机电一体化系统设计基础课程作业解答（一）

机电一体化系统课程作业解答 一 机电一体化系统课程作业解答 一 一 填空题 1 机械子系统 电子信息处理子系统 动力子系统 传感检测子系统 2 机械技术 传感器检测技术 信息处理技术 伺服驱动技术 系统技术 3 摩擦 啮合 4 滚珠丝杆副 齿轮传动装置 5 导向精度高 刚度好 运动平稳 结构工艺性好 二 简答题 1 简述机械传动装置在机电一体化产品中的性能要求 机械传动装置的性能要求主要有 1 转动惯量小 2 低摩擦 3 适当的阻尼 4 刚度大 5 高谐振频率 2 简述机电一体化技术的设计原则及常用方法 机电一体化技术设计过程一般分为总体系统设计 部装 子系统 设计和零件 单元 设计 3 个阶段 总体设计步骤为 1 明确设计思想 2 分析综合要求 3 划分各子系统 4 确定设计参数 5 调研 6 拟定总体方案 7 编写总体设计证书 常用的机电一体化设计方法有 机电互补法 融合法和组合法 3 种 3 滚珠丝杆副的工作间隙是怎么产生的 如何消除 滚珠丝杠副的轴向间隙是工作时滚珠与滚道面接触点的弹性变形引起的螺母位移量 它会影响反向传动精度及系统的稳定性 常用的消隙方法是双螺母加预紧力 包括双螺母 垫片式调隙 双螺母螺纹式调隙和双螺母齿差式调隙 4 简述齿轮传动的齿侧间隙调整方法 齿轮传动装置在工作中产生的齿侧间隙会影响到它的变向功能 降低传动精度 影响 系统稳定性 所以应采取一些措施予以消除 消除间隙的方法主要有错齿法和偏心套法两 种 错齿法常见形式包括垫片调整法和弹簧调整法两种 三 计算题 1 试设计一数控机床工作台用滚珠丝杠副 已知平均载荷 Fm 3600N 丝杠工作长 度 l 1 25m 平均转速 nm 120r min 每天开机 6h 每年 250 个工作日计 要求工作 10 年以上 丝杠材料为 CrWMn 钢 滚道硬度为 58 62HRC 设计参数请查阅教材 解 1 计算载荷 由题设条件 查表取 KF 1 2 取 KH 1 0 假设丝杠为 D 级精度 取 KA 1 0 则计算载荷 Fc KFKHKAFm 1 2 1 0 1 0 3600 4320 N 2 计算所要求的额定动载荷Ca 预期使用寿命 Lh 6 250 10 15000h 并代入 nm 120r min FC 4320N N20563 1067 1 15000120 4320 1067 1 3 4 3 4 hm ca Ln FC 3 根据 Ca 的值选择滚珠丝杠副 设选用 FCI 型号系列 按照满足Ca Ca 的原则 并考虑各种因素 查表选出合用的滚珠 丝杠型号规格为 FCI 5006 3 其主要参数尺寸 公称直径 D0 50mm 导程 P 6mm 螺旋角 2 11 滚珠直径 d0 3 969mm 丝杠小径 d1 45 63mm 4 检验稳定性 取弹性模量 E 2 06 105 MPa 查表 3 8 长度系数 2 3 丝杠轴惯性矩 47 4 4 1 m1013 2 64 04563 0 14 3 64 dI 不发生失稳之最大载荷 N1023 6 25 13 2 1013 2 1006 214 3 5 2 7112 2 2 max l EI F 安全系数 173 3600 623000 max c F F S 查表得许用安全系数 S 2 5 3 3 由 S S 可知丝杠是安全的 稳定性合乎要求 5 检验刚度 计算转矩 tan 2 0 D FT m 取摩擦系数 f 0 002 则 arctan0 002 6 53 mN58 3 356112tan10 2 50 3600 3 T 按最不利情况计算导程误差 每个导程的变形量 Gd Tl EA Fl GJ Tl EA Fl L c 42 2 00 2 00 0 164 2 m 1081 004563 0 14 3 10658 3 16 1006 2 04563 0 14 3 10636004 1142 2 3 112 3 6 44 10 2 m 丝杠在工作长度上的导程误差 m4 13 106 1044 6 25 1 3 2 0 0 l l lL 通常 丝杠的导程误差 L 应小于其传动精度的 1 2 即 m15015 0 03 0 2 1 2 1 mmmmL 丝杠的刚度满足要求 经上述计算验证 所选 FCI 5006 3 型丝杠各项性能均符合使用要求 可用 2 某数控铣床作用在滑座上的载荷 滑座数 单向行程长度18000NF 4M 每分钟往返次数为 4 每天开机 6h 每年工作 300 个工作日 寿命要求 8 年以6m 0 S l 上 试设计滚动直线导轨副 设计参数请查阅教材 解 1 计算额定工作寿命和额定行程长度 14400h83006hTh 2km 4147101440060h46 02102T 313 hSS nTl 因 F K T KKK K C 3 S CTH