【文章內容簡介】 導向件的任務主要是使機械系統(tǒng)的各運動機構得到安全的支撐， 并能準確地完成其特定方向的運動。本次設計的導向件是導軌，它的作用是導向和支撐。 一幅導軌主要有兩部分組成，在工作時一 部分固定不動，稱為支撐導軌或靜導軌，另一部分相對支撐導軌作直線或回轉運動，稱為動導軌或滑座。作為導軌其應滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結構簡單、工藝性好、 便于加工、裝配、調整和維修、成本低等要求 ]9[ 。 導軌按結構形式可以分為開式導軌和閉式導軌。開式導軌是指在部件自重和載荷的作用下，運動導軌和支撐導軌的工作面始終保持接觸、貼合。其特點是結構簡單，但是不能夠承受較大的 （ a）開式 導軌 西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 18 （ b）閉式導軌 圖 開始和閉式導軌 顛覆力矩的作用。而閉式導軌借助于壓板是導軌承受較大的顛覆力矩作用。如圖 所示。 根據(jù)導軌副之間的摩擦性質，導軌分為滑動導軌和滾動導軌?；瑒訉к壍膭訉к壓椭螌к壷g為滑動摩擦，滑動導軌又分為普通話動導軌和液體靜壓滑動導軌，其結構簡圖分別如圖 （ a）、（ b）所示 圖 滑動導軌示意圖 （ a）普通滑動導軌 （ b）液體靜壓導軌 普通滑動導軌結構簡單，制造方便，剛度好， 抗震性強，是機械產品中最廣泛使用的導軌形式。機電一體化產品中為了減少磨損，提高定位精度，改善摩擦性質，提出選用合適的導軌材料，采用適當?shù)臒崽幚矸椒ê图庸し椒ā? 液體靜壓滑動導軌動靜導軌面 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備。 滾動導軌動靜導軌面間為滾動磨擦，導軌面間直接放置滾珠、滾柱、滾針等滾動體來實現(xiàn)兩導軌無滑動地相對運 動，這種導軌磨損小、壽命長，定位精度高，運動平穩(wěn)可靠，適用于工作部件要求移動均勻，動作靈敏以及定位精度高的場合。 五坐標超聲無損檢測自動掃描裝置主要靠選用合適的插補方法，精度西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 19 較高的導向元件，無間隙的傳動來保證系統(tǒng)的精度，同時還要考慮系統(tǒng)的成本，因此本次設計選用 燕尾形 滑動導軌作為無損檢測裝置三個直線運動的導向機構，如圖 。 圖 燕尾形導軌 主要參數(shù)的確定 電機型號的選擇 超聲無損檢測采用自動掃描裝置采用線性傳遞，五個 方向的運動分別由五臺步進電動機驅動。選擇步進電動機時主要考慮的幾個參數(shù) ]10[ ：步距角、最大靜轉矩、響應頻率、運行參數(shù)，以及成像其分辨率對運動速度的要求。步距角越小，檢測的分辨率越高，更能反映工件內部缺陷的細節(jié)信息，電機的響應速度快，整個系統(tǒng)的效率就能提高。 （ 1） 確定脈沖當量，步距角 脈沖當量小可提高加工精度，但是系統(tǒng)復雜，綜合考慮本次所設計裝西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 20 置的精度和成本，選取步進電機的脈沖當量為 ,初步確定步距角 =,快移速度 V=1m/min （ 2） 各個方向的運動參數(shù)的選擇 向步進電機的選擇 ]11[ 1） 負載轉矩 （ 1） 式中： ?—— 脈沖當量（ mm/p） ?—— 步距角（度） ?—— 電機至絲杠的傳動效率 X 向 電動機所帶負載為，工件、 容器、容器中的水，以及 X 向工作臺。 m工=30kg 取容器的長為 60cm，寬為 50cm, 高為 70cm。 取水的高度為 30cm, 水? =1000kg/m3 ???水m =1000? ? ? =90kg 工作臺的長為 60cm，寬為 50cm，厚為 25cm。由于中間 做了燕尾形導軌切去的一部分長為 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 因為利用的是貼塑導軌，所以 f= P牽 =fG=? = ? = 軸絲齒 ??? ?? = ?? = 由（ 1）得 mT =（ N m） 2） 啟動力矩 ? ? ?? 2310360 牽PmT ????? ?? mq TT西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 21 （ N m） （ 2） 由（ 2）得 =（ N m） 3） 最大靜轉矩 （ 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)步進電機為三相六拍，這樣選取可得到較高的定位精度且傳動平穩(wěn)。從而得 ?T = 4）步進電機的最高工作頻率 （ 4） 由（ 4）得 maxf =1667Hz 根據(jù)所請確定的步距角、最大靜轉矩、工作頻率、選擇 X 向步進電機型號為： 45BF005Ⅱ ，其特性如下： 最大靜轉矩為 20 N cm、最高空載啟動頻率 3000(step/s)、重量 4N、外形尺寸 ? 45 58? ㎜ 滾珠絲杠副的選型計算 （ 1） .強度計算 ]11[ 1).強度計算的原則 滾珠絲杠副的強度計算原則與滾動軸承相似，即防止 疲勞點蝕。滾珠絲杠在工作過程中受軸向負載，使得滾珠和滾道型面間產生解除壓力。 對滾道型面上某一點，是交變解除應力。在這種交變應力的作用下，經過一?TTT qj ?maxqT?601000max 快vf ?西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 22 定的應力循環(huán)次數(shù)后滾珠或滾道型面產生疲勞剝傷，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，滾珠絲杠副首先應滿足疲勞強度要求。即根據(jù)其額定動載荷選用一批相同的滾珠絲杠副，在軸向載荷 Ca 作用下，運轉 106 轉后，其中 90%不產生疲勞點蝕，則 Ca 成為這種規(guī)格滾珠絲杠副的額定動載荷。額定動載荷是滾珠絲杠副的一項性能參數(shù)， 可從產品樣本或手冊中查得。 2） .強度計算 一般情況下，滾珠絲杠副的強度條件是當量動載荷 Cm （工作中滾珠絲杠副的最大動載荷 ） 應小于所選的滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca ，即 Ca ≥ Cm 。 當量動載荷 Cm （ N）的計算方法與滾動軸承相同。滾珠絲杠副的當量動載荷 Cm 為： （ N） （ 5） 式中： L—— 壽命，單位：百萬轉， 其中， （ r/min） sv ：最大的進給速度（ m/min） t ：絲桿螺距（ mm） T ：壽命時間，取 10000— 15000 小時 mF —— 軸向平均載荷（ N） ,一般取 mF = 牽P =（ N） af —— 精度系數(shù)。 3 級絲杠 af =1； 6 級絲杠 af = wf —— 運轉系數(shù)， wf =— ，一般取 Hf —— 應度系數(shù)區(qū)之間表 3— 3 表 3— 3：應度系數(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)技術學院 畢業(yè)設計論文 23 (r/min) (百萬轉 ) )(1 33NfffLFCaHwmm?????? ① .選擇導程 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 ㎜ 、導程 hP 5 ㎜、螺旋角 3176。 38′ 、 鋼球直徑 、額定動載荷 9610N。 （ 2） .剛度驗算 滾珠絲杠在軸向載荷的作用下將伸長或縮短，從《材料力學》中得知，滾珠絲杠在軸向載荷的作用下引起單個螺距 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)技術學院 畢業(yè)設計論文 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，按內徑計算。 E =200 aGp ???? 4/? ㎜ 2 ∴ （ ㎜ ） 通常用 500 ㎜長絲杠螺距的變化量△應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 在開環(huán)系統(tǒng)中，為達到一定 的脈沖當量， 當步進電機的步距角、絲杠的導程選定后，可求得步進電機與絲杠之間的齒輪副傳動比。齒輪副傳動比與步距角、導程之間的關系為： EAtFmt ??6562 0102????????EAtF mt?tt 500??5500?西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 25 一般采用一級齒輪或二級齒輪傳動，故： 或 Z1 ， Z3 為主動齒輪齒數(shù)， Z2 ， Z4 為從動齒輪齒數(shù)。當總傳動比一定時，通常按最小負載慣量原則來分配齒輪傳動比，按該原則設計的齒輪系統(tǒng)，折算到電機軸上的負載慣量最小。 本次設計采用一級齒輪