【文章內容簡介】 比重估算： Wx=Y向拖板尺寸：長*寬*高= 上導軌(含電機)估算重量為：240N夾具及工件重量:150NXY工作臺運動部分總重量為:Wxy=288N+309N+240N+150N=987N 按照下導軌上面移動部件的重量來進行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、滾珠絲杠副、直線滾動導軌副、導軌座等，估計重量約為987N。 滾珠絲桿副設計計算及其型號與直徑選擇初選絲桿材質鋼，查《材料成型基礎》有HRC 58~60導程 最大工作載荷的計算計算切削力根據(jù)設計任務，加工材料為碳素鋼或有色金屬及如下參數(shù)：立銑刀 最大直徑的d=15mm立銑刀齒數(shù)Z=3最大切削寬度=15mm最大背吃刀量=8mm設零件的加工方式為立式加工，采用硬質合金銑刀，工件材料為碳素鋼。由【5】中P13頁的表中，可知d=15mm的硬質合金立銑刀最大的切削參數(shù)如下：每齒進給量fz=銑刀轉速n=300r/min查【2】中P200表得立銑時切削力計算公式為：代如上式得： 采用立銑刀進行圓柱銑削時，各銑削力之間的比值可由【2】中查得，各銑削力之間的比值范圍如下：=(~) /=(~) /=（~） 考慮逆銑時的情況，因為逆銑的情況的受力最大的情況，為了安全考慮這種最危險的工況。由此可估算三個方向的銑削力分別為： （與絲杠軸線平行） （與工作臺面垂直） （與絲杠軸線垂直）考慮立銑，則工作臺受到垂直方向的銑削力，受到水平方向的銑削力分別為和今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺的縱向，則縱向銑削力，徑向銑削力為。 已知移動部件總重量G=987N，按滾動導軌計算，取顛覆力影響系數(shù)K=，滾動導軌上的摩擦系數(shù)查表可知u=—,現(xiàn)取u=，求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：=1352+(307+468+987)=設工作臺在承受最大銑削力時的最快進給速度v=400mm/min，初選絲杠導程P=5mm,則此時絲杠轉速=v/P=80r/min。預計滾珠絲杠的工作8年,每年算360天，每天工作8小時，由此得使用壽命為：T=83608=23040h，根據(jù)公式： 其中 T——使用壽命 23040 h ——滾珠絲杠的當量轉速 80r/min 求得：查表得，受中等沖擊載荷取值范圍，現(xiàn)取，滾道硬度為60HRC時，硬度影響系數(shù)取值，由課本《機電一體化系統(tǒng)設計》中P34有式代入數(shù)據(jù)得：規(guī)格型號的初選 根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查網(wǎng)上生產(chǎn)該型號的生產(chǎn)廠家的資料，選擇濟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，為內循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預緊式滾珠絲杠副，其公稱直徑為25mm，導程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈2系列，精度等級取5級，螺母安裝尺寸L=90mm，額定動載荷為11921N，大于最大計算動載荷=，滿足要求。滾珠絲杠的長度+加工余量 滾珠絲杠副剛度的驗算滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) （單位mm）名 稱符 號計算公式和結果 絲杠滾道公稱直徑25螺距P5接觸角鋼球直徑螺紋滾道法面半徑偏心距e=螺紋升角絲桿絲杠外徑絲杠底徑螺桿接觸直徑絲杠螺母螺母螺紋外徑螺母內徑（內循環(huán)）XY工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“一端固定—一端游動”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，一端采用一對背對背角接觸球軸承,這樣能承受集中力偶。絲杠螺母的剛度的驗算可以用接觸量來校核。 滾珠絲杠滾道間的接觸變形量δ，查表得相關公式，根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=25；該型號絲杠為雙螺母，滾珠的圈數(shù)列數(shù)為42，代入公式Z圈數(shù)列數(shù)，得滾珠總數(shù)量=200。絲杠預緊時，取軸向預緊力/3=499N。查相關公式，得，滾珠與螺紋滾道間接觸變形 式中 Pa=1496N,=，因為絲杠有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可以減少一半，取=。絲杠在工作載荷作用下的抗拉壓變形 查課本《機電一體化系統(tǒng)設計》P35有滾珠絲桿受工作負載F和扭矩共同作用引起的每一導程的變化是Y向所受牽引力大，故應用Y向參數(shù)計算。Fy=307N （材料為鋼）截面積S===所以： cm絲桿因受扭矩所引起的導程變化量很小，可忽略，所以導程總誤差查機《電一體化系統(tǒng)設計》P29表24知E5級精度的絲桿允許誤差，故剛度足夠。 絲杠的支承方式 由于采用的是內循環(huán)式的螺母，因為內循環(huán)方式在循環(huán)過程中始終與絲桿表面保持接觸，它的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高，螺母的徑向尺寸較小。由于精度要求不高，又要符合經(jīng)濟型，支承方式選為雙推簡支式，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應注意減少絲杠熱變形的影響，雙推可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。對于高精度、高速旋轉的滾珠絲杠應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整螺母，既能對絲杠施加預緊力，又能讓彈簧來補償絲杠的熱變形，保持預緊力近乎不變。這種支承形式的剛度最高，只要軸承無間歇，絲杠的軸向剛度為一段的4倍。安裝時需保持螺母與兩端支承同軸，故結構復雜，工藝較難。、軸承的選擇 軸承的選擇最終要根據(jù)所設計的和所選的絲杠軸來確定的。在這里可以先選擇軸承的類型，初步確定為滾動軸承，因為滾動軸承可以減少摩擦，對軸和絲杠的損壞較小。軸承的選擇，根據(jù)上面的計算滾珠絲杠的尺寸，查表選取軸承的型號為60002GHF軸承。因為選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)定性運算根據(jù)課本《機電一體化系統(tǒng)設計》中 P35式22有 Fk——實際承受載荷的能力；——絲杠穩(wěn)定的支承系數(shù)，由于采用的是雙推簡支式，取=2E——鋼的彈性模量I——絲杠小徑d2截面慣性矩，由絲杠底徑d2=；K——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，K取3（絲杠臥式水平安裝）；查表《機電一體化系統(tǒng)設計》P29有=160mm。代入公式，得F=125612N大于=9347N，故不會失穩(wěn)，滿足使用要求。 滾珠絲杠副預緊力Fp確定 初步確定滾珠絲杠副的預緊方式為雙螺母螺紋預緊調整式。如下圖所示：預緊后兩個螺母中的滾珠相向受力，從而消除軸向間歇。其特點是結構簡單剛性好，預緊可靠，使用中調整方便。預緊的目的在于增強連接的可靠性和緊密性，以防止受載后被連接件間出現(xiàn)縫隙或相對滑移。經(jīng)驗表明，適當選用較大的預緊力對螺紋連接的可靠性以及連接件的疲勞強度是有利的。 螺紋連接時絲杠預緊力的確定采用滾珠絲杠最大預緊力計算，通常，預緊力的大小根據(jù)最大軸向載荷的1/3計算。 當主機伺服進給系統(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，預緊力不應該小于按軸向載荷計算的的1/3，即FpFmax/3；即 預緊力無法直接測量，而是根據(jù)預緊轉矩間接測量，有專門的滾珠絲杠副動態(tài)預緊轉矩測量儀。一般在設計絲杠時，圖紙上的技術要求中都會給出預緊轉矩的范圍，用測量儀測出預緊轉矩后，預緊轉矩值除以力臂，即可得到預緊力，一般預緊力不是固定值，也是一個范圍。關于力臂的計算，還要根據(jù)絲杠螺母法蘭上的安裝孔的位置來確定，不同規(guī)格的螺母，力臂也不盡相同. 滾珠絲杠軸預緊拉伸力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)，預拉伸力應大于最大工作載荷的倍。即由【13】——絲杠與床身之間的溫差。對于恒溫車間取=2~3d——絲杠螺紋底徑得到絲杠的預拉伸力該絲杠的預拉伸力足夠大，滿足要求。 導軌的設計計算及參數(shù)確定滾動導軌的計算及參數(shù)和型號確定、工作載荷的計算 工作載荷是影響導軌副壽命的重要因素，對于水平布置的十字工作臺多采用雙導軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為： 其中，移動部件重量G=987N,外加載荷外加載荷得最大工作載荷。、小時額定工作壽命的計算預期工作臺的工作壽命為8年，一年365天，取工作時間為360天，每天工作8小時，因此得到小時額定工作壽命、距離額定壽命計算由公式，從而得到式中：為小時額定工作壽命。 n為移動件每分鐘往復次數(shù)（4—6）取5 S為移動件行程長度，由加工范圍為300mm120mm取330mm代入數(shù)據(jù) 得：、額定動載荷計算由公式從而得到：式中：為額定動載荷 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