【正文】 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 RV系列： nd?0 ? 140000 （ 2 44) 已知 0d =70mm， maxn =100 r/min，代入計(jì)算得 ： nd?0 =7000? 140000 絲杠的臨界轉(zhuǎn)速 206 1101 0 8 Ldn kr ??? （ 2 45) 已知 0d =70mm， L=500mm，代入計(jì)算得 krn =21000 r/min。 2） 剛度驗(yàn)算及精度選擇 （ 1） 行星滾柱絲杠的整體剛度 RCCC Smeges 1111 ??? （ 2 43) 代入計(jì)算得 gesC = N/ m? 。 圖 36 不同支承方式下的修正系數(shù) 又已知 0d =70mm， L=600mm，代入計(jì)算得 knzulF =1355KN。 hnL = 6073 10?? =2 710? （小時(shí)） 行星滾柱絲杠的校核 1） 剛度計(jì)算 （ 1）螺母剛度計(jì)算 3/1nkmme FffC ??? （ 2 39) 依據(jù)下表選取 mf =，剛度系數(shù) kf =，軸向力 nF 按照標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊力計(jì)算，即：nF = vF =3396N。 6310 10)1()1( ?????????? maF CL （ 2 35) 已知 C=， )1(maF =1980N， 代入計(jì)算得 ： )1(10L =? 1012 （轉(zhuǎn)數(shù)） 。 （ 4）軸承預(yù)緊力 由公式 （ 212） max31 BBP FF ? 代入得 BPF =6509N。 2） 確定 行星滾柱 絲杠副預(yù)緊力 由于行星滾柱絲杠對(duì)每個(gè)時(shí)間段都需要零齒隙，預(yù)緊力應(yīng)該按照最大的載荷力計(jì)算： maxFFv ? （ 2 32) 式中： maxF —— 最大軸向工作載荷 ； 其中 maxF =1200N， 則 vF =1200N。 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 圖 35 RV 行星滾柱絲杠尺寸規(guī)格圖 行星滾柱絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1） 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷 （ 1） 當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算 快速進(jìn)給方式下，絲杠轉(zhuǎn)速 由公式 （ 22） 知 hii Pvn? 式中： in —— 絲杠轉(zhuǎn)速 ， r/min， i= mm） 。 2） 行星滾絲杠副彎曲截面系數(shù)計(jì)算 對(duì)于行星滾柱絲杠 ZW = 2/dIZ （ 2 27) 代入 公式 （ 225） 計(jì)算結(jié)果得 ZW = 410? mm3 。擋圈 3,用來(lái)鎖緊擋板。 因?yàn)?滾柱與螺母 沒(méi)有 軸向 上 的相對(duì)運(yùn)動(dòng) ， 故 不要滾珠絲杠式的 循環(huán)裝置。行星滾柱絲杠工作原理與行星輪系 有 一定的 相似 之處 ， 當(dāng)滾柱 絲杠 滾動(dòng)時(shí) ，它與主絲杠和外部螺母的接觸 形成螺紋傳動(dòng) 。 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 6）驗(yàn)算額定靜載荷 oaaa CFf ?max （ 2 24) 式中： af —— 靜態(tài)安全系數(shù)，一般取 1~2，有沖擊及振動(dòng)時(shí)取 2~3； maxaF —— 滾珠絲杠副最大軸向載荷 ， N； oaC ：滾珠絲杠副軸向基本額定靜載荷 ， N； 取 af =，又 maxaF =240N， 代入得 maxaaFf =360? oaC =。 （ 4） 確定精度 pV300 )300( mmm ???? 定位精度 （ 2 21) 式中： pV300 —— 任意 300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量 （ 對(duì)半閉環(huán)系 統(tǒng)言 ） ； 定位精度為 15 m? /300mm， 計(jì)算得 pV300 ? 12 m? ， 查閱 《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 ，滾珠絲杠精度等級(jí) 3級(jí)。 2) 剛度驗(yàn)算及精度選擇 （ 1） RKKK bs 1111 m inm in ??? （ 2 17) 代入求得 minK = ? 。 (2) 支承軸承剛度 ① 預(yù)緊軸承的剛度 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3 5m a x20 s ?aQB FZdK ??? （ 2 16) 式中： 0BK —— 預(yù)緊軸承的剛度 ， N/ m? ； Qd —— 滾珠直徑 ， mm； Z —— 滾珠數(shù) ； maxaF —— 最大軸向工作載荷 ， N； ? —— 軸承接觸角 ； 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》后，設(shè)計(jì) Qd =， Z =12 ， 又已知 maxaF = ? =60176。角 接觸球軸承。 由 hP =6mm ， Cam =， md2 = 選取滾珠絲杠規(guī)格為 FFZD25063，hP =6mm， Cam =， md2 =25mm。一般情況下 fc =，要求一組同樣的滾珠絲杠副在同樣條件下使用壽命超過(guò)希望壽命的 90%以上時(shí)， fc （ 見(jiàn)表 33）選 ； fW —— 負(fù)荷系數(shù)。 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 第 三 章 四自由度平臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的理論計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)的理論計(jì)算是四自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的重要部分。 Z想轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于 Z向移動(dòng)結(jié)構(gòu)上方（即 X、 Y 結(jié)構(gòu)下方）， X、 Y 向結(jié)構(gòu)安裝于最上方。 但其放置位置尚未確定。中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 按照上述原則， Z 方向初始參數(shù)確定如下： 工 作臺(tái)軸向最高移動(dòng)速度 maxv =， Z 方向所承受重量約為 1200N， 行星滾柱 絲杠副定位精度 30 m? /300mm，全行程定位精度 50 m? ，重復(fù)定位精度 30 m? ，安裝方式為一端固定一端自由，所選電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 maxn =20xx r/min。 對(duì)于 此四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái) ， X、 Y 方向性能基本相同，故可將 X、 Y 方向設(shè)置為相同參數(shù)，進(jìn)而減少設(shè)計(jì)計(jì)算量，同時(shí)也降低加工 及安裝 難度。 . Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的擬定 平臺(tái) Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，對(duì)于此四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)，其 Z向裝動(dòng)結(jié)構(gòu) 既受向下軸向力又受傾覆力矩 。 。 行星滾柱絲杠 體積小，工作壽命長(zhǎng)，日常無(wú)需維護(hù)，不存在液壓缸的液體滲漏情況，噪音顯著 減小 行星滾柱絲杠與滾珠絲杠的性能對(duì)比： 負(fù)載與硬度：行星滾柱絲杠為受力多線接觸，而滾珠絲杠為受力多點(diǎn)接觸。 行星滾柱絲杠的傳動(dòng)力的方式是與眾不同的，在主螺紋絲杠周?chē)?，行星布置安裝了 68個(gè)螺紋滾柱絲杠，這樣將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲杠或螺母的 直線運(yùn)動(dòng)。與梯形絲杠、滾珠絲杠的傳動(dòng)方式有點(diǎn)相近，但不同點(diǎn)則是：行星絲杠能夠在極其艱苦的工作環(huán)境下承受重載上千個(gè)小時(shí)，這樣就使得行星絲杠成為要求連續(xù)工作制應(yīng)用場(chǎng)合的理想選擇。因?yàn)?此平臺(tái) 定位精度要求達(dá)到 微米 級(jí)，所以必須保證三根滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng) 形式 完全相同，尤其是滾珠絲杠停止轉(zhuǎn)動(dòng)以及方向改變時(shí)， 而這對(duì)于加工及安裝精度要求過(guò)高，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下很難達(dá)到，而且此種設(shè)計(jì)同樣也會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)體積增大。 ]6[ 隨著科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步，電液控制系統(tǒng)的滯后時(shí)間進(jìn)一步縮短，液壓傳動(dòng)的最低速度進(jìn)一步降低，使液壓傳動(dòng)的 定位精度大幅度提高，已經(jīng)可以達(dá)到本課題所要求的微米級(jí)精度 ，可滿足方案設(shè)計(jì)要求，但因我們?cè)O(shè)計(jì)的四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)為便攜式，若在此平臺(tái)中增加液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)體積將會(huì)增大，且不易于攜帶，故此方案并不理想 。一般?minv ~。經(jīng)過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，收集整理后提出以下幾種解決方案進(jìn)行可行中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 性分析。在此結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)軌承受 Xray殘余應(yīng)力分析 儀器的重 量，滾珠絲杠副傳動(dòng)只需克服摩擦力即可。 3) 機(jī)床 Z 向安裝可采用兩端固定的方式，但對(duì)于四自由度平臺(tái) ，由 于平臺(tái)上需放置 Xray 殘余應(yīng)力 測(cè)量?jī)x器，故 Z 向只能采用一端固定一端自由的安裝方式，由此衍生出 Z 向彎矩、撓度等問(wèn)題需解決。 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 第 二 章 四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的擬定 對(duì)于此四 自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)，需實(shí)現(xiàn) X、 Y、 Z 方向平動(dòng)和 Z 向轉(zhuǎn)動(dòng) 。在計(jì)算過(guò)程中確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中比較重要的尺寸參數(shù)。 本論文以滿足 X射線衍射殘余應(yīng)力測(cè)試四自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為核心問(wèn)題展開(kāi)研究 ， 重點(diǎn)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)與論述。 式中 ， K是由樣品的材質(zhì)以及衍射面所選定 HKL決定， 若前述樣品材質(zhì)及所選定 HKL不變時(shí)， K為定值 ,稱(chēng)為應(yīng)力系數(shù) 。由 波長(zhǎng)為 ? 的 X射線 ， 以不同的入射角 ? 先后數(shù)次 照射到 樣品 上 ， 測(cè) 得 對(duì)應(yīng) 的衍射角2? ， 求出 2? 關(guān)于 ?2sin 的斜率 M， 便可 計(jì) 算出 其 內(nèi)應(yīng)力 ?? ，其原理如圖 11所示 圖 11 X 射線衍射原理圖 X射線衍射法一般 為 測(cè) 量樣品 表面某一方向上的內(nèi)應(yīng)力 ,因 此需 運(yùn)用材料 力學(xué) 的方法 求出 ?? 。即 測(cè)量中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 構(gòu)件 上的應(yīng)力 所用的方法為無(wú) 直接 接觸 法 ， 特別是 在研究 構(gòu)件各種表面強(qiáng)化技術(shù) 處理機(jī)理，檢測(cè)其工藝 的 效果，以及控制表面機(jī)加工質(zhì)量等 諸多 方面 有著極其 重要 的意義。由電腦 控制專(zhuān)用 的 應(yīng)力 測(cè)量?jī)x，配備相關(guān) 軟件， 可以 進(jìn)行 衍射線強(qiáng)度 的 修正、 進(jìn)行 峰值定位及計(jì)算 應(yīng)力 等 各方面 工作，使 整個(gè) 測(cè)量變得簡(jiǎn)單 、 快速 。主要 有取條 法、 切槽 法、 鉆孔法和剝層法等，其中 破壞性最小是淺盲孔法 ?；谏鲜?現(xiàn)狀，本課題旨在設(shè)計(jì)一種四自由度（即 X、 Y、 Z三維平動(dòng)和 Z向轉(zhuǎn)動(dòng)）全自動(dòng) Xray殘余應(yīng)力分析系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)平臺(tái)， 并 使 X射線衍射法測(cè)量殘余應(yīng)力機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微米級(jí)定位。 49 結(jié)論 43 第五章 平臺(tái)三維布局及造型輔助設(shè)計(jì) 40 . Z向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 行星滾柱絲杠相關(guān)參數(shù)的確定 21 行星滾柱絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 20 行星滾柱絲杠原理及結(jié)構(gòu)介紹 12 滾珠絲杠傳動(dòng)的校核 6 行星滾柱絲杠可行性分析 5 液壓傳動(dòng)可行性分析 采用 Pro/E 軟件進(jìn)行三維模型繪制，重點(diǎn)繪制了行星滾柱絲杠副，滾珠絲杠副三維模型結(jié)構(gòu)，最終構(gòu)造四自由度平臺(tái)三維整體模型，另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)預(yù)緊、預(yù)拉伸、調(diào)隙及軸承固定等具體結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了設(shè)計(jì)。中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 ： Xray殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 ：趙英華 指導(dǎo)教師 ：龔海 學(xué) 院 ：機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) ：機(jī)械 1005班 完成時(shí)間 ： 20xx年 5月 27日 本科生院制 20xx 年 5 月 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 摘要 目前，國(guó)內(nèi)殘余應(yīng)力測(cè)量機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)或半手動(dòng) 裝置且定位精度不高，無(wú)法滿足制造業(yè)需求。 確定 了 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要尺寸參數(shù)，其中著重進(jìn)行了三向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。5 . X、 Y方向傳動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)的擬定 6 傳統(tǒng)滾珠絲杠可行性分析 8 . 四自由度平臺(tái)布局形式的確定 9 第三章 四自由度平臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的理論計(jì)算 11 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 24 行星滾柱絲杠的校核 35 . 底座螺栓的校核 36 第四章 四自由度平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)原理性