滚珠丝杠螺母副的计算和选型同名22624

1、滚珠丝杠螺母副的计算和选型（同名22624）一、进给传动部件的计算和选型进给传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、 选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。1、 脉冲当量的确定根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为Sx=0.005mm/脉冲，Z方向为Sz=0.01mm/脉冲。2、 切削力的计算切削力的分析和计算过程如下：设工件材料为碳素结构钢，(7b=650Mpa;选用刀具材料为硬质合金YT15;刀具几何参数为：主偏角Kr=60。，前角丫o=10,刃倾角 入s=-5 ;切削用量为： 背吃刀量ap=3mm， 进给量 仁0.6mm/r， 切 削速度vc=105m/min。

2、查表得：CFC=2795，XFC=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。查表得：主偏角Kr的修正系数kKrFc=0.94；刃倾角、前角和刀尖圆 弧半径的修正系数均为1.0o由经验公式(32)，算得主切削力Fc=2673.4N。由经验公式Fc：Ff:Fp=1:0.35:0.4， 算得进给切削力Ff=935.69N， 背向力Fp=1069.36N。3、 滚珠丝杠螺母副的计算和选型(1)工作载荷Fm的计算已知移动部件总重G=1300N;车削力Fc=2673.4N，Fp=1069.36N,Ff=935.69N。根据Fz=Fc，Fy=Fp，Fx=Ff的对应关系，可得：Fz=2673.4N，Fy=

3、1069.36N,Fx=935.69N。选用矩形一三角形组合滑动导轨，查表，取K=1.15，卩=0.16，代入Fm=KFx+y(Fz+G)，得工作载荷Fm=仃12N。(2)最大动载荷FQ的计算设本车床Z向在最大切削力条件下最快的进给速度v=0.8m/min，初选丝杠基本导程Ph=6mm，则此时丝杠转速n=1000v/Ri=133r/min。 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入Lo=60nT/106，得丝杠系数Lo=1佃.7X 106r。查表，取载荷系数fw=1.15,再取硬度系数fH=1，代入式(323),求得最大动载荷FQ=3LofwfHFm=97O3N。(3)初选型号根据计算出的最

4、大动载荷，查表，选择FL4006型滚珠丝杠副。其公称直径为40mm， 基本导程为6mm， 双螺母滚珠总圈数为3X2圈=6圈，精度等级取四级，额定动载荷为13200N，满足要求。(4)传动效率n的计算将公称直径d0=40mm，基本导程Ph=6mm，代入入=arctanPh/( nd0)，得丝杠螺旋升角入=244。将摩擦角=10，代入n =tan入/tan(入+ )，得传动效率n =94.2%。(5)刚度的验算1)滚珠丝杠副的支承，采取一端轴向固定，一端简支的方式，固定端采取一对推力角接触球轴承， 面对面组配。丝杠加上两端接杆后，左右支承的中心距离约为a=1467mm；刚的弹性模量E=2.1 x1

5、05MPa;查表，得滚珠直径Dw=3.9688mm,算得丝杠底径d2=公称直径d0滚珠直径Dw=36.0312mm，则丝杠截面积S= n2 2d2/4=1019.64mm。2)根据公式Z=(n d0/Dw)-3,求得单圈滚珠数目Z=29;该型号丝 杠为双螺母，滚珠总圈数为3X 2=6，则滚珠总数量ZE=29X6=174。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJ= Fm/3571N。则由式(327)，求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量S20.00117mm。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减小一半，取S2=0.000585mm。3)将以上算出的S1和S2代入S总1+S2,求得丝

6、杠总变形量S总=0.012555mm=12.555卩m。查表，4级精度滚珠丝杠任意300mm轴向行程内的变动量允许16卩m，而对于跨度为1497mm的滚珠丝杠，总的变形量S总只 有12.555mm，可见丝杠强度足够。4)压杆稳定性校核根据式(328)计算失稳时的临界载荷Fk。查表，取支承系数fk=2;由丝杠底径d2=36.0312mm,求得截面惯性径I =n d24/6482734.15mm4;压杆稳定安全系数K取3;滚动螺母至轴向固 定处的距离a取最大值1497mm。代入式(3-28)，得临界载荷Fk51012N，远大于工作载荷Fm(仃12N)，故丝杠不会失稳。 综上所述，初选的滚珠丝杠副满

7、足使用要求。4、同步带减速箱的设计为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了使传动系统的负载惯量尽可能的减小，传动量中长使用减速传动。设计同步减速箱需要的原始数据有：带传递的功率P,主动轮转速n1和传动比i,传动系统的位置和工作条件等。(1)传动比i的确定已知电动机的步距角a=0.72,脉冲当量Sz=0.01mm/脉冲，滚珠丝杠导程Ph=6mm。根据式(312)算得传动比i=1.2。(2)主动轮最高转速n1由纵向床鞍的最快移动速度vzmax=6000mm/min，可以算出主动轮最高转速“1=(VzmaXSz)x a /360=1200r/min。(3)确定带的设计功率Pd预选的步进电动机

8、在转速为1200r/min时，对应的步进脉冲频率为fmax=1200X 360/(60X a)=10000Hz。(4)选择带型和节距pb根据的带的设计功率Pd=0.574kW和主动轮最高转速n1=1200r/min，选择同步带型号为L型节距pb=9.525mm。(5)确定小带轮齿数Z1和小带轮节圆直径d1取Z1=15，则小带轮节圆直径d1=pbZ1/n=45.85mm。当n1达到最高转速1200r/min时同步带的速度为 v= ndini(60X 1000)=2.86m/s,没有超过L型带的极限速度35m/s。(6)确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2大带轮齿数Z2=i pb=18,节圆直径

9、d2=idi=54.57mm。(7)初选中心距ao、带的节线长度Lop、带的齿数Zb初选中心距ao=1.1(di+d2)=110.06mm,圆整后取ao=110mm。 则带的节线长度Lop心2 ao+ n /2(d1+d2)+(d2-d1)/4 ao=377.33mm。查表，选取接近的标准节线长度Lop=381mm,相 应齿数Zb=40o(8)计算实际中心距a实际中心距aao+(Lp-Lop)/2=111.835mmo(9) 校验带与小带轮的啮合齿数Zmzm=entZ1/2pbZ1/2 n2a(Z2Z1) =7,啮合齿数比6大，满足要求。(ent表示取整)。(10)计算基准额定功率Po2Po=

10、(Tamv)v/1000其中，Ta带宽为bs0时的许用工作拉力。m-带宽为bso时的单位长度的质量。v同步带的带速。算得Po=0.697kW。(11) 确定实际所需同步带宽度bs1/1 14bsbso(Pd/KzP0)其中，bso选定型号的基准宽度。Kz-小带轮啮合齿数系数。由上式求得bs21.42mm,选定最接近的带宽bs=25.4mm。(12) 带的工作能力计算计算同步带额定功率P的精确值：P=( KzKwTa bs/ bscmv2) vX 10-3经计算得P=0.697kW，而Pd=0.574kW，满足PPd。所以，带的工作能力合格。5、步进电动机的计算和选型(1)计算加在步进电动机转轴

11、上的总转动惯量Jeq.22JeqJm+Jzl+(Jz2+Jw+Js)/i57.55kg.cm其中，Jm33 kg.cm2Jzi0.95 kg.cm22Jz21.99 kg.cm2Jw1.21 kg.cm2Js30.78 kg.cm(2)计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩TeqTeq1Tamax+TfTamax 2 n Jeqnm/60taX 1/n其中，nm-步进电动机的最高转速。ta步进电动机由静止到nm转速所需的时间。又nm Vmaxa /360 Sta 0.4s, n 0.7,所以，Tamax2n X 57.55X 10-4X 1200/(60 X 0.4 X 0.7)N.m2.58

12、 N.mTf卩(Fc+G)Ph/(2n n i)其中，卩一一导轨的摩擦系数，滑动导轨取0.16。Fc工作负载。n传动链总效率，取0.7。所以，Tf0.16X( 0+1300)X 0.006/(2n X 0.7X 1.2)N.m0.24 N.m所以，Teq1Tamax+ Tf2.82 N.mTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/(2n n i) 935.69X 0.006/(2 n X 0.7X 1.2) N.m1.06 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，Teq

13、2= Tt+ T尸1.78 N.m经过上述计算后，Teq=maxTeqi,Teq2)=2.82 N.m(3)步进电动机最大静转矩的选定步进电动机最大静转矩Tjmax4 Teq=4X 2.82 N.m=11.28 N.m, 可见对于预选的步进电动机完全满足工作要求。(4)步进电动机的性能校核1)最快工进速度时电动机输出转矩校核最快工进速度vmaxf=800mm/min，脉冲当量S=0.01mm/脉冲，可以求出fmaxf=1333Hz， 由此可知， 在此频率下， 电动机的输 出转矩TmaxfQ仃N.m，满足工作要求。2)最快空载移动时电动机输出转矩校核最快空载移动速度Vmax6000mm/min，

14、可以求出fmax10000Hz，由此可知，在此频率下，电动机的输出转矩Tmax3.8N.m，满足工作要求。3)最快空载移动时电动机运行频率校核最快空载移动速度vmax=6000mm/min，对应的电动机运行频率fmax=10000Hz。查表可知，运行频率没有超过上限。4)起动频率的计算已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq=57.55kg.cm2,电动机转子自 身的转动惯量Jm=33 kg.cm2，查表可知，最高空载起动频率fq=1800Hz。可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率为：1/2fL=fq/(1+Jeq/Jm)=1087Hz由此可知，进给系统选用的步进电动机可以满足设计要求。6、同步

15、带传递功率的计算 分两种情况分别进行校核：(1)快速空载起动电动机从静止到nm=1200r/min，由式(6-5)可知，同步带传递 的负载转矩Teq1=2.82N.m，传递的功率为P=nmTeq”9.55=1200X 2.82/9.55W 354.3W(2)最大工作负载，最快工进速度由式(6-7)可知，带需要传递的最大工作负载转矩Teq2=1.78N.m, 任务书给定最快工进速度vmaxf=800mm/min，对应电动机转速nmaxf=(Vmaxf/ Sz)a /360=160r/min。传递 的功 率为P=nmaxfTeq2/9.55=160X 1.78/9.55W 29.8W。由计算可知：

16、两种情况下，同步带传递的负载功率均小于带的额 定功率0.697kW。因此，选择的同步带功率合格。二、绘制进给传动机构的装配图完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动机的计算、选型后，就 可以绘制进给传动机构的装配图了。但要注意以下问题：(1)了解原车床的详细机构；(2)根据载荷特点和支承方式，确定丝杠两端轴承的型号、轴承座的结构，以及轴承的预紧和调节方式；(3)考虑各部件之间的定位、联接和调整方法；(4)考虑密封、防护、润滑以及安全结构问题等；(5)在进行各零部件设计时，应注意装配的工艺性，考虑装配的顺序，保证安装、调试和拆卸的方便等；(6)注意绘制装配图时的一些基本要求。三、控制系统硬件电路设计

17、根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路主要考虑以下功能：(1)接收键盘数据，控制LED显示；(2)接收操作面板的开关与按钮信号；(3)接收车床限位开关信号；(4)接收螺纹编码器信号；(5)接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号。(6)控制步进电动机的驱动器；(7)控制主轴的正转、反转与停止；(8)控制多速电动机，实现主轴有级变速；(9)控制交流变频器，实现主轴无级变速；(10)控制切削液泵启动/停止；(11)控制电动卡盘的夹紧与松开；(12)控制电动刀架的自动选刀；(13)与PC机的串行通信。四、 步进电动机驱动电源的选用电动机为五相混合式，五线输出，电动机供电电压DC120310V，电流5

18、A。五、 控制系统的部分软件设计1、存储器与I/O芯片地址分配2、控制系统的监控管理程序系统设有7档功能可以相互切换，分别是编辑、空刀、自动、手 动1、手动2、手动3、和回零，选中某一功能时，对应的指示 灯点亮，进入相应的功能处理。控制系统的监控管理程序流程图 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,#5FFF

19、HMOV A,#0CFHMOVX DPTR,AWAIT:MOVX A,DPTRJB ACC.7,WAITMOV A,#08HMOVX DPTR,AMOV A,#34HMOVX DPTR,ARET5、8279控制LED显示子程序设显示缓冲区的首地址为6BH，系统在指定的工作状态下，需要显示的字符段码的编码，事先存储在CPU内部RAM的6BH73H这九个字节中。已知8279的控制口地址为5FFFH,数据口地址为5FFEH,则显示程序如下：DIR:MOV DPTR,#5FFFHMOVA,#90HMOVX DPTR,AMOVR0,#6BHMOVR7,#09HMOVDPTR,#5FFEHDIR0:MOV

20、A,R0ADDA,#05HMOVCA,A+PCMOVX DPTR,AINCR0DJNZR7,DIR0RETDTAB:DB 6FHDB 0DAHDB 0BEHDB 0E7HDB0A3HDB0CBHDB0D1HDB0D3HDB0DCHDB0CEHDB0DFHDB21HDB7BHDB91HDB19HDB4BHDB0DHDB05HDB69HDB01HDB09HDB20HDB7AHDB90HDB18HDB4AHDB0CHDB04HDB68HDB00HDB 08H当需要显示一组字符时，首先给显示缓冲区的6BH73H这九个字节赋值，然后调用DIR子程序即可，程序如下：MOV 6BH,#02HMOV 6CH,#03HMOV6DH,#0AHMOV6EH,#0CHMOV6FH,#0DHMOV70H,#0EHMOV71H,#19HMOV72H,#10HMOV73H,#11HCALLDIR6、8279管理键盘子程序当矩阵键盘有键按下时，8279即向CPU的INT1申请中断，CPU随即执行中断服务程序，从8279的FIFO中读取键值，程序如下：CLREX1MOVDPTR,#5FFFHMOVA,#01000000BMO