【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 導(dǎo)向件的任務(wù)主要是使機(jī)械系統(tǒng)的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)得到安全的支撐， 并能準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)。本次設(shè)計(jì)的導(dǎo)向件是導(dǎo)軌，它的作用是導(dǎo)向和支撐。 一幅導(dǎo)軌主要有兩部分組成，在工作時(shí)一 部分固定不動(dòng)，稱為支撐導(dǎo)軌或靜導(dǎo)軌，另一部分相對(duì)支撐導(dǎo)軌作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為動(dòng)導(dǎo)軌或滑座。作為導(dǎo)軌其應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、 便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等要求 ]9[ 。 導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式可以分為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。開(kāi)式導(dǎo)軌是指在部件自重和載荷的作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是不能夠承受較大的 （ a）開(kāi)式 導(dǎo)軌 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 （ b）閉式導(dǎo)軌 圖 開(kāi)始和閉式導(dǎo)軌 顛覆力矩的作用。而閉式導(dǎo)軌借助于壓板是導(dǎo)軌承受較大的顛覆力矩作用。如圖 所示。 根據(jù)導(dǎo)軌副之間的摩擦性質(zhì)，導(dǎo)軌分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌之間為滑動(dòng)摩擦，滑動(dòng)導(dǎo)軌又分為普通話動(dòng)導(dǎo)軌和液體靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖分別如圖 （ a）、（ b）所示 圖 滑動(dòng)導(dǎo)軌示意圖 （ a）普通滑動(dòng)導(dǎo)軌 （ b）液體靜壓導(dǎo)軌 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛度好， 抗震性強(qiáng)，是機(jī)械產(chǎn)品中最廣泛使用的導(dǎo)軌形式。機(jī)電一體化產(chǎn)品中為了減少磨損，提高定位精度，改善摩擦性質(zhì)，提出選用合適的導(dǎo)軌材料，采用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ê图庸し椒ā? 液體靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)靜導(dǎo)軌面 之間是純液體磨 擦，磨損小、精度保持性好， 承載能力大，因此，常用于精密和高精密設(shè)備。 滾動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)靜導(dǎo)軌面間為滾動(dòng)磨擦，導(dǎo)軌面間直接放置滾珠、滾柱、滾針等滾動(dòng)體來(lái)實(shí)現(xiàn)兩導(dǎo)軌無(wú)滑動(dòng)地相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，這種導(dǎo)軌磨損小、壽命長(zhǎng)，定位精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，適用于工作部件要求移動(dòng)均勻，動(dòng)作靈敏以及定位精度高的場(chǎng)合。 五坐標(biāo)超聲無(wú)損檢測(cè)自動(dòng)掃描裝置主要靠選用合適的插補(bǔ)方法，精度西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 較高的導(dǎo)向元件，無(wú)間隙的傳動(dòng)來(lái)保證系統(tǒng)的精度，同時(shí)還要考慮系統(tǒng)的成本，因此本次設(shè)計(jì)選用 燕尾形 滑動(dòng)導(dǎo)軌作為無(wú)損檢測(cè)裝置三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，如圖 。 圖 燕尾形導(dǎo)軌 主要參數(shù)的確定 電機(jī)型號(hào)的選擇 超聲無(wú)損檢測(cè)采用自動(dòng)掃描裝置采用線性傳遞，五個(gè) 方向的運(yùn)動(dòng)分別由五臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)主要考慮的幾個(gè)參數(shù) ]10[ ：步距角、最大靜轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)頻率、運(yùn)行參數(shù)，以及成像其分辨率對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的要求。步距角越小，檢測(cè)的分辨率越高，更能反映工件內(nèi)部缺陷的細(xì)節(jié)信息，電機(jī)的響應(yīng)速度快，整個(gè)系統(tǒng)的效率就能提高。 （ 1） 確定脈沖當(dāng)量，步距角 脈沖當(dāng)量小可提高加工精度，但是系統(tǒng)復(fù)雜，綜合考慮本次所設(shè)計(jì)裝西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 置的精度和成本，選取步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量為 ,初步確定步距角 =,快移速度 V=1m/min （ 2） 各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇 向步進(jìn)電機(jī)的選擇 ]11[ 1） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 （ 1） 式中： ?—— 脈沖當(dāng)量（ mm/p） ?—— 步距角（度） ?—— 電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)效率 X 向 電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載為，工件、 容器、容器中的水，以及 X 向工作臺(tái)。 m工=30kg 取容器的長(zhǎng)為 60cm，寬為 50cm, 高為 70cm。 取水的高度為 30cm, 水? =1000kg/m3 ???水m =1000? ? ? =90kg 工作臺(tái)的長(zhǎng)為 60cm，寬為 50cm，厚為 25cm。由于中間 做了燕尾形導(dǎo)軌切去的一部分長(zhǎng)為 60cm，寬為 32cm, 厚為 10cm。 ? =? ? ? ? = 310?? 3m 鋼? =? 103 kg/ 3m ???鋼m =? 1000? = 鋼水總 mmm ?? +m 工 =90+30+= G=mg=? = N 因?yàn)槔玫氖琴N塑導(dǎo)軌，所以 f= P牽 =fG=? = ? = 軸絲齒 ??? ?? = ?? = 由（ 1）得 mT =（ N m） 2） 啟動(dòng)力矩 ? ? ?? 2310360 牽PmT ????? ?? mq TT西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 （ N m） （ 2） 由（ 2）得 =（ N m） 3） 最大靜轉(zhuǎn)矩 （ N m ） （ 3） 由（ 3）得 maxjT =（ N m） 式中 ?T 由表 3— 2 查得 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 ?T 由表 3— 2 區(qū)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍，這樣選取可得到較高的定位精度且傳動(dòng)平穩(wěn)。從而得 ?T = 4）步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 （ 4） 由（ 4）得 maxf =1667Hz 根據(jù)所請(qǐng)確定的步距角、最大靜轉(zhuǎn)矩、工作頻率、選擇 X 向步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為： 45BF005Ⅱ ，其特性如下： 最大靜轉(zhuǎn)矩為 20 N cm、最高空載啟動(dòng)頻率 3000(step/s)、重量 4N、外形尺寸 ? 45 58? ㎜ 滾珠絲杠副的選型計(jì)算 （ 1） .強(qiáng)度計(jì)算 ]11[ 1).強(qiáng)度計(jì)算的原則 滾珠絲杠副的強(qiáng)度計(jì)算原則與滾動(dòng)軸承相似，即防止 疲勞點(diǎn)蝕。滾珠絲杠在工作過(guò)程中受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面間產(chǎn)生解除壓力。 對(duì)滾道型面上某一點(diǎn)，是交變解除應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)一?TTT qj ?maxqT?601000max 快vf ?西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后滾珠或滾道型面產(chǎn)生疲勞剝傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作能力，這是滾珠絲杠副破壞的主要形式。因此，滾珠絲杠副首先應(yīng)滿足疲勞強(qiáng)度要求。即根據(jù)其額定動(dòng)載荷選用一批相同的滾珠絲杠副，在軸向載荷 Ca 作用下，運(yùn)轉(zhuǎn) 106 轉(zhuǎn)后，其中 90%不產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，則 Ca 成為這種規(guī)格滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷。額定動(dòng)載荷是滾珠絲杠副的一項(xiàng)性能參數(shù)， 可從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中查得。 2） .強(qiáng)度計(jì)算 一般情況下，滾珠絲杠副的強(qiáng)度條件是當(dāng)量動(dòng)載荷 Cm （工作中滾珠絲杠副的最大動(dòng)載荷 ） 應(yīng)小于所選的滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷 Ca ，即 Ca ≥ Cm 。 當(dāng)量動(dòng)載荷 Cm （ N）的計(jì)算方法與滾動(dòng)軸承相同。滾珠絲杠副的當(dāng)量動(dòng)載荷 Cm 為： （ N） （ 5） 式中： L—— 壽命，單位：百萬(wàn)轉(zhuǎn)， 其中， （ r/min） sv ：最大的進(jìn)給速度（ m/min） t ：絲桿螺距（ mm） T ：壽命時(shí)間，取 10000— 15000 小時(shí) mF —— 軸向平均載荷（ N） ,一般取 mF = 牽P =（ N） af —— 精度系數(shù)。 3 級(jí)絲杠 af =1； 6 級(jí)絲杠 af = wf —— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)， wf =— ，一般取 Hf —— 應(yīng)度系數(shù)區(qū)之間表 3— 3 表 3— 3：應(yīng)度系數(shù)： 硬度 HRC 60 55 50 45 硬度系數(shù) Hf 1 2 由（ 5）得 aHwmm f ffLFC 3?61060nTL?t vn s1000?西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 (r/min) (百萬(wàn)轉(zhuǎn) ) )(1 33NfffLFCaHwmm?????? ① .選擇導(dǎo)程 hP hP ≥maxmaxNV maxV =1m/min=1000mm/min， maxN =200r/min hP ≥ = ∴取 hP =5mm 因此，初步選滾珠絲杠為 2505— 其參數(shù)如下： 公稱直徑 ? 25 ㎜ 、外徑 ㎜ 、導(dǎo)程 hP 5 ㎜、螺旋角 3176。 38′ 、 鋼球直徑 、額定動(dòng)載荷 9610N。 （ 2） .剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠在軸向載荷的作用下將伸長(zhǎng)或縮短，從《材料力學(xué)》中得知，滾珠絲杠在軸向載荷的作用下引起單個(gè)螺距 t的變化量： 20 05 110 0010 00 ???? t vn s1 4410 1 20 0 02 00601060 66 ????? nTLmaxmaxNV 52021000?西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 （㎜） 式中： t—— 絲杠螺距（ ㎜ ） mF —— 軸向平均載荷（ N） ,一般取 mF = 牽P =（ N） E—— 彈性模量（ N/㎜ 2 ） A—— 滾珠絲杠的截面積，按內(nèi)徑計(jì)算。 E =200 aGp ???? 4/? ㎜ 2 ∴ （ ㎜ ） 通常用 500 ㎜長(zhǎng)絲杠螺距的變化量△應(yīng)小于允許的螺距誤差 [△ ]: △ = ≤ [△ ] △ = 610?? = 410?? ㎜ 查表得 [△ ]=15 m? △≤ [△ ] ∴ 滾珠絲杠合格 齒輪 的確定 在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，為達(dá)到一定 的脈沖當(dāng)量， 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的步距角、絲杠的導(dǎo)程選定后，可求得步進(jìn)電機(jī)與絲杠之間的齒輪副傳動(dòng)比。齒輪副傳動(dòng)比與步距角、導(dǎo)程之間的關(guān)系為： EAtFmt ??6562 0102????????EAtF mt?tt 500??5500?西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 一般采用一級(jí)齒輪或二級(jí)齒輪傳動(dòng)，故： 或 Z1 ， Z3 為主動(dòng)齒輪齒數(shù)， Z2 ， Z4 為從動(dòng)齒輪齒數(shù)。當(dāng)總傳動(dòng)比一定時(shí)，通常按最小負(fù)載慣量原則來(lái)分配齒輪傳動(dòng)比，按該原則設(shè)計(jì)的齒輪系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量最小。 本次設(shè)計(jì)采用一級(jí)齒輪