畢業(yè)論文--d-v6v8發(fā)動機缸蓋氣門座圈壓裝設(shè)備進給系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次設(shè)計題目是D-V6/V8發(fā)動機缸蓋氣門座圈壓裝設(shè)備進給系統(tǒng)設(shè)計，闡述了為了滿足客戶生產(chǎn)要求并能最大化節(jié)約成本的進給系統(tǒng)設(shè)計，并協(xié)同小組成員完成氣門座圈壓裝的總體設(shè)計，方案選擇及論證。</p><p>　　下文依次對進給系統(tǒng)的主要部件滾珠絲杠、導軌、步進電機以及軸承進行了參數(shù)計算說明以及規(guī)格選用，然后對

2、所選部件進行校核，最終確定零部件的規(guī)格。并且對非標件的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計說明。</p><p>　　在對進給系統(tǒng)的進給方式選擇時有兩種方案，一種是人工推動滑臺進給，另一種是采用數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)滑臺XY方向十字進給。根據(jù)生產(chǎn)力要求以及提高生產(chǎn)效率的原則，采用第二種方案，因為合理的設(shè)計系統(tǒng)進給系統(tǒng)能提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：進給系統(tǒng)；數(shù)控十字滑臺；導軌；滾珠絲杠；步進電機；軸承&l

3、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design topic is the feed system design of D-V6/V8 engine cylinder head’s valve seat pressure equipment, which elaborates the feed system design i

4、n order to meet customers’ production requirements and to maximize the cost savings. Meanwhile, collaborative my team members complete the valve seat press-fit design, scheme selection and demonstration.</p><p

5、>　　Below are the parameters’ calculation and specifications chosen of main components of the feed system such as ball screw, guide rail, step motors and bearing, and then check the selected components, ultimately dete

6、rmine the parts of the specification. And the structure of non-standard pieces designed and notes.</p><p>　　There are two options when choosing the mode of the feeding system. One is manually pushing slide,

7、the other is using numerical control technology to realize the XY direction cross slide feed. According to the request of the productivity and improving production efficiency principle, I use second kinds of scheme，becau

8、se the reasonable design of system feeding system can improve the production economy.</p><p>　　Key Words: feed system; numerical control cross slipway; guide; ball screw; step motor; bearing</p><p

9、><b>　　1 緒論</b></p><p>　　氣門的作用是專門負責向發(fā)動機內(nèi)輸入燃料并排出廢氣，傳統(tǒng)發(fā)動機每個汽缸只有一個進氣門和一個排氣門，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，維修方便，低速性能較好，缺點是功率很難提高，尤其是高轉(zhuǎn)速時充氣效率低、性能較弱。氣門座圈則是安裝在氣缸蓋座圈孔內(nèi)，與氣門配合形成密封環(huán)帶。 </p><p>　　使用氣門座圈，可以提高

10、使用壽命和便于維修更換。缺點是導熱性差、要與氣缸孔過盈配合量選擇恰當，否則工作時座圈可能脫落，可能造成安全事故。在生產(chǎn)中對于產(chǎn)品使用過程中的產(chǎn)熱、散熱問題以及配合量是否達到要求都是生產(chǎn)工藝流程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，尤其是壓裝過程中進給系統(tǒng)承受著主要載荷，并且對絲杠、導軌以及軸承的強度提出了要求，合理的選用零部件和設(shè)計系統(tǒng)工作方式可以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性并且提高生產(chǎn)效率。因此進行D-V6/V8發(fā)動機缸蓋氣門座圈壓裝設(shè)備進給系統(tǒng)設(shè)計（以下簡

11、稱進給系統(tǒng)設(shè)計）具有現(xiàn)實意義。</p><p>　　又根據(jù)中國氣門座圈產(chǎn)業(yè)研究及市場預測報告顯示，從宏觀經(jīng)濟角度看，近幾年來中國國內(nèi)生產(chǎn)總值不斷增長，而中國氣門座圈市場產(chǎn)量以及中國氣門座圈市場需求總量近幾年只有小幅度增長，大體而言變化不大，從中可以知道競爭相當激烈，這就給了我們一個信息，在經(jīng)濟發(fā)展飛速發(fā)展的今天，在相同產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，誰能最大程度的節(jié)約成本，那么誰將會是這一邊領(lǐng)域的領(lǐng)先者，因為這次的課題研究具有實際

12、意義。</p><p><b>　　2方案論證</b></p><p><b>　　2.1 技術(shù)要求</b></p><p>　　氣門座圈與缸蓋需采用過盈配合，并有以下裝配技術(shù)要求：</p><p>　　1）對氣門座圈進行冷卻，逐個取出并壓入缸蓋，氣門缸蓋在壓入后24小時內(nèi)不允許承載；</p&

13、gt;<p>　　2）壓裝之前在導管外圈均勻的涂一層二硫化鉬膏；</p><p>　　3）壓裝過程中需保證不破壞座圈端面、錐面；</p><p>　　4）壓裝后所有結(jié)合面無間隙；</p><p>　　2.2 壓裝方案以及進給系統(tǒng)方案選擇與論證</p><p>　　圖1 氣門座圈壓裝示意圖</p><p>

14、;　　圖1所示為進、排氣門座圈壓裝主要技術(shù)方案，將工件固定在滑臺上的夾具上，利用外漲式彈性卡爪將座圈卡住，保證卡爪中心與氣門座圈座的同軸度，工裝時便可保證定心、端面定位。將座圈套在工件的氣門座圈沉孔上，采用工裝中心導桿與導管孔的配合，可實現(xiàn)座圈的定心。</p><p>　　由于有4個氣門座圈需要工裝，因此我們提出了三種壓裝方案。</p><p>　　方案一：采用立式逐個壓裝，工裝中心與工件

15、分別送至壓頭下，逐一壓裝。此方案優(yōu)點在于能夠保證每個座圈都能夠保證壓裝到位，缺點則是逐個壓裝增加了轉(zhuǎn)換時間。</p><p>　　方案二：采用4個工裝中心導桿同時向下進給，根據(jù)工件的壓裝要求設(shè)置好4個壓頭間的間距與高度，一次性完成座圈工裝。此方案優(yōu)點在于能夠節(jié)約時間，但可能因為缸蓋生產(chǎn)偏差造成其中一些座圈沒有安裝到位，產(chǎn)生間隙。</p><p>　　方案三：將方案二進行改進，將4個壓頭均設(shè)

16、計為活動壓頭，這樣可以避免由于缸蓋加工誤差造成的氣門座圈壓裝不到位的情況，但缺點在于生產(chǎn)成本大大增加了，對于年產(chǎn)量不高的企業(yè)而言此方案不太經(jīng)濟。</p><p>　　綜合而言，為了保證工件加工的質(zhì)量，并且考慮到企業(yè)年常量的要求，通過比較三種方案的優(yōu)劣，決定采用方案一的壓裝方案。</p><p>　　壓裝方案確定之后，就要決定采取何種進給方式了，根據(jù)壓裝方案我提出了2種進給方式。</p

17、><p>　　方案一：手動進給。通過工人的操作讓工作臺進給來滿足4個氣門座圈的壓裝。此方案優(yōu)點在于利用人力極大地節(jié)約了成本，但這也是它的缺點，手工進給降低了生產(chǎn)效率，并且手工進給容易造成更多的偏差，不滿足自動生產(chǎn)的要求。</p><p>　　方案二：數(shù)控伺服進給。通過數(shù)控程序控制XY方向十字滑臺，并結(jié)合滾珠絲杠的工作原理，讓滑臺在需加工位置之間移動。此方案能提高生產(chǎn)效率，并且通過程序控制工作臺

18、移動的距離，能夠有效地減少誤差，并且極大程度上釋放了勞動力。</p><p>　　綜上所述，我決定采用數(shù)控進給系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.3 理論依據(jù)</b></p><p>　　對于上述技術(shù)方案而言，采用逐一壓裝，一般用于中小批量生產(chǎn)，額定產(chǎn)量不高的企業(yè)當中，同時壓裝雖然節(jié)約了時間，提高了生產(chǎn)效率，但是生產(chǎn)成本必然大大提高。<

19、;/p><p>　　目前壓裝進給系統(tǒng)主要有液壓，滾珠絲杠，氣動等多種形式，在有定位要求的時候多用滾珠絲杠以保證精度，液壓用在受力很大精度不高的場合，現(xiàn)階段數(shù)控機床進給系統(tǒng)多用滾珠絲杠并配合伺服電機。國內(nèi)外也多是采用這種進給系統(tǒng)，并且具有很多成熟的例子可以借鑒和參考，因此在正確制定思路和查閱大量的資料基礎(chǔ)上，本課題具有很強的可行性。</p><p><b>　　3 機床總體設(shè)計<

20、/b></p><p>　　機床總體由壓裝設(shè)備和進給系統(tǒng)組成，只有決定了總體的位置關(guān)系后才能具體的設(shè)計各個部件，機床總體設(shè)計如圖2所示。</p><p>　　底座2、夾具3、工件4、立柱5、操作按鈕及顯示屏6、伺服壓裝機</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　4 壓裝力的計

21、算</b></p><p>　　因為十字滑臺進給系統(tǒng)承受著主要的徑向載荷，最大壓裝力也是導軌和滾珠絲杠選型時的重要初始數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計進給系統(tǒng)之前對壓裝力進行計算是必須的。</p><p>　　工件材料：HT250，硬度190 250HB；</p><p>　　座圈材料：合金鑄鐵，硬度220 270HB。</p><p>　　根據(jù)

22、要求，氣門座圈與缸蓋過盈配合，且壓裝過程中需保證不破壞氣門座圈的端面以及錐面。因此為了減小裝配時的壓裝力，采用冷裝法壓裝氣門座圈，即將座圈冷卻到一定溫度，再逐一取出進行壓裝。冷卻溫度計算公式：</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　t——冷卻溫度</b></p><p>　　——所選得的標準

23、配合在裝配前的最大過盈量，單位為；</p><p>　　——裝配時為了避免配合面相互擦傷所需的最小間隙。通常采用同樣公稱直徑的間隙配合H7/g6的最小間隙，單位為，或從手冊中查取；</p><p>　　d——配合的公稱直徑，單位為mm ；</p><p>　　——分別為被包容件及包容件材料的線膨脹系數(shù)，查有關(guān)手冊；</p><p>　　——裝

24、配環(huán)境的溫度，單位為 。</p><p>　　座圈與氣門座采用過盈配合，根據(jù)《公差與檢測技術(shù)》表2.11基孔制優(yōu)先、常用配合選擇H7/p6配合，由《公差與檢測技術(shù)》表2.13查得，H7/p6最大過盈量為-42 。 采用H7/g6的最小間隙+9 。查材料線膨脹系數(shù)表得， （合金鑄鐵）=（8.7 11.1），取9。 取30 。</p><p>　　由以上得： =-42 ， =+9 ， =9，

25、=25 。</p><p>　　進氣門座圈尺寸D=47.5mm， =45.9mm。</p><p>　　進氣門座圈冷卻溫度：</p><p>　　排氣門座圈尺寸：D=44mm， =42.2mm。</p><p>　　排氣門座圈冷卻溫度：</p><p>　　因為進氣門排氣門座圈同時拿出來壓裝，所以采用相同的冷卻溫度進行

26、冷卻，取-145 。</p><p>　　配合面壓力的計算公式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　E——彈性模量，取 ；</p><p>　　——襯套與外殼孔的配合過盈量，取18 ；</p><p>　　d——氣門座圈內(nèi)孔直徑；</p><p&g

27、t;<b>　??；</b></p><p>　　4.1 進氣門座圈配合壓裝力計算</p><p>　　=熱膨脹系數(shù)全長溫度變化 =9.243.75170=0.068mm</p><p><b>　　座圈實際尺寸 </b></p><p>　　進氣門座圈直徑縮減 </p><p&g

28、t;　　進氣門座圈配合面壓力：</p><p>　　過盈配合壓裝力壓強計算公式：</p><p><b>　　（2）</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　——被包容件和包容件材料的彈性模量；</p><p>　　——被包容件和包容件的剛性系

29、數(shù)；</p><p>　　——被包容件內(nèi)徑，實心軸為0mm；</p><p><b>　　——包容件外徑；</b></p><p><b>　　d——結(jié)合直徑。</b></p><p>　　通過查表得： ， ；</p><p><b>　　， ；</b>

30、</p><p>　　因為座圈孔在缸蓋上，所以根據(jù)缸蓋尺寸，令 ， ， 。通過計算 。由公式（2）得：</p><p>　　配合面處的壓裝力計算公式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　所以進氣門座圈壓裝力為： ，一般壓裝機提供的壓裝力為最大壓裝力的1.5-2倍，為了很好的滿足使用條件，取2

31、倍最大壓裝力，為1180N。</p><p>　　4.2 排氣門座圈配合壓裝力計算</p><p>　　熱膨脹系數(shù)全長溫度變化 =9.240.5170=0.063mm</p><p>　　排氣門座圈直徑縮減 </p><p>　　由式（1）得配合面壓力：</p><p>　　由式（2）， ， ， ，通過計算， ， ，

32、得過盈配合壓裝力壓強：</p><p>　　由式（3）得配合面處壓裝力為：</p><p>　　取2倍最大壓裝力，則排氣門座圈配合壓裝力為735 2=1470N。因為在一道工序中同時壓裝進氣門與排氣門座圈，因此采用工序中最大的壓裝力1470N來計算選取進給系統(tǒng)的組成部件。</p><p>　　5 進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算</p><p>　　5.

33、1 工作臺總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　因為要實現(xiàn)XY兩個方向上的進給運動，所以必須用兩個滾珠絲杠進行運動轉(zhuǎn)換。工作臺由下拖板、中拖板、上拖板、導軌以及滾珠絲杠組成。工件尺寸為300mm 180mm，為了保證工件在壓裝時載荷大部分在導軌之間，因此設(shè)計下拖板上面固定Y向?qū)к墸旅鎰t與床身固聯(lián)，中拖板放在固定在下拖板的導軌上做縱向運動，其上固定X向?qū)к?。上拖板與工作臺固聯(lián)，下面則固定在導軌上，做橫向移動。X、Y

34、導軌方向互相垂直，滾珠絲杠均用步進電機直聯(lián)驅(qū)動，如圖3所示。</p><p>　　圖3 工作臺總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　1—床身 2—下拖板 3—中拖板 4—上拖板 5、7—滾珠絲杠 6、8—步進電機</p><p>　　5.2 生產(chǎn)條件估算</p><p>　　5.2.1 生產(chǎn)時間估算</p><p>

35、;　　根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)要求，缸蓋年常量為7萬件，生產(chǎn)節(jié)拍為單工件3820小時。1年有365天，減去法定假日義工24天，則生產(chǎn)線工作時間為341天，每天的工作時間為8小時，則每天生產(chǎn)量為205件，換算成平均每件生產(chǎn)耗時0.039h 2.34min/件。從工件開始壓裝到壓裝結(jié)束，除去定位夾緊的時間，設(shè)計需要1min/件。一個缸蓋上有四個氣門座圈分別要壓裝，每個座圈之間距離均為70mm，因此在座圈壓裝過程中進給滑臺XY方向上總共要移動3次，每

36、次移動距離為70mm，先規(guī)定每次移動耗時2s，并且2s中滑臺經(jīng)歷了加速、勻速、減速3個階段。假定加減速階段各占0.2s，勻速階段為1.6s，如圖4。</p><p>　　圖4 速度-時間分布圖</p><p>　　則平均速度 。因此設(shè)計速度范圍為 。由速度-時間分布圖可以算出加速減速階段加速度 。</p><p>　　5.2.2 工作臺及工件質(zhì)量估算</p&

37、gt;<p>　　因為方案中并沒有明確的說明工件的質(zhì)量，為了保證系統(tǒng)設(shè)計計算的準確性，根據(jù)工件的尺寸以及工件材料，估算工件質(zhì)量 。下導軌主要承受著中拖板、上拖板以及工件的質(zhì)量，上導軌主要承受著上拖板及工件的質(zhì)量，根據(jù)上、中拖板的尺寸以及所用材料，估算中拖板質(zhì)量 ，上拖板質(zhì)量 。</p><p>　　5.3 導軌的設(shè)計與計算</p><p>　　導軌按照摩擦性質(zhì)可分為滑動導軌和

38、滾動導軌。</p><p>　　靜壓導軌機械效率高，但是結(jié)構(gòu)復雜，且適用于精密機床和高精度機床，因此對于我的課題來說有點大材小用了。滾動導軌摩擦系數(shù)小，啟動功率小，適用于運動靈敏度要求高的機床。滾動導軌在導軌間裝有滾動體（絕大多數(shù)為鋼球），因而是滾動摩擦。</p><p>　　滾動導軌副具有以下優(yōu)點：</p><p>　　摩擦系數(shù)小，運動靈活；</p>

39、<p>　　動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，且不易發(fā)生爬行；</p><p><b>　　可以預緊，剛度高；</b></p><p><b>　　壽命長；</b></p><p>　　精度高，定位精度可達 ，重復精度可達 ；</p><p>　　由于數(shù)控機床要求移動部件對指令信號

40、作出快速響應的同時，還要求有恒定的摩擦阻力和無爬行現(xiàn)象，所以數(shù)控機床大多數(shù)采用滾動導軌。</p><p>　　為了方便下面導軌的計算，現(xiàn)將固定在下拖板上支撐中拖板的滾動導軌副稱為滾動導軌副1，將支撐上拖板的滾動導軌副稱為滾動導軌副2。</p><p>　　5.3.1 滾動導軌副1的選取</p><p>　　由之前的壓裝力結(jié)果得知最大壓裝力為 ，滾動導軌副1支撐的中拖

41、板、上拖板和工件總重量 。</p><p>　　則壓裝氣門座圈時最大法向靜載荷 。</p><p>　　壓裝氣門座圈時最大動載荷 。</p><p>　　根據(jù)最大靜載荷 和最大動載荷 ，由《機械制造裝備技術(shù)》表3-21，選取型號為GGB16的滾動導軌副，其額定動載荷 ，額定靜載荷 </p><p>　　由《機械制造裝備技術(shù)》P96滾珠導軌預

42、期壽命 計算公式：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　式中F—單個滑塊的工作載荷（N）；</p><p><b>　　——系數(shù)， ；</b></p><p>　　——硬度系數(shù)。當滾動導軌副硬度為 ， ；硬度 時， ；硬度 時， ；</p><p>

43、;　　——溫度系數(shù)。當工作溫度 時， ；</p><p>　　——接觸系數(shù)。每根導軌上安裝兩個滑塊時， ；安裝三個滑塊時， ；安裝四個滑塊時， ；</p><p>　　——載荷/速度系數(shù)。無沖擊振動、滾動導軌的移動速度 時， ；輕沖擊振動、 時， ；沖擊振動、 時， 。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計方案， ， ， ， ；因為有兩條滾動導軌同時受力，每根導軌上有兩個滑

44、塊，因此總共有四個滑塊受到載荷作用，所以 。則滾動導軌副1的預期壽命 </p><p>　　需要壽命 ， ，所以滾動導軌副1滿足使用要求。</p><p>　　5.3.2 滾動導軌副2的選取</p><p>　　滾動導軌副2承受的是上拖板與工件的重量 ，則壓裝氣門座圈時最大法向靜載荷 。</p><p>　　壓裝座圈時最大動載荷 。</

45、p><p>　　根據(jù)最大靜載荷 和最大動載荷 ，由《機械制造裝備技術(shù)》表3-21，選取型號為GGB16的滾動導軌副，其額定動載荷 ，額定靜載荷 </p><p>　　由式（4）， ， ， ， ， 。則滾動導軌副2的預期壽命 </p><p>　　需要壽命 ， ，所以滾動導軌副2滿足使用要求。</p><p>　　5.4 滾珠絲杠的設(shè)計與計算&l

46、t;/p><p>　　滾珠絲杠副又名滾珠絲桿副、滾珠螺桿副，是由絲杠及螺母二個配套組成的。滾珠螺旋傳動按滾動體循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩類,其中應用較廣的是插管式和螺旋槽式,它們各有特點,其軸向間隙的調(diào)整方法主要有墊片調(diào)隙式和螺紋調(diào)隙式。</p><p>　　滾珠絲杠副是目前傳動機械中精度最高也是最常用的傳動裝置。它是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動,或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的最合理的產(chǎn)品。<

47、;/p><p>　　滾珠絲杠副具有以下特點：</p><p>　　傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率 。</p><p>　　適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好；</p><p>　　運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高；</p><p>　　有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動

48、轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件；</p><p>　　磨損小，使用壽命長；</p><p>　　滾珠絲杠傳動副多為專業(yè)廠家生產(chǎn),一般用戶設(shè)計時只負責選用,在選用時主要驗算其額定動載荷和臨界轉(zhuǎn)速,絲杠較長時還應進行壓桿穩(wěn)定性驗算。</p><p>　　為了說明方便，將驅(qū)動中拖板的滾珠絲杠副稱為滾珠絲杠副1，將驅(qū)動上拖板的滾

49、珠絲杠副稱為滾珠絲杠副2。</p><p>　　5.4.1 滾珠絲杠副1的選取</p><p>　　由之前的計算結(jié)果可以得到以下技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　絲杠驅(qū)動的工作臺質(zhì)量 </p><p>　　工件最大重量 &

50、lt;/p><p>　　工作臺最大行程 </p><p>　　工作臺滑動導軌摩擦系數(shù) </p><p>　　選擇絲杠兩端為固定支承（E—F），每個支座安裝兩個 接觸角推力角接觸球軸承，進行預拉伸。</p><p><b

51、>　　絲杠副壽命：10a</b></p><p><b>　　工作可靠性： </b></p><p><b>　?。?）絲杠載荷</b></p><p>　　導軌摩擦力 ，其中 為導軌的摩擦系數(shù)，滾動導軌 ，在這取 。</p><p>　　軸向最大載荷

52、 </p><p>　　快速載荷 </p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計，確定工作臺與絲杠最大速度</p><p>　　工作臺最大速度 </p><p>　　絲杠最大轉(zhuǎn)速 </p><p>　　（3）絲杠導

53、程 </p><p>　?。?）氣門座圈孔之間的距離均為70mm，絲杠導程為6mm，即絲杠一轉(zhuǎn)走過的直線距離為6mm，則2s時間內(nèi)絲杠走過 ，則當量轉(zhuǎn)速 </p><p>　　（5）當量負荷 </p><p>　?。?）初選滾珠絲杠 由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》式（2.8-13）求得滾珠絲杠的計算動

54、負荷</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中， ——當量負荷；</p><p><b>　　——壽命系數(shù)， </b></p><p><b>　　——轉(zhuǎn)速系數(shù)， </b></p><p>　　——影響滾珠絲杠副壽命的綜合

55、系數(shù)：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　其中， 為溫度系數(shù)， 為硬度系數(shù)， 為精度系數(shù)， 為可靠性系數(shù)， 為負荷性質(zhì)系數(shù)。</p><p>　　要求壽命 </p><p>　　壽命系數(shù) 1.16</p>

56、<p>　　轉(zhuǎn)速系數(shù) </p><p>　　由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-60 表2.8-64查得， ， ， ， ， .3，則 。由（5）式得計算動載荷 。</p><p>　　根據(jù)計算動載荷，由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-27選用FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動返向器雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副，型號為FFZD2506，選取雙螺母墊片預緊滾珠

57、絲杠副，是因為絲杠需要正反轉(zhuǎn)工作，而滾珠與通道之間存在間隙，用單螺母的話反轉(zhuǎn)則會產(chǎn)生偏差，使用雙螺母可以避免正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時由于間隙而產(chǎn)生的誤差。FFZD2506額定動載荷 。</p><p>　　預緊力 。所以所選型號符合要求。</p><p>　?。?）絲杠螺紋部分長度 </p><p>　?。?）支承距離 應該大于 ，取 </p><p>

58、;<b>　　（9）臨界轉(zhuǎn)速校核</b></p><p>　　由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》式（2.8-18）得絲杠的臨界轉(zhuǎn)速計算公式</p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　絲杠底徑 ，由表2.8-66查得支承方式系數(shù) （兩端固定支承方式）。臨界轉(zhuǎn)速計算長度 。</p><p&g

59、t;　　則臨界轉(zhuǎn)速 ，所以符合要求。因為支承方式為兩端固定支承，絲杠不受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。</p><p><b>　?。?0）預拉伸計算</b></p><p>　　溫升引起的伸長量 </p><p>　　絲杠全程伸長量 </p><p>　　預拉力

60、 </p><p>　　5.4.2 滾珠絲杠副1軸承的選取</p><p>　?。?）軸端支承為E-F固定支承，根據(jù)滾珠絲杠副1的相應計算結(jié)果，如參考《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-50，選取軸承型號為7602020TVP。</p><p>　?。?）主要尺寸和參數(shù)</p><p>　　由《機電一體化系統(tǒng)

61、設(shè)計手冊》表2.8-39查得 ， ， ， ， ， ，預緊力 。</p><p>　　軸承的最大軸向載荷為： ，由于 ，所以符合設(shè)計要求</p><p><b>　　疲勞壽命計算</b></p><p>　　額定動負荷： ， 所以該軸承滿足使用要求。</p><p>　?。?）定位精度校核 </p>

62、<p>　　絲杠在拉壓載荷下的最大彈性位移 </p><p><b>　　加速時， ， </b></p><p><b>　　勻速時， ， </b></p><p><b>　　減速時， ， </b></p><p>　　絲杠與螺母間的接觸角變形 </p&g

63、t;<p>　　由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-27查得FFZD2506滾珠絲杠副的接觸角剛度 </p><p><b>　　加速時， ， </b></p><p><b>　　勻速時， ， </b></p><p><b>　　減速時， ， </b></p>

64、<p>　　軸承的接觸變形 </p><p>　　角接觸球軸承的軸向剛度可由式（8）估算</p><p><b>　　(8)</b></p><p><b>　　則軸向剛度 </b></p><p><b>　　加速時， ， </b></p>

65、<p>　　勻速時， ， </p><p>　　減速時， ， </p><p>　　絲杠系統(tǒng)總位移 </p><p><b>　　加速時， </b></p><p><b>　　勻速時， </b></p><p>

66、<b>　　減速時， </b></p><p>　　絲杠精度等級為7級，由《機械制造裝備技術(shù)》表3-26知精度等級為7級時，允許任意300mm行程內(nèi)行程變動量為52 ，所以滿足定位精度。</p><p>　　設(shè)計計算結(jié)果為：選用滾珠絲杠副型號為 ,兩端支承為E,F型，軸承型號為7602020TVP， ， ， 。</p><p>　　5.4.2

67、滾珠絲杠副2的選取</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)如下：</b></p><p>　　絲杠驅(qū)動的工作臺質(zhì)量 </p><p>　　工件最大重量 </p><p>　　工作臺最大行程

68、 </p><p>　　工作臺滑動導軌摩擦系數(shù) </p><p>　　選擇絲杠兩端為固定支承（E—F），每個支座安裝兩個 接觸角推力角接觸球軸承，進行預拉伸。</p><p><b>　　絲杠副壽命：10a</b></p>

69、<p><b>　　工作可靠性： </b></p><p><b>　　（1）絲杠載荷</b></p><p>　　導軌摩擦力 ，其中 為導軌的摩擦系數(shù)，滾動導軌 ，在這取 。</p><p>　　軸向最大載荷 </p><p>

70、;　　快速載荷 </p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計，確定工作臺與絲杠最大速度</p><p>　　工作臺最大速度 </p><p>　　絲杠最大轉(zhuǎn)速 </p><p>　?。?）絲杠導程 </p><p>

71、;　?。?）氣門座圈孔之間的距離均為70mm，絲杠導程為6mm，即絲杠一轉(zhuǎn)走過的直線距離為6mm，則2s時間內(nèi)絲杠走過 ，則當量轉(zhuǎn)速 </p><p>　?。?）當量負荷 </p><p>　?。?）初選滾珠絲杠 同滾珠絲杠副1計算相同，由（5）、（6）式得計算動載荷 。</p><p>　　根據(jù)計算動載荷，由《機電一體化系

72、統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-27選用FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動返向器雙螺母墊片預緊滾珠絲杠副，型號為FFZD2506，其額定動載荷 。</p><p>　　預緊力 。所以所選型號符合要求。</p><p>　?。?）絲杠螺紋部分長度 </p><p>　　（8）支承距離 應該大于 ，取 </p><p><b>　　（9）臨界轉(zhuǎn)速校核<

73、/b></p><p>　　絲杠底徑 ，由表2.8-66查得支承方式系數(shù) （兩端固定支承方式）。臨界轉(zhuǎn)速計算長度 。</p><p>　　由式（7），臨界轉(zhuǎn)速 ，所以符合要求。因為支承方式為兩端固定支承，絲杠不受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。</p><p><b>　?。?0）預拉伸計算</b></p><p>　　

74、溫升引起的伸長量 </p><p>　　絲杠全程伸長量 </p><p>　　預拉力 </p><p>　　5.4.2 滾珠絲杠副2軸承的選取</p><p>　?。?）軸端支承為E-F固定支承，根據(jù)滾珠絲杠副2的相應計算結(jié)果，如參考《機電一體化系

75、統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-50，選取軸承型號為7602020TVP。</p><p>　?。?）主要尺寸和參數(shù)</p><p>　　軸承的最大軸向載荷為： ，由于 ，所以符合設(shè)計要求。</p><p><b>　　疲勞壽命計算</b></p><p>　　額定動負荷： ， 所以該軸承滿足使用要求。</p>&l

76、t;p>　　（3）定位精度校核 </p><p>　　絲杠在拉壓載荷下的最大彈性位移 </p><p><b>　　加速時， ， </b></p><p><b>　　勻速時， ， </b></p><p><b>　　減速時， ， </b></p>

77、<p>　　絲杠與螺母間的接觸角變形 </p><p>　　由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》表2.8-27查得FFZD2506滾珠絲杠副的接觸角剛度 </p><p><b>　　加速時， ， </b></p><p><b>　　勻速時， ， </b></p><p><

78、;b>　　減速時， ， </b></p><p>　　軸承的接觸變形 </p><p>　　由式（8）得軸向剛度 </p><p><b>　　加速時， ， </b></p><p>　　勻速時， ， </p><p>　　減速時， ，

79、 </p><p>　　絲杠系統(tǒng)總位移 </p><p><b>　　加速時， </b></p><p><b>　　勻速時， </b></p><p><b>　　減速時， </b></p><p>　　絲杠精度等級為7級，由《機械制造裝

80、備技術(shù)》表3-26知精度等級為7級時，允許任意300mm行程內(nèi)行程變動量為52 ，所以滿足定位精度。</p><p>　　設(shè)計計算結(jié)果為：選用滾珠絲杠副型號為 ,兩端支承為E,F型，軸承型號為7602020TVP， ， ， 。</p><p>　　5.5 步進電機的選取</p><p>　　步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的

81、情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。步進電機的位移量與輸入脈沖數(shù)嚴格成比例，這樣就不會引起誤差的累積，當其與其他數(shù)字系統(tǒng)配套時，它將體現(xiàn)出更大的優(yōu)越性，因而，廣泛的用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　相對于伺服電機，步進電機的位

82、置控制精度更高，更適用于開環(huán)控制的進給伺服系統(tǒng)中，因此選用步進電機驅(qū)動滾珠絲杠副，能更好的減少位置誤差。</p><p>　　5.5.1 驅(qū)動下絲杠步進電機的選取</p><p>　?。?）進給系統(tǒng)中設(shè)計步進電機與滾珠絲杠副直聯(lián)，因此傳動比 ，初選三相六拍運行方式的步進電機，其步距角 ，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) ，脈沖當量 </p><p>　?。?）等效負載轉(zhuǎn)矩計算</

83、p><p>　　空載時，除去工件質(zhì)量約為 </p><p>　　工件運動時，最大負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　兩式中 ，均為絲杠預緊時的傳動效率。</p><p>　?。?）等效轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p>　　滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p><b>　　——絲杠密度， 。</

84、b></p><p>　　拖板運動慣量換算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　換算到電動機軸上的總慣性負載</p><p>　　（4）初選步進電機型號</p><p>　　由以上計算得 ， 。初選步進電機型號為110BF003的步進電機，它的三條性能曲線由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》圖5.50所示。其最大靜扭矩 ，轉(zhuǎn)子慣量 ，由此可得

85、：</p><p>　　該型號電動機規(guī)定最小加、減速時間為1s，現(xiàn)試算之。</p><p><b>　　最大自起頻率：</b></p><p>　　式中 為電動機本身的起動頻率。</p><p><b>　　空載時的啟動時間：</b></p><p>　　查電動機的起動矩—頻

86、特性，當 時， ， 。因此，該電動機在帶慣性負載時能夠起動。</p><p><b>　?。?）速度的驗算</b></p><p><b>　　當 時， 。</b></p><p>　　所以可選該型號的步進電機，且還有一定的穩(wěn)定裕量。</p><p>　　5.5.2 驅(qū)動上絲杠步進電機的選取<

87、/p><p>　?。?）等效負載轉(zhuǎn)矩計算</p><p>　　空載時，除去工件質(zhì)量約為 </p><p>　　工件運動時，最大負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　?。?）等效轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p>　　滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 </p><p>　　拖板運動慣量換算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量</p>

88、<p>　　換算到電動機軸上的總慣性負載</p><p>　?。?）初選步進電機型號</p><p>　　由以上計算得 ， 。初選步進電機型號為110BF003的步進電機，則：</p><p><b>　　最大自起頻率：</b></p><p><b>　　空載時的啟動時間：</b>&

89、lt;/p><p>　　查電動機的起動矩—頻特性，當 時， ， 。因此，該電動機在帶慣性負載時能夠起動。</p><p><b>　?。?）速度的驗算</b></p><p><b>　　當 時， 。</b></p><p>　　所以可選該型號的步進電機，且還有一定的穩(wěn)定裕量。</p>&

90、lt;p>　　綜上所述，驅(qū)動上下滾珠絲杠副均選用型號為110BF003的步進電機。</p><p>　　5.6 聯(lián)軸器的選取</p><p>　　選擇適合的伺服聯(lián)軸器是整個系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，會很大影響到系統(tǒng)的整體性能表現(xiàn)。常用的有彈性聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器。</p><p>　　剛性聯(lián)軸器是一種扭轉(zhuǎn)剛性的聯(lián)軸器，即使承受負載時也無任何回轉(zhuǎn)間隙，即便是有偏差產(chǎn)生負

91、荷時，剛性聯(lián)軸器還是剛性傳遞扭矩。如果系統(tǒng)中有任何偏差，都會導致軸、軸承或聯(lián)軸器過早的損壞，也就是說其無法用在高速的環(huán)境下，因為它無法補償由于高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生高溫而產(chǎn)生的軸間相對位移。</p><p>　　彈性聯(lián)軸器運用平行或螺旋切槽系統(tǒng)來適應各種偏差和精確傳遞扭矩。在很多步進、伺服系統(tǒng)實際應用中，彈性聯(lián)軸器是首選的產(chǎn)品。彈性聯(lián)軸器主要有以下兩個基本的系列：螺旋槽型和平行槽型。</p><p>

92、;　　螺旋槽型彈性聯(lián)軸器具有非常優(yōu)良的彈性和很小的軸承負載。它可以承受各種偏差，最適合用于糾正偏角和軸向偏差，但處理偏心的能力比較差，因為要同時將螺旋槽在兩個不同的方向彎曲，會產(chǎn)生很大的內(nèi)部壓力，從而導致聯(lián)軸器的過早損壞。盡管長的螺旋槽型聯(lián)軸器能在承受各種偏差情況下很容易地彎曲，但在扭力負載的情況下對聯(lián)軸器的剛性也有同樣的影響。扭力負載下過大的回轉(zhuǎn)間隙會影響聯(lián)軸器的精度并削弱其整體的性能。平行槽型彈性聯(lián)軸器有時候負面影響也會超過其優(yōu)點，

93、所以也不太適用。</p><p>　　為了避免軸向偏差與偏心誤差，剛性聯(lián)軸器與彈性聯(lián)軸器均不符合要求。為了保證零回轉(zhuǎn)間隙和能夠補償軸向偏差，選用單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器，它具有以下的特點：</p><p>　　高扭矩剛性和高靈敏度；</p><p><b>　　零回轉(zhuǎn)間隙；</b></p><p>　　順時針與逆時針回轉(zhuǎn)

94、特性完全相同；</p><p>　　不銹鋼膜片補償角向和軸向偏差；</p><p>　　常用于伺服電機、步進電機聯(lián)接；</p><p><b>　　6、夾緊螺絲固定。</b></p><p>　　根據(jù)滾珠絲杠副端軸直徑與電機軸直徑，均選用型號為XF3-56- - 的單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器。</p><

95、;p>　　6 其他部件結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　6.1 下拖板的設(shè)計</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　下拖板模型如圖5所示，滑臺通過下拖板上兩側(cè)的8個螺栓孔固定在機床床身上，同時下拖板兩側(cè)高出來的凸臺與導軌配合，將導軌固定在上面，中間的兩個小凸臺用來固定軸承座。因為要保證電機軸與滾珠絲杠副軸線的同軸度，為

96、了采用修配法，步進電機固定架不能與下拖板做成一體，所以在下拖板上多設(shè)計出一個平臺用來與固定架配合，如圖所示。為了保證兩端凸臺的剛度，在不干涉滾珠絲杠螺母的情況下，設(shè)計出4塊肋板。并且兩端凸臺與中間小凸臺都有嚴格的位置要求，具體尺寸見零件圖。</p><p>　　6.2 中拖板的設(shè)計</p><p>　　圖6 圖7</

97、p><p>　　圖6、圖7所示為中拖板模型。與下拖板設(shè)計想法相同，為了提高凸臺剛度設(shè)計有加強肋。中拖板下面分別設(shè)計有與導軌配合以及與絲杠連接件配合的平面，尺寸關(guān)系按照下拖板凸臺中心線之間距離、導軌滑塊尺寸和連接件尺寸設(shè)計，細節(jié)以及尺寸詳見見零件圖。</p><p>　　6.3 上拖板的設(shè)計</p><p>　　圖8所示為上拖板模型，T型槽的尺寸根據(jù)螺栓頭尺寸而定，具體尺

98、寸見零件圖。</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　6.4 步進電機固定架的設(shè)計</p><p>　　為了保證電機軸與絲杠軸的同軸度要求，不能將步進電機直接固定在拖板，于是另外設(shè)計了步進電機固定架與拖板采用“修配法”配合，圖9所示為步進電機固定架模型。</p><p><b>　　圖9&

99、lt;/b></p><p>　　同樣為了保證薄壁板的剛度，設(shè)計兩個肋板，電機通過凸臺與固定架上的孔配合從而保證與滾珠絲杠軸的同軸度要求。底面4個通孔通過螺釘固定在拖板上，通孔之間的距離由拖板的螺紋孔距離而定，具體結(jié)構(gòu)尺寸見零件圖。</p><p><b>　　7 總結(jié)</b></p><p>　　進過一個學期的畢業(yè)設(shè)計，我終于將氣門座圈

100、壓裝設(shè)備進給系統(tǒng)設(shè)計完成了，完成之余，我并沒有卸下重擔，而是對我的設(shè)計工作做了大致的總結(jié)：要完成一個系統(tǒng)的設(shè)計建模，首先必須明確設(shè)計方案，并對方案進行論證是否可行：方案具有可行性，則要進行系統(tǒng)的總體設(shè)計，首先要了解設(shè)計這個系統(tǒng)的目的是什么，怎么達到，這樣才能根據(jù)自己所定的方案進行部件的設(shè)計：部件的設(shè)計中又必須考慮它在整體中的作用，然后才能根據(jù)使用要求去設(shè)計以及選用。</p><p>　　通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把

101、知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來機械行業(yè)的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了一定提高。畢業(yè)設(shè)計是我作為一名學生即將完成學業(yè)的最后一次作業(yè)，它既是對在學校所學知識的全面總結(jié)和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好開端，它是對我所學理論知識的檢驗與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計者獨立分析和解決問題的能力；通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識太理論化了，

102、面對單獨的課題時一開始會感覺很茫然。自己要學習的東西還太多，通過這次畢業(yè)設(shè)計，我明白了學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p><p>　　雖然說畢業(yè)設(shè)計每個人都有各自的設(shè)計題目，但大家都會無私地貢獻出對小組其他成員有幫助的資料，側(cè)面上不知不覺中鍛煉了我們的團隊協(xié)作的精神，更讓我們的4年同學之情在探討學習的同時得到鞏固，是大學4年里的大家最后的一次團隊協(xié)

103、作，這是非常值得懷念的。</p><p>　　總之，畢業(yè)設(shè)計就是一個不斷攻克難題的過程，萬事開頭難，剛開始總是不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，畢業(yè)設(shè)計向我們詮釋了一點：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 楊黎明. 《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》. 國防大

104、學出版社. 1997.1。</p><p>　　[2] 曾勵. 《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》. 高等教育出版社. 2010.6。</p><p>　　[3] 唐增寶 常建娥. 《機械設(shè)計課程設(shè)計》（第三版）. 華中科技大學出版社. 2006.9。</p><p>　　[4] 李慶余 孟光耀. 《機械制造裝備技術(shù)》. 機械工業(yè)出版社. 2008.7。</p>

105、<p>　　[5] 戴曙. 《金屬切削機床設(shè)計》. 機械工業(yè)出版社. 1985。</p><p>　　[6] 聞邦椿. 《機械設(shè)計手冊》. 機械工業(yè)出版社. 2010。</p><p>　　[7] 數(shù)字化手冊編委會編. 《機床夾具設(shè)計手冊》. 機械工業(yè)出版社. 2004。</p><p>　　[8] 羅繼相 王志海. 《金屬工藝學》. 武漢理工大學出版社.

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107、ing Center with Non-rigid”. Illinois?June 2000.</p><p>　　[10] Ales Hace, Karel Jezernik, Boris Curk, Martin Terbuc. “Robust Motion Control of XY Table for Laser Cutting Machine”. University of Maribor, Facul

108、ty of Electrical Engineering and Computer Sciences, Institute for Robotics. Smetanova ul. 17. SI-2000 Maribor, Slovenia</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過了一個學期的努力，我的畢業(yè)設(shè)計任務終于快要完成了。設(shè)計的過程中遇

109、到了許多問題，正是在黃繼雄指導老師和同學們不斷幫助、不斷探討中解決的。尤其在黃老師的耐心教導下，讓我受益非淺。在此我對黃老師表示衷心的感謝，是他的細心指導和嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度讓我們掌握了更多書本之外的知識。同時也要感謝所有幫助過我的同學們，是在他們的耐心幫助下我才能更有效率的解決碰到的難題。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，預示著我的四年大學生涯即將結(jié)束。四年大學生活，我心存太多的感激。首先我要感謝我的班主任，

110、他像一個大家庭里面的家長一樣，默默地關(guān)心著我們，為我們的學習和人生道路上指明了方向，是他的諄諄教導讓我們及時認識到自己的不足并加以改正。</p><p>　　其次要感謝我們的輔導員李輝鵬老師，他一個人要同時管著好幾個班，卻從未忽視我們當中的任何一名學生，對任何一個學生的關(guān)懷都無微不至。雖然有時他很嚴厲，但這都是為了讓我們認識到自身的錯誤。</p><p>　　最后要感謝這四年幫助過我的同學