滾珠絲杠螺母副的計算和選型.doc

3一、進(jìn)給傳動部件的計算和選型進(jìn)給傳動部件的計算和選型主要包括:確定脈沖當(dāng)量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、計算減速器、選擇步進(jìn)電機(jī)等。1、 脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，X方向的脈沖當(dāng)量為x=0.005mm/脈沖，Z方向?yàn)閦=0.01mm/脈沖。2、 切削力的計算切削力的分析和計算過程如下：設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650Mpa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角r=45，前角o=10，刃傾角s=-0；切削用量為：背吃刀量ap=1mm，進(jìn)給量f=0.18mm/r，切削速度vc=90m/min。查表得：CFc=270，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。查表得：主偏角r的修正系數(shù)krFc=1.0；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗(yàn)公式（32）,算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗(yàn)公式Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得進(jìn)給切削力Ff=935.69N，背向力Fp=1069.36N。3、 滾珠絲杠螺母副的計算和選型（1） 工作載荷Fm的計算已知移動部件總重G=1300N；車削力Fc=2673.4N，F(xiàn)p=1069.36N，F(xiàn)f=935.69N。根據(jù)Fz=Fc，F(xiàn)y=Fp，F(xiàn)x=Ff的對應(yīng)關(guān)系，可得：Fz=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N，F(xiàn)x=935.69N。選用矩形三角形組合滑動導(dǎo)軌，查表，取K=1.15，=0.16，代入Fm=KFx+（Fz+G），得工作載荷Fm=1712N。（2） 最大動載荷FQ的計算設(shè)本車床Z向在最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度v=0.8m/min，初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph=133r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106，得絲杠系數(shù)L0=119.7106r。查表，取載荷系數(shù)fW=1.15，再取硬度系數(shù)fH=1，代入式（323），求得最大動載荷FQ=0fWfHFm=9703N。（3） 初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷，查表，選擇FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm，基本導(dǎo)程為6mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為32圈=6圈，精度等級取四級，額定動載荷為13200N，滿足要求。（4） 傳動效率的計算將公稱直徑d0=40mm，基本導(dǎo)程Ph=6mm，代入=arctanPh/(d0)，得絲杠螺旋升角=244。將摩擦角=10，代入=tan/tan（+），得傳動效率=94.2。（5） 剛度的驗(yàn)算1） 滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左右支承的中心距離約為a=1467mm；剛的彈性模量E=2.1105MPa；查表，得滾珠直徑Dw=3.9688mm，算得絲杠底徑d2=公稱直徑d0滾珠直徑Dw=36.0312mm，則絲杠截面積S=d22/4=1019.64mm2。2） 根據(jù)公式Z=（d0/Dw）-3,求得單圈滾珠數(shù)目Z29；該型號絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為326，則滾珠總數(shù)量=296=174。滾珠絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力FYJFm/3571N。則由式（327），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.00117mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取20.000585mm。3） 將以上算出的1和2代入總1+2，求得絲杠總變形量總0.012555mm12.555m。查表，4級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)的變動量允許16m，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量總只有12.555mm，可見絲杠強(qiáng)度足夠。4） 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式（328）計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查表，取支承系數(shù)fk2；由絲杠底徑d236.0312mm，求得截面慣性徑Id24/6482734.15mm4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式（328），得臨界載荷Fk51012N，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm（1712N）,故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4、 同步帶減速箱的設(shè)計為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能的減小，傳動量中長使用減速傳動。設(shè)計同步減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率P，主動輪轉(zhuǎn)速n1和傳動比i，傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。（1） 傳動比i的確定已知電動機(jī)的步距角0.72，脈沖當(dāng)量z0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ph6mm。根據(jù)式（312）算得傳動比i1.2。（2） 主動輪最高轉(zhuǎn)速n1由縱向床鞍的最快移動速度vzmax6000mm/min，可以算出主動輪最高轉(zhuǎn)速n1（vzmax/z）/360=1200r/min。（3） 確定帶的設(shè)計功率Pd預(yù)選的步進(jìn)電動機(jī)在轉(zhuǎn)速為1200r/min時，對應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率為fmax1200360/（60）10000Hz。（4） 選擇帶型和節(jié)距pb根據(jù)的帶的設(shè)計功率Pd=0.574kW和主動輪最高轉(zhuǎn)速n11200r/min，選擇同步帶型號為L型節(jié)距pb9.525mm。（5） 確定小帶輪齒數(shù)z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1取z115，則小帶輪節(jié)圓直徑d1pb z1/45.85mm。當(dāng)n1達(dá)到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時同步帶的速度為vd1 n1/（601000）2.86m/s，沒有超過L型帶的極限速度35m/s。（6） 確定大帶輪齒數(shù)z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2大帶輪齒數(shù)z2i pb18，節(jié)圓直徑d2id154.57mm。（7） 初選中心距a0、帶的節(jié)線長度L0p、帶的齒數(shù)zb初選中心距a01.1（d1+d2）110.06mm，圓整后取a0110mm。則帶的節(jié)線長度L0p2 a0+/2（d1+d2）+(d2-d1)2/4 a0377.33mm。查表，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度L0p381mm，相應(yīng)齒數(shù)zb=40。（8） 計算實(shí)際中心距a實(shí)際中心距aa0+（Lp-L0p）/2111.835mm。（9）校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)zmzmentz1/2pb z1/22a（z2z1）7，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。（ent表示取整）。（10）計算基準(zhǔn)額定功率P0P0（Tamv2）v/1000其中，Ta帶寬為bs0時的許用工作拉力。m帶寬為bs0時的單位長度的質(zhì)量。v同步帶的帶速。算得P00.697kW。（11）確定實(shí)際所需同步帶寬度bsbsbs0（Pd/KzP0）1/1.14其中，bs0選定型號的基準(zhǔn)寬度。Kz小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)。由上式求得bs21.42mm，選定最接近的帶寬bs25.4mm。（12）帶的工作能力計算計算同步帶額定功率P的精確值：P（KzKwTabs/ bs0mv2）v10-3經(jīng)計算得P0.697kW，而Pd0.574kW，滿足PPd。所以，帶的工作能力合格。5、 步進(jìn)電動機(jī)的計算和選型（1） 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量JeqJeqJm+Jz1+（Jz2+Jw+Js）/i257.55kg.cm2其中，Jm 33 kg.cm2Jz10.95 kg.cm2Jz21.99 kg.cm2Jw1.21 kg.cm2Js 30.78 kg.cm2（2） 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TeqTeq1Tamax+TfTamax2Jeq nm/60ta1/其中，nm 步進(jìn)電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。ta 步進(jìn)電動機(jī)由靜止到nm 轉(zhuǎn)速所需的時間。又nm vmax/360ta 0.4s，0.7，所以，Tamax 257.5510-41200/（600.40.7）N.m2.58 N.mTf（Fc+G）Ph/（2i）其中，導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，滑動導(dǎo)軌取0.16。Fc工作負(fù)載。傳動鏈總效率，取0.7。所以，Tf0.16（0+1300）0.006/（20.71.2）N.m0.24 N.m所以，Teq1Tamax+ Tf2.82 N.mTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/（2i）935.690.006/（20.71.2）N.m1.06 N.mTf（Fc+G）Ph/（2i）0.16（2673.4+1300）0.006/（20.71.2）N.m0.72 N.m所以，Teq2= Tt+ Tf1.78 N.m經(jīng)過上述計算后，TeqmaxTeq1，Teq22.82 N.m（3） 步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax4 Teq42.82 N.m11.28 N.m，可見對于預(yù)選的步進(jìn)電動機(jī)完全滿足工作要求。（4） 步進(jìn)電動機(jī)的性能校核1） 最快工進(jìn)速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工進(jìn)速度vmaxf800mm/min，脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖，可以求出fmaxf1333Hz，由此可知，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf17 N.m，滿足工作要求。2） 最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動速度vmax6000mm/min，可以求出fmax10000Hz，由此可知，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax3.8N.m，滿足工作要求。3） 最快空載移動時電動機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動速度vmax=6000mm/min，對應(yīng)的電動機(jī)運(yùn)行頻率fmax=10000Hz。查表可知，運(yùn)行頻率沒有超過上限。4） 起動頻率的計算已知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=57.55kg.cm2，電動機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33 kg.cm2，查表可知，最高空載起動頻率fq=1800Hz?？梢郧蟪霾竭M(jìn)電動機(jī)克服慣性負(fù)載的起動頻率為：fL=fq/（1+Jeq/Jm）1/2=1087Hz由此可知，進(jìn)給系統(tǒng)選用的步進(jìn)電動機(jī)可以滿足設(shè)計要求。6、 同步帶傳遞功率的計算分兩種情況分別進(jìn)行校核：（1） 快速空載起動電動機(jī)從靜止到nm=1200r/min，由式（6-5）可知，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82N.m，傳遞的功率為P=nm Teq1/9.55=12002.82/9.55W354.3W。（2） 最大工作負(fù)載，最快工進(jìn)速度由式（6-7）可知，帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78N.m，任務(wù)書給定最快工進(jìn)速度vmaxf=800mm/min，對應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速nmaxf=（vmaxf/z）/360=160r/min。傳遞的功率為P=nmaxf Teq2/9.55=1601.78/9.55W29.8W。由計算可知:兩種情況下，同步帶傳遞的負(fù)載功率均小于帶的額定功率0.697kW。因此，選擇的同步帶功率合格。二、繪制進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)的裝配圖完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進(jìn)電動機(jī)