太原理工大学阳泉学院—毕业设计说明书
根据Q选择滚珠丝杆型号：
CMD2004－2.5－E其额定动载荷Q=5862N，所以强度足够用。d1=17.5mm。螺母长度L=72mm,余程le=16mm,螺纹长度l=200+72+2×16=304mm.
2)、效率计算：
根据《机械原理》，丝杆螺母副的传动效率：
??tg?tg(???)
其中摩擦角??10'，螺旋升角??3?25'
??因此：
tg?tg3?25'??0.953tg(???)tg(3?25'?10')
3）、刚度验算：受工作负载P引起导程变化量：
?L1??PL0EF
L0=6mm=0.6cm, E=20.6×106N/cm2
?d??1.75?F??0??????22?? ???L1??PL0??EF258.5?0.6?1.75?20.6?10????3.142??6222??3.25?10?6cm
滚珠丝杆受扭矩引起的导程变化?L2很小，可忽略。即?L??L1 寻程变形总误差为：
??100100?L??2.6?10?6?4.33?m/mL00.6
查表知E级精度丝杆允许的螺距误差（1m长）为15?m/m故刚度足够。 4）、稳定性验算：由于选用滚珠丝杆的直径与原丝杆直径相同，而支承方式不存在问题，故不验算。
(3)、齿轮及转矩的有关计算
i?6.25,??20?,m=2
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传动比：
取第一级为：i?2.5,Z1=18,Z2=45, d1=36,d2=90 取二级：i?2.5, Z1=18,Z2=45, d3=36,d4=90 2)、转动惯量计算：
工作台质量折算到电机轴上的传动惯量：
22J?180?p??????W???180?0.002??3.14?0.75???30?0.0458kg?cm21??
丝杠的转动惯量：
J?4S?7.8?10D4L?7.8?10?4?24?30.4?0.379kg?cm2?3.79N?cm2 齿轮的转动惯量：
J2Z1?7.8?10?4?44?2?0.4kg?cm2?4N?cm J?4Z2?7.8?10?124?2?323.35N?cm2
JZ3?7.8?10?4?3.64?2?2.62N?cm2
JZ4?7.8?10?4?104?2?156N?cm2 电机的转动惯量很小可以忽略。
J?1i2(JS?JZ4)?1i2(JZ2?JZ3)?J1?JZ11
J???1?2?2.5???3.79?156????1?2?2.5?2??323.35?2.62??1.75?4?54.27N?cm?5.427kg?cm2
3）、所需转动力矩计算：
○1、空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩：
nmaxi?6.25max??L?100006?1042r/min
Mmaxa9.6T?5.427?1042max?Jn9.6?0.025?10?4?2.354N?m?25.34kgf?cm
○2、 切削时折算到电机轴上的加速度力矩：
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1000?n?nDf主f1L??1i?1000?100?0.2?6.251?82.9r/min0L03.14?80?6
Mat?Jn9.6T?5.427?10419.6?0.025?10?4?0.235N?m?2.35kgf?cm
○3、 折算电机轴上的摩擦力矩：
当??0.8 , 滚动摩擦系数f'?0.16时：
ML0f'WL00.16?30?0.6f?F02??i?2??i?2?3.14?0.8?6.25?0.92kgf?cm?9.26N?cm
○4、 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩： 当?0?0.9时，预加载荷P0?1/3FX,则：
F2MP0L0yL14.32?0.6??1?0.9?2??i?1??201??20?0??6??i?0??6?3.14?0.8?6.25?0.018kgf?cm?0.087N?cm○5、 折算到电机轴上的切削负载力矩：
MFyL014.32?0.6t?2??i?2?3.14?0.8?6.25?0.027kgf?cm?2.27N?cm
所以，快速空载启动所需力矩
M?Mamax?Mf?M0?253.4?9.26?0.188?262.848N?cm
切削时进给所需力矩：
Mmax?11.6N?m
快速进给所需力矩：
M?Mf?M0?9.26?0.188?9.448N?cm
由以上分析可知：
所需最大力矩Mmax 发生在快速启动时：
Mmax?9.448N?m 3、步进电机的选择
(1)、纵向进给系统的电机的确定：
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根据启动力矩的选择
Mq?ML00.3~0.5 ; Mq－－电机启动力矩；ML0－－电机静负载力矩
ML0则：
Mq?0.5?413.60.5?827.2N?cm
为满足最小步角要求，电机选用四相八拍工作方式，查表知:
MqM?0.866jm
所以，步进电机最大静转距为：
Mq827.2jm?M0.866?0.866?955.2N?cm
步进电机最高工作频率：
fmax??max60??1000?0.002?8333.3Hzp60
综合考虑，查表选用20BYJ46型四相步进电机。 (2)、横向进给系统步进电机的确定：
ML0384.65 则：
Mq?0.5?0.5?733.28
为满足最小步角要求，电机选用四相八拍工作方式，查表知:
MqM?0.866jm
所以，步进电机最大静转距为：
MMq733.28jm?0.866?0.866?847.2N?cm
步进电机最高工作频率：
fmax??max100060??.002?8333.3Hzp60?0
综合考虑，查表选用 20BYJ46型四相步进电机。 4、滚动导轨的选择
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综合考虑机床的基本额定载荷及其它方面的因素，选取HTSD－－WAA(宽幅矩型滑块)的滚珠导轨。初步选用4滑块，工作台大小400×300，工作台自重300N，外载荷700N。
R?300?700300?70?700?130300?100?700?160???271.542?2402?320 300?630.1300?70?630.1?120300?100?630.1?160???229.442?2402?320
R?(1)、摩擦力计算：
摩擦力计算公式 F??P?f(N)
式中?为滚动摩擦系数取??0.003,P为法向载荷纵向P=349.2,横向P=229.4，f为密封件阻力，取f=0.5N.
纵向F=0.003×349.2+0.5=1.55N 横向F=0.003×229.4+0.5=1.19N (2)、寿命计算：
纵向行程为0.32m
目标寿命L=0.32×2×5×60×8×300×5×10-3=2304km
C?fmPfHfTfc3L1.5?0.349232304??2.33kN501?1?0.8150
选择HTSD－LG20WAA型导轨，额定动载Ca为10.28W，根据计算可知，满足强度要求。
横向行程为0.2m，
目标寿命L=0.2×2×5×60×8×300×5×10-3=1440km
C?fmPfHfTfc3L1.5?0.229432304??1.3kN501?1?0.8150
选择HTSD－LG20WAA型导轨。额定动载Ca为4.51W.
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