本科毕业论文---大型工具显微镜基座设计.doc

大型工具显微镜基座设计摘要随着科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，一些精密调节仪器也是孕育而生,对于一些微小的距离和角度调节的精密仪器需求量也是越来越广泛的要求，所以本课题进行精密机械结构的设计、微小位移、微小角度等调节机构的设计。由于是显微镜的基座设计，所以在进行角度和位移调节上都采取手动进行精密调节，首先调节手柄与滚珠丝杠连接带动工作台的移动实现微小横向和纵向的位移，手动调节工作台实现小角度的调节，其内部是利用蜗轮蜗杆传动来实现的。滚珠丝杠和蜗轮蜗杆传动是此次研究的基础和重要环节。其次是进行标准元件的选择和一些零部件的强度校核，最终设计出能够实现角度和直线位移的传动机构。关键词传动系统，位移调节，角度调节，强度校核The design of the base of large tool microscopeYouyunxian（Grade11,Class04,Major Measurement Control Technology And Instrument，school of mechanical engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi）Tutor:chen chunAbstract:With the continuous development of science and technology, greatly promote the cross of different subjects and penetration, led to the revolution and reform in the field of engineering. In the field of mechanical engineering, because of the rapid development of microelectronics technology and computer technology to the mechanical industry and its mechanical and electrical integration, which is formed by the penetration of the technology of mechanical industry structure, product, organization, function and structure, mode of production and management system, great changes have taken place in some advanced instruments is born, for some small distance and Angle adjustment precision instrument demand is also more and more widely, so this topic for the design of precision mechanical structure, small displacement, small Angle adjusting mechanism design.Because it is the base of the microscope design and so on which can adjust the Angle and displacement are taken manually precision adjustment, first of all, the regulating handle connected to the ball screw drive the workbench mobile implementation small horizontal and vertical displacement, manual adjustment table of small Angle adjustment, the interior is to use the worm gear and worm drive. Ball screw and worm gear and worm drive is the basis of the research and the important link. Followed by the choice of standard components and some parts of intensity, the final design can realize Angle and linear displacement of the transmission mechanism.Keywords:The transmission system, displacement adjustment, Angle adjustment, strength check目 录1 绪论11.1课题研究的背景11.1.1工具显微镜主要类别11.1.2课题研究的国内现状31.2课题研究的目的和意义31.3 课题研究内容41.4 本章小结42 工业显微镜基座的方案设计52.1、基座的工作原理52.1.1设计依据52.2、基座设计方案的选择72.2.1 XY基座滑动设计方案的选择72.2.2、盘面旋转机构的设计92.3本章小结103传动装置的设计113.1、导轨和丝杆螺母副的选用113.1.1燕尾槽滑动导轨的选用113.1.2丝杠螺母副的选用113.2、丝杆轴的设计113.2.1 轴的用途113.2.2轴设计的主要内容113.2.3 轴的材料113.2.4丝杆轴的结构设计113.2.5 拟定轴上零件的装配方案123.2.6轴上零件的定位123.2.7 X丝杆轴的结构设计123.2.8初步设计轴的最小直径123.3 丝杠螺母副的选用计算133.3.1 丝杠螺母的导程的确定133.3.2. 确定丝杠所受的最大动载荷133.3.3. 临界压缩负荷133.3.4.丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算133.3.5 丝杠的扭转刚度143.3.6 传动精度计算143.4、蜗轮蜗杆的传动设计153.5、装配图的绘制163.6、本章小结174 图纸绘制184.1 软件的选择184.2 图纸绘画18总 结19致 谢20参考文献21II1 绪论1.1课题研究的背景显微镜是一种精密的光学仪器，已有300多年的发展史。自从出现了显微镜，人类看到了以前看不到的许多微小生物和构成生物的基本单元细胞。现在，不仅仅有能放大千余倍的光学显微镜，而且也有放大几十万倍的电子显微镜，让我们人类对生物体的生命活动规律有了更进一步的了解。在普通中学生物教学大纲规定的实验中，很多的是要通过显微镜来完成，因此，显微镜性能的好坏是做好观察实验的关键。1显微镜的组成结构主要包括镜筒、物镜转换器、调节器、载物台及镜座组成。21.1.1工具显微镜主要类别小型工具显微镜JGX-1型是具有繁用性的精密光学计量仪器之一。测量范围广。精确可靠，操作方便。因而特别适用于精密机械制造与工具制造工业。主要使用范围如下：图1.1 小型工具显微镜JGX-1型（1）测定形状样板，样板刀等按照直角坐标进行测定;（2）测定螺纹其中包括螺纹的中径、外径、内径，螺距，螺形角，螺形角对螺纹轴的轮廓位置和螺纹形状（齿面的圆整性平坦性，平直性等。）（3）测定角度：测定螺纹梳形车刀，螺纹铣刀的螺形角，各种样板铣刀的轮廓角和各种形状样板的角度等。（4）它也可作为观察显微镜使用，例如作表面光洁度检定及其他类似工作。（5）它可配用特殊设备与附件，并可变换不同的放大倍烽对于形状复杂或微小工件的测定极为方便3JX6大型工具显微镜JX6大型工具显微镜是一种最基础的精密光学测量仪器.大型工具显微镜为机器制造工厂、科学研究机关及高等院校的计量部门广泛使用的一种多性能计量仪器。可作以下各项测定：1、检定样板、样板刀、样板铣刀、冲模和凸轮的形状。2、测量螺纹的中径、外径、内径、螺距、螺形角、螺形角对螺纹轴的轮廓位置和螺纹 形状（齿形圆整性、平面性、平直角等）。3、测量螺纹车刀、螺纹梳形车刀、螺纹铣刀的螺形角，各种样板铣刀和各种形状的样板轮廓角等。44、使用光学定位器测量内孔和各种槽的宽度。第 1 页 共 26 页5、使用双像目镜测量两孔间中心距离及零件上的狭缝、线段或具有对称图形的图形之间的距离等。6、如果加上圆弧轮廓目镜，可方便精确地测量R0.1R100的圆弧尺寸。仪器的主要用途JGX-2型大型工具显微镜是一种最基础的精密光学测量仪器，仪器备有图1.2 JGX-2型工具显微镜多种附件。并配备不同的放大倍率，以便对微小工件也能作精确的测定.大型工具显微镜为工厂、科学研究机构及高等院校的计量部门广泛使用的一种多用途的计量仪器。作为工具制造厂产品鉴定的基本工具，也适用于其它精密机械制造厂，科学研究单位及学校等，供生产或科学研究之用。主要功能：1.检定样板、样板刀、冲模和凸轮的形状2.测量螺纹的中径、外径、内径、螺距、螺形角、螺形角对螺纹轴的轮廓位置和螺纹形状（齿面圆整性、平坦性、平直度等）。3.测量螺纹车刀、螺纹梳形车刀、螺纹铣刀的螺形角、各种样板铣刀和各种形状的样板的轮廓角等。4.使用光学定位器测量内孔和各种槽的宽度。5.使用双像目镜测量两孔间中心距离及零件上的狭缝、线段或具有对称图形之间的距离等。6.使用圆弧轮廓目镜，可方便精确地测量半径0.1-100mm的圆弧尺寸。电脑型工具显微镜JX13B主要用途：微机型万能工具显微镜JX13B是在数字式万能工具显微镜JX11B的基础上采用计算机技术对测量数据进行数据处理。配置了优于影象法和轴切法的双光束干涉条纹测量法使微5图1.3 电脑型工具显微镜JX138机型万工显系统性能得到了大大提高，软件的可组合性和可开发性增强了系统的功能，在更大范围内满足广大用户的需要。微机型万能工具显微镜是机械、电子制造业、计量测试所广泛使用的一种多用途计量仪器。可以用来测量量程内的任何零件的尺寸、形状、角度和位置。典型测量对象有：测量各种成型零件如样板、样板车刀、样板铣刀、冲模和凸轮的形状。测量外螺纹（螺纹塞规、丝杆和蜗杆等）的中径、小径、螺距、牙型半角。测量齿轮滚刀的导程、齿形和牙型角。测量电路板、钻模或孔板上的孔的位置度，键槽的对称度等形位误差。 本次设计主要是进行镜座基座的设计，此基座具有纵向和横向微调的距离，在角度调节中具有微小角度调节的作用，在调节中都具有刻度标识。1.1.2课题研究的国内现状近年来，我国仪器仪表行业发展趋势良好，是得益与我国机械、轻纺、冶金、石化行业等。显微镜等仪器仪表领域经营状况明显好转，而且国家政策导向和国民经济整体发展趋势对该行业产生有利的拉动了。2008年显微镜行业销售收入26.23亿元，2009年1-5月显微镜行业销售收入增速有所放缓。销售收入9.81亿元，同比增长9.4%。我国显微镜行业经过多年的发展，目前表现为；门类齐全，有一定的行业基础，在发展中国家，属于“上游”，与发达国家则差距明显。另外，我国的显微镜行业集中度低，企业呈现出“多、散、弱”特征，科技开发力不强，产品稳定性，可靠性有差距。6国内的显微镜品牌大多数由光学仪器厂而来的，因为早期的显微镜并不是很普及，多由进口而来，随着战争的爆发，钱临照等人在云南建立一小型光学车间，由外厂负责加工金属部件，制成数百台包括有油浸物镜的高倍显微镜，分送抗日后方教学，医学和工程建设单位使用，这事国内第一次批量生产显微镜。解放后，由于社会主义制度的优越性，国内纷纷建起了当时比较出名的上海光学厂、南京江南光学厂、重庆光学仪器厂、广州光学厂、桂林光学厂等。我国的显微镜制造行业已经有将近70年历史。据统计，国内显微镜的产量每年月15亿元，有一半用于出口。在世界显微镜的中低端市场。中国品牌占有一席之地。显微镜行业对技术要求很高，核心是物镜的设计与加工。其中将倾注大量的心血和人力了。这些都是需要有资历、有技术的人员了。所以国内的显微镜市场品牌划分相对来讲比较简单，出名的就那么几家了。71.2课题研究的目的和意义 在如今现代机械制造行业中，伴随着加工零件种类多样化及工艺合理化发展的要求，加工零件的方法也呈现出多种多样，金属切削加工就是利用刀具切除被加工零件中多余材料的方法，是机械制造行业中最基本的加工方法，金属切削加工过程是由金属切削机床来实现的。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压和辊的轧等，在这其中机床切削加工的工作量约占总制造工作量的40%60%(其中钻床占11.2%),所以在目前机械制造行业中金属切削机床是主要的加工设备。而机床的技术性能又直接影响机械制造行业的产品质量和劳动生产率，所以为了提高国家的工业生产能力和科学技术水准，必须对机械仪器的发展作出新的要求。当显微镜的镜头调节完毕后，需要慢速的而且精密调节时，一般用电机调节，但是有时候电机调节不是很方面，人工要不时的输入要移动的参数一边还要看目镜，所以显微镜的基座要设计成手动可以调节的，操作人员根据需要观察的区域进行调节，所以对显微镜基座调节结构设计是非常有必要的而且迫切可行的。81.3 课题研究内容本课题主要进行显微镜基座的结构设计，首先完包括旋转机构和移动机构的设计、及传动丝杠的强度校核，其次是进行主要零件的设计选择和计算，最后设计经济性的显微镜调节基座，主要研究内容如下：1、研究调节机构的工作原理；2、对调节结构进行总体设计；3、传动丝杆、涡轮蜗杆传动的设计及强度校核；4、绘制机械装配图及零件图5、编写设计说明书；1.4 本章小结 通过互联网和学校的图书馆查阅大型工具显微镜基座的有关信息，初步了解大型工具显微镜的最基本的一些信息。根据相关信息拟定出自己对整个设计的一个规划2 工业显微镜基座的方案设计 大型工业显微镜是一种以影像法作为测量基础的精密光学测量仪器，加上测刀也能以轴切法来进行更精确的测量。仪器设备有多种附件，并配备不同的放大倍率，可以对微小工件作精密的测定，在仪器上配装附件的投影设备，可作为轮廓投影仪器使用。9大型工业显微镜为机器制造厂、科学研究机关及高等院校等计量部门广泛使用的一种多性能的计量仪器，完成大型工具显微镜基座设计的基本参数及技术要求为：圆工作台直径为280mm；圆工作台旋转角度为：0360度；圆工作台分度值精度为1分，横、纵向移动范围为0-25mm，横、纵向的移动精度为0.01mm。2.1、基座的工作原理工业显微镜基准主要广泛应用于显微镜移动物体的调节作用。其工作原理如下：人工将被测物体放置在载物台上，如果物体需要移动到指定位置或者需要做微小调节时使用此功能，如果需要横向或者纵向调节时人工只需要调节传动丝杆，传动丝杆带动燕尾槽板，燕尾槽板在燕尾槽内滑动，燕尾槽板带动横、纵移动板进行水平移动；如果需要圆周方向调节时，人工也是调节蜗杆，蜗杆和涡轮进行传动，进而带动圆盘面板的圆周旋转，在圆盘的不动盘面上刻有角度的标识码，方便调节时有刻度可循。102.1.1设计依据本次设计参考JGX-2大型工具显微镜。JGX2大型工具显微镜具有下列主要功能和特点：1工作台可作360度转动，纵横滑板采用精密钢珠导轨结构，有效测程均为0-50mm，最小分划0.01mm及0.005mm/格两种，相对精度1，测量数据可靠，使用寿命长。2采用显微镜测角度盘结构，测角目镜配米字线分划板，适于被测件角度的量测。另可选配数码电子目镜连接，电脑做图像处理及计算，十分方便；配数码电子视频目镜，直接用电视演示观察检测全过程。仪器工作照明系统，采用世界先进的通用输入电压，AC100V-240V，47-63HZ自动调节电压电源。并选用LED发光管白色冷光源，作为上下照明光源，亮度可调节，光源寿命长，操作方便，减少视力的疲劳。免灰尘、潮湿、气温突变或含有酸碱性的气体环境。113、JGX2大型工具显微镜的光学部件有：目镜、物镜、玻璃工作台等，光学零件的表面油污灰尘清洁，可用脱脂棉花蘸以少许酒精和乙醚混合液，轻轻揩拭，切勿将镜片擦毛。4、JGX2大型工具显微镜维护、保养、调试，未经技术培训不具备专业技能的人员不得随意拆卸调试和清洗加油。5、电源系统出现故障，需先切断电源，再进行检查。透射照明灯泡需要更换灯泡，先切断电源，再从工作台中央孔洞基座面上，卸除M2螺钉两只，即可将灯具拉出，进行检查更换。JGX2大型工具显微镜主要技术参数如下：12表2.1 JGX-2大型工具显微镜基础参数项目技术参数备注1显微物镜放大倍率/工作距离2X/67mm2显微目镜放大倍率/视场15X/13mm3.数码电子目镜及连接组件视频显微目镜及连接组件SED-1001套选配4.测量工作台(1)工作台转动范围(2)工作台玻璃直径(3)滑板:横向X轴测量范围 纵向Y轴测量范围(4)测微手轮分度值360度90mm0-50mm0-50mm0.01mm4.测量工作台(1)工作台转动范围(2)工作台玻璃直径(3)滑板:横向X轴测量范围 纵向Y轴测量范围(4)测微手轮分度值360度90mm0-50mm0-50mm0.01mm5.显微镜转盘 角度盘分度值 角度盘游标分度值0-360度1度66.仪器示值误差(5+L/20um)7. 显微镜电源输入电压范围电源输出电压LED光源 上光源 下光源 保险丝管 上下光源灯泡AC100V-240V 47-63HZDC12V 0.5A1A/250V6.3V/2.5W8.工作台与物镜间最大距离 显微镜外形尺寸 高长宽 装箱外形尺寸高长宽140mm4503505005003104309.显微镜重量: 装箱后重量20kgJGX2大型工具显微镜的主要结构图2.1 JGX-2大型工具显微镜结构2.2、基座设计方案的选择2.2.1 XY基座滑动设计方案的选择A、直线导轨滑座的设计在XY轴向移动时，我们选择直线导轨作为滑动导轨，导轨副是数控机床的重要部件之一，导轨的作用是使运动部件能沿一定轨迹运动，并承受运动部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。13数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给时不爬行等特性。目前数控机床使用的导轨主要有3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。14 1.塑料滑动导轨 目前，工业搬运机械中所使用的滑动导轨材料为铸铁对塑料或镶钢对塑料滑动导轨。导轨塑料常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨涂层两类。（1）聚四氟乙烯导轨软带的特点：摩擦特性好、耐磨特性好、减振性好和工艺性好。（2）环氧型耐磨涂层：环氧型耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。152.滚动导轨直线滚动导轨副具有以下特点：（1）摩擦因数小，运动灵活；（2）动、静摩擦因数基本相同，因而起动阻力小，而不易产生爬行；（3）可以预紧，刚度高；（4）寿命长；（5）精度高；（6）润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；（7）由专业厂生产，可以外购选用。16因此滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。滚动导轨副的主要缺点是抗冲击载荷的能力较差，且滚动导轨副对灰尘屑末等较敏感,应有良好的防护罩。滚动导轨有多种形式，目前常用的滚动导轨为直线滚动导轨。直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持器、端盖等组成。当滑块与导轨体相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区，不断循环，从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。17最近新出现的一种在滑块两端装有自动润滑的滚动导轨，使用时无须再配润滑装置.使用直线滚动导轨作为滑动体时，所得到的XY移动的装配图如下图2.3所示：图2.3 XY轴向移动图B、燕尾槽滑动设计方案燕尾槽一般与燕尾配合使用,在导轨上用得比较多,如车床的中拖板.其作用是:一是精度较高且间隙可调,如车床上的燕尾槽,用一轴向可移动的斜铁来调间隙,二是承载能力大,在设计过程中只需要一个螺栓调节其左右移动或者前后移动，对于其设计上结构更加紧凑。9燕尾的设计简图如下图2.4所示：图2.4 燕尾的设计方案简图通过以上的分析对比，在X/Y轴向移动中，使用直线导轨更便捷，但是从结构上看，直线导轨所占用的空间就比较大，而且不紧凑，而用燕尾槽的设计XY方向的移动，就可以避免此类问题的发生，在螺栓调节过程中，燕尾的设计更为紧凑，而且对于这种精密调节仪器的底座，燕尾的使用要优先与直线导轨。2.2.2、盘面旋转机构的设计A、 蜗轮蜗杆传动方案设计蜗杆传动是用来传递空间交错轴之间的运动和动力的。最常用的是轴交角=90的减速传动。18蜗杆传动能得到很大的单级传动比，在传递动力时，传动比一般为580，常用1550；在分度机构中传动比可达300，若只传递运动，传动比可达1000。蜗轮蜗杆传动工作平稳无噪音。蜗杆反行程能自锁。19这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线，其齿形角0=20。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角3时)或双刀(当3时)车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便。蜗轮蜗杆传动主要的缺点为：传动效率较低，不宜在大功率下长期连续工作；为了减磨耐磨，蜗轮齿圈需用贵重的青铜制造，成本较高。对于蜗轮蜗杆传动，其主要的传动示意图如下图2.5所示：图2.5 蜗轮蜗杆传动示意图B、锥齿轮传动方案设计 锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90。18锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图2.5所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关圆柱在锥齿轮中就变成了圆锥，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。20 圆锥齿轮传动是用来传递两相交轴之间的运动和动力的。特点是可用于两个互相垂直的轴的传动，而一般圆柱齿轮只能用于平行轴，在进行显微镜基座调节中可以看出，该调节是可以用个水平力传递到垂直方向，从而改变其传动方向和实现台面板圆周旋转的功能。21圆锥齿轮传动具有扭矩大 力量损失小等特点； 从蜗轮蜗杆传动和锥齿轮传动的设计方案可以看出，两者都有优缺点，但是综合考虑，对于显微镜的基座旋转平台，其实不需要那么高的扭矩和转速，都是靠人工来驱动实现旋转的，所以在进行台面旋转设计上，我们旋转蜗轮蜗杆传动来实现台面的旋转比较理想，所以最终选择蜗轮蜗杆传动。2.3本章小结 了解大型工具显微镜最工作原理后，对其进行整体的设计提出相应的方案来。从提出的方案中来获取最适合的方案来。3传动装置的设计X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。由于我们设计的显微镜基座调整模块是标准的X、Y调节平台，在使用过程中都是人工进行手工调节，所以不需要电机进行驱动，只需要在丝杠上面装有可以调节的手柄就可以了。3.1、导轨和丝杆螺母副的选用3.1.1燕尾槽滑动导轨的选用此次设计XY显微镜基座的工作台，不需要承受较大的载荷，人工手工调节需要重复定位精度高，因此选用燕尾槽滑动作为运动的载体，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧，安装预紧方便等优点。3.1.2丝杠螺母副的选用人工旋转丝杆运动，通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足mm的定位精度，滑动丝杠副间隙较大，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求，滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙，所以对于丝杆副的选择好坏直接影响传动精度。3.2、丝杆轴的设计3.2.1 轴的用途轴也是组成机器的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支撑和传递运动和动力。3.2.2轴设计的主要内容轴的设计也和其它零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和震动稳定方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求的轴和受到大力的细长轴，还应进行刚度计算，防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行震动稳定性的计算，防止发生共振而破坏。3.2.3 轴的材料轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。3.2.4丝杆轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构设计的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。但轴的结构形式都必须满足轴和装在轴上零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。3.2.5 拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序、和相互关系。例如本次设计装配方案是：半联轴器、轴承端盖、圆螺母、套筒、成对角接触球轴承、丝杠螺母副，依次从轴的右端向左端安装，左端只装轴承和端盖。这样就对个段轴的粗细顺序作了初步安排。3.2.6轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周向定位，保证其准确的工作位置。1零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的。利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承，轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。当轴的转速很高时，也不宜采用套筒定位。轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。轴端挡圈可采用单螺钉固定，为了防止轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可加圆拄销锁定轴端挡圈，也可采用双螺钉加止动垫片防松。本次设计的轴向定位是使用左右两个轴承端盖来进行固定轴向的间隙。3.2.7 XY丝杆轴的结构设计 （1）主要参数确定纵向工作行程为25mm进给运动的总阻力F运动台板质量重量初估5Kg测量系统的纵向、横向、垂直切削力（FX FY FZ=0）所以，设轴向压力F=G（2）确定丝杠的等效负载工作负载是指工作时，实际作用在丝杠上的轴向压力，它的数值可用进给牵引力的实验公式计算。选用导轨为滚动导轨，而一般情况下，滚动导轨的摩擦系数为0.0025-0.005，取摩擦系数f为0.005，则丝杠所受的最大牵引力为 (5.1)故其等效负载可按下式计算（估算 t1=t2 ;n2=2n1） (5.2)由以上确定进给运动的总阻力F=12N3.2.8初步设计轴的最小直径先按机械设计中15-2公式初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理，并根据表15-3取A0=125，于是：则取丝杆最小直径为6mm。 (5.3)3.3 丝杠螺母副的选用计算3.3.1 丝杠螺母的导程的确定再本设计中，调节手柄与丝杠直接相连，传动比i=1，在设计过程中，需要重复定位精度为0.01mm，所以在圆周范围内，是可以划分的，比如360度可以划分为4个小刻度为一档次，也就是说圆周方向可以分90个刻度，每个刻度大概为0.011，则丝杠的导程为1mm，就是转动一周滑动板可以走1mm，转动4格，可以是0.044mm，所以丝杆的导程为1mm3.3.2. 确定丝杠所受的最大动载荷 查表，取丝杠的工作寿命Th为15000h，同时取精度系数fa=1，负荷性质系数fw=105，温度系数ft=0.95，硬度系数fh=1，可靠性系数fk=0.53；平均转速为30r/min。 (5.4)选用滑动丝杠螺母传动，丝杠公称直径为，基本导程，丝杠螺母的接触刚度为1692N/，螺旋升角丝杠的底径9mm，螺母长度为240mm，取丝杠的精度等级为1级。3.3.3. 临界压缩负荷 确定丝杠螺纹部分的长度LU。LU等于被测工件的的最大行程（25mm）加上螺母长度（50mm）加两端余程最终还是240.LU为240mm。支撑跨度L1应略大于LU，取为L1=267mm。丝杠全长为L=284mm。临界压缩负荷为 (5.5)式中E- 材料的弹性模量，；I 丝杠最小截面惯性矩L0最大受压长度，按照结构设计取L0=284mm；K1安全系数，一般取K1=1/3；最大轴向工作载荷， ；丝杠支撑方式系数，查表得，则 (5.6)可见远大于，满足要求3.3.4.丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算已知：轴承的接触刚度，丝杠螺母的接触刚度，丝杠的最小拉压刚度(5.7)当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L分别为284mm和100mm。螺母座刚度。轴向拉压总刚度为： (5.8)丝杠拉压振动的固有频率 (5.9)由计算可知，丝杠拉压振动的固有频率远远大于30r/min，所以能满足要求。 3.3.5 丝杠的扭转刚度丝杠的扭转刚度 (5.10) 由机械设计手册得平移物体的转动惯量为 (5.11) 丝杠的转动惯量为 丝杠扭转振动的固有频率为： (5.12)显然，丝杠的扭转振动的固有频率远远大于30r/min，所以，能满足要求。3.3.6 传动精度计算丝杠的拉压刚度 (5.13)由以上的各条件可知最小机械传动刚度为 (5.14) 最大机械传动刚度 (5.15) 因此得到由于机械传动装置所引起的定位误差为 (5.16)其中，F0为空载时导轨的静摩擦力。通过上述系列的计算和核算，得出如下丝杆的传动图，如图3.1所示:图3.1 丝杆传动图3.4、蜗轮蜗杆的传动设计在上述设计中，我们需要将台面上的东西作为旋转运动，所以我们采取蜗轮蜗杆传动将水平方向的运动转变为竖直方向的旋转运动。（1）选择蜗杆传动类型根据GB/T 10085-1988的推存，采用渐开线蜗杆（ZI）。 （2）选择材料蜗杆：根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。 因而蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸