【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 f=1609N，徑向銑削力Fy =Ffn= 366N。（1）滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的XY工作臺(tái)為水平布置，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)，則單滑塊所受的最大垂向載荷為：G PC=+F（2）4其中，移動(dòng)部件重量G＝800N，外加載荷F= Fz= 556N，代入（2）式得最大工作載荷PC=756N=。查表，根據(jù)工作載荷PC=，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSALG15型，其額定動(dòng)載荷Ca= kN，額定靜載荷C0a= kN。任務(wù)書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為230mm179。230mm，加工范圍250mm179。250mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為520mm。（2）距離額定壽命的計(jì)算上述選取的KL系列JSALG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為HRC60，工作溫度不超過100℃，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查表，分別取硬度系數(shù)fH=，溫度系數(shù)fT=，接觸系數(shù)fC=，精度系數(shù)fR=，載荷系數(shù)fW=，得距離壽命：ffffCL=(HTCRa)3180。50187。6649kmfWpc遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。（1）最大工作載荷Fm的計(jì)算當(dāng)承受最大銑削力時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=1609N，受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）Fy = 366N，受到垂向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz= 556N。已知移動(dòng)部件總重量G=800N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表，取顛覆力矩影響系數(shù)K=，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)μ=。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：Fm = KFx + μ（Fz + Fy + G）= [ 1609 + (556 + 366 + 800)] N ≈ 1779 N（2）最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算設(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Ph=5 mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph = 80 r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000 h，代入L0=60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)L0=72（單位為：106 r）。查表，取載荷系數(shù)fW =，滾道硬度為HRC60時(shí)，取硬度系數(shù)fH=，求得最大動(dòng)載荷：FQ=3L0fWfHFm ≈8881 N（3）初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列20053型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為20 mm，導(dǎo)程為5 mm，循環(huán)滾珠為3圈179。1列，精度等級(jí)取4級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309 N，大于FQ，滿足要求。（4）傳動(dòng)效率η的計(jì)算將公稱直徑d0=20mm，導(dǎo)程Ph=5mm，代入λ= arctan[Ph/(πd0)]，得絲杠螺旋升角λ=4 33′。將摩擦角φ=10′，代入η=tanλ / tan(λ+φ)，得傳動(dòng)效率 η=%。（5）剛度的驗(yàn)算1）XY工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為a=500mm；鋼的彈性模量＝ Mpa；查表，得滾珠直徑=，絲杠底徑= mm，絲杠截面積 /4=。得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量δ1=Fma/（ES）=[1779500/（ ）] mm≈ mm。2）根據(jù)公式 Z＝(pd0/Dw)3,求得單圈滾珠數(shù)Z=20；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)179。列數(shù)為3179。1，代入公：ZS＝Z179。圈數(shù)179。列數(shù)，得滾珠總數(shù)量ZS=60。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FYJ = Fm /3=593 N，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量d2≈ mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取d2=。3）將以上算出的d1和d2代入d總=d1+d2，求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度500mm）d總= mm=。由表知,5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315~400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25μm，可見絲桿剛度足夠。（6）壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk。查表，取支承系數(shù)fk=1；由絲杠底徑4d2= mm，求得截面慣性矩I=pd2/64≈ mm；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值500mm，得臨界載荷Fk≈ 9343N，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=1779N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量δ= mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=5 mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角α=176。，算得減速比：i=(αPh)/(360δ)=(179。5)/(360179。)=25:12本設(shè)計(jì)選用大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75:36，材料為45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)HRC55。減速箱中心距為[(75+36)179。1/2] mm＝ mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。（1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 已知：滾珠絲杠的公稱直徑d0=20 mm，總長l =500mm，導(dǎo)程Ph＝5mm，材料密度r=180。103kg/cm3 ；移動(dòng)部件總重量G=800N。小齒輪寬度b1＝20mm，直徑d1=36 mm。大齒輪寬度b2＝20mm，直徑d2=75 mm；傳動(dòng)比i =25/12。參照表，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS=cm2，拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣JW=cm2，小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1=cm2，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2= kgcm2。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，為兩相混合式，則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jeq= Jm+Jz1+(Jz2+JW+JS)/i2=cm2（2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1）快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1包括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，T0相對(duì)于Tf和Tamax很小，可以忽略不計(jì)。則有： Teq1 =Tamax+ Tf（3）考慮傳動(dòng)鏈的總效率η，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：2pJeqnm1Tamax=180。（4）60tah式中 nm ——