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需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑毕业设计说明书(论文)作 者 :学 号：系 ：专 业 :题 目 : 滚珠丝杆动态刚度试验台设计指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)年 月需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要为适应机床高精度的加工的要求，滚珠丝杠需达到足够的刚度，因此滚珠丝杠生产过程中需要测试其动态刚度。本次设计就是针对滚珠丝杆动态刚度试验台进行设计，该试验台主要由加载液压缸、轴向和径向加载装置、预紧装置、动态驱动装置、底座和螺栓组等组成。本文首先，通过对滚珠丝杠副结构原理及设计要求进行分析，在此分析基础上提出了滚珠丝杆动态刚度试验台的各装置结构方案和总体结构方案；然后，对各主要零部件进行了选择、设计与校核，并且设计了满足要的液压加载系统；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了其装配图及主要零部件图，并通过 Pro/E 三维设计软件建立了该滚珠丝杆动态刚度试验台的三维模型。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用机械制图软件和三维设计软件，对今后的工作具有极大意义。关键词：滚珠丝杠，刚度，试验台，液压缸毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title Design of dynamic stiffness test bed for ball screw AbstractIn order to meet the requirements of high accuracy of machine tools, the ball screw is needed to reach enough rigidity, so the dynamic stiffness of the ball screw is needed. This design is for ball screw dynamic stiffness test bench design, the test rig is mainly composed of hydraulic cylinder, axial and radial load device, pre tightening device, dynamic driving device, base and bolt group, etc.Firstly, through analyzing the principle and design requirements of ball screw pair, this paper puts forward the structure scheme and the overall scheme of the system, and then designs the hydraulic loading system. Finally, the 3D model of the dynamic stiffness test rig is built by AutoCAD.Through this design, the university has consolidated the knowledge of the University, master the design method of the common mechanical products and can skillfully use the mechanical drawing software and 3D design software, which is of great significance to the future work.Key words: Ball screw, Rigidity, Test rig, Hydraulic cylinderI目 录1 绪 论 .11.1 研究背景及意义 .11.1.1 研究背景 .11.1.2 研究的意义 .21.2 滚珠丝杠螺母副概述 .31.2.1 工作原理 .31.2.2 滚珠丝杠副的传动特点 .41.2.3 滚珠丝杠的结构形式 .42 总体方案设计 .62.1 设计要求 .62.1.1 原始数据 .62.1.2 技术要求 .62.2 方案选择 .62.2.1 轴向加载方案 .62.2.2 径向加载方案 .62.2.3 轴向预紧方案 .72.2.4 动态驱动方案 .72.3 总体方案确定 .83 主要零部件的设计的选择 .93.1 驱动电机的选择 .93.2 联轴器、键的选择 .93.3 轴承的选择 .93.4 支座、底座设计 .93.4.1 结构及几何尺寸 .93.4.2 材料的选择 .103.4.3 结构设计工艺性要求 .113.5 螺栓的选定与校核 .113.5.1 螺栓类型选择 .11II3.5.2 螺栓组的布置 .123.5.3 螺栓的受力分析 .133.5.4 螺栓组倾覆力矩校核 .134 液压系统设计及液压缸的选择 .164.1 液压系统的设计 .164.1.1 制定基本方案 .164.1.2 试验台系统原理图 .174.2 系统工作压力的选择 .184.3 加载液压缸的选择 .184.3.1 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .184.3.2 液压缸主要尺寸的确定 .194.3.3 液压缸强度校核 .225 基于 PRO/E 的三维设计 .245.1 PRO/E 三维设计软件概述 .245.2 三维设计 .265.2.1 丝杠 .265.2.2 电机支座 .265.2.3 轴承座 1、2 .265.2.4 轴向加载、径向加载架 .275.2.5 预紧支座 .275.2.6 底座 .275.2.7 三维装配 .28结 论 .29参考文献 .30致 谢 .31IIIIVVVIVIIVIIIIX滚珠丝杆动态刚度试验台设计11 绪 论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景近年来，随着数控技术及相关专业的发展，滚珠丝杠副作为一种高效、节能、高精度、低成本的传动与定位元件已经广泛地应用于机械、航天航空、卫星、仪器仪表、核工业等各个领域。随着现代制造技术水平的提高，数控机床、机器人等机械设备的进给速度越来越快，必然带动滚珠丝杠副向高速化的方向发展。滚珠丝杠副产品出现了供不应求的局面。 在数控技术方面随着现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生，其功能随主机的要求不断扩展提高，从 20 世纪 4050 年代的“敏捷省能传动”到 70 年代“精密定位” ，再从 80 年代的“大导程快速驱动”到 90 年代后期的“精密高速驱动” ，在这一发展过程中，产品不断升级换代，达到质的飞跃。在驱动速度不断提高并向更高速度推进的过程中，不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求，因此为适应高速化要求（40m/min 以上） 、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副就成为能实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。而且作为伺服进给驱动系统中的重要执行机构滚珠丝杠副，其发展必然与具有高效快速、节省能源、零间隙高刚度传动、跟随灵敏、不污染环境且周边环境的适应性强等特点的高速切削机床的发展同步，将始终占据直线运动应用领域的绝大部分市场。为适应高速切削加工的要求，高性能的滚珠丝杠副已成为滚珠丝杆副产品的发展趋势。它要求滚珠丝杠副在高速度的基础上具有高的精度稳定性，达到高刚度、高负载、自润滑、低噪声、小温升、长寿命等性能，这就要求滚珠丝杠副在设计、制造及试验检测技术上不断的创新。滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。滚珠丝杠副噪声产生的原因主要有：滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞 滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。滚珠丝杠副的温升主要是由滚珠与丝杠、螺母、反向器之问的摩擦及滚珠之间的摩擦产生的要解决上述问题首先应从滚珠丝杠副的结构设计开始，对存在的问题采取措施；另一方面，从工艺上解决，通过合理的工艺流程，提高产品的内质量；选取适当的滚珠丝杠副预紧转矩；减小滚珠丝杠副的预紧转矩的变动滚珠丝杆动态刚度试验台设计2量，使滚珠丝杠副适应高速驱动的要求。总之，随着社会的不断发展，用户对滚珠丝杠副的要求越来越严，要求也多样化，促使滚珠丝杠生产厂不断提高产品质量、开发新品种，以满足用户的需求。1.1.2 研究的意义近几年来，人们对滚珠丝杠副的预紧转矩变动量的大小开始重视起来，以前人们只重视滚珠丝杠副综合行程误差曲线，现在也开始重视滚珠丝杠副预紧转矩的曲线 因为有了这两条曲线，滚珠丝杠副的性能就能很好地反映出来为了满足上述要求，北京机床研究所先后研制了滚珠丝杠副综合行程误差测量仪和预紧转矩测量仪。应用现代化的测量手段和高精度的传感器，在测量过程中能实时显示行程误差曲线和预紧转矩曲线，并打印出完整的测量报告，为衡量滚珠丝杠副的总成质量，提供了可靠的检测手段。制造和测量是密不可分的，没有测量产品质量就没有保证。要实现滚珠丝杠副高性能原材料的选择是直接影响滚珠丝杠副的高刚度、高负载等性能的重要因素。对材料进行相关的试验，并通过试验成果来指导产品设计，选择原材料，以改善滚珠丝杠副的内在性能是至关重要的。要实现滚珠丝杠副高性能，还必须从检测技术上依靠科技求创新。精确的检测手段及完善的试验设备是保证产品质量和研究产品性能的前提。长期以来，我国过于追求对检测滚珠丝杠副的螺距精度的研究，而在滚珠丝杠副的性能研究上相对滞后，甚至在一些性能的项目如滚珠丝杠副噪声、温升、加速度、动态刚度等试验上还是一片空白，致使产品在性能上与国际先进水平存在较大的差距，这也是制约我国数控机床向更高档次发展的主要原因之一。要实现滚珠丝杠副高性能，就必须从检测技术上依靠科技求创新。精确的检测手段及完善的试验设备是保证产品质量和研究产品性能的前提。随着数控机床向高速化发展（驱动速度40m/min） ，现有的滚珠丝杠副满足不了要求，出现温度上升，噪声增大，定位精度下降等现象，有的可能由于 （公称直径转速）的增大，丝杠副结构产生破坏，因此高速滚珠丝杠副的0dn结构与普通滚珠丝杠副结构是不同的。通过做模拟性试验了解滚珠丝杠副在不同使用条件下的性能，以便了解滚珠丝杠副在不同使用条件下的使用情况。随着用户对滚珠丝杠副性能要求的逐步提高制造厂必须改进结构设计及工艺，提高产品质量，滚珠丝杆动态刚度试验台设计3因此需要通过测量了解产品的性能，为产品的改进提供有效可供比较的数据。本课题的意义在于研制开发一种用于测量高速滚珠丝杠副综合性能参数的试验台。利用该试验台可以对滚珠丝杠副的刚度进行测试。1.2 滚珠丝杠螺母副概述1.2.1 工作原理滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间放入适量的滚珠来使丝杠与螺母之间由滑动摩擦变为滚动摩擦的丝杠传功。滚珠丝杠副在机械传动中的作用，同样是可以将旋转运动变为直线运动，也可以将直线运动变为旋转运动。根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其传动方式也是多种多样的。滚珠丝杠副一般是由丝杠 1、螺母 2、滚珠 3 以及滚珠循环返回装置 4 四个主要部分组成。如图 2.1 所示。a) 为外循环方式 b) 为内循环方式1-滚珠丝杠 2-螺母 3-滚珠 4-反向器图 1-1 滚珠丝杠副结构从 1-1 可知，滚珠丝杠副就是指在具有螺旋槽的丝杠与螺母之间，连续填满滚珠作为中间体的螺旋传动。其工作原理如下：当螺母 2(或丝杠 1)转动时，在丝杠与螺母间布置的滚珠 3 依次沿螺纹滚道滚动，同时滚珠 3 促使丝杠 1(或螺母 2)作直线运动。为了防止滚珠沿螺纹滚道滚出，在螺母上设有滚珠循环返回装置(返向器)4，构成一个封闭的滚珠循环通道。借助于这个返回装置，可以使滚珠沿滚道面运动后，经通道自动地返回到其工作的入口处，从而使滚珠能在螺纹滚道上继续不断地参与工作。为了消除间隙和提高传动精度及刚度，滚珠螺母常由两段组成。滚珠丝杠副除了上述四个部分外，还要有擦拭器，擦拭器将异物从滚珠丝杠内滚珠丝杆动态刚度试验台设计4部的关键部件中清除掉，并确保有效润滑。在许多应用场合，擦拭器可延长滚珠丝杠的寿命并提高机械的可靠性。擦拭器可安装在滚珠丝杠的外部或内部。1.2.2 滚珠丝杠副的传动特点滚珠丝杠副作为精度高的传动元件在精密机床、数控机床上得到广泛的应用，在机械工业、交通运输、航天航空、军工产品等各个领域应用的很普遍，可用作精密定位自动控制、动力传递和运动转换。滚珠丝杠副传动与滑动丝杠传动相比其主要特点是：（1）传动效率高，可达 0.90.98，平均为滑动丝杠传动的 23 倍，可节省动力 1/23/4，有利于主机的小型化及减轻劳动强度；（2）摩擦力矩小，接触刚度高，使温升热变形减小，有利于改善主机的动态性能和提高工作精度；（3）工作寿命长。平均可达滑动螺旋传动的 10 倍左右；（4）传动无间隙，无爬行，运转平稳，传动精度高；（5）具有很好的高速性能，其临界转速之 d n 值 （d 为轴径，mm；n 为转速，r/min）可达 40000 以上，可实现线速度 120r/min 的高速驱动；（6）具有传动的可逆性。既可以把旋转运动变为直线运动，也可以把直线运动变为转化为旋转运动，且逆传动效率与正传动效率相近；（7）已经实现系列尺寸标准化，并出现了冷轧滚珠丝杠，提供了多用途廉价产品，应用于精度要求高的场合，节能并延长寿命；（8）不能自锁；（9）抗冲击震动性能较差；（10）承受轴向载荷的能力差；（11）结构较复杂，成本较高(但结构比静压螺旋简单且维修方便)；（12）有专业厂生产，选用配套方便。1.2.3 滚珠丝杠的结构形式对于滚珠丝杠，除螺纹滚道截面的形状不同外，各种类型的滚珠丝杠的结构基本相同。滚珠螺母的构造主要与滚道的循环方式及预紧方式有关，且循环方式对滚珠螺旋传动的设计、制造、精度、寿命、成本及轴隙调整均有重要影响，对滚珠流畅性能更有直接关系。滚珠丝杆动态刚度试验台设计5()单 圆 弧 形 双 圆 弧 形图 1-2 滚珠法向截面形状单圆弧滚道截面（图 1-2a）的特点是磨削滚道的砂轮成型方便，容易获得较高的精度，滚道与滚子的接触角 随初始间隙和轴向力大小而变化，不易控制，因而起传动效率、承载能力和轴向刚度均不够稳定，影响传动精度。在施加较大的预紧力之前，丝杠刚度很低，消隙及预紧必须采用双螺母。因此应用较少。双圆弧形滚道截面（图 1-2b）的特点是能保持一定的接触角 ，传动效率、承载能力和轴向刚度比较稳定，但砂轮成型比较复杂，不易获得较高的加工精度，螺旋槽底部不与滚珠接触，可存纳一定的润滑油与脏物，使磨损减小，对滚珠流畅有利。适用于双螺母预紧和单螺母增大钢球预紧，以消除轴向间隙。滚珠丝杆动态刚度试验台设计62 总体方案设计2.1 设计要求2.1.1 原始数据（1）滚珠丝杆轴径：30mm50mm，总长度 10001500mm；（2）轴向预紧力 050N，轴承内径与轴，轴承外径与轴承座均为过盈配合；（3）滚珠丝杆规格及其他数据见产品图。2.1.2 技术要求（1）装置能够满足滚珠丝杆动态刚度测试的实验要求，实现不同规格丝安装的需要，预留安装位移传感器，激振器等空间；（2）轴向加载 01000N， 无级可调；（3）径向加载 01000N， 无级可调。2.2 方案选择2.2.1 轴向加载方案根据设计要求：轴向加载范围轴向加载 01000N，无级可调，因此采用液压缸比较容易实现，因此轴向加载装置结构方案如下图 2-1 所示：图 2-1 轴向加载装置2.2.2 径向加载方案根据设计要求：径向加载 01000N，无级可调，因此采用液压缸比较容易实现，因此径向加载装置结构方案如下图 2-2 所示：滚珠丝杆动态刚度试验台设计7图 2-2 径向加载装置2.2.3 轴向预紧方案根据设计要求：轴向预紧力 050N，该预紧力较小，因此采用普通螺纹预紧即可实现，因此预紧装置结构方案如下图 2-3 所示：图 2-3 预紧装置方案2.2.4 动态驱动方案由于设计要求测试滚珠丝杠的动态刚度，因此需要驱动装置驱动滚珠丝杠转动，在刚度测试中不需测试丝杠的扭转强度，因此丝杠不需负载，只需克服径向加载装置加载时的摩擦转矩，另外考虑到不同型号的滚珠丝杠试验时对转速要求不同，因此驱动装置必须可实现无极调速，因此本处选用可无极调速的调速电机，本驱动装滚珠丝杆动态刚度试验台设计8置只需驱动动态驱动装置方案如下图 2-4 所示。图 2-4 连接装置2.3 总体方案确定汇总上述各装置得到滚珠丝杆动态刚度试验台的总体方案如下图 2-5 所示：图 2-5 滚珠丝杆动态刚度试验台总体方案滚珠丝杆动态刚度试验台设计93 主要零部件的设计的选择3.1 驱动电机的选择在刚度测试中不需测试丝杠的扭转强度，因此丝杠不需负载，只需克服径向加载装置加载时的摩擦转矩，因此所需电机功率较小。另外考虑到不同型号的滚珠丝杠试验时对转速要求不同，因此驱动装置必须可实现无极调速，因此本处选用可无极调速的调速电机。3.2 联轴器、键的选择由于设计要求试验台可测试的滚珠丝杆轴径为 30mm50mm，为了确保通用性，丝杆的最小轴（联轴器端的轴径）径应比可测试的最小滚珠丝杆轴径为 30mm 还要小，本处取 20mm，由于测试时丝杆负载很小故本处选用 YL3 凸缘联轴器。由于连接端轴径选定为 20mm，故根据 GB/T 1095-2000，选定普通双圆头 A 型平键 6636。由于测试时丝杆负载联轴器及键无须进行强度校核。3.3 轴承的选择本处丝杆在测试中承受 01000N 的轴向载荷，因此应选圆锥滚子轴承，根据3.2 中选定的滚珠丝杆最小轴径为 20mm，故选用 30205 型圆锥滚子轴承。由于负载较小，其寿命计算也可忽略。3.4 支座、底座设计3.4.1 结构及几何尺寸各支座、底座具体尺寸根据其他结构匹配得到，详细尺寸见 CAD 图纸：图 3-1 轴承座 1、2滚珠丝杆动态刚度试验台设计10图 3-2 预紧支座图 3-3 加载支座图 3-4 底座3.4.2 材料的选择毛坯材料的确定一般应考虑零件在整个机器中的作用，零件的形状、大小、生产纲领以及工作环境，零件材料应具备主要机械性能指标。此外，还有材料的工艺性、经济性，也是该零件选择材料时要考虑的因素。支座壳起着支承、联接的作用，因而对强度、塑性、任性要求较高。故选择铸铁材料。考虑到铸铁材料的工艺性和滚珠丝杆动态刚度试验台设计11经济性，因而选用目前广泛使用的球墨铸铁5-7。 球墨铸铁具有较高的强度，其抗拉强度也大大超过灰口铸铁，球墨铸铁具有良好的铸造性、减摩性、切削性和低的缺口敏感性，其生产工艺简便，成本低廉，可选用 QT420-10。3.4.3 结构设计工艺性要求砂型造型铸件设计，不仅要考虑工作功能和力学性能的要求，还必须考虑合金铸造性能、铸造工艺对铸件结构的要求。铸件结构设计是否合理，对铸件质量、生产率和制造成本都有很大影响。铸件的结构，假如不能满意合金铸造性能的要求，将可能产生浇不到、冷隔、缩孔、缩松、液孔、裂纹和变形等缺陷。流动性好的合金，充型能力强，铸造时就不易产生浇不到、冷隔等缺陷，而且能铸出铸件的最小壁厚也小。不同的合金，在一定的铸造条件下能铸出的最小壁厚也不同。设计铸件的壁厚时，一定要大寸：该合金的“最小答应壁厚” ，以保证铸件质量。铸件的“最小允许壁厚“主要取决于合金种类、铸造方法和铸件的大小等。表 51 为铸件最小允许壁厚值。但是，铸件壁也不宜太厚。厚壁铸件晶粒粗大，组织疏松，易产生缩孔和缩松，力学性能下降。铸件艰载能力并不是随截面积增大成比例地增加。设计过厚的铸件壁，将会造成金属浪费。为了提高铸件承载能力而不增加壁厚，铸件的结构设计应选用合理的截面形状。此外，铸件内部的筋或壁，散热条件比外壁差，冷却速度慢。为防止内壁的晶粒变粗和产生内应力，一般内壁的厚度应小于外壁。表 52 为铸铁件外壁、内壁和加强筋的最大临界壁厚。铸件各部分壁厚若相差过大，厚壁处会产生金属局部积聚形成热节，凝固收缩时在热节处易形成缩孔、缩松等缺陷。此外，各部分冷却速度不同，易形成热应力，致使铸件薄壁与厚壁连接处产生裂纹。因此在设计铸件时，应尽可能使壁厚均匀，以防止上述缺陷产生。检查铸件壁厚是否均匀时，应将铸件的加工余量考虑在内。如果零件图上各处壁厚是均匀的，加上加工余量后，加工面上的铸造厚度将增加，铸件热节却很大3.5 螺栓的选定与校核设计螺纹连接，一般首先进行结构设计。根据需要连接固定零件的形状、尺寸、所受载荷及其他工作要求，确定所用螺纹紧固件的类型、布置和尺寸等。对承受载荷较大的螺栓组要进行强度校核，并按计算结果对初步的结构设计作适当的调整。3.5.1 螺栓类型选择由于用于连接两个较薄的零件。在被连接件上开有通孔，插人螺栓后在螺栓的滚珠丝杆动态刚度试验台设计12另一端拧上螺母。采用普通螺栓的钉杆与孔之间有间隙，通孔的加工要求较低，结构简单、装拆方便，应用广泛。壳体与机架螺栓的类型选用普通的螺栓连接。3.5.2 螺栓组的布置布置螺栓组包括确定螺栓组中的螺栓数目并给出每个螺栓的位置。应力求使各螺栓受力均匀而且较小，避免螺栓受附加载荷，还应有利于加工和装配等。1）接合面处的零件形状应尽量简单，最好是方形、圆形或矩形、同一圆周上的螺栓数目应采用 4、6、8、12 等，以便于加工时分度。应使螺栓组的形心与零件接合面的形心重合，最好有两个互相垂直的对称轴，以便于加工和计算。常把接合面中间挖空，以减少接合面加工量和接合面不平度的影响，还可以提高连接刚度。示例如下：图 3-10 螺栓布置图2）受力矩的螺栓组，螺栓应远离对称轴，以减小螺栓受力。3）受横向力的螺栓组，沿受力方向布置的螺栓不宜超过 6 一 8 个，以免各螺栓受力严重不均匀。4）同一螺栓组所用的紧固件的形状、尺寸、材料等应一致，以便于加工和装配。螺栓间的距离可参考表 3-1 如下：表 3-1 螺栓间距参考值滚珠丝杆动态刚度试验台设计135）为装配螺纹连接时，工具应有足够的操作空间，应保证一定的扳手空间尺寸。3.5.3 螺栓的受力分析进行螺栓组连接受力分析的目的是，根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。螺栓组连接主要受横向载荷和倾覆力矩的复合作用，现在为了校核的方便，先校核受横向载荷的连接。应该保证连接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。根据前面的计算，螺栓组所受横向载荷 =98KNF假设各螺栓所需要的预紧力为 ，螺栓数目为 4，0则其平衡的条件为 0 fFzisK由此得预紧力 = = 212KN0 sfi1.3*9854此时螺栓的所受的应力 = = =675Mpa0FA2(.)N此时螺栓不能满足我们的要求，现在决定改用 4 个 M12 螺栓性能等级为 8.8 ，取安全系数 s=1.5螺栓的许用应力 = = =427Mpas601.5Mpa根据螺栓的布置图此时需要的预紧力不变， 212KN0F此时螺栓所受的应力 = = =300Mpa50工作压力/MPa 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5表 4-2 各种机械常用的系统工作压力机 床设备类型 磨床 组合机床龙门刨床 拉床农业机械或中型工程机械液压机、重型机械等工作压力 0.82.0 35 28 810 1016 2032由于加载缸拉力为 1KN，参考表 3-1 和表 3-2 按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力 。MPap8.014.3 加载液压缸的选择4.3.1 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定通常液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 满足 的关系。由此求得液压缸D6.04无杆腔面积为: 25-211 19.0mNpFAm D3.5.6441d2.5.03.570.活塞杆直径可以由 值算出，由计算所得的 D 与 d 的值分别按表 3-4 和表 3-5d/圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封元件。表 3-4 液压缸内径尺寸系列 (GB2348-1980) (mm)8 10 12 16 20 25 3240 50 63 80 （90） 100 （110滚珠丝杆动态刚度试验台设计19）125 （140） 160 （180） 200 （220） 250320 400 500 630注：括号内数值为非优先选用值表 3-5 活塞杆直径系列 (GB2348-1980) (mm)4 5 6 8 10 12 14 16 182 22 25 28 32 36 40 45 5056 63 70 80 90 100 110 125 140160 180 200 220 250 280 320 360 400由 GB/T2348-1980 查得标准值为 D=36mm，d=25mm。4.3.2 液压缸主要尺寸的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备，由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。所以设计时，可用类比法来确定。液压缸的工作压力 MPa，缸筒内径 D=36mm，活塞杆外径 d=25mm。8.0P（1）液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指液压缸中最薄处的厚度。从材料力学可以知道，承受内压力的圆筒，其内应力分别规律因为壁厚的不同而各异。一般计算时可以分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径 D 与其壁厚 的比值 D/ 10 的圆筒称为薄壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般采用无缝钢管，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒壁厚公式计算 2ypD式中 液压缸壁厚（m） 。D液压缸内径（m） 。试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍（MPa） 。额定yp压力 16Mpa,取 =1.5 MPa。nynp1.508.2滚珠丝杆动态刚度试验台设计20缸筒材料的许用应力。 = ，其中 为材料抗拉刚度，n 为bb安全系数，一般取 n = 5。 的值为：锻钢： = 110120 MPa；铸钢： = bb b100110 MPa；无缝钢管： = 110110 MPa；高强度铸铁： = 60MPa；灰铸铁：b= 25MPa。b在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使得液压缸的刚度往往不够，如在切削加工过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或者漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式公式进行校核。对于 D/ 10 时，应该按材料力学中的厚壁圆筒公式进行壁厚的计算。对于脆性材料以及塑性材料 0.4123ypD式中的符号意思与前面相同。液压缸壁厚算出后，即可以求出缸体的外径 为1 +1D2式中 值应该按无缝钢管标准，或者按有关标准圆整为标准值。1D在设计中，取试验压力为最大工作压力的 1.5 倍，即 = 1.50.8MPa yp=9.45MPa。而缸筒材料许用应力取为 = 100 MPa。b应用公式 得， 2yp9.45126.70/m下面确定缸体的外径，缸体的外径 + =36+26.17mm =48.3mm。在液1D压传动设计手册中查得选取标准值 = 50mm。在根据内径 D 和外径 重新计算壁1厚， = = mm = 7mm。12D5036（2）液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可以根据执行元件机构实际工作的最大行程来确定，并滚珠丝杆动态刚度试验台设计21且参照表 3-1 中的系列尺寸来选取标准值。表 3-1 液压缸活塞行程参数系列 （mm）25 50 80 100 125 160 200 250320 400 500 630 800 1000 1250 16002000 2500 3200 400040 63 90 110 140 180 220 280360 450 550 700 900 1100 1400 18002200 2800 3900240 260 300 340 380 420 480 530600 650 750 850 950 1050 1200 13001500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。由已知条件知道最大工作行程为 80mm,参考上表系列，取液压缸工作行程为80mm。（3）缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效的厚度 t 按强度要求可以用下面两式进行进似计算。无孔时： 20.43yptD有孔时： 20.ytd式中 缸盖有效厚度（m） 。t缸盖止口内径（m） 。2D缸盖孔的直径（m） 。0d在此次设计中，利用上式计算可取 t=10mm（4）固定螺栓得直径 sd液压缸固定螺栓直径 按照下式计算s 5.2skFdZ滚珠丝杆动态刚度试验台设计22式中 F液压缸最大负载。Z固定螺栓个数。k螺纹拧紧系数，k = 1.12 1.5。根据上式求得= = 7.3mm5.2skFdZ.130464.3.3 液压缸强度校核（1）缸筒壁厚校核：。ypDD(0)2当 时 ， 壁 厚 应 满 足。y0.4(1) 13p当 时 ， 壁 厚 应 满 足前面已经通过计算得：D = 63mm, =8.5mm。则有 10，所以为D8.3厚壁缸。=8.5mm = = 6.12mmy0.4p12360.46123可见缸筒壁厚满足强度要求。（2）活塞杆稳定性的验算：活塞杆受轴向压缩负载时，它所承受的轴向力 F 不能超过使它稳定工作所允许的临界负载 ，以免发生纵向弯曲，从而破坏液压缸的正常工作。 的值与活塞杆kF kF材料性质、截面的形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆的稳定性的校核依照下式（稳定条件）进行 kFn式中 安全系数，一般取 =2 4。knk当活塞杆的细长比 时klr12滚珠丝杆动态刚度试验台设计23= kF2EJl当活塞杆的细长比 时，且 = 20 120 时，则klr1212= kF2kfAlr式中 安装长度，其值与安装方式有关。l活塞杆截面最小回转半径， = 。kr krJA柔性系数。1由液压缸支承方式决定的末端系数。2E活塞杆材料的弹性模量，对刚取 E = 。122.06/NmJ活塞杆横截面惯性矩，A 为活塞杆横截面积。f由材料强度决定的实验值。根据验算，液压缸满足稳定性要求。滚珠丝杆动态刚度试验台设计245 基于 Pro/E 的三维设计5.1 Pro/E 三维设计软件概述Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer 作为当今世界机械CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/Engineer 和 WildFire 是 PTC 官方使用的软件名称，但在中国用户所使用的名称中，并存着多个说法，比如 ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指 Pro/Engineer软件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0creo2.0 等等都是指软件的版本。Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。（1）参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全滚珠丝杆动态刚度试验台设计25约束，这就是参数化的基本概念。但是无法在零件模块下隐藏实体特征。（2）基于特征建模Pro/E 是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。（3）单一数据库（全相关）Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。Pro/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转） 。Pro/Engineer 是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设
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