【正文】 . 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1） 設(shè)計(jì)功率 dP 計(jì)算 PKP Ad ? （ 2 59) 式中： AK —— 工況系數(shù) ； P—— 傳動(dòng)功率 ， KW； 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ，對(duì)于四自由度測(cè)量平臺(tái) AK 取 ，行星滾柱絲杠的傳動(dòng)功率 P0 = VF? =，又角接觸軸承的傳動(dòng)效率為 .，行星滾柱絲杠的傳動(dòng)效率為 。 （ 3） 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) 已確定的型號(hào)： RV 70? 6 公稱直徑： 70 導(dǎo)程： 6 螺紋長(zhǎng)度： 500 絲杠全長(zhǎng)： 630 精度等級(jí)： G5 級(jí)精度 3 ) 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速也為危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速，是指 在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下 絲杠 在不產(chǎn)生共振所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速 。 6） 行星滾柱絲杠副壽命計(jì)算 我們需要首先計(jì)算每半個(gè)螺母的預(yù)期壽命 )1(10L 、 )2(10L ,也就是得分別計(jì)算每半個(gè)螺母每時(shí)間段載荷和預(yù)緊載荷的合成載荷，再分別計(jì)算半螺母的平均載荷 。未加固部分彎曲撓度計(jì)算 ，將公式 （ 226） 、公式 （ 228） 計(jì)算結(jié)果代入公式 （ 230） 得 EIlMeB 2 2?? = 75 25 ???? ?? = m? 7） 按彎曲撓度確定行星滾柱絲杠的規(guī)格 參考瑞士 ROLLVIS 公司行星滾柱絲杠尺寸規(guī)格，選取行星滾柱絲杠尺寸 D? P 為70? 6。 其中 sr為絲杠的半徑 ， Rr 為滾柱的半徑 ,s? 為絲杠的角速度 ， R? 為滾柱的角速度 ， SC? 為絲杠的旋轉(zhuǎn)角度 ， R? 為滾柱的旋轉(zhuǎn)角度。 （ 3） 軸向接觸剛度 R 查閱相關(guān)資料對(duì)于 FFZD25063 滾珠絲杠， R=900 N/ m? 。 3）預(yù)期額定動(dòng)載荷計(jì)算 （ 1）按滾珠絲杠副預(yù)期工作時(shí)間估算 Cam =caWmhm fffFLn 100603 （ 2 5） 式中： Lh —— 預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)）（ 見(jiàn)表 31） ； fa —— 精度系數(shù)，根據(jù)初定精度等級(jí)選（ 見(jiàn)表 32） ； fc —— 可靠性系數(shù)。 方案二（如圖 23 所示）：將 Z向移動(dòng)結(jié)構(gòu)置于最下方通過(guò)底座固定，傳動(dòng)形式為電機(jī)同步帶輪傳動(dòng)，以減小平臺(tái)高度及體積 。 基于 上述理由， Z方 向采用行星滾柱絲杠實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 行星滾柱絲杠可行性分析 行星滾柱絲杠是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn) 動(dòng)的機(jī)械裝置。 且 當(dāng)儀器由于 X、 Y方向平移不在 Z軸正上方時(shí)，對(duì) Z軸強(qiáng)度要求較高。 四自由度平臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的理論計(jì)算 重點(diǎn)進(jìn)行三向進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、校核以及 Z 向絲杠彎曲撓度， X、 Y 向?qū)к墢澢鷵隙鹊睦碚撚?jì)算 。 （ 2）由于 X 射線 衍射 的 穿透 深度 特別淺 ， 所 能 測(cè)定 部件 的深度 只有 1035 m? ，故其 測(cè)量 的僅為 材料表面的應(yīng)力狀態(tài)，不會(huì) 對(duì)材料造成損傷 ，屬于無(wú)損測(cè)量。 45 行星滾柱絲杠副 11 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 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)。 12 滾珠絲杠傳動(dòng)的校核 21 行星滾柱絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 40 . Z向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 49 結(jié)論 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 。 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 ,稱為應(yīng)力系數(shù) 。 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。 ]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 。 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。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。角 接觸球軸承。 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 =。 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 。 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。 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。 其中 ,Nn 為螺母的頭數(shù) ， s 為螺母螺距 。 5）計(jì)算帶速 v m a 。 2） 滾柱的布置 因?yàn)闈L 柱 在由主絲杠和外部螺母構(gòu)成的螺紋槽中進(jìn)行螺紋傳動(dòng) ，故需要滾珠軸向均勻的分布，對(duì)于相鄰兩根滾珠之間的間距也有規(guī)定。 （ 2）行星滾柱絲杠剛度計(jì)算 絲杠剛度 SC 有下列簡(jiǎn)單公式計(jì)算 LdCS20xx4 ?? （ 2 40) 已知 0d =70mm， L=600mm，代入計(jì)算的 SC =1339 N/ m? 。 ； ① 1v =，工作時(shí)間百分比為 70% ② 2v =,代入得 n2 =10 r/min，工作時(shí)間百分比為 30% 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 由公式 （ 23） 知 nm =n1 1001t +n2 1002t 式中： nm —— 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 ， r/min； t1 、 t2 —— 工作時(shí)間百分比 ； 代入得 nm =100? +10? =73 r/min。 ]10[ 圖 33 行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)示意圖 行星滾柱絲 Z方向彎曲撓度的計(jì)算 豎直方向行星滾柱絲杠軸抗拉強(qiáng)度及撓度計(jì)算 1） 行星滾柱絲杠副慣性矩計(jì)算， 經(jīng)過(guò)反復(fù)選取計(jì)算，當(dāng) 選取行星滾柱絲杠直徑 d=70mm時(shí)， 644dIZ ?? （ 2 25) 計(jì)算慣性矩 ZI = 64704?? = 610? mm3 。 4) 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 72 22 10?? cC Ldfn （ 2 22) 式中： Cn —— 臨界轉(zhuǎn)速 ， r/min； f—— 與支承形式有關(guān)的系數(shù) ； 2d —— 絲杠底徑 ， mm； L2c —— 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度 ， mm； 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 得 f=，又已知 2d =25mm， L2C =492mm， 代入計(jì)算得Cn = 22617 r/min maxn? =100 r/min，顯然不會(huì)產(chǎn)生共振 。 7）計(jì)算 行程補(bǔ)償值與 預(yù) 拉伸力 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) 16 （ 1） 行程補(bǔ)償值 C= ??????? uu LttL? （ 2 10） 式中： C—— 行程補(bǔ)償值 ， m? ； t? —— 溫度變化值 2℃ ~3℃ ； ? —— 絲杠的線膨脹系數(shù) ? 106? /度 ； uL —— 滾珠絲杠副的有效行程（ mm） ? 工作臺(tái)行程 +螺母長(zhǎng)度 +兩個(gè)安全行程 ? 行程 +（ 8~14） Ph ； 選取 t? =2 ℃ ， uL =450+12 ? 6 ? 522mm ， 依 照 上 式 計(jì) 算 得C=? 2? 522? 106? ? m? 。 . 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核 滾珠絲杠的計(jì)算步驟如圖 31 所示 圖 31 滾珠絲杠計(jì)算步驟 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) 12 下述滾珠絲杠副均有精度要求，故選用 P 類(lèi)絲杠副 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph： maxmaxnvPh ? （ 2 1） 式中： hP —— 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 ， mm； maxv —— 滾珠絲杠副最大移動(dòng)速度 ， mm/min； maxn —— 滾珠絲杠副最大相對(duì)轉(zhuǎn)速 ， r/min； 已知 工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 maxv =， 滾珠絲杠副最大相對(duì)轉(zhuǎn)速maxn =100 r/min， 代入得 hP =， 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選 取 hP =6mm。 平臺(tái)的 Z方向?yàn)榇怪边M(jìn)給方向，采用行星滾柱絲杠副實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)進(jìn)給要求。行星絲杠配置簡(jiǎn)單單一的控制系統(tǒng)，便帶來(lái)了無(wú)與倫比的優(yōu)越性。 對(duì)于電液控制系統(tǒng)，響應(yīng)滯后的主要因素有 3個(gè)： 輸入濾波器響應(yīng)時(shí)間、輸出繼電器響應(yīng)時(shí)間、程序執(zhí)行掃描時(shí)間 。對(duì)于三向進(jìn)給機(jī)床與四自由度平臺(tái)的 主要 區(qū)別分析如下： 1) 三向進(jìn)給機(jī)床不需要實(shí)現(xiàn) Z 方向轉(zhuǎn)動(dòng) ，而四自由度平臺(tái)需考慮 Z 向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及其位置安裝方面設(shè)計(jì)問(wèn)題 。 ?? 值 由 衍射晶面 的間距 相對(duì)變化 引起 ， 且 可通過(guò) 衍射峰的位移 計(jì)算 得到 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) 3 )(c o t00 ???? ?? ????? dd （ 1 2） 式中 0? 為 在沒(méi)有 應(yīng)力 狀態(tài)下樣品 衍射峰的布拉格角 ， ?? 為有應(yīng)力 狀態(tài)下樣品衍射峰 的布拉格角 。 . 國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品及研發(fā)現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀 目前殘余應(yīng)力的測(cè)量方法 主要有機(jī)械 法和無(wú)損法 兩大類(lèi) 。 11 . 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核 8 . 四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)初始參數(shù)擬定 1 X射線衍射殘余應(yīng)力測(cè)試的基本原理 1 . 國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品及研發(fā)現(xiàn)狀 1 . 課題的背景 本 文在 X、 Y 方向設(shè)計(jì)了滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)滿足傳動(dòng)進(jìn)給要求， Z 向設(shè)計(jì)了行星滾柱絲杠副結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和一對(duì)圓錐滾子軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。1 國(guó)內(nèi)外殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀 17 . 行星滾柱絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核 20 行星滾柱絲 Z方向彎曲撓度的計(jì)算 29 . 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 53 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 第一章 緒論 . 課題的背景 隨著國(guó)內(nèi)科技進(jìn)步和制造業(yè)發(fā)展，機(jī)械儀器制造的主流趨勢(shì)向著高精密的方向發(fā)展。 （ 3） 也 可 精確測(cè) 量 沿層深 應(yīng)力的 變化 ，但此時(shí)的測(cè)量已經(jīng) 屬于有損的了 ， 需 對(duì)材料進(jìn)行剝除 ， 以便進(jìn)行 逐層測(cè)定。 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析