【正文】 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 設(shè)加工螺旋槳的直徑為 ，考慮輪轂的尺寸，其槳葉的徑向長度為最大可能為 ，因此設(shè)定工作臺(tái)的移動(dòng)距離 mmL 2200? （ ） 并聯(lián)工作臺(tái)和第一級(jí)工作臺(tái)設(shè)計(jì)完畢，其 總 質(zhì)量約為 1152kg，主軸加工時(shí)受到的最大反作用力為 1000N，主軸傾角額定值為 ?45 ，故工作臺(tái)要承受的最大豎直力為 NFmgP 12520??? （ ） 工作臺(tái)受到的最大水平力為 NFP 70745s in ?? ? （ ） 方向 在水平范圍。 工作臺(tái)主板上要鋪設(shè)導(dǎo)軌和滾珠絲杠，根據(jù)之前選取的導(dǎo)軌和滾珠絲杠的尺寸，確定主板的主要尺寸，如圖 44[10]： 圖 44 工作臺(tái)主板 尺寸 第二級(jí)工作臺(tái)直接連接在機(jī)架上，通過線性移動(dòng)來帶動(dòng)整個(gè)并聯(lián)工作臺(tái)移動(dòng)；其運(yùn)動(dòng)方向平行于螺旋槳的徑向，運(yùn)動(dòng)尺寸要保證主軸可以加工槳葉的整個(gè)徑向尺寸。 NmgFF ??? （ ） 假設(shè)兩個(gè)圓錐滾子軸承的徑向載荷一致，則 NFF 8021 ?? （ ） 根據(jù)之前 對(duì)絲杠的受力分析，得 絲杠的最大軸向載荷為 NPSfFF m 3 4 0 a x ???????? （ ） 受力情況，如圖 43所示 首先計(jì)算軸的軸向力，查表得，軸承 2的內(nèi)部軸向力分別為 NF 11 ???? （ ） NF 22 ???? （ ） 方向如圖 43所示。 因?yàn)?滾珠絲杠的支撐端和固定端承受的豎直載荷一樣，但是固定端還 要承受軸向載荷，因此固定端的兩個(gè)圓錐滾珠軸承是危險(xiǎn)端，需要校核，如圖 43所示 [13]。圓錐滾子軸承選擇 320xx，內(nèi)徑為 50mm，外徑 80mm，厚度為 20mm；深溝球軸承選擇 6208，內(nèi)徑為 40mm，外徑 80mm，厚度為 18mm。 絲杠的長度較長，而且絲杠 主要承受的載荷為軸向 載荷 ，所 以絲杠采用一端固定，一端支撐的方式。選取 [11]，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 為mmN? ， 最大轉(zhuǎn)矩為 mmN? ，額定轉(zhuǎn)速為 min20xxr ，最高轉(zhuǎn)速 為 min3000r ，都符合要求。 第 4 章 串聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 表 41 FDV25010B3 的主要參數(shù) (默認(rèn)單位 mm) 公稱外徑 導(dǎo)程 hp PCD 珠徑 根徑 剛性 K 50 10 255 螺母直 徑 螺母長度 法蘭直徑 法拉厚度 動(dòng)負(fù)載 C(N) 靜負(fù)載 Co（ N） 78 258 110 18 83940 26505 滿足條件： CC?? hh pp?? （ ） 故選擇的滾珠絲杠符合要求。 在機(jī)床工作時(shí)， 并聯(lián)桿的運(yùn)動(dòng)存在快速移動(dòng)和慢速走刀兩種方式，其中設(shè)快速運(yùn)動(dòng)的速度 min301 mV ? ， 時(shí)間比為 20%； 慢速走刀的 速度為 mV ? ， 所占時(shí)間比為80%。 分析絲杠的工作條件： 已知工作臺(tái)的行程為 1600mm，考慮到滾珠螺母的尺寸，滾珠絲杠的尺寸應(yīng)該大于 ； 初步計(jì)算 并聯(lián)工作臺(tái)質(zhì)量 m為 430kg；另外主軸的最大反作用力為 1kN，考慮重力和主軸反向作用力的方向，其最大的合力在下工作臺(tái)，大小為 KNmgFm ??? （ ） 其方 向豎直朝下 設(shè)工 作臺(tái)的最大加速，則在平臺(tái)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，還將產(chǎn)生一個(gè)很大的軸向負(fù)載 KNmaP ?? （ ） 由于主軸的反向作用力方向可以與水平面有 ?45 的傾角，所以 滾珠絲杠在機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，還會(huì)受到其在軸向方向的載荷，其大小為 KNFS in ?? ? （ ） 考慮到工作臺(tái)的摩擦阻力，可以得到絲杠 軸受到的最大動(dòng)載荷為KNPSfFF m a x ????????? （ ） 其中摩擦系數(shù) ?f ； 設(shè)絲杠在加速時(shí)的時(shí)間比為 10%，受加工反作用力的時(shí)間比為 70%， 故絲杠受的平均動(dòng)載荷為 KNSPfFF mbm 2 4 1 ????? （ ） 因?yàn)闈L珠絲杠需要正反轉(zhuǎn)換向，在滾珠絲杠換向時(shí)，易因反向間隙造成回轉(zhuǎn)誤差，影響運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，所以也需要對(duì)滾珠螺母進(jìn)行預(yù)壓，消減回轉(zhuǎn)誤差。 滾珠絲杠是工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)軸，同時(shí)也能起到一定支撐作用。 明顯符合對(duì)并聯(lián)工作臺(tái)的支撐要求；對(duì)導(dǎo)軌的動(dòng)負(fù)載進(jìn)行分析：導(dǎo)軌承受的最大豎直力為 ，考慮整個(gè)平臺(tái)的加速度，設(shè)加速度為 25 sm 。符合本次的機(jī)床設(shè)計(jì)要求。 組合考慮各種因素，選取 HGW55HA型導(dǎo)軌 [10]，導(dǎo)軌的長度為 2100mm,安裝方式為雙導(dǎo)軌， 4滑塊模式。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 工作臺(tái)既要能正放于機(jī)架上表面，也要能倒掛在機(jī)架的下表面。對(duì)于直徑大于 4米大型螺旋槳，其槳葉的寬度也小于槳葉的徑向長度，設(shè)加工螺旋槳的直徑為 ，其槳葉的徑向長度為 2米，寬度應(yīng)小于 ，因此設(shè)定工作臺(tái)的移動(dòng)距離 : mmL 1600? （ ） 并聯(lián)工作臺(tái)設(shè)計(jì)完畢，其質(zhì)量約為 430kg，主軸加工時(shí)受到的最大反作用力 F為1000N，主軸傾角額定值為 ?45 。 如圖 41所示 ，工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)為一根滾珠絲杠和兩根導(dǎo)軌，導(dǎo)軌起 支撐作用，絲杠為驅(qū)動(dòng)軸，也可以起到一定的支撐作用。 串聯(lián)工作臺(tái)有兩個(gè)平動(dòng)自由度，需要采用兩個(gè) 1維平動(dòng)工作臺(tái)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，設(shè)直接連接在機(jī)架上的工作臺(tái)為第二級(jí)工作臺(tái)，直接連接并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作臺(tái)為第一級(jí)工作臺(tái)。另外，通過 PROE仿真 [12]，各種參數(shù)也達(dá)到了預(yù)期要求，參數(shù)如表 32。 本章小結(jié) 本章完成了并聯(lián)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖所示，達(dá)到了 3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的要 求。 圖 39 軸承受力圖 因?yàn)?2S 和 S 的方向一致，則 NF 5114851 3 6 2 ????? （ ） 顯然 ， 12 SSS ?? ，因此軸有向右移的趨勢(shì)，但是受到力平衡不能移動(dòng)，故兩個(gè)軸承的軸向力分別為 N1451SSF 2a1 ??? （ ） NS 85F 1a2 ?? （ ） 因此只需要校核軸承 1，因?yàn)檩S承 1受到的徑向力比軸向力小很多，所以必須考慮當(dāng)量兩個(gè)方向的當(dāng)量載荷，即 ?X ?Y （ ） 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 故當(dāng)量動(dòng)載荷為 NYFXFfP ad 2 0 7 0)1 4 5 (1)( 111 ???????? （ ） NYFXFfP ad 5 7)(1)( 222 ???????? （ ） 因 21 PP? ，所以只計(jì)算軸承 1壽命 軸承 由 《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 查得：額定動(dòng)載荷 ? ， min2500 rn ? [10]，要求軸承使用壽命大于 58800h， 軸承壽命為 hfP fCnL h 531016 )(10 ????? （ ） f —— 溫度系數(shù)，取為 1f —— 載荷系數(shù)，取為 顯然 該軸承 滿足要求。 第 3 章 并聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 滾珠絲杠的軸承為一對(duì) 320xx圓錐滾子軸承，軸承以背對(duì)背形式安裝。 在每個(gè)并聯(lián)桿上各需要 5對(duì)軸承，分別選擇了一對(duì) 32210軸承、一對(duì) 320xx軸承、一對(duì) 30206軸承、一對(duì) 320xx軸承和一對(duì) 320xx軸承 [10]。故選取 MDMA750W中慣量交流伺服電機(jī) [11]，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為 mmN?2200 ， 最大轉(zhuǎn)矩mmN?5600 ， 額定轉(zhuǎn)速為 min20xxr ，最高轉(zhuǎn)速 為 min3000r ，都符合要求。 圖 38 電機(jī)的放置 選取齒輪的模數(shù)為 4，則兩個(gè)齒輪一共有 65個(gè)齒，指數(shù)分配齒數(shù)為 361?Z ， 292?Z其中 1Z 為電機(jī)軸上的齒數(shù)， 2Z 為并聯(lián)軸上的齒數(shù) 。由之前滾珠絲杠的校核結(jié)果 知： 絲杠 導(dǎo)程為 6mm，得滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速為 m in25 0010 3m a x rpVn h ???? （ ） 式中 ： V —— 并聯(lián)桿的最快伸出速度，取值為 sm15 ； hp —— 絲杠的導(dǎo)程 ， mm ； 絲杠扭矩 的計(jì)算： 絲杠為順序切削， 轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，由計(jì)算公式得 mmNpFT hbmA ??? ???? 1 3 8 61 3 0 02 ??? （ ） 式中 ： ? —— 轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械 效率，取值為 ； AT —— 絲杠旋轉(zhuǎn)扭矩 ， mmN? ； bmF —— 絲杠加速時(shí)的軸向負(fù)載 ， N ； 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 為了防止電機(jī)和并聯(lián)軸干涉，齒輪連接的中心距 應(yīng)該足夠大。 另外，大套筒需要螺紋緊固在轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸承座上，為了提高緊固部分的剛度、減少加工范圍，將緊固部位的大套筒直徑增大為 102mm，如圖 37所示。 定并聯(lián)桿的主要徑向尺寸 滾珠絲杠確定以后，并聯(lián)桿的主要徑向尺寸可以根據(jù)滾珠絲杠的公稱直徑進(jìn)行確定。絲杠的總長度為 650mm，螺紋副部分的長度為 540mm。根據(jù)并聯(lián)桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，滾珠絲杠的剛性應(yīng)大一點(diǎn)；為了減小整個(gè)并聯(lián)軸的徑向尺寸，法蘭的徑向尺寸不可以太大；為了減少并聯(lián)軸的軸向尺寸，滾珠螺母的長度不能太長。 在機(jī)床工作時(shí)，并聯(lián)桿的運(yùn)動(dòng)存在快速移動(dòng)和慢速走刀兩種方式，其中設(shè)快速運(yùn)動(dòng)的伸縮速度 min51 mV ? ， 時(shí)間比為 10%； 慢速走刀的伸縮速度為 mV ? ， 所占時(shí)間比為 90%?？梢圆捎眠^的鋼珠預(yù)壓方式，這種方式內(nèi)容納的鋼珠比珠槽空間大（過大鋼珠），使鋼 珠產(chǎn)生四面接觸，消減回轉(zhuǎn)誤差。 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)在最低水平位置時(shí)，通過 PRO/E建模得到 3根并聯(lián)軸與定、動(dòng)平臺(tái)的夾角都是 ? ，所以各個(gè)并聯(lián)軸受到的載荷一樣。由于下工作臺(tái)主要的負(fù)載方向?yàn)樨Q直朝下，因此桿的伸出量越短，其所受的軸向負(fù)載越大 [9]。 根據(jù)之前算出的動(dòng)工作臺(tái)尺寸，按 45號(hào)鋼得出工作臺(tái)質(zhì)量為 ， 設(shè)電主軸的質(zhì)量為 30kg， 另預(yù)留 20kg的質(zhì)量負(fù)載給其他附件 。 倒掛的主軸裝夾機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗艿闹亓图庸し醋饔昧Φ姆较蚴冀K呈鈍角，因而不會(huì)出現(xiàn)受最大軸向載荷的絲杠。 并聯(lián)軸的受力分析：并聯(lián)軸主要承受動(dòng)平臺(tái)及其相關(guān)連接件的重力和加工時(shí)的反向作用力。 但是套筒的一端要接內(nèi)花鍵套 筒 ，另一端要接齒輪箱，設(shè)兩端的尺寸各減少 30mm， 如圖 35所示 ， 這樣大套筒的軸向尺寸為 mmL 59030306504 ?? （ ） 圖 35 大套筒結(jié)構(gòu)和軸向尺寸 另外，對(duì)于虎克鉸，兩個(gè)叉扁軸的軸向尺寸都定為 100mm。安裝部分的尺寸定為 50mm，傳動(dòng)部分的尺寸定為 60mm， 如圖34所示 。并聯(lián)桿的最短長度動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)直接的距離動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)的半徑差 圖 33 動(dòng)、定平臺(tái)和并聯(lián)桿的空間位置尺寸圖 此時(shí)的并聯(lián)桿模型可以看做是一個(gè)直角三角形，假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與并聯(lián)桿的角度約為 70度，則可以求出水平的直角邊的距離 為 mmD os550 ?????? ? （ ） 式中 D? 為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的水平距離的差值。 如圖 33所示， 這樣轉(zhuǎn)動(dòng)副到球形副之間的直線距離估算值為 mmL 5 5 050327 5 02 ???? （ ） 其中 50mm是由于虎克鉸的第一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)際需要的線性長度。所以初步設(shè)并聯(lián)桿的伸縮量為 450mm；由于并聯(lián)桿上的導(dǎo)軌（大套筒）和滾珠絲杠的尺寸一定會(huì)大于并聯(lián)桿的伸縮量，滾珠絲杠是驅(qū)動(dòng)軸，需要連接電機(jī)，還會(huì)需要一定的距離，設(shè)定為 200mm， 另外各個(gè)連接件之間還會(huì)需要一定的預(yù)留空間，預(yù)定為 100mm。進(jìn)而在計(jì)算中應(yīng)該以 230mm作為計(jì)算量。 故可以確定動(dòng)平臺(tái)中心到球形副（虎克鉸的第二級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副）的距離為： mmD 2 3 050701 0 0 ???? （ ） 動(dòng)平臺(tái)的尺寸半徑約為 mmD 170701001 ??? （ ） 考慮到與動(dòng)平臺(tái)相連接的零件圓柱形主軸和 3個(gè)均勻分布的軸承座，動(dòng)平臺(tái)最終形狀也可以確定（如圖 33中的粗線所示）。動(dòng)平臺(tái)的位置是由 3個(gè)并聯(lián)軸中虎克鉸的第二級(jí)轉(zhuǎn)