【正文】 p=1093N （ 4）軸承預緊力 預加負荷≥ （ 5）按樣本選軸承型號規(guī)格 當 d=17mm， 預加負荷為：≥ FBP， 所以選 36203 軸承。 對預緊絲杠副，確定其預緊力 FP 由于選擇 FFZD 預緊螺母形式的滾珠絲杠副，則需規(guī)定預緊力 FP。圈數(shù)列數(shù) 2 1。 （ 2）由計算出的 Ph ， Cam ， d2m 在樣本中取相應規(guī)格的滾珠絲杠副， Ph = 5mm Cam = 7819N d2m = 查絲杠產(chǎn)品確定本設計選型為： FFZD25053，其技術參數(shù)如下： Ph = 5mm Ca = 9KN≥ Cam = 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 45 頁 d2 = ≥ d2m = 螺母長度 L=83mm，額定動載 C0a=17KN，剛度 R=536N﹒ μm1 由機械設計手冊 3 卷查得， Ph = 5mm 時，剛球直徑 Dω=（ ?81 ），公稱直徑dω=25mm， 螺紋升角λ =3186。雙螺母墊片預緊形式，其特點是：結構簡單，壓縮預緊可用螺釘，圓柱防止兩個滾珠螺母相對轉(zhuǎn)動。 代入得 : Cam = （ 2）擬采用預緊滾珠絲杠副，按最大負載 Fmax計算： 式中 : fe : 預加載荷系數(shù)，取 fe = 代入得 : Cam = 4977N 取以上兩種結果的最大值 Cam = 7819N 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋直徑 （ 1）估算絲杠允許的最大軸向變形量 δm ①按規(guī)定 δm = min0KF ≈（ 31 ～ 41 ）重復定位精度 ②按規(guī)定 δm ≈（ 41 ～ 51 ）定位精度 已知：重復定位精度為 10μm、定位精度為 25μm 則 ① δm = 3μm ② δm = 6μm 取兩種結果最小值 δm = 3μm （ 2）估算滾珠絲杠副的最小螺紋底徑 d2m 取絲杠安裝方式為兩端固定形式如圖 所示 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 共 45 頁 圖 滾珠絲杠安裝方式示意圖 式中： E : 楊式彈性模量 105MP δm : 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量 μm F0 : 導軌靜摩擦力 N 。此形式能夠精確地調(diào)整預緊力，易用于高精度的傳動機構。螺母 2 的凸緣上有外齒，分別與緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈 4（或滑塊）嚙合，其齒數(shù)分別為 Z1 和 Z2，且 Z2=Z1+1。但返 向器回行槽加工要求高且不適于重載傳動 [18]。這樣的結構螺母的外型尺寸小和滑動螺旋副大致相同。 表 工作參數(shù) 加工方式 進給速度 Vi(m/min) 工時百分比 % 絲杠軸向載荷 (N) 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min 一般加工 1 70 1000 100 最高加工速度 3 20 1000 300 快速進退 10 1000 750 確定滾珠絲杠的導程 Ph = maxmaxniV? 式中： Ph ：滾珠絲杠副的導程 mm Vmax ：最大行程 3m/min nmax ： 電機最高轉(zhuǎn)速 1500r/min 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 45 頁 i ： 傳動比 齒輪一級減速 i= 代入得 ， Ph = 4 mm 圓整為 Ph = 5 mm 滾動螺旋結構形式定為內(nèi)循環(huán)式（見圖 ）?？v向絲杠支承形式采用第（ 4）種形式，使支承可靠，承載能力大，同時可以在溫升時使熱變形轉(zhuǎn)化為預緊力。但設計時要求提高推力軸承的承載能力和支架剛度 [13]。 （ 4）兩端裝推力軸承及向心球軸承如圖 d，為使絲桿具有最大的剛度，它的兩端可用雙重支承，即推力軸承加向心軸承，并施加預緊拉力。應將止推軸承遠離液壓馬達熱源及絲杠上的常用段，以減少絲杠熱變形的影響。只適用于短絲桿，一般用于數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的立向（垂直）坐標中 。滾珠絲杠的不正確安裝以及支承機構的剛度不足會使?jié)L珠絲杠的壽命大為下降。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持 良好的配合，并應保證孔對端面的垂直度。 滾珠絲杠的安裝與支承 數(shù)控機床的進給要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母副本身的剛度外，滾珠絲杠正確安裝及其支承的結構剛度也是不可忽視的因素。有時為減小徑向尺寸，不用襯套，直接將兩個滾珠螺母裝入有鍵槽的螺母座中 [12]。預緊力調(diào)整方便，但預緊 力較難精確控制。導向平鍵限制兩個滾珠螺母的相對運動。圖 b 屬于壓縮預緊，預緊力對滾珠絲桿產(chǎn)生壓應力。 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 45 頁 (a) (b) 圖 雙螺母齒差預緊（ ） （ 3） 雙螺母墊片預緊（圖 ）。這種結構在雙螺母預緊結構中軸向尺寸最小，但防松不夠可靠，調(diào)整也不夠方便。有兩個滾珠螺母體相反方向的旋轉(zhuǎn)導致兩個滾珠絲桿的接觸點產(chǎn)生軸向位移 hp?? 。 （ 2）雙螺母對旋預緊（圖 ）。這種結構復雜，成本高，調(diào)整預緊力不方便，因此使用不廣泛。1211hhppzz??? ? ? ?? ? ???? ? ? ?? ? ? ???。將滾珠螺母體與雙聯(lián)齒輪脫開，然后兩個滾珠螺母體向相同方向各轉(zhuǎn)動一個齒，再與雙聯(lián)齒輪嚙合，這樣兩個滾珠螺母在圓周方向有了相對旋轉(zhuǎn)。齒數(shù)相同的齒輪相嚙合。減少間隙常采用雙螺母消隙。 滾珠絲桿副通過預緊的方法消除間隙時應考慮下列情況：預緊載荷能夠有效的 減少嘆息功能變形所到來的軸向移動，但是過大的預緊載荷將增加摩擦阻力，降低傳動效率，并使壽命大為縮短。 典型滾珠絲杠螺母副的結構 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 45 頁 圖 單螺母外循環(huán)滾動螺旋副 1－螺母 2－套 3－鋼球 4－螺旋槽返回通道 5－擋球器 6－絲杠 圖 雙螺母外循環(huán)螺紋調(diào)整式滾動螺旋副 1－螺母 2－擋球器 3－鋼球 4－絲杠 5－墊圈 6－圓螺母 圖 雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動螺旋副 1－螺母 2－調(diào)整墊片 3－返向器 4－鋼球 5－絲杠 中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 45 頁 圖 雙螺母內(nèi)循環(huán)齒差調(diào)整式滾動螺旋副 1－螺母 2－內(nèi)齒圈 3－返向器 4－鋼球 5－絲杠 軸向間隙的消除 軸向間隙通常是指絲杠和螺母之間無現(xiàn)對轉(zhuǎn)動時，絲桿螺母之間的最大軸向竄動。 （ 7）不能自鎖。 （ 6）制造工藝復雜。 （ 4）有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直 線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲桿和螺母都可以作為主動件。 （ 2）給予適當預緊，殼消除絲桿和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好。滾珠絲杠副傳動的效率 ? =～ ，比常規(guī)的絲杠螺母副提高 3～ 4 倍（滑動絲桿效率為 ～ ）。滾珠絲杠副按預緊方式分類（見表 ）所示 [10]。 2）外循環(huán)滾珠絲杠副：滾珠在循環(huán)反向時，離開滾珠絲杠外表面。 （ 1）按滾道螺旋面的法向截型分類 通過滾珠中心并垂直于滾道螺旋面的平面和滾道表面的交線稱滾道法向截形，常用的滾道法向截形有兩種：單圓弧形和雙圓弧形。根據(jù)需要滾珠絲杠上 還可以增加如防塵用的密封件、滑用的潤滑件、預緊零件等 [9]。 滾珠絲杠副由滾珠、滾珠絲杠、滾珠螺母、滾珠循環(huán)裝置（又稱反向器）組成（見圖 ）。 c) 圖 滾珠絲杠副 1螺母鋼球 2擋球器（圖 a） 3返向器（圖 b） 4絲杠 在滾珠螺母體上裝有滾珠循環(huán)裝置，又稱反向器，它構成滾珠返回通道，使?jié)L珠在閉合回路中形成滾珠鏈的反復循環(huán)運動。 高壓水射流噴丸機床的設計任務 本次設計主要對高壓水射流噴丸機的機械系統(tǒng)進行整體設計，設計數(shù)據(jù)參數(shù)如下： （ 1）噴頭最大工作行程 X 軸（縱向） 1m Y 軸（橫向） 1m （ 2）噴頭最高移動速度 15m/min 最大工作速 度 3m/min （ 3）噴嘴數(shù)量 1 個 （ 4）靶距 H=200mm （ 5）旋轉(zhuǎn)夾具所夾工件最大軸徑 50mm 所夾工件最大長度 700800mm 同時在已有的系統(tǒng)基礎上利用水射流產(chǎn)生的強大壓力結合表面處理工藝使該系統(tǒng)在原有基礎上具有對工件進行噴丸硬化處理的功能，以提高機床的實用價值。 普通水鋼　丸高壓水高壓泵噴頭鋼丸噴管經(jīng)小孔形成高速鋼丸流 打 擊 工 件工件被硬化 圖 超高壓水射流噴丸機工作原理圖 高壓水射流噴丸機床系統(tǒng)組成 高壓水射流噴丸機主要包括高壓增壓器、超高壓增壓器、蓄能器、高壓水 /鋼 丸噴射系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、 CAD 控制器及 CAD/CAM 套裝軟件。初定 X 軸、 Y 軸均采用滾珠絲杠驅(qū)動裝置和線性導軌，這樣可以具有高度的運動精度，在數(shù)控系統(tǒng)的程序控制下可實現(xiàn)對 平 面運動。同時，橫梁還可沿軸在工作臺上作直線運動。但其鋼丸供給均勻、能實現(xiàn)精確連續(xù)供丸、易調(diào)節(jié)，故本設計選用。彈丸罐中的彈丸在自重作用下流入下部的供水管路中，靠外界大氣壓與 混合室之間的壓力差在管路中形成的氣力運輸效應將鋼丸輸送到混合室，并與水射流發(fā)生劇烈的摻混和動量交換后，經(jīng)磨料彈丸噴嘴噴出形成彈丸射流 [7]。收集箱：置于切割工作臺下面，回收切割后的水和磨料，吸收切割后剩余能量，具有集液、消能、降噪、防濺和安全保護等作用。控制方式有手動、機動、 NC 和 CNC 等。切割裝置：將工作介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，產(chǎn)生高能流束切割工件。增壓系統(tǒng)：將水增壓到工作壓力，主要用柱塞泵或增壓泵。目前雖然磨 料射流切割設備的形式較多，但其組成基本類同，主要包括供水系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、磨料供給系統(tǒng)、切割頭裝置、運動控制系統(tǒng)、工作臺、收集箱等幾部分。 (3)機床的重復定位精度達 以內(nèi)，最大切割速度為 3m/min。工作臺面尺寸為 1m 1m，平面內(nèi) x、 y 方向進給采用步進式電動機直接帶動滾珠絲杠副，實現(xiàn)噴嘴的平面運動。用直徑為 的噴嘴，壓力為 385MPa 的水射流，以 1000mm/min 的切割速度，能夠切透 6mm 厚的芳綸 /環(huán)氧，切口質(zhì)量好；用直徑為 的水噴嘴，直徑為 的磨料噴嘴，壓力為200MPa 的后混合磨料射流，以 1000mm/min 的切割厚度，能夠切透 1mm 厚的鈦板，切口質(zhì)量很好 [6]。 我國第一臺高壓水 /后混合磨料射流切割設備 — SHG1 雙坐標數(shù)控高壓水切割機，于 1985 年由航空 工藝研究所研制成功。 目前超高壓水射流加工技術存在的主要問題是：噴嘴的成本高，使用壽命短，切割中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 45 頁 速度和精度仍有待進一步提高。兩者的結合，正好像使其在切割材料時猶如一把軸向“鋸刀”加工一樣。從微觀上看，相對于射流平均速度存在著超高速區(qū)和低速區(qū)（有時可能為負值）因而超高壓水射流表面上雖為圓柱模型，而內(nèi)部實際上存在剛性高和剛性低的部分。在超高壓水射流中混入磨料，磨料顆粒便被加速，形成磨料高壓水射流，可以切割石才、金屬等硬質(zhì)材料 [5]。 中國自古有“滴水穿石”之說，如今利用超高壓水射流技術切割石材和其他材料已成為現(xiàn)實。自 20 世紀 80 年代末以來，我國依靠自己的力量，自主開發(fā)成功了各類超高壓水射流切割設備，并開始 了大量的工藝試驗研究。超高壓水射流與激光、離子束、電子束一樣，同屬于高能束加工的技術范疇 [4]。 超高壓水射流加工是利用高壓、高速的細徑液流作為工作介質(zhì)，對工件表面進行噴射，依靠液流產(chǎn)生的沖擊作用去除材料，實現(xiàn)對工件的切割。目前已有 3000 多套水射流切割設備在數(shù)十個國家?guī)资畟€行業(yè)應用，尤其是在航空航天、艦船、軍工、核能等高、尖、難技術上更顯優(yōu)勢。在最近十多年里，水中北大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 45 頁 射流 (WJ、 AWJ)切割技術和設備有了長足進步，其應用遍及工業(yè)生產(chǎn)和人們生活各個方面 [3]。直到本世紀五十年代，高壓水射流切割的可能性才源于蘇聯(lián)，但第一項切割技術專利卻在美國產(chǎn)生，即 1968 年由美國密蘇里大學林學教授諾曼 噴丸時彈丸材料和直徑的選擇，將根據(jù)需噴丸的零件特點決定，要保證彈丸直徑小于需要強化的溝槽圓角的尺寸 [2]。 噴丸用的彈丸都是圓 形彈丸，直徑為 不等。干噴工作條件差；濕噴是將彈丸混合在液體中，呈懸浮狀，然后噴射工件表面，工件條件有所改善。噴丸采用的專門設備，按照驅(qū)動彈丸的方式，可分為葉輪式噴丸機、氣動式噴丸機和液動式噴丸機三大類。表層的殘余壓縮應力可比次表層的拉伸應力高達數(shù)倍。但與表層相比較，次表層的變形程度較小，并未達到該材料的屈服點而保持彈性變形狀態(tài)，因此，表層與次表層的這種不均勻塑性變 形，能引起材料受噴后表面層的應力場（即應力分布的）改變。 噴丸是使受噴材料在再結晶溫度下進行的一種冷加工方法，加工過程由彈丸流在很高的速度下撞擊受噴表面而完成