數控銑床x-y工作臺的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 小空隙，可使滾道底部與滾珠不接觸，并能儲存一定的潤滑油以減少摩擦磨損。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗均比較困難，故加工成本較高。 滾珠絲杠副中的滾珠循環方式有內循環和外循環兩種，區別見表 31。 表 31滾珠的循環方式 類別 形式 特點 內循環 優點 :返回通道短 ,一個循環只有一圈鋼球 ,流暢性好 ,摩擦損失小 ,效率高 ,徑向尺寸小 ,剛性好 缺點 :返向器鋼球返回通道的曲面加工復雜 外循環 端蓋式 優點 :結構緊湊 ,工藝性好 缺點 :循環回路長 ,流暢性差 ,鋼球通過短槽時易卡住 螺旋槽式 優點 :結構簡單 ,制造方便 ,承載能力大 缺點 :鋼球流暢性較差 ,擋珠器較易磨損 插管式 優點 :結構簡單 ,工藝性好 ,鋼球的流暢性好 ,應用較廣 徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 10 缺點 :凸出式的插管凸出于螺母外部 ,徑向尺寸較大 滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 滾珠絲杠副在負載時，其滾 珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續的，既影響傳動精度，又影響系統的穩定性。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當困難。實際應用中，常采用以下幾種調整預緊方法見表 32。 表 32常用的調整預緊方法 調整預緊方式 特點 雙螺母螺紋預緊調整式 結構簡單、剛性好、預緊可調，使用中調整方便，但不能精確定量地進行調整。 雙螺母齒差預緊調整式 可實現定量調整即可進行精密微調，使用中調整方便。 雙螺母墊片調整預緊式 結構簡單剛度高、預緊可靠，但使用中調整不方便。 彈簧式自動調 整預緊式 能消除使用過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，但其結構復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。 單螺母變位倒程自頂預緊式和單螺母滾珠過贏預緊式 結構簡單緊湊，但在使用中不能調整，且制造困難 。 根據防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，可選擇適當的結構形式。例如，當允許有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當必需有預緊或在使用過程中因磨損而需要定期調整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構；當具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時調整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調整預緊 式結構。 考慮到設計的所設計的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時調整間隙及預緊力，故采用結構簡單的雙螺母墊片調整預緊式。 滾珠絲杠副的密封與潤滑 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套來防止灰塵及雜質進入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維持其傳動精度、延長其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母兩端即可。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓 力并產生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。常用的潤滑劑有潤滑油和潤徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 11 滑脂兩類。潤滑脂一般在裝配是放進滾珠螺母滾道內定期潤滑，而使用潤滑油時應注意經常通過注油孔注油。防護套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。其材料有耐油塑料、人造革等。 初選滾珠絲杠副數據見下表： 公稱直徑 /mm 導程 /mm 余量 /mm 節距 /mm 25 5 20 8 根據絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度： 初選 X方向絲杠的工作長度為 410mm 初選 Y方向絲杠的工作長度為 460mm 滾珠絲杠的工作載荷計算公式為： MAHFC KKKKF ? 式（ ） 由條件，查《機電一體化系統設計》取 FK =，取 HK =， 取 D 精度，取 AK =， X方向絲杠工作載荷： XF = 600=864N Y方向絲杠工作載荷： YF = 600=864N 額定動載荷值 Ca? 計算： 導程初選為 5mm，則 m in/r2020/1 0 0 0n m ?? m in/r2 0 0 05/1 0 0 0 0n m a x ?? Ca? = 34hmC nF ?L=864 ???? 3 16000200 5011N 根據 Ca? 值選擇滾珠絲杠副 ， 假設選用按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca 等于或稍大于 Ca? 的原則，查表選以下型號規格： Ca=5011N 公稱直徑 D=25mm 導程 P=5mm 螺旋角 833 ?? 。? 滾珠直徑 ? 計算可得： 滾道半徑 R= 0 ???? dR 徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 12 偏心距0 ( ) ( ) R mm? ? ? ? ? 絲杠內徑10 22 mm?????? ??? 1）由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發生失穩 ,所以在設計時應驗算其安全系數 S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數。 絲杠不會發生失穩的最大載荷稱為臨界載荷22()acr EIF l??? 其中 E=206Gpa L= 44 841 1064 64a dIm?? ?? ? ? ? 取23? ? 則2 9 8 52206 10 10 102( )3crFN? ?? ? ?? ? ?? 安全系數5 1 10crmFS F ?? ? ?? 查表可得 [S]= S[S] 絲杠是安全的 ,不會失穩 2） 速 長絲杠工作時可能發生共振，因此需驗算其不會發生共振的最高轉速— 臨界轉速 crn ，要求絲杠的最大轉速 crn?maxn ? ? m i n/32uldf5011n22212ccr ??????? ????? 所以 crn?maxn 所以絲杠不會發生共振 3） 此外滾珠絲杠副還受 Dn 值的限制，通常要求： Dn 4107?? mm/min Dn=25 m i n/mm105m i n/mm200 3??? min/mm107 4? 4)滾珠絲杠在工作負載 F(N)和轉矩 T(N?m)共同作用下引起每個導程的變形量為： 徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 13 20 2 CpF pTL EA GJ?? ?? ? 式（ ） 式中， A 為絲 杠 截面 積 ， A ? ?；221 md41?? CJ為 絲 杠 的 極 慣性 矩 ， ? ?；441 md321 ??CJ G 為絲杠切變模量，對鋼 G= a。T(N ? m)為轉矩，0 tan( )2mDTF ???? 式中 ? 為摩擦角 ，其正切函數值為摩擦系數； mF 為平均工作載荷 .取摩擦系數為 tan ??,則得84? ? ?? ? ? mNmNT ??????????? 3 。 按最不利的情況取 (F= mF ) umG TE FGJTEAFLC241222120 pp ???????? ??? 3 20 ?? ?????? LL 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的 1/2,即 11 1022 mm m??? ? ? ? 該絲杠的 滿足上式，所以其剛度可滿足要求 。 5)效率驗算： 39。39。tan tan338 ( ) tan(338 840)?? ?? ?? ? ?? ??? ? ? 要求在 90%95%之間，所以該絲杠副合格 . 經上述計算驗證， 各項性能均符合題目要求，可選。 支承方式的選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來自于絲杠的自重。因此，滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： 1） 固定 — 固定，適用于高轉速、高精度的絲杠； 2） 固定 — 游動，適用于中轉速、高精度的絲杠； 徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 14 3） 固定 — 自由適用于低轉速、中精度、短軸向的絲杠。 考慮到設計要求中轉速、高精度，這里我們選擇固定 — 游動的支承方式。固定斷采用軸承連接。 軸承的選擇 軸承的分類 軸承可以分為標準滾動軸承、非標滾動軸承、靜壓軸承和磁懸浮軸承。滾珠絲杠一般配用標準滾動軸承。 滾動軸承已標準化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類型。滾動軸承一般 由內圈、外圈、滾動體和保持架（俗稱四大件）組成。 在軸承設計中應根據承載的大小、旋轉精度、剛度、轉速等要求選用合 適的軸承類型。舉例如下： 1） 深溝球軸承。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。前者一般不能承受軸向力，且間隙不能調整，常用于旋轉精度和剛度要求不夠的場合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷；并可以通過內外圍之間的相對位移來調整其大小。因此在輕載時應用廣泛。 2） 雙列向心短圓柱滾子軸承。此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內圈上，一種是滾道開在外圈上。這兩種軸承的圓柱滾子數目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉時支承剛度變化小，內圈上均有 1:12 的錐孔與帶錐度 的軸頸配合，內圈相對于軸頸作軸向移動時，內圈被漲大，從 而可調整軸承的徑向間隙或實現預緊；因此，其承載能力大、支承剛度高，但只能承受徑向載荷，與其他推力軸承組合使用，可用于較大載荷、較高轉速場合。 3） 圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承由內圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。該軸承能承受較大載荷，用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承，則剛度提高，雖極限轉速有所降低，但仍能達到高精度的要求。 4） 推力軸承。推力軸承一般軸向承載能力很強，支承剛度很大，但極限轉速較低，運動造勢較大。 軸承的選擇 考慮到輕載初選 。60 接觸角推力角接觸軸承代號 7202AC 型數據見下表： 表 33角接觸軸承的數據 d(mm) D(mm) B(mm) minad(mm) maxaD(mm) maxar(mm) 2d (mm) 2D (mm) minr (mm) rC (kN) orC (kN) 15 32 9 徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 15 該軸承是與滾珠絲杠專配的軸承其主要特點是：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷，接觸角大、鋼球多、剛度高。 軸承的校核 基本額定動載荷： NCC rr 9 9 8 06 2 5 022 ????? 取滾動軸承當量動載荷 X的值： X=1， Y= 則當量動載荷為： NYFXFfP ard 1 2 5 7)2 0 6 41()( ???????? 軸承壽命的計算： hPCnL rh )12579980(25016670)(16670 310 ??? ? 軸承的預期壽命取 hL =25000h 額定動載荷的計算： 89 6016 670 25025 00012 8716 670n 33 hr ???? LPC N9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強度的的要求。 軸承的潤滑與配合 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下 ： 1） 減少摩擦及摩損。 在構成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分， 防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 2） 延長疲勞壽命。 軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。 3） 排出摩擦熱、冷卻。 循環給油法等可以用油排出由摩擦發生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止潤滑油自身老化。 4） 其他 也有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發揮機能，首先，徐州工程學院畢業設計 (論文 ) 16 要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優勢 。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結構的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。 滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應選擇適當的配合，以保證軸的旋轉精度和 軸承的周向固定。滾動軸承是標準零件，因此，軸承內圈與軸頸的配合采用基孔 制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。為了防止軸頸與內圈在旋轉時有相對運 動，軸承內圈與軸頸一般選用 m m n p r js5 等較緊的配合。軸承外圈 與座孔一般選用 J K M H7 等較松的配合。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質；軸承類型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。具體 選用可參考機械設計手冊。 軸承使用注意事項 與一般的機械零件相比，滾動軸承的精度較高，因此使用時也相應地應小心謹慎。 1）保持軸承及其周邊的清潔 2）使用時仔細認真 3）若使用