双坐标十字滑台的设计_毕业设计
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毕业设计
双坐标十字滑台的设计
一.机械部分
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 零号装备图一张;
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10000m ax =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
1067.110000
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 =
=64
4
1d π494
10464)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 ⨯<⨯ 所以丝杠副工作稳定。 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= 2421104.24 1 m 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△