滚珠丝杠螺母副的计算和选型(同名22624)

1、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、脉冲当量确实定根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为S x=0.005mm/脉冲，Z 方向为S z=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，c b=650Mpa;选用刀具材料为硬质合金 YT15 ;刀具几何参数为：主偏角k r=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的修正系数kKrFc=0.94;刃倾角、前角和刀尖圆 弧半径的修正系数均为 1.0。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,

3、 Fy=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=1712N。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,初选丝杠根本导程 Ph=6mm,那么此时丝杠转速n=1000v/Ph=133r/min。取滚珠丝杠的使用寿命 T=15000h,代入L0=60nT/106，得丝杠系数Lox 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=3 LofwfHFm=97O3N。(3) 初选型号根据

4、计算出的最大动载荷，查表，选择FL4006型滚珠丝杠副。其公 称直径为40mm，根本导程为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，根本导程Ph=6mm，代入入=arctan Ph/( n d。)，得丝杠螺旋升角入=2° 44'。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) x 105MPa；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=

5、36.0312mm，那么丝杠截面积S= n d严。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，那么滚珠总数量Z刀=29x 6=174。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力Fyj = Fm/3571N。那么由 式3 27，求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量S 2 0.00117mm。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 S 2 = 0.000585mm。3) 将以上算出的S 1和S 2代入S总=3什S 2,求得丝杠总变形量S总 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

6、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l=n d24/64 -4;压杆稳定平安系数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 1712N ,故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。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

7、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ni和传动比i，传动系统的位置和工作条件等。1 传动比 i 确实定电动机的步距角a°,脉冲当量S z= 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/mi n,可以算出主动 轮最高转速 n1= vzmax/ S zXa /360=1200r/min。3确定带的设计功率 Pd预选的步进电动机在转速为 1200r/min 时，对应的步进脉冲频率 为 fmax= 1200X 360/ : 60Xa=

8、 10000Hz。4选择带型和节距 pb根据的带的设计功率Pd1 = 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，那么小带轮节圆直径 d1 = pbZ1/n= 45.85mm。当n1到 达最高转速1200r/min时同步带的速度为v=n d1 n60X 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d2= id1 = 54.57mm。7初选中心距ax带的节线长度L0p、带的齿数zb初选中心距 刃=1

9、.1d1+d2= 110.06mm,圆整后取a0= 110mm。那么带的节线长度 Lop 2 ao+ n /2di+d2+(d2-di)2/4377.33mm。查表，选取接近的标准节线长度 Lop = 381mm,相应齿数Zb=40。(8) 计算实际中心距 a实际中心距ao+Lp-Lop/2= 111.835mm=9校验带与小带轮的啮合齿数 Zmzm= ent z1/2pb z1/2 n 2az2 z1= 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 P0P0= Tamv2v/1000其中，Ta带宽为bs0时的许用工作拉力。m带宽为bs0时的单位长度的质量。v 同步

10、带的带速。算得 P0= 0.697kW。 11确定实际所需同步带宽度 bs bs> bs0 Pd/KzP0其中，bs0选定型号的基准宽度。Kz小带轮啮合齿数系数。由上式求得 bs> 21.42m m,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/ bs0mv2v x 10-3经计算得P= 0.697kW，而Pd = 0.574kW,满足P> Pd。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上的总转动惯量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 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩TeqT eq1 = T amax+T fT amax= 2 n Jeq nm/60ta X 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 = 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，卩一一导轨的摩擦系数，滑动导轨取0.16。Fc工作负

12、载。n传动链总效率，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经过上述计算后，Teq= max Teq1，Teq23步进电动机最大静转矩的选定步进电动机最大静转矩 Tjmax > 4 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

13、进速度 vmaxf = 800mm/min，脉冲当量5= 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Tmaxf" 17 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 Vmax= 6000mm/min，可以求出fmax= 10000Hz, 由此可知，在此频率下，电动机的输出转矩 Tmax" ，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起动频率的计算电动机转轴上的

14、总转动惯量Jeq=57.55kg 2，电动机转子自身的转动惯量Jm=33 kg 2，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： fL=fq/1+Jeq/Jm1/2=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Teqi，传递的功率为P=nm Teqi/9.55=1200X 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， 任务书给定最快工进

15、速度Vmaxf=800mm/min，对应电动机转速nmaxf= vmaxf/ § za /360=160r/mi n。传递的 功率为 P=nmaxfTeq2/9.55=160X" 29.8W。由计算可知 :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

16、件之间的定位、联接和调整方法； 4 考虑密封、防护、润滑以及平安结构问题等； 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根本要求。三、控制系统硬件电路设计 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

17、，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DC120八310V, 电流 5A 。五、控制系统的局部软件设计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,#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 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

19、存储在 CPU 内 部 RAM 的 6BH73H这九个字节中。 8279的控制口地址为5FFFH数据口地址为5FFEH,那么显示程序如下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,#10HMOV 73H,#11HCALL DIR6、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随即执行中断效劳程序，从 8279的 FIFO 中读取键值，程序如下：CLR EX1MOV DPTR,#5FFFHMOV A,#01000000BMOVX DPTR,AMOV DPTR,#5FFEHMOVX A,