【正文】 940N 計(jì)算額定動(dòng)靜載荷 由樣本查得 GTB30 的基本額定靜載荷 C0=2150N 取安全系數(shù) 0f =2(一般運(yùn)行狀況下取 1～ 2；輕微沖擊取 2～ 3；受沖擊震動(dòng)取 3～ 5) 代入得： max0FC = 9402150 =＞ 0f =2 滿足要求 剛度計(jì)算：計(jì)算光杠中點(diǎn) H 的彈 性位移 在支架及噴頭重力作用下，中點(diǎn)有彈性位移 Z? （向下） Z? = MEdLI ? 式中： IL ：支撐長度 E ：材料彈性模量，對于鋼 E = 105MPa d : 光杠直徑 M ：軸受變矩 M =LF 代入得 : Z? = 確定滾動(dòng)導(dǎo)套副的編號(hào)為 : GTB30t2 1000P 導(dǎo)軌防護(hù)罩 導(dǎo)軌的維護(hù)對機(jī)械的壽命影響很大。 滾動(dòng)導(dǎo)套副選型計(jì)算 選型 進(jìn)給滾珠絲杠為 FFZD25053P3/1380 1289 故由滾動(dòng)直線導(dǎo)套副尺寸系列中初步選定采用 GTB30t1 型滾動(dòng)直 線導(dǎo)套副。微量移動(dòng)靈活、準(zhǔn)確，低速時(shí)無蠕動(dòng)爬行。本次設(shè)計(jì)為噴丸機(jī)機(jī)架由經(jīng)驗(yàn)估計(jì)重量約 100 千克，輕便無預(yù)加載荷故適用。為了使?jié)L 動(dòng)導(dǎo)套變形均勻，滾動(dòng)導(dǎo)套的軸向縫隙與支架的軸向縫隙應(yīng)成 90186。因此，滾動(dòng)導(dǎo)套副屬于無限循環(huán)的滾動(dòng)導(dǎo)軌，而保持架還有反向器的作用。滾動(dòng)導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)由套筒、保持架、滾珠（ 承載滾珠和回珠）、帶橡膠密封的擋圈構(gòu)成。 圖 螺旋鋼帶保護(hù)套 密封 滾珠螺母的 兩端密封圈用聚四氟乙烯或尼龍制造的接觸式密封圈。 防護(hù) 滾珠絲杠防護(hù)套有伸縮套管式、折疊式和螺旋鋼帶保護(hù)套。每周檢查一次滾珠絲杠，當(dāng)選用潤滑油時(shí)，油中不能有金屬異物或污染物。滾珠絲杠的潤滑可選用油或脂。 表 工作參數(shù) 加工方式 進(jìn)給速度 Vi(m/min) 工時(shí)百分比 % 絲杠軸向載荷 (N) 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min 一般加工 1 70 1000 100 最高加工速度 3 20 1000 300 快速進(jìn)退 10 1000 750 Ph = maxmaxniV? 式中： Ph ：滾珠絲杠副的導(dǎo)程 mm Vmax ：最大行程 3m/min nmax ： 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 1500r/min i ： 傳動(dòng)比齒輪一級(jí)減速 i= 代入得 ， Ph = 4 mm 圓整為 Ph = 5 mm 如以上所算，相同工況下噴頭支架滾珠絲杠副所選導(dǎo)程與運(yùn)動(dòng)支架滾珠絲杠副相同，并且噴頭支架重量為 W1=200N，這樣為了計(jì)算選型以及采購和安裝的方便 我們決定采用與運(yùn)動(dòng)支架滾珠絲杠副相 同型號(hào)的滾珠絲杠作為噴頭支架滾珠絲杠副，即確定其型號(hào)為 FFZD25053P3/15071186。 1 滾珠絲杠副的極限轉(zhuǎn)速 nc 的校驗(yàn)（避免高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生共振） nc = AEILK C ?? ? 2221 260 = 7222 10?CLdf 式中： nc ：極限轉(zhuǎn)速 E ：楊式彈性模量 105MPa ? ：材料密度，鋼的密度為 106Kg/mm3 I ：絲杠的最小斷面二次距 I= 4264d?mm A ：絲杠的最小橫截面積 A= 2241d? 1K ：安全系數(shù) 一般取 f 、 ? ： f 取 ? 取 d2= LC2 : 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度 LC2=L1L0=1320 代入得： nc =2753r/min nc≥ nmax=1500 r/min 1 Dn 值校驗(yàn) Dn=DPW （ 2）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度驗(yàn)算： △≤ 反向差值 即 minK ≥反向差值 F 反向差值即重復(fù)定位精度 10μm 代入得： minK =98≥ 50 故傳動(dòng)系統(tǒng)剛度滿足要求。支承形式為兩端支承時(shí)： SK = ? ? 3112 104 ??? aLa ELd? 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 共 45 頁 當(dāng) a=121L(即處在兩端支承的中點(diǎn) )時(shí)，剛度最小 minsK = 2122 10?Ld 式中： 1L ：兩支承間的距離 1L =1256mm 2d : 滾珠絲杠螺紋底徑 2d = 代入得： minsK =257N/μm 當(dāng) a= 0L (螺母在行程起點(diǎn)處 )時(shí)剛度最大 maxsK = 2010122 10)(4 ?? LLL Ld 代入得： maxsK =1034 N/μm （ 3）支承軸承組合剛度 bK 一對預(yù)緊軸承的組合剛度 0BK = ?53 m a nSiFZd aQ? 式中： 0BK ：一對預(yù)緊軸承的組合剛度 μm Qd ：滾珠直徑 Qd = Z ：滾珠數(shù) Z =15 maxaF ：最大軸向載荷 ? ：軸承接觸角 ? =60186。m符合要求。m 電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 N電動(dòng)機(jī)樣本查得 mt =5ms 代入得： Tam = 則： JL = 105 Kgm 滾珠絲杠預(yù)加載荷 Fp 產(chǎn)生的預(yù)緊力矩 Tp(N 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì) （ 1）絲杠螺紋長度 Ls： Ls=Lu+2Le， 由表二查得余程 Le=40 繪制工作圖如下： 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 45 頁 Ⅰ ⅡA 圖 滾珠絲杠副工作圖 （ 2）兩固定支承距離 L1 按樣本查出螺母安裝聯(lián)接尺寸 絲杠全長 1507mm （ 3）行程起點(diǎn)離固定支承距離 L0 由工作圖得： Ls = 1186 L1 = 1256 L = 1507 L0 = 40 電機(jī)選擇 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 110BF003 步距角 316N/m （ 1）作用在滾珠絲杠副上各種轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩 TF（ N 對預(yù)緊絲杠副，確定其預(yù)緊力 FP 由于選擇 FFZD 預(yù)緊螺母形式的滾珠絲杠副，則需規(guī)定預(yù)緊力 FP。 （ 2）由計(jì)算出的 Ph ， Cam ， d2m 在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副， Ph = 5mm Cam = 7819N d2m = 查絲杠產(chǎn)品確定本設(shè)計(jì)選型為： FFZD25053，其技術(shù)參數(shù)如下： Ph = 5mm Ca = 9KN≥ Cam = 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 45 頁 d2 = ≥ d2m = 螺母長度 L=83mm，額定動(dòng)載 C0a=17KN，剛度 R=536N﹒ μm1 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 3 卷查得， Ph = 5mm 時(shí)，剛球直徑 Dω=（ ?81 ），公稱直徑dω=25mm， 螺紋升角λ =3186。 代入得 : Cam = （ 2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載 Fmax計(jì)算： 式中 : fe : 預(yù)加載荷系數(shù)，取 fe = 代入得 : Cam = 4977N 取以上兩種結(jié)果的最大值 Cam = 7819N 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋直徑 （ 1）估算絲杠允許的最大軸向變形量 δm ①按規(guī)定 δm = min0KF ≈（ 31 ～ 41 ）重復(fù)定位精度 ②按規(guī)定 δm ≈（ 41 ～ 51 ）定位精度 已知：重復(fù)定位精度為 10μm、定位精度為 25μm 則 ① δm = 3μm ② δm = 6μm 取兩種結(jié)果最小值 δm = 3μm （ 2）估算滾珠絲杠副的最小螺紋底徑 d2m 取絲杠安裝方式為兩端固定形式如圖 所示 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 45 頁 圖 滾珠絲杠安裝方式示意圖 式中： E : 楊式彈性模量 105MP δm : 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量 μm F0 : 導(dǎo)軌靜摩擦力 N 。螺母 2 的凸緣上有外齒，分別與緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈 4（或滑塊）嚙合，其齒數(shù)分別為 Z1 和 Z2，且 Z2=Z1+1。這樣的結(jié)構(gòu)螺母的外型尺寸小和滑動(dòng)螺旋副大致相同。縱向絲杠支承形式采用第（ 4）種形式，使支承可靠，承載能力大，同時(shí)可以在溫升時(shí)使熱變形轉(zhuǎn)化為預(yù)緊力。 （ 4）兩端裝推力軸承及向心球軸承如圖 d，為使絲桿具有最大的剛度，它的兩端可用雙重支承，即推力軸承加向心軸承，并施加預(yù)緊拉力。只適用于短絲桿，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的立向（垂直）坐標(biāo)中 。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持 良好的配合，并應(yīng)保證孔對端面的垂直度。有時(shí)為減小徑向尺寸，不用襯套，直接將兩個(gè)滾珠螺母裝入有鍵槽的螺母座中 [12]。導(dǎo)向平鍵限制兩個(gè)滾珠螺母的相對運(yùn)動(dòng)。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 45 頁 (a) (b) 圖 雙螺母齒差預(yù)緊（ ） （ 3） 雙螺母墊片預(yù)緊（圖 ）。有兩個(gè)滾珠螺母體相反方向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致兩個(gè)滾珠絲桿的接觸點(diǎn)產(chǎn)生軸向位移 hp?? 。這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，調(diào)整預(yù)緊力不方便，因此使用不廣泛。將滾珠螺母體與雙聯(lián)齒輪脫開，然后兩個(gè)滾珠螺母體向相同方向各轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，再與雙聯(lián)齒輪嚙合，這樣兩個(gè)滾珠螺母在圓周方向有了相對旋轉(zhuǎn)。減少間隙常采用雙螺母消隙。 典型滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu) 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 45 頁 圖 單螺母外循環(huán)滾動(dòng)螺旋副 1－螺母 2－套 3－鋼球 4－螺旋槽返回通道 5－擋球器 6－絲杠 圖 雙螺母外循環(huán)螺紋調(diào)整式滾動(dòng)螺旋副 1－螺母 2－擋球器 3－鋼球 4－絲杠 5－墊圈 6－圓螺母 圖 雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動(dòng)螺旋副 1－螺母 2－調(diào)整墊片 3－返向器 4－鋼球 5－絲杠 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 45 頁 圖 雙螺母內(nèi)循環(huán)齒差調(diào)整式滾動(dòng)螺旋副 1－螺母 2－內(nèi)齒圈 3－返向器 4－鋼球 5－絲杠 軸向間隙的消除 軸向間隙通常是指絲杠和螺母之間無現(xiàn)對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲桿螺母之間的最大軸向竄動(dòng)。 （ 6）制造工藝復(fù)雜。 （ 2）給予適當(dāng)預(yù)緊，殼消除絲桿和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好。滾珠絲杠副按預(yù)緊方式分類（見表 ）所示 [10]。 （ 1）按滾道螺旋面的法向截型分類 通過滾珠中心并垂直于滾道螺旋面的平面和滾道表面的交線稱滾道法向截形，常用的滾道法向截形有兩種：單圓弧形和雙圓弧形。 滾珠絲杠副由滾珠、滾珠絲杠、滾珠螺母、滾珠循環(huán)裝置（又稱反向器）組成（見圖 ）。 高壓水射流噴丸機(jī)床的設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)主要對高壓水射流噴丸機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)參數(shù)如下： （ 1）噴頭最大工作行程 X 軸（縱向） 1m Y 軸（橫向） 1m （ 2）噴頭最高移動(dòng)速度 15m/min 最大工作速 度 3m/min （ 3）噴嘴數(shù)量 1 個(gè) （ 4）靶距 H=200mm （ 5）旋轉(zhuǎn)夾具所夾工件最大軸徑 50mm 所夾工件最大長度 700800mm 同時(shí)在已有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上利用水射流產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力結(jié)合表面處理工藝使該系統(tǒng)在原有基礎(chǔ)上具有對工件進(jìn)行噴丸硬化處理的功能，以提高機(jī)床的實(shí)用價(jià)值。初定 X 軸、 Y 軸均采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝置和線性導(dǎo)軌，這樣可以具有高度的運(yùn)動(dòng)精度，在數(shù)控系統(tǒng)的程序控制下可實(shí)現(xiàn)對 平 面運(yùn)動(dòng)。但其鋼丸供給均勻、能實(shí)現(xiàn)精確連續(xù)供丸、易調(diào)節(jié)，故本設(shè)計(jì)選用。收集箱：置于切割工作臺(tái)下面，回收切割后的水和磨料，吸收切割后剩余能量，具有集液、消能、降噪、防濺和安全保護(hù)等作用。切割裝置：將工作介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，產(chǎn)生高能流束切割工件。目前雖然磨 料射流切割設(shè)備的形式較多，但其組成基本類同，主要包括供水系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、磨料供給系統(tǒng)、切割頭裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、工作臺(tái)、收集箱等幾部分。工作臺(tái)面尺寸為 1m 1m，平面內(nèi) x、 y 方向進(jìn)給采用步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)滾珠絲杠副，實(shí)現(xiàn)噴嘴的平面運(yùn)動(dòng)。 我國第一臺(tái)高壓水 /后混合磨料射流切割設(shè)備 — SHG1 雙坐標(biāo)數(shù)控高壓水切割機(jī)，于 1985 年由航空 工藝研究所研制成功。兩者的結(jié)合，正好像使其在切割材料時(shí)猶如一把軸向“鋸刀”加工一樣。在超高壓水射流中混入磨料，磨料顆粒便被加速，形成磨料高壓水射流，可以切割石才、金屬等硬質(zhì)材料 [5]。自 20 世紀(jì) 80 年代末以來，我國依靠自己的力量，自主開發(fā)成功了各類超高壓水射流切割設(shè)備，并開始 了大量的工藝試驗(yàn)研究。 超高壓水射流加工是利用高壓、高速的細(xì)徑液流作為工作介質(zhì)，對工件表面進(jìn)行噴射，依靠液流產(chǎn)生的沖擊作用去除材料，實(shí)現(xiàn)對工件的切割。在最近十多年里，水中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 45 頁 射流 (WJ、 AWJ)切割技術(shù)和設(shè)備有了長足