双坐标十字滑台的设计_毕业设计

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△