横纵向进给机构的设计教材.doc

三、横纵向进给机构设计 1纵向进给机构的设计 纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杆与丝杠以及安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾，并不占丝杠的空间由于采用了滚珠丝杠可提高系统的精度和纵向进给的刚度。 1纵向进给系统设计参数 已知参数 纵向脉冲当量/脉冲。 纵向最高进给速度。 CA6140车床工作台质量W根据图形尺寸忽略计算W=20kg. 纵向进给切削切削力Fy的确定 有参考文献查得 式中：进给系统所需电机功率； 主动传动电机的功率; 已知Pa为7.5kw，取比例系数为4%，则 式中：进给系统效率，其范围为0.15~0.20，取； 进给速度查得，取 得出 为安全起见，取安全系数为1.5则。 2滚珠丝杠副的设计 滚珠丝杠副已经标准化。因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 一般情况下设计滚珠丝杠时，丝杠的长度（或螺母的有效行程），丝杠的转速（或平均转速），滚道的硬度及丝杠运转的情况。 滚珠丝杠副的计算 滚珠丝杠的最大动负载寿命值： 其中 取工件直径D=80mm，，得： 最大动负载： 得：运转系数硬度系数， 则： 根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。得此最大动负载下丝杠型号为FFB5006内循环浮动反相器单螺母变位导程预紧。滚珠丝杠直径选择50mm，其额定动载荷是15KN，所以其结构强度足够。 2.支撑方式 选用“单推－单推”的支撑方式。 临界转速的校核 丝杠的名义直径。支撑为“固定－固定” 支撑长度L=1788mm.L与n的交点线在左侧，所以安全。 3.效率计算 式中：－螺纹的螺旋升角，可查参考文献，取 －摩擦角，， 所以， 则 4.刚度计算 滚珠丝杠受工作负载P引起的导程变化量： 式中： 滚珠丝杠的截面积 则 滚珠丝杠受扭矩引起的导程的变化量小，可以忽略，即：， 所以 差参考文献知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为，故强度足够。 由于选用滚珠丝杠的直径为50mm，支撑方式“单推－带推”，所以稳定性完全可以保证。 齿轮的设计 齿轮的初选 传动比： 式中：步进电机的步距角，选，计算出i=5，因此可以一级传动。 大小齿轮均采用钢调质，选小齿轮硬度为，大齿轮硬度为，精度选六级，模数m=2,齿数， 则 齿轮的疲劳强度校核 弯曲疲劳强度校核公式为 式中：为载荷作用于齿顶的应力校正系数； 为齿形系数； 为载荷系数； 为圆周力 弯曲疲劳许用应力。 载荷系数K： 则 齿轮1弯曲疲劳强度校核 圆周力计算 所以 得 齿轮1 则 弯曲疲劳许用力计算： 差参考文献得。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4， 根据以上结果得，所以齿轮1满足弯曲疲劳强度。 齿轮2弯曲疲劳强度校核 圆周力计算： 所以 齿轮2， 则 弯曲疲劳许用力计算： 查参考文献得。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4， 根据以上结果得，所以齿轮2满足弯曲疲劳强度。 齿面接触疲劳强度校核 齿轮1齿面疲劳强度计算 齿面接触疲劳强度校核公式为： 式中：轮齿在节点啮合时，两齿轮齿数的比值； 区域系数； 弹性影响系数； 载荷系数K： 得， 则 得，标准知齿轮时，， 所以 计算齿轮1接触疲劳许用应力： 。 取安全系数S=1， 所以满足接触疲劳强度。 齿轮1的齿面疲劳强度计算 查参考文献得，标准知齿轮时，， 所以 计算齿轮2接触疲劳许用应力： 查参考文献[12]得， 取安全系数S=1， 所以满足接触疲劳强度。 步进电机的确定 步进电机步距角的选择 转动惯量的计算 惯量对运动特性有很大的影响，对加速能力、加速时驱动力矩及动态的快速反应有直接关系，因此核算转动惯量很有必要。 工作台质量折算到电机上的转动惯量： 丝杠转动惯量： 其中L为螺纹长度： 则 齿轮的转动惯量： 由于电机的转动惯量很小，所以可以忽略。 因此，总的转动惯量： 所需转动力矩