滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型(同名22624)

1、一、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型主要包括 :確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、 選擇滾珠絲杠螺母副、計(jì)算減速器、選擇步進(jìn)電機(jī)等。1、脈沖當(dāng)量確實(shí)定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，X方向的脈沖當(dāng)量為S x=0.005mm/脈沖，Z 方向?yàn)镾 z=0.01mm/脈沖。2、切削力的計(jì)算 切削力的分析和計(jì)算過程如下：設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，c 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(jìn)給量f=0.6mm/r，切 削速度 vc=105m/min。查表得： CFc

2、=2795， xFc=1.0， yFc=0.75， nFc=-0.15。查表得：主偏角K r的修正系數(shù)kKrFc=0.94;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(jì)算和選型1工作載荷 Fm 的計(jì)算移動(dòng)部件總重 G=1300N;車削力Fc=2673.4N, Fp=1069.36N, Ff=935.69N。根據(jù) Fz=Fc, Fy=Fp, Fx=Ff 的對應(yīng)關(guān)系，可得：Fz=2673.4N,

3、 Fy=1069.36N， Fx=935.69N。選用矩形一三角形組合滑動(dòng)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=1712N。2最大動(dòng)載荷 FQ 的計(jì)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,初選絲杠根本導(dǎo)程 Ph=6mm,那么此時(shí)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)Lox 106r。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(dòng)載荷Fq=3 LofwfHFm=97O3N。(3) 初選型號根據(jù)

4、計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表，選擇FL4006型滾珠絲杠副。其公 稱直徑為40mm，根本導(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(dòng)載荷為 13200N，滿足要求。(4) 傳動(dòng)效率n的計(jì)算將公稱直徑d0=40mm，根本導(dǎo)程Ph=6mm，代入入=arctan Ph/( n d。)，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(dòng)效率n =94.2%。(5) 剛度的驗(yàn)算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=

5、36.0312mm，那么絲杠截面積S= n d嚴(yán)。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，那么滾珠總數(shù)量Z刀=29x 6=174。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力Fyj = Fm/3571N。那么由 式3 27，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量S 2 0.00117mm。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 S 2 = 0.000585mm。3) 將以上算出的S 1和S 2代入S總=3什S 2,求得絲杠總變形量S總 卩m。查表，4級精度滾珠絲杠任意 300mm軸向行程內(nèi)的變動(dòng)量允許 16

6、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(qiáng)度足夠。4) 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式328計(jì)算失穩(wěn)時(shí)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l=n d24/64 -4;壓桿穩(wěn)定平安系數(shù)K取3;滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值1497mm。代入式3-28，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(jì) 為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩， 同時(shí)也為了使傳動(dòng)系 統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能的減小，傳動(dòng)量中

7、長使用減速傳動(dòng)。設(shè)計(jì)同步減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率P,主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速ni和傳動(dòng)比i，傳動(dòng)系統(tǒng)的位置和工作條件等。1 傳動(dòng)比 i 確實(shí)定電動(dòng)機(jī)的步距角a°,脈沖當(dāng)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(dòng)比i = 1.2。2主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 n1由縱向床鞍的最快移動(dòng)速度 vzmax= 6000mm/mi n,可以算出主動(dòng) 輪最高轉(zhuǎn)速 n1= vzmax/ S zXa /360=1200r/min。3確定帶的設(shè)計(jì)功率 Pd預(yù)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為 1200r/min 時(shí)，對應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率 為 fmax= 1200X 360/ : 60Xa=

8、 10000Hz。4選擇帶型和節(jié)距 pb根據(jù)的帶的設(shè)計(jì)功率Pd1 = 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，那么小帶輪節(jié)圓直徑 d1 = pbZ1/n= 45.85mm。當(dāng)n1到 達(dá)最高轉(zhuǎn)速1200r/min時(shí)同步帶的速度為v=n d1 n60X 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= id1 = 54.57mm。7初選中心距ax帶的節(jié)線長度L0p、帶的齒數(shù)zb初選中心距 刃=1

9、.1d1+d2= 110.06mm,圓整后取a0= 110mm。那么帶的節(jié)線長度 Lop 2 ao+ n /2di+d2+(d2-di)2/4377.33mm。查表，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度 Lop = 381mm,相應(yīng)齒數(shù)Zb=40。(8) 計(jì)算實(shí)際中心距 a實(shí)際中心距ao+Lp-Lop/2= 111.835mm=9校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) Zmzm= ent z1/2pb z1/2 n 2az2 z1= 7,嚙合齒數(shù)比 6 大，滿 足要求。ent表示取整。10計(jì)算基準(zhǔn)額定功率 P0P0= Tamv2v/1000其中，Ta帶寬為bs0時(shí)的許用工作拉力。m帶寬為bs0時(shí)的單位長度的質(zhì)量。v 同步

10、帶的帶速。算得 P0= 0.697kW。 11確定實(shí)際所需同步帶寬度 bs bs> bs0 Pd/KzP0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 bs> 21.42m m,選定最接近的帶寬bs= 25.4mm。12帶的工作能力計(jì)算 計(jì)算同步帶額定功率P的精確值：P= KzKwTa bs/ bs0mv2v x 10-3經(jīng)計(jì)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型1) 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JeqJeq = Jm+Jz1+Jz2+Jw+Js/i = 57.5

11、5kg其中，Jm = 33 kg 2Jz1 = 0.95 kgJz2= 1.99 kgJw = 1.21 kgJs = 30.78 kg 2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TeqT eq1 = T amax+T fT amax= 2 n Jeq nm/60ta X 1/n其中， nm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。ta 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到 nm 轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。又 nm = vmax a /3605ta = 0.4s，n= 0.7，所以， T amax = 2 nXX 10-4X 1200/ 60X XTf =卩Fc+GPh/2nn i其中，卩一一導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.16。Fc工作負(fù)

12、載。n傳動(dòng)鏈總效率，取0.7。所以，TfX0+1300X 0.006/ :2nXX所以， Teq1= Tamax+ TfTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/ 2nnX 0.006/ 2nXXTf=y Fc+GPh/ 2nnX 2673.4+1300X 0.006/ 2nXX所以， Teq2= Tt+ Tf經(jīng)過上述計(jì)算后，Teq= max Teq1，Teq23步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax > 4 Teq= 4X 2.82 N.m= 11.28 N.m, 可見對于預(yù)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)完全滿足工作要求。4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工

13、進(jìn)速度 vmaxf = 800mm/min，脈沖當(dāng)量5= 0.01mm/脈沖， 可以求出fmaxf= 1333Hz，由此可知，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf" 17 N.m，滿足工作要求。2最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動(dòng)速度 Vmax= 6000mm/min，可以求出fmax= 10000Hz, 由此可知，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Tmax" ，滿足 工作要求。3最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度vmax=6000mm/min，對應(yīng)的電動(dòng)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(dòng)頻率的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的

14、總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=57.55kg 2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=33 kg 2，查表可知，最高空載起動(dòng)頻率fq=1800Hz。可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為： fL=fq/1+Jeq/Jm1/2=1087Hz 由此可知，進(jìn)給系統(tǒng)選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求。6、同步帶傳遞功率的計(jì)算分兩種情況分別進(jìn)行校核：1快速空載起動(dòng)電動(dòng)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Teqi，傳遞的功率為P=nm Teqi/9.55=1200X 354.3W。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， 任務(wù)書給定最快工進(jìn)

15、速度Vmaxf=800mm/min，對應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nmaxf= vmaxf/ § za /360=160r/mi n。傳遞的 功率為 P=nmaxfTeq2/9.55=160X" 29.8W。由計(jì)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(dòng)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(dòng)機(jī)的計(jì)算、選型后，就可以繪制進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖了。但要注意以下問題： 1 了解原車床的詳細(xì)機(jī)構(gòu)； 2 根據(jù)載荷特點(diǎn)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

16、件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法； 4 考慮密封、防護(hù)、潤滑以及平安結(jié)構(gòu)問題等； 5 在進(jìn)行各零部件設(shè)計(jì)時(shí)， 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(shí)的一些根本要求。三、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)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 接收電動(dòng)卡盤夾緊信號與電動(dòng)刀架刀位信號。 6 控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器； 7 控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止； 8 控制多速電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸有級變速； 9 控制交流變頻器

17、，實(shí)現(xiàn)主軸無級變速； 10控制切削液泵啟動(dòng) /停止；11控制電動(dòng)卡盤的夾緊與松開；12控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀；13與 PC 機(jī)的串行通信。四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用電動(dòng)機(jī)為五相混合式，五線輸出，電動(dòng)機(jī)供電電壓DC120八310V, 電流 5A 。五、控制系統(tǒng)的局部軟件設(shè)計(jì)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(dòng)、手 動(dòng) 1 、手動(dòng) 2、手動(dòng) 3 、和回零，選中某一功能時(shí)，對應(yīng)的指示燈 點(diǎn)亮，進(jìn)入相應(yīng)的功能處理。 控制系統(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,#3FF

18、FHMOV A,#10001001BMOVX DPTR,AMOV DPTR,#3FFCHMOV A,#0FFHMOVX DPTR,AMOV DPTR,#3FFDHMOV A,#0FFHMOVX DPTR,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,#34HMOVX 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

19、存儲在 CPU 內(nèi) 部 RAM 的 6BH73H這九個(gè)字節(jié)中。 8279的控制口地址為5FFFH數(shù)據(jù)口地址為5FFEH,那么顯示程序如下DIR:MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#90HMOVX DPTR,AMOVR0,#6BHMOVR7,#09HMOVDPTR,#5FFEHDIR0:MOVA,R0ADDA,#05HMOVC A,A+PCMOVX DPTR,AINCR0DJNZR7,DIR0RETDTAB:DB6FHDB 0DAHDB 0BEHDB0E7HDB0A3HDB0CBHDB0D1HDB0D3HDB0DCHDB0CEHDB0DFHDB21HDB 7BHDB 91HDB 19HDB

20、4BHDB 0DHDB 05HDB 69HDB 01HDB 09HDB 20HDB 7AHDB 90HDB 18HDB 4AHDB 0CHDB 04HDB 68HDB 00HDB 08H當(dāng)需要顯示一組字符時(shí)，首先給顯示緩沖區(qū)的6BH73H這九個(gè)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,#10HMOV 73H,#11HCALL DIR6、8279 管理鍵盤子程序當(dāng)矩陣鍵盤有鍵按下時(shí)，8279即向CPU的INT1申請中斷，CPU隨即執(zhí)行中斷效勞程序，從 8279的 FIFO 中讀取鍵值，程序如下：CLR EX1MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#01000000BMOVX DPTR,AMOV DPTR,#5FFEHMOVX A,