滚珠丝杠课程设计.docx

1、滚珠丝杠课程设计本科生专业课程设计（ 届）学生姓名： 学 号： 专业名称： 班 级： 指导教师： 错误 ! 未定义书签。 错误 ! 未定义书签。 错误 ! 未定义书签。 错误 ! 未定义书签。 错误 ! 未定义书签。专业课程设计计算说明书 原始数据 一、系统总体方案设计二、机械系统的设计计算三、控制系统设计 . 专业课程设计计算说明书原始数据设计一台微机控制 XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制，控制方式采用步进电机 开环控制。其他参数如下：动 电人机接口X方向传动机构由设计任务书知,本次设计可米用如下方案:脉冲当量mm/step定位精度mm最大移动速 度m/min工作台尺寸mm进给抗

2、力N工作台行程mm台面上最大 物重质量kgXY1100*15050032022545、系统总体方案设计（一） 机械系统1、 传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。2、 导向机构采用滚动直线导轨。3、 执行机构采用步进电机。（二） 接口设计 1、人机接口(1)采用键盘或BCD码盘作为输入。(2)采用LED作为电源等指示标志。(3)采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。(4)采用数码管作为显示器。2、机电接口采用光电偶合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口，实现电气隔离。(3)伺服系统设计本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。(4)控制系统设计开环控制流程图开环控制原理图1、控制部分

3、方案选择控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈控制部分， 再经过比较放大的则为“半闭环控制”。 如若是在“机械执行机构中引出反馈则为 闭环控制。采用步进电机来实现驱动，一般情况 下多采用开环控制。因为步进电机的输出 转角与控制器提供的脉冲数有着正比关 系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成 正比。因此通常在精确度要求不是很高时， 采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。二、机械系统的设计计算(本次设计若未作特殊说明， 其中的表与图均来自： 由郑堤主编的机电一体化设计基础)(1)初选步进电动

4、机根据已知条件：X、Y方向的脉冲当量 X、 y分别为:0.005mm/step即脉冲当量较小，因此这里选用反应式步进电动机。其特点是：步距角小，运行频率高，价 格较低，但功耗较大。结论：初选步进电机型号为：，其相关参数如下:机座号型号相数电压V电流A步距角。90560/125步距角误差，空载运行频 率转子转动惯 量重量kg空载启动频率Hz最大静转矩10约 120002500并采用单双相通电方式，因此步距角 0.8。1步进电动机的脉冲频率计算fxVx60 x1031600.005Vy31fy1060 y600.005典型工况下，步进电动机的脉冲频率 fx和fy分别为:103 3333.3p/s

5、fxmax 12000p/s310 3333.3p/s fymax 12000p/s2、步进电动机的驱动转矩计算典型工况下，步进电动机的驱动转矩 Tx和Ty分别为:按图 5-7 查得：Tx Ty 2.8N mA y3、步进电动机的驱动力计算典型工况下，步进电动机的驱动力 Fx和Fy分别为:Fx2 Tx xZ222.8 (0.83) 326480 NFx进给抗力500NSxZ10.004 18Fy2Ty yZ222.8 (0.83)326480NF y进给抗力500NSy Z10.004 18驱动力远大于进给抗力，所以所选步进电动机满足使用要求。（二）计算减速器传动比减速器传动比：360步进电机

6、步距角p丝杠导程mm工作台运动的脉冲当量mm0.8 416360360 0.005 91.78初取滚珠丝杠:公称直径导程204此时:5-33传动级选择曲蠻t机电一体比设计基础*按图5-33，选一级齿轮传动。（三）齿轮机构设计传递功率工作台进给抗力 工作台移动速度/传动链效率机械传动效率概略值（供参考）类型V带传动联轴器传动圆柱齿轮传动一对滚动轴承丝杠螺母副符号n vn cn gn bn s效率初选效率为。1传递功率 500 /0.8 10.4W60可见，系统传递的功率很小，在要求不高时， 以后各步的计算可省略。 并采用经验法来设计各元部件。但为练习计算过程，本次设计采用分析计算来设计。1、齿轮

7、传动机构的基本参数传递功率（W）小齿轮转 速ni（r/mi n）传动比一天运转时间（h）工作寿命（年）传动效率转向工况44416/985不变平稳其中小齿轮转速:n 1000 i 工 16 444r/min ） p 4 92、选择材料及确定许用应力小齿轮材料选择45钢（表面淬火），硬度为45HRC大齿轮材料为45钢（调质）硬度为 220HBS小齿轮的接触疲劳强度极限Hliml 1130MPa （淬火处理）大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2 550MPa安全系数SH和SF安全系数软齿面硬齿面重要的传动、渗碳淬 火齿轮或铸造齿轮SHSf小齿轮的弯曲疲劳强度极限取安全系数SH 1.1大齿轮的弯曲疲劳

8、强度极限Flim 2190MPaH1H lim111301027.27MPaSh1.1H 2H lim2550500MPaSh1.1Fliml 24MPa取 SF 1.3F liml240F1F2SFF lim 2SF184.62MPa1.3190 146.15MPa1.33、按齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造。取载荷系数，齿宽系数 a 0.3 ,T 9550 - 9550n9.25 104160.21 N?m32335KT1u 1 :HaUa16912335 1.1 0.21 1000500 0.3 16915.78mm取z, 18 ；大齿轮齿数:Z2 iz1161832模数m 2 15

9、.78 0.63 ；取标准值m=z-i z2 18 32确定中心距m 0.8 “ cca Z| z2 18 32 20mm2 2齿宽：b= aa 0.3 20 6mm取 b2 6 mm; b1 10mm4、验算轮齿弯曲强度齿形系数 YF1 3.02; YF2 2.18F12KT1YF1bm2z2 1.3 0.21 1000 3.0210 0.82 1814.31MPaF1184.62Y 2 18F2 F1YT仏31蚯倔命，2 14615校验结果：安全。5、齿轮的圆周速度d1n160 10003.14 0.8 18 41660 10000.31m/s 10m/s选用7级精度是安全的。为方便与电机

10、轴的配合，对齿轮作如下修改:取z1 27 ；大齿轮齿数:Z2 iz1162748中心距:Z1Z2竺 27 48 30mm2齿宽：b= aa 0.3 30 9mm取 b2 9mm; Q 14mm（四）滚珠丝杠选择1、滚珠丝杠工作长度计算1 I工作台 I行程 1余量X方向丝杠工作长度：IX 100 320 20 440 mmX方向丝杠工作载荷：FX 500NY方向丝杠工作长度： lY 150 225 20 395mmY方向丝杠工作载荷： Fy 500N令两方向丝杠的工况均为：每天开机6小时；每年 300个工作日；工作8年以上。丝杠材料：CrWMr钢；滚道硬度为 5862HRC丝杠传动精度为 0.0

11、4mm。平均转速 n=125r/min ( nv工作台1000P0.5 10004125r / min)2、计算载荷FC求解FC KFKHKAFm 1.1 1.0 1.0 500N 550N查机电一体化设计基础表 2-6 ; 2-7 ; 2-8的Kf 1.1; Kh 1.0; KA 1.0，查表2-4取C级精度。表2-6载荷系数载荷性质无冲击平稳运转一般运转有冲击和振动运转Kf1表2-7硬度系数滚道实际硬度 5855504540Kh表2-8精度系数精度等级C、DE、FGHKA3、额定动载荷计算Ca计算寿命：Lh 6 300 8 14400hFCYCo4550200 14400 N1.67 10

12、43160 N4、滚珠丝杠副选择假设选用FC1型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca等于或稍大于Ca的原则，选汉江机床厂出品的，Ca 5393N，其参数如下:D0 20mmp 2.5mm3 38滚 珠 直 径d0 2.381mm滚道半径 R 0.52d0 0.52 2.381 1.238mmd o 381偏心距 e 0.707 R 0.707 1.238 3.358 10 2 mm2 2丝杠内径 d1 D0 2e 2R (20 2 3.358 10 2 2 1.238)mm 17.59mm5、稳定性验算1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳， 所以在设计时应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数 S（见表2-10）(l)2式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢,杠危险截面的轴惯性矩（m4）； 为长度系数,E=206GPa I为丝杠工作长度（ 见表 2-10。m）； I a为丝依题意，ladi4643.1440.017.59649 44.7 10 m丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷 Fcr （N）按下式计算：取 2/3，则FXcr(l)23.142 206 109 4.7 10 9220.4431.11 105N(l)23.142