毕业设计抛光机

摘要

本文通过调研国内外现有型材机械抛光机械的使用情况，在综合分析各自优点的基础上，通过自主创新研制出一种新型型材抛光机。铝型材机械扫纹方法是利用型材在挤压时效之后，通过一台专用的机械扫纹设备，将同规格的铝型材有规则地平放在扫纹机工作台上，选择适当的工作台行走速度。通过扫纹轮与铝型材表面触压和高速干磨擦(无需任何扫纹剂), 从而达到彻底消除型材表面挤压纹的方法。而铝型材的机械扫纹质量效果，取决于使用扫纹轮的材质、扫纹的压下量、扫纹次数和扫纹工作台的移动速度。本文设计的型材抛光机能够适应不同截面形状型材抛光的要求，具有抛光面积大、抛光质量好、工作效率高的特点，对实现型材抛光机械化具有很高的现实意义，促进了型材加工行业机械化发展。

关键词：型材，抛光，机械扫纹，机械化

Abstract

In this paper, through the use of research domestic and foreign existing profiles mechanical polishing machine, on the basis of comprehensive analysis of their respective advantages, through independent innovation to develop a new kind of profile polishing machine. Aluminum mechanical scanning lines after the limitation of the extrusion method is to use the profile through a dedicated mechanical scanning lines equipment, with specifications of the aluminum will be regularly swept flat on grain machine workbench, select the appropriate workbench walking speed. Sweep through grain wheel and aluminum surface contact pressure and high speed dry friction (no scan lines), so as to eliminate surface profiles extrusion lines. And aluminum mechanical sweeping effect of grain quality, depends on using sweep tightener material, quantity of the scanning lines, flicking grain number and grain worktable movement speed. Profile polishing machine designed in this paper can adapt to the requirement of different shape of cross section profile polishing, polishing polishing area is large, good quality, high efficiency characteristics, to achieve material polishing mechanization has very high practical significance, and promoted the development profile processing industry mechanization.

Keyword：Profiles, polishing, mechanical scanning lines, mechanization

目录

摘要............................................................................................................................... I ABSTRACT........................................................................................................................... I 1绪论. (1)

1.1引言 (1)

1.2国内外铝合金型材发展现状 (3)

1.2.1 国外研究现状 (3)

1.2.2 国内研究现状 (3)

1.3研究的目的和意义 (5)

1.4研究内容 (5)

1.5技术路线 (6)

1.6本章小结 (7)

2异型材抛光机总体方案设计研究 (7)

2.1整机设计原则 (7)

2.2设计方案确定 (7)

2.2.1 铝型材的形状 (7)

2.2.2 抛光方案的确定 (8)

2.3总体结构设计 (8)

2.4传动系统设计 (8)

2.5工作原理 (9)

2.6本章小结 (9)

3丝杆传动系统的设计 (9)

3.1型材抛光机传动形式的选择 (9)

3.2丝杆螺母螺旋传动 (10)

3.3传动方案的确定 (11)

3.4丝杆螺纹的设计与校核 (12)

3.4.1滑动螺旋传动特点 (12)

3.4.2丝杆材料、热处理及精度 (12)

3.4.3螺纹数据的初步设计与校核 (12)

3.4.4螺母及配合制的设计与校核 (13)

4 导轨的设计与校核 (14)

4.1导轨的选择 (14)

III

4.2滑动导轨的结构 (14)

4.3竖直方向导轨 (15)

4.3.1竖直方向导轨类型 (15)

4.3.2竖直方向导轨压强的计算 (17)

4.4水平方向导轨 (18)

4.4.1水平方向导轨类型 (18)

4.4.2 水平方向导轨压强的计算 (20)

5 轴承的选择与配套装置的设计 (20)

5.1立式丝杆轴承的选择 (21)

5.2水平丝杆轴承的选择 (21)

5.3毛刷座的设计 (21)

5.4电动机的选择 (22)

5.5机体的结构设计 (23)

5.6轴承座的设计 (23)

5.7电动机固定座的设计 (24)

5.8手轮的设计 (24)

结论 (26)

致谢 (27)

附录 (28)

IV

1 绪论

1.1 引言

铝型材，就是铝棒通过热熔、挤压而得到不同截面形状的铝材料。铝型材的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程。其中，上色包括：氧化、电泳涂装、木纹转印、氟炭喷涂、粉末喷涂等过程。

按用途分类可以分为以下几类：

1. 建筑铝型材（分为门窗和幕墙二种）.

2. 散热器铝异型材。

3.一般工业铝异型材：主要用于工业生产制造用的，比如自动化机械设备、封罩骨架以及各公司根据自己机械设备要求定制开模，又如流水线输送带、提升机、点胶机、检测设备、送货架等等，电子机械行业以及无尘室用得居多。

4、轨道车辆结构的铝合金型材：主要用于轨道车辆的车体制造。

5、装裱类铝型材，制作成铝合金的画框，装裱各种展览、装饰画。

按合金成分分类：

可分为1024、2011、6063、6061、6082、7075等合金牌号铝异型材，其中6系的最为常见.不同牌号区别在于各种金属的成分配比是不一样的，除了常用门窗铝型材如60系列、70系列、80系列、90系列、幕墙系列建筑铝型材之外，工业铝异型材没有明确的型号区分，大多数生产厂家都是按照客户的实际图纸要求加工的。

按表面处理要求分类：

1. 阳极氧化铝材。

2. 电泳涂装铝材。

3. 粉沫喷涂铝材。

4. 木纹转印铝材。

5. 氟碳喷涂铝材。

6. 刨光铝材(分为机械刨光类与化学抛光类两种，其中化学抛光的成本最高，价格也就最贵)。

铝异型材的特点：

抗腐蚀性：铝型材的密度有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜密度(分别为7.83g/ cm3，8.93g/ cm3)，的1/3。在大多数的环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学以及很多化学体系中，铝能够显示优良的抗腐蚀性。

电导率：铝型材因为它的优良电导率而经常被选用。在重量相等基础上，铝的电导率相当于铜的两倍。

热导量率：铝合金热导量率约是铜的50-60%，这对在制造热交换器、加热电器、蒸发器、炊事用具，以及汽车缸盖与散热器都很有利。

非铁磁性：铝型材不是铁磁性的，这对电气工业以及电子工业而言是一个重要特性。铝异型材是不能自燃的，这对于涉及装卸或者接触易燃易爆材料应用来说是很重要的。

可机动加工性：铝型材的可机动加工性是优良的，在各种变形的铝合金和铸造的铝合金中，以及在这种合金产出后具有的各种状态下，机加工特性变化相当大，这就需要特殊的机床技术。

可成形性：特定拉伸强度、屈服强度、延展性和相应加工硬化率支配着允许其变形量的变化。据前瞻网《2013-2017年中国铝异型材行业细分产品产销需求和前景预测分析报告》调查显示，商业上可提供的铝异型材在不同形态下成形性额定值取决于其成形的工艺方法。

回收性：铝具有极其高的回收性，再生铝特性与原生铝几乎没有别。

生产流程：熔铸是铝异形材生产的首道工序

主要过程为：

（1）配料：根据所需要生产的具体的合金牌号，计算出合金成分的添加量，并合理搭配各种源材料。

（2）熔炼：将已配好的原材料按照工艺要求加入熔炼炉中熔化，并通过除气、除渣等精炼手段将熔体中的杂渣、气体等有效除去。

（3）铸造：熔炼好的铝液在适当的铸造工艺条件下，在深井铸造系统作用下，冷却铸造成各种规格的铸棒。

挤压：挤压是型材成形的一种手段。先根据异型材产品的断面设计，制造出模具，再利用挤压机将加热好的铸棒从模具中挤出成形。常用牌号6063的合金，在挤压时还需用一个风冷淬火的过程及其后的人工时效过程，用来完成热处理强化。不同牌号的热处理强化合金，其热处理制度也不同。

氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性并不强，须通过其阳极氧化进行表面处

理来增加铝材的抗蚀性、耐磨性和外表的美观度。

其主要过程为：

（1）表面预处理：用化学或物理方法对异型材表面进行清洗，裸露出纯净基体，以利于获得完整的、致密的人工氧化膜。还可以通过机械等手段获得镜面、无光（亚光）表面。

（2）阳极氧化：经表面预处理的异型材，在一定工艺条件下，基体的表面发生阳极氧化，会生成一层致密、多孔、具有强吸附力的AL203膜层。

（3）封孔：将阳极氧化后生成的多孔氧化膜膜孔孔隙封闭，从而使氧化膜的防污染、抗腐蚀和耐磨性增强。氧化膜是无色的，利用封孔前的氧化膜强吸附性，在膜孔内吸附并沉积一些金属盐，使型材外表显现本色以外的许多颜色，比如：黑色、古铜色、金黄色和不锈钢色等。

1.2 国内外铝合金型材发展现状

1.2.1 国外研究现状

经过文献等相关资料查询，未见国外相关研究的报道。

1.2.2 国内研究现状

铝加工工业在我国一直得到国家的重视，铝异形材在世界各地一直都受人们欢迎。东北的轻合金加工厂现名东北轻合金有限责任公司是我国第一个铝镁合金的加工基地（以下简称“东轻”）。建国初期，国家为了增强国防力量，建立属于自己的航空工业，决定建立一个为飞机制造业提供轻金属材料的铝镁合金加工厂。“东轻”一期工程便于1954年4月开工，耗时2年半时间，完成了20余万m2建筑施工，安装了21000t的设备，建成了熔铸、压延、挤压三个生产车间以及辅助设施。1958年6月14日二期工程也破土动工，到1965年后竣工投产，建成了锻压、铝镁粉、铝箔、工艺管车间和镁合金熔铸生产线，形成年生产能力3.6万t。至此，我国第一个大型铝镁合金加工的企业正式建成，中国开始自行地生产航空和军工轻合金材料，主要产品有板、带、箔、管、棒、型、线、锻件、粉等等。我国从此开始了铝加工的历史和中国铝型材的历史。

我国的铝型材工业起始于20世纪50年代（1956年）；兴盛于80～90年代；本世纪我国铝型材将要进入“二次腾飞”、“二次创业”的时期，行业结构，企业结构，技术结构，产品结构等都正在发生一系列较大的变化，中国加入WTO后，更会有市场以及经济上的大变化。

1956年“东轻”建成，生产军工铝异型材起步。20世纪60-70年代是计划经济时期，也就是中国铝型材工业的基础时期。在这个时期里，“东轻”铝材支援着国防建设，出人才去援建新的铝加工厂。60年代第一批参加援建的有西南铝业（集团）有限公司（以下简称“西南铝”），西北铝加工厂（以下简称“西北铝”）；80年代第二批参加援建的有华北铝加工厂（以下简称“华北铝”），广东省的有色金属加工厂（以下简称“广东加工厂”）；随后参加援建的有华东铝加工厂（以下简称“华东铝”），青岛铝加工厂，渤海铝加工厂（以下简称“渤海铝”）。这些厂都是以东轻的人才作为主力建设起来的，都是国营的企业。这些工厂都有挤压机生产铝型材，西南铝还拥着有中国最大的（12500t ）水压机和（8000t）挤压机。上列各厂，只有广东加工厂是单一的铝型材厂，其它工厂分别还有板、箔材、带，西北铝还有铝粉。

迄今为止，“东轻”、“西南铝”和“西北铝”一直是承担着中国军工、航天、航空工业用铝异型材和各种铝材生产地大型国营企业，他们能生产的铝合金所有8个系列各牌号的产品，“东轻”和“西北铝”还有变断面铝型材生产技术，“西南铝”是我国规模最大，装置最先进，综合实力最强综合性的特大型铝加工企业。在同一时期，国内一些省份也分别建设了一些有色金属的加工厂，有的是上挤压机，有的是上轧机。挤压机生产军工厂以外工业用的铝型材，如：北京铝材厂，天津铝材厂，长春的有色金属加工厂，营口有色金属加工厂，成都有色金属加工厂，成都铝材厂，上海有色合金厂等都具有挤压机生产铝异型材，包括铝管材。在70-80年代初，上述的不少国营企业，曾经引进过国外铝型材生产设备，引进日本和欧美的铝型材技术：日本本部挤压机，美国的萨顿挤压机，意大利的布莱达挤压机，意大利的西萨特氧化线，法国的法卡斯氧化线，日本东洋技研氧化线、电泳线等，美国的瓦格斯塔夫铸造系统、洛马熔铸线，各类炉子，以及模具和门窗加工设备等等。这一时期出现的引进国外铝型材技术高潮，引进的技术是先进的，但费用是高的。在这个时期，中国铝型材工业发展的速度并不太快，可为以后的发展打下了基础，国营企业在引进技术之后，开始消化国外技术，并积累了经验，培养了人才。

在发展铝型材工业的方面先行一步。广东省南海市，特别是大沥镇成为了中国铝型材工业的发祥地，大沥镇最旺盛的时候有180家铝型材厂，现存约160家，真正生产的约120-130家。这个时期里，受广东铝型材厂影响，沿海各省也在逐渐发展，广西、浙江、江苏、山东和辽宁等发展很快。据悉，浙江湖州南浔与辽宁营口大石桥一带新建了许多并且较为集中的铝型材厂群，他们可能会形成中国东部和北方新的铝型材厂集中地。在后期，内地可能除西藏之外的各个省都有了数量、规模不等的铝异型材厂。近来，

随着西部的开发，宁厦、青海、新疆、甘肃的铝型材厂也较为活跃。目前，铝异型材厂数量较多的地区，除广东省之外，可能就数辽宁、山东、江苏、浙江等省了。中国的铝型材产量并没有准确的公布数字，估计在全国约120-130万t，广东约有80万t。改革开放20年来，广东铝型材工业的高速发展离不开全国各地的技术型人才、劳动人员、市场的支援，“东轻”、“华北铝”和“西南铝”等曾是广东建厂后的技术人员与技工的实习培训基地，这些厂也有不少技术人才流向广东，支援了广东。随后，广东铝型材的发达带动和推进了中国铝异型材工业的发展。

1.3 研究的目的和意义

在铝型材挤压生产过程中, 由于受坯锭、模具、挤压工艺等因素影响, 型材表面将不可避免的出现挤压纹, 严重地影响了铝型材的产品质量和经济效益。针对铝型材的挤压纹的问题, 国内外有不少专家和工程技术人员, 从改进模具质量性能, 提高铝坯锭内成份质量, 调整挤压工艺的参数等方面, 做了很多努力, 也取得了一定成效, 但最终还是不能彻底解决挤压纹问题。

众所周知，铝型材表面的挤压纹，是生产企业和用户都十分忌讳的，很多企业为了消除铝型材表面的挤压纹，在铝型材表面处理的生产过程中，采取了用碱腐蚀方法来牺牲铝金属的消耗，从而获得均匀的铝表面质量。但是使用该种方法不但失去了型材表面的光泽，减弱型材结构的机械性能，而且会严重地增加生产成本，尤其对氧化生产线的管理以及污染治理带来许多不便。

1.4 研究内容

铝型材机械扫纹方法是利用型材在挤压之后，通过一台专用机械扫纹设备，将同规格的铝异型材有规则地平放在扫纹机的工作台上，选择适当工作台行走速度。其工作原理：是通过抛光轮与铝异型材表面触压并高速干磨擦(无需任何扫纹剂), 从而达到的彻底消除型材表面的挤压纹方法。而铝型材机械扫纹质量效果，取决于使用抛光轮的材质、扫纹的压下量、扫纹次数以及扫纹工作台的移动速度。目前，扫纹轮的主要材料有钢丝轮、铜丝轮、合成材料轮等。根据实践比较最适合铝合金扫纹的材料为耐高温的尼龙纤维合成材料。

由于铝型材机械扫纹目的是以扫平面为主，一般的凹面不易扫到，而铝建筑异型材的装饰面也一般以平面为主。所以，比较适用对建筑型材的机械扫纹。

本课题研究内容可分为三部分：一是对异型材扫纹抛光机的整体结构进行设计；二是导轨部分的设计计算；三是对螺旋传动部分的设计计算，解决铝型材抛光质量的问题。

1.5 技术路线

技术路线如图1-1所示，首先，通过查阅相关资料，拟定出异型材扫纹抛光机的初步制定方案；其次，分析确定影响扫纹质量的因素；最后，本文对扫纹抛光机传动部分和导轨部分进行了设计。

图1-1 技术路线图

1.6 本章小结

本章主要介绍了挤出铝型材机械扫纹的目的与意义，国内外型材抛光及机的研究现状，分析我国现有挤出型材存在的问题，确定了本课题研究的内容与技术路线。

2.1 整机设计原则

根据异型材抛光机的设计要求，制定了以下设计原则：

1.异型材抛光机的抛光轮在空间直角坐标系中可以到达任何位置，能够对形状特异的型材进行抛光处理。

2.提高异型材抛光机的抛光质量。

3.保证整机的工作稳定性和可靠性。

2.2 设计方案确定

2.2.1 铝型材的形状

铝型材是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。如图2-1所示。

图2-1 各种截面形状的铝型材

2.2.2 抛光方案的确定

采用耐高温的尼龙纤维合成材料与铝型材高速干磨并沿型材表面缓慢进给，使抛光后的型材表面平整光洁，提高抛光质量。

2.3 总体结构设计

机组采用三向的导轨移动式作业方式。根据铝型材抛光作业的要求，以及确定的抛光质量要求，来进行关键工作部件设计确定出总体结构。整机主要由丝杆传动系统、电动机、抛光轮及手轮等组成。

2.4 传动系统设计

本机型设计的异型材抛光机传动部分示意图如图2-2所示，丝杆的公称直径为

32mm，机组配套使用的电动机功率为0.75kw，输出转速为800r/min。抛光宽度160mm 抛光轮压下量1-5mm水平进给速度15-17m/min。

图2-3 丝杆传动系统示意图

2.5 工作原理

机组采用三向丝杆传动的高速干磨式工作方式，机组作业时导轨承受着电动机重量和作业阻力，结构紧凑、机动性好。电动机通过特定联轴器联接到抛光轮，通过抛光轮的高速旋转，达到机械抛光的目的。

2.6 本章小结

针对我国铝型材的截面形状、材料组织成分及抛光质量要求要求，对型材抛光机的整体方案结构进行了设计。

3丝杆传动系统的设计

3.1 型材抛光机传动形式的选择

利用丝杆螺母螺旋传动可以精确定位抛光轮的位置，并且丝杆螺母传动方式能够有效防止工作电动机滑动。滑动螺旋的特点：①结构简单，加工起来方便；②易于实现逆行程自锁，工作可靠；③摩擦阻力较大，传动效率低；④容易磨损，轴向的刚度较差。

滚珠螺旋的特点：①摩擦阻力较小，传动效率高；②磨损小、寿命长、工作可靠性好；③具有运动可逆性，应设防逆动装置；④轴向刚度较高，抗冲击的性能较差；⑤结

构复杂，加工制造较难；⑥预紧后得到很高的定位精度（约达5um/300㎜）和重复定位精度（可达1～2um）。

参照设计要求发现，滑动螺旋和滚动螺旋均可满足要求。拟选定滑动螺旋传动方式。

3.2 丝杆螺母螺旋传动

螺旋传动(screw drive)，利用螺杆螺母的啮合来传递动力及运动的机械传动。主要用于将旋转运动转成直线运动，将转矩转换成推力。

按工作特点，螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。

①传力螺旋:以传递动力为主,它用较小转矩产生较大轴向推力,一般是间歇工作,工作速度不高，而且通常要求能自锁，例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋。

②传导螺旋：以传递运动为主，常要求具有高运动精度，一般是在较长时间内连续工作，工作速度也比较高，如机床的进给螺旋（丝杠）。

③调整螺旋：用于调整固定零件或部件之间的相对位置，一般是不经常转动，要求能自锁，有时也要求很高精度，如机器和精密仪表微调机构的螺旋。

按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动两类。滑动螺旋传动又分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。

滑动螺旋传动：

通常所说的滑动螺旋传动是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋是采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹主要用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度低等原因应用很少;对于受力小和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。

静压螺旋传动：

螺纹工作面间形成的液体静压油膜润滑的螺旋传动。静压螺旋传动的摩擦系数小，传动效率可达到99%,无磨损和爬行的现象,无反向空程,轴向钢度很高,不能自锁,具有传动可逆性,但螺母结构复杂,而且需要拥有一套压力稳定、温度恒定和过滤要求高的供油系统。静压螺旋主要被用作精密机床进给和分度机构的传导螺旋。这种螺旋是用牙较高的梯形螺纹。在螺母每圈螺纹的中径处开有3～6个间隔均匀的油腔。同一母线上的同一侧油腔连通，用一个节流阀控制。油泵将精滤后的高压油注入到油腔，油经过摩擦面间缝隙后由牙根处回油孔流回油箱。当螺杆不受载荷时，牙两侧间隙和油压相同。当螺杆受向左轴向力作用时，螺杆会向左移，当螺杆受径向力作用时，螺杆会向下移。当螺杆受弯矩作用时，螺杆偏转。由于节流阀的作用，在微量移动后各油腔中油压会发生变化，螺杆平衡于某个位置，保持某一油膜厚度。

滚动螺旋传动：

用滚动体在螺纹工作面中实现滚动摩擦的螺旋传动，又称滚珠丝杠传动.滚动体通常为滚珠，也有用滚子的。滚动螺旋传动摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精度以及轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差，但是远比滑动螺旋传动为好。滚动螺

旋传动的效率一般保持在90%以上。它不能自锁，具有传动可逆性；但结构复杂，制造的精度要求高，抗冲击性能较差。它已广泛地被应用于机床、飞机、船舶和汽车等高精度要求或高效率的场合。滚动螺旋传动结构型式，按滚珠循环方式分为外循环和内循环。外循环的导路为一导管,将螺母中的几圈滚珠联成一个封闭循环。内循环用反向器，一个螺母通常有2～4个反向器，将螺母里滚珠分别联成2～4个封闭循环，每圈滚珠只能在本圈内运动。外循环的螺母加工方便，但径向尺寸大。为提高传动精度和轴向刚度，除采用滚珠和螺纹选配外，常用各种调整方法以实现预紧。

3.3传动方案的确定

（1）螺母固定，螺杆转动并移动（见图3-1图1）。这时螺母本身起着支撑作用，简化了结构。虽然精度较高，但轴向尺寸往往很大，刚性较差。

（2）螺杆转动，螺母移动（见图3-1图2）。这种传动形式存在独立的支撑件，结构紧凑（所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小），刚度较大。

图3-1螺旋传动形式

根据设计需要，使丝杆的两端固定，丝杆仅能做旋转运动，这样固定在丝杆上的螺母就可以随着丝杆旋转而作直线运动，通过滑动螺旋将丝杆的旋转运动转换为螺母的直线运动。因此，只要让螺母与工作台固定在一起，工作台就可以随螺母进行水平的直线运动，工作台的运动方向由丝杆的转动方向所决定，因此工作台只能做一维的直线平移。故采用丝杆转动、螺母移动的滑动螺旋传动方式。

传动方案的结构如图所示。

图3-2传动方案结构

3.4丝杆螺纹的设计与校核

3.4.1滑动螺旋传动特点

（1）螺杆每转动一周，螺母移动一个螺距（弹头螺纹）。因为螺距往往很小，所以在转角很大的情况下，能获得很小直线位移量，可大大缩短机构的传动链，因此装置结构紧凑。

（2）有较好的增力作用。只要给主动件一个较小转矩，从动件就能获得较大的转矩。

（3）由于工作台用滑动螺旋设计，存在较大滑动摩擦，致使效率偏低，磨损较快。

3.4.2螺杆材料、热处理及精度

丝杆的制造材料为45号钢。螺纹部分采用表面淬火处理，保证硬度达到45HRC，使螺纹具有较好的强度和韧性。考虑传动工作台的技术要求和安装限制，选取公差等级为h7级的基轴制配合。

3.4.3螺纹数据的初步设计与校核

考虑到实际中轴向力的影响较大，选取梯形螺纹作为基本齿形。根据GB/T 5796.3-2005，。试取（外螺纹）公称直径32，对应的中径30，小径25，螺距1.5。

现实中，滑动螺旋传动的失效性是主要是螺纹的磨损、螺杆的变形或螺纹的断裂等。因此，滑动螺旋传动的校核通常包括耐磨性、刚度、稳定性及强度等方面。根据使用需要，还需进行驱动力矩、效率与自锁等其他方面的计算。

螺纹升角及当量摩擦角

丝杆选用45钢，螺母选用灰铸铁，查表得钢对灰铸铁的摩擦系数，梯形螺纹的牙型角

该滑动螺旋副可以自锁。

轴向力的确定

立式螺旋副上安装电动机，该螺旋副承受的轴向力主要是电动机的重力，选用的电动机重量为16kg，设计中留出预留量，估计最大轴向力。

耐磨性校核

因为磨损的速度与螺纹工作表面大小有直接关系，所以为了提高螺旋传动寿命，必须限制螺纹工作表面压强，即：这里，取梯形螺纹螺纹工作高度。试选用整体式螺母，因而。

这里初步确定螺纹材料为45号钢，为兼顾螺纹的硬度和韧性要求，进行比表面淬火处理，保证HRC在40～50。查表得45号钢的许用压强。显然，有成立，合格。又螺母螺纹扣数，合格。

驱动力矩T、传动效率η及自锁性校核

对于单线螺杆，。视螺旋副克服摩擦力的力矩为其驱动力矩，即

传动效率

显然，，故当驱动力矩去除后，螺旋将会自锁，实现“稳定刹车”。

刚度校核

在长度为1m的螺纹上，因轴向载荷和转矩T作用而产生的螺距累计变化量查表可知，，精度等级合格。

稳定性校核

螺杆在受轴向载荷时，应防止螺杆长度与直径比过大而造成侧向弯曲。显然，有螺杆最大工作长度>螺纹部分长度 >工作行程+螺母高度>工作行程+旋合长度，即螺杆失稳时的临界轴向载荷，。其中，支撑状况选定为两端固定（即轴向和径向均存在载荷作用），取长度系数综上，有（安全系数），合格。

强度校核

按第四强度理论校核螺杆强度，即

杆所受应力查表得45号钢的许用应力

显然，，合格

重复精度校核

由GC-101-60，查得在h7精度等级下每一螺距的螺距误差为，螺距的累积误差为：0.009/25，0.012/100，0.018/300；牙型半角允差为20’。

因此，由螺杆传动造成的重复精度，合格。

至此，所选外螺纹的所有技术指标均已校验完毕，结果在合格范围之内。因而，最终确定所选外螺纹各技术数据如下：公称直径32，小径25，螺距，螺旋升角内外螺纹精度及配合：

材料及热处理：45#钢表面淬火处理（HRC=45）

误差分析：螺距累计误差：0.009/20，0.012/100，0.018/300,工作距离500mm，全长600mm。重复精度被控制在在20内，完全满足设计要求。

3.4.4螺母及配合制的设计与校核

1.配合制

由基轴制，确定内螺纹（螺母）的精度等级为H8级。由GB/T5796.4-2005，对于H8的梯形外螺纹，中径的极限尺寸。

2.螺母的设计与校核

根据GB/T 5796.3-2005，。取（内螺纹）公称直径32，对应的中径30，小径25，螺距1.5。

螺母（工作台）材料使用灰铸铁（HT200）

4导轨的设计与校核

4.1 导轨的选择

立式导轨选择单道燕尾形导轨，卧式导轨选择单道矩形导轨。

4.2 滑动导轨的结构

滑动导轨是基本导轨，其他类型的导轨都是以它做为基础发展起来的。普通滑动导轨滑动面之间呈混合摩擦。与液体摩擦和滚动摩擦导轨相比，具有较大摩擦系数、磨损快、使用寿命短、低速易产生爬行等缺点。但因为结构简单，工艺性好，便于保证精度、刚度，广泛应用在对低速均匀性及定位精度要求不高的场合。所以本设计中根据实际应用情况选用滑动导轨。

滑动导轨常见的截面形状如图1－1所示。其各个平面所起的作用各不相同。在矩形和三角形导轨中，M面主要起支撑作用，N面是保证直线移动精度的导向面，J面是防止运动部件抬起的压板面；而在燕尾形导轨中，M面起导向和压板作用，J面起支撑作用。

图4-1滑动导轨常见的截面形状

(a) 矩形导轨；(b) 三角形导轨；(c) 燕尾槽导轨；(d) 圆柱形导轨

①矩形导轨。图4-1所示矩形导轨制造简单，刚度与承载力大，水平方向与竖直方向上的位移互不影响，因此安装、调整较方便。M面既是保证在垂直面内直线移动精度的导向面，又是承受载荷的主要支承面；N面是保证水平内直线移动精度的导向面。因N面磨损后不能自动补偿间隙，所以需要有间隙调整装置。

②三角形导轨。图4-1所示的山形导轨及V形导轨都称为三角形导轨，当其水平布置时，在竖直载荷作用下，导轨磨损后自动补偿，不会产生间隙，因此其导向性好。但压板面还需要有间隙调整装置。导向性能与顶角有关，顶角越小，导向性越好；当顶角加大，承载能力增加。支承导轨凸三角形时，不易积存较大切削，也不易积存润滑油。

③燕尾槽导轨。图4-1所示的燕尾导轨可以看作是三角形导轨的变形，磨损后不

能够自动补偿间隙，需用镶条调整。两燕尾面起压板面作用，用一根镶条就可以调整水平、竖直方向间隙。这种导轨制造、检验和修理均较复杂，摩擦阻力大。当承受竖直作用力时，它是以支承面为主要工作面，其刚度与矩形导轨相近；当承受颠覆力矩时，其斜面为工作面，其刚度较低。燕尾形导轨主要用于高度小的多层移动部件。两个导轨面间的夹角为55°。

④圆柱形导轨。图4-1所示的圆形导轨制造简单，内孔可以珩磨，外圆经过磨削可达到精密的配合，但磨损后调整间隙比较困难。为防止其转动，可在圆柱表面上开键槽，但不能承受大的转矩。圆柱形导轨往往用于承受轴向载荷的场合，适用于同时作直线运动和转动的场合，如拉床、珩磨机及机械手等。

4.3竖直方向导轨

4.3.1竖直向导轨类型

根据实际精度和应用场合，选择燕尾形滑动导轨。如图4-2所示，

图4-2

这种导轨的主要特点有：

1 结构简单，加工和装备及其使用维修方便。

2 未形成完全液体摩擦时低速易爬行。

3 制造较复杂，磨损不能自动补偿，用一根镶条可调整间隙，尺寸紧凑，调整方便。

选用镶条是为了调整导轨间的间隙，选择是一般要求调整方便，保证刚性，接触良好且便于装配。选择弯头斜镶条。结构尺寸如图4-3,4-4：

图4-2

图4-3

图4-4

由导轨高度为H=10，根据机械设计手册表9.3-11选取并计算求得镶条各数值如下：M4 螺母，D=8mm，c=3mm，l6=8mm，l7=12mm，s=6mm, b1=2mmm, d1=5mm，X=50, Δ1=0.2, Δ2=0.12，l1=l4=10mm，l2=6mm,δ=±4，l3=18mm，L1=70mm，L2=88mm，l5=45mm，e=8.5，a1=9mm，b4=2.1，K=0.3。

4.3.2竖直向导轨压强的计算

（1）计算目的

导轨的压强是影响导轨耐磨性和接触变形的主要因素之一。设计导轨时压强取的过大，则会加剧导轨的磨损；若取的过小，又会增大尺寸，因此应根据具体情况，适当的选择压强的使用值。

（2）导轨面压强计算

每个导轨面上所受的载荷，都可以简化为一个集中力F和一个颠覆力矩M的作用。

由于电动机的重量主要由立式丝杆承受，竖直向燕尾形导轨在水平方向上基本不受外力，因此作用在导轨面上的法向力极小，对竖直向燕尾形导轨的导轨面压强计算可以省略。