【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （與絲杠軸線平行） NFF ce ?? （與工作臺(tái)面垂直） NFF cfn ?? （與絲杠軸線垂直） 考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力 zF ，受到水平方向的銑削力分別為 fF 和 fnF 今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則縱向銑削力 xF ，徑向銑削力為 yF 。 xfF F 1352N?? y fnF F 307N ?? NFF ez 468?? 已知移動(dòng)部件總重量 G=987N，按滾動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算，取顛覆力影響系數(shù) K=，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)查 表 可知 u=— ,現(xiàn)取 u=，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷： )( Guk FFFF zyxeq ???? =179。 1352+179。 (307+468+987)= 最大計(jì)算動(dòng)載荷 的確定 設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度 v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程 P=5mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 eqn =v/P=80r/min。 預(yù)計(jì)滾珠絲杠的工作 8年 ,每年算 360 天，每天工作 8小時(shí)，由此得使用壽命為： T=8179。 360179。 8=23040h，根據(jù) 公式： 39。66010eqnTT ? 其中 T—— 使用壽命 23040 h eqn —— 滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速 80r/min 求得： ??? 106230 408060 查 表 得，受中等沖擊載荷取值范圍 ~ ? ，現(xiàn)取 ? ，滾道硬度為 60HRC 時(shí)， 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XII 頁(yè) 硬度影響 系數(shù)取 值 ? ，由 課本《 機(jī)電一體 化系統(tǒng) 設(shè)計(jì)》 中 P34 有 式FffTC eqhdc 3 39。? 代入數(shù)據(jù)得： NCc ????? 滾珠絲杠副型號(hào)及其直徑的選擇 規(guī)格型號(hào)的初選 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號(hào)的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 GDM 系列 25053 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為 25mm，導(dǎo)程為 5mm，循環(huán)滾珠為 4 圈 179。 2 系列，精度等級(jí)取 5級(jí)，螺母安裝尺寸 L=90mm，額定動(dòng)載荷為 11921N，大于 最 大 計(jì) 算 動(dòng) 載 荷 cC = ，滿足要求。 滾 珠 絲 杠 的 長(zhǎng) 度螺母安裝尺寸工作范圍 ??L 0 +加工余量 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XIII 頁(yè) 滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠螺母幾何參數(shù) 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位 mm） 名 稱 符 號(hào) 計(jì)算公式和結(jié)果 絲杠滾道 公稱直徑 0d 25 螺距 P 5 接觸角 ? 45 鋼球直徑 wd 螺紋滾道法面半徑 R ?? 偏心距 e e= 螺紋升角 ? 334 39。??? dP whar c tg ?? 絲桿 絲杠外徑 1d 絲杠底徑 2d 螺桿接觸直徑 zd o s2 ??? ?ddd wz 絲杠螺母 螺母螺紋外徑 D 2 1 0 ???? ReD d 螺母內(nèi)徑（內(nèi)循環(huán)） 1D 剛度的驗(yàn)算 XY工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“ 一端固定 — 一端游動(dòng) ”的軸承配置形式。 可知這種安裝適用于較高精度、中等載荷的絲杠，一端采用深溝球軸承，一端采用一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承 ,這樣能承受集中力偶。 絲杠螺母的剛度的驗(yàn)算可以用 接觸量來(lái) 校核。 滾珠絲杠滾道間的接觸變形量δ，查 表得 相關(guān)公式， 根據(jù)公式 0 / WZ d d?? ，求得單圈滾珠數(shù) Z=25；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù) ?列數(shù)為 4?2，代入公式 Z?? Z?圈數(shù) ?列數(shù)，得滾珠總數(shù)量 Z? =200。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 eqFy F? /3=499N。查相關(guān) 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XIV 頁(yè) 公式，得，滾珠與螺紋滾道間接觸變形 331 0 .0 0 1 3 / wyP a d F z? ??式中 Pa=1496N, 331 0 .0 0 1 3 / wyP a d F z? ??= 3 320 0 ????? ， 因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可以減少一半，取 1? =。 絲杠在工作載荷 maxF 作用下的抗拉壓變形 查課本《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 P35 有 滾珠絲桿受工作負(fù)載 F 和扭矩共同作用 引起的 每一 導(dǎo)程 的 變化是 IEMESF PPl hh ?2 21 ???? Y 向所 受牽引力大，故應(yīng)用 Y 向參數(shù)計(jì)算。 Fy=307N 0 ( )L cm? )( 10 5 M P aE ?? （材料為鋼） 截面積 S= 22d /4π = 2mm = 所以： 1010 651 ????? ??? lcm 絲桿因受扭矩所引起的導(dǎo)程變化量 2l? 很小，可忽略，所以導(dǎo)程總誤差umtl 10 601??????? ? 查 機(jī)《電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 P29 表 24 知 E5 級(jí)精度的絲桿允許誤差 15m? ，故剛度足夠。 絲杠的支承方式及軸承的選擇 絲杠的支承方式 由于 采用 的是內(nèi) 循環(huán)式的螺母， 因?yàn)閮?nèi)循環(huán)方式在循環(huán)過(guò)程中始終與絲桿表面保持接觸，它的優(yōu)點(diǎn) 是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高，螺母的徑向尺寸較小。由于 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XV 頁(yè) 精度要求不高，又要符合經(jīng)濟(jì)型， 支承方式 選 為 雙推 簡(jiǎn)支 式， 一端安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低使用時(shí)應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響，雙推可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動(dòng)精度較高的長(zhǎng)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于高精度、高速旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠應(yīng)該采用兩端固定安裝的方式，如下圖所示： 為了給絲杠施加預(yù)緊力，可采用兩端固定方式并可在絲杠一段安裝碟形彈簧和調(diào)整螺母，既能對(duì)絲杠施加預(yù)緊力，又能讓彈簧來(lái)補(bǔ)償絲杠的熱變形，保持預(yù)緊力近乎不變。這種支承形式的剛度最高，只要軸承無(wú)間歇，絲杠的軸向剛度為一段的4 倍。安裝時(shí)需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝較難。 、軸承的選擇 軸承的選擇最終要根據(jù)所設(shè)計(jì)的和所選的絲杠軸來(lái)確定的。在這里可以先選擇軸承的類型，初步確定為滾動(dòng)軸承，因?yàn)闈L動(dòng)軸承可以減少摩擦，對(duì)軸和絲杠的損壞較小。軸承的選擇，根據(jù)上面的計(jì)算滾珠絲杠的尺寸，查表選取軸承的型號(hào)為 60002GHF 軸承。因?yàn)檫x用兩端固定的支承方式，采用的角接觸球軸承，這種角接觸球軸承是一種向心推力球軸承，是絲杠的支承軸承 ，常采用滾珠絲杠專用軸承，其接觸角增大到 60 度，增加了滾珠數(shù)目，并減少了滾珠直徑，使軸向剛度增大到普通向心推力軸承的 2 倍。 滾珠絲杠副穩(wěn)定性運(yùn)算 穩(wěn)定性的驗(yàn)算 根據(jù) 課本《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 中 P35 式 22 有 FlfFskk KEI m a x22 )/( ?? ? Fk—— 實(shí)際承受載荷的能力； kf —— 絲杠穩(wěn)定的支承系數(shù)，由于采用的是雙推 簡(jiǎn)支式，取 kf =2 E—— 鋼 的彈性模量 )( 10 5 M P aE ?? 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XVI 頁(yè) I—— 絲杠小徑 d2 截面慣性矩， 由絲杠底徑 d2= 求得截面慣性矩mmI d 9 9 1 064/42 ?? ? ； K—— 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) ， K取 3（絲杠臥式水平安裝）； 查表《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 P29 有 ls=160mm。 代入公式，得 F=125612N 大于 Fmax=9347N，故不會(huì)失穩(wěn)，滿足使用要求。 滾珠絲杠副預(yù)緊力 Fp確定 初步確定滾珠絲杠副的預(yù)緊方式為雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式。如下圖所示： 預(yù)緊后兩個(gè)螺母中的滾珠相向受力，從而消除軸向間歇。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛性好，預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便。預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或相對(duì)滑移。經(jīng)驗(yàn)表明，適當(dāng)選用較大的預(yù)緊力對(duì)螺紋連接的可靠性以及連接件的疲勞強(qiáng)度是有利的。 螺紋連接時(shí)絲杠預(yù)緊力的確定 采用滾珠絲杠最 大預(yù)緊力計(jì)算， 通常，預(yù)緊力的大小根據(jù)最大軸向載荷的 1/3計(jì)算。 當(dāng)主機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的軸向剛度要求較高，并且最大軸向載荷 Fmax出現(xiàn)的頻率也高，或者有沖擊載荷，預(yù)緊力 不應(yīng)該小于按 軸向載荷 計(jì)算的 的 1/3，即 FpFmax/3； 即 1 1 539 3 4 73/m a x ???? FF p 預(yù)緊力無(wú)法直接測(cè)量，而是根據(jù)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩間接測(cè)量，有專門(mén)的滾珠絲杠副動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x。一般在設(shè)計(jì)絲杠時(shí)，圖紙上的技術(shù)要求中都會(huì)給出預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的范圍，用測(cè)量?jī)x測(cè)出預(yù)緊轉(zhuǎn)矩后，預(yù)緊轉(zhuǎn)矩值除以力 臂，即可得到預(yù)緊力，一般預(yù)緊力不是固定值，也是一個(gè)范圍。關(guān)于力臂的計(jì)算，還要根據(jù)絲杠螺母法蘭上的安裝孔的位置來(lái)確定， 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XVII 頁(yè) 不同規(guī)格的螺母，力臂也不盡相同 . 滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力 Fp1 的確定 保證絲杠在最大軸向力作用下，在作用力方向上仍保持拉伸狀態(tài)，預(yù)拉伸力應(yīng)大于最大工作載荷的31倍。即 NFFp ??? 由【 13】中 P312 中的 式有絲杠預(yù)拉伸力 tLL ddF p ???? 2121 ? t? —— 絲杠與床身之間的溫差。對(duì)于恒溫車間取 t? =2~3C0 d—— 絲杠螺紋底徑 得到絲杠的預(yù)拉伸力 NtLL ddFp 1 22121 ???????? ? 該絲杠的預(yù)拉伸力足夠大，滿足要求。 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)確定 滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算及參數(shù)和型號(hào)確定 ○ 1 、工作載荷的計(jì)算 工作載荷是影響導(dǎo)軌副壽命的重要因素，對(duì)于水平布置的十字工作臺(tái)多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： max 4GFF?? 其中，移動(dòng)部件重量 G=987N,外加載荷外加載荷 NFeF 468?? 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XVIII 頁(yè) 得最大工作載荷 NF a x ??? 。 ○ 2 、小時(shí)額定工作壽命的計(jì)算 預(yù)期工作臺(tái)的工作壽命為 8年，一年 365天，取工作時(shí)間為 360 天，每天工作 8 小時(shí)，因此得到小時(shí)額定工作壽命 hLh 23040? ○ 3 、距離額定壽命計(jì)算 由公式 3102 60h LL nS??? ? ，從而得到32 6010hL nSL ?? 式中： hL 為小時(shí)額定工作壽命。 n 為移動(dòng)件每分鐘往復(fù)次數(shù)（ 4— 6）取 5 S 為移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，由加工范圍為 300mm179。 120mm取 330mm 代入數(shù)據(jù) 得： KML 456260330523040210 3 ?????? ○ 4 、額定動(dòng)載荷計(jì)算 由公式 )3/( FL Ca? 從而得到： 3 / 5aC F L? 式中 ： aC 為額定動(dòng)載荷 L 為距離工作壽命，由上式可知為 4652km F 為滑塊的工作載荷，由上式可知為 668N 代入數(shù)據(jù)得： aC = ○ 5 、產(chǎn)品選型 根據(jù)額定動(dòng)載荷，選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌，查滾動(dòng)導(dǎo)軌生產(chǎn)廠家，選用南京工藝裝備制造有限公司的 GGB16BA型，相關(guān)尺寸如下圖所示， 貴州大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)論文 第 XIX 頁(yè) 圖 4 可知其額定動(dòng)載荷 C=，大于 ，故可知滿足要求。 參考網(wǎng)址 3． 9 計(jì)算電機(jī)軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩，選取步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的傳動(dòng)計(jì)算 因?yàn)樵?立式 銑床的加工 定位 精度為177。 ，脈沖當(dāng)量為 ，考慮到最初決定不用減速箱取減速比 i=1算的電機(jī)步距角： α =360iδ /Ph=176。 由于傳動(dòng)比為 1，則不需要選用減速箱，采用電動(dòng)機(jī)軸與絲杠通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接的方