内蒙古工业大学课程设计
第2章 机械传动部件的计算与选型
2.1 导轨上移动部件的重量估算
按照下导轨上面的移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨底座等，估计重量约为1800N。
2.2 切削力的确定
根据设计要求，机床的切削负载为：X向1200N；Y向1400N；Z向1800N。
2.3 直线滚动导轨副的计算与选型
1）滑块承受工作载荷Fmax的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支撑形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：
Fmax?G?F （ 2-1） 4其中，移动部件的重量G=1800N，外加载荷F=错误！未找到引用源。=1800N，代入式（2-1），得最大工作载荷Fmax=2250N=2.25KN。 查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-41，根据工作载荷Fmax=2.25KN，初选Y向直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG45型，X向直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG65型。
任务书规定工作台面尺寸1200mm*1000mm，工作行程为1000mm*800mm，考虑工作行程留有一定的余量，查表2-1，按标准系列，选取X，Y导轨的长度为2320mm，1850mm。
3
内蒙古工业大学课程设计
表2-1 JSA型导轨长度系列
LG15 280 LG20 340 LG25 460 LG35 520 LG45 550 LG55 660 LG65 820
2）距离额定寿命L的计算 由于所有的力最终都是承受到下导轨，所以只需对JSA-LG45的导轨进行计算。上述选取的KL系列JSA-LG45型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100?C,每根导轨上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表2-2 到 表2-6，分别取硬度系数fH=1.0、温度系数fT=1.00、
?ffffC?接触系数fC=0.81、精度系数fR=0.9、载荷系数fW=1.5，代入L??HTCRa??50，
fWf??3340 400 640 600 650 780 970 400 520 800 840 750 900 460 580 520 640 580 760 640 820 700 940 760 820 940 1000 1120 1240 1000 1240 1360 1480 1600 1840 1960 3000 1000 1080 1240 1480 1720 2200 2440 3000 850 950 1250 1450 1850 2050 2550 3000 1020 1260 1380 1500 1980 2220 2700 3000 1120 1270 1420 1570 1720 2020 2320 2770 3000 得距离寿命：
?fHfTfCfRCa?L????50=2794.6Km
ffW??3远大于期望值50Km,顾距离额定寿命满足要求。
表2-2 硬度系数 滚道硬度（HRC） fH 50 0.53 55 0.8 58~64 1.0 表2-3 温度系数
工作温度 fT 小于100 1.00 100~150 0.90
150~200 0.73 200~250 0.60 4
内蒙古工业大学课程设计
表2-4 接触系数
滑块数 fC 1 1.00 2 0.81 3 0.72 4 0.66 5 0.61 表2-5 精度系数
精度等级 fR 2 1.0 3 1.0 表2-6 载荷系数
4 0.9 5 0.9 工况 fW 无外部冲击 1~1.5 无明显冲击 1.5~2 有冲击振荡 2~3.5
2.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型
（1） 最大工作载荷Fm计算
如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）错误！未找到引用源。=1200N，受到横向上的载荷（与丝杠轴线垂直）错误！未找到引用源。=1400N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂直）错误！未找到引用源。=1800N。
已知移动部件总重量G=1800N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数u=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷：
Fm=错误！未找到引用源。+μ(错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。+G)=[1.1*1200+0.005*（1800+1400+1800）]=1345N （2） 计算最大动负载FQ
设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度V=0.8m/min，初选丝杠导程
Ph=5mm,则此时丝杠转速n=v/Ph=160r/min
取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h， 代入L0=60nT/106,得丝杠寿命系数L0=144
5
内蒙古工业大学课程设计
（单位为：106r）。
查表2-6，取载荷系数fW=1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数fH=1.0，代入（2-2），求的最大动载荷：
FQ?3L0fWfHFm=8460N （2-2）
（3）初选型号
根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列3205-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为32，导程为5m,循环滚珠为3圈×1列，精度等级取5级，额定动载荷为10678N，大于FQ，满足要求。
（4）传动效率的计算
将公称直径错误！未找到引用源。，导程Ph=5mm，代入??arctan[Ph/(?d0)],得丝杠螺旋升角?= 错误！未找到引用源。,将摩擦角??10'，代入下式得:
（5）刚度的验算
先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图2.1所示。
图2.1 纵向进给系统计算简图
1）X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支撑都采用“双推—双推”的方式。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面装配，左右支撑的中心距约为1400mm；钢的弹性模量E=2.1*105MPa；查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-31，得到滚珠直径Dw?3.175mm，丝杠底径d2?28.2mm，丝杠截面积
6
内蒙古工业大学课程设计
S=?d2/4=624.3mm2。
则丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量为：
?1?Fma5=（1345*1400）/(2.1*10*624.3)=0.0144mm。 ES2）根据公式Z?(?d0/DW)?3，,求得单圈滚珠数Z=28；该型号丝杠为单螺母滚珠的圈数×列数为3×1，代入公式：Z??Z×圈数×列数，得滚珠总数量Z?=84。丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJ?Fm/3?1345/3?448.3N。则由式（2-3）， ?2?0.0013Fm10DwFYJZ/102??0.0022mm （2-3）
求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量为0.0022mm。
因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减少一半，取
?2?0.0011mm。
3）将以上算出的?1和?2代入 ???1+?2，求得丝杠总变形量 ??0.0155mm=15.5um。 在本设计中，丝杠的有效行程800mm，由《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-37可知，五级精度滚珠丝杠有效行程在800～1000mm时，行程偏差允许达到40?m,可见丝杠刚度足够，且?总小于1／3的开环系统定位精度值0.025mm，满足要求。
（6） 压杆稳定的校核
fk?2EI?Fm （2-4） 根据公式Fk?Ka2 计算失稳时的临界载荷Fk。查《机电一体化系统设计课程设计指导书》表3-34
得，取支承系数fk=1；由丝杠底径d2?28.2mm，求得截面惯性矩I=31027.4错误！未找到引用源。；压杆稳定安全系数K取3；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值1400mm。代入式（2-4）得错误！未找到引用源。6471.4N，远大于工作载荷
Fm?1345N，故丝杠不会失稳。
综上所述，初选的滚珠丝杠副满足要求。
(7) 轴承寿命的计算
1）滚动轴承当量动载荷的计算
7