一、计其题 1,图袋兹杠螺母影动系统.已知工作台的质量-20Kg,统杠博建-5mm,性杠长度l-0m中径为一30m 材料密度为0-7器×10g/网2，齿轮底数分列为n一20.分-45，模数m-2m,齿宽一20m达 求折算到电机抽上的总等效惯量人。 工试设计一数控机味工作台用滚床共杠刷.己知平均载有F=站0N,丝杠工作长度仁12S,平均转 速一120m,每天开机仙。每年20个工作日计，要求工作10年以上，找杠材料为CW解，表道 硬度为5器一62RC,检杠传动精度要求为003mm。 二、分析圆 一数望系候如图所示，试说明图中的各个部分分刷属于机电一体化系统的爆一基本结构要素。 健色 计机 星示 号 功 电源 处 电 工件自 联抽器 光电编码因 能杠螺母机构 轮 减速固 答案： 一、计算题 1,图示丝杠螺母里动系统，己知工作台的质量m=200Kg:柱杠螺距=5mm,丝杠长度 L0.8m.中径为一30mm材料密度为p=7.8×10'Kg/m',齿轮齿数分别为=20，a=45, 模数两-2mm,齿宽b一20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量J,? 解：(1)计算各传动针的转动惯量
一、计算题 1．图示丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m=200Kg，丝杠螺距 t=5mm,丝杠长度 L=0.8m,中径为 d=30mm, 材料密度为 ，齿轮齿数分别为 z1＝20，z2＝45，模数 m＝2mm，齿宽 b＝20mm。试 求折算到电机轴上的总等效惯量 J 。 2．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，丝杠传动精度要求为±0.03mm。 二、分析题 一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。 答案： 一、计算题 1．图示丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m=200Kg，丝杠螺距 t=5mm,丝杠长度 L=0.8m,中径为 d=30mm,材料密度为 3 3 = 7.810 Kg / m ，齿轮齿数分别为 z1＝20，z2＝45， 模数 m＝2mm，齿宽 b＝20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量 J e ？ 解：（1）计算各传动件的转动惯量
材料密度P=7.8×10g/m,齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直轻取中径： 由 J=Imd:=zp1 32 J1=Tx78×10x004×0.02 32 392×103kgm a=x78x10x009x02=10x10rkgm2 32 J,=x7.8×10x0.03'×08=496×10kg-m 32 工作台折算到丝杠上的转动惯量为 12x =1.2×10kgm2 (2》折算到电机轴上的转动惯量 e+at*+o=392x020x10+46x10+12x0-） =3.58×10kg· 2.试设计一数控机床工作台用滚珠丝杠刚。已如平均载荷F.一0N,丝杠工作长度 =125m,平均转速4=120mn,每天开机6小，每年250个工作日计，要求工作10年以 上。纶杠材料为CW恤解，滚道硬度为58一62RC,纶杠传动精度要求为士0.03mm: 解： (1)求计算载荷 由题设条件，查表34取：=12，查表35取K=1.0,假设丝杠为D级精度，查表 3.6,取=1.0。 则计算载荷 F.-KkF.-1.2×1.0×1.0×3600-4320N (2)计算所要求的颗定动载荷G' 预期使用寿命 '=6×250X10=15000h 并代入 4=120r/ain.尾=4320w C.F nLy 120×15000 ■4320X =20563N V1.67x10 Y167x10 (3》眼据C”的植选择滚珠优杠副 设透用匹I型号系列，按照满足G≥G”的原测，并考虑各种因素，查表3.7遗出合用的滚 珠柱杠型号提格为C1-500好-3，其主要参数尺寸：
材料密度 3 3 = 7.810 Kg / m ，齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取中径。 由 工作台折算到丝杠上的转动惯量为 （2）折算到电机轴上的转动惯量 2．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，丝杠传动精度要求为±0.03mm。 解： （1）求计算载荷 由题设条件，查表 3.4 取 KF＝1.2，查表 3.5 取 KH＝1.0，假设丝杠为 D 级精度，查表 3.6，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 20563N 1.67 10 120 15000 4320 1.67 10 3 4 3 4 = = = m h a c n L C F （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 3.7 选出合用的滚 珠丝杠型号规格为 FCI-5006-3，其主要参数尺寸： 8 32 1 4 2 d l J md = = 5 2 3 4 1 3.92 10 32 7.8 10 0.04 0.02 J z = k g m = − 3 2 3 4 2 1.0 10 32 7.8 10 0.09 0.02 Jz = k gm = − 4 2 3 4 4.96 10 32 7.8 10 0.03 0.8 Js = k gm = − 4 2 2 2 1.2 10 2 0.005 200 2 k g m t JG m = = = − ( ) ( ) 3 4 4 2 5 1 2 2 1.0 10 4.96 10 1.2 10 2.25 1 3.92 10 1 − − − − e = z + J z + J s + J G = + + + i J J 4 2 = 3.5810 kgm −
公称直径 4=50m 导程 =6m 螺旋角 A=2°11' 滚珠直径 d4=3.969rm 往杠小径 d=45.63m (4)检验稳定性 取弹性模量 =206×1心厘，查表38长度系数■=2/3 性杠轴领性矩 1=是d=314x00456 -=2.13×10-'m 64 64 不发生失稳之最大载荷 Fon= EL314×2.06×10"×213x10-623x10N (2/3×1.25 安全系数 S= 623000 =173 3600 直表3,8许用安全系数[S】=25-3.3。由S>[S】,可知丝杠是安全的，整定性合乎要求。 (5)检验刚度 计算转矩 Tk号m+ 取摩擦系数f-0.002,则p-arctan0.002=6”53 T=3600x9x10xm21r+6'53）=358Nm 按最不利情况计算导程误差，每个导程的变形量 -F,T6_4风，I6 山=2GEG 4×3600×6×103 16×358×6×10-f 3.14×0045632x206×103.14×0.04563'×0.81×10 =644×102μm 丝杠在工作长度上的导程误差 4L=1=125×644×10 -=13.4m 6×109 通常，丝杠的导程误差△L应小于其传动精度的12，即 L<20= 二×0.03mm=0.015m牌=15m 丝杠的刚度端足要求。 经上述计算验证，所选FC50063型丝杠各项性隆均符合使用要求，可用。 二、分析题 按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下 (1)控制及信息处理单元：健盘、计算机、显示
公称直径 D0＝50mm 导程 l0＝6mm 螺旋角 λ＝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μ＝2/3 丝杠轴惯性矩 7 4 4 4 1 2.13 10 m 64 3.14 0.04563 64 − = I = d = 不发生失稳之最大载荷 ( ) ( ) 6.23 10 N 2 / 3 1.25 3.14 2.06 10 2.13 10 5 2 2 11 7 2 2 max = = = − l EI F 安全系数 173 3600 max 623000 = = = Fc F S 查表 3.8 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 D0 T Fm 取摩擦系数 f＝0.002，则ρ＝arctan0.002＝6′53″ 10 tan(2 11 6 53 ) 3.58N m 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 d G Tl EA Fl GJ Tl EA Fl L c 2 4 2 0 0 2 0 0 0 4 16 2 = + = + ( ) m 3.14 0.04563 0.81 10 16 3.58 6 10 3.14 0.04563 2.06 10 4 3600 6 10 2 4 1 1 2 3 2 1 1 3 + = − − =6.44×10－2μm 丝杠在工作长度上的导程误差 13.4 m 6 10 6.44 10 1.25 3 2 0 0 = = = − − l l L l 通常，丝杠的导程误差ΔL 应小于其传动精度的 1/2，即 0.03 0.015 15 m 2 1 2 1 L = mm = mm = 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。 二、分析题 按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下： （1）控制及信息处理单元： 键盘、计算机、显示
(2)测试传移部分1 光电编码器、信号处理 (3)楂源： 电源 (4)梨动部分： 功做、电机 《5)执行机构： 联轴器、齿轮诚速器、批杠螺母机构、工作台
（2）测试传感部分： 光电编码器、信号处理 （3）能源： 电源 （4）驱动部分： 功放、电机 （5）执行机构： 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台