【正文】 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 四自由度平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)原理性設(shè)計(jì) 重點(diǎn)進(jìn)行四自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)各方向預(yù)拉伸力、預(yù)緊力的施加方式，滾珠絲杠副間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。 液壓傳動(dòng)可行性分析 液壓傳動(dòng)可以承受較大平臺(tái)重量， 對(duì)于本課題的儀器重量完全可以承 受，但其定位精度能否達(dá)到微米級(jí)呢？ 影響液壓傳動(dòng)定位精度的因素主要有液壓傳動(dòng)的移動(dòng)速度和電液控制系統(tǒng)的響應(yīng)滯后時(shí)間，理論上，兩者的乘積即為定位誤差。 行星滾柱絲杠載荷傳遞元件為螺紋滾柱，是典型的線接觸；而滾珠絲杠載荷傳遞元件為滾珠，是點(diǎn)接觸。 查閱相關(guān)資料 ， 可采用相對(duì)安裝的一對(duì)圓錐滾子軸承構(gòu)成的回轉(zhuǎn)支承，作為滾動(dòng)回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌使用。 圖 22 平臺(tái)布局方案一 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) 10 圖 23 平臺(tái)布局方案二 考慮到 Z向所受負(fù)載較大，且質(zhì)量較大，若置于 X、 Y向?qū)к壣戏?（即方案一） ，有可能導(dǎo)致失穩(wěn)。根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)（ 見表 34）選 ； 已經(jīng)求得 nm =73 r/min， Fm =240N，根據(jù)表 1選取 Lh =15000（小時(shí)），根據(jù) 表 32選取 fa =1，根據(jù) 表 33選取 fc =，根據(jù) 表 34選取 fW = 代入上式計(jì)算得 ?? ?????amC =。 RKKK bs 1111 m a xm a x ??? （ 2 18) 代入求得 maxK = N/ m? 。 圖 32 行星滾柱絲杠工作原理圖 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) 21 行星滾柱絲杠 的結(jié)構(gòu) 如圖 33所示 ， 主要 的 組成 部件 有 ： 絲杠 1， 其螺紋牙型是直角 三角形螺紋 (至少是 三 頭螺紋 ， 實(shí)際選用為六頭螺紋 )，螺母 7,其內(nèi)螺紋牙型與絲杠相同 ； 滾柱 5,其螺紋牙型是直角的圓弧螺紋 (單頭螺紋 )， 在每個(gè)滾柱的末端都有一個(gè)圓柱形的樞軸和齒輪。 6310 10)2()2( ?????????? maF CL （ 2 36) 同理代入 C=， )2(maF =780N， 計(jì)算得 ： )2(10L =? 1011 （轉(zhuǎn)數(shù)） 。 考慮不同的支撐方式所允許的極限轉(zhuǎn)速 krkrkrzul fnn ??? （ 2 46) 根據(jù)支承方式不同，選取 krf =，計(jì)算得 krzuln =5376 r/min。 2）帶型節(jié)距 bP 已知 dP =，小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 =100 r/min，查閱 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 選取 L型同步帶，節(jié)距 bP =。 即： RSNRRSSNS ZdZd Zddd d ??? （ 2 57) 得： RN ZkZ )2( ?? （ 2 58) 式中： 1? 為絲杠的角速度 ， 2? 為滾柱的角速度 ， 3? 為螺毋的角速度 ， 5? 為內(nèi)齒圈的角速度 ， NZ 為內(nèi)齒圈的齒數(shù) ， RZ 為滾柱兩端齒輪的齒數(shù) ， k為 RS dd / =4， 滾柱的齒數(shù) RZ 設(shè)計(jì)為 30，則內(nèi)齒圈的齒數(shù)為 NZ =30? 6=180。 （ 2）確定精度 pV300 )300( mmm ???? 定位精度 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 ） ； 已知 定位精度為 30 m? /300mm， 計(jì)算得 pV300 ? 24 m? 。 （ 5）按樣本選軸承型號(hào)規(guī)格 當(dāng) d=65mm 預(yù)加 載 荷 ? BPF 時(shí)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用 7013C/DB軸承，預(yù)加載荷為 6600N? BPF =6509N 4) 行星滾柱 絲杠副工作圖設(shè)計(jì) 見附表 5） 螺母負(fù)載計(jì)算 主動(dòng)側(cè)半螺母， 因?yàn)?Fn ? vF ，故 Fnv （ 1） = Fv + （ 2 33) 由 vn FF? =1200N，代入計(jì)算得： Fnv （ 1） =1980N。 圖 34 平臺(tái)所受彎矩示意圖 5） 正應(yīng)力計(jì)算校核 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) 23 對(duì)于行星滾柱絲杠 ZWM?max? （ 2 29) 將公式和公式計(jì)算結(jié)果代入得 max? =4 ?? = N/mm2 = MPa。 如圖 32所示 ， 這些內(nèi)螺紋與絲杠 能夠?qū)崿F(xiàn) 精確地嚙合。 代入計(jì)算得 3 320 60s 5 1 ??????BK =? 。 ； 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 nm =n1 1001t +n2 1002t （ 2 3） 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 （ 2）當(dāng)量載荷計(jì)算 平臺(tái)進(jìn)給過程中，滾珠絲杠所受載荷基本不變， Nm FF ?? （ 2 4) 式中： ? —— 導(dǎo)軌的靜摩擦系數(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) 13 NF —— 導(dǎo)軌所受壓力 ； 查閱相關(guān)資料， 動(dòng)導(dǎo)軌材料為 HT150，支承導(dǎo)軌材料為 HT200（淬火處理），導(dǎo)軌表面進(jìn)行磨削處理 ，在潤(rùn)滑良好 的工作條件下，速度較慢時(shí)動(dòng)摩擦系數(shù) ? 隨運(yùn)動(dòng)速度變化，靜摩擦因數(shù)隨靜止接觸時(shí)間而變化，綜上所述， ? 取 。 3）豎直方向（即 Z向）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通過行星滾柱絲杠 副將轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn) ，其放置位置有 X、 Y向上方和下方兩種選擇 。 超高速度：普通的滾珠絲杠為了避免滾珠之間相互碰撞，因而輸入速度不超過20xxrpm；而行星滾柱絲杠的行星絲杠均布固定在主絲杠的四周，故可以運(yùn)行在 5000rpm或更高的轉(zhuǎn)速下，最高速度可至 20xxmm/s. 通過行星滾柱絲杠和液壓缸、滾珠絲杠性能的對(duì)比，我們可以得出行星滾柱絲杠的諸多優(yōu)越性。綜上中南大學(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) 7 所述若采用此方案，尤其是單根滾珠絲杠副支承的形式，不符合機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則，且無創(chuàng)新性可言。由于滾珠絲杠結(jié)構(gòu)較為成熟，此處不再贅述。 四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的擬定 查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，收集國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品布局形式，運(yùn)用 Pro/E 三維仿真手段，構(gòu)造可能的幾種平臺(tái)總體模型。具 體 有如下特點(diǎn)： （ 1） 技術(shù) 較為 成熟， 測(cè)量 的 結(jié)果 可靠、 準(zhǔn)確 ， 精度 也較 高 。 51 致謝 42 . 同步帶及帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 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) 4 . 導(dǎo)軌強(qiáng)度校核及彎曲撓度計(jì)算 2 . 本文的主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 關(guān)鍵詞： 四自由度 Xray 殘余應(yīng)力 行星滾柱絲杠副 三向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算 三維模型繪制 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 Abstract At present, the domestic residual stress measurement instrument mostly are manual or semimanual device and its positioning accuracy is not high, which Can not meet industry needs .This thesis aims to design a fully automatic four degrees of freedom, highprecision, new structural platform. By moving this platform, where the Xray residual stress analysis instruments is placed to achieve precise positioning. In order to achieve highprecision measurement of metal surface residual stress effects which is expected. In the design process, using ball screw deputy achieve X, Y direction requirements of feed transmission, plaary roller screw deputy achieve Z direction requirements of feed transmission, a pair of tapered roller bearings for rotating the Z direction. The transmission system analysis and calculation was Completed. Determine the main dimensions of the system structure, which were focused on three directions drive feed transmission system design calculations and checking. The threedimensional model was drawn by Using Pro / E software Focus drawn threedimensional model of the structure of plaary roller screw deputy and ball screw deputy. Eventually construct a threedimensional model of four degrees of freedom platform. In addition, the specific structure of preload, prestretch, transfer gap, and bearing fixed also were designed and constructed in the design process. In the late, the exterior of this fourDOF platform was designed by using Pro / E software Key word: four degrees of freedom， Xray residual stress， plaary roller screw deputy， threedimensional model 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 目錄 第一章 緒論 46 Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu) 這些方法 對(duì)被測(cè)件 沒有損傷 ，但 測(cè)量 設(shè)備昂貴， 故 成本較高、其中 以超聲法 和 X射線法 的應(yīng)用最 為成熟 。 ]2[ . 本文的主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有 X射線衍射 測(cè)量 殘余應(yīng)力 機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)或半手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，定位精度不高，對(duì)于普通合金表面殘余應(yīng)力測(cè)試尚能滿足需求，但在航空航天等高精密儀器制造過程中，需要精確定位來測(cè)量金屬表面殘余應(yīng)力，傳統(tǒng)測(cè)量裝置便不能滿足要求。 綜上所述，對(duì)于三向進(jìn)給機(jī)床，其在 X、 Y向傳動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于本課題有一定參考價(jià)值，而對(duì)于 Z 方向的設(shè)計(jì) 參考價(jià)值不大。 若此 X射線衍射測(cè)量殘余應(yīng)力機(jī)器重量進(jìn)一步增 加 ，傳統(tǒng)滾珠絲杠則無法滿足傳動(dòng)進(jìn)給要求， 由于初步方案選定時(shí)計(jì)算結(jié)果并不一定準(zhǔn)確且所考慮因素較多，故對(duì)于 測(cè)量殘余應(yīng)力機(jī)器重量 進(jìn)一步增加的情況也作了