【導(dǎo)讀】障發(fā)生機(jī)理并研究抑制振動(dòng)措施。故障試驗(yàn)分析具有重要的意義。主要工作內(nèi)容有如下幾個(gè)方面：。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的裝配過(guò)程；別對(duì)其進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)最大應(yīng)力發(fā)生的部位及其大??；

　　

【正文】 mm。 J — 絲杠斷面與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的參數(shù)， 464πrdJ?mm4。 2ηη — 與安裝方式有關(guān)的系數(shù)（由于安裝方式為固定 支撐，故 21ηη、 的值分別為 10） 式 (39)表示絲杠在不發(fā)生彎曲的前提下所允許的最大軸向載荷，公式中考慮了安全系數(shù)（ ）。校核原則：必須保證實(shí)際最大軸向載荷小于上述軸向允許載荷計(jì)算值。絲杠安裝間距為 300mm. 41 ??P N, 故滿足要求。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 23 2 絲桿在不發(fā)生屈服前提下的最大允許軸向載荷計(jì)算 絲杠在不發(fā)生屈服的前提下所允許的最大軸向拉伸或壓縮載荷按以下公式計(jì)算： 222 1 1 64π rr ddζP ?? （ 310） 其中， P2—— 最大軸向允許載荷， N。 Dr—— 絲桿溝槽最小直徑， mm； σ — 絲杠材料的允許拉伸壓縮應(yīng)力（通常情況下 ζ =147N/mm2). 校核原則：必須保證實(shí)際最大軸向載荷小于上述最大軸向允許載荷計(jì)算值。 實(shí)際上由于碰摩裝置進(jìn)給速度很慢，難以接近絲杠固有頻率，故絲杠在其固有頻率以下運(yùn)行，故不再進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算。 42 ??P N, 故滿足要求。 螺母類型的選定： 滾珠螺母是滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的核心部分，滾柱螺母的品質(zhì)決定了整個(gè)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。選定螺母型號(hào)需要選定并校核以下內(nèi)容： 1 選定螺母類型，根據(jù)安裝空間大小優(yōu)先選定了法蘭型滾珠螺母，型號(hào)為FFZD16053(其公稱直徑為 16mm，導(dǎo)程為 5mm，鋼球直徑為 ，基本額定動(dòng)載荷為 基本額定靜載荷為 ) 圖 法蘭型滾珠螺母 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 24 2 滾珠螺母允許軸向載荷計(jì)算及校核 為了使機(jī)構(gòu)可靠工作，特別是考慮沖擊及起動(dòng)，停止時(shí)的慣性力影響，必須在額定載荷的基礎(chǔ)上考慮一定的安全系數(shù)，通常用靜安全系數(shù) fs 表示。 螺母實(shí)際允許的最大軸向載荷為 saa fCF 0max? （ 311） 其中， aC0 額定靜載荷， N。 amaxF 滾珠螺母實(shí)際允許的最大軸向載荷， N。 sf 靜安全系數(shù)（根據(jù)負(fù)載條件，取其值為 ） 根據(jù)計(jì)算得 ?F KN, 故滿足要求。 滾珠絲杠壽命計(jì)算及校核 即使是合理的設(shè)計(jì)、選用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，經(jīng)歷了一定時(shí)間的運(yùn)行后，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)都會(huì)因?yàn)槟p而不能繼續(xù)使用，從開(kāi)始使用直至不能使用的時(shí)間稱為滾珠絲杠的壽命，造成滾珠絲杠壽命有限的原因除磨損造成的精度下降外，還有因?yàn)槠谠斐傻钠趬勖?，工程上主要以滾珠絲杠的疲勞壽命來(lái)推算其額定壽命。 滾珠絲杠的疲勞壽命可以分別由總轉(zhuǎn)速、實(shí)際運(yùn)行時(shí)間兩總方法來(lái)表示，計(jì)算公式分別為 63 10??????????nWnR FfCL （ 312） sBrrh nlPLNLL 60260 ??? （ 313） 其中， Lr— 由總轉(zhuǎn)數(shù)表示的額定疲勞壽命， r。 Lh—— 由運(yùn)行時(shí)間表示的額定疲勞壽命， h。 Cn— 螺母額定動(dòng)載荷， N。 Fn—— 軸向載荷， N。 N— 絲杠轉(zhuǎn)速， r/min PB—— 絲杠導(dǎo)程， mm N— 工作臺(tái)每分鐘往復(fù)次數(shù)，次 /min。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 25 Ls—— 工作行程， mm。 Fw—— 負(fù)載系數(shù)，與運(yùn)動(dòng)速度及振動(dòng)沖擊情況有關(guān)，（運(yùn)行速度較低，中等沖擊故取 fw 值為 ） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 ??RL r。 電機(jī)的選型： 由于滾珠絲桿機(jī)構(gòu)一般都用于精密的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，所以在使用滾珠絲桿時(shí)，通常都通過(guò)伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其中伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般用在要求高精度、高效率，高可靠的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合，而步進(jìn)電機(jī)用在要求比伺服電機(jī)稍低的場(chǎng)合， 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件 ， 每輸入一進(jìn)一個(gè)步距角增量 ， 電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率 。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中 [11]。本次設(shè)計(jì)選用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。下面確定其主要參數(shù)： 1 脈沖當(dāng)量 Δl 步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量實(shí)際上就是步進(jìn)電機(jī)每一個(gè)脈沖的進(jìn)給量，也稱為最小進(jìn)給量。步進(jìn)電機(jī)所需要的步距角 sθ 必須與機(jī)械系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 Δl 、滾珠絲杠的導(dǎo)程 BP 相匹配，其關(guān)系為： Bs PΔlθ ??360 （ 314） 2 運(yùn)行脈沖速度 2f 步進(jìn)電機(jī)所需要的運(yùn)行脈沖速度可以根據(jù)進(jìn)給脈沖速度及脈沖當(dāng)量求出： ΔlVf max2 1000? （ 315） 其中 maxV 負(fù)載最高進(jìn)給速度， m/s。 代入數(shù)據(jù)可計(jì)算得 ep0. 056m m /s t?Δl ， ?f 。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 26 3 電機(jī)扭矩 電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩在等速運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)時(shí)是不同的，應(yīng)根據(jù)式計(jì)算出電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩的最大值，所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足以下關(guān)系：電機(jī)的額定輸出扭矩 TM 負(fù)載的最大扭矩。為了保證電機(jī)可靠工作，必須考慮一個(gè)附加安全系數(shù)，通常取計(jì)算出的電機(jī)所需要驅(qū)動(dòng)扭矩最大值的 2 倍，作為電 機(jī) 的 最 小 額 定 輸 出 扭 矩 ， 即 ? ?nLM TTT ?? 2 (316) 4 確定電機(jī)的矩頻特性 最后，電機(jī)的矩頻特性必須能滿足機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載扭矩并具有一定的余量，保證電機(jī)運(yùn)行可靠。 滾珠絲杠一般采用角接觸球軸承和深溝球軸承進(jìn)行支撐，其中軸向角接觸球軸承是一種具有高剛度、低扭矩、高精度、能承受很大軸向負(fù)載的特殊角接觸球軸承，通過(guò)考慮，本次設(shè)計(jì)選用的是軸向角接觸球軸承，其型號(hào)為 7204C,下面計(jì)算該軸承的壽命； 收集相關(guān)受力數(shù)據(jù)，建立力學(xué)模型（圖 37），其中 R1=R1=2N,Fa=165N。軸承基本額定動(dòng)載荷 11200N，基本額定靜載荷 7460N，查手冊(cè)得 7204C 的 Y=，e=, 圖 37 軸承受力示意圖 故派生軸向力 4302 121 .YRSS ???N （ 317） 求軸向載荷， Fa=165N， ??? ),SF(SA a 121 m a x （ 318） 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 27 ??? ),SF(SA a 212 m ax （ 319） 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 P e8 2 .82 431 6 511 ??? .RA （ 320） ?X , ?Y e..A ??? 23024302 （ 321） 12?X , ?Y 查表得 ?df ， ?mf ??? )AYR(XffP md 11111 （ 322） ??? )AYR(XffP md 22222 （ 323） 計(jì)算軸承壽命 因?yàn)?21 PP? ,故按 1P 計(jì)算，查表得 tf =1， r104 . 0 5470211200 93110 ???? ).()PCf(L εt （ 324） （滑槽）的設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌的主要功能是引導(dǎo)和承載，為此，導(dǎo)軌副只允許具有一個(gè)自由度。當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)導(dǎo)軌的要求有： （ 1）導(dǎo)軌精度高 導(dǎo)軌精度是指機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)的直線和它與有關(guān)基面之間的相互位置的準(zhǔn)確性。無(wú)論在空載或切削工件時(shí)導(dǎo)軌都應(yīng)有足夠的導(dǎo)軌精度，這是對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 [12]。 （ 2）耐磨性高 導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持一定導(dǎo)向精度的能力。因?qū)к壴诠ぷ鬟^(guò)程中難免磨損，所以應(yīng)力求減少磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 28 （ 3）足夠的剛度 導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響部件之間的導(dǎo)向精度和相對(duì)位置，因此要求軌道應(yīng)有足夠的剛度。 （ 4）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 要使導(dǎo)軌的摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。 （ 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好 導(dǎo)軌的制造和維修要方便，在使用時(shí)便于調(diào)整和維護(hù)。 對(duì)導(dǎo)軌的技術(shù)要求有： （ 1）導(dǎo)軌的精度要求 導(dǎo)軌面的平面度通常取 ，長(zhǎng)度方 面 的直線度通常取,側(cè)導(dǎo)向面的直線度取 ,側(cè)導(dǎo)向面之間的平行度取,側(cè)導(dǎo)向面對(duì)導(dǎo)軌地面的垂直度取 。 （ 2）導(dǎo)軌的熱處理 數(shù)控機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率普遍都很高，這就要求導(dǎo)軌具有較高的耐磨性，以提高其精度保持性。為此，導(dǎo)軌大多需要淬火處理。導(dǎo)軌淬火的方式有中頻淬火、超音頻淬火、火焰淬火等，其中用的較多的是前兩種方式。 定子部分由兩個(gè)半圓弧結(jié)構(gòu)的鋁合金滑套組成，使用鋁合金材料能減小碰摩時(shí)軸的磨損，滑套 通過(guò)螺釘連接固定在固定架上，固定架為鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓連接上下兩部分，其上下左右通過(guò)固定板連接了四個(gè) 9333A 型壓力傳器。再將該部分通過(guò)螺釘連接固定在外部的兩個(gè)支架上（圖 ）。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) 29 圖 碰摩裝置定子部分固定結(jié)構(gòu) 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的靜力學(xué)與模態(tài)分析 29 第 4章 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 靜力學(xué)與模態(tài)分析 有限元分析方法簡(jiǎn)介 有限元法是以計(jì)算機(jī)為工具、根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)和物理問(wèn)題的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法。它的產(chǎn)生和發(fā)展是首先在工程應(yīng)用中得到突破的。固體力學(xué)中最早采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的是桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)，以桿件為單元，稱為矩陣位移法，它為有限元理論提供了思路。 1954 年， Argris 系統(tǒng)的剛度矩陣，使已經(jīng)成熟的桿件位移法可以用來(lái)分析連續(xù)介質(zhì)。 1955 年美國(guó)波音飛機(jī)制造公司的結(jié)構(gòu)工程師 Turner Clough 構(gòu)時(shí)，第一次采用直接剛度法給出了用三角形單元求解平面應(yīng)力問(wèn)題的正確答案。 1960 年 Cough 正式提出了 ―有限元 ‖(Finite Element)的概念。 1964 年 Besseling 。 1965 年我國(guó)的馮康在總結(jié)劉家峽大壩設(shè)計(jì)中的計(jì)算問(wèn)題后，發(fā)表了《基于變分原理的差分格式》論文。 1969 年 Oden 。同年， Zienkiewecz ，使有限元的計(jì)算精度有了較大 提高，并可適用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件。到了 20 世紀(jì) 70 年代中期，有限元法形成了完備的理論，其應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題，由靜力學(xué)問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定問(wèn)題、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，成為應(yīng)用廣泛的分析工具 [13]。 如今，有限元法在航空、航天、造船、建筑等方面得到了廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械、化工、海洋、生物、水利、核能、地質(zhì)等領(lǐng)域的應(yīng)用正在發(fā)展中。為此，許多國(guó)家都研制開(kāi)發(fā)了大型通用的有限元軟件，其功能也日益完善。 有限元法的基本思想是 ―先分后合 ‖，即將連續(xù)體或結(jié)構(gòu)先人為地分割成許多單元，并認(rèn)為單元與單元之間只通過(guò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，力也只通過(guò)節(jié)點(diǎn)作用。在此基