微型拉伸试验机构设计+文献综述(5)
3 微型拉伸试验机构设计
3.1滚珠丝杠校核
（1）选定丝杠精度
根据任务书要求，首先确定丝杠的定位精度为±0.3mm/1000mm，换算为300mm时的允许误差为
(±0.3)/1000=(±0.090)/300
为了满足要求的定位精度，必须选择误差低于±0.090mm/300mm的单程精度。根据上述提案件，参照台湾PVP公司滚珠丝杠的样本资料（见附录1），当精度为C7时的导程累积误差为±50μm/300mm，能够满足要求精度。但在C7精度下该公司既有磨制滚珠丝杠也有轧制滚珠丝杠供选择。在同样性能和精度的情况下，优先选择价格低廉的轧制滚珠丝杠。
（2）选定导程
设计方案采用电机和齿轮轴相连，减速比i=3。选用电机额定转速nR为3000r/min，由电机额定转速与最大进给速度来选定丝杠导程。根据式
P_B≥(V_max×〖10〗^3×60)/(N_R i)=(0.01×〖10〗^3×60)/(3000×1/3)=0.6(mm)
因此选定0.6mm以上的导程，考虑制造商因素，故选2mm导程。
（3）选定支承方式
工作行程10mm，丝杠整体长度222mm，最大速度0.01m/s，因此算定两端固定的支承方式。
（4）选定丝杠外径
为了满足微型拉伸机的尺寸结构，以及最大拉伸力50Kg的要求，参照PVP公司SFK小导程滚珠丝杠规格表（见附录2），以在满足要求的情况下尽可能降低成本的原则，选定丝杠外径为12mm。
1.轴向允许载荷计算及校核
图3.1 滚珠丝杠机构工作示意图
根据力学原理，可知各种工作情况下的轴向载荷分别为：
加速前进时 F_1=μmg+f+ma
等速前进时 F_2=μmg+f
减速前进时 F_3=μmg+f-ma
加速返回时 F_4=-μmg-f-ma
等速返回时 F_5=-μmg+f
减速返回时 F_6=-μmg-f+ma
其中，F1~F2——各种运动状态下的轴向载荷，N；
m——负载滑块（含工件）的质量，Kg；
a——负载滑块运动的加速度，m/s2；
μ——直线导轨副的摩擦系数；
f——导轨无载荷时的运动阻力，N。
根据受力情况可以看出，前进行程中加速阶段的轴向载荷为最大轴向载荷。在本课题中，该微型拉伸机设计无导轨，工件质量忽略不计，故此部分轴向载荷为0。但由于拉伸机的最大拉伸力为50KGf，故丝杠的最大轴向载荷为490N。
表3.1 与安装方式有关的系数η_1、η_2
丝杠安装方式 η1 η2 丝杠安装方式 η1 η2
固定——固定 4 20.0 支承——支承 1 5.0
固定——支承 2 10.0 固定——自由 0. 25 1.2
根据表1（摘自《自动机与自动线》P319，表13-9）知与安装方式（两端固定）有关的η_2=20。
丝杠在不发生弯曲的前提下所允许的最大轴向载荷计算
这种轴向允许载荷与丝杠安装方法、丝杠安装间距、丝杠沟槽最小直径等因素有关， 计算公式为
P_1=0.5×(η_1 π^2 EJ)/L^2 =η_2 (d_r^4)/L^2 ×〖10〗^4
其中，P1——最大轴向允许载荷，N；
E——杨氏弹性摸量(通常情况下丝杠材料的E =2.06×105 N/mm2)；
L——丝杠安装间距，mm
d_r——丝杠沟槽最小直径,mm；
J——丝杠断面与转动惯量有关的参数，J=π/64 d_r,mm4,