【導(dǎo)讀】電磁式交互電子白板的板體沿X、Y軸鋪設(shè)了感應(yīng)線圈。波，由于電磁耦合，就會(huì)在板體的感應(yīng)線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。否運(yùn)作正常及壞點(diǎn)位置的檢測(cè)。

　　

【正文】 41 References 42 1 第 1 章 緒 論 電磁式電子白板的概述 課堂教學(xué)使用黑板也有一個(gè)發(fā)生和演進(jìn)的過(guò)程。作為可以重復(fù)使用的課堂教學(xué)工具的黑板源自學(xué)習(xí)者個(gè)人使用的沙盤(pán)和石板。在發(fā)明造紙術(shù)后，學(xué)習(xí)者個(gè)人使用的書(shū)畫(huà)工具在我國(guó)是毛筆和紙張，在西方是羽毛筆和紙張。但材料比較昂貴而且無(wú)法重復(fù)使用。于是，沙盤(pán)和石板作為自制或廉價(jià)的書(shū)畫(huà)工具依然存在。使用沙盤(pán)就是用細(xì)樹(shù)枝或細(xì)木棍在一個(gè)裝有沙子的扁盤(pán)中書(shū)畫(huà)。寫(xiě)滿(mǎn)了可以將沙子抹平后再次書(shū)畫(huà)。石板石筆用特殊的石材做成，使用時(shí)用石筆在石板上書(shū)畫(huà)，留下白色的印痕，并且很容易擦去重寫(xiě)。 很快，學(xué)習(xí)者個(gè)人使用的砂盤(pán)和石板讓位給鉛筆和紙張，隨 后更有了鋼筆和圓珠筆。鉛筆的書(shū)畫(huà)是可以擦去的（但次數(shù)有限），而鋼筆和圓珠筆的書(shū)畫(huà)是無(wú)法擦除的。用作課堂教學(xué)的書(shū)畫(huà)工具必須滿(mǎn)足面向師生集體、易于重復(fù)使用、而且成本低廉 ”這樣幾個(gè)條件。這就是黑板和粉筆得以發(fā)明并推廣應(yīng)用的技術(shù)學(xué)、教育學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)。近代以來(lái)，黑板加粉筆在傳統(tǒng)校園課堂教學(xué)中已經(jīng)建立起穩(wěn)固的地位。香港中文大學(xué)傳播學(xué)教授余也魯曾經(jīng)指出：傳統(tǒng)學(xué)校的大多數(shù)教師依然相信 ： 學(xué)習(xí)成功與否，主要靠教師，而不是靠教材和手段。 世界上有過(guò)不少最出色的教育，例如孔夫子、柏拉圖和亞里斯多德的授徒，都是最樸素的面對(duì)面?zhèn)?授，除了老師的言傳 (語(yǔ)言 )之外，什么教學(xué)新技術(shù)媒體都沒(méi)有。 近幾百年出現(xiàn)的許多偉人也都是在非常簡(jiǎn)陋的教室里受的教育，除了教科書(shū)和黑板，同樣其它什么媒體也沒(méi)有美國(guó)的哈拉斯 (Halas)和哈里斯 (Harris) 也指出 :幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們都確信，在交流中，文字比目視圖像優(yōu)越，并且，文字包含有較高的智慧和思想?，F(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家的教育仍牢牢地立足于這種信念。這種信念同近代學(xué)校教育幾百年來(lái)實(shí)行的教師、教科書(shū)和教室三中心制的傳統(tǒng)有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，同時(shí)表明黑板加粉筆作為傳統(tǒng)校園課堂教學(xué)的主流技術(shù)已經(jīng)經(jīng)受住了幾個(gè)世紀(jì)的考驗(yàn)。 產(chǎn)品的背景 從上世紀(jì)后期以來(lái)，我們又經(jīng)歷了從黑板到電子交互白板的演進(jìn)過(guò)程。這一過(guò)程大致經(jīng)歷了主要三個(gè)階段： 2 1. 從黑板到書(shū)寫(xiě)白板 ； 2. 從書(shū)寫(xiě)白板到電子白板； 3. 從電子白板到交互白板 。 首先，主要是為了避免粉塵侵害師生健康，開(kāi)始改進(jìn)并使用各類(lèi)無(wú)塵粉筆，但效果不夠理想，于是干脆開(kāi)始使用書(shū)寫(xiě)白板。書(shū)寫(xiě)白板用各種材質(zhì)（木材、金屬、塑料板材等）制作，相應(yīng)地，使用各類(lèi)彩色書(shū)寫(xiě)水筆，并使用特制的板擦擦除書(shū)畫(huà)內(nèi)容。如今，各國(guó)仍有大量書(shū)寫(xiě)白板在使用中，但始終并不普遍，在中 小學(xué)尤不常見(jiàn)。究其原因，恐怕還是在其 “面向師生集體、易于重復(fù)使用、而且成本低廉 ”方面比不上黑板加粉筆。至上世紀(jì)末葉，書(shū)寫(xiě)白板開(kāi)始演進(jìn)為電子白板。最早，電子白板就是配備了電子裝置的書(shū)寫(xiě)白板，可以將白板上的書(shū)畫(huà)內(nèi)容存儲(chǔ)起來(lái)并打印出來(lái)分發(fā)給學(xué)生或受眾。后來(lái)，又發(fā)展為可以將電子白板上的書(shū)畫(huà)內(nèi)容存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中并進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理和傳輸發(fā)送（如通過(guò)電子郵件）。電子白板也可以作為計(jì)算機(jī)的投影屏板使用。但此時(shí)的電子白板與計(jì)算機(jī)的相互作用關(guān)系始終是單向的： (1) 電子白板上的書(shū)畫(huà)內(nèi)容可以存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中并做進(jìn)一步的加工處理（可實(shí)現(xiàn)從電子白板到計(jì)算機(jī)的書(shū)畫(huà)內(nèi)容單向存儲(chǔ)），但計(jì)算機(jī)處理結(jié)果并不呈現(xiàn)在電子白板上，即電子白板上的書(shū)畫(huà)內(nèi)容不會(huì)隨著計(jì)算機(jī)的加工處理而隨之改變（不能實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)到電子白板的書(shū)畫(huà)內(nèi)容加工處理的逆向呈現(xiàn)）； (2) 計(jì)算機(jī)通過(guò)投影儀可以將其屏幕內(nèi)容投影到電子白板上（可實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)到電子白板的屏幕內(nèi)容單向投影），但在電子白板上無(wú)法對(duì)投影的計(jì)算機(jī)屏幕內(nèi)容做任何加工處理或操作，即此時(shí)電子白板僅僅相當(dāng)與一塊普通屏板而已（不能實(shí)現(xiàn)從電子白板到計(jì)算機(jī)的屏幕內(nèi)容加工處理的逆向操作）。正因?yàn)殡娮影装迮c計(jì)算機(jī)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙向 交互通信與操作，使得電子白板的應(yīng)用推廣受到重大限制。在教學(xué)實(shí)踐中電子白板的使用還不如書(shū)寫(xiě)白板普遍。 (3) 從電子白板發(fā)展到交互白板，這是白板發(fā)展史上的關(guān)鍵的一步。交互白板實(shí)現(xiàn)了白板與計(jì)算機(jī)之間的雙向交互通信與操作。交互白板既是電子白板、同時(shí)又是計(jì)算機(jī)屏幕。在交互白板上的書(shū)畫(huà)內(nèi)容及其加工處理結(jié)果均被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，同時(shí)，在交互白板上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的各種操作，所有對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕內(nèi)容的操作和加工處理的結(jié)果都會(huì)即時(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中和呈現(xiàn)在電子白板上。當(dāng)然，交互白板自身也經(jīng)歷了一個(gè)不斷改進(jìn)和完善的過(guò)程，這一過(guò)程至 今仍在進(jìn)展之中而并未結(jié)束。 但是，經(jīng)過(guò) 21 世紀(jì)初最近數(shù)年的技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用改善，如今 3 的交互白板已經(jīng)基本成型，已經(jīng)足以替代傳統(tǒng)黑板擔(dān)當(dāng)起基礎(chǔ)教育信息化進(jìn)程中課堂教學(xué)主流技術(shù)的重任。那么，究竟什么是交互白板？交互白板（ Interactive Whiteboard ）是電子感應(yīng)白板（硬件）與白板操作系統(tǒng)（軟件）的集成。它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)與電子通信技術(shù)，成為計(jì)算機(jī)的一種輸入輸出設(shè)備，成為人（用戶(hù)）與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的智能平臺(tái)。簡(jiǎn)言之，交互白板是一個(gè)具有正常黑板尺寸、在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下工作的， 既具有普通白板和聯(lián)網(wǎng)多媒體計(jì)算機(jī)功能，又可以實(shí)現(xiàn)普通白板功能與計(jì)算機(jī)功能、以及軟硬件功能與教育資源、以及人機(jī)與人際多重交互的電子感應(yīng)屏板。 電子白板產(chǎn)品的應(yīng)用日趨成熟和穩(wěn)定，多種技術(shù)和方案融合發(fā)展。 電磁式電子白板的運(yùn)用是對(duì)沿襲幾百年的黑板、粉筆、板擦 “三位一體 ”的舊教學(xué)模式的一場(chǎng)革命性突破。電子白板教學(xué)強(qiáng)調(diào)的是課堂教學(xué)互動(dòng)性： 電子 白板強(qiáng)大的交互性功能為課堂教學(xué)中的師生互動(dòng)、生生互動(dòng)和人機(jī)互動(dòng)提供了技術(shù)可能和便利，改變了課堂 教學(xué)上的互動(dòng)方式，為建立以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為中心的課堂教學(xué)奠定技術(shù)基礎(chǔ)， 學(xué)校利用交互式電子白板在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施和教學(xué)評(píng)價(jià)等教學(xué)實(shí)踐中，改變了教與學(xué)的方式，創(chuàng)新了模式和方法，提高了課堂教學(xué)效益，改善了師生、教材、媒體的交互關(guān)系，取得了很好的成績(jī)，將會(huì)有越來(lái)越多的學(xué)校推廣和應(yīng)用。 研制產(chǎn)品的 意義 隨著電子白板在教育行業(yè)扮演越來(lái)越重要的角色，對(duì)其功能的檢測(cè)與是否發(fā)生故障變得很重要，在這種情況下電磁式交互電子白板壞點(diǎn)檢測(cè)裝置應(yīng)運(yùn)而生，根據(jù)電子筆發(fā)射的電磁波，白板的感應(yīng)線圈接收到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生 AD值 ，檢測(cè) AD值是否在正常范圍內(nèi)，如在范圍內(nèi)則該正常，如果不在范圍內(nèi)，則該線圈內(nèi)產(chǎn)生故障，依據(jù)這個(gè)原理就可以檢測(cè)電子白板是否有壞點(diǎn)或者發(fā)生故障位置，也可以用來(lái)檢測(cè)其他水平板體是否存在壞點(diǎn)。 4 第 2章 系統(tǒng)分析與方案的訂制 設(shè)計(jì)參數(shù) 表 21 為設(shè)計(jì)的參數(shù)表 規(guī)格型號(hào) 數(shù)據(jù) X， Y軸 工作范圍 (㎜ ) 1200,1700 進(jìn)給速度（ mm/s） 工作 20 快速定位 60 機(jī)械精度 (mm) Z軸 最大行程 (mm) 100 進(jìn)給速度 (mm/s) 20 機(jī) 械精度 (mm) 最大工件重量 30 水平精度 直線精度 垂直精度 ， + 定位精度 工作臺(tái)平面精度 橫梁移動(dòng)的垂直度 傳感器筆頭中心軸線的徑向跳動(dòng) 使用壽命 15000h 總體方案選擇 總體布局要求 總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn) : (1) 首先必須滿(mǎn)足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng) 濟(jì)性等等各種要求。 5 (2) 確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。 (3) 確保具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平。 (4) 應(yīng)便于觀察加工過(guò)程；便于操作、調(diào)整和維修；便于輸送、裝卸工件和清理；注意防護(hù)，確保安全。 (5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝配。 (6) 體積小，重量輕，節(jié)約原材料，降低制造成本，縮小占地面積，外型美觀大方。在滿(mǎn)足 總體布局的基本要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)考慮影響布局的基本因素；因而，在布局時(shí)，必須根據(jù)工作要求，全面、綜合地考慮工件的表面形成方法及運(yùn)動(dòng)，以期作出具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的布局設(shè)計(jì)。 運(yùn)動(dòng)分配的影響 對(duì)于同一種運(yùn)動(dòng)分配的布局，由于導(dǎo)軌的布置及其它結(jié)構(gòu)型式的不同，也將使 工作臺(tái) 的布局出現(xiàn)變化。在 工作臺(tái) 分配運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)注意以下三點(diǎn) : (1) 移動(dòng)部件的重量應(yīng)盡量輕。在其他條件相同的情況下，越小，所需電機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小。 (2) 應(yīng)有利于提高加工精度。 (3) 應(yīng)有利于提高剛度，縮小占地面積。 工件的尺寸、重量和形狀的影響 工件的表面形成運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)分配基本相同，而工件的尺寸、重量和形狀的不同，布局也會(huì)有很大差異。另外，還應(yīng)考慮性能要求的影響，如振動(dòng)、噪聲、熱變形、剛度和抗振性 。操縱方便性的影響 。模塊化設(shè)計(jì)法的影響等等 。 總體方案確定 通過(guò)查閱相關(guān)資料，目前基本布局形式通常有如圖 21所示的兩種方案，這兩種布局都采用龍門(mén)框架結(jié)構(gòu)，剛度均較高。 a案中，立柱固定，工件作橫向和縱向移動(dòng)，工作臺(tái)作上下移動(dòng)。由于工作臺(tái)移動(dòng)，承載 能力較差。若設(shè)計(jì)所承載工件的較輕，這種布局方式所需電機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸較小，移動(dòng)較輕便。在使用外伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同， 6 故支架支撐調(diào)整方便，但支架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜運(yùn)動(dòng)精度不好保證。 b方案中， 載物臺(tái) 固定，傳感器頭作上下移動(dòng)，立柱作縱向橫向移動(dòng)。該方案便于變形為不同的長(zhǎng)度。由于 載物臺(tái) 不動(dòng)，承載能力好，適合加工較重的工件。在使用外伸支架支撐縱向長(zhǎng)工件進(jìn)行批量加工時(shí)，支點(diǎn)高度相同，故支架支撐調(diào)整方便。但運(yùn)動(dòng)精度可以保證且立柱移動(dòng)較簡(jiǎn)單。 b方案略顯麻煩。該方案的最大優(yōu)勢(shì)在于傳 感器頭運(yùn)動(dòng)精度較易保證。 經(jīng)以上比較，充分考慮到布局的基本要求、影響布局的基本因素及設(shè)計(jì)參數(shù)，采用 b方案。 1電子白板； 2信號(hào)筆； 3機(jī)架； 4載物臺(tái) 1電子白板； 2信號(hào)筆； 3機(jī)架； 4載物臺(tái) （ a） （ b） 圖 21 布局簡(jiǎn)圖 1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本部分著重研究在確定了總體布局型式后產(chǎn)品各組成部分方案的選擇 ,它包括：有效工作區(qū)域、滾珠絲杠的結(jié) 構(gòu)型式和參數(shù)、直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)、主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳遞方式和轉(zhuǎn)速范圍等。 2 坐標(biāo)系統(tǒng)的確定 坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手法則， 右手定則，在三維坐標(biāo)系中， Z軸的正軸方向是根據(jù)右手定則確定的。右手定則也決定三維空間中任一坐標(biāo)軸的正旋轉(zhuǎn)方向。要標(biāo)注 X、 Y和 Z軸的正軸方向，就將右手背對(duì)著屏幕放置，拇指即指向X軸的正方向。伸出食指和中指，食指指向 Y軸的正方向，中指所指示的方向即是 Z軸的正方向。要確定軸的正旋轉(zhuǎn)方向，如右圖所示，用右手的大拇指指向軸的正方 向，彎曲手指。那么手指所指示的方向即是軸的正旋轉(zhuǎn)方向。 7 直角卡笛兒坐標(biāo)系統(tǒng)。基本坐標(biāo)軸為 X、 Y、 Z直角坐標(biāo)，對(duì)相應(yīng)每一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)符號(hào)為 A、 B、 C， Z 軸為垂直于工件裝卡面。 X軸為垂直人體方向 ， Y軸平行于人體方向，如圖 22所示為右手定則。 圖 22 右手坐標(biāo)系統(tǒng) 3 總體結(jié)構(gòu) 機(jī)械本體部分是橫架，有底座、立柱、工作臺(tái)、傳感器等部分。在保證整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械剛性的前提下，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，減輕整機(jī)重量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的周期，其主體框架 采用鋁合金拉延型材和軋制鋁板制造，防護(hù)件用塑料件和飯金件制造，用標(biāo)準(zhǔn)的緊固件連接?？傮w結(jié)構(gòu)如圖 24所示 4 主運(yùn)動(dòng)方案 主運(yùn)動(dòng)方案通常有兩種方案 : 載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。 5 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方案 由前所述，采用橫梁固定、工作臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式， 工作臺(tái) 在橫梁上移動(dòng) (X 向 )，實(shí)現(xiàn)工作 X軸工作寬度 ； 工作臺(tái)在底座上移動(dòng) (Y 向 )，實(shí)現(xiàn) Y軸方向工作長(zhǎng)度 ； 組件上下移動(dòng) (Z 向 )，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)與快速進(jìn)給狀態(tài) 。由于滾珠絲杠副具有很多優(yōu)點(diǎn) ， 因此各運(yùn)動(dòng)鏈中傳動(dòng)件均采用滾珠絲杠副 。步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠副直接連接。 至于導(dǎo)軌各運(yùn)動(dòng)鏈中支承件均采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。 8 1Y軸導(dǎo)軌； 2信號(hào)筆； 3機(jī)架； 4載物臺(tái) 圖 23 總體布局和坐標(biāo)系統(tǒng)的確定 1Y軸步進(jìn)電機(jī)； 2Y軸導(dǎo)軌滑塊； 3信號(hào)筆安裝裝置； 4Z軸導(dǎo)軌滑塊； 5Z軸步進(jìn)電機(jī)； 6滾珠絲杠副； 7X軸導(dǎo)軌滑塊 圖 24 總體機(jī)構(gòu) 9 第 3 章 機(jī)械部分 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸向載荷 以快速進(jìn)給時(shí) Z軸絲杠的軸向力最大以其為例進(jìn) 行設(shè)計(jì)計(jì)算，過(guò)程如下： 不同工作方式絲杠的轉(zhuǎn)速 n知： 工作方式下 fV =20 mm/s=1200mm/min， 快速進(jìn)給時(shí) fV =60 mm/s=3600mm/min初選滾珠絲杠導(dǎo)程 hP =6 mm 由公式 /fhn V P?絲 (31) 式中： n絲 ——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速； fV ——進(jìn)給速度； hP ——滾珠絲杠導(dǎo)程。 代入數(shù)據(jù)得： 工作方式下 n絲 =12020 =200r/min ； 快速進(jìn)給時(shí) n絲 =36006 =600r/min。 求兩種工作方式下的軸向載荷，因?yàn)?Z軸只有一種工作方式， Z軸方向受力簡(jiǎn)圖如圖 31所示對(duì) Z軸受力分析，故兩種工作方式下載荷相同，絲杠只受到電機(jī)及導(dǎo)軌部件的重力，設(shè)重心在絲杠的中心線上，電機(jī)導(dǎo)軌及部件總重大約5kg g＝ 10， lzF =Mg=5 10=50N X軸方向 兩種工作方式下 X軸方向的絲杠軸向載荷均相同，受力簡(jiǎn)圖如圖 32所示為 X軸方向?qū)к壦艿降哪Σ亮? lxF uG? 總 （ 32） 所受重力為 Z軸上下移動(dòng)部件及 X軸滑塊的重量約為 6kg滑軌的靜摩擦因數(shù)為。 動(dòng)摩擦系數(shù)理論上為 ， 但實(shí)際應(yīng)用中由于安裝平行度，為消除間隙 10 采取 1Z軸滑塊； 2Z軸導(dǎo)軌； 3Z軸電機(jī)； 4滾珠絲杠副 圖 31Z軸絲杠受力簡(jiǎn)圖 1X軸導(dǎo)軌； 2X軸滑塊； 3X軸導(dǎo)軌上重力； 4滾珠絲杠 圖 32 X軸方 向絲杠受力簡(jiǎn)圖 的預(yù)緊，回珠器曲線失真（在高速時(shí)體現(xiàn)），內(nèi)外滾道一致性等因素不可控性 11 太強(qiáng)。常常大于理論值很多。所以動(dòng)摩擦系數(shù)按照 ，靜摩擦系數(shù)按 核算 ， 所以剛剛啟動(dòng)時(shí)受力最大，代入公式（ 32） 得： 12lxF? N Y軸方向 分析可知兩種工作方式下 X軸方向的絲杠軸向載荷均相同，受力簡(jiǎn)圖如圖 33所示 軸向載荷 lF uG? 總 G總 包括電機(jī)及導(dǎo)軌部件 1G ， X軸方向滑塊及導(dǎo)軌 2G ， Y軸方向的滑塊 ， ? =， = 1 2 3G +G +GG總 ? 8kg代入公式 （ 32) 16lyF? N 1Y軸導(dǎo)軌； 2Y軸滑塊； 3Y軸上受的重力機(jī)構(gòu) 圖 33 Y軸方向絲杠受力簡(jiǎn)圖 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算公式 1()mnllln n t???? (33) X、 Y軸 兩種工作 方式 工作狀態(tài)與快速進(jìn)給 所占時(shí)間為 9:1 1t? 90%， 2t? 10%。絲杠轉(zhuǎn)速分別為 12 1 200n ? r/min， 2 600n ? r/min。代入公式 （ 33） X， Y軸當(dāng)量轉(zhuǎn)速： ?? ?? ni ii tnnm 1 )( =200 90%? +600 10%? =240 rpm Z軸方向只有一個(gè)快速進(jìn)給即 1 0t ? ， 2t? 100%。 1 0n? r/min， 2 600n ? r/min則絲杠轉(zhuǎn)速為 ?? ?? ni ii tnnm 1 )( =600 100%=600 rpm 當(dāng)量載荷 當(dāng)量載荷計(jì)算公式： 33 {}1n iimlmintFFn?? ? （ 34） 以上計(jì)算結(jié)果代入 （ 34）得： Z軸的當(dāng)量載荷： 3 6 0 0 1 0 0 %3 600 50m z l z l zF F F?? ? ?N X，軸當(dāng)量載荷： 332 0 0 9 0 % 6 0 0 1 0 %3 2 4 0 2 4 0 12m x l x l x l xF F F F???? ? ?N Y軸當(dāng)量載荷： 332 0 0 9 0 % 6 0 0 1 0 %3 2 4 0 2 4 0 16m y l y l y l yF F F F???? ? ?N 預(yù)定額定動(dòng)載荷 13 按額定預(yù)期工作時(shí)間估算： 動(dòng)載荷設(shè)計(jì)公式為： 3 60100 mwa m m h acFfC n L ff? （ 35） 查 文獻(xiàn) [2]第四冊(cè)表 9，輕微沖擊取負(fù)載性質(zhì)系數(shù) ? ，查表 7，按 7級(jí)精度 ? ，查表 8，按可靠性 97%取可靠安全系數(shù) ? 。根據(jù)設(shè)計(jì)要求 本產(chǎn)品預(yù)計(jì)工作時(shí)間 15000hL ? h，代入式（ 35）得： Z軸的額定動(dòng)載荷： 3 5 0 1 . 36 0 5 0 1 5 0 0 0 6 5 91 0 0 0 . 4 4 0 . 8amC ?? ? ? ???N X軸的額定動(dòng)載荷 3 1 2 1 . 36 0 1 2 1 5 0 0 0 9 81 0 0 0 . 4 4 0 . 8amC ?? ? ? ???N Y軸的額定動(dòng)載荷 3 1 6 1 . 36 0 1 6 1 5 0 0 0 1 4 41 0 0 0 . 4 4 0 . 8amC ?? ? ? ???N 擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載 maxF 計(jì)算 m axam e e lC f F f F?? (36) 因?yàn)? Z軸絲杠所受的載荷最大，故取 50l lzF F N?? ，查 文獻(xiàn) [1]表（ 10），輕預(yù)載取 ? ，代入式 (36)得： 50 335am e lzC f F? ? ? ?N 取兩種最大結(jié)果， 659amC ? N。 螺紋最大軸向變量及螺紋最小底徑的確定 估算允許軸向變形量 ()mm?? ， 1134m? ???????? 的重復(fù)定位精度，故 2m? ? 又因?yàn)椋?1145m? ????????的定位精度。 故 6m? ? 。 取兩者最小值， 2m? ? 。 估算最小螺紋底徑 14 02 mFLd ?? (37) 因采用的一端固定，一段游動(dòng)的安裝方式，故式中 L=()行程 +(1014)導(dǎo)程 。初定 Z軸方向的行程為 100mm，導(dǎo)程為 6mm，代入 L=180mm 0F Mg? =50N 2 5 0 1 8 00 .0 3 9 2 .72md ???mm 確定滾珠絲杠的預(yù)緊力 pF max13pFF? =503 17? N 初選滾珠絲杠副規(guī)格代號(hào) 由前面計(jì)算可知， Z軸的軸向載荷最大為 659N，螺紋最小底為 ，初選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)法蘭式，直通式預(yù)緊雙螺母，代號(hào)為 FD2020—3，產(chǎn)品規(guī)格如表 31所示， 由算好的 amC 與導(dǎo)程 hP 選用 20203滾珠絲杠副，9 3 6 6 6 5 9a a mCC? ? ?， 221 5 .8 2 .7mdd? ? ?， 選用南京工藝裝備制造有限公司的滾珠絲杠，外形如圖 34所示： 確定滾珠絲杠副支撐軸承的規(guī)格型號(hào) 1. 軸承類(lèi)型選擇依據(jù) 因?yàn)榻z杠所受軸向力很小 ,而已絲杠采用一端固定于電機(jī)上另一端游動(dòng) ,沒(méi)有預(yù)拉伸力 ,另外 ,使用直線運(yùn)動(dòng)球軸承有以下的優(yōu)點(diǎn)： (1) 由于流動(dòng)接觸可使起動(dòng)磨擦阻力及動(dòng)磨擦阻力為極小，因此可以節(jié)省能源，容易得到較高運(yùn)動(dòng)速度。 (2) 對(duì)負(fù)荷增大，但磨擦系數(shù)無(wú)敏感變化，因此重負(fù)荷下，磨擦系數(shù)極小，并且長(zhǎng)期保持精度不變，可得機(jī)械使用壽命長(zhǎng)期保持 。 (3) 直線運(yùn)動(dòng)軸承互換性好，安裝使用方便省時(shí)，并使機(jī)械結(jié)構(gòu)新穎，小型，量輕之特點(diǎn)。 (4) 節(jié)省給油手續(xù)，達(dá)到簡(jiǎn)化潤(rùn)滑保養(yǎng)的目的。 (5) 兩側(cè)附加油封的軸承還適用與灰塵較多或 異物容易侵入的場(chǎng)所。因此， 由前面計(jì)算所得絲杠上最大軸向的載荷數(shù) 50N選用 型號(hào) 61805深溝球 軸承為 Z軸的軸承 ， X、 Y軸選擇型號(hào)為 61807深溝球軸承。 15 2. 軸承型號(hào) 軸承的參數(shù)如表 32所示 : 表 31 滾珠絲杠副參數(shù) 規(guī)格 代號(hào) 公稱(chēng)直徑 基本導(dǎo)程 鋼球直徑 絲杠底徑 絲杠外徑 循環(huán) 列數(shù) 螺母安裝尺寸 油杯 額定載荷 N 剛度N/um KC d0 Ph Dw d2 d1 G GD D1 D D4 L B h D5 D6 M 動(dòng)載荷 Ca 靜載荷 Coa G GD G GD 20203 20 6 2 32 36 60 48 52 92 11 6 10 M6 9366 18324 193 385 圖 34 滾珠絲杠副 滾珠 絲杠長(zhǎng)度的確定 1. 行程補(bǔ)償值 行程補(bǔ)償值計(jì)算公式： 31 1 .8 1 0C tL ? ?? ? ? (38) 式中： C ——行程補(bǔ)償值； t? ——溫差 C? 。 其中 L? = 2k n aL L L?? (39) 16 軸承的外形如圖 35所示 其中行程 kL =100 mm，由表 31知螺母長(zhǎng)度 nL =52，安全行程 (2 4)ahLP?? =12，代入 (39)中得； L?? 100+52+12=164 mm,取溫差 t? = C? ，代入 (38)中得； C? 31 1 .8 2 .5 1 6 4 1 0 ?? ? ?? 表 32 軸承參數(shù) 型號(hào) 內(nèi)徑 內(nèi)徑公差 外徑 外徑公 差 寬 度 安裝孔 靜載荷 動(dòng)載荷 標(biāo)準(zhǔn)型 d 0— D 0—1 L d D h C (N) C0 (N) 61805 25 37 12 2537 12 373 549 圖 35 深溝球 軸承 絲杠螺紋長(zhǎng)度 sL L L???? (310) 式中： L? ——滾珠絲杠的余程。 查參考文獻(xiàn) [9]得 L? =16mm， sL =180mm。 Z軸絲杠兩支撐距離 L=480mm，Z軸絲杠總長(zhǎng) L總 =580mm。 X軸方向需絲杠行程 1200 mm， L? =16mm ，故 X軸方向滾珠絲杠螺紋長(zhǎng)度 sL =1216 mm。 絲杠兩端支撐距離 L=1516mm， X 軸絲杠總長(zhǎng) L總 =1616mm。 Y軸方向需絲杠行程 1700mm， L? =16mm，故 Y軸方向滾珠絲杠螺紋長(zhǎng)度 sL =1716mm。 絲杠兩端支撐距離 L=2020mm， 故 Y軸方向滾珠絲杠總長(zhǎng) L總 =2116mm。 17 滾珠絲杠的校核 抗壓剛度 由于絲杠采用一端固定另一端游動(dòng)的安裝方式，如下圖 36所示 圖 36 滾珠絲杠行程簡(jiǎn)圖 查參考文獻(xiàn) [1]得抗壓剛度計(jì)算公式 。