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Fp=FR=Fmax

由于Fmax=52.8N 因此，Fp=52.8N。

(2) 寿命计算

（由 L10?C?） Fp式中 L10—基本额定寿命（106r）； C—基本额定动载荷（N）； ； Fp—当量动载荷（N）

—寿命系数，球轴承取3。

在常温下， 寿命计算公式

Lh10106106C??L10?（） 60n60nFp已知 C=14200N ， n=100r/min 因此 Lh10106432003?（）=3.24x109h>9000h 60?100637因此，轴承的寿命符合设计要求[8]。

4.2.4 键的校核计算

普通平键的主要失效形式为压溃，因此，在进行键的校核计算时，主要进行键的挤压强度校核计算。本次设计与键配合轴的直径为d=20mm，选取的键为普通平键bxhxL=6x6x31（mm）。则挤压强度公式：

式中 T—传递的转矩（N2mm）；

K—键与键槽的工作高度（mm），k=h/2； l—键的工作长度（mm），l=L-b； d—轴的直径（mm）； —挤压强度（MPa）。 又有 Tmax=9.55?106P0.75?94%=9.55?106?=67327.5N2mm n100式中 P—减速器的输出功率（kW）； n—丝杠工作转速（r/min）。 实际工作时T

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?p

?p<[?p]

因此，本设计所选用的普通平键符合设计要求[8]。

4.3 Z向进给机构的设计与计算

采用类似机床的半闭环进给系统，电机经减速机传递力和扭矩，Z向丝杠通过丝杠螺母及螺母座拖动两滑轨间的滑台，实现喷枪的Z向前后水平移动，传感器与电机轴相连，用来检测电机的转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置，从而实现Z向运动的精确控制。

4.3.1 Z向滚珠丝杠的选择与计算

Z向进给系统主要是通过实现Z向丝杠带动滑台沿Z向的方向运动，从而带动连接在X向滑轨上的喷枪座Z方向运动，实现喷枪的Z向位置调节。

由X向进给系统的计算得X向滑轨所产生的压力Fx向=878.47N，X向滑轨与Z向滑轨之间的滑台体积约为：

V台=120x300x240-208x145x50-300x145x50=4957000mm3

滑台的质量为：

m台=V台x=4957000x7.3x10-6=36.19kg

设计的Z向滚珠丝杠长度350mm，初选滚珠丝杠的直径为40mm，滚珠丝杠的材料为CrWMn（密度为7.85 g/cm3），则滚珠丝杠的质量为： mZ杠=350x7.85x10-6=3.80kg

设计的X向和Z向的滚珠丝杠螺母及螺母座的质量约为m螺母=5kg，假设电机和减速机和减速机固定箱以及其他零部件的质量约为m2=30kg，则燕尾形滑台所受到的总压力为：

FZ向=（m螺母+ m台+ mX杠+ m2）x9.8+ Fx向=（5+36.19+3.80+30）x9.8+878.47=1613.37N 又由于黏贴塑料带滑动导轨的摩擦系数为0.05，则摩擦力为：

FZf=μ?FZ向?0.05?1613.37?80.67N?81N 即滚珠丝杠的X向工作载荷约为81N。

已知平均工作载荷FZf=81N，丝杠工作长度L=0.6m，平均转速nm=100r/min，最大转速nmax＝200r/min，要求使用寿命Lh’=15000h左右，取丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC，传动精度要求σ＝±0.03mm。初选丝杠型号FC1-4006-2.5。

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(1) 滚珠丝杠副的支承方式

Z向进给系统进给速度低，丝杠工作时发热量小，因此X向进给系统的滚珠丝杠副的支承方式选择为两端固定的支承形式（F-F）。 (2) 滚珠丝杠副的密封与润滑

① 密封 通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。

② 润滑 使用润滑剂，以提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度，延长使用寿命。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，定期润滑。使用润滑油时应注意要经常通过注油孔注油。本次设计选用脂润滑作为润滑剂。、 (3) 滚珠丝杠副的计算 ① 求计算载荷FC

查《机电一体化设计基础》表2-4决定选D级精度丝杠，查表2-6、2-7、2-8，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0

Fc?KFKHKAFm?81?1.2?1.0?1.0?97.2N

② 计算额定动载荷

'nL100?15000mn3Ca?FC3?97.2??435.32N441.67?101.67?10 '由于 初选丝杠FC1-4006-2.5的动载荷Ca=16083N，

Ca'?Ca

所以，初选的丝杠符合动载荷要求。 FC1-4006-2.5型丝杠的基本参数为： 公称直径D0=40mm, 导程 P=6mm,

滚珠丝杠d0=3.969mm, 螺旋角λ=2°44′,

滚道半径R=(0.52~0.58)d0=0.5233.969=2.067mm (取0.52), 偏心距e=0.707(R-0.5d0)=0.0825mm, 丝杠内径d1=D0+2e-2R=36.041mm。 ③ 稳定性验算

由于两端轴向固定的长丝杠不会发生失稳，所以在设计时不用进行失稳性验算。 ④ 此外滚珠丝杠副还受到D0n的限制，通常要求D0n<7x104mm2r/min D0n=40x100mm2r/min =4x103 mm2r/min <7x104mm2r/min 所以，该丝杠副工作稳定。

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⑤ 刚度计算 滚珠丝杠副在工作负载F（N）和转矩T（N2m）共同作用下引起每个导程的形变量?L0（m）为

PFP2T ?L0???EA2?GJC11其中截面积A??d12???(36.04?10?3)2?1.02?10?3m2

44极惯性矩 JC?转矩 T?Fm??d1432??32?(36.04?10?3)4?1.656?10?7m4

D00.040?tan(???)?52.8??tan(2?44'?8'40\?0.053N?m 22取最不利的情况

PFP2T6?10?3?52.8(6?10?3)2?0.053?L0????9?3EA2?GJC206?10?1.02?102??83.3?109?1.656?10?7 ?1.56?10?9m?0.00156?m?L?L1.211??L0??0.00156?0.312?m????40?m?20?m ?3P6?1022所以该丝杠刚度满足要求。 ⑥ 效率校验

滚珠丝杠副的传动效率η为： η=

tan?tan2?44'==0.9497

tan（??ρ）tan（2?44'?8'40\）η要求在90%~95%之间。所以该丝杠效率满足要求。 经验证FC1-4006-2.5型丝杠可满足要求[7]。

4.3.2 交流伺服电机与减速器型号的选择

(1)电机型号的选择

为了选取满足运动条件的电机，需要进行负载扭矩计算，惯量匹配计算和加减速扭矩计算。

① 负载扭矩的计算 类似铣床进给运动的实际工作情况，由于传动效率和摩擦系数因素的存在，滚珠丝杠外部载荷P作等速运动所需力矩，英按下式进行计算：

Ml?K式中

FaoLsp2??PLsp2??1?MBi

—等速运动时的驱动力矩（N2mm）；

=Fmax/3，由于

—预紧力，通常预紧力取最大轴向工作载荷的1/3，即

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