【正文】 承軸承的軸向精度和軸向剛度要求相對較高。作為傳動進給系統(tǒng),要求絲杠對微小的位移(即微小的轉(zhuǎn)角)要極靈敏的響應，故要求支承軸承的摩擦力矩必須很低。根據(jù)上述分析，X、Y向進給傳動結(jié)構(gòu)采用兩端固定的安裝方式，施加預拉伸力。由于此平臺X、Y向只需實現(xiàn)水平移動，而并不像機床一樣承受軸向較大的切削力，故只需選用單個60角接觸球軸承即完全可滿足傳動要求。平臺X、Y方向同為水平傳動方向，且初始參數(shù)及工作環(huán)境皆相同，故傳動結(jié)構(gòu)相同。結(jié)構(gòu)示意圖如圖41所示：圖41 X、Y向傳動進給結(jié)構(gòu)示意圖圖中零件明細表如下：表41 X、Y向傳動進給結(jié)構(gòu)示意圖零件明細表序號名稱分類規(guī)格備注1滾珠絲杠副X向FFZD25063Y向FFZD250632絲杠軸承X向7004CY向7004C3法蘭盤X向近電機端用密封圈密封Y向　近電機端軸承固定方式如圖42所示軸承內(nèi)環(huán)通過軸肩固定，軸承外環(huán)通過法蘭盤固定在軸承座上。從而實現(xiàn)絲杠近電機端的安裝。遠電機端安裝方式相同，不再贅述。圖42 遠電機端軸承安裝方式示意圖此四自由度結(jié)構(gòu)平臺軸向定位精度要求較高，滾珠絲杠副間隙對其影響較大，要求能夠精確消除間隙和調(diào)整預緊量，故X、Y方向滾珠絲杠副采取齒差式消除間隙和調(diào)整預緊的方法。齒差式調(diào)整結(jié)構(gòu)如圖43所示，兩個螺母的凸緣上切有外齒輪，分別與內(nèi)齒圈相嚙合，兩個內(nèi)齒圈齒數(shù)相同,根據(jù)間隙的大小,使兩個螺母分別在相同方向上轉(zhuǎn)過一個齒或幾個齒,這樣就使這兩個螺母彼此在軸向上接近了一個相應的距離，兩邊螺母的齒數(shù)分別為=50，=49，相差一個齒。兩個螺母向相同方向轉(zhuǎn)動一個齒，調(diào)整的軸向位移為 (3 1)代入計算得：=式中：t——導程；圖43 雙螺母齒差調(diào)隙式絲杠螺母副結(jié)構(gòu)圖. Z向進給傳動結(jié)構(gòu)設計四自由度結(jié)構(gòu)平臺Z方向為垂直進給方向，采用一端固定一端自由的安裝方式，結(jié)構(gòu)示意圖見下圖44圖44 Z向進給傳動結(jié)構(gòu)示意圖圖中零件明細表如下表42所示表42 Z向進給傳動結(jié)構(gòu)示意圖零件明細表序號名稱分類規(guī)格備注1底座Z向2同步帶輪L型30L3同步帶輪螺母Z向M55*24法蘭盤上側(cè)法蘭盤通過擋圈密封下側(cè)5軸承緊固螺母Z向M64*26絲杠軸承背對背角接觸球軸承7013C/DB7行星滾柱絲杠副Z向RV260/70*68碟簧對合系列B9套筒Z向　　其中背對背角接觸球軸承可以承受雙向軸向負載，同時也可以承受一定的彎曲作用。軸承內(nèi)環(huán)通過軸承緊固螺母固定在軸頸和軸肩上，軸承外環(huán)通過兩法蘭盤固定在底座上，從而實現(xiàn)行星滾柱絲杠近電機端的固定。如下圖45所示圖45 近電機端軸承安裝方式示意圖行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)要考慮滾柱螺帽預緊力的施加，此結(jié)構(gòu)螺帽預緊力的施加是通過螺栓和彈性碟簧組合來完成的。即通過調(diào)節(jié)螺栓預緊力的大小改變彈性碟簧彈力大小，從而改變上下螺母預緊力。結(jié)構(gòu)如圖46所示。圖4螺母預緊力施加方式示意圖 圖47 碟簧. Z向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設計Z向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)相對于直線移動結(jié)構(gòu)較為簡單，通過一對圓錐棍子周成即可實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)示意圖如下圖48：圖48 Z向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)示意圖圖中零件明細如下表：表43 Z向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)示意圖零件明細表序號名稱分類規(guī)格備注1套筒Z方向2支承盤Z方向3轉(zhuǎn)動軸承雙列圓錐棍子軸承351305E4轉(zhuǎn)動盤Z方向　　. 同步帶及帶輪結(jié)構(gòu)設計同步帶的平臺層輕而薄靠平帶上的齒傳遞運動。由于帶齒是經(jīng)精確加工的模具壓鑄出來的因此帶齒的節(jié)距與齒輪的齒距相似，具有一定的節(jié)距精度可以達到傳動過程的同步，故稱為同步帶傳動。同步帶具有以下諸多優(yōu)點：（1）傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；（2）傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；（3）傳動效率高，節(jié)能效果明顯；（4）維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；（5）速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；（6）可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。（7）相對于V型帶傳送，預緊力較小，軸和軸承上所受載荷??；Z方向采用同步帶傳動實現(xiàn)絲杠與電機的傳動，可大大降低豎直高度。鑒于同步帶在結(jié)構(gòu)上可以減小平臺體積，傳動上又有以上諸多優(yōu)點，故采用同步帶結(jié)構(gòu)較為理想。第五章 平臺三維布局及造型輔助設計X射線衍射殘余應力測試四自由度運動平臺作為一種新設計的結(jié)構(gòu)平臺，有必要繪制其整體三維模型，從而標注出平臺的外輪廓尺寸以及各零部件初始擬定尺寸等。在三維造型過程中，可以幫助我們更加直觀的發(fā)現(xiàn)設計過程中零件造型及尺寸的錯誤，及時改正。同時，三維實體模型可以使此四自由度結(jié)構(gòu)平臺被更為直觀的理解。Pro/E軟件是最常用的三維設計應用軟件之一，可以達到我們的造型要求，故選用Pro/E軟件進行三維造型設計。. 四自由度平臺主要部件三維參數(shù)化建模根據(jù)上述幾章內(nèi)容確定平臺的主體結(jié)構(gòu)和參數(shù)，部分未確定尺寸參數(shù)在繪制過程中按經(jīng)驗選取適當值。運用Pro/E軟件對四自由度結(jié)構(gòu)平臺進行主體建模。圖51 平臺主體建模圖如圖51所示死走讀結(jié)構(gòu)平臺的主體是由底座、Z向行星滾柱絲杠副結(jié)構(gòu)、Z向回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、X、Y向滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)及放置儀器的平臺等構(gòu)成。 行星滾柱絲杠副行星滾柱絲杠副是Z向傳動結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為精密，也是本課題的創(chuàng)新點之一，在第三章中已計算出其主體結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，并對其部件原理做了概述，此不再贅述。剖切后如圖52所示：圖52 行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)三維建模剖視圖 滾珠絲杠副及導軌X、Y向電機通過聯(lián)軸器（安裝于左端，此圖未畫出）帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠通過滾珠轉(zhuǎn)動帶動螺帽水平移動，從而實現(xiàn)滑軌的移動。X、Y向僅導軌存在一定差別，其余尺寸參數(shù)均相同便于制造及安裝。圖53為水平方向剖視圖，圖54為X、Y向裝配圖。圖53 X、Y向結(jié)構(gòu)剖視圖圖54 X、Y向結(jié)構(gòu)裝配圖 Z方向轉(zhuǎn)動體結(jié)構(gòu)Z方向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)如圖5圖57所示，電機通過聯(lián)軸器（位于空套筒底部，圖中未畫出）帶動圓形轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機器Z方向的轉(zhuǎn)動。此結(jié)構(gòu)較為簡單，但對回轉(zhuǎn)精度有一定要求。圖56 Z向轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)三維建模圖圖57 Z向裝動結(jié)構(gòu)剖視圖 底座底座尺寸較大，主要起到固定支承的作用，尤其是Z向行星滾柱絲杠的固定，同時底座安裝電機，與絲杠軸通過同步帶傳動。如圖56所示。圖58 底座剖視圖. 四自由度平臺外觀造型優(yōu)化設計在完成四自由度結(jié)構(gòu)平臺三維建模之后，可對平臺進行外觀設計，如圖59所示，可對Z軸方向罩上四節(jié)塑料套筒，組成可伸縮套筒沿Z軸移動。一方面可使外形更加美觀，另一方面還具有抗彎矩的作用，增加結(jié)構(gòu)可靠性。X、Y方向?qū)к壟c滾珠絲杠也可采用塑料防護罩進行密封（圖中未畫出），以防止灰塵進入，提高平臺工作壽命。圖59 四自由度平臺三維建模外觀圖結(jié)論本課題力求設計一種四自由度（即X、Y、Z三維平動和Z向轉(zhuǎn)動）的全自動、高精度、新型結(jié)構(gòu)平臺，通過此平臺的移動實現(xiàn)放置在其上的Xray殘余應力分析儀器的精確定位，以達到高精度測量金屬表面殘余應力的預期效果。查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，整理分析后，X、Y向傳動進給結(jié)構(gòu)參考高精密機床傳動設計，采用滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)導軌承受儀器重量，通過滾珠絲杠副傳動將轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€運動。對于Z方向傳動，則是本課題的難點。由于Z軸上方需安裝圓形平臺，故無法安裝導軌，這就使得Z軸承受整個儀器的重量。經(jīng)綜合分析考慮液壓傳動、傳統(tǒng)滾珠絲杠、行星滾柱絲杠的特點后，選取行星滾柱絲杠實現(xiàn)Z軸傳動進給要求，這也是本課題的創(chuàng)新點之一。本論文對X、Y向滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)及Z向行星滾柱絲杠副結(jié)構(gòu)均進行了設計計算及校核，并對儀器處于極限位置（即X、Y方向均移動至一端，Z向調(diào)節(jié)至最高高度）時，行星滾柱絲杠及導軌的彎曲撓度進行了計算。另外還校核了某些有可能失效的零部件，例如底座螺栓，鍵等。運用Pro/E軟件實現(xiàn)此四自由度結(jié)構(gòu)平臺的三維造型設計，通過計算校核確定各方向結(jié)構(gòu)的主要尺寸參數(shù)，設計過程中根據(jù)經(jīng)驗及相關(guān)資料確定其他尺寸參數(shù)。在三維造型過程中，對于各方向絲杠、螺母預緊力的施加方式及施加結(jié)構(gòu)均進行了設計，X、Y向預拉伸力的施加結(jié)構(gòu)也有所設計，另外X、Y向采用齒隙法調(diào)節(jié)滾珠和螺母的間隙，大大提高了軸向定位精度。最后對此四自由度結(jié)構(gòu)平臺外觀進行優(yōu)化設計，以使其外形美觀，易于接受。雖然在設計過程中經(jīng)過反復修改及計算，但錯誤及不足之處再所難免，個人認為此四自由度平臺尚有兩方面可以改善，一方面即為Z方向彎矩所導致行星滾柱絲杠產(chǎn)生的彎曲撓度，對于本平臺優(yōu)化所設計的四節(jié)塑料套筒的抗彎能力若能進一步增強以達到與儀器重量所產(chǎn)生的彎矩抵消的效果，那么此平臺的承載能力將數(shù)倍增加。另一方面，此平臺只需實現(xiàn)傳動要求，而在結(jié)構(gòu)設計過程中部分零件由于參考了機床的設計理念，有可能導致尺寸偏大，從而使機構(gòu)整體體積偏大，在后期測試階段可以進一步改進。致謝本論文的完成得到了中南大學機電工程學院龔海老師的悉心指導，在整個設計過程中龔老師給予了寶貴的指導性建議，并在設計過程中認真負責的督促我們及時完成各階段的任務，在此致以衷心的感謝。另外還要感謝畢設過程中與我同組以及陪伴我一起奮斗的同學們，通過與他們討論給予了我一些啟發(fā)性的建議，使我受益匪淺。最后，感謝論文審閱專家對于本論文提出的寶貴改進意見，感謝參加答辯的各位老師和教授抽出寶貴時間給予的悉心指導。參考文獻[1]劉金艷. 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