工件垂直搬运装置设计开题报告.doc

1、 工件垂直搬运装置设计 一、 选题的背景和意义 滚珠丝杠副诞生于 19 世纪末，直到 1940 年才被应用于美国通用汽车公司的汽车转向机构，美国成为世界上第一个将滚珠丝杠应用于工业产品的国家。中国在 20 世纪五十年代末期开始研制用于数控机床的滚 珠丝杠副，于 1964 年由南京工艺装备制造厂成功生产出第一套滚珠丝杠副。随着滚珠丝杠副的需求迅速增加，滚珠丝杠副的创新研发得到了很大的促进，特别是精密螺纹磨床加工设备的出现，使滚珠丝杠副在精度和寿命上得到了飞跃。滚珠丝杠副专业生产厂家在工业发达的国家中大量涌现。 滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度的特点，其已经被广泛应用于机械、航天、航空、核工业

2、等领域，并已成为机械精确传动与定位的首选。同时，对滚珠丝杠副的技术要求也越来越细化，在多个特定技术方向上有了很大发展，主要有以下几方面： 微型滚珠丝杠副 应用于一 些要求结构非常紧凑需要微动控制的场合，如航天航空领域、小型精密测试装置、精密仪器等；大导程滚珠丝杠副 进给驱动速度的要求不断提高，大导程滚珠丝杠副自然成为最便捷的选择；重载滚珠丝杠副 重型机床数控化、注塑机械电控化过程中应运而生。 国内外对滚珠丝杠副还没有统一的分类，但一般按公称直径和导程分为：普通滚珠丝杠副；微型滚珠丝杠副；大导程滚珠丝杠副；重型滚珠丝杠副。滚珠丝杠副的循环结构，主要有 :内循环结构、外循环结构、端盖结构、回珠槽结

3、构等。 在数控补偿技术出现前的很长时间里，要提高机构定位精度，主要通过提高 滚珠丝杠副的精度来实现，因此，对滚珠丝杠的导程误差要求很高，给滚珠丝杠副的制造带来困难，使滚珠丝杠副的生产成本加大。特别是高精度滚珠丝杠副，各项精度指标只有通过数控螺纹磨床或激光反馈螺纹磨床多次加工才能达到。随着数控补偿技术的出现，在没有很高精度的滚珠丝杠副的情况下，也能通过数控补偿获得高的定位精度。从而给滚珠丝杠的加工工艺争取了空间，使冷轧工艺成为继旋磨工艺之后又一个被广泛采用的加工手段。为了适应数控补偿技术的要求，国际标准 ISO3408-3-1992 以及国家标准GB/T17587.3 1998 都对滚珠丝 杠副

4、的行程变动量作了要求，如有效行程内行程变动量、任意 300mm 行程内行程变动量、 2弧度内行程变动量等。其目的就是要控制滚珠丝杠副行程误差的平滑性，为数控误差补偿创造条件。 1 滚珠丝杠副的阻尼在精密设备中也成为影响定位精度的因素，为了使机械产品实现高的定位精度，要求滚珠丝杠副不但有高的精度，而且须运转平稳，无阻滞。滚珠丝杠副预紧转矩变动量的大小是反映滚珠丝杠副运转性能好坏的重要指标。滚珠丝杠副的验收条件包含了对滚珠丝杠副的各项指标的检测要求。 随着数控设备的发展，直线电机和直选运动单元已出现，快速进给速度甚 至可以达到 160m/min 以上，加速度达 4g 以上，成为传动家族的新选项。但

5、由于直线电机和直选运动模组价格昂贵，控制系统复杂，规格受限及发热大等缺点，滚珠丝杠副依然是精密传动领域的最优和最广泛的选择。 滚珠丝杠副作为滚动直线传动系统中的最小单元，其良好的传动性能和经济性必然会进一步得以普及。在机床等设备中垂直运输工件的需求占比很大，基于滚珠丝杠副而进行垂直运输装置的实际设计，将机械专业学到理论应用于实际且典型的机械设计任务中，对能够更好的理解所学到机械理论，增强理论与实际结合的能力以及分析和解决问题的能力等都 具有很强的现实意义。 二、研究目标与主要内容 (1) 研究目标 应用本专业所学到的机械理论与方法，在指导老师指引下，对实际具体的垂直运输滚珠丝杠副装置设计任务进

6、行研究，设计出一套能够很好解决该任务的方案，在此过程中加深对机械理论的理解，提高分析和解决实际问题的能力。 (2) 研究的具体内容与论文提纲 第一章：绪论，主要介绍高速自动化运输机械的发展现状，滚珠丝杠副高速精密运输情况并与其他运输方式进行对比，最后指出设计课题的意义，明确设计内容，并概括设计思路与论文组织结构。 第二章：滚珠丝杠副重要部件设计与校 核，包括设计任务基本需求分析，设计过程与步骤及滚珠丝杠核心部件详细结构设计，包括滚珠丝杠与螺母设计，支撑部件设计，工作台等附属部件设计。 第三章：滚珠丝杠副的安装，使用操作过程与维护。 第四章：设计总结与展望，回顾设计过程提练创新点进行归纳与总结。

7、 三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等 (1)理论依据与研究方法 基于机械设计基本理论，滚珠丝杠历史设计经验和国内国际标准，垂直运输机械特2 性等，在设计任务具体内容上，对关键参数进行理论设计计算并校核，并绘图设计装置细节，指导加工和装配，形成完整的 设计方案的研究方法。 (2)技术路线 由设计任务要求，通过理论计算得出滚珠丝杠重要参数，并在机械设计等手册中选取合适的数值，对设计出的滚珠丝杠的强度和稳定性进行校核，依据滚珠丝杠的关键属性和尺寸，在 CAD 软件中完成整个垂直运输装置的详细设计。 四、参考文献 1 Wei Chin Chung， Lin Jen Fin， Horn

8、g Jeng-Haur. Analysis of a ball screw with a preload and lubricationJ. Tribology International, Dec.2009, Vol. 42, Issue 11/12, P1816-P1831. 2JIAN ZHANG, JUNJI FURUSHO, MASAKI UDA, et al. Development of a new liner guide system with electrically controllable damper using liquid crystalline polymer J

9、. International Journal of Modern Physics B. 2005, Vol: 19, Issue: 7/9 Page: 1648 1654. 3 黄育全，喻忠志 . 我国滚珠丝杠副发展历程及未来趋势 J .机械传动 .2004,10:60-62. 4李祥，穆星宇 .数控机床设计中滚珠丝杠副的选用与校核 J.机械工程师 .2003, 3:147-148. 5孙奎洲 , 周金宇 , 谢里阳 . 数控机床滚珠丝杠可靠性优化设计 J. 机械科学与技术 . 2010, 29(11), 1530-1533. 6党金行 . 数控机床垂向滚珠丝杠制动装置 J.制 造技术与机床

10、 . 2010,1,84-85. 7薛东彬，陈兴洲，王彦林 . 基于 Pro/E 的滚珠丝杠参数化设计 J. 机械 .2009,36(9),31-32. 8肖正义 . 滚珠丝杠副在航天航空领域的应用 J. 制造技术与机床 .2009,4,39-41. 9天日和仁 . 滚珠丝杠和直线导轨的现状及技术动向 J. 现代金属加工 . 2006,1, 62-64. 10吴元徽 . 滚珠丝杠的选材及热处理工艺分析 J. 新技术新工艺 -数字技术与机械加工工艺装备 . 2009,4, 57-58. 11王 志民，张西忠，厉勇 .滚珠丝杠传动使用与发展 J. 机电工程技术 . 2004, 33(9), 88-

11、90. 12周志红 , 文怀兴 , 杨东生 . 滚珠丝杠安装方式的研究 J. 制造技术与机床 . 2004,8,140-141. 3 13李薇 , 汤文成 . 滚珠丝杠 AutoCAD 自动化系统开发的研究 J. 机械制造及其自动化 . 2010, 39(2),104-107. 14宁怀明 , 王彦红 . THK 滚珠丝杠基于 ANSYS 的动态分析 J. 煤炭技术 . 2010,29(7), 18-19. 五、研究的整体 方案与工作进度安排 1、深入研究设计要求，分析出已知条件和隐含要求； 2、对滚珠丝杠副参数进行设计与校核； 3、依据设计结果进行 CAD 制图，进行详细结构和加工尺寸公差等

12、设计； 4、编制设计说明书。 2010.12.1-2010.12.30 文献综述、外文翻译 2011.1.1-2011.1.15 开题报告 2011.1.16-2011.2.28 初步设计、论文初稿（至少要有提纲） 2011.3.1-2011.4.30 详细设计（包括图纸）、论文 2011.5.1-2011.5.15 整理论文、准 备答辩 六、研究的主要特点及创新点 1、研究基于实际垂直运输问题，理论与实际结合紧密，研究价值高； 2、本课题研究的是一整套系统解决方案，综合锻炼了研发，设计及绘图能力； 3、由于研究的是实际问题，设计中考虑经济性和通用性，设计结果实际生产可行性高； 4、垂直运输装置对滚珠丝杠会产生旋转扭矩，设计结构减少其影响达到稳定传动。