滾珠絲桿升降機(jī)的介紹.doc

概述絲桿升降機(jī)，SWL系列蝸輪絲杠升降機(jī)是一種基礎(chǔ)起重部件，符合JB/T88091998（原JB/ZQ439186）標(biāo)準(zhǔn)。承載能力2.5120T。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、動(dòng)力源廣泛、噪音小、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一種新式支撐桿的創(chuàng)造，利用電機(jī)來帶動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)支撐機(jī)構(gòu)的升降。其中利用正反螺旋的疊加使用的加大行程的效果，以及螺旋機(jī)構(gòu)的諸多特性來嘗試性的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。當(dāng)然這其中也多有用到連桿機(jī)構(gòu)，包括四桿及多桿機(jī)構(gòu)的使用。連桿的作用是相當(dāng)必要的，連桿的正確使用使升降支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了階梯性的升降。另外，此次建模是運(yùn)用MATLAB和Solidworks聯(lián)合，此次設(shè)計(jì)是一個(gè)新的嘗試，相信實(shí)驗(yàn)成功后能夠廣泛的應(yīng)用于工業(yè)建筑，醫(yī)療科學(xué)，航天航空等各個(gè)領(lǐng)域，以得到更好的利用。第一章緒論現(xiàn)今社會(huì)，支撐系統(tǒng)的應(yīng)用已是日益廣泛。在我們的日常生活領(lǐng)域，支撐系統(tǒng)已普遍應(yīng)用。醫(yī)療領(lǐng)域，人工假肢以及工業(yè)領(lǐng)域的大型機(jī)械臂等都是支撐桿的廣泛應(yīng)用場(chǎng)所。而在航空、航天等領(lǐng)域，支撐機(jī)構(gòu)性能的優(yōu)劣更是直接關(guān)系到仿真和測(cè)試試驗(yàn)的可靠性和置信度,是保證航空、航天型號(hào)產(chǎn)品,以及武器系統(tǒng)精度和性能的基礎(chǔ)。因此，創(chuàng)造更好更優(yōu)秀的支撐機(jī)構(gòu)便是我們的新的目標(biāo)。為了能在較短的周期內(nèi)推出性能更好、更符合客戶需求的機(jī)械產(chǎn)品,可通過建立仿真軟件所支持的產(chǎn)品模型,實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品方案確立后的快速仿真分析及反饋,及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。創(chuàng)造更好更優(yōu)秀的支撐機(jī)構(gòu)便是我們的新的目標(biāo)。第二章螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)2.1螺旋傳動(dòng)的類型、應(yīng)用和特點(diǎn)2.1.1螺旋傳動(dòng)的類型和應(yīng)用1）傳力螺旋：在傳動(dòng)鏈中用于傳遞動(dòng)力的螺旋傳動(dòng)稱為傳力螺旋。其特點(diǎn)是承受較大的載荷，傳動(dòng)精度要求較低，有的甚至對(duì)相對(duì)位移無精度要求，主要要求是具有足夠的強(qiáng)度。如一起底座的調(diào)節(jié)螺旋或起重螺旋等。2）示數(shù)測(cè)量螺旋傳動(dòng)：在傳動(dòng)鏈中用以精確地傳遞相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)位移的螺旋傳動(dòng)。其特點(diǎn)是傳動(dòng)式只需克服摩擦力矩和較小的附加阻力矩，其傳動(dòng)誤差直接影響儀器的工作精度，因此對(duì)示數(shù)測(cè)量螺旋傳動(dòng)的主要要求是傳動(dòng)精度高、回差下、運(yùn)動(dòng)靈活。常用于機(jī)床進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)和測(cè)量?jī)x表中的螺旋測(cè)微機(jī)構(gòu)，如千分尺中的螺旋等。3）一般螺旋傳動(dòng)：用于精密機(jī)械中某些構(gòu)件的傳動(dòng)或精確定位，對(duì)強(qiáng)度、剛度和精度均有較高的要求。當(dāng)用于定位時(shí)，在定位后則要求螺紋不松動(dòng)，故其螺紋升角必須很小，以保證自鎖。螺旋傳動(dòng)按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)、靜壓螺旋傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用的是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。2.1.2滑動(dòng)螺旋的特點(diǎn)1）降速傳動(dòng)比大。lli2或lDi，D為輪直徑，即螺桿（或螺母）轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，螺母（或螺桿）移動(dòng)一個(gè)螺距（單頭）。一般的螺距都比較小，故而降速傳動(dòng)比大。例如t=0.5，D=160，則i=1005.由于螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，傳動(dòng)比大，實(shí)現(xiàn)同樣的傳動(dòng)比，與其他傳動(dòng)形式相比較，傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，故可以大大縮小傳動(dòng)鏈，因而具有較高的傳動(dòng)精度，且運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)。2）具有增力作用。由于傳動(dòng)比大，根據(jù)在功率一定的條件下降速增矩的原則，給主動(dòng)件一個(gè)較小的轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件便可得到較大的軸向力。3）能自鎖。當(dāng)螺紋升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自鎖能力。4）效率低、易磨損、低速存在爬行。由于螺旋工作表面為滑動(dòng)摩擦，致使其傳動(dòng)效率低，一般為30%40%，磨損快，因此不適于告訴大功率傳動(dòng)。2.2螺旋機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)選擇與計(jì)算2.2.1傳動(dòng)形式的選擇本設(shè)計(jì)采用正反螺旋形式，雙螺母配螺桿的結(jié)構(gòu)，即一螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)，另一螺母移動(dòng)但不轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加大行程的移動(dòng)效果。2.2.2普通螺紋的主要幾何參數(shù)1）大徑d(D):與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱體的直徑。2）小徑d1(D1):與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱體的直徑3）中徑d2(D2):一假想的圓柱體，該圓柱體的母線通過牙型中線的直徑，稱作用中經(jīng)。這個(gè)假想的螺紋在規(guī)定旋和長(zhǎng)度內(nèi)，具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙底和牙頂留有間隙，以保證不與實(shí)際螺紋的大、小徑發(fā)生干涉。4）底徑：與內(nèi)螺紋或外螺紋底相重合的假想圓柱體的直徑，即外螺紋的小徑或內(nèi)螺紋的大徑。5）螺距t:響鈴牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。6）導(dǎo)程s:同一螺旋線上相鄰牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離，s=nt,n為螺紋頭數(shù)7）牙形角2:在螺紋牙形上，相鄰兩牙側(cè)面間的家教。8）螺紋升角:在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角，22tandntds。9）螺紋旋和長(zhǎng)度Lc:兩個(gè)相互配合的螺紋沿軸向相互旋和部分的長(zhǎng)度。10）螺紋的公稱直徑:代表螺紋尺寸的直徑稱公稱直徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定按螺紋大徑的基本尺寸記。2.2.3螺旋傳動(dòng)的計(jì)算在螺旋傳動(dòng)鎮(zhèn)南關(guān)，螺桿所承受的載荷主要是轉(zhuǎn)矩和軸向拉力（或壓力）。這些力邀引起螺桿螺母工作表面的磨損、螺桿的變形及螺母牙的斷裂；同時(shí)當(dāng)螺桿長(zhǎng)徑比較大時(shí)，由于受壓發(fā)生縱向彎曲以致造成失穩(wěn)。因此，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算通常包括耐磨性、剛度、穩(wěn)定性及強(qiáng)度等4個(gè)方面。根據(jù)需要有時(shí)還要進(jìn)行摩擦力矩、效率及自鎖等其他方面的計(jì)算。1）耐磨性計(jì)算磨損是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要是小形式，因此螺桿的直徑和螺母軸向長(zhǎng)度（或高度）通常是根據(jù)耐磨進(jìn)行計(jì)算的。影響螺紋磨損的因素很多，如載荷大小、表面粗糙度、螺桿牙面硬度、潤(rùn)滑以及速度大小等。磨損的速度與螺紋工作表面的比壓大小有直接關(guān)系。為保證螺紋的耐磨性和使用壽命，必須限制螺紋工作表面的比壓，使其值小于或等于許用比壓，即phHdtFhndFpaa22式中p螺紋工作表面計(jì)算平均比壓；p許用比壓；aF軸向載荷；2d螺紋中徑；h螺紋工作高度，對(duì)于梯形和矩形螺紋h=0.5t,對(duì)于三角螺紋h=0.5413t；n螺紋工作圈數(shù)tHn，H為螺母高度，t為螺距。令2dH，則有phtFda2式中，值可根據(jù)羅怒形式確定，對(duì)于整體式螺母=1.22.5，對(duì)于部分式螺母=2.53.5.2）剛度計(jì)算螺桿在軸向載荷aF和轉(zhuǎn)矩T的作用下將產(chǎn)生變形，引起螺距變化，從而影響螺旋傳動(dòng)精度。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以便把螺距的變化限制在允許的范圍內(nèi)。螺桿受軸向載荷aF時(shí)，1個(gè)螺距的變化量tF。EAtFaFt式中，t螺距；E螺桿材料拉壓彈性模量，對(duì)于鋼E=2.15MPa；A螺桿螺紋截面面積，對(duì)梯形螺紋按螺紋中徑計(jì)算，即422dA，螺桿受拉時(shí)上式取“+”號(hào)，受壓時(shí)取“”號(hào)。螺桿受扭矩T時(shí)，螺桿在1個(gè)螺距長(zhǎng)度上產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角為GJTt由此而引起的一個(gè)螺距的變化量T為GJTttT222式中，G螺桿材料的剪切彈性模量對(duì)于鋼4100.8GMPa；J螺桿螺紋的極慣性矩，對(duì)于梯形螺紋按螺紋中徑2d計(jì)算，即3242dJ。當(dāng)T逆螺旋方向作用時(shí)上式取“+”號(hào)，順螺旋方向作用時(shí)取“”號(hào)。螺桿在軸向載荷和轉(zhuǎn)矩同時(shí)作用下，一個(gè)螺距總的變化量為GJTtEAtFaTFtT222.2.4穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)于受壓且具有