机电一体化C616车床纵轴数控化改造课程设计(2)

则

Fm=1.15×864+0.16×(1728+800)=1398.08N

2）

最大动载荷FQ的计算

由《机床设计手册》可知 丝杠寿命

L0=60nT/106

式中n丝--丝杠转速

T—使用寿命时数 数控机床取T=15000h 丝杠转速

n丝=

式中n主--主运动转速 v—切削速度 f--进给量

f=0.3mm/r D=80mm

n主fL0=

1000vf

?DL0n主=1000r/min

D—被切削工件直径 L0--丝杠导程 则

L0=6mm

n丝=

1000?100?0.3=20r/min

3.14?80?6L=

60?20?15000=18 610由《机械设计手册》可知最大动载荷

FQ=3L0fwfHFm

式中 L0--滚珠丝杠副的寿命 单位为10r 则

6fw--载荷系数 由平稳或轻度冲击 取fw=1.2 fH--硬度系数 由HRC?58 取fH=1

Fm--滚珠丝杠副的最大工作载荷

FQ=318×1.2×1×1398.08=4396.8N

3）规格型号的初选

初选滚珠丝杠副的规格，应使其额定动载荷Ca?FQ 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下

Cn?10rmin

长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷Coa?（2~3）Fm 查《机械设计手册》

选丝杠型号：2506-2.5 CDM外循环性 相关参数：

公称直径：

d0?25mm

外径：d1?24.5mm 刚度：

Kc?459N?m l0?6mm

导程：滚珠直径：

Dw?3.969mm Ca?11939N

额定动载荷：额定静载荷：

Coa?26192N

4）效率计算：根据〈〈机械原理〉〉的公式，丝杠螺母副的传动效率η为：

η=

式中摩擦角ψ=10′ 螺旋升角γ=则

tgv

tg(v??)?Pn/?d0?，由算得：?=4?22'

tg4?22??0.963tg(4?22??10?)

??3)刚度验算

1>丝杠的拉伸或压缩变形量?1

FmaMa2?1???

ES2?IE式中Fm--丝杠最大工作载荷 a--丝杠两端支承间距

E--丝杠材料的弹性模量，取E?2.1?10MPa S--丝杠按底径确定的截面积 M--转矩

I--丝杠按底径确定的截面惯性矩I??d14/64 由于转矩M一般较小，原式可变为：?1??5Fma ES内径

d1?d0?DW3.969?25??23mm22

d12232）?3.14?（）?415.27mm2 22Fa1398.08?300?1??m????4.8095?10?3mm 5ES2.1?10?415.27S??（丝杠拉伸取\，压缩取\所以

?1=4.8

2>滚珠与螺纹滚道间的接触变形量?2 有预紧时：

?2?0.0013Fm/103DWFxjZ?/10 式中：

Dw--滚珠直径，单位为mm

Z?--滚珠总数量，圈数列数

Z??20?2?2.5?100

Z??d0Dw???253.969?20

Z--单圈滚珠数，（外循环）

Fxj--预紧力，单位为N

滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力，Fxj?Fm/3?466.03N 得

?2?0.0013Fm/103DWFxjZ?/10?0.8017?10?3mm

丝杠有预紧力且预紧力达轴向工作载荷的1/3时 实际变形可减少1/2

?2?0.4009?10?3

总变形量：

???1??2?5.2?m

查《机床设计手册》知：

任意300mm内累计螺距公差允许到16?m 则：

4.8?m?16?m

所以，满足设计要求。 4）稳定性验算

此纵向滚珠丝杠副采取一端轴向固定一端简支的方式

滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象，失稳时，临界载荷应满足：

fk?2EIFk??Fm 2K?式中：

Fk--临界载荷，单位为N

fk--丝杠支承系数，双推简支式取：fk?2

K--压杆稳定安全系数，一般取为2.5--4，取k=4 a—滚珠丝杠两端支承间的距离 E—钢的弹性模量E?2.1?10MPa

I—丝杠按底径d2确定的截面惯性矩I??d14/64 又：Ls--滚珠丝杠两端支承间的距离

丝杠螺纹长度Ls=工作台行程Ly+螺纹长度L+2余程Le=640+87+224=775mm 其中Ly、Le均为《机电一体化手册》查得 最终得临界载荷：

5

2?3.142?2.1?105?3.14?234/64Fk??23665N?Fm

4?7752满足稳定性要求。

(3)齿轮(薄片齿轮轴向拉簧错齿调整法) 传动比

i?式中 得

?l0

360o?p?--步进电机步距角

l0--滚珠丝杠导程

取?=0.75°/step 取l0=6mm 取?p=0.01mm/step

?p--纵向进给脉冲当量

i?取

Z1=28mm

Z2=35

?l0=1.25 o360?pm=2.5mm b2?28mm b1?b2?5?33mm d1=mZ1=2.5×28=70mm d2=mZ2=2.5×35=87.5mm

α=20°

da1=d1+2ha*=70+2×2.5=75mm da2=d2+2ha*=87.5+2×2.5=92.5mm

(4)电机

1）等效转动惯量计算

齿轮选用45钢，近似看做圆柱体 齿轮的转动惯量：

JZ1=7.8×10×7.0×3.3=6.18kg?cm=6.18×10kg?m JZ2=7.8×10×8.75×2.8=15.99kg?cm=12.80×10kg?m 丝杠的转动惯量：

JS=7.8×10×dL?10=7.8×10×2.5×120?10=3.66?1044?444?4?44442424242kg?m2

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