滾珠絲杠螺母副的計算和選型(同名22624)

1、滾珠絲杠螺母副的計算和選型（同名 22624）一、進給傳動部件的計算和選型進給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、 選擇滾珠絲杠螺母副、計算減速器、選擇步進電機等。1、脈沖當量的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，X方向的脈沖當量為S x=0.005mm/脈沖，Z 方向為S z=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，(7 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 k r=60。，前角丫 o=10,刃傾角 入s=-5 ;切削用量為：背吃刀量 ap=3mm，進給量 仁0.6mm/r，切 削速度 vc=10

2、5m/min。查表得：Cfc=2795，xfc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。查表得：主偏角K r的修正系數(shù)k k rFc=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓 弧半徑的修正系數(shù)均為1.0o由經(jīng)驗公式(32)，算得主切削力 Fc=2673.4N。由經(jīng)驗公式Fc：Ff: Fp=1 : 0.35 : 0.4，算得進給切削力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, Ff=935.69N。根據(jù) Fz=Fc，F(xiàn)y=Fp，F(xiàn)x=Ff 的對應(yīng)

3、關(guān)系，可得： Fz=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N, Fx=935.69N。選用矩形一三角形組合滑動導(dǎo)軌，查表，取K=1.15，卩=0.16，代入 Fm=KFx+y ( Fz+G )，得工作載荷 Fm=仃12N。(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/Ri=133r/min。 取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入Lo=60nT/106，得絲杠系數(shù) Lo=1 佃.7X 106r。查表，取載荷系數(shù)fw=1.15,再取硬度系數(shù)fH=1，代入式(3 23),求得最大動載

4、荷Fq= 3 L ofwfHFm=97O3N。(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 3X2 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n的計算將公稱直徑d0=40mm，基本導(dǎo)程 Ph=6mm，代入入=arctan Ph/( nd0)，得絲杠螺旋升角入=2 44。將摩擦角 =10，代入n =tan 入/tan (入+ )，得傳動效率n =94.2%。(5) 剛度的驗算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

5、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=2.1 x 105MPa ;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= n2 2d2 /4=1019.64mm。2) 根據(jù)公式Z= ( n d0/Dw) -3,求得單圈滾珠數(shù)目Z = 29;該型號絲 杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為3X 2 = 6，則滾珠總數(shù)量Z e=29X6=174。滾珠絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力Fyj= Fm/3571N。則由式(3 27)，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量S 20.00117mm。因為絲杠加有預(yù)緊力，

6、且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取 S 2 = 0.000585mm。3) 將以上算出的S 1和S 2代入S總1+S 2,求得絲杠總變形量S 總=0.012555mm= 12.555卩 m。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16卩m，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量S總只 有12.555mm，可見絲杠強度足夠。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)fk= 2;由絲杠底徑d2= 36.0312mm,求得截面慣性徑I =n d24/64 82734.15mm4;壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3;滾動螺母至軸向固 定處

7、的距離a取最大值1497mm。代入式(3-28)，得臨界載荷Fk51012N，遠大于工作載荷Fm (仃12N)，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的確定已知電動機的步距角a = 0.72,脈沖當量S z= 0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ph = 6mm。根據(jù)式(312)算得傳動比i= 1.2。(2) 主動輪最高轉(zhuǎn)速n1由縱向床

8、鞍的最快移動速度 vzmax = 6000mm/min，可以算出主動輪最高轉(zhuǎn)速 “1=( VzmaX S z)x a /360=1200r/min。(3) 確定帶的設(shè)計功率Pd預(yù)選的步進電動機在轉(zhuǎn)速為1200r/min時，對應(yīng)的步進脈沖頻率為 fmax= 1200X 360/ (60X a )= 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n1 =1200r/min，選擇同步帶型號為 L型節(jié)距pb= 9.525mm。(5) 確定小帶輪齒數(shù)Z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1取Z1 = 15，則小帶輪節(jié)圓直徑 d1 = pb Z1/n = 45.85mm。

9、當n1達到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時同步帶的速度為 v= n di ni( 60X 1000)=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)Z2= i pb= 18,節(jié)圓直徑d2= idi = 54.57mm。(7) 初選中心距ao、帶的節(jié)線長度Lop、帶的齒數(shù)Zb初選中心距 ao= 1.1(di+d2)= 110.06mm,圓整后取 ao= 110mm。 則帶的節(jié)線長度 Lop心 2 ao+ n /2 ( d1+d2) +(d2-d1)/4 ao = 377.33mm。查表，選取接近的標準節(jié)線長度 Lop= 381mm,相 應(yīng)

10、齒數(shù)Zb=40o(8) 計算實際中心距a實際中心距 aao+ (Lp-Lop) /2= 111.835mmo(9) 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) Zmzm = ent Z1/2pb Z1/2 n 2a (Z2 Z1) = 7,嚙合齒數(shù)比 6 大，滿足要求。(ent表示取整)。(10) 計算基準額定功率Po2Po=( Ta mv ) v/1000其中，Ta帶寬為bs0時的許用工作拉力。m帶寬為bso時的單位長度的質(zhì)量。v同步帶的帶速。算得 Po= 0.697kW。(11) 確定實際所需同步帶寬度 bs1/1 14bs bso ( Pd/KzP0)其中，bso選定型號的基準寬度。Kz小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)

11、。由上式求得bs21.42mm,選定最接近的帶寬bs= 25.4mm。(12) 帶的工作能力計算計算同步帶額定功率P的精確值：P=( KzKwTa bs/ bscmv2) vX 10-3經(jīng)計算得 P = 0.697kW，而Pd= 0.574kW，滿足P Pd。所以，帶的工作能力合格。5、步進電動機的計算和選型(1) 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq.22Jeq Jm+Jzl+ (Jz2+Jw+Js) /i 其中，Jm 33 kg.cm2Jzi 0.95 kg.cm22Jz2 1.99 kg.cm2Jw 1.21 kg.cm2Js 30.78 kg.cm(2) 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上

12、的等效負載轉(zhuǎn)矩TeqT eq1 T amax+T fT amax 2 n Jeq nm/60taX 1/n其中，nm步進電動機的最高轉(zhuǎn)速。ta 步進電動機由靜止到nm轉(zhuǎn)速所需的時間。又 nm Vmax a /360 Sta 0.4s, n 0.7,所以，Tamax 2n X 57.55X 10-4X 1200/( 60 X 0.4 X 0.7)N.m 2.58 N.mTf卩(Fc+G) Ph/ (2n n i)其中，卩一一導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，滑動導(dǎo)軌取0.16。Fc工作負載。n 傳動鏈總效率，取0.7。所以，Tf 0.16X( 0+1300)X 0.006/ (2n X 0.7X 1.2)N.m

13、0.24 N.m所以，T eq1 T amax+ T f 2.82 N.mT eq2= Tt+ TfTt=FfPh/( 2n n i) 935.69X 0.006/(2 n X 0.7X 1.2) N.m 1.06 N.mTf卩(Fc+G) Ph/ (2n n i) 0.16X( 2673.4+1300)X 0.006/ (2nX 0.7 X 1.2)N.m 0.72 N.m所以，Teq2= Tt+ T尸 1.78 N.m經(jīng)過上述計算后，Teq= max Teqi, Teq2)= 2.82 N.m(3) 步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax4 Teq= 4X 2.82 N

14、.m= 11.28 N.m, 可見對于預(yù)選的步進電動機完全滿足工作要求。(4) 步進電動機的性能校核1) 最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工進速度vmaxf= 800mm/min，脈沖當量S = 0.01mm/脈沖，可以求出fmaxf= 1333Hz，由此可知，在此頻率下，電動機的輸 出轉(zhuǎn)矩TmaxfQ仃N.m，滿足工作要求。2) 最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動速度Vmax 6000mm/min，可以求出fmax 10000Hz，由此可知，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax，滿足工作要求。3) 最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度 vmax=6000mm/min

15、，對應(yīng)的電動機運行頻率 fmax=10000Hz。查表可知，運行頻率沒有超過上限。4) 起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq2,電動機轉(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電動機克服慣性負載的起動頻率為：1/2fL=fq/ ( 1+Jeq/Jm)=1087Hz由此可知，進給系統(tǒng)選用的步進電動機可以滿足設(shè)計要求。6、同步帶傳遞功率的計算 分兩種情況分別進行校核：(1) 快速空載起動電動機從靜止到nm=1200r/min，由式(6-5)可知，同步帶傳遞 的負載轉(zhuǎn)矩Teq1，傳遞的功率為 P=nm Teq”9.55=

16、1200X 2.82/9.55W 354.3W(2) 最大工作負載，最快工進速度由式(6-7)可知，帶需要傳遞的最大工作負載轉(zhuǎn)矩 Teq2, 任務(wù)書給定最快工進速度vmaxf=800mm/min，對應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速nmaxf= ( Vmaxf/ S z) a /360=160r/min。傳遞 的功 率為 P=nmaxfTeq2/9.55=160X 1.78/9.55W 29.8W。由計算可知：兩種情況下，同步帶傳遞的負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、繪制進給傳動機構(gòu)的裝配圖完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進電動機的計算、選型后，就 可以繪制進給傳動機構(gòu)的裝配

17、圖了。但要注意以下問題：(1) 了解原車床的詳細機構(gòu)；(2) 根據(jù)載荷特點和支承方式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結(jié)構(gòu)，以及軸承的預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式；(3) 考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法；(4) 考慮密封、防護、潤滑以及安全結(jié)構(gòu)問題等；(5) 在進行各零部件設(shè)計時，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮裝配的順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便等；(6) 注意繪制裝配圖時的一些基本要求。三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件電路主要考慮以下功能：(1) 接收鍵盤數(shù)據(jù)，控制LED顯示；(2) 接收操作面板的開關(guān)與按鈕信號；(3) 接收車床限位開關(guān)信號；(4) 接收螺紋編碼器信號；(5

18、) 接收電動卡盤夾緊信號與電動刀架刀位信號。(6) 控制步進電動機的驅(qū)動器；(7) 控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；(8) 控制多速電動機，實現(xiàn)主軸有級變速；(9) 控制交流變頻器，實現(xiàn)主軸無級變速；(10) 控制切削液泵啟動/停止；(11) 控制電動卡盤的夾緊與松開；(12) 控制電動刀架的自動選刀；(13) 與PC機的串行通信。四、步進電動機驅(qū)動電源的選用電動機為五相混合式，五線輸出，電動機供電電壓DC120310V，電流 5A。五、控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計1、存儲器與I/O芯片地址分配2、控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序系統(tǒng)設(shè)有7檔功能可以相互切換，分別是編輯、空刀、自動、手 動1、手動2、手動3、和回

19、零，選中某一功能時，對應(yīng)的指示 燈點亮，進入相應(yīng)的功能處理?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程圖 如下所示：3、8255芯片初始化子程序B255:MOV DPTR,#3FFFHMOVA,#10001001BMOVXDPTR,AMOVDPTR,#3FFCHMOVA,#0FFHMOVXDPTR,AMOVDPTR,#3FFDHMOVA,#0FFHMOVXDPTR,ARET4、8279芯片初始化子程序B279: MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#0CFHMOVX DPTR,AWAIT:MOVX A,DPTRJB ACC.7,WAITMOV A,#08HMOVX DPTR,AMOV A,#34HMOV

20、X DPTR,ARET5、8279控制LED顯示子程序設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH，系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下，需要顯示的字符段碼的編碼，事先存儲在CPU內(nèi)部RAM的6BH73H這九個字節(jié)中。已知 8279的控制口地址為 5FFFH, 數(shù)據(jù)口地址為5FFEH,則顯示程序如下：DIR:MOV DPTR,#5FFFHMOVA,#90HMOVX DPTR,AMOVR0,#6BHMOVR7,#09HMOVDPTR,#5FFEHDIR0:MOVA,R0ADDA,#05HMOVCA,A+PCMOVX DPTR,AINCR0DJNZR7,DIR0RETDTAB:DB 6FHDB 0DAHDB 0BEHDB 0

21、E7HDB0A3HDB0CBHDB0D1HDB0D3HDB0DCHDB0CEHDB0DFHDB21HDB7BHDB91HDB19HDB4BHDB0DHDB05HDB69HDB01HDB09HDB20HDB7AHDB90HDB18HDB4AHDB0CHDB04HDB68HDB00HDB 08H當需要顯示一組字符時，首先給顯示緩沖區(qū)的6BH73H這九個字節(jié)賦值，然后調(diào)用DIR子程序即可，程序如下：MOV 6BH,#02HMOV 6CH,#03HMOV6DH,#0AHMOV6EH,#0CHMOV6FH,#0DHMOV70H,#0EHMOV71H,#19HMOV72H,#10HMOV73H,#11HCALLDIR6、8279管理鍵盤子程序當矩陣鍵盤有鍵按下時，8279即向CPU的INT1申請中斷，CPU隨即執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從 8279的FIFO中讀取鍵值，程序如下：CLREX1MOVDPTR,#5