平面物体表面粗糙度自动测量仪的设计学位论文

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图3-1 纵向进给系统计算简图

初定滚珠丝杠型号为W1L2004，其几何参数为：

表1 W1L2004的相关参数

螺纹滚道 名称 公称直径 导程 接触角 钢球直径（mm） 滚道法面直径 偏心距 螺纹升角 符号 d0 L0 R=0.52dq e=（R-dq/2）sinβ γ=arctgL0/πd0 d=d0-（0.2~0.25）dq d1=d0+2e-2R dz=d0-dqcosβ D=d0-2e+2R D1=d0+（0.2~0.25）dq W1L2004 20 4 4°33′ 3.175 1.651 0.045 4°33′ 19.4 16.788 16.835 23.212 20.635 β dq R e γ d d1 dz D D1 螺 杆 螺母 螺杆外径 螺杆内径 螺杆接触直径 螺母螺纹外径 螺母内径 （1）、计算进给率引力Fm(N)

此滚珠丝杠采用的是圆型导轨，故进给率牵引力计算公式为

Fm?(1?0.5f)Fx?f2M2M?Fx?f (3.1)

dzdz式中 FX——切削力，（N）

M——主轴上的扭矩，（N?cm） f——导轨上的摩擦系数 dz——主轴直径（cm）

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则有

Fm?Fx?f2M?67?0.005?2?436?71.36N (3.2) dz（2）、计算最大动负载荷C

选用滚珠丝杠副的直径d0时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转（106转）后，在他的滚道上不产生点蚀现象。此轴向负载最大值即为最大动负载荷，可用下式计算：

C?3LfwFm (3.3)

式中 L——寿命，以106转为一单位，L? n——丝杠转速，（r/min），n?60?n?T； 6101000vs； L0 vs——测量时最大进给速度，取最高进给速度的1/2~1/3；

T——使用寿命，（h），取T=15000h； L0——丝杠导程，（cm）； fw——运转系数，取1.2 故

C?3LfwFm?3135?1.2?71.36?439.3N (3.4)

（3）、滚珠丝杠副选型为W1L2005 （4）、计算滚珠丝杠螺母副的传动效率:

tg? (3.5)

tg（???）??式中 λ——螺旋升角，W1L2005取λ=4°33′ φ——摩擦角，取10′

tg?tg4?33'??0.965 (3.6)

tg(???)tg(4?33'?10')??3.3 齿轮齿条的设计及计算[13]

本课题所设计的测量仪在横向运动中采用了齿轮齿条传动的方式进给。齿轮传动式作为机械传动中重要的传动之一，形式有很多，应用也很广泛，传递效率也非常高。

齿轮齿条的传动方式为：齿条固定在底座上，小齿轮与手动转轮连接，齿轮与齿条配合从而带动传感器支架进行横向移动。 3.3.1 齿轮的选择

由于本课题所设计的测量仪具有传动简单、要求低的特点，故选用直齿圆柱

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齿轮；又因为测量仪的传感器支架的移动为普通的传递运动，速度很低，故选用7级精度（GB 10085-88）；根据相关设计手册介绍而选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度300HBS,齿条材料为45钢（调质），硬度为240HBS；选择小齿轮的齿数为z1=17。

3.3.2 齿轮齿条的计算校核

由公式进行齿面接触强度计算，即：

2K?T1u?1?ZE??? d1t?2.32?3 (3.7) ????du???H??

确定公式内的各计算数值 (1)试选载荷系数Kt=1.3

95.5?105?P1(2)齿轮传递的转矩T1??3.18?104N?mm

n1(3)根据机械设计教材表10-7，小齿轮做悬臂布置，选取齿宽系数?d=0.5 (4)根据机械设计教材表10-6，查的材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa (5)根据机械设计教材图10-21d，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

?Hlim1=600MPa；齿条的接触疲劳强度极限?Hlim2=550MPa

12(6)计算应力循环次数

N=60n1jLh=60×30×1×（1×8×150×8）=1.728×107 （3.8）

(7)根据机械设计教材图10-19，取接触疲劳系数KHN1=0.90；KHN2=0.95 (8)计算接触疲劳许用应力

取失效概率1%，安全系数S=1，因此可得

S??H?2=KHN2?lim2=0.95×550=522.5（MPa） （3.10）

S??H?1=KHN1?lim1=0.9×600=540（MPa） （3.9）

计算

(1)试算齿轮分度圆直径d1t，代入??H?中的较小值

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4?ZE?K?Tu?11.3?3.18?10?189.8?t13??d1t?2.32?3??2.32??1????22.18mm????du??0.5522.5???H?22(3.11)

(2)计算圆周速度

v=

(3)计算齿宽b

b=?d?d1t=0.5×22.18=11.09（mm） （3.13）

(4)计算齿宽与齿高之比

mt=

b h?d1tn1??22.18?30==0.04m/s (3.12)

60?100060?1000d1t=22.18/17=1.3（mm） （3.14） z1h=2.25mt=2.25×1.3=2.93（mm） （3.15）

b22.18??7.57 （3.16） h2.93

(5)计算载荷系数

根据v=0.04m/s,7级精度，查得动载荷系数Kv=1；直齿轮，KH?=KF?=1；查

b得使用系数KA=1；齿轮悬臂布置，KH?=1.13；由?7.57， KH?=1.10，由机械

h设计教材图10-13得KF?=1.045；故载荷系数

K?KAKVKH?KH??1×1×1.10×1.045=1.1459 （3.17）

(6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径得

d1?d1t3

(7)计算模数m

K=22.18×31.14591.3=21.27（mm） （3.18） Kt - 12 -