机器人伺服滑台机械系统设计毕业设计论文.doc

摘要
从20世纪中叶机器人伺服滑台机械系统出现以来，机器人伺服滑台机械系统给机械制造业带来了革命性的变化。机器人伺服滑台机械系统具有如下特点：方便快捷的实现了产品的运输，提高了工作效率，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。机器人伺服滑台机械系统是一种高度机电一体化的产品，适用于高效的运输产品的功能，能在短生产周期的急需零件的运送。
本文重点介绍了机器人伺服滑台的整体机构，对整个系统的动力结构进行了分析，主要是齿轮齿条的传动机构，首先对齿轮齿条进行了材料的选定，接着对齿轮进行了精度的选取，并对齿轮齿条的啮合进行了尺寸上的以及强度方面的校核，依据系统机构的要求设计出了相应的尺寸结构。还主要介绍的直线导轨结构，对直线导轨的特点进行了详细的说明，对直线到的寿命进行了分析，对其中的硬度系数，温度系数，负荷系数，接触系数并进行了相关的计算。接着利用solidworks对整个系统进行了建模分析，熟练地掌握了三维软件的相关操作，零件图的绘画，以及进行零件图的装配，最后对整个的装配体进行了渲染。
本设计对机器人伺服滑台机械系统的滑台部分进行了研究，利用机器人的优势，配合伺服电机，再加上直线导轨一，使得整个机构便于操作，运行方便，可以可靠地满足工业上的要求，保质保量的完成相关的工作。使得该设计显得相当的有效。另外，对车间的生产加工的效率得到了很大的提高。与此同时，对我国的现代工业具有极大的驱动作用。
关键词： 机器人; 伺服滑台; 机械系统;

Abstract

From the middle of the 20th century robot servo sliding table of mechanical system, the robot servo sliding table of mechanical system for mechanical manufacturing industry has brought the revolutionary change.Robot servo sliding table of mechanical system has the following characteristics: quick and easy to realize the transportation of products, improve the work efficiency, reduce the operator labor intensity, improve working conditions, conducive to the modernization of production management and improving economic benefit.Robot servo sliding table of mechanical system is a highly mechanical and electrical integration products, the function of the product is suitable for the efficient transport, can in a short production cycle need parts delivery.The characteristics of the robot servo sliding table of mechanical system and its application range makes it important equipment of the development of national economy and national defense construction.
This paper mainly introduces the robot servo sliding table overall organization, analyses the dynamic structure of the whole system, mainly is the gear rack transmission mechanism, the first gear and rack for the material selected, then to the selection of the precision of gear, and the meshing of gear and rack on the size and strength check, according to the requirements of system institutions designed the corresponding size structure.Also introduces the structure of linear guide, has carried on the detailed instructions to the characteristics of linear guide, to the life of a straight line to the analysis, the hardness of them coefficient, temperature coefficient, load factor and coefficient of contact and the relevant calculation.Then use solidworks modeling analysis, to the whole system skillfully mastered the related

operations of 3 d software, parts figure painting, detail drawing and assembly, and finally to the whole assembly of rendering.In the process, but also to the whole body parts to carry on the material selection, the coefficient of determination.And analyses the important first close parts, for the whole system have a more comprehensive understanding of the individual.
The design of the robot servo slider sliding table part of mechanical system are studied, for the whole sliding table Body part has carried on the detailed design, the use of the advantages of robots with servo motor, combined with a linear guide, make whole body is convenient for operation, the operation is convenient, can reliably meet the requirements of industry, the related work to be accomplished both in quality and quantity.Make the design appears quite effective.In addition, the efficiency of production and processing of workshop has been greatly improved.At the same time, the role of modern industry of our country has a great driver.

Key words: The robots; Servo sliding table; Mechanical systems

目 录

引言 1
第一章 机器人的发展背景 2
1.1国际机器人发展态势 2
1.2我国机器人发展现状 3
1.3我国发展机器人技术与产业的对策建议 4
第二章 机器人伺服滑台机械系统设计 7
2.1机器人伺服滑台机械系统设计的关键参数 7
2.2机器人伺服滑台传动工作原理 7
2.3电机的选择 7
第三章 齿轮齿条传动设计 9
3.1 选取齿轮的材料、热处理及精度 9
3.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸 9
3.3 按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸 12
3.4 几何尺寸计算 13
3.5 齿轮结构设计 14
第四章 直线滚动导轨的特点及选用 16
4.1直线滚动导轨的特点 16
4.2 直线滚动导轨的寿命 17
第五章 基于solidworks软件进行的建模及装配 21
5.1 solidworks软件建模与装配概述 21
5.2 运用SolidWorks软件进行零件设计 21
5.3运用SolidWorks软件进行零件装配 24
结论 26
参考文献 27
致谢 28
附 录 29

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 机器人发展背景

引言
机器人技术集机械、信息、智能控制、生物医学等多学科于一体，不但自身技术附加值高，产品应用范围广，而且已经成为重要的技术辐射平台，对增强军事国防实力、提高处理突发事件水平、带动整体经济发展、改善人民群众生活水平都具有十分重要的意义。世界各国纷纷将突破机器人技术、发展机器人产业摆在本国科技发展的重要战略地位。研究机器人发展趋势，梳理发达国际机器人发展经验，对我机器人发展意义重大。
机器人是现代一种典型的光机电一体化产品，机器人学也是当今世界极为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学与工程、机械学、电子学、控制论与控制工程学、人工智能、生物学、人类学、社会学等多个学科。
在机器人技术快速发展的今天，作为一名现代工程师、理工科大学学生都有必要学习掌握一些机器人学方面的知识。
目前有很多学校的机器人是单纯围绕着机器人比赛而展开，造成学生完全是为了比赛而比赛，在比赛中过分追求结果,
机器人做为多学科的综合载体，可以涉及到
机器人的分类可以按照不同的标准分为不同的机器人平台，现在按着功能来分，可以有三类：教学型、竞赛型、科研型等。

第一章 机器人的发展背景
1.1国际机器人发展态势
1.从技术趋势上看，呈现三大态势
随着信息网络、传感器、智能控制、仿生材料等高新技术的发展，以及机电工程与生物医学工程等的交叉融合，使机器人技术发展呈现三大态势：
一是服务机器人由简单机电一体化装备，向以生机电一体化和智能化等方面发展。拟人机器人、仿生机器人、生物机器人、脑机接口等智慧技术成为下一代机器人技术研发重点，未来机器人与人的边界开始变得模糊，智能器官、智能服务机器人将得到广泛应用。以智能服务机器人产业为代表的高端装备制造业分支成为了一个快速成长的新兴产业。美国、以色列在此领域具有显著优势。
二是以服务机器人单一作业，向服务机器人群体协作、人机交流、服务机器人自助学习和远程网络服务等方面发展。机器人把计算机、互联网和其他新技术都集成到一起，成为一个集智能制造、社会服务、家庭生活、危机管理的智能信息终端。基于高速移动互联网的机器人交互技术将成为未来机器人技术发展的重要分支，机器人由机器产品逐步向信息产品转化。日本、韩国等在此领域的研究有较大的领先优势。
三是服务机器人由研制单一复杂系统，向将其核心技术、核心模块嵌入于高端制造等相关装备方面发展。该技术体系将机器人技术看成一个极大的高技术创新平台，将机器人技术进行模块化处理，通过攻关机器人领域相关技术，掌握一批智慧化标准模块化单元或产品。欧盟“工业4.0计划”的智慧制造，其实质就是将智慧化、标准化、模块化的单元或产品广泛应用于先进制造业，通过提升制造业能力来提升国家的竞争力。
2.从产业发展上看，全球市场增长强劲
机器人革命将成为新一轮工业革命的一个切入点和重要增长点，其产业将呈现井喷式增长。据国际机器人协会（IFR）统计，2002-2013年，全球新装工业机器人年均增速达9%。2013年，全球机器人整机销量超过50万台，机器人全产业链市场规模超过2000亿美元。到2020年，全球工业机器人销量将超过150万台，年复合增长率为35%，机器人全产业链市场规模超过10000亿美元。以中国为代表的发展中国家市场快速增长，亚洲成为全球最大的机器人市场。据统计，2007-2013年，亚洲工业机器人销量年均复合增长率达20%，中国达25%。
3.从竞争格局上看，美、日、中、德、韩五国主导全球技术的研发
美、欧、日是工业机器人主要生产国家和地区，掌握着大多数的核心技术，美、德、日、韩等国家都已形成了各具特色的发展模式。美国模式的特点是整体研发设计与对外采购机器人本体相结合，重在系统开发与应用。德国模式的特点是一揽子“交钥匙工程”，即机器人本体的生产和用户所需要的系统设计制造全由一家机器人厂商完成。日本模式的特点是产业链整体推进。韩国模式是采购与成套设计、集成相结合，机器人企业通常通过进口关键零部件，自行设计、制造配套的外围设备。
4.从发展路径上看，各有千秋
美国：占领军用产品前瞻高端市场，军民转化带动整体发展。美国是机器人的诞生地，在机器人高端技术领域拥有绝对的优势，特别是美国国防先进计划局（DARPA）在服务机器人领域的技术遥遥领先，占据军用服务机器人产品的前瞻市场，2013年，世界销售的15000台军用机器人之中，有63%来自美国。美国信息、材料、制造、生物等各方面技术基础雄厚，借助先进的军用服务机器人发展契机，大力发展服务机器人产业，特别是高端拟人服务机器人。随着美国制造业转型和回归，美国工业机器人市场增长速度迅猛，工业机器人使用量和市场规模仅次于日本。
1.2我国机器人发展现状
机器人技术发展较快。我国近二十年的研究工作取得了巨大的成就，集中体现在机器人的运动学、动力学分析与综合、控制算法、多传感器控制系统、遥控操作技术等服务机器人基础技术方面展开了研究。截止到2013年底，我国机器人领域的专利申请共5961件，其中国内申请4251件，占总申请量的71.3%。在语音对话(人机对话)和仿人卡通表情方面，我们的研究领先于国际水平。
服务机器人产品崭露头角。我国已初步形成了水下自主机器人、消防机器人、搜救/排爆机器人、仿人机器人、医疗机器人、机器人护理床和智能轮椅、烹饪机器人等系列产品，显示出一定的市场前景。
潜在巨大市场亟待开发。在工业机器人领域，随着我国工业现代化进程的不断加深，自动化、网络化、智能化成为智能制造的主要发展方向，工业机器人到2020年，年增速将超过25%，全产业链市场规模将超过5000亿人民币。
在服务机器人领域，我国在应对地震、洪涝灾害和极端天气，以及矿难、火灾、社会安防等公共安全事件中，对服务机器人有着重要的需求。
在另一方面，我国主要差距是：
基础研究不足。
在前沿技术和关键技术方面，我国大多属于跟踪研究，缺乏创意理念和原创性成果。
关键技术亟待突破。
围绕机器人有效作业、交互安全，以及环境认知等基础性科学问题，我国急待攻克的关键技术主要集中在仿生材料与设计制造、环境感知与智能认知、人机交互与安全控制，以及面向产业化发展的标准化、模块化、互换性、接口协议等方面。
在设计制造技术方面，我国的系统级设计能力、产品设计、材料与工艺技术、系统集成水平关键零部件和模块化功能部件研发能力与国外存在较大差距。
产学研脱节现象较为严重。
我国机器人的研究主要集中在高校和少数研究所，企业新型产品设计制造创新能力有限，产学研脱节现象较为严重。
创新体系建设尚处于起步阶段。我国机器人在战略规划、研发平台、人才培养、标准制订、市场培育、国际合作、财税金融政策扶持等创新体系建设的许多环节上明显滞后，尚处于起步阶段。
1.3我国发展机器人技术与产业的对策建议
1.创新机制体制，加强宏观指导协调
成立全国性的机器人行业协会。制订和实施覆盖各行业机器人的发展规划，全面协调我国服务机器人的科技与研发、标准与检测、产业与示范等体系建设和发展。建立产业技术创新战略联盟。促进知识、技术和人才有效集成，充分发挥各方优势，支持机器人生产企业结构调整、产业升级和专业化发展；建立机器人技术测试、认证管理和质量监督检验机构，推进实施机器人性能检测和产品认证。
2.加大政府投入，拓宽社会投融资渠道
加大政府财政投入。设立机器人产业发展专项基金，建设若干特色突出的机器人国家重点实验室、省部级重点实验室以及工程（技术研究）中心，并向相关企业开放。从科研立项上增加中央财政和地方各级政府的投入，通过国家863计划项目、科技支撑计划项目、省部级技术创新项目等予以持续的支持。推动机器人产业基地建设，通过政府扶助产业共性技术开发，推动重大自主创新项目实施，促进机器人产业链上各企业协调发展。
鼓励社会资金对机器人产业化的投入。发挥产业政策对社会资金的引导作用，鼓励社会资金、民间资本投入到机器人领域。鼓励创业投资和股权投资基金投资机器人领域的企业和项目，鼓励社会资金通过参股或债权等多种方式投资机器人项目，积极发展支持机器人中小企业的科技投融资体系和创业风险投资机制。
开展税收优惠试点工作。积极推行公共安全、助老助残、文化教育、医疗卫生、科学考察、军事等关键行业或领域应用国产机器人的“首台套”税收优惠政策。加大从事机器人研发和应用企业自主创新投入的税前扣除等激励政策的力度。将机器人产业作为幼稚型战略性产业予以保护，在中小企业税收方面给予政策倾斜。
3.加大共性、基础性、前瞻性机器人研发与服务平台建设和示范应用
建立高层次技术研发平台。攻克关键核心技术，建立高层次研发平台，加大对机器人基础技术研发的支持力度。建立公共服务平台。攻克应用技术和产业化技术，建立机器人标准化、模块化等共享技术公共服务平台，通过创新产学研联合机制和示范应用，推进成熟技术的产业化进程。
4.推进自主标准体系建设
加快制订行业性标准。加快推进具有自主知识产权的行业标准体系建设。重点建立若干服务机器人硬件接口标准、软件接口协议标准以及安全使用标准，初步形成针对这些行业的服务机器人标准体系。加快制订国家标准。贯彻“核心技术专利化、专利技术标准化、企业标准行业化、行业标准国家化、国内标准国际化”为理念。按照“国际标准和自主知识产权标准相结合”的原则，鼓励企业和科研院所参与国际标准的制订，为推进服务机器人产品走向国际市场奠定基础。
5.快速做大产业规模
发展产业集群。建立以企业为主体、产学研联合的技术创新联盟、产业区域性研发中心和制造中心；通过优化各种产业要素发展环境，促成一批既竞争又合作的产业集群；支持企业间的各种联合、并购和重组；支持机器人产业基地和技术组群的建设，加强具有自主知识产权的民营企业的支持力度，鼓励优势企业的品牌运作和资本运作。
接纳产业转移。接纳全球服务机器人产业链龙头企业的产业转移，提升我国服务机器人产业的整体品牌效应；鼓励跨国公司实施本地化战略，通过对国际先进研发技术、创意理念和运营模式的消化吸收，带动本土中小企业集群的跨越式发展，促进我国服务机器人产业的稳步增长。

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 齿轮齿条传动设计

第二章 机器人伺服滑台机械系统设计
2.1机器人伺服滑台机械系统设计的关键参数
（1）机器人伺服滑台的最大运行速度为：2m/s。
（2）机器人伺服滑台的机器人及连接部分重量假定为：250kg
（3）伺服滑台的总长度按照14m进行设计，有效运动长度不得低于11m
2.2机器人伺服滑台传动工作原理
机器人伺服滑台的工作原理是：由伺服电机电机连接变速器，再由变速器连接齿轮，由齿轮齿条的啮合装置带动直线导轨来回移动，从而实现机器人伺服滑台的整体横向移动，实现相关的工作要求。
2.3电机的选择
根据机器人伺服滑台工况初采用齿轮齿条传动机构，选用伺服电机，封闭式结构，电压为380v，Y型
由电机至齿轮齿条的总传动效率为：
η=η×η×η×η （2-1）
预选8级斜齿圆柱齿轮，考虑到载荷较大且有一定的冲击，两轴线同轴度对系统有一定的影响，可考虑齿轮联轴器。
则电机所需要的功率===22kw。
根据手册推荐的传动比合理范围，故电机转速可选范围为=xn=（16～16）x14=224～2240r/min
符合这一范围的同步转速有750,1000，1500,2200r/min等。
考虑速度太小的电机价格、体积、重量等因素，我们由现代机械设计手册第5册，秦大同，谢里阳主编的，第25篇电动机，25-54页，1.3.1.5M2QA/QA系列伺服
沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 齿轮齿条传动设计

电机的表25-1-46伺服电动机（IP55、IC411）技术数据查的，选定的电机型号为M2QA 180M2A,它的功率为22kw，电机转速为2120r/min，效率90.8%，功率因数为0.91cosθ，电流为40.45A，额定转矩为71.46N.m，堵转转矩为2.3N.m，最大额定转矩为2.8N.m，转动惯量为0.08805kg.m2，质量为170kg，声压级为75db。

第三章 齿轮齿条传动设计
输入功率P=20.68kW,齿轮转速=757.5r/min，传动比。
3.1 选取齿轮的材料、热处理及精度
设工作寿命10年（每年工作300天）
(1)齿轮材料及热处理
齿轮齿条材料选用20CrMnTi。齿面渗碳淬火，齿面硬度为５６～６２HRC，有效硬化层深0.5～0.9mm。有图查得，

齿面最终成型工艺为磨齿。
(2)齿轮精度８级
3.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸
因所选为硬齿面传动，它具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。
计算齿轮传递的转矩
=9.55x=9.55xx=260718.15N.m
齿轮的齿数Z2=2.625×24=63，取Z2=97
由设计计算公式进行试算，即
（3-1）

（1）确定公式内的各计算数值
试选载荷系数=1.3
计算齿条传递的转矩

选择齿宽系数
根据齿轮为软齿轮在两轴承间为对称布置。
查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-5选齿宽系数＝1
选择弹性影响系数ZE
查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-5，选
ZE=176.3
确定齿条和齿轮的接触疲劳强度极限
由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇，表14-1-97按齿面硬度查得齿条的接触疲劳强度极限
同理可以查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-5确定大齿轮的接触疲劳强度极限
计算应力循环次数
设每年工作300天

确定接触疲劳寿命系数
由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-5查得

计算接触疲劳许用应力
取失效概率为%，安全系数为S

（2）计算
1）试算齿条的中较小的值。

2）计算圆周速度v

3）计算齿宽b

4）计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高 h=2.25mt=2.25x3.273=7.363mm

5）计算载荷系数。
根据v=1.504（m/s），7级精度，由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-99查得动载系数Kv=1.06
齿轮
由《机械设计》教材P193表10-2查得使用系数KA=1
由《机械设计》教材P196表10-4用插值法查得7级精度，齿条相对支承非对称布置时，
由 ，查《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇图14-1-53得;故载荷系数

6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径

7）计算模数m

3.3 按照齿根弯曲强度设计齿轮主要尺寸
弯曲强度的设计公式
确定公式内各计算数值
1）由《《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-53查得齿条的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限
2）由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇图14-1-53取弯曲疲劳寿命系数

3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4

4)计算载荷系数K

5)查取齿形系数。
由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-108

6)查取应力校正系数。
由《现代机械设计手册》秦大同，谢里阳主编，第三册第14篇表14-1-108，查得

7)计算齿轮齿条的并加以比较。

齿轮的数值大。
（2）设计计算

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.378并就近圆整为标准值m=3 按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=93.396mm，算出小齿轮的齿数

齿轮的齿数Z=2.03x31=63 ，取 Z2=63 。
这样设计出的齿轮既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。
3.4 几何尺寸计算
（1）计算分度圆直径

（2）计算齿轮宽度

取齿轮的齿轮宽度B2=35mm齿条的齿轮宽度B1=40mm
3.5 齿轮结构设计
因为对于齿轮，
齿轮齿顶圆直径

齿全高
h=2.25m=2.25*3=6.75mm
其齿顶圆的直径大于160mm而又小于500m故齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构
齿轮的关尺寸计算如下：
轴孔直径 d=25
轮毂直径 =1.6d=1.6×25=40
轮毂长度
轮缘厚度 δ0 = (3～4)m = 9～12(mm) 取 =10mm
轮缘内径 =-2h-2=378-2×6.75-2×10=344.5mm
取 =345mm
腹板厚度 c=0.3=0.3×93=27.9mm 取c=28mm
腹板中心孔直径 =0.5(+)=0.5(80+345)=212.5(mm)
腹板孔直径 =0.25（-）=0.25（345-80）=66.25(mm)
取 =66(mm)
齿轮倒角 n=0.5m=0.5×3=1.5
如图3-1所示

图3-1 齿轮的结构图

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 直线滚动导轨的特点及选用

第四章 直线滚动导轨的特点及选用
4.1直线滚动导轨的特点
直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，直线导轨运动的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。　直线轴承主要用在自动化机械上比较多,像德国进口的机床,折弯机,激光焊接机等等,当然直线轴承和直线轴是配套用的。像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上,直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。它有以下几方面的优点：
4.1.1 定位精度高
直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，定位精度 ，指的是你的数控设备停止时 实际到达的位置和你要求到达的位置 误差。比如你要求一个轴走 100 mm 结果实际上它走了100.01多出来的 0.01就是定位精度。
重复定位，指的是同一个位置 两次定位过去产生的误差。比如你要求一个轴走 100 mm结果第一次实际上他走了100.01重复一次同样的动作他走了99.99 这之间的误差0.02就是重复定位精度。
因此，可将机床定位精度设定到超微米级。
4.1.2 降低机床造价并大幅度节约电力
采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。这能降低很大的成本，在另一方面也降低了机械机构的整体动力部分，在很大程度上对机械的动力机构得到了提升，从而使机构变得简单，方便使用。
4.1.3 可提高机床的运动速度
直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率20～30%。滑台的运行速度得到了提高，同时使得生产效率得到了提高，从而是成本得到了降低，方便了工业上的使用。另一方面使得整个机构的运行速度，减少了热量的产生，对润滑系统的要求也进行了降低，灵活性增加了，使得实际的工作效率特到了相当大的提高。
4.1.4 可长期维持机床的高精度
对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。
与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小．滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。
这种高精度使得滑台的工作效率也得到了提高，对工作的准确度有了进一步的提高，从而使得整个生产线的工作有了很大的进展。
4.2 直线滚动导轨的寿命
在选用直线滚动导轨时，应对其本身的寿命进行初步验算。
当直线滚动导轨承受负荷并做滚动运动时，导轨面和滚动部分(钢珠或滚柱)就会不断地受到循环应力的作用，一旦达到临界值，滚动表面就会产生疲劳破损，在某些部位产生鱼鳞状剥离，这种现象称为表面剥落。
所谓直线滚动导轨的寿命，就是指导轨表面或滚动部分由于材料的滚动疲劳而发生表面剥落时为止总行走距离。
直线滚动导轨的寿命具有很大的分散性。即使同批制造的产品，在同样运转条件下使用，其寿命也会有很大的差距。因此，为了确定直线滚动导轨的寿命，一般使用额定寿命这一参数。
所谓额定寿命是指让—批同样的直线滚动导轨逐个地在相同的条件下运动，其中90%的总运行距离能达到不发生表面剥落。
对于使用钢珠的直线滚动导轨，额定寿命L为：
（4-1） 式中L：额定寿命．km；
C：基本额定动负荷，kN；
PC：计算负荷，LN；
fH：硬度系数；
fT：温度系数；
fC：接触系数，
fW：负荷系数。
由上述两式可以看出，直线滚动导轨的额定寿命受硬度系数fH、温度系数fT、接触系数fC、负荷系数fW的直接影响。
4.2.1 硬度系数
为了充分发挥直线滚动导轨的优良性能，与钢珠或滚柱相接触的导轨表面从表面到适当的深度应具有HRC58～64的硬度。如果因某种原因达不到所要求的硬度，会导致寿命缩短。计算时要将基本额定动负荷C乘以硬度系数fH。fH与导轨表面的硬度关系见图4-1所示。

图4-1 硬度系数曲线

4.2.2 温度系数fT
直线滚动导轨的工作温度超过100℃时，导轨表面的硬度就会下降，与在常温下使用相比，寿命会缩短，计算时要将基本额定动负荷C乘以温度系数fT，如图4-2所示。
同时，在高温下运行时，还应考虑材料产生的尺寸改变及润滑方式的不同。

图4-2温度系数fT
4.2.3 接触系数
大多数情况下，为实现直线运动，至少要在导轨上安装两个以上的滚动滑块。然而施加在各个滑块上的负荷受安装精度和滑块自身精度的影响，不一定象计算值那么完全均等。因此，进行寿命计算时应将基本额定动负荷C乘以表4-1所示的接触系数fC。
表4-1接触系数
在一根导轨上安装的滑块数量
接触系数
1
1.00
2
0.81
3
0.72
4
0.66
5
0.61
4.2.4 负荷系数fW
在计算作用于直线滚动导轨上负荷时，必须正确地计算出因物体重量而产生的负荷，包括因运动速度变化而产生的惯性负荷和由于悬重部分而造成的力矩负荷。另外，在作往复运动时，常常伴随着振动和冲击，特别是在高速运动时产生的振动及正常工作时因反复起动、停止等操作而产生的冲击等，往往很难正确地计算出来。因此，进行寿命计算时应将基本额定动负荷C乘以表2所示经验负荷系数fw。参数如表4.2所示。

表4-1接触系数
冲击与振动
速度
振动的测量值

无外部 低速时 G 1～1.5
冲击与振动 v<=15m/min
无特别明显的 中速时 0.5<G<=1.0 1.5～2.0
冲击振动 15<v<=60m/min
有外部冲击 高速时 1.0<G<=20 2.0～3.5
和振动 v>60m/min

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 基于solidworks软件进行的建模及装配

第五章 基于solidworks软件进行的建模及装配
5.1 solidworks软件建模与装配概述
首先熟练掌握solidworks的零件图绘画，以及零部件图的装配，以及最后的渲染，选材料，爆炸图等等。
其中要考虑到整体的尺寸，结构部分，以及设计参数，还有工艺流程等一系列的因素。这些必须在solidworks建模前就要完成设计。其中