毕业答辩-高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计及测试规范文件的制定

题目：

高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计及测试标准文件的制定班级：机械0903班姓名：陈莹学号:2023010073指导教师：王科社教授

目录一、研究问题二、方案设计三、设计计算四、三维建模与仿真五、收获及改进一、研究问题1、研究意义滚珠丝杠副在机械传动领域中的应用越来越广，因为其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或是将转矩转换成轴向反复作用力，具有高精度、高效率和可逆性的特点。对于滚珠丝杠副这样要求高精度的机构，精度保持就显得尤为重要，同时精度也是衡量滚珠丝杠副的重要的指标，所以研究滚珠丝杠副的精度保持性是十分重要的。一、研究内容2、主要任务高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台的结构设计；关键零部件的工作能力计算；测试标准文件的制定；测试试验台的三维建模与仿真。二、方案设计驱动方案：试验机采用伺服电机+联轴器+丝杠作为主驱动，滚珠螺母与直线电机的动子刚性连接被动移动，直线电机提供运动阻力，与螺母一起作高速往复运动。试验台结构：实验台采用试验台在下，滚珠丝杠副在上的整体装配形式，这样的好处是可以清楚地看到传感器的安放位置，而加载在滚珠丝杠副上的载荷由直线电机直接提供，这种装配方式适合轻载高速的工作情况。图1滚珠丝杠副精度保持性测试试验台原理草图图2试验台驱动方案三、设计计算轴承的选择与分析计算型号：滚珠丝杠支撑用轴30TAC62BSUC10PN7B推力角接触球轴承接触角60度由理论力学的受力分析可知，螺母承受轴向载荷Q并沿斜面上升时，所需要的水平推力Fr〔圆周力〕的大小式中：-滚珠丝杠的螺旋升角-摩擦当量系数-钢球与丝杠的摩擦系数〔0.002〕滚珠丝杠轴承的受力分析

当螺母运动到A端时，A端轴承承受最大的径向力，由静力学方程得

式中:G1-丝杠自身的重力(200N)G2-螺母自身的重力(50N)

丝杠全长

〔mm〕

当量动负荷式中：P-当量径向负荷Fr-径向负荷Fa-轴向负荷Fa=Q+FsX-径向负荷系Y-轴向负荷系

因为，所以X=0.92，Y=1

因为角接触球轴承承受径向力时要产生派生轴向力Fs，为了保证这类轴承的正常工作，通常成对使用。

每次试验丝杠转100万转，那么一次试验需要4.2小时，假设做90次试验的时间为378小时

通过选择，确定NSK公司的滚珠丝杠钻用轴承，型号为30TAC62BSUC10PN10B,极限转速为5600r/min，额定动载荷为47.5KN.根本额定寿命式中：Lh-轴承的寿命〔h〕P-当量动载荷〔N〕C-根本额定动载荷〔N〕n-转速(4000r/min)四、三维建模及仿真

图3光栅尺的三维设计与装配仿真

图4丝杠与前过桥的三维设计及装配仿真图5丝杠与后过桥三维设计及装配仿真图6螺母座与工作台的三维设计及装配图7试验台床身与直线电机、光栅尺的三维装配仿真图8试验台床身与直线导轨的三维设计与装配仿真图9高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台实物图10试验台总装配与仿真五、收获与改进〔一〕收获1、了解了滚珠丝杠副的历史，明确了滚珠丝杠副高速化的趋势。2、创新性地使用直线电机作为滚珠丝杠负载加载电机，代替传统的电机-丝杠系统，使电机和负载之间直接耦合，具备高速度、高加速度、高负载定位精确性、快速循环等优点，可获得很高的动态性能，而且结构简化、紧凑，这在本系统的设计中得到了充分的表达。

3、通过一系列的设计与改进，完成了一台高性能滚珠丝杠副精度保持性试验台的设计工作，包括初期的调研，文献学习，试验台的功能设计，初步方案，原理图，试验台的零部件计算，二维零件图和装配图〔3张A0图纸〕，三维零件的制作和动画仿真等，到达了预期的目标，为滚珠丝杠副精度保持性的实验提供了平台。〔二〕改进内容在保证滚珠丝杠副试验台的正常运动情况下，光栅尺的安装方向很重要，敏感面向上要做好防尘装置，这是我设计方面上的缺乏，有待进一步改善。谢谢！