普通立式鉆床數(shù)控化進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),普通,立式,鉆床,數(shù)控,進(jìn)給,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)
普通立式鉆床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 課題來(lái)源及研究目的和意義 1
1.2 普通立式鉆床數(shù)控化的現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1
1.3 普通立式鉆床數(shù)控化進(jìn)給機(jī)構(gòu)的方案分析 5
1.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析 5
1.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案和布局 6
第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
2.1滾珠絲杠的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13
2.2滾珠絲杠副絲杠副傳動(dòng)法面截形,循環(huán)方式等的確定……………………….14
2.3滾珠絲杠的預(yù)緊…………………………………………………………………15
2.4滾珠絲杠選取與校核……………………………………………………………17
3 滾動(dòng)軸承的選取與計(jì)算…………………………………………………………..20
3.1 軸向滾珠絲杠軸和徑向滾珠絲杠軸受力分析……………………………….20
3.2 計(jì)算軸承壽命………………………………………………………………….22
3.3當(dāng)量載荷…………………………………………………..................................23
4步進(jìn)電機(jī)的選取及設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………..26
4.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算……………………………………………………………………26
4.2將負(fù)載質(zhì)量換算成電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量…………………………………27
4.3計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩……………………………………………………….27
4.4負(fù)載起動(dòng)頻率估算…………………………………………………………….27
5 聯(lián)軸器的選取……………………………………………………………………28
6 齒輪減速器的選取………………………………………………………………28
7 進(jìn)給系統(tǒng)精度校核……………………………………………………………….33
7.1支承滾珠絲杠軸承的變形………………………………………………………33
7.2支承滾珠絲杠軸承的軸向變形…………………………………………………34
結(jié) 論 25
參 考 文 獻(xiàn) 26
致 謝 27
第1章 緒 論
1.1 概述
立式鉆床設(shè)備用途用于機(jī)械加工中的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪平面、鉆沉頭孔和鏜孔及攻螺紋。而數(shù)控鉆床主要用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲等加工。在汽車(chē)、機(jī)車(chē)、造船、航空航天、工程機(jī)械行業(yè);尤其對(duì)于超長(zhǎng)型疊板,縱梁、結(jié)構(gòu)鋼、管型件等多孔系零件。相對(duì)于普通立式鉆床而言,數(shù)控鉆床具有定位精度高,加工精度高,高效率,能夠減少人工,等等普通立式鉆床無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)越性。
1.2 普通鉆床數(shù)控化(數(shù)控鉆床)的現(xiàn)狀及趨勢(shì)
從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái),數(shù)控鉆床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn):加工柔性好,加工精度高,生產(chǎn)率高,減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件,有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控鉆床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品,適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控鉆床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌,進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī),也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力,加速推進(jìn)數(shù)控鉆床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控鉆床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步,數(shù)控鉆床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大,并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。為了應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī),企業(yè)紛紛調(diào)整數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)政策,競(jìng)相發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床,以促進(jìn)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而目前我國(guó)處于裝備更新?lián)Q代的高峰期和工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵期,對(duì)數(shù)控機(jī)床尤其是高檔數(shù)控機(jī)床的需求,仍將維持30%以上的高增長(zhǎng)水平,預(yù)計(jì)這一增長(zhǎng)速度仍將維持35年。
數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題,是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床,代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的需求日益增長(zhǎng),數(shù)控機(jī)床的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床功能部件的創(chuàng)新升級(jí)。目前我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件工業(yè)還不能滿足國(guó)內(nèi)需要,國(guó)內(nèi)數(shù)控功能部件產(chǎn)業(yè)主要存在以下問(wèn)題:適應(yīng)性和滿足度遠(yuǎn)達(dá)不到市場(chǎng)需求;我國(guó)數(shù)控功能部件生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模小;核心零部件大量依靠進(jìn)口;缺乏高技術(shù)含量威脅產(chǎn)業(yè)安全。
機(jī)床行業(yè)高端化發(fā)展四步曲
業(yè)內(nèi)人士表示,我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向,以發(fā)展數(shù)控機(jī)床為主導(dǎo)、主機(jī)為龍頭、完善配套為基礎(chǔ),力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變。更有專(zhuān)家為機(jī)床行業(yè)高端化發(fā)展提出了四方面觀點(diǎn),為機(jī)床行業(yè)高端發(fā)展進(jìn)程盡微薄之力。
一是積極落實(shí)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技專(zhuān)項(xiàng),創(chuàng)造國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新技術(shù)的大環(huán)境,以市場(chǎng)為導(dǎo)向,企業(yè)為主題,以科研院校為根基,全方位帶動(dòng)我國(guó)高新技術(shù)的創(chuàng)新。
二是開(kāi)拓新的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)或升級(jí)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng),帶動(dòng)普通機(jī)床及半自動(dòng)機(jī)床的升級(jí)改造和淘汰更新。極力拉動(dòng)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)需,帶動(dòng)高端機(jī)床產(chǎn)業(yè)的快速升級(jí)。
三是緊抓技術(shù)改造,促進(jìn)中高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化整體升級(jí)。充分利用國(guó)家技術(shù)改造貼息等優(yōu)惠政策,圍繞重點(diǎn),加強(qiáng)管理,提高資金投入產(chǎn)出比,打好根基,為技術(shù)創(chuàng)新提供長(zhǎng)足發(fā)展。
四是強(qiáng)化企業(yè)管理,節(jié)省成本提提高高效。數(shù)控機(jī)床企業(yè)要從內(nèi)部管理的強(qiáng)化切入,開(kāi)展結(jié)本高效的行動(dòng),維持資金流合理運(yùn)轉(zhuǎn),人力資源的合理分配,避免勞民傷財(cái),確保企業(yè)正常的運(yùn)營(yíng)。
展望未來(lái)
高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專(zhuān)項(xiàng)將實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新能力顯著提高,掌握一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),總體技術(shù)水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列;屆時(shí),主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件“中檔規(guī)?;⒏邫n產(chǎn)業(yè)化”將得以實(shí)現(xiàn),我國(guó)將研制出一批具備國(guó)際先進(jìn)水平的關(guān)鍵裝備;進(jìn)口量大的高速、精密立臥式加工中心、數(shù)控車(chē)床等產(chǎn)品市場(chǎng)占有率將有明顯提升。
近年來(lái),中國(guó)通過(guò)引進(jìn)技術(shù)、消化吸收和自主開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng),為數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。希望未來(lái)機(jī)床行業(yè)可以帶來(lái)更多最新設(shè)備和前沿技術(shù),以滿足制造業(yè)對(duì)高效加工日益增長(zhǎng)的需求。
1.3 普通鉆床數(shù)控化進(jìn)給機(jī)構(gòu)的方案分析
1.3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)分析
本課題是設(shè)計(jì)一種普通立式鉆床數(shù)控化進(jìn)給的機(jī)構(gòu),此機(jī)構(gòu)的工作臺(tái)可以在X,Y軸兩個(gè)方向自由移動(dòng),由電動(dòng)機(jī)控制,人們只需啟動(dòng)和關(guān)閉開(kāi)關(guān),即可實(shí)現(xiàn)病床在任意位置的停止,可以實(shí)現(xiàn)將工件移動(dòng)到指定的位置,為加工提供方便。
由于為了進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多種方案,本課題升降裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿的方式來(lái)帶動(dòng)工作臺(tái)的平移,現(xiàn)提供以下設(shè)計(jì)方案:
步進(jìn)電機(jī)
工作臺(tái)
滾滾絲桿
聯(lián)軸器
圖1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案1
此種方案為傳統(tǒng)的的進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,此種方案步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲桿通過(guò)聯(lián)軸器固結(jié),絲桿螺母裝在滾珠絲桿上面,保持滾珠絲桿與工作臺(tái)通過(guò)螺紋連接,,這種方法由于滾珠絲桿動(dòng),從而帶動(dòng)絲桿螺母轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的平移,可以做X、Y方向的移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)鉆床工作臺(tái)的快速進(jìn)給。此種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,造價(jià)低廉,定位精準(zhǔn),可靠,符合此次設(shè)計(jì)的要求,因此此種方案雖然是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,但切合實(shí)際,我們優(yōu)先考慮。
1.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案和布局
確定好設(shè)計(jì)方案后我們對(duì)整體方案進(jìn)行大體設(shè)計(jì)布局,整個(gè)傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),由于需要在任意位置能停止,本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)我們采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī),由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速很快,需要分配傳動(dòng)減速比,需要加減速器進(jìn)行減速,經(jīng)過(guò)減速器出來(lái)后為了能與齒輪傳動(dòng)軸連接,我們?cè)偌由贤綆鲃?dòng),使得傳動(dòng)更加平穩(wěn)快速,經(jīng)過(guò)傳動(dòng)軸后,齒輪就和傳動(dòng)軸連接,連接的齒條我們做成圓柱形狀,其上頂端是法蘭形狀,四個(gè)齒條頂端法蘭狀和頂端連接盤(pán)相連接,醫(yī)療床就和連接盤(pán)相連接。在齒輪齒條和傳動(dòng)軸連接部位,為了保證傳動(dòng)平穩(wěn),我們還需設(shè)計(jì)軸承座。在整個(gè)裝置下部由方管架支撐,在方管架四個(gè)地腳采用萬(wàn)向腳輪,可以任意方向移動(dòng)。
滾珠螺母
桿
滾珠螺母
桿
進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝架
橫向滾珠絲桿
桿
雙面齒條齒輪
小同步帶輪
步進(jìn)電機(jī)+減速器
方管底架
萬(wàn)向腳輪
圖3 進(jìn)給機(jī)構(gòu)大體布局圖
第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)
2.1滾珠絲杠的設(shè)計(jì)
(1)傳動(dòng)效率高
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)90%~98%,為傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠系統(tǒng)的2~4倍,能以較小的扭矩得到較大的推力,亦可由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)可逆)。
(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),工作中摩擦阻力小、靈敏度高、動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)、低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象,因此可精密地控制微量進(jìn)給。
(3)高精度
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小,并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng),因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
(4)高耐用性
鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化(HRC58~63)處理,并經(jīng)精密磨削,循環(huán)體系過(guò)程純屬滾動(dòng),相對(duì)對(duì)磨損甚微,故具有較高的使用壽命和精度保持性。
(5)同步性好
由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無(wú)阻滯、無(wú)滑移,用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置,可以獲得很好的同步效果。
(6)高可靠性
與其它傳動(dòng)機(jī)械,液壓傳動(dòng)相比,滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低,維修保養(yǎng)也較簡(jiǎn)單,只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵。在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下工
一般來(lái)說(shuō)滾珠絲杠在工作中應(yīng)該預(yù)緊以提高絲杠的剛度,從而提高傳動(dòng)精度,但在本機(jī)械系統(tǒng)中由于絲杠所承受的彎矩很小,所以我覺(jué)得沒(méi)必要進(jìn)行預(yù)緊,所以安裝方式是一端固定一端游動(dòng)的形式。X軸向的工作臺(tái)與其上面所安裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)重力約10N,焊槍在焊接時(shí)由于電流作用與工件之間的相互吸引力約2N。
2.2滾珠絲杠副絲杠副傳動(dòng)法面截形,循環(huán)方式等的確定
查《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》,根據(jù)滾珠絲杠副螺紋滾道法面截形、參數(shù)和特點(diǎn)的比較選擇如下:
(1)確定選擇螺紋滾道法面截形為單圓弧,參數(shù)公式見(jiàn)表8.2-11,接觸角為=45°。其特點(diǎn)是:磨削滾道的砂輪成形簡(jiǎn)便,可得到較高的加工精度。有較高的接觸強(qiáng)度,但比值/小,運(yùn)行時(shí)摩擦損失增大。接觸角α隨初始間隙和軸向載荷的大小變化,為保證α=,必須嚴(yán)格控制徑向間隙。圖示如圖2
圖2 單圓弧法面截形
(2)單圓弧法面截形要求消除間隙和調(diào)整預(yù)緊必須采用雙螺母結(jié)構(gòu)。
(3)根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn),選用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器,其特點(diǎn)是徑向尺寸小,循環(huán)通道短,摩擦損失小,傳動(dòng)效率高。
2.3 滾珠絲杠的預(yù)緊
滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外,對(duì)其軸向間隙也有要求,以保證其反向傳動(dòng)的精度。我們通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊方式(圖3)
圖3 雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊示意圖
雙螺母預(yù)緊的結(jié)構(gòu)通常有三種:
1.墊片調(diào)隙式(圖4)
圖4 墊片調(diào)隙式
調(diào)整方法:調(diào)整墊片厚度,使螺母產(chǎn)生軸向位移。為便于調(diào)整,墊片常制成剖分式。
特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝卸方便,剛度高;但調(diào)整不便,滾道有磨損時(shí),不能隨時(shí)消除間隙和預(yù)緊。適用于高剛度重載傳動(dòng)。
2.螺紋調(diào)隙式(圖5)
圖5 螺紋調(diào)隙式
調(diào)整方式:調(diào)整端部的圓螺母,使螺母產(chǎn)生軸向位移。
特點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠,調(diào)整方便;但準(zhǔn)確性差,且易于松動(dòng)。用于剛度要求不高或需隨時(shí)調(diào)節(jié)預(yù)緊力的傳動(dòng)。
3.齒差調(diào)隙式(圖6)
圖6 齒差調(diào)隙式
調(diào)整方式:螺母1、2的凸緣上有外齒,分別與緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈3、4嚙合,其齒數(shù)風(fēng)別為Z1和Z2,且Z2=Z1+1。兩個(gè)螺母向相同方向同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒,調(diào)整軸向位移量為:(Ph—導(dǎo)程)。
特點(diǎn):能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力,但結(jié)構(gòu)尺寸較大,裝配調(diào)整比較復(fù)雜,宜用于高精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本設(shè)計(jì)中將采用的是雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動(dòng)螺旋副來(lái)消除間隙。
墊片調(diào)整式有結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,裝卸方便,剛度高的特點(diǎn)。
2.4滾珠絲杠選取與校核
(1) 初始條件
本設(shè)計(jì)的軸向進(jìn)給長(zhǎng)度大于徑向進(jìn)給結(jié)構(gòu),只校核軸向進(jìn)給結(jié)構(gòu)用的絲杠如下:
由本設(shè)計(jì)要求可知,估算工作臺(tái)的重量和安裝在工作臺(tái)上面的電磁夾具給絲杠的平均工作載荷Fm=4000N,最大軸向行程420 mm,取用絲杠的工作長(zhǎng)度為672mm,有效滾道長(zhǎng)度是500mm。 兩支承間最大距離為:575mm平均轉(zhuǎn)速100r/m使用壽命Lh=15000h,Ra為58-62HRC,要求傳動(dòng)精度±0.03mm,螺桿材料為:50Mn, 高、中頻加熱,表面淬火。螺母材料為:CrWMn ,整體淬火、低溫回火。返向器材料為:40Cr,離子滲氮處理螺紋滾道法面截形為半圓弧,螺母采用雙螺母墊片式預(yù)緊方式。
(2) 計(jì)算載荷
(公式摘自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版中冊(cè)滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算部分,下同)
= (式1)
式中為載荷系數(shù),K為硬度系數(shù),為短行程系數(shù)。參考《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表18-18,表18-19,表18-20取=1.2,K=1,=1
(3) 計(jì)算額定動(dòng)載荷
計(jì)算額定動(dòng)載荷公式
(式2)
其中n為平均轉(zhuǎn)速,其中Lh=15000h,取n=100r/min,代入上式后計(jì)算得C=21496.42N
(4) 根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷C選擇螺旋尺寸
根據(jù)內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)螺旋副結(jié)構(gòu),查表8.2-18《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》,使選擇規(guī)格的螺旋副C接近 C 或者稍大于C,如下表1,
表1 螺旋尺寸表
結(jié)合公稱(chēng)直徑和公稱(chēng)導(dǎo)程的優(yōu)先配合,綜合考慮選擇參數(shù)如下:
查特征代號(hào)確定型號(hào)為 FD406-3-3/全長(zhǎng)螺紋長(zhǎng)度,其尺寸參數(shù)如下:
額定動(dòng)載荷
公稱(chēng)直徑
公稱(chēng)導(dǎo)程
鋼球直徑 mm
圈數(shù)列數(shù)=13,
螺紋升角 =
基本額定靜載荷 =70650N
滾道半徑R = 0.52 =2.064mm
偏心距e = 0.707x(R-/2)=0.0562mm
絲杠螺紋內(nèi)徑d==35.984mm
(5)穩(wěn)定性驗(yàn)算
因?yàn)榻z杠采用一端固定一端鉸支的安裝方式,查表18-7《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》長(zhǎng)度系數(shù),
參照《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表2-10取安全系數(shù)[S]=3,因?yàn)槁輻U較長(zhǎng),絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷成為臨界載荷F(N)按下式計(jì)算:
F= (式3)
式中E為絲杠材料的彈性模量,對(duì)于鋼,E=206GP;l為絲杠工作長(zhǎng)度(m),l=672mm;為絲杠危險(xiǎn)截面軸慣性矩(m);
== (式4)
=8.14910m
又
可得:
安全系數(shù)S= F/= (式5)
絲杠安全,不會(huì)失穩(wěn).
(6) 剛度驗(yàn)算
按最不利的情況考慮,螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性變形方向是一致的。
滾珠絲杠在工作載荷F(N)和轉(zhuǎn)矩T(Nm)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程變形量 (m)為
= (式6)
式中,A為絲杠截面積,A=1/4;為絲杠的極慣性矩,=/32(m);G為絲杠的切變模量,對(duì)鋼G=83.3GP;T(Nm)為轉(zhuǎn)矩。
又T=F (式7)
式中,為摩擦角,其正切值為摩擦系數(shù);為平均工作載荷;可以查出螺旋副運(yùn)動(dòng)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)取參數(shù)摩擦系數(shù)tan=0.0025,又=,所以樣有下式:
T=F
按最不利的情況計(jì)算,F(xiàn)=F有
則每米螺紋距離上彈性變形量為
(式8)
而每米螺紋距離上彈性變形量的許用值見(jiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版中冊(cè)表18-17.
通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2,即
=3.02μm/m<1/2()=1/2 10μm/m
所以絲杠的剛度是完全滿足要求的。
(7) 效率驗(yàn)算
合格 (式9)
綜上所校核,該絲杠是符合要求的。
同理,徑向傳動(dòng)的滾珠絲杠也好似符合要求的。
3 滾動(dòng)軸承的選取與計(jì)算
3.1 軸向滾珠絲杠軸和徑向滾珠絲杠軸受力分析
軸向滾珠絲杠軸和徑向滾珠絲杠軸一端受力 如圖
根據(jù)如圖選取深溝球軸承6006
求當(dāng)量載荷P。
FA=309.6N
Fr1=111.12+1664.32=1668N
Fr2=831.62+1924.52=2096.2N
查表12-5可得,6306軸承的Cr=27kN,C0r=15.2kN;輕微沖擊,取fP=1.1
因FAC0r=309.615200=0.020,查表可得,e=0.21.
因FAFr1=0.18
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