【正文】 同步帶輪的型號為 30L。 2）帶型節(jié)距 bP 已知 dP =，小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 =100 r/min，查閱 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 選取 L型同步帶，節(jié)距 bP =。 即： RSNRRSSNS ZdZd Zddd d ??? （ 2 57) 得： RN ZkZ )2( ?? （ 2 58) 式中： 1? 為絲杠的角速度 ， 2? 為滾柱的角速度 ， 3? 為螺毋的角速度 ， 5? 為內(nèi)齒圈的角速度 ， NZ 為內(nèi)齒圈的齒數(shù) ， RZ 為滾柱兩端齒輪的齒數(shù) ， k為 RS dd / =4， 滾柱的齒數(shù) RZ 設(shè)計(jì)為 30，則內(nèi)齒圈的齒數(shù)為 NZ =30? 6=180。 同樣 ， 絲杠上的螺紋接觸點(diǎn)相對 于滾柱的周向位移為?? 2/snS 。 已知 絲杠的公稱直徑 Sd =70mm，由 RS dd / =4知 Rd =15mm， 由公式 （ 249） 知，Nd =100mm。 考慮不同的支撐方式所允許的極限轉(zhuǎn)速 krkrkrzul fnn ??? （ 2 46) 根據(jù)支承方式不同，選取 krf =，計(jì)算得 krzuln =5376 r/min。 （ 2）確定精度 pV300 )300( mmm ???? 定位精度 式中： pV300 —— 任意 300mm內(nèi)的行程變動量 （ 對半閉環(huán)系統(tǒng)言 ） ； 已知 定位精度為 30 m? /300mm， 計(jì)算得 pV300 ? 24 m? 。 (4) 支承軸承剛度 ① 預(yù)緊軸承的剛度 3 5m a x20 s ?aQB FZdK ??? （ 2 42) 式中： 0BK —— 預(yù)緊軸承的剛度 ， N/ m? ； Qd —— 滾珠直徑 ， mm； Z —— 滾珠數(shù) ； maxaF —— 最大軸向工作載荷 ， N； ? —— 軸承接觸角 ； 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》后，設(shè)計(jì) Qd =， Z =20， 又已知 maxaF =19526N ? =60176。 表 37 螺母剛度修正系數(shù) 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 單螺母 預(yù)緊螺母 雙螺母 mf 1 代入上式計(jì)算得 meC =? 。 6310 10)2()2( ?????????? maF CL （ 2 36) 同理代入 C=， )2(maF =780N， 計(jì)算得 ： )2(10L =? 1011 （轉(zhuǎn)數(shù)） 。 （ 5）按樣本選軸承型號規(guī)格 當(dāng) d=65mm 預(yù)加 載 荷 ? BPF 時(shí)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選用 7013C/DB軸承，預(yù)加載荷為 6600N? BPF =6509N 4) 行星滾柱 絲杠副工作圖設(shè)計(jì) 見附表 5） 螺母負(fù)載計(jì)算 主動側(cè)半螺母， 因?yàn)?Fn ? vF ，故 Fnv （ 1） = Fv + （ 2 33) 由 vn FF? =1200N，代入計(jì)算得： Fnv （ 1） =1980N。 3）確定 行星滾柱 絲杠副支承用的軸承代號、規(guī)格 （ 1） 軸承所承受的最大軸向載荷 m a xm a x FFF tB ?? =18326+1200=19526N （ 2） 軸承類型 采用一端固定一端自由的支承形式， 選背對背 60176。 圖 34 平臺所受彎矩示意圖 5） 正應(yīng)力計(jì)算校核 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 對于行星滾柱絲杠 ZWM?max? （ 2 29) 將公式和公式計(jì)算結(jié)果代入得 max? =4 ?? = N/mm2 = MPa。 對于行星滾 柱絲杠上部套筒 ZW =2/2dIZ （ 2 28) 代入 公式 （ 226） 計(jì)算結(jié)果得 ZW = 510? mm3 。 其 拆裝 較 方便 ,結(jié)構(gòu) 較 簡單 ,對中性 也較 好 ,適合 于 高速、承受 沖擊 、 變載 的 工作 場合。 圖 32 行星滾柱絲杠工作原理圖 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 行星滾柱絲杠 的結(jié)構(gòu) 如圖 33所示 ， 主要 的 組成 部件 有 ： 絲杠 1， 其螺紋牙型是直角 三角形螺紋 (至少是 三 頭螺紋 ， 實(shí)際選用為六頭螺紋 )，螺母 7,其內(nèi)螺紋牙型與絲杠相同 ； 滾柱 5,其螺紋牙型是直角的圓弧螺紋 (單頭螺紋 )， 在每個(gè)滾柱的末端都有一個(gè)圓柱形的樞軸和齒輪。 如圖 32所示 ， 這些內(nèi)螺紋與絲杠 能夠?qū)崿F(xiàn) 精確地嚙合。 . 行星滾柱絲杠傳動的設(shè)計(jì)與校核 行星滾柱絲杠原理 及結(jié)構(gòu) 介 紹 行星滾柱絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動的機(jī)械裝置。 (5) 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 導(dǎo)程： 6 螺紋長度： 500 絲杠全長： 604 P 類 3級精度 FFZD25063P3 /604500 3) 驗(yàn)算臨界壓縮載荷 CF ： N 絲杠所受最大軸向載荷 maxF 小于絲杠預(yù)拉伸力 F，故 不用驗(yàn)算 。 RKKK bs 1111 m a xm a x ??? （ 2 18) 代入求得 maxK = N/ m? 。 代入計(jì)算得 3 320 60s 5 1 ??????BK =? 。 （ 3） 軸承內(nèi)徑 d 略小于 md2 =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 max31FFp ? （ 2 9） 式中 ： maxF —— 最大軸向工作載荷 ； 其中 maxF =240N， 則 PF =240/3=80N。根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)（ 見表 34）選 ； 已經(jīng)求得 nm =73 r/min， Fm =240N，根據(jù)表 1選取 Lh =15000（小時(shí)），根據(jù) 表 32選取 fa =1，根據(jù) 表 33選取 fc =，根據(jù) 表 34選取 fW = 代入上式計(jì)算得 ?? ?????amC =。 ； ① 1v =，工作時(shí)間百分比為 70% ② 2v =,代入得 n2 =10 r/min，工作時(shí)間百分比為 30% 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm =n1 1001t +n2 1002t （ 2 3） 式中： nm —— 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 ， r/min； t1 、 t2 —— 工作時(shí)間百分比 ； 代入得 nm =100? +10? =73 r/min （ 2）當(dāng)量載荷計(jì)算 平臺進(jìn)給過程中，滾珠絲杠所受載荷基本不變， Nm FF ?? （ 2 4) 式中： ? —— 導(dǎo)軌的靜摩擦系數(shù) ； 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 NF —— 導(dǎo)軌所受壓力 ； 查閱相關(guān)資料， 動導(dǎo)軌材料為 HT150，支承導(dǎo)軌材料為 HT200（淬火處理），導(dǎo)軌表面進(jìn)行磨削處理 ，在潤滑良好 的工作條件下，速度較慢時(shí)動摩擦系數(shù) ? 隨運(yùn)動速度變化，靜摩擦因數(shù)隨靜止接觸時(shí)間而變化，綜上所述， ? 取 。 在總體設(shè)計(jì)階段，我們將重點(diǎn)進(jìn)行 X、 Y 方向 滾珠絲杠傳動的設(shè)計(jì)與校核 ， Z 方向 行星滾柱絲杠傳動的設(shè)計(jì)與校核 等 。 圖 22 平臺布局方案一 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 圖 23 平臺布局方案二 考慮到 Z向所受負(fù)載較大，且質(zhì)量較大，若置于 X、 Y向?qū)к壣戏?（即方案一） ，有可能導(dǎo)致失穩(wěn)。 3）豎直方向（即 Z向）進(jìn)給運(yùn)動通過行星滾柱絲杠 副將轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動 實(shí)現(xiàn) ，其放置位置有 X、 Y向上方和下方兩種選擇 。 . 四自由度平臺布局形式的確定 經(jīng)過收集分析國內(nèi)外相關(guān)資料，確定布 局方案如下： 1） X、 Y向采用滾珠絲杠與導(dǎo)軌配合工作的機(jī)構(gòu)。 綜合考慮以上因素，查閱相關(guān)資料，結(jié)合實(shí)際情況， X、 Y 方向滾珠絲杠副初始參數(shù)確定如下： 工作臺軸向最高移動速度 maxv =， X、 Y 方向所承受重量約為 800N，滾珠絲杠副定位精度 15 m? /300mm，全行程定位精度 25 m? ，重復(fù)定位精度 10 m? ，安裝方式為兩端固定，所選電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 maxn =20xx r/min，選用滑動導(dǎo)軌，其中動導(dǎo)軌材料為 HT150，支承導(dǎo)軌材料為 HT200（淬火處理），導(dǎo)軌表面進(jìn)行磨削處理。 查閱相關(guān)資料 ， 可采用相對安裝的一對圓錐滾子軸承構(gòu)成的回轉(zhuǎn)支承，作為滾動回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌使用。 超高速度：普通的滾珠絲杠為了避免滾珠之間相互碰撞，因而輸入速度不超過20xxrpm；而行星滾柱絲杠的行星絲杠均布固定在主絲杠的四周，故可以運(yùn)行在 5000rpm或更高的轉(zhuǎn)速下，最高速度可至 20xxmm/s. 通過行星滾柱絲杠和液壓缸、滾珠絲杠性能的對比，我們可以得出行星滾柱絲杠的諸多優(yōu)越性。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。綜上中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 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，重量 僅有幾十千克 ， 經(jīng)過計(jì)算，對于傳統(tǒng)滾珠絲杠， 在采用較大直徑的情況下， 也能 勉強(qiáng) 滿足 Z方向傳動進(jìn)給要求，但此時(shí)滾珠絲杠直徑已經(jīng)較 大 ， 相應(yīng)的四自由度平臺 體積 也 較大。 。 液壓傳動可行性分析 液壓傳動可以承受較大平臺重量， 對于本課題的儀器重量完全可以承 受，但其定位精度能否達(dá)到微米級呢？ 影響液壓傳動定位精度的因素主要有液壓傳動的移動速度和電液控制系統(tǒng)的響應(yīng)滯后時(shí)間，理論上，兩者的乘積即為定位誤差。由于滾珠絲杠結(jié)構(gòu)較為成熟，此處不再贅述。 4) 四自由度結(jié)構(gòu)平臺定位精度較高，對于大部分機(jī)床其設(shè)計(jì)沒有如此高的精度要求。臥式機(jī)床設(shè)計(jì)也需實(shí)現(xiàn)三向進(jìn)給傳動， 且其傳動過程與四自由度結(jié)構(gòu)平臺有相似之處，故在設(shè)計(jì)過程中 可參考其結(jié)構(gòu)，并結(jié)合四自由度結(jié)構(gòu)平臺實(shí)際要求做進(jìn)一步設(shè)計(jì)。 中南大學(xué)本科生論文 Xray 殘余應(yīng)力分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 四自由度平臺主體結(jié)構(gòu)原理性設(shè)計(jì) 重點(diǎn)進(jìn)行四自由度平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)各方向預(yù)拉伸力、預(yù)緊力的施加方式，滾珠絲杠副間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。 四自由度結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計(jì)方案的擬定 查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，收集國外相關(guān)產(chǎn)品布局形式，運(yùn)用 Pro/E 三維仿真手段，構(gòu)造可能的幾種平臺總體模型。 M為 2? 對 ?2sin 的斜率， 如果衍射面相同，那么選定 一組 ? 值 ， 測量 其對應(yīng) 的 ??)2( 并 作 出 ??)2( ?2sin 圖 ， 采用 最小二乘法 計(jì)算出 斜率 M,從而得到 應(yīng)力 ?? ,? 是試樣平面內(nèi)選定主應(yīng)力方向后 所 測得的 主應(yīng)力 和應(yīng)力 方向的夾角 。 由于 X射線對 樣品 穿 透 能力 并不強(qiáng) ， 對高強(qiáng)度鋁合金 來說其穿透深度 不會 超過 60 m? ， 故 只能 用來 探測鋁合金 樣品 表面 的 殘余 應(yīng)力 ， 由材料力學(xué)知識 可知 ，樣品 表面 殘余 應(yīng)力分布可視 作 二維平面 內(nèi) 的 應(yīng)力狀態(tài) ， 其垂直 方向樣品 方向 的主應(yīng)力03?? ， 因此 ， 可求得與 樣品 表面法向成 ? 角的應(yīng)變 ?? 為： )(s in1212