【正文】 （449）螺桿螺紋小徑=，軸向載荷取50N，所以本螺桿滿足強(qiáng)度要求。螺紋強(qiáng)度計(jì)算：螺紋強(qiáng)度計(jì)算包括螺桿螺紋以及螺母螺紋強(qiáng)度計(jì)算。但是由于螺桿材料強(qiáng)度一般比螺母材料強(qiáng)度高，因此只需要算螺母螺紋強(qiáng)度。設(shè)軸向載荷作用與螺紋中徑，并且忽略螺桿與螺母之間的徑向間隙，則螺母螺紋強(qiáng)度可以按下列公式驗(yàn)算：剪切強(qiáng)度： （450）彎曲強(qiáng)度： （451）式中，d為螺紋大徑（mm）；b為螺紋根部寬度（mm），對(duì)于普通螺紋，b=P；n為旋合扣數(shù)，n=H/P；[t]和分別為螺旋材料的許用彎曲應(yīng)力，：螺母材料[t]/( )/()鋼[s](1~)[s]青銅30~4040~60鑄鐵4045~55耐磨鑄鐵4050~60查手冊(cè)得螺紋大徑D=,螺紋根部寬度b==,旋合扣數(shù)n=H/P=10, ,，代入式中得剪切強(qiáng)度： （452）彎曲強(qiáng)度： （453）所以本螺紋滿足強(qiáng)度要求。4　 穩(wěn)定性校核因?yàn)槁輻U為一端固定，一端自由，所以查手冊(cè)得。所以得螺桿的細(xì)長(zhǎng)比： （454）所以無(wú)需校核。5　 螺紋公差為了有利于生產(chǎn)，盡量減少刀具、量具的規(guī)格和數(shù)量，一般采用國(guó)際規(guī)定的公差帶。根據(jù)工稱直徑d=8mm,旋和長(zhǎng)度=120 mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選推薦的公差帶，螺桿外螺紋中徑公差帶為8e,螺母內(nèi)螺紋中徑公差帶為8H。綜上所述，所設(shè)計(jì)的滑動(dòng)螺旋副為右旋單線梯形螺紋： （GB/T ）公稱直徑d=8mm,中徑=,小徑=，螺距p=，螺母高度H=60mm，螺桿螺紋部分的長(zhǎng)度=120mm。絲桿和微分筒的結(jié)構(gòu)圖，： 滑動(dòng)絲桿、微分筒結(jié)構(gòu)圖 滾動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)1　 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)工作原理在滾珠絲桿和螺母之間放入一定數(shù)量的滾珠，當(dāng)絲桿和螺母相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿絲桿中的螺旋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠在滾動(dòng)中滾出，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置跨于螺母兩端，滾珠從螺母的一端出來(lái)，從另一端返回，絲桿與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)則滾珠進(jìn)出口倒換，這樣滾珠的滾動(dòng)被限制在螺母的滾道范圍內(nèi)。它的特點(diǎn)是傳動(dòng)精度和效率高，傳動(dòng)可逆但不能自鎖，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，但工藝復(fù)雜，成本較高。2　 具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)選用內(nèi)循環(huán):滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與螺桿保持接觸外循環(huán):螺桿在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)，可分為螺旋槽式、插管式、端蓋式三種插管式外循環(huán)導(dǎo)珠管分為導(dǎo)珠管埋入式和導(dǎo)珠管凸出式導(dǎo)珠管埋入式本次設(shè)計(jì)選用外循環(huán)插管式、導(dǎo)珠埋入式微型滾動(dòng)螺旋副。滾動(dòng)螺旋絲桿的螺紋部分： ，取為170 （455）：公 稱直 徑(mm)公 稱導(dǎo) 程（mm)螺 紋底 徑(mm)絲 桿外徑(mm）套 筒長(zhǎng) 度(mm)許用動(dòng)載荷Ca(KN)許用靜載荷C0a(KN)螺母外徑安裝尺寸D3(mm)接 觸剛 度122．530481653　 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的計(jì)算1) 計(jì)算預(yù)緊力當(dāng)最大軸向工作載荷不能確定時(shí)： （456）系數(shù)b,取b=,則可以得到 （457）2) 預(yù)拉伸力 （458）△t—溫度變化值23℃，—絲桿螺紋底徑（mm） （459）3) 系統(tǒng)剛度K的計(jì)算 （460） （461）—滾珠螺母中點(diǎn)至軸承支點(diǎn)距離（mm）Ks—滾珠絲桿副的拉壓剛度（N/um）R—軸向接觸剛度=30/2+40+16/2=63mm （462）通過(guò)查表，可以得到： R=165N/ Ks=165*10 2/63= N/ （463）再由式440得：k= N/4　 滾珠絲桿副精度的選擇通過(guò)之前的一些精度的要求，我們選擇滾珠絲桿副精度等級(jí)為3。精度主要指標(biāo)是：行程偏差，絲桿跳動(dòng)和位置公差。查機(jī)械手冊(cè)得到滾珠絲桿副的有效行程內(nèi)的行程偏差。有效行程（）目標(biāo)行程ep()行程變動(dòng)量Vup()2弧度內(nèi)允許的行程變動(dòng)量（）315 12 12 6滾動(dòng)絲桿螺旋副的固定方式及軸承的選擇由于滾動(dòng)絲桿螺旋副的安裝方式是一端固定，一端懸浮，所以固定端選用角接觸球軸承。角接觸球軸承是一種軸向剛度大，安裝方式簡(jiǎn)單，不需要預(yù)載，調(diào)整磨檫力矩小的優(yōu)秀軸承。選擇成對(duì)安裝角接觸球軸承，其代號(hào)為7000C/DF型。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)其參數(shù)為：內(nèi)徑d=10mm 外徑D=26mm 寬度2B=16mm基本額定載荷： 電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)選用86BYG102永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)尺寸圖圖421步進(jìn)電機(jī)拆分示意圖圖421步進(jìn)電機(jī)拆分示意圖 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器主要用來(lái)在不同軸的兩個(gè)軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)聯(lián)軸器常常有如下要求：精確地傳遞運(yùn)動(dòng)。若從動(dòng)軸是儀器的主軸，則通過(guò)聯(lián)軸節(jié)的作用將主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角精確的傳遞給從動(dòng)軸。聯(lián)軸器在徑向有大的剛性，彈性后滯小。聯(lián)軸器能隔離驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)對(duì)從動(dòng)的影響。 本次設(shè)計(jì)選用ZL型彈性銷齒式聯(lián)軸器。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖， 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 箱體的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求箱體設(shè)計(jì)首先要考慮零件的布置及之間的關(guān)系。如車床按兩頂尖要求等高，確定基座及底板的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問(wèn)題：1）滿足強(qiáng)度和剛度要求 對(duì)受力很大零件，滿足強(qiáng)度是一個(gè)重要問(wèn)題；但是對(duì)于大多數(shù)基座和底板，平定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)榛暗装宓膭偠炔粌H影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。2）散熱性能和熱變形問(wèn)題 基座及底板內(nèi)部部件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓?，影響?rùn)滑性能；溫度升高使基座產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對(duì)基座及底板精度和強(qiáng)度有很大的影響。3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 開(kāi)孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，均要有利于提高基座及底板的剛度和強(qiáng)度。4）工藝性好 包括毛坯制造機(jī)械加工及熱處理，裝配調(diào)整，安裝固定，吊裝運(yùn)輸，維護(hù)修理等各方面的工藝性。5)質(zhì)量小造型美觀。 箱體的材料和熱處理1　 箱體常用的材料鑄鐵—多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動(dòng)性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動(dòng)態(tài)剛性和機(jī)加工性能好，價(jià)格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性具體牌號(hào)查閱相關(guān)手冊(cè)。鑄造鋁合金—用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可經(jīng)過(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。鋼材—鑄鋼有一定的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，較好的導(dǎo)熱性和焊接性，機(jī)加工性能也較好，但鑄造時(shí)容易氧化與熱裂。箱體也可用低炭鋼板和型鋼焊接而成。2　 箱體的熱處理：鑄造或箱體毛坯中的剩余應(yīng)力使箱體產(chǎn)生變形，為了保證箱體加工后精度的穩(wěn)定性，對(duì)箱體毛坯或粗加工后要用熱處理方法消除剩余應(yīng)力，減少變形常用的熱處理措施有以下三類：A）熱時(shí)效 鑄件在500~600度下退火，可以大幅度的降低或消除鑄造箱體中的剩余應(yīng)力。B）熱沖擊時(shí)效 將鑄件快速加熱，利用產(chǎn)生的應(yīng)力與鑄造剩余應(yīng)力疊加，使原有剩余應(yīng)力松弛。C）自然時(shí)效 自然時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效可以提高鑄件的松弛鋼性，使鑄件的尺寸精度穩(wěn)定。 箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇鑄鐵、鑄鋼和其他材料箱體的壁厚可以從下表中選取，表中N有下式計(jì)算： （464）式中，——鑄件長(zhǎng)度（mm）；——鑄件寬度（mm）；——鑄件高度（mm）。、鑄鋼和其他材料箱體的壁厚表當(dāng)前尺存箱體材料灰鑄鐵鑄鋼鑄鋁合金鑄鋼6810121620241010——1515——2020——2525——3030——3535——404568110≥1268注： 、可鍛鑄鐵壁厚減少20%.： 鑲體的鑄造方法合金種類鑄造方法砂型金屬型壓力鑄造熔模鑄造殼模鑄造鋁合金鎂合金銅合金鋅合金333321～～21～212～2～2～計(jì)算：若采用鑄鐵HT150來(lái)設(shè)計(jì)箱體，選用厚度10毫米，由公式N=（2L+B+H）/3000（mm），若高與寬相當(dāng)，長(zhǎng)相當(dāng)于2倍寬左右可得相關(guān)尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)裝配可得：B=320mm，L=520mm底板的結(jié)構(gòu)圖。 底板結(jié)構(gòu)圖5 光電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 引言本次測(cè)控儀器設(shè)計(jì)中，電路系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著信息流的傳遞和控制的重要任務(wù)，是感知信息、處理信息、輸出指令、操縱機(jī)構(gòu)和元件的工具和載體。光電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的好壞，對(duì)整個(gè)測(cè)控儀器的評(píng)價(jià)有重要影響。一般而言，一個(gè)完整的測(cè)控儀器電路系統(tǒng)是由測(cè)量電路（信息輸入通道）、中央處理系統(tǒng)（信息處理單元）、控制電路（信息輸出通道）三大部分組成。測(cè)量電路是信息流的輸入通道，主要由信息處理電路和電源組成，其作用是將傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、細(xì)分、選通、變換和阻抗匹配等。只有經(jīng)過(guò)測(cè)控電路系統(tǒng)的放大、濾波、細(xì)分、選通和阻抗匹配等處理，才能將傳感器輸出的有用信號(hào)、無(wú)用信號(hào)以及代表不同信息的各種信號(hào)分開(kāi)，將微弱信號(hào)放大，鑒別被測(cè)信號(hào)的微弱變化，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便中央系統(tǒng)處理。中央處理系統(tǒng)是信息處理單元，它同時(shí)連接著測(cè)量電路和控制電路，即連接著信息輸入通道和輸出通道，是整個(gè)電路系統(tǒng)的核心，同時(shí)也是整個(gè)測(cè)控儀器的核心。中央處理系統(tǒng)的作用是對(duì)測(cè)量電路送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、處理、顯示、存儲(chǔ)、打印等，然后按照儀器的功能要求，向控制電路系統(tǒng)發(fā)出控制命令，并通過(guò)控制電路和執(zhí)行器對(duì)被控參數(shù)實(shí)行控制?？刂齐娐芬话闶切畔⒘鞯妮敵鐾ǖ?，它主要由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、電源等組成，其作用是根據(jù)中央處理系統(tǒng)發(fā)出的命令，對(duì)被控參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制。 電路系統(tǒng)性能要求分析a、低躁聲與高抗干擾能力為了保證高的測(cè)量精度，必須要求電路具有低躁聲與高抗干擾能力，包括選用低躁聲器件，合理安排電路，合理步線與接地，采取適當(dāng)?shù)母綦x與屏蔽等。電路方面采用具有高共摸抑制比的電路。因?yàn)榇蠖鄶?shù)干擾表現(xiàn)為共摸干擾，采用高共摸抑制比差動(dòng)電路能有效的抑制干擾。b 、低溫漂、低零漂、高穩(wěn)定性元件的參數(shù)會(huì)受到溫度的影響，從而要減小溫漂可以選擇受溫度影響小的器件或者使電路的熱量可以及時(shí)的散出，特別是關(guān)鍵部位的溫度。電路工作穩(wěn)定和低零漂是保證電路精度的首要條件。應(yīng)選擇低零漂器件，噪聲與干擾引起電路在短時(shí)間內(nèi)的不穩(wěn)定。電路長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性，元器件的老化，開(kāi)關(guān)與安插件的彈性疲勞和氧化引起接觸電阻變化等都是影響電路長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性的主要原因。c 、線性與保真度好大多數(shù)情況下，要求系統(tǒng)輸入與輸出間具有線性關(guān)系，因?yàn)榫€性關(guān)系使用方便，在換檔時(shí)不必重新定標(biāo)，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、細(xì)分、伺服跟蹤時(shí)不必考慮非線性因素，波形不失真等。為使波形不失真除要求電路有良好的線性外，還要求在信號(hào)所占有的頻帶內(nèi)，有良好的頻率特性。 總體設(shè)計(jì)。對(duì)于本電路系統(tǒng)，共分為四大模塊，即：傳感器模塊，信號(hào)處理模塊，接口模塊和計(jì)算機(jī)模塊。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，傳感器采集信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)量電路處理輸入到中央處理系統(tǒng)，經(jīng)中央處理系統(tǒng)作數(shù)據(jù)處理后，輸出到顯示器上，同時(shí)發(fā)出控制信號(hào)到控制電路，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)工作周期傳感器模塊信號(hào)處理模塊 接口模塊計(jì)算機(jī)模塊 測(cè)控系統(tǒng)總體框 測(cè)控電路系統(tǒng)原理圖框電感傳感器光柵位移傳感器跟隨放大電平平移限幅采樣A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)處理4細(xì)分辯向采樣控制中斷控制正向計(jì)數(shù)反向計(jì)數(shù)地址譯碼PCIBUS步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示打印鍵盤(pán) 光電系統(tǒng)原理實(shí)現(xiàn) 電路系統(tǒng)主要功能是信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸與自動(dòng)控制，主要從精度、轉(zhuǎn)換速率、自動(dòng)化程度等方面來(lái)考慮整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造。本系統(tǒng)主要從精度和自動(dòng)化程度來(lái)構(gòu)思整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造。 。由電感傳感器將測(cè)量頭傳遞過(guò)來(lái)的齒形誤差信息（X方向位移量）轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并經(jīng)過(guò)摸數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)I/O端口送入計(jì)算機(jī)；由光柵位移傳感器獲取直線導(dǎo)軌的位移量（Y方向位移量），其作用有兩方面：一方面通過(guò)采用信