1.设计目的
1.1加深理解和掌握《机电一体化》、《计算机接口设计》、《计算
机控制技术》、《数控技术》等课程的基本知识，提高学生综合运用所学知识的能力。
1.2培养学生根据设计课题的需要，选用参考书，查阅有关工程
手册的技术数据、图标和文献资料的能力。
2.设计任务
2.1组号 1.工作台长X宽（mm）：390X290。工作台工作重量：
1800N
2.2工作台行程：△Z=工作台长-100
△Y=工作台宽-100
2.3 脉冲当量：0.005—0.008mm/p
3.设计要求
3.1 工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母传动；
3.2滚珠丝杠支承方式为双推—简支型；
3.3驱动电机为反应式步进电动机；
3.4步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速、要求消除齿轮传动的
间隙。
4. 设计步骤
4.1总体方案的选择与确定；
4.2设计方案论证后查阅资料。
5. 工作量
5.1零号装备图一；
5.2设计说明书一个（30页以上）。
6. 工作台结构及参数设计
6.1数控工作台采用步进电机驱动的开环控位结构，其单项驱动
系统结构简图如图1-1所示。
6.2 滚珠丝杠设计
下丝杠 设计滚珠丝杠时，已知工作条件是：工作载荷
F=900+400=1300（N ） 使用寿命L ，h=10000（h ），丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）
L=0.31（m ）、丝杠的转速n （平均转速n=100 r/min 或最大
转速10000max =n r/min ），以及滚道硬度58-63HRC 和运转精度mm 03.0=δ。
6.2.1计算载荷F c
F c =K F *K H *K A F M =1.2?1.0?1.0?1150=1380N
查表2-6取K F = 1.2 、查表2-7取K H = 1.0 、查表2-4取D 级精度 、查表2-8取K A =1.0 。
6.2.2 计算额定动载荷，计算值Ca ’
Ca ‘=3
4
1064.1?n
h L n c F =1380?
3
4
10
67.110000
100??=5125.3N 6.2.3 根据Ca ‘选择滚珠丝杠副，假设选用F c 型号，按滚珠丝杠
副的额定动载荷等于或稍大于Ca ‘的原则，查表2-9选以下型号 规格：
5393,5.220041=-=Ca F c N 8630,5.220051=-=a c C F N
考虑各种因素选用 5.220041-c F ，由表2-9得丝杠
副数据： 公称直径：mm D 200= 导程：P=4mm 螺旋角："0383=λ 滚珠直径：d 0=2.381mm 按表2-1中尺寸公式计算：
滚道半径：R=0.521d=1.238mm
偏心距：e=(R-d/2)21036.3707.0-?=?mm
6.2.4稳定性验算
6.2.4.1丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷F cr （N ），
按下式计算： F cr =
2
)(2UC a
FI π
式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206GPa ；L 为丝杠工
作长度（m ）；I a 为丝杠危险截面的轴惯性矩（m 4）；u 为长度系数，见表2-10
I a ==644
1d π49410464
)0176.0(14.3m -?=? 取u=2/3，则F cr =
429
921039.6)19.03
2
(1041020614.3?=?????-N 安全系数S= 7.7109001039.64
=?=m cr F F 。查表
2-10[s]=2.5---3.3,S>[s],
丝杠是安全的，不会失稳。
6.2.4.2 高速长丝杠工作时，可能发生共振，因此需要验算其
不
会发生共振的最高转速——临界转速n cr 。需求丝杠的最大转速 n max n cr = 99102 1 2)(ul d f c ? 式中f c 为临界转速系数，见表2-10， 取F c = 3.927 u= 2/3 ， 则n cr = min /9.21178)19.03 2 (0176 .0927.3991022r =??? n cr >n max =10000r/min ,所以丝杠工作时，不会发 生共振。 6.2.4.3 此外滚珠丝杠副还受D 0n 值的限制，通常要求 D 0n<7*104mmr/min ， D 0n=20min /.1071004r mm ? 6.2.4.4刚度验算 滚珠丝杠在工作负载下F （N ）和转矩T （N*m ）共同作用下起 每个导程的变形量△l 0（m ） 为△l 0= C GJ T P EA PF π22±± 式中A 为丝杠截面积，A= 242 1104.241m d -?=π ，J c 为丝杠 的极惯性矩J c = 494 110932 m d -?=π ，G 为丝杠切变模量， 对钢G=83.3，J （N*m ）为转矩，T=M N D F m .509.0)tan(2 =+λρ 式中，ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数，F M 为平均工作载荷， 按最不利的情况取（其中F=F m ） = 0l um 2 9 9249410910 9103.8314.32509.0004.0104.210206900104---?=??????+????? 则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为 △l=um um l p l 1503.021 2128.410410919.0.3 20=?=≤=???=--σ 通常要求丝杠的导程误差△l 应小于其传动精度的1/2，即该丝杠的△l 满足上式，所以其刚度可满足要求。 6.2.4.5 效率验算 滚珠丝杠副的传动效率为η= %5.94%100) tan(tan =?+ρλλ n 要求在90%--95%之间，所以该丝杠副合格。 经上述计算验证，5.220041-c F 各项性能均符合题目要求，可选用。 下丝杠的设计 要求如下： 设计滚珠丝杠时，已知工作条件是：工作载荷F=900（N ） 使用寿命L ， h=10000（h ），丝杠的工作长度（或螺母的有效行程） L=0.31（m ）、丝杠的转速n （平均转速n=100 r/min 或最大 转速10000max =n r/min ），以及滚道硬度58-63HRC 和运转精度mm 03.0=δ。 同上述的计算及验算校核选取考虑各种因素选用 5.220041-c F 上丝杠的承受载荷比下丝杠小 顾选用 5.220041-c F 完全可以 上下丝杠 均选用 5.220041-c F 型号 6.2．5丝杠轴承的选择 型号：52202 数量：2 参数及尺寸 d=12mm D=32mm 1T =22mm a C =16.5KN A=0.003 m ax n =4800r/min B=5mm 型号： 6201 数量：4 参数及尺寸 d=12mm D= 32mm B= 10mm r C = 6.82KN m ax n = 1900r/min 2d =18.3mm 2D =26.1mm min r = 0.6 6.2．6丝杠的消隙 采用垫片调隙式 调整垫片的厚度使螺母产生微量的轴向位移，已达到消除轴向间隙和产生预紧力的目的。 6.3 滚动导轨 有已知条件得，该导轨的额定工作时间寿命T h 为： T h = h 900053006=?? 由T h = n l Ts s 2103 ? 得T s = 23 10n l T s h =2km 1000608.09000÷???=3456km
相关主题
文本预览