 主轴轴承的润滑润滑的作用是降低摩擦,减小温升,并与密封装置在一起,保护轴承不受外物的磨损和防止腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择得合适,可以降低轴承的工作温度和延长使用期限。滚动轴承可以用润滑油或润滑脂来润滑。试验证明,在速度较低时,用润滑脂比用润滑油温升低。所以,此次设计的主轴支承均采用润滑脂。同时,主轴是装在主轴套筒内的,为防止使用润滑油时泄漏,也应采用润滑脂润滑。4.2 主轴组件的密封密封对主轴组件的工作性能与润滑影响也较大。工具磨床主轴密封不好,将使润滑剂外流,造成浪费,加速零件的磨损,还会严重地影响到工作环境及工具磨床的外观。4.2.1 主轴组件密封装置的类型主轴组件密封装置的类型,主要有以下几种:具有弹性元件的接触式密封装置;皮碗(油封)式密封装置;具有金属和石墨元件的接触式密封装置;挡油圈式和螺旋沟式密封装置;圈形间隙式、油沟式和迷宫式密封装置;立式主轴的密封装置等。4.2.2 主轴组件密封装置的选择选用密封装置时,应考虑到主轴组件的下列具体工作条件:密封处主轴颈的线速度;所用润滑剂的种类及其物理化学性质;主轴组件的工作温度;周围介质的情况;主轴组件的结构特点;密封装置的主要用途等。综合考虑上述因素,主轴前支承处选用迷宫式密封,径向尺寸不超过0.3mm,中填润滑脂,轴向尺寸不超过1.5mm。查机械设计课程设计手册第87页表7-17,可得此次选用的迷宫式密封装置的结构参数如下图4-1所示:图4-1迷宫式密封装置的结构参数4.3 轴肩挡圈前支承双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间所用的挡圈,可查机械设计课程设计手册第56页表5-1,可得此次选用的挡圈的结构参数如下图4-2所示:图4-2轴肩挡圈的结构参数4.4 挡圈两推力球之间用的挡圈为非标准件,径向尺寸依主轴套筒尺寸而定,轴向尺寸可初取为6mm。4.5 圆螺母锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承以及锁紧两推力球轴承内的套筒,分别采用两个圆螺母,为了增加可靠性,再加一止动螺钉。圆螺母具体的参数可查机械设计课程设计手册第60页表5-6,结构如下图4-3所示:图4-3圆螺母(GB812-88)第5章 水平进给结构及传动设计表5-1滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单,丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小,轴向刚度底,仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴,故结构较复杂,工艺较困难,丝杆的轴向刚度与两端相同,压杆稳定性和临界转速比同长度的较高,丝杆有膨胀余地,这种安装方式一般用在丝杆较长,转速较高的场合,在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量,转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙,丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下,丝杆不会受压,不存在压杆稳定问题,固有频率比一端固定要高。可以预拉伸,预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题,结构和工艺都比较困难,这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。5.1 水平滚珠丝杆副的选择
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