钢管螺旋式无损探伤系统设计

毕业设计(论文)钢管螺旋式无损探伤系统的设计The design of testing system of spiral steel pipe学生姓名学院名称专业名称指导教师年月日XX学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日XX学院学位论文版权协议书 本人完全了解XX学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归XX学院所拥有。XX学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。XX学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要 本次的设计来源于钢管无损探伤系统更新换代基础之上，通过设计出新型的钢管无损探伤系统，从而来满足当今无损探伤机械设备不足的缺陷。 本文运用大学所学的知识，提出了钢管无损探伤系统的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了钢管无损探伤系统总的指导思想，从而得出了该钢管无损探伤系统结构的优点是高效，经济，并且安全系数高，对提高探伤效率，减少人工投入，增强探伤质量等等起到了很大的作用的结论。关键词：钢管无损探伤系统；高效；人工投入；结论ABSTRACTPneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Keywords pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Fout degrees of freedom目 录1 绪论1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义2 1.2本课题研究的内容3 1.3 Solidworks设计基础6 1.3.1 草图绘制7 1.3.2 基准特征，参考几何体的创建10 1.3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建12 1.3.4 工程图的设计13 1.3.5 装配设计15 2 钢管无损探伤系统结构的设计16 2.1 钢管无损探伤系统总体方案图18 2.2 机械传动部分的设计计算19 2.2.1 探伤系统主电机的选型计算22 2.2.2 滚珠丝杆传动的选型计算23 2.2.3 直线导杆的选型计算24 3 主要零部件的强度校核计算25 3.1 滚珠丝杆的强度校核26 3.2 轴承强度的校核26 3.3 机架部分的强度校核27 4 钢管无损探伤系统中主要零件的三维建模28 4.1 机架的三维建模29 4.2 滚筒的三维建模30 4.3 滚珠丝杆的三维建模32 4.4 钢管无损探伤系统的三维建模335. 三维软件设计总结34结 论35致 谢36参考文献37311 绪 论 当今社会，工程机械的应用越来越广泛，工程机械产业是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。1.1 课题的来源与研究的目的和意义 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。1.2本课题研究的内容 本论文主要研究运用SolidWorks对钢管无损探伤系统进行设计，在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。1.3 Solidworks设计基础 熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。1.3.1 草图绘制掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。1.3.2 基准特征-参考几何体的创建清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。1.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。1.3.4工程图设计灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。1.3.5装配设计灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。2 钢管无损探伤系统结构的设计2.1 钢管无损探伤系统的总体方案图本次设计的钢管无损探伤系统采取的方案是：移动吊车将待探伤的光管从存放区取出摆放到钢管无损探伤系统的机架上面，定位好位置，然后开启探伤系统，探伤装置探头对钢管进行探伤作业，由于是伺服电机驱动探伤头工作，所以运动可靠，灵活，可以实现轻松探伤，其具体方案布局图如下：2.2 机械传动部分的设计计算2.2.1探伤系统主电机的选型计算已知整个设备上工件与零件的重量，我们取总重量为150Kg，工字轮转动速度为12r/min。即：具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载惯量左右水平运动电机惯量总惯量4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.37KW，额定转矩为75N.m，最大转矩为80N.m，额定转速为 3000r/min。外形尺寸80x80x148，电机输出轴径为16mm。 2.2.2 滚珠丝杆传动的选型计算1）材料选用原则 在材料选取的基本原则的前提下，可以满足一部分性能，良好的工艺性和经济性。这种材料的特性是机械，机械部分应在正常工作条件下，其物理和化学性能，是保证其可靠性的基础。一般的机械零件，主要考虑的是材料的机械性能；而非金属材料零件，还应考虑对零件性能的环境效应。根据零件选择的力学性能，首先要对工作条件的正确分析，形状和大小和应力状态，结合这类零件的主要失效形式，对原发性和继发性失效抗力指标的实际使用中，由于物质基础。2）丝杆螺母强度的校核计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。滚珠丝杆驱动力较大，还应检查滚珠丝杆和螺母的螺纹强度的危险截面，以防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；传动精度，应检查的刚度，以免造成传输降低音高变化的应力的精度；滚珠丝杆长径比大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长滚珠丝杆转速也应该检查的临界转速，以防止过大的横向振动。设计应根据驱动型，工作条件和失效模式，选同的设计标准，无需逐一检查。表2.1螺旋传动的常用材料螺旋副材料牌号应用范围滚珠丝杆Q235、Q275、45、50材料不经热处理，使用于经常运动，受力不大，转速较低的传动40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动螺母ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5材料耐磨性好，适用于一般传动ZCuAl9FeNi4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金（1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为2000N，支承间最大距离为400mm，要求定位精度为0.001mm，滚珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 载荷性质系数为1动载荷硬度影响系数， =1最大轴向载荷定静载荷为C02000N，查表得使用寿命时间T=15000h，初选丝杆螺距t=5mm，得丝杆转速 n/min由于丝杆螺距为5，可选W系列完循环丝杆副尺寸系列W2005-2.5圈一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表2.6所示：表2.2 滚珠丝杆螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径20螺 距5接触角钢球直径3.175螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角滚珠丝杆滚珠丝杆外径滚珠丝杆内径滚珠丝杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）螺母长度Ln33（2）传动效率计算 （2.23）式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。（3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载P引起的导程的变化量 （2.24）Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算（N） （cm） () (材料为45钢) （）所以 （cm）丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程误差 查表知C级精度的丝杆允许误差6，故强度足够。3）梯形丝杆螺母的设计计算 滚动螺旋传动主要承受轴向力。螺母与螺钉间滑动摩擦较大，所以磨损失效的主要形式。基本尺寸（直径滚珠丝杠和螺母高度），通常基于条件的耐磨性测定。螺杆驱动力较大，还应检查螺杆和螺母的螺纹强度的危险截面，以防止塑性变形或断裂的发生；自锁螺钉的要求，检查自锁螺钉；传动精度，应检查的刚度，以免造成传输降低音高变化的应力的精度；螺杆长径比大，应检查其稳定性，以防止轴心受压失稳；长螺杆转速也应该检查的临界转速，以防止过大的横向振动。设计应基于。的类型，工作条件和失效模式，选择不同的设计标准，无需逐一检查。表2.1螺旋传动的常用材料螺旋副材料牌号应用范围螺杆Q235、Q275、45、50材料不经热处理，使用于经常运动，受力不大，转速较低的传动40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi材料需经热处理，以提高其耐磨性，适用于重载、转速较高的重要传动9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需经热处理，以提高其尺寸的稳定性，适用于精密传导螺旋传动螺母ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5材料耐磨性好，适用于一般传动ZCuAl9FeNi4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，强度高，适用于重载、低速的传动。对于尺寸较大或高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金立向丝杆的设计 （1）滚珠丝杆螺母副，横向丝杆的最大轴向载荷为2000N，支承间最大距离为400mm，要求定位精度为0.001mm，滚珠丝杆的负荷包括运动部件的重量所引起的进给抗力。应按额定静载荷选用。 载荷性质系数为1动载荷硬度影响系数， =1最大轴向载荷定静载荷为C02000N，查表得使用寿命时间T=15000h，初选丝杆螺距t=5mm，得丝杆转速 n/min 由于丝杆螺距为5，可选W系列完循环丝杆副尺寸系列W2005-2.5圈一列滚珠丝杆螺母副的几何参数计算，见表2.6所示： 表2.2 滚珠丝杆螺母副几何参数名 称符 号计算公式和结果（mm）螺纹滚道公称直径20螺 距5接触角钢球直径3.175螺纹滚道法面半径偏心距螺纹升角螺杆螺杆外径螺杆内径螺杆接触直径螺母螺母螺纹外径螺母内径（外循环）螺母长度Ln33（2）传动效率计算 （2.23）式中：摩擦角；丝杆螺纹升角。（3）刚度验算，滚珠丝杆受工作负载P引起的导程的变化量 （2.24）Y向所受牵引力大，故应用Y向参数计算（N） （cm） () (材料为45钢) （）所以 （cm）丝杆因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。所以导程误差 查表知C级精度的丝杆允许误差6，故刚度足够。（4）稳定性验算，由部件自重产生的使丝杆回转的扭矩为式中G移动部件自重 S导程（cm）逆传动效率，由于滚珠丝杆副的正传动效率和逆传动效率近似相等，因此，一般用正传动效率代替。N.cm可知110BF004反应式步进电动机带动丝杆螺母副时不会发生逆向传动 。 （5）轴承的选择，初选6002，工作时为轻度冲击，正常工作温度，预期寿命为5000h，丝杆在工作的过程中受轴向载荷作用，且最大轴向载荷为Fa=200N.查手册可知道2002的基本额定负载Cr=4.32kN,基本额定负载荷Cor=2.50Kn。为了能安装方便本次设计中6002轴承可以用带座轴承代替，选用轴承的型号为UCFU203轴承。Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38；当量负载的计算P=200N可算得轴承寿命6 （2.25）温度系数=1，载荷系数=1，UCFU203轴承座，寿命指数为=3得（h）所以该轴承适合。4）滚珠丝杆螺母的支承方式的选择 滚珠丝杠的支承主要有以下四种，由于支承方式不同，使容许轴向载荷及容许回转转速也有所不同。（1） 固定-固定，适用于高速，高精度； （2）固定轴承适用于中高速，高精度；（3）支持，中速的支持，精度；（4）固定-自由，低速度，精度，短轴螺钉本次设计中丝杆螺母的固定方式如下所示：5）滚珠丝杆螺母的润滑和防尘隔离（1）为了提高滚珠丝杠副的精度和使用寿命，通过滚珠丝杆的轴向力对滚珠丝杆的影响，保证轴承的受力均匀，避免倾覆力。（2）反逆向的滚珠丝杠驱动器对效率高，应在电机功率的考虑，和逆螺旋传动由于其成分的重量（尤其是驱动在垂直方向上，当逆方法）可以用来防止动力传动电机，蜗轮自锁：切割离合器，等。（3）在行程两端的滚珠丝杠应该旅游保护装置，以防止滚珠丝杠过程的冲击和影响精度，使用寿命甚至损坏。（4）防止热变形对定位精度的丝杠热变形精度的重要影响。热源不仅是摩擦热产生的螺丝，和其他机械零件热时，滚珠丝杆的热膨胀和伸长率。因此有必要对热源的因素，控制热源的措施，也可用于预拉伸，强制冷却，减少滚珠丝杆伸长的热变形的影响。（5）水平螺旋，而造成弯曲变形的轴，是影响齿距累积误差的因素，会导致不均匀的载荷螺母。螺杆的设计需要考虑到螺杆的材料和它的强度的问题。（6）密封圈是重要的密封气体和液体的标准件，所以密封圈的防尘措施是必须要考虑的。滚珠丝杠螺母安装在防尘圈的两端，以避免螺钉外露，但还需要滚珠丝杆选择保护装置。（7）合理的润滑是减小驱动力矩的重要环节，提高传动效率，延长滚珠丝杆的使用寿命，接触面和油膜减振效果，降低传动噪音和尘土等杂物在螺旋洗。所以你想注入润滑脂。螺母和油孔，用户可以拧入水口，其他合适的润滑油的使用。（8）的预紧力的正确选择，滚珠丝杠厂一直需要调整预紧力要求，严禁自行拆卸滚珠滚珠丝杆零件，以免影响准确性。非冲击管和拔除，以免球塞，运行平稳。（9）推荐的大型轴承的使用适用于数控机床为了提高传动刚度。（10）内循环滚珠丝杠，滚珠丝杠必须两端的齿和一端连接了至少一个螺纹，所有圆螺纹底径尺寸小于D2，否则无法安装螺母。（11）外循环滚珠滚珠丝杆位置，最好是放在滚珠丝杆轴以上插管。（12）加工螺纹，外圆直径大于1的外径最好不要螺钉。2.2.3 直线导轨的选型计算 导轨主要根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为：（1）滑动导轨两导轨之间为滑动摩擦。结构简单，制造方便，刚度好，抗振性高，是机床上最广泛采用的。特点：导向精度高，不会出现间隙，能自动补偿磨损。一般选取三角形顶角=90,重型机械采用大顶角=110120。当水平力大于垂直力，V形导轨两侧受力不均匀时，采用不对称V形导轨。直线导轨和圆导轨均可采用 承载能力大，制造方便。必须留有侧向间隙。不能补偿磨损。用镶条调整时，会降低导向精度。 需注意导轨的保护。直线导轨和圆导轨均可采用 尺寸紧凑，适用于要求高度小导轨层数多的场合。可构成闭式导轨。用一根镶条可以调整各面的间隙。刚度比平面导轨小。制造简单，弯曲刚度小，主要用于受轴向载荷的导轨。适用于同时作直线和旋转运动的场合。（2）滚动导轨 滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再 进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。特点： 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。简化了机械结构的设计和制造。查机械设计手册3第二版选取直线滚动导轨副系列，又根据机床设计要求的特点，本设计初步选择:(1)直线滚动导轨副选取四方向等载荷型（GGB型），其特点是：垂直向上向下和左右水平额定载荷是等同的，额定载荷比较大，刚度高。(2)尺寸规格初选45，其结构形式选择AA 型。(3)每根导轨上的滑块数为2。(6)查出全自动轴承磨床推荐的精度等级为3。(7)导轨的材料为HT200.初步确定直线滚动导轨的型号为GGB45AA1C123选择用南京工艺设备制造厂的滚动直线导轨如图13 主要零部件的强度校核计算3.1 滚珠丝杆的强度校核（1）=N/m=N/mF0=已知W1=5000 N ， =0.2F0=1000 NF0 ： 静摩擦力 N：静摩擦系数W1 ：正压力 N（2）验算传动系统刚度KminKmin ：传动系统刚度 N已知反向差值或重复定位精度为10Kmin=222160（3）传动系统刚度变化引起的定位误差=1.7m（4）确定精度 V300p ：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言， V300p0.8定位精度-定位精度为20m/300V300p14.3m丝杠精度取为3级V300p=12m14.3(5)确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：WWCM公称直径：12 导程：3螺纹长度：900丝杠全长：1000P类3级精度FFZD4010-3-P3 /141012902.6.10 验算临界压缩载荷 Fc ：N丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。2.6.11 验算临界转速nc=f10nc : 临界转速 n/minf ：与支承形式有关的系数：丝杠底径 ：临界转速计算长度 mm由表14得f=21.9由样本得d2=34.3由工作图及表14得：Lc2= L1- L04310nmax=15002.6.12 验算：Dn=Dpw nmaxDpw ： 滚珠丝杠副的节圆直径 mmnmax : 滚珠丝杠副最高转速 n/minDpw41.4mm3.2 轴承强度的校核 轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小，而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用调心滚子轴承，因为调心磙子轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用（双列向心）圆锥磙子轴承，有双内圈，并是可分离的轴承，根据d=80mm,由参考资料2P7356 表7278 带紧定套的调心滚子轴承（GB/T288-1994），选用22218CK/W33+H318轴承，其基本额定载荷为=240KN,=322KN, 根据轴承选用配套的轴承座，参考资料2P7-43表7-2-105 适用圆锥孔的异径孔滚动轴承座(GB/T7813-1998) SNK型轴承座，可选用SNK316型的轴承座。3.3 机架部分的强度校核（1）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；（2）抗振性好； （3）由于内应力及温度变化引起的结构变形应力最小； （4）结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。机架材料的选用主要根据机架的使用要求，多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右端机架采用型钢结构，主要由槽钢，角钢，和钢板焊接而成，重量轻，成本底，材料利用充分。焊接时应注意以下几点：1） 材料的可焊性 可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低 所以本设计考虑到材料的可焊性选用25钢；2） 合理布置焊缝 焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要短，主要焊线要连续；3） 提高抗振能力 普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要求高的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收振动；4） 合理选择截面形状 提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。5） 尽可能选用标准型材、板材，合理确定焊缝尺寸。4 钢管无损探伤系统中主要零件的三维建模 4.1机架的三维建模 4.2滚筒的三维建模 4.3 电机的三维建模 4.4钢管无损探伤系统的三维建模5 三维软件设计总结通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。（1） 有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。（2） 工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。（3） 作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。（4） 规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。（5） 关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。 看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出 零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。 进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件，可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时，特征的生成顺序十分重要，不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件，但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。 尤其在二维图纸上，我们能看到的只是零件的平面图，而内部特征则以虚线给予表示，另外还有零件的相贯线，这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中，必须要选好第一个草绘平面，这很关键，这个平面决定了往后建模的所用到的命令，简单的说，一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸，也可以作一个长方体旋转，虽然他们的结果都一样，但所用的草绘平面和命令就截然不同。如果我们要的是一条轴，那我们就应该选择第二种方法为好了。由于此设计的零件都是比较规则的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋转命令，而且很多零件都是拥有对称关系，所以为了节省时间，提高效率，经常会用到镜向特征命令。一张完整的工程图应具备以下4方面的内容。（1） 一组视图：用一组视图（其中包括视图、剖视图、断面图、局部放大图）正确、完整、清晰地表达零件各部分的结构形状。（2） 尺寸：确定零件各部分形状的大小和位置（3） 技术要求：表明零件在制造和检验是应达到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理方式和指标等。（4） 标题栏：注明零件名称、材料、数量、图样比例以及图号等内容。 单击【新建文件】图标，系统显示新建SolidWorks文件对话框，双击该对话框中得装配体选项，即可进入装配体工作模式。 调入第一个零件模型并放置在装配体的原点处，即零件原点与装配体原点