【正文】 最后，感謝論文審閱專家對于本論文提出的寶貴改進(jìn)意見，感謝參加答辯的各位老師和教授抽出寶貴時(shí)間給予的悉心指導(dǎo)。雖然在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過反復(fù)修改及計(jì)算，但錯(cuò)誤及不足之處再所難免，個(gè)人認(rèn)為此四自由度平臺(tái)尚有兩方面可以改善，一方面即為Z方向彎矩所導(dǎo)致行星滾柱絲杠產(chǎn)生的彎曲撓度，對于本平臺(tái)優(yōu)化所設(shè)計(jì)的四節(jié)塑料套筒的抗彎能力若能進(jìn)一步增強(qiáng)以達(dá)到與儀器重量所產(chǎn)生的彎矩抵消的效果，那么此平臺(tái)的承載能力將數(shù)倍增加。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。對于Z方向傳動(dòng)，則是本課題的難點(diǎn)。X、Y方向?qū)к壟c滾珠絲杠也可采用塑料防護(hù)罩進(jìn)行密封（圖中未畫出），以防止灰塵進(jìn)入，提高平臺(tái)工作壽命。圖56 Z向轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)三維建模圖圖57 Z向裝動(dòng)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(shí)底座安裝電機(jī)，與絲杠軸通過同步帶傳動(dòng)。X、Y向僅導(dǎo)軌存在一定差別，其余尺寸參數(shù)均相同便于制造及安裝。運(yùn)用Pro/E軟件對四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行主體建模。在三維造型過程中，可以幫助我們更加直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中零件造型及尺寸的錯(cuò)誤，及時(shí)改正。同步帶具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；（2）傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；（3）傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果明顯；（4）維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護(hù)費(fèi)用低；（5）速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；（6）可用于長距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。即通過調(diào)節(jié)螺栓預(yù)緊力的大小改變彈性碟簧彈力大小，從而改變上下螺母預(yù)緊力。齒差式調(diào)整結(jié)構(gòu)如圖43所示，兩個(gè)螺母的凸緣上切有外齒輪，分別與內(nèi)齒圈相嚙合，兩個(gè)內(nèi)齒圈齒數(shù)相同,根據(jù)間隙的大小,使兩個(gè)螺母分別在相同方向上轉(zhuǎn)過一個(gè)齒或幾個(gè)齒,這樣就使這兩個(gè)螺母彼此在軸向上接近了一個(gè)相應(yīng)的距離，兩邊螺母的齒數(shù)分別為=50，=49，相差一個(gè)齒。結(jié)構(gòu)示意圖如圖41所示：圖41 X、Y向傳動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)示意圖圖中零件明細(xì)表如下：表41 X、Y向傳動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)示意圖零件明細(xì)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(jī)端用密封圈密封Y向　近電機(jī)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。作為傳動(dòng)進(jìn)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(yīng)，故要求支承軸承的摩擦力矩必須很低。由于絲杠受熱膨脹，傳動(dòng)進(jìn)給的定位精度將會(huì)出現(xiàn)偏差，因此，需對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸。. X、Y向進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滾珠絲杠的常用安裝方式有三種:,一端自由。第四章 四自由度平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)原理性設(shè)計(jì)本章在四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)的原理性設(shè)計(jì)。前述已求得背對背角接觸球軸承預(yù)緊力=6600N，四自由度平臺(tái)重力G=1200N根據(jù)公式： （2 73)式中：——螺栓預(yù)緊力變化量；——螺栓相對剛度；——工作載荷；已知工作載荷=1200N，查閱相關(guān)資料取螺栓相對剛度=，代入計(jì)算得=360N。4）正應(yīng)力計(jì)算校核查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，當(dāng)導(dǎo)軌厚度大于30mm小于40mm時(shí)，其抗拉強(qiáng)度[]=160 MPa。 = （2 71)同理計(jì)算得= mm。標(biāo)記：鍵C1625 GB/T1096—2003。9）實(shí)際中心距a中心距可調(diào)整或或可用張緊輪時(shí) （2 66)已知=250mm，=，=786mm，代入計(jì)算得a=。因?yàn)閭鲃?dòng)比i=1，則兩齒輪齒數(shù)與節(jié)圓直徑皆相同。4）小帶輪節(jié)圓直徑 （2 61)已知=，=30，代入計(jì)算得=。則同步帶的傳動(dòng)功率為=代入上式計(jì)算得=。3）內(nèi)齒圈和滾柱的端齒輪設(shè)計(jì)在滾柱兩端加工特殊齒輪,其主要目的就是為了辦證絲杠軸線與滾柱軸線完全平行，從而使?jié)L柱和絲杠螺母之間保持良好的線接觸，以滿足傳動(dòng)需要,為了更加直觀方便的了解行星滾柱絲杠副內(nèi)部各元件之間的傳動(dòng)關(guān)系，特將實(shí)體模型簡化為如圖（38）所示： 圖38 行星滾柱絲杠傳動(dòng)示意圖①計(jì)算l一2一3的傳動(dòng)關(guān)系 （2 53)可得： （2 54)②計(jì)算1一2一4一5的傳動(dòng)關(guān)系 （2 55)可得： （2 56)要使傳動(dòng)成為可能，須使。其中,為螺母的頭數(shù)，s為螺母螺距。一般情況下，滾柱為單頭螺紋，在生產(chǎn)應(yīng)用過程中滾柱的頭數(shù)為5或6，此處選用行星滾柱絲杠螺紋頭數(shù)為6，因此導(dǎo)程比是6,絲杠和滾柱的直徑比是4。RV系列： 140000 （2 44)已知=70mm，=100 r/min，代入計(jì)算得：=7000140000絲杠的臨界轉(zhuǎn)速 （2 45)已知=70mm，L=500mm，代入計(jì)算得=21000 r/min。表38 行星滾柱絲杠精度等級標(biāo)準(zhǔn)精度等級C1導(dǎo)程誤差G16/300mmG312/300mmG523/300mmG9200/1000mm行星滾柱絲杠精度等級參考表（38）選取G5。②支承軸承組合剛度對于一端固定一段自由形式，軸承組合剛度==1608 N/。支承軸承剛度① 預(yù)緊軸承的剛度 （2 42)式中：——預(yù)緊軸承的剛度，N/；——滾珠直徑，mm；Z（2）行星滾柱絲杠剛度計(jì)算絲杠剛度有下列簡單公式計(jì)算 （2 40)已知=70mm，L=600mm，代入計(jì)算的=1339 N/。螺母總壽命 （2 37)代入公式（235）、公式（236）計(jì)算結(jié)果得：=（轉(zhuǎn)數(shù)）。從動(dòng)側(cè)半螺母，因?yàn)镕，故 F（2）= F （2 34)由=1200N，代入計(jì)算得：F（2）=780N。（4）軸承預(yù)緊力由公式（212）代入得=6509N。2）確定行星滾柱絲杠副預(yù)緊力由于行星滾柱絲杠對每個(gè)時(shí)間段都需要零齒隙，預(yù)緊力應(yīng)該按照最大的載荷力計(jì)算： （2 32)式中：——最大軸向工作載荷；其中=1200N，則=1200N。 圖35 RV行星滾柱絲杠尺寸規(guī)格圖 行星滾柱絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)1）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷（1）當(dāng)量轉(zhuǎn)速計(jì)算快速進(jìn)給方式下，絲杠轉(zhuǎn)速由公式（22）知 式中：——絲杠轉(zhuǎn)速，r/min，i=mm）。2）行星滾絲杠副彎曲截面系數(shù)計(jì)算對于行星滾柱絲杠 = （2 27)代入公式（225）計(jì)算結(jié)果得= mm。擋圈3,用來鎖緊擋板。因?yàn)闈L柱與螺母沒有軸向上的相對運(yùn)動(dòng)，故不要滾珠絲杠式的循環(huán)裝置。行星滾柱絲杠工作原理與行星輪系有一定的相似之處，當(dāng)滾柱絲杠滾動(dòng)時(shí)，它與主絲杠和外部螺母的接觸形成螺紋傳動(dòng)。6）驗(yàn)算額定靜載荷 （2 24)式中：——靜態(tài)安全系數(shù)，一般取1~2，有沖擊及振動(dòng)時(shí)取2~3；——滾珠絲杠副最大軸向載荷，N；：滾珠絲杠副軸向基本額定靜載荷，N；取=，又=240N，代入得=360=。 驗(yàn)算臨界壓縮載荷：N絲杠所受最大軸向載荷小于絲杠預(yù)拉伸力F，故不用驗(yàn)算。確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號已確定的型號：FFZD公稱直徑：25（3）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 （2 20)已求得F=240N，= ，= ，代入計(jì)算得：=。 剛度驗(yàn)算及精度選擇（1） （2 17)代入求得= 。代入計(jì)算得=。(2)——絲杠底徑；L1（3） 軸承內(nèi)徑d 略小于=25mm，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》取d=20mm。6) 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 （2 9）式中：——最大軸向工作載荷；其中=240N，則=240/3=80N。表31 各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間L機(jī)械類型　備注普通機(jī)械500010000=250（天）16（小時(shí)）10（年）（開機(jī)率）　普通機(jī)床10000數(shù)控機(jī)床15000精密機(jī)床20000測示機(jī)械15000航空機(jī)械100表32 精度等級f精度等級710　1表33 可靠性系數(shù)f可靠性%909596979899　1表34 負(fù)載性質(zhì)系數(shù)f負(fù)荷性質(zhì)無沖擊（很平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或震動(dòng)　（2）按滾珠絲杠副預(yù)期運(yùn)行距離計(jì)算 C= （2 6）式中：L——預(yù)期運(yùn)行距離（km），一般取250km；上述已算得=6mm，F(xiàn)=240N，已選取f=1，f=，f===（3）有預(yù)加負(fù)荷的滾珠絲杠副還需按最大軸向負(fù)荷F計(jì)算： C=fF （2 7）式中：f——預(yù)加負(fù)荷系數(shù)，根據(jù)預(yù)載（見表35）選；滾珠絲杠為輕預(yù)載，根據(jù)表35選取預(yù)加載荷系數(shù)f=，代入上式得==1608N表35 預(yù)加載荷系數(shù)f預(yù)加負(fù)荷系數(shù)輕預(yù)載中預(yù)載重預(yù)載　取以上三種結(jié)果中較大值，最終得C=4）根據(jù)精度要求確定滾珠絲杠允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠的軸向變形的最大允許量①（1/3~1/4）重復(fù)定位精度②（1/4~1/5）定位精度式中：——最大軸向變形量，；已知，重復(fù)定位精度10，定位精度25①②取兩種結(jié)果的較小值，則=3（2）估算所需最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，故采用兩端固定的支承形式 （2 8）式中：——最小螺紋底徑，mm；L(—)行程+（10—14）P；上述已求得F=240N，=3，滾珠絲杠副的行程約為450mm，則L600mm代入上式計(jì)算得==5）選取滾珠絲杠副的規(guī)格代號（1）選取內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠，采用齒差式調(diào)隙法。代入得F==240N。 ；——進(jìn)給速度，m/min，i=. 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核滾珠絲杠的計(jì)算步驟如圖31所示圖31 滾珠絲杠計(jì)算步驟下述滾珠絲杠副均有精度要求，故選用P類絲杠副 滾珠絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph： （2 1）式中：——滾珠絲杠副的導(dǎo)程，mm；——滾珠絲杠副最大移動(dòng)速度，mm/min；——滾珠絲杠副最大相對轉(zhuǎn)速，r/min；已知工作臺(tái)最高移動(dòng)速度=，滾珠絲杠副最大相對轉(zhuǎn)速=100 r/min，代入得=，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，選取=6mm。而方案2底座較大可避免此種情況發(fā)生，另外方案2底座Z向移動(dòng)采用同步帶輪傳動(dòng)，可降低豎直方向的高度。綜合上述布局形式的初步確定，運(yùn)用Pro/E軟件做出兩種不同的布局造型如下：方案一（如圖22所示）：將X、Y向結(jié)構(gòu)置于最下方作為底座，Z向移動(dòng)安裝于X、Y向上方，Z向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于最上方（即圓形平臺(tái)下方）。由電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而沿導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)。平臺(tái)的Z方向?yàn)榇怪边M(jìn)給方向，采用行星滾柱絲杠副實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)進(jìn)給要求。但由于此平臺(tái)精度要求較高，故要求其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件在徑向的擺動(dòng)量和軸向的竄動(dòng)量不得超過一定值，即對徑向和軸向有精度要求。行星滾柱絲杠完全能夠達(dá)到此四自由度結(jié)構(gòu)平臺(tái)的精度要求，軸向也完全可以承受平臺(tái)的重量，且具有一定的創(chuàng)新性。接觸面的增加，行星滾柱絲杠的承載能力和剛性將大大提高。圖21 行星滾柱絲杠行星滾柱絲杠與液壓缸/氣缸的性能對比：在那種需要較高承載力，或高速度的應(yīng)用場合中，比起液壓缸、氣缸，行星絲杠電動(dòng)推桿是更加理想的一種選擇。行星滾柱絲杠載荷傳遞元件為螺紋滾柱，是典型的線接觸；而滾珠絲杠載荷傳遞元件為滾珠，是點(diǎn)接觸。綜上所述若采用此方案，尤其是單根滾珠絲杠副支承的形式，不符合機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則，且無創(chuàng)新性可言。 傳統(tǒng)滾珠絲杠可行性分析由于本課題X射線衍射測量殘余應(yīng)力機(jī)器體積較小，重