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1、长春工业大学课程设计说明书课程设计名称 机械制造装备设计课程设计专业机械工程及自动化班级100104班学生姓名高永成指导教师胡艳娟目 录1. 技术参数12. 设计要求13. 工作台结构及参数设计13.1 滚珠丝杠设计13.1.1计算载荷f 1c3.1.2计算额定动载荷13.1.3 选择滚珠丝杠副13.1.4 稳定性验算23.1.5 丝杠轴承的选择43.1.6 丝杠的消隙43.2滚动导轨44. 步进电机的选择54.1 减速器传动比的计算54.2电动机轴上总当量与负载传动惯量计算54.3惯量匹配计算64.4 步进电机负载能力校验65. 结语8参考文献81. 技术参数1、工作台尺寸(长x宽)二390
2、X2902、重量=1800N3、 工作台行程：少=60100mmAY=5080mm4、脉冲当量:0.050.08mm/P2. 设计要求1、工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋传动。2、滚珠丝杠支承方式为双推一简支型。3、驱动电机为反应式步进电机。4、步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速，要求消除齿轮传动间隙。3. 工作台结构及参数设计3.1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=G/4+F=1090 (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=0.3 (m)r/min)丝杠的转速n (平均转速n=100 r/min或最大转速ma；。滚道硬度58
3、-63HRC和运转精度5 = 0.03mm。3.1.1计算载荷FCF =KKKF=1.2 x 1.0 x 1.0 x 1090=1310NF H A M查表取K= 1.2、K= 1.0、K=1.0、取D级精度。FHA3.1.2计算额定动载荷Ca 二F 3nhrc 1.67x1041310 x3迺遊=5125N 1.67 x 1043.1.3选择滚珠丝杠副根据Ca 选择滚珠丝杠副，假设选用F型号按滚珠丝杠副的额定动载荷等于c或稍大于Ca 的原则，查表选以下型号规格：F 二 2004 - 2.5, Ca 二 5393 NclF 二 2005 - 2.5, C 二 8630 Ncla考虑各种因素选用
4、F 2004 - 2.5，查表得丝杠副数据：cl公称直径：D = 20mm0导程：P=4mm螺旋角：九=3038滚珠直径：d=2.381mm滚道半径：R=0.521d=1.238mm偏心距：e=0.707(R-d/2) = 3.36xlO-2mm丝杠内径：d 1 = D0+2e-2R=17.6mm3.1.4稳定性验算(2-1)1.丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fk，按式(2-1)计算：F = aK (M)2E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206GPaL为丝杠工作长度(m)I为丝杠危险截面的轴惯性矩(m4)au为长度系数兀d 4I =a 643.14 x (0.0176)464=4.7
5、 x 10-9 m 4取u=2/3代入式(2-1)可得=0.15 x105 NF3.142 x 206x109 x4.7 x 10-9则F =2(-X 1.2)23安全系数 S=倬二 0.15幻05 二 11查表s=2.5-3.3SsF 1310m所以丝杠是安全的，不会失稳。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。需求丝杠的最大转速n n =10000r/minK max所以丝杠工作时，不会发生共振。3. 此外滚珠丝杠副还受D n值的限制，通常要求D n7x 104mmr/min0 0D n=20 x100 7 x104mm.r / min0所以丝杠副
6、工作稳定。4. 刚度验算滚珠丝杠在工作负载F (N)和转矩T (N m)共同作用下引起每个导程的变形pFp 2T1量(m)为二土 土。式中A为丝杠截面积，A二兀d 2 = 2.4x 10-4m2，00 EA 2 兀 GJ4 1C打d 4Jc为丝杠的极惯性矩Jc = -3T =9x 10-9m4，G为丝杠切变模量，对钢G=833。T(N m)为转矩，T= Fmtan(p +九)=0.482N M。式中,P为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数，F为平均工作载荷，按最不利的情况取(其中F=F)Mm=8.98 x 10-2 um0.004 x10900.0042 x 0.482+206x 109 x 2.
7、4x10-42 x 3.14 x 83.3 x 109 x 9 x 10-9则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为 1=比-1 二 0.3x 8.98 幻亠二 6.8um -q 二-x 0.03 二 15um p4 x 10-322通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的1/2,即该丝杠的满足 上式，所以其刚度满足要求。5. 效率验算滚珠丝杠副的传动效率为n = ta吵x 100% = 94.5%tan（九 + p）n要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。经上述计算验证，F 2004 - 2.5各项性能均符合题目要求，可选用。 cl通过上述的计算及验算校核选取考虑各种因素选用F 2
8、004 - 2.5。cl上丝杠的承受载荷比下丝杠小故选用F 2004 - 2.5完全可以。cl所以上下丝杠均选用F 2004 - 2.5型号。cl3.1.5丝杠轴承的选择型号：52208参数及尺寸d=12mmn =4800r/minmax型号：16006参数及尺寸d=12mmn = 1900r/minmax3.1.6丝杠的消隙数量：2D=32mm T =22mmiB=5mm数量：4D= 32mm B= 10mmd =18.3mm2C =16 5KNA=0.003aC = 6.82KNrD =26.1mm2r = 0.6min采用垫片调隙式。调整垫片的厚度使螺母产生微量的轴向位移，已达到消除 轴
9、向间隙和产生预紧力的目的。3.2滚动导轨由已知条件得该导轨的额定工作时间寿命T为：T= 6x300x5 = 9000hhhTsx102尹由 T= 。得 T= 2x60Tl n =2x4x9000x0.3x60一 100km=12960km h 2 x 60l nsh s /102因滑座数m=4,所以每根导轨上使用2个滑座。由表确定 fc =0.81, fB =1, fr =1，fW =2(2-3)(2-4)T= ksF 訂T / KCa= J fffh t c其中F=鈔=论N代入式(2-4)可得272.53：12960Ca=x 2 N 二 4290N0.81x1x1若选用汉江机场床的HJG-D
10、系列滚动直线导轨，其中町G-D25型号的导轨的Ca值为17500N，能满足五年的使用要求，所以可选用HJG-D25的滚动直线导轨。所以上下导轨均选用町G-D25的滚动直线导轨。4. 步进电机的选择下电机的要求：工作台的重量m=180kg、导轨摩擦系数0.2、最大轴向力F=1100N、5 =0.005。4.1减速器传动比的计算.6P 1800 x 0.004 /i= = 43605360 x 0.005按最小惯量条件得减速器应用一级传动，选各传动齿轮齿数分别为Z=16, Z =1 264，模数 m=2mm，齿宽 b =25mm， b =20mm。1 24.2电动机轴上总当量与负载传动惯量计算分别
11、计算各传动件的转动惯性，其中齿数的等效值分别为分度圆直径丝杠的 等效直径。J 二兀P d L1 = 4.47 x 10-5 kg - m2z132兀p d LJ =2 2 = 9.4 x 10-5 kg - m2z232js3t=3 x 10 -5 kg -m 2将各传动件的转动惯量及工作台质量计算到电动机轴上得总当量负载转动惯 量。J = J + 1 (J + J ) + ( P )2m = 0.547 x 10-4kg - m2 cZ1i 2Z 2S2 兀I4.3惯量匹配计算0.537 x 10 -4O716亠=0.7160.75 x 10 -4m满足4 j j 1.75N m,所以步进电动机能正常启动。 s上面的电机要求与下面的电机相同，且载荷小些。故上电机选
