皮带传动工作台

摘要 本文按照精密机械设计的步骤，选择2HB42-38型步进电机作为皮带传动工作台的动力系统，并完成对传动速度5mm/s的控制；选取齿数为48，传动比为1，齿宽为6.4的XL型同步带作为工作台的传动系统；并通过计算校核设计了轴的径向和轴向尺寸分布；根据轴的径向尺寸和轴上力的方向和大小，选择了6000型深沟球轴承；根据轴的径向尺寸选择标准件键连接带轮和轴，它的尺寸为；通过比较联轴器的性能和轴的尺寸，选择刚性套筒型联轴器；根据工作台的密封和润滑的特点设计轴上的套筒挡油板和轴短挡圈；根据工作台的刚度要求，计算校核设计得到箱体的结构尺寸。同时应用SolidWorks软件画出各个零件的零件图，同时完成各个零件的工程图，应用软件将装配体完成，并生成装配图。关键词：带轮 皮带 SolidWorks 零件 装配 工程图目录摘要I目录II1 设计要求11.1设计要求11.2设计内容11.3任务要求12 总体方案12.1电机的类型12.2皮带的类型22.3工作台的传动结构23 电机的选择24 同步带和带轮的设计34.1同步带齿34.2选择同步带型号44.3确定带轮齿数和节圆直径以及同步带的带长和齿数44.4选择带宽44.5计算作用在轴上的载荷44.4 XL带的结构尺寸。44.5确定带轮的材料和尺寸结构54.51 带轮的材料54.52带轮的结构设计54.53确定带轮挡圈的尺寸65轴的结构设计65.1轴的类型和材料65.2 轴的最小直径设计计算75.3 轴的结构设计75.4 结构调整和工程图86 轴承的设计96.1当量动载荷计算96.2计算所需的径向基本额定动载荷96.3选择轴承号96.4轴承的配合107联轴器的设计107.1设计条件107.2联轴器的确定118轴上密封、定位零件设计128.1套筒设计128.2轴承端盖129 导轨的设计129.1方案对比139.2方案的选取1310 箱体的设计1410.1机体有足够的刚度1410.2机体内零件的润滑，密封散热。1510.3机体结构工艺性和附件设计1611相关量的校核1611.1键的校核1611.2箱体刚度的校核1611.3轴承寿命校核1711.4重复精度1812 工作台的装配1812 心得体会2013参考文献2114 附录21III1 设计要求1.1设计要求工作台水平行程100mm，重复精度0.1mm，承重1.5kg，运行速度5mm/s1.2设计内容确定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和动力参数；皮带传动的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。1.3任务要求 皮带传动装配图1张（A4图纸）； 零件工作图2张； 设计计算说明书1份。2 总体方案总体方案：采用由步进电机带动小同步带轮转动，然后经同步带上的楔形突起带动同样有楔形突起的工作台在导轨上滑动，通过调节脉冲的宽度来调节步进电机的速度，并通过减速箱减速以实现5mm/s的速度，通过控制脉冲的个数以实现较高精度的定位。从题设要求可以基本确定工作台的组成两件及基本结构，主要包括电动机、轴、箱体、皮带、带轮、联轴器以及其他小零件。所以在整个设计过程中，包括各个零件结构和尺寸的设计，工作台总体结构的设计，以及密封润滑方式的设计。2.1电机的类型从题设的要求可以来看，工作台的速度为5mm/s，这个速度极小，对于一般的电机，即使使用减速器减速来控制带轮的传动，也很难实现如此大的传动比的减速器，即使有也是需要较大的花费，同时不易控制皮带的传动精度。那么我们在这里选在具有速度可调的步进电机，具体的电机选择详见电机的方案设计。2.2皮带的类型由于工作台的传动速度极小，要用一般的皮带来实现传动时及其困难的，特别是容易出现打滑的现象，那么，这里只能选用防打滑的传动精度高的同步带。同步带的主要特点有：（1）工作时无打滑，有准确的传动比；（2）传动效率高，节能效果好；（3）传动比范围大，结构紧凑；（4）维护保养方便，运转费用低；（5）恶劣环境条件下能正常工作。同步带的特点决定了其使用于低速传动的精密仪器中。具体设计见同步带的设计。2.3工作台的传动结构从电机的类型选择分析可知，可以通过电机直接控制带轮的转速来控制皮带传动的速度，然后由主动带轮带动从动轮转动从而带动皮带传动，由皮带带动工作台水平移动。为了实现对带轮的水平方向的控制，两个带轮的外径应该与工作台平行，这里选择简单结构，使其传动比为1。那么传动机构简图如图1电机图1 工作台传动机构简图3 电机的选择步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。针对以上优点，结合皮带传动工作台的需要，我们采用了2HB42-38型步进电机。通过控制步进电机就可以输出所需要的转速，从而达到控制皮带传动的功能。其各项参数如图2所示：图2 2HB42-38型步进电机参数4 同步带和带轮的设计同步带的设计主要包括带轮和带的设计，由于同步带具有一定的传动比，带和带轮的啮合类似齿轮传动，所以精度较高，同时结构较为复杂，计算比较复杂。4.1同步带齿同步带齿形选用梯形齿；梯形同步带为一般用工业用带，由于要设计的工作台承载能力及传递功率很小，选用梯形同步带比较经济合理。选用单面带；梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB。由于同步带要传动工作台，故采用单面带。梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。采用国家标准节距制。4.2选择同步带型号电动机的扭矩为0.158-0.317N·m,电机转速为400r/min,根据公式,求得最大传递功率为13w。由工作情况取KA=1.2，故计算功率。根据同步带选型图选取XL型带，节距为5.085。带轮的传动比应取110,传动比越大，越容易发生滑齿，跳齿现象，越不平稳，所以传动比取1。4.3确定带轮齿数和节圆直径以及同步带的带长和齿数由于行程为100mm，所以皮带两带轮之间的中心距>100mm。0,由于传动比为1，D，带长，结合带长标准值表，可取带轮齿数为48，节圆直径为77.74mm。首先取中心距=110mm，计算带长为463.26mm；取最接近的带长标准值为482.6mm，查表得带长齿数为95；确定实际中心距=116.37mm；计算小带轮啮合齿数,得236。4.4选择带宽为同步带基准宽度所能传递的功率，公式，为基准宽度同步带的许用工作拉力，q为基准宽度同步带的质量，查表得=50N，q=0.022kg/m；v=0.68m/s，=34w。公式，为基准宽度，查表9得9.5mm；为计算功率即15.6w；为啮合齿数系数，当6，取=1；代入得，4.8mm，取最接近且略大的标准值为6.4mm。4.5计算作用在轴上的载荷由得，=22.95N4.4 XL带的结构尺寸。 同步带的结构如图3所示。图3 同步带的结构示意图通过查表得到工程所需的同步带的结构尺寸如表1所示。表1 带的结构尺寸齿顶圆角半径齿根圆角半径齿形角齿根厚齿高带高0.38mm0.38mm2.57mm1.27mm2.3mm4.5确定带轮的材料和尺寸结构带轮的设计主要包括其材料的选用和尺寸的的确定。4.51 带轮的材料带轮的材料一般采用铸铁、钢或轻合金、塑料等制造。轻载荷的场合，可用铝合金或塑料如聚碳酸脂、尼龙等挤压成型制造带轮。选用铝合金。4.52带轮的结构设计 一个设计完善的带轮齿形应满足以下要求：1.保证带齿能顺利地啮入与啮出；2.轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力；3有良好的加工工艺性；4具有合理的齿形角齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合于涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。为与梯形齿同步带相匹配，目前国际上采用的带轮齿形均为梯形或近似梯形。而以轮齿齿廓形状分，可分为直边齿形和渐开线齿形两种，如图4所示。 其中（a）直边齿形，（b）渐开线齿形，直边齿形为齿廓成直线，齿槽齿形角为20度的梯形，与同步带齿形状相似。此种齿形的优点是带齿进入啮合后，与带齿工作侧面有较大的接触面积，使齿侧面上载荷分布较均匀，从而可提高带的承载能力和使用寿命。其缺点是加工较困难，需采用特制的加工直线齿廓的滚刀或成形铣刀进图4 带轮轮齿形状行加工；制造成本较高。此外，当直边齿形采用大的齿顶圆角半径时，会使轮齿侧面工作段减小，而使齿顶圆角半径尺寸受到限制，不利于带齿的啮入和啮出。渐开线齿形其齿廊呈渐开线，齿槽形状随带轮齿数而变化。当多齿数时，齿廓近似于直线，齿槽近似于梯形。此种齿形的最大优点是加工方便，可采用现有的渐开线齿条滚刀加工，制造成本较低。此外，齿廓的渐开线形状也有利于带齿的啮入，可减少爬齿现象的产生。其缺点是齿廓形状随带轮齿数面变化，无固定的齿槽形状，齿形角变化大，在少齿数时，易影响带齿的正常啮合。带轮齿形应与带齿形状近似吻合，即两者的齿形角不宜相差过多。由于带的齿形角已定为20度，如带轮齿的齿形角过小，将使带齿进入轮齿槽时，嵌入、脱出困难，磨擦损失加大，功耗增加，办易使带齿工作侧面过早磨损而失效。反之，如轮齿之齿形角过大，则使轮齿与带齿接触面积减小，工作齿面载荷集中，易使带齿产生挤压、剪切破坏。根据已有结论，当带轮齿数为30一50齿以下时宜采用直边齿廓齿形，而在多齿数时可采用渐开线齿形9，设计齿数为48，所以选用直边齿形。在同步带的型号尺寸确定的情况下，带轮的尺寸可以通过查表9得到，查表得到带轮的结构尺寸如表2所示，表中代为未标的为mm。表2 带轮结构尺寸齿顶圆角半径齿根圆角半径齿形角节顶距齿槽深齿槽底宽带轮宽根圆直径外径0.410.2541.32±0.057.173.9377.234.53确定带轮挡圈的尺寸带轮挡圈的尺寸是根据皮带和带轮的尺寸查表得到的，表3中的内容是通过查表确定的带轮挡圈的尺寸。表3 带轮挡圈尺寸高度厚度1.01.0-1.577.61±0.25mm79.61±0.25mm 因为皮的结构的特殊性和材料的的弹性，使得它在不同的位置齿形不同，所以不能通过软件来画出皮带的具体结构，在装配体中所用的皮带是一条可以表示皮带的结构。因为带轮的结构比较复杂，且不是标准件，在绘制带轮的过程中花费很长时间，其工程图见附录图1-1。5轴的结构设计轴的设计部分主要包括轴的类型、轴所选用的材料、轴最小的直径和结构等几个部分组成。5.1轴的类型和材料从工作台的结构分析可知，轴既受到弯矩的作用，也受到扭矩的作用，所以应该选用转轴。从轴的价格考虑，因为一般碳素钢既能满足应力的要求，所以不必选择价格较贵的合金钢，其次，球墨铸铁主要用于制造比较复杂的轴，本工作台的轴的结构比较简单，所以选择碳素钢作为材料比较合适。那么这里选择常用的45号钢。5.2 轴的最小直径设计计算轴的最小直径用于连接用于连接电机的输出和带轮的传动的最主要的部分，它也是整个轴最容易失效的部分，所以需要对其进行计算和校核。根据轴的最小直径计算公式（3）有5 (1)查表5得c=117,因为电机的额定扭矩远小于联轴器的许用扭矩，所以轴所传递的功率设为电动机的额定功率比较合适，电动机的额定功率为13W，额定转速为400r/min,带入到公式计算得到mm。因为轴的最小端和电机相接，所以轴的最小端选择5mm最为合适，这样避免了轴和电机的连接需要结构复杂的联轴器。应用弯曲应力校核公式（2）对轴的最小段进行校核 （2）因为轴主要受到轴向力，所以修正系数=0.3，因为轴的截面是圆，所以抗弯截面模量，由上文分析可知=5mm，当电机以传动速度为5mm/s时，电机的转速为2.63r/min，将各参数带入到公式（2）计算可得=21.5MPa<,所以轴的强度足够。5.3 轴的结构设计轴的结构尺寸包括径向圆柱的直径和轴向的各级轴的长度。首先根据轴的最小直径和轴的固定密封的需要设计轴的轴向直径。由于轴的最小直径选取较小，在对各级直径尺寸选取时，应该考虑适当的增加直径尺寸，所以根据一般的轴的轴向尺寸分布，使轴的每级直径相差5mm。即是轴的轴向尺寸根据最小尺寸，每级增加5mm，那么轴的径向尺寸是根据带轮的大小和轴承，轴承端盖，套筒以及联轴器的相应尺寸确定。因为联轴器与轴结合部分较短，为了节省材料，可以使轴承左端盖和联轴器定位在同一级，轴承和套筒在一级，带轮在一级，带轮右端作为带轮的轴向定位，再下一级安装轴承，其直径应该和左端轴承段相等。由于轴承与轴的配合时过盈配合，所以要求轴的精度较高，所以在这一级需要砂轮越程槽。所以轴的径向尺寸主要分为5级，分布如表4表4 轴的径向结构尺寸第1级第2级第3级第4级第5级5mm10mm15mm20mm10mm倒角倒角倒角倒角、越程槽轴的轴向尺寸主要是由轴上的零件和零件的固定件的尺寸所决定的，由上文分析可知轴主要分为5级，第一级为用于与连轴器相连以及轴承左端盖，查表可初步确定联轴器的配合的部分为8mm，轴承左端盖宽度为8mm，中间空2mm，加上1mm的倒角，所以第一级的轴向尺寸为19mm，第二级用于固定轴承，内径为10mm的轴承的宽度为8mm，套筒的宽度为8mm，倒角1mm，所以第二级长度为17mm，第三级用于固定带轮，因为带轮和轴之间需要用键连接，查表7可知，轴的直径为15mm的连接键的规格为：mm，深度为3mm，长度为：10,12,14,16由于带轮较小，所以选择长度为10mm的键槽，左右留出2mm，所以第三级的长度为14mm，第四级为轴肩，选择宽度为5mm，加上1mm的倒角，长度为6mm，第五级长度等于轴承的宽度加上倒角宽度为9mm。所以轴的轴向尺寸分布如表4所示表4 轴的轴向尺寸分布第1级第2级第3级第4级第5级19mm17mm14mm6mm9mm5.4 结构调整和工程图由于第4级轴肩除了对带轮进行轴向定位之外，还用于对右轴承的轴向定位，但是第4级和第5级之间的差值太大，超过了轴承内圈的直径大，根据轴承定位的需要，对第4级进行调整，将直径为20mm的部分调整为4mm，加上2mm直径为14mm，第4级的总宽度不变，具体尺寸见图5轴的工程图。图5 轴的结构视图由于工程图占较大篇幅，详见附录1，图2仅给出三视图以显示轴的主要尺寸。6 轴承的设计因为轴承主要承受径向力，轴向力非常小，所以选用深沟球轴承。轴承安装在轴的第二级轴阶上，轴承的内径为10mm，转速设为电动机的额定转速（实际工作转速小于额定转速）为400r/min。假设工作台每天工作4h，工作4年，那么，轴承的使用寿命为h。轴承的径向力主要来源于轴的重量以及固定在轴上的原件和起到固定作用的零件的重量。6.1当量动载荷计算因为工作台比较小，且其他零件的结构比较复杂，而且不易确定，这个只能给出一个估计值。假设轴承支承的重量为2Kg，那么，径向力为20N，轴承的轴向力几乎不存在，即使存在根据轴向动载系数的取值，也不需要计算轴向力。所以轴承的当量动载荷为 （3）6.2计算所需的径向基本额定动载荷根据额定动载荷计算公式（4） （4）查表5得,将数据带入到（4）式计算的到=114.3N。6.3选择轴承号 根据轴的直径选择轴承的代号为6000，通过软件中华轴承网-轴承查询系统Ver2006.2.0查询得到>114.3，所以所选轴承符合要求。查询界面如图6所示图6 轴承许用径向额定动载荷查询图6.4轴承的配合由于轴承的运动情况为，外圈固定不变，内圈随轴仪器转动，所以轴承的内圈和轴通过过度配合来对轴承进行轴向定位，因为轴承是标准间，采用基孔制配合，查表选择常用公差表6配合表选择配合为 。7联轴器的设计联轴器的种类繁多，在选择联轴器时，需要考虑结构和经济两个方面的因素，结构方面主要是在满足传动的基础上尽量保持精度，而经济方面又是结构的复杂性引起的，所以在设计联轴器是应该综合考虑这两个方面的因素。7.1设计条件正确地选择能满足使用目的并能安全运转的联轴器需要考虑的因素很多，主要有以下几点：（1）联轴器的传动扭矩的计算在计算联轴器所传递的扭矩时，必须考虑传动装置的负荷状态，转速以及两轴轴线偏移量的诸因素。联轴器所需传递的扭矩了为 （5）式中 N传递功率kw，n转速rmm。联轴器的计算扭矩。应取机械不稳定运转时的动载荷及过载状态下的最大扭短，同时要考虑两轴轴线的偏移量及工作转速等因素。如果不能精确计算时，计算扭矩可按下列公式求得 （6）其中K为工况系数，由于工作台中需要的传动功率很小，力矩很小，力矩的变化也很小，所以选择I类电动机工况系数2,K=1.3。由于选择的步进电机的传动扭矩为0.158N.M-0.317N.M3，所以在设计过程中直接用这个数据，不需额外计算。（2）联轴器所联接两轴的相对偏移量在实际运转中能引起两袖轴线偏移的因素较少且在安装时又能得到较好调整的情况下可选用刚性联轴器。如果可能出现较大的位移量，就应选择具有补偿偏移能力的联轴器。根据常用联袖器的两袖许用相对偏移值查表2可知，选择刚性联轴器比较合适。（3）热变形及传动精度由于零件工作时温度升高，那么在对联轴器的设计配合时应该考虑一下温度对联轴器的影响，综合温度和联轴器的精度，根据刚性联轴器的特点，结合参考书选择配合为：4。除此之外还应该考虑联轴器的工作环境和使用条件，因为本工作台式精密工作台，对外部环境和使用条件没有特殊的要求，所以这里不以分析。7.2联轴器的确定通过以上分析可知选择刚性的联轴器，但是刚性的联轴器的种类也是比较繁多，根据联轴器和电机相连，而电机的输出端的直径为5mm，所以选择联轴器的套筒内径为5mm，那么，在选择联轴器的类型时就应该考虑选择结构比较简单，而且能够满足精度的联轴器。因为在套筒内径在4-16mm时，选择锥销套筒型刚性联轴器2较好，但是推销型套筒联轴器有一个缺点使得联轴器的安装拆卸不易，所以在设计联轴器时我们可以选择套筒型联轴器，将套筒和轴的连接零件改为带有螺母的螺钉连接，那样给联轴器的安装和拆卸带来方便。参照锥销型刚性联轴器的主要参数，查表2得到联轴器的主要尺寸如表3所示表3 联轴器主要尺寸许用扭矩（N.M）dDL六角头螺柱GB5782-20002.3510201.651.6×12因为将锥销换为螺柱，那么需要螺母与之配合来固定电机输出轴和轴的输入端，为了实现螺柱、螺母对轴的连接作用，需要将圆柱形的联轴器进行一定的改进，即是在固定螺柱的圆柱面切割一部分，使之成为平面，再钻孔。螺柱的长度为12mm满足需求，螺柱的螺帽宽度为3.02mm，所以需要的平面需稍大于3.02mm，这里取为3.1mm.。所以联轴器的三视图如图7所示图6 联轴器工程图联轴器的工程图详见附录图1-3。8轴上密封、定位零件设计轴上零件除了带轮需要润滑，轴承也需要润滑，但是两者的润滑方式不一样，那么在两者之间需要用挡油板隔开，同时，轴承和带轮之间的部分需要用套筒来实现轴承和带轮的轴向定位，为了简化零件的结构，我们考虑将套筒的一部分厚度加大来实现挡油板的作用。因为工作台的精度要求较高，所以需要密封零件来实现密封作用。这里选择常用的密封零件粘圈，安装时它放在轴承左端盖的内部。8.1套筒设计套筒位于轴承和带轮之间，即起到对带轮的轴向定位，也起到带轮和轴承之间的挡油板作用，所以在设计其结构时应该使其左端低于轴承内圈的高度，其右端能达到对带轮的固定作用，其右端高度大于轴肩高度并且高出一定尺寸。 因为二级轴的长度为17mm，套筒的宽度为8mm，那么在综合强度和节省材料的前提下，厚度低的左端宽度为5mm，厚度较高的右端宽度为3mm。因为内径为10mm，外径为26mm的深沟球轴承内圈的高度为2.5mm左右，所以左端厚度为2mm，右端厚度为8mm。其工程图见附录图1-48.2轴承端盖轴承的端盖分为左端盖和右端盖，因为左端盖在轴上，所以需要密封件，右端盖在轴外，不需密封件。所以左右端盖的结构尺寸是不相同的。在设计端盖的尺寸时主要需要对轴承轴向定位，同时由于箱体上安装轴承的地方外凸，那么需要在端盖上有伸到结构内部对轴承的轴向进行定位。同时端盖应该和箱体固定，需要在端盖上打孔。由于端盖较小，端盖上的孔选择M1.6。孔的内径为1.8mm。对于密封，在端盖与轴相接的内部留出mm的结构用于安装蘸圈用于密封。轴承左端盖工程图见附录右端盖在轴外，完全密封，不需要密封件，所以其结构比较简单，只需实现对轴承的轴向定位和箱体的连接。其主体结构和左端盖差不多，其具体的结构详见附录图1-10，轴承右端盖工程图。9 导轨的设计导轨在工作台中主要起到导向作用，以保证工作台的直线运动。因此导向精度非常重要，运动的平稳性和灵活性以及导轨的刚度，导轨的寿命和良好的工艺性也是导轨设计的必须考虑的重要内容。按照导轨的轨面摩擦性质可以将导轨分为：滑动摩擦导轨，滚动摩擦导轨，静压导轨和弹性摩擦导轨。根据不同的导轨的传动特点和精度进行选择。9.1方案对比 滑动摩擦导轨是支承和运动构件直接接触的导轨，。优点是导轨结构简单、制造容易、接触刚度大。但是摩擦阻力大、磨损快，动静摩擦系数差别大，低速时，易产生爬行1。由于需要设计的工作台结构较小，精度要求较高，运行速度很小，所以不宜使用滑动摩擦导轨。 静压导轨是在动导轨与静导轨之间，因液压力油或气体压力而使动导轨及工作台浮起，两导轨之间工作面不接触，而形成完全的液体或气体摩擦。其特点是：摩擦系数小，没有爬行，不磨损，寿命长，驱动功率小，精度高，导轨的承载能力大，刚度好，有吸振作用。但是，其结构复杂，调整费用高，需要一套严格的过滤的供油或供气设备。从工作台的精度方面考虑，静压导轨的精度和传动特点比较适合，但是其需要一套完整的过滤供油设备对于小型精密仪器工作台不合适，同时还要考虑工作台的体积等因素，所以静压导轨也不宜使用。滚动摩擦导轨是在两导轨面之间放入滚动体，使导轨运动处于滚动状态。由于滚动摩擦的阻力小，使工作台移动灵敏，低速移动时也不易产生爬行。工作台起动和运行消耗的功率小，滚动磨损小，保持精度持久性好。其缺点是对脏物比较敏感，需要很好的防护，结构比较复杂，制造困难成本高。9.2方案的选取综合以上分析可知，由于滑动摩擦导轨的精度较低，易产生爬行现象；而静压导轨需要提供压力的设备，所以不能符合本工作台的设计要求。虽然滚动摩擦导轨的结构比较复杂，但是在经济社会比较发达的今天，生产已经不是主要问题。对于成本高的问题，现在社会通过标准化，规模的生产来降低导轨的成本。那么如何解决成本高的问题就可以通过选择标准化的产品。通过对比，选择THK公司的LM导轨的RSR（超小型）系列导轨。为双圆弧滚珠导轨1。滚珠在导轨和滑块上被精密研磨加工过的两列滚动沟槽上进行滚动，再通过装在滑块上的端盖使得各列球进行循环运动。该系列导轨在长度小于600mm时的精度分为普通级（）、高级（）、精密型（）。模型如图8所示图8 TM导轨 RSR系列实体图由于导轨的结构复杂，用SolidWorks作图需要很长时间，所以导轨的结构图简化。主要体现导轨的轮廓即可。 确定了导轨的类型，那么具体的型号应该根据工作台的要求尺寸计算，导轨由两个部分组成，即导轨和滑块，滑块和工作台相连，实现导轨的导向和限位作用。因为初步设定工作台台面的长度为80mm，且工作台整体的尺寸较小，所以选择型号为RSR 9M型导轨，其长度序列为55,75,95,115,135,155，175,195，275,375。因为工作台台面的长度较大，只用一个滑块支撑台面其平衡性不好，且容易影响工作台的传动精度，所以，在每根导轨上需要两个滑块，两个滑块的长度加上他们之间的距离略小于工作台台面的长度即可，两个滑块的长度之和为mm，加上传动距离为80mm，所以选择导轨的长度为195mm，可使两个滑块之间的距离较大。10 箱体的设计根据GB/T 9439-1988,该箱体采用铸铁（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，铸造方法砂型。大端盖分机体采用配合，采用灰铸铁做箱体材料时，其壁厚不得小于6-10mm11。壁厚直接影响机座和箱体的强度与刚度。在满足强度和刚度的条件，应选取较小的壁厚，以减少材料用量。先选取壁厚t=8mm。10.1机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。根据轴和带轮的尺寸设计，（不加壁厚）设计箱体的长为220mm，宽为27mm，高为90mm。箱体刚度的计算验证：1）确定无孔箱壁的变形量。箱体尺寸：2a：2b：2c=7:3:1；箱体受力面的边长比2a：2b=1：0.4；着力点坐标为：x=0.6a，y=1.2b；查表确定系数k0，用内插法得，k0=0.26。根据箱体刚度计算公式12，将已知值代入 ，查得铸铁弹性模量E=kgf/,泊松比u=0.25，其中为壁厚为t的箱板变形量，F为垂直于箱体的作用力，这个力主要通过轴承所能承受的最大轴向力求得，我们采用的是深沟球轴承，它所能承受的轴向力大约为径向作用力的15%，查得选用型号的最大径向载荷，求得F=140kgf。a为受力箱壁长边的一半，即110mm。得到无孔箱壁在垂直力作用下的变形量=0.165mm。2)确定修正系数k1,k2。孔1已知H/t=52/8=6，R/a2=0,差得Ha/t=2.2；由表查得k1=0.45；同理，查得k2=0.71。3)计算有孔箱壁的变形量 =0.053mm4)箱体刚度=26.4kgf/um；5）箱体刚度验算由于环境影响，车床的刚度要求要比工作台大。根据车床的刚度要求，查表得车床刚度K2 kgf/um，主轴箱在综合位移中所占比例约为 =0.1-0.15,取为0.15，主轴箱的最小刚度值为=K/=13 kgf/um，显然箱体刚度合格。如果箱体厚度取6,箱体刚度为14.85，也能满足，取7，当然也可以满足，但是考虑到增加壁厚能降低噪声，提高工作台的精度，综合起来壁厚取8mm。6）箱体上凸台、筋的结构设计 箱体上凸台的结构设计 在箱体上设计凸台其主要目的是为了加强孔周围的强度、减少切削加工量。根据经验公式12，结合已经设计的箱体和轴承尺寸大小，凸台厚8mm，环径为12mm。10.2机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用浸油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为10.3机体结构工艺性和附件设计铸件圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.为了使箱体更加实用合理，下面给出箱体结构的附件设计。A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。B 油螺塞放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 位销为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。由于时间关系，在工作台的装配图中没能将附件设计在工作台中。箱体的具体结构尺寸见附录图16，图17，工作台的工程图。11相关量的校核11.1键的校核键 h=6mm，L=10mm，GB1096-79；则强度条件为查表许用挤压应力。所以键的强度足够。11.2箱体刚度的校核（1）确定无孔箱壁的变形量。箱体尺寸：2a：2b：2c=7:3:1；箱体受力面的边长比2a：2b=1：0.4；着力点坐标为：x=0.6a，y=1.2b；查表确定系数k0，用内插法得，k0=0.26根据箱体刚度计算公式9，将已知值代入查得铸铁弹性模量E=kgf/8,泊松比u=0.25，其中为壁厚为t的箱板变形量，F为垂直于箱体的作用力，这个力主要通过轴承所能承受的最大轴向力求得，我们采用的是深沟球轴承，它所能承受的轴向力大约为径向作用力的15%，查得选用型号的最大径向载荷，求得F=140kgf。a为受力箱壁长边的一半，即110mm。得到无孔箱壁在垂直力作用下的变形量=0.165mm。(2)确定修正系数k1,k2。孔1已知H/t=52/8=6，R/a2=0,差得Ha/t=2.2由表查得k1=0.45同理，查得k2=0.71(3)计算有孔箱壁的变形量 =0.053mm(4)箱体刚度=26.4kgf/um（5）箱体刚度验算由于环境影响，车床的刚度要求要比工作台大。根据车床的刚度要求，查表得车床刚度K2 kgf/um，主轴箱在综合位移中所占比例约为 =0.1-0.15,取为0.15，主轴箱的最小刚度值为=K/=13 kgf/um显然箱体刚度合格。如果箱体厚度取6,箱体刚度为14.85，也能满足，取7，当然也可以满足，但是考虑到增加壁厚能降低噪声，提高工作台的精度，综合起来壁厚取8mm。轴和轴承的强度校核前文已有叙述，这里不再赘述。11.3轴承寿命校核,查表得，=1，=1，前面已计算得C=Cr=114.3N,P=20N；代入得=46600h，远大于的预期值8000-12000h。所以合格。11.4重复精度同步带传动是具有中间挠性件的啮合传动。带齿与轮齿的啮合是一种在节距相等下的嵌合，其动力是通过齿之间的法向力和轮齿顶部与带齿根部的摩擦力以及带齿的弹性变形来传送的。同时同步带传动又具有类似链传动的多边形效应。由此使同步带传动的啮合具有较复杂的性质。2我们还没有找到同步带重复精度的校核计算方面的资料，只无法进行校核，但以下几种方法有助于减少多边性效应，从而减小节距误差，较小累计效应。1.选用闭环伺服电机系统，控制性能更好，低速时不会出现振动现象，但价格较高；2.齿数适当减小，但是受行程约束，效果不会明显。12 工作台的装配由于软件学习的过程较为急促，有些功能没能很好掌握，同时在装配过程中可能存在一定的问题，但是最终也能将工作台的装配体装配完成。在零件图完成之后，根据设计的过程和设计要求对工作台进行装配，由于工作台的结构特点，需要选择一定的装配顺序和装配的操作方法。因为具体的装配过程复杂且细节太多，这里主要叙述装配零件的顺序。因为每个零件的尺寸和连接轴孔的尺寸均是在零件的设计过程中完成的，所以在对工作台的装配过程中主要是用自下而上8的设计方法。这种设计方法虽然比较传统，但是它使得零件之间的相互关系和重建行为更为简单。工作台的装配顺序主要是先选择与电机相连的轴作为基准件（固定），一次添加键、带轮、套筒、轴承使之配合完成之后，添加另一端的轴，使之满足两个带轮之间的几何关系之后，在依次添加零件与之配合。通过装配体特征中的皮带/链工具根据带轮的外径直径生成皮带。因为在实际中，箱体应该为固定件，那么在导入箱体的下部之后对其固定，同时使常州浮动。通过选择配合关系使轴承和箱体固定，添加箱体上部，配合完毕，添加螺柱将两部分箱体固定，再添加蘸圈和轴承端盖将箱体密封起来。到这里装配图基本上已经完成。添加导轨并将之与箱体配合固定，将滑块添加在导轨上，将工作台面结构与滑块用螺柱固定。那么工作台面可以通过滑块在导轨上直线运动。装配体完成如图9所示。图9 皮带传动工作台装配体得到皮带传动工作台的装配图如图10所示，具体装配图见附录图110。图10 装配图12 心得体会 紧张的课程设计终于结束了，虽然没有按时完成任务，但是我和我们组的另外一个同学在当天把装配图给完成。虽然整个工作台的设计过程中存在不少的问题，同时也有些问题没有考虑到，但是在整个四个星期的课程设计时间里，学到了不少的东西，也发现了不少的问题。所以这次课程设计让我收获颇多。下面主要是在在课程设计过程中存在的问题和发现的没能解决的问题，还有在整个课程设计过程中的收获。第一次因为作业熬夜，最终还没有按时完成老师给的任务，这让我不得不反省自己对整个课程设计的时间安排。同时在和组员之间的工作分配上需要更好的协调。由于之前的英语考试，几乎每天都把时间安排在复习英语考试上，所以花在课程上的时间比较少；同时对课程设计的设计复杂程度认识不够，因为在课程设计之前学过一门精密机械设计的课程，感觉大部分内容能够通过课本上的内容来完成，但是不然，在工作全面开展以来，发现许多的内容在课本上没有，需要自己去差许多的资料和书籍。比如联轴器的设计、电机的选择、同步带的设计、导轨的设计等内容在课本上没有或者没有具体的设计方法。那么这些内容需要去查找资料，通过学习之后再进行设计，需要很多的时间，其次我们选择的传动方式同步带传动的计算量较大，由于题设的要求使得计算较为困难。同时，同步带轮不是标准件，在画图时花费大量的时间。所以在以后的学习和科研过程中需要注意安排好时间和掌握好课题的内容。在整个课题设计的过程中遇到一些问题，主要是皮带的画法，因为皮带不是标准件，而用软件的工具画出来的只是一般的皮带，不能实现传动的功能，这几使得整个工作台装配好了之后不能动。在网上很少有关于同步带的画法的资料，所以这个问题没能解决。其次，没能用机械的方式来达到传动的回程精度，只能考虑用控制电机的方式来尽量提高皮带的传动精度。虽然在设计的过程中遇到不少问题，但是，通过课程设计让我学到了不少新的知识。感谢学校图书的电子全文库，可以不用直接去借书，通过网络直接下载我需要的书籍，通过图书馆的电子全文库，下载了专门关于联轴器的设计，同步带的设计，电机的选择等书籍。虽然没有把每一本书都看完。但是，通过对这些书籍的学习让我掌握了许多机械方面的知识，使我的机械方面的知识更加丰富。同时也让我的搜索能力得到一定的提高。同时，我对SolidWorks软件的掌握程度得到一定的提升。虽然课程设计的过程中不足之处，也有可取的地方，但是对于我们而言，我们不仅仅是完成了一次课程设计，也不仅仅是学习到了这一部分的知识，而是我们对课程设计的认识，对学习新知识方法的认识，对自学能力的认识，对合理安排时间的认识以及合作队友的认识。不管怎样，我在这次课程设计之后学到了不少东西。同时也要感谢指导老师的讲评和指导。13参考文献1 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