【正文】 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 29 RV系列： nd?0 ? 140000 （ 2 44) 已知 0d =70mm， maxn =100 r/min，代入計算得 ： 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，代入計算得 krn =21000 r/min。 2） 剛度驗算及精度選擇 （ 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，代入計算得 knzulF =1355KN。 hnL = 6073 10?? =2 710? （小時） 行星滾柱絲杠的校核 1） 剛度計算 （ 1）螺母剛度計算 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)緊力計算，即：nF = vF =3396N。 6310 10)1()1( ?????????? maF CL （ 2 35) 已知 C=， )1(maF =1980N， 代入計算得 ： )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每個時間段都需要零齒隙，預(yù)緊力應(yīng)該按照最大的載荷力計算： 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 24 圖 35 RV 行星滾柱絲杠尺寸規(guī)格圖 行星滾柱絲杠傳動的設(shè)計 1） 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷 （ 1） 當(dāng)量轉(zhuǎn)速計算 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)計算 對于行星滾柱絲杠 ZW = 2/dIZ （ 2 27) 代入 公式 （ 225） 計算結(jié)果得 ZW = 410? mm3 。擋圈 3,用來鎖緊擋板。 因為 滾柱與螺母 沒有 軸向 上 的相對運(yùn)動 ， 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 滾動時 ，它與主絲杠和外部螺母的接觸 形成螺紋傳動 。 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 20 6）驗算額定靜載荷 oaaa CFf ?max （ 2 24) 式中： af —— 靜態(tài)安全系數(shù)，一般取 1~2，有沖擊及振動時取 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)的行程變動量 （ 對半閉環(huán)系 統(tǒng)言 ） ； 定位精度為 15 m? /300mm， 計算得 pV300 ? 12 m? ， 查閱 《 機(jī)械設(shè)計手冊 》 ，滾珠絲杠精度等級 3級。 2) 剛度驗算及精度選擇 （ 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 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)計手冊》后，設(shè)計 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希望壽命的 90%以上時， fc （ 見表 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 11 第 三 章 四自由度平臺傳動系統(tǒng)的理論計算 傳動系統(tǒng)的理論計算是四自由度平臺結(jié)構(gòu)總體設(shè)計的重要部分。 Z想轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)安裝于 Z向移動結(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 9 按照上述原則， Z 方向初始參數(shù)確定如下： 工 作臺軸向最高移動速度 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。 對于 此四自由度結(jié)構(gòu)平臺 ， 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)計計算量，同時也降低加工 及安裝 難度。 . Z方向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的擬定 平臺 Z方向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu) 設(shè)計較為簡單，對于此四自由度結(jié)構(gòu)平臺，其 Z向裝動結(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，日常無需維護(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力的方式是與眾不同的，在主螺紋絲杠周圍，行星布置安裝了 68個螺紋滾柱絲杠，這樣將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為絲杠或螺母的 直線運(yùn)動。與梯形絲杠、滾珠絲杠的傳動方式有點(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小時，這樣就使得行星絲杠成為要求連續(xù)工作制應(yīng)用場合的理想選擇。因為 此平臺 定位精度要求達(dá)到 微米 級，所以必須保證三根滾珠絲杠的運(yùn)動 形式 完全相同，尤其是滾珠絲杠停止轉(zhuǎn)動以及方向改變時， 而這對于加工及安裝精度要求過高，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下很難達(dá)到，而且此種設(shè)計同樣也會導(dǎo)致平臺體積增大。 ]6[ 隨著科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步，電液控制系統(tǒng)的滯后時間進(jìn)一步縮短，液壓傳動的最低速度進(jìn)一步降低，使液壓傳動的 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精度 ，可滿足方案設(shè)計要求，但因我們設(shè)計的四自由度結(jié)構(gòu)平臺為便攜式，若在此平臺中增加液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)體積將會增大，且不易于攜帶，故此方案并不理想 。一般?minv ~。經(jīng)過查閱國內(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 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，但對于四自由度平臺 ，由 于平臺上需放置 Xray 殘余應(yīng)力 測量儀器，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 5 第 二 章 四自由度結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計方案的擬定 對于此四 自由度結(jié)構(gòu)平臺，需實現(xiàn) X、 Y、 Z 方向平動和 Z 向轉(zhuǎn)動 。在計算過程中確定傳動結(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)力測試四自由度運(yùn)動平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計為核心問題展開研究 ， 重點(diǎn)進(jìn)行以下幾個方面的設(shè)計與論述。 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， K為定值 ,稱為應(yīng)力系數(shù) 。由 波長為 ? 的 X射線 ， 以不同的入射角 ? 先后數(shù)次 照射到 樣品 上 ， 測 得 對應(yīng) 的衍射角2? ， 求出 2? 關(guān)于 ?2sin 的斜率 M， 便可 計 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 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 2 構(gòu)件 上的應(yīng)力 所用的方法為無 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 控制專用 的 應(yīng)力 測量儀，配備相關(guān) 軟件， 可以 進(jìn)行 衍射線強(qiáng)度 的 修正、 進(jìn)行 峰值定位及計算 應(yīng)力 等 各方面 工作，使 整個 測量變得簡單 、 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)計一種四自由度（即 X、 Y、 Z三維平動和 Z向轉(zhuǎn)動）全自動 Xray殘余應(yīng)力分析系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)平臺， 并 使 X射線衍射法測量殘余應(yīng)力機(jī)構(gòu)實現(xiàn)微米級定位。 49 結(jié)論 43 第五章 平臺三維布局及造型輔助設(shè)計 40 . Z向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 行星滾柱絲杠相關(guān)參數(shù)的確定 21 行星滾柱絲杠傳動的設(shè)計 20 行星滾柱絲杠原理及結(jié)構(gòu)介紹 12 滾珠絲杠傳動的校核 6 行星滾柱絲杠可行性分析 5 液壓傳動可行性分析 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)造四自由度平臺三維整體模型，另外，在設(shè)計過程中對預(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。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 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 題 目 ： Xray殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 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 專業(yè)班級 ：機(jī)械 1005班 完成時間 ： 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 1 摘要 目前，國內(nèi)殘余應(yīng)力測量機(jī)構(gòu)多為手動或半手動 裝置且定位精度不高，無法滿足制造業(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)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算及校核。5 . X、 Y方向傳動進(jìn)給結(jié)構(gòu)的擬定 6 傳統(tǒng)滾珠絲杠可行性分析 8 . 四自由度平臺布局形式的確定 9 第三章 四自由度平臺傳動系統(tǒng)的理論計算 11 滾珠絲杠傳動的設(shè)計 24 行星滾柱絲杠的校核 35 . 底座螺栓的校核 36 第四章 四自由度平臺主體結(jié)構(gòu)原理性