毕业设计论文-自动涂胶机设计论文说明书.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
第2章 自动涂胶机的总体结构设计 3
2.1 设计任务和内容 3
2.2 设计要求 3
2.3 自动涂胶机方案的拟订 3
2.4 技术参数 4
2.5 本章小结 6
第3章 自动涂胶机机械部分设计 7
3.1步进电机的选择 7
3.1.1 Z相电机校核 8
3.1.2 X、Y向电机校核 9
3.2变速齿轮的设计 10
3.2.1传动齿轮传动系统的设计 10
3.2.2几何尺寸的计算 10
3.3滚动导轨的选择 11
3.3.1 X向滚动直线导轨副的选取 11
3.3.2滚动体的尺寸和数量 11
3.3.3滚动导轨的长度 12
3.3.4额定寿命计算 12
3.3.5滚动直线导轨动载荷计算 13
3.3.6接触强度计算 14
3.3.7 Y向导轨的选取 15
3.4 滚珠丝杠副的选择 15
3.4.1滚珠丝杠副的特点 15
3.4.2滚珠丝杠螺母副类型选择 16
3.4.3滚珠丝杠副的安装 16
3.4.4滚珠丝杠副的保护 17
3.4.5滚珠丝杠副的主要参数 17
3.4.6滚珠丝杠螺母副的设计计算 17
3.4.7最大动负载C的计算及主要尺寸初选 18
3.4.8 Z向丝杠的选取 22
3.4.9滚动轴承寿命校核 22
3.5 本章小结 24
第4章 自动涂胶机辅助设计 25
4.1工件的夹具设计 25
4.1.1确定定位方案,设计定位元件 26
4.1.2自动夹紧机构的选取 26
4.1.3 夹紧机构的设计 27
4.1.4定位误差分析计算 30
4.1.5 气动夹紧机构的计算 31
4.2供胶系统中对胶棒夹具的设计 33
4.3涂胶弯臂的螺栓强度校核： 34
4.4 本章小结 35
第5章 硬件及接口电路的设计 36
5.1概述 36
5.2控制系统的基本硬件组成 36
5.3 PLC的控制电路组成介绍 36
5.4驱动电路的设计 37
5.5 传感器的选择及与PLC接线说明 39
5.5.1 光电传感器的选择 39
5.5.2 压力传感器的选择 39
5.5.3 传感器和PLC的接线说明 40
5.6 本章小结 40
结 论 41
参考文献 42
致 谢 43

摘 要
近年来，随着生产和技术的发展，机电一体化有了非常大的发展,自动涂胶机在我国机械设备的装配与维修中得到了广泛的应用，这不仅提高了劳动生产率，同时也节省了能源和材料。尤其是在汽车行业，对汽车零部件的结合面有一定的密封性要求,其结合面都需要涂胶，涂胶的精度对于汽车的性能至关重要，自然的对自动涂胶机提出了更高的要求。以往涂胶都是靠工人的手工来完成，涂胶效率极低，而且很难保证涂胶的均匀性和胶体的厚度。
自动涂胶机既能保证涂胶的均匀性而又能有效的节省材料，从而大大提高了工作效率和工作质量，减少工人的劳动强度。因此针对不同的工作需要,自动涂胶机可以采用框架式机器人或多自由度机器人来对结合面进行涂胶，同时，这项技术的应用也意味着，每天给国家企业带来巨大的经济效益。采用自动涂胶机可以快速准确、经济、清洁地完成涂胶工艺，提高产品质量，降低生产成本。

关键词：密封；涂胶；框架式机器人；自动涂胶机

III

Abstract

In recent years, with the development of production and technology, electromechanical integration has made great development, automatic glue machine in the assembly and maintenance of mechanical equipment has been widely used, not only raised the labor productivity, but also save the energy and materials. The car industry, in particular, to auto parts joint sealing requirements to a certain extent, the joint surface need glue, glue the accuracy on the performance of the car is essential, natural puts forward higher requirements on automatic glue machine. Before coating is done rely on manual workers in, coating efficiency is extremely low, and it is difficult to guarantee the uniformity of coating and the thickness of the colloid.
Automatic glue machine both can guarantee the uniformity of coating and can effectively save materials, greatly improving the work efficiency and work quality, reduce the labor intensity of workers. Therefore in accordance with the need of different jobs, automatic glue machine frame type robot or more degrees of freedom robot can be used to implement the joint surface for coating, at the same time, the application of this technology means that every day to the state enterprise to bring the huge economic benefits. Adopts automatic glue machine can be done quick, accurate, economic, clean coating process, improve product quality, reduce production costs.

Key words：Tight；gluing；Frame type robot；Automatic glue machine
IV

第1章 绪论
1.1课题背景及意义
随着粘接材料、粘接剂施工技术的发展，很多产品生产工艺发生了变革，就以汽车为例，大多数机械固定的零件和装饰件已被改为粘接工艺，例如汽车的车灯罩、内饰件、扬声器等装配，新工艺的采用很好的提高了产品的质量。
由于粘接技术的推广，手工涂胶劳动力密集，劳动率低，涂胶质量不稳定的问题愈加突出，尤其是在某些要求严格的场合，传统手工涂胶很难达到要求，而在竞争愈演愈烈的今天，人们对性能和质量的要求越来越高，企业已然不能再用降低要求以减少废品及废品费用，而采用技术先进的自动化涂胶设备是企业的唯一选择。于是，有些企业选择了用机器人，机器人为用户提供具有较大柔性化的自动化涂胶方式，但使用机器人并非随意而为，它不但一次投资大，还需要专业人员来维护保养，尤其在调试初期，工程师有时不得不为一小段胶型进行上百次反复修改参数，调试工作量大，调试时间长，耗费大量人力物力，机器人的维护费用也相当高。实际上，尽管机器人具有较大柔性，但由于购买机器人的一般都是具有较大生产规模的专业生产厂，生产工艺相对确定，所购的机器人要在即定工艺要求下服役相当长的时间，机器人高柔性的优点并未充分体现，考虑到了成本和投资回报，如果不是切实需要的话，机器人不一定是最佳选择。而在实际生产中，我们仅有一小部分工作需要采用姿态灵活的机器人完成，很大一部分工作则完全采用专用的自动化机械，专用自动化设备投资少、效率高，往往能给企业带来较大利益回报，自动涂胶机便是基于这种分析而研制开发的。自动涂胶机是针对大型零件平面自动涂胶的专用设备，广泛适用于摩托车、汽车、工程农机及相关零部件生产领域的平面密封和曲面空间密封粘接。例如，大型柴油机油底壳或多种工件在一台机器上进行自动涂胶作业、汽车前后风窗玻璃涂胶粘接等。采用自动涂胶机可以快速、准确、经济、清洁地完成涂胶工艺，提高产品的质量，降低了生产成本。随着数控技术、机电行业的不断发展及对机器性能的高要求，自动涂胶机一定会有着更广泛的应用前景。
1.2国内外发展现状
目前，国外自动涂胶机的发展较快，尤其是在欧洲发达国家，美国、日本等国家，经过上百年的发展已经有了一套较为完整的体系。无论是自动化、精度化还是质量、经济成本上面都达到了领先水平,国外的生产商各自推出了自主的涂胶机，如日本的安川机器人、莫托曼机器人、美国ABB机器人等。反观我国涂胶机的发展尚存一些不足之处。我国的机器人发展比较晚，有北京工业机械自动化研究所的工业机器人与应用工程技术研究中心的“自动化涂胶工作站”，济南的未来之路工程有限公司的“金未来自动涂胶机”，此外，还有一些与国外合资的公司也推出了相应的产品。以上涂胶机器人都是在机器人的基础上面进行二次开发的，用机器人作为轨迹控制，附加了供胶系统。
国内台式涂胶机存在着一些缺点，比如机台内部散热系统不是非常好，时常会出现死机现象，会出现乱码，LCD反黑，机台位置出现偏差（运行一段时间后会出现此状况）与实际工件，静电处理不很理想（有大量的静电产生），三轴运行速度较缓慢，与厂家实际要求速度有差，CF卡的程序不稳定，工业计算机时常也会发生被烧掉的情况，机台的负载承受的能力比较弱，驱动板接插件地方连接比较松，很容易导致主板与驱动板接触不良(都是塑料接插)。
本次设计的目标是设计一台自动涂胶的设备（轴承座与减速器间的密封圈）使它能在实现日常工作的基础上，尽量让机械结构合理的简化，降低成本。此机构采用由步进电机作为驱动装置,X、Y轴联动可合成各种平面的各种曲线。保证系统可靠性及涂胶精度的前提下尽量降低造价,提高性能及价格比。

第2章 自动涂胶机的总体结构设计
2.1 设计任务和内容
设计一台自动涂胶机，对汽车密封圈进行自动涂胶，利用步进电机进行驱动控制，保证涂胶的范围、速度和均匀性。
1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。
2、自动涂胶机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。
3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制X向、Y向、Z向电机的正常工作。
4、软件系统设计就是控制程序设计，利用MCS-51单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。
2.2 设计要求
机械部分要考虑整体布局，工作行程要能满足要求，传动装置要平稳且准确，还要兼顾速度，另外需考虑经济性，该设备要求成本低，尽量选用标准件，减少额外的工作量。设备的使用寿命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小时，载荷持续率为90%，需要批量生产。
电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向以达到设计要求。
执行程序要考虑到不同拐点处涂胶量问题，可通过改变X、Y向运动速度调节也可单一Z向运动调节，以保证涂胶均匀，此次设计采用后者方式，原因是一个电机工作方式比较好控制。
2.3 自动涂胶机方案的拟订
在最初的方案选择中，在供胶的系统我想的是采用液压或气压传动系统。通过和指导教师的探讨，由于液压很难控制流量，并且结构复杂安装也不方便。虽然也能实现自动涂胶的功能，但涂胶的轨迹只是单一的平面故只适合一种零件的涂胶。而用步进电机来控制丝杠的传动不但有可逆行性能灵活的正反运行，速度均匀，稳定性好；定位精度高和重复定位精度高；而且可以根据零件的形状设计编程涂胶轨迹可以是曲面。故在最终的设计中采用了步进电机带动丝杠的传动方式。

X轴
电机

涂胶
轨迹
伺服系统

Y轴
电机
机械
部分
电路
部分

涂胶量
Z轴步进
电机

图2.1 总体方案图

方案中共用了三个步进电机，通过程序控制分别做相应运动，来保证涂胶的轨迹和保证涂胶厚度及均匀性。Z向是用来控制出胶的量的，且要求传动平稳，故选用丝杠螺母工作，丝杠螺母有自锁能力，可保证涂胶的厚度和均匀性。 通过改变Z向丝杠螺母的转速，以保证Z轴的升降速度，来达到涂胶的要求。X，Y向运动要求平稳、准确，所以采用了滚珠丝杠传动，滚珠丝杠传动效率高、刚度好、传动精度高且使用寿命长。导向机构承载大，且需要平稳，所以X 、Y向采用滚动导轨，滚动导轨承载较大，且导向准确。为了满足传动比和结构简化的要求，采用齿轮系统进行变速，齿轮的结构紧凑、工作可靠、寿命长且传动比稳定。
电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向 以达到设计要求。电气部分由步进电机 、增量编码器[7]、I/O接口线路板、各种检测传感器等组成。
2.4 技术参数
采用奔日硅橡胶平面密封胶。每一工件涂胶时间为15s--20s。奔日电子硅橡胶平面密封胶为单组分室温硫化硅橡胶，本产品为中性，低气味，不含溶剂，在室温条件下即可吸潮固化。具有优异的耐高温，耐冲击，耐化学介质的性能，不腐蚀机件，易拆卸，易清除。电气性能优异，耐候性及柔韧性好,电气性能优异，耐侯性及柔韧性好，尤其耐六氟化硫、变压器油性能好。用于电器设备的密封、也可用于大间隙及挠性连接件的机械平面密封。适合较大间隙（最大间隙小于2.5）的平面密封，能100％填满平面间隙。如箱体、法兰、电喷发动机油底壳及端盖结合等部位。
主要用途：
1、用于电器设备的密封，如汽车、摩托车、内燃机零件结合面、变压器及通用
机械、电器设备的部件平面密封。
2、用于太阳能电池组件边框的密封，电池组件线盒的粘接及太阳能灯具密封。
可以完全有效的保护晶片不被污染、氧化。具有卓越的耐紫外线、防雨水脏物、
冰雹冲击等方面的性能。
 主要特性
 型号                                    T－5601
 外观                                    白色、细腻、均匀膏状物
 密度（ g/cm2 ）                         1.33
 挤出性ml/min       200－250
 弹性恢复率％          94
 拉伸模量（MPa）         0.9
 拉伸强度（MPa）         1.7
 延伸率（％）          400
 工作温度（度）        －54～210
 全固时间（h）          24
设计中轴承座的外型尺寸

图2.2 sn305型号轴承座。经查表a=185mm,w=90mm,b=52mm,u=15mm.
2.5 本章小结
1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。
2、自动涂胶机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。
3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制X向、Y向、Z向电机的正常工作。
4、软件系统设计就是控制程序设计，利用MCS-51单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。

第3章 自动涂胶机机械部分设计
3.1步进电机的选择
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相角位移或线位移的控制电机。其转子运动仅与电信号的频率有关，每转一周，都有固定的步数。在不丢步的情况下运行，其步距角误差不会长期积累，因此，它适合于在数字控制系统中作为驱动微电机使用，具有系统简单，运行可靠等明显优点，广泛应用于机床的数字程序控制及其数字控制系统中。
步进电动机的种类繁多，按其电磁转矩的产生原理，可分为三大类：反应式（磁阻式）步进电动机；永磁式步进电动机；混合式（永磁感应子式）步进电动机。
根据脉冲当量和最大静转矩初选步进电机的型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角，两种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。初选电机型号时应合理选择及i，并满足：
（3.1）
根据上述要求，选择：Z向选择:55BF003 脉冲当量δ=0.008 I=1.0
X向Y向:70BF003

表3.1 Z向55BF003电机的参数

步
距
角

相
数

电
压

相
电
流
最大
静
转
矩
最高
空载
启动
频率

质
量

外
径
Φ

长
度

轴
径

1.5/3

3

24V

3A

0.686N·m

1800HZ

0.83Kg

55mm

70mm

6mm

因为此设计是对汽车轴承座与减速器间密封圈进行自动涂胶，要保证涂胶的范围、速度和均匀性，所以每次出胶的量不是很多，所以挤胶力不是很大，故选用步距角为1.50/步，扭矩偏小点的便可以满足要求，经过计算，挤胶的力度一般在1N～25N之间，选用保持转距为0.686N·m的55BF003型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择55BF003型号的步进电机，就能满足设计的要求。

表3.2 X向Y向70BF003电机参数

步
距
角

相
数

电
压

相 电
流
最大
静
转
矩
最高
空载
启动
频率
质
量

外
径
Φ

长
度

轴
径

1.5/3

3

24V

3A

0.392N·m

1600HZ

1.2Kg

75mm

65mm

8mm
3.1.1 Z相电机校核
步进电机的最大静转矩Mjmax与步进电机名义启动转矩Mmq的关系:
即：Mmq=λMjmax=0.866×0.686=0.594 N/cm
步进电机的空载启动是指电机在没有外加工作负载情况下的启动。
步进电机所需的空载启动力矩可按下式计算：
Mkg=Mka+Mkf+M0 （3.2）
Mkg—空载启动力矩 ；
Mka—空载启动时部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩（N.CM）；
Mkf—空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（N.CM）；
M0 —由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。
初选电机型号时应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩
即：Mkq≤Mmq=λMjmax λ=Mkq/Mjmax=0.866 （三相六拍）
加速力矩
（3.3）
=0.617×0.1×2×л×1440×/60×2=0.0465(N•cm)
JΣ —传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg.cm2）；
—电机最大角加速度（rad/s2）；
nmax —运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（r/min）；
t —运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s）；
vmax—运动部件最大快进速度（mm/min）；
δp—脉冲当量（mm/脉冲）；
θb—步进电机的步距角。
空载摩擦力矩：
（3.4）
=30×0.1×0.2/2л×0.8×1
=0.119(N•cm)
G—运动部件的总重力（N）；
f´—导轨摩擦系数；
i—齿数传动降速比；
η—传动系数总效率； 取η=0.7-0.85
L0—滚珠丝杠的基本导程（cm）。
附加摩擦力矩:
（3.5）
=0.2×(1-0.95²)/2л×0.8×1
=0.016(N•cm)
FYJ—滚珠丝杠预加载荷即预紧力 一般取Fm的1/3；
Fm —为进给牵引力（N）；
η为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取η0≥0.9；
所以Mkg≤Mmq 符合要求。
3.1.2 X、Y向电机校核
X向电机与Y向电机的校核与Z向原理基本相同，设计中只简单的对其进行校核。
Mmq=λMjmax=0.866×0.392=0.3395 N/cm

（3.6）
=30×0.1×0.3/2л×0.8×4=0.036(N•cm) i =4
（3.7）
=×0.3×(1-0.95²)/2л×0.8×4=0.079(N•cm)
Mmq=0.3395>Mkf+M0=0.115
故符合设计要求.
3.2变速齿轮的设计
自动涂胶机要求传动效率高、传动比稳定，以保证涂胶的均匀性和稳定性。 齿轮传动具备这些特点且结构紧凑、工作可靠、寿命长故选用齿轮传动副来达到一定的降速比要求。由于齿轮在制造过程中不可能达到理想齿面的要求，总是存在着一定的误差，因此一对啮合着的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。但是齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副采用了偏心轴套调整法消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。偏心轴套调整法是电动机通过偏心轴套装到箱体中，通过转动偏心轴套就能方便地调整两齿轮的中心距，从而消除齿轮间隙。
3.2.1传动齿轮传动系统的设计
自动涂胶机采用一级传动齿轮变速，可增大传动的扭矩和平稳性.
传动比为i=720/200=3.6
压力角α=18º
小齿轮：Z1=18
大齿轮：Z2=65 齿数互为质数
由于小齿轮作悬臂布置故： Φd=0.6
小齿轮的齿宽 b=Φd×d1=0.6×24=14.4 mm
模数：mt=d1/Z=1.26mm 取m=1.5
齿高：h=2.25×m=3.375mm
3.2.2几何尺寸的计算
（1）计算大、小齿轮分度圆直径：
d1=Z1×m=18×1.5=27mm
d2=Z2×m=65×1.5=97.5mm
（2）计算中心距：
a=（d1+d2）/2=62.25mm
（3）计算齿轮宽度：
b=Φd×d1=0.6×27=16.2mm
圆整后取B1=16mm B2=21mm。
3.3滚动导轨的选择
因为滚动导轨的最大优点是摩擦因数小,动静摩擦因数差很小,因此,运动轻便灵活,运动所需功率小,摩擦发热少,磨损小,精度保持性好,低速运动平稳性好,传动精度和定位精度高.滚动导轨还具有润滑简单[13].
3.3.1 X向滚动直线导轨副的选取
滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、反向器、保持架、密封端盖及挡板等组成的。当导轨与滑块相对运动时，钢球沿着导轨上的经过淬硬的滚道滚动，在滑块端部钢球又通过反向器进入反向孔再进入滚道，钢球就是这样周而复始地进行滚动运动，反向器两端都装有防尘密封端盖。基于滚动直线导轨副以下的优点：
1.导向精度
2精度保持性
3低速运动平稳性。
4结构简单、工艺性好，要便于加工、装配、调整和维修。
在设计中由于导轨承受的载荷力小故选用了此导轨。导轨结构紧凑，制造容易，成本较低。导轨用淬硬钢制成，淬硬至60-62HRC。
3.3.2滚动体的尺寸和数量
增大滚动体直径,可减少摩擦阻力和接触应力,不易产生滑动。一般选取滚珠直径6-8mm.设计中选用滚珠导轨,滚珠直径选8mm。
滚动体数量应根据强度、刚度等条件选取,每条导轨上一般不少于12-16个,因滚动体太少时,制造误差将显著地影响运动部件的位置精度。反之若滚动体过多,则增加了负载在滚动体上分布的不均匀性,使刚度反而下降,合理的滚动体数目Z,按下式选取：
Z≤≤=18.15 （3.8）
所以选取19个。
Z──滚珠的数目；
W──每条导轨上所承载的重力(N)； 设计中导轨的承载重力为50*9.8=490N。
d──滚珠直径(mm)。
3.3.3滚动导轨的长度
滚动导轨中的滚动体和保持架随着导轨移动，但它的移动速度只是动导轨移动速度的一半。在图中3.1，滚动体与保持架的长度LC：

图3.1 滚珠导轨
LG=Ld+
式中 Ld－－动导轨长度；
l－－－动导轨的行程长度。
支承导轨长度L= LG+，这种形式可保证在动导轨移动到两端极限位置时，滚动体刚好移动到支承导轨的边缘，因而使动导轨在全长上始终与滚动体相接触，滚动导轨的刚性好。但是，此种导轨由于有的保持架中的滚子始终露在外面，因此必须加强导轨的防护。
3.3.4额定寿命计算
当行程长度一定时，由以h为单位的寿命时间的计算公式得：
（3.9）
式中 LH－－－寿命时间（h），取15000h。
L－－－额定寿命（km）；
LA－－－行程长度，取300mm。
N2－－－每分钟往复次数，取4次。
L=＝2000km
3.3.5滚动直线导轨动载荷计算
滚动直线导轨副额定寿命的计算与滚动轴承基本相同。由此公式得动载荷计算：
L= P=Fmax （3.10）
式中 L－－－额定寿命（km）；
Ca－－－额定动载荷（KN）；
P－－－当量动载荷（KN）；
Fmax－－－受力最大的滑块所受的载荷（KN）；
－－－指数，当滚动体为滚珠时，＝3。
K－－－额定寿命单位（km），滚珠时，K＝50km。
－－－硬度系数 由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC，故通常可取＝1。
－－－温度系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-45得 工作温度＜1000C时＝1。
－－－接触系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-46得 每跟导轨上滑块数为2时，＝0.81。
－－－精度系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-47得 等级为2时取＝1。
－－－载荷系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-48得 无明显冲击或振动的中速运动场合 取1.5-2。
Ca= （3.11）
＝＝3.2KN
根据动载荷选取GGB16AA2P12*500-4型四方等载荷滚动直线导轨副。

图3.2 滚动导轨结构尺寸图

表3.3 滚动导轨结构尺寸数据
型 号
H
W
L1
L2
L3
D
h
d
M1
T1
K
H1
GGB16AA
24
15.5
58
40.5
30
7.5
5.3
4.5
M5
11
19.4
15

查表知单根导轨最大长度Lmax为500mm,额定动载荷为6.07KN,额定静载荷为6.8KN。
3.3.6接触强度计算
滚动导轨接触强度计算主要是判别受力最大的滚动体处导轨的接触应力是否超过允许值。如果一条导轨上承受一个作用在导轨面重心上的力F和力矩M,则受力最大的滚动体上的载荷为:
Fmax=(1+) （3.12）
=(1+)=103.6N
Z──一条导轨上的滚动体数目；
L──滚动体有效工作长度。
在Fmax作用下，滚动体与导轨接触面上的接触应力为，对滚珠钢导轨：
σmax=4.58×108 （3.13）
=4.58×108×2.75=1.36×109Pa
d——滚珠直径；
Fmax——受力最大的滚动体上的载荷；
σmax——滚动体上的接触应力，应小于允许值，即σmax≤[σ]，[σ]为滚动体的许用应力。对于滚珠淬火钢（HRC60-62）的滚动体的许用应力[σ]=1.8×109Pa。
根据计算结果得，设计中选取的数据合理满足要求。
3.3.7 Y向导轨的选取
由于Y向导轨所承受的载荷比X向导轨的要小的多故可选用与X向相同的导轨，同样满足传动要求。
3.4 滚珠丝杠副的选择
在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适当数量的滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，当丝杠或螺母转动时，推动滚珠沿着滚道导珠管（或圆形返向器）滚道不断的循环，从而实现周而复始的滚动运动。因此，滚动丝杠副的运动机理，就是以滚动摩擦代替滑动摩擦。
3.4.1滚珠丝杠副的特点
滚珠丝杠副具有许多与滚动轴承相似的特征。与滑动丝杠副或液压缸传动相比，有以下主要特点[21]：
（1）传动效率高 滚珠丝杠副的传动效率高达86%-98%，是滑动丝杠副的2-4倍。
（2）运动平稳 滚珠丝杠副在工作过程中摩擦阻力较小，灵敏度较高，而且摩擦系数基本与运动速度无关，启动摩擦力矩与运动时的摩擦力矩的差别非常小，所以滚珠丝杠副运动平稳，启动无颤动，低速无爬行。
（3）传动可逆性 与滑动丝杠副相比，滚动丝杠副突出的特点是具有运动的可逆性。滚珠丝杆副具有运动的可逆性，但没有像滑动丝杠副那样运动具有自锁性。
（4）可以预紧 通过对螺母施加预紧力能够消除滚珠丝杠副的间隙，提高轴向刚度，但摩擦力矩增加却不大。
（5）定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杠副具备传动效率高，运动平稳，可以预紧等特点，所以滚珠丝杠副在工作过程中温升较小，无爬行。并可消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸来补偿热膨胀，这能获得较高的定位精度和重复定位精度。
（6）同步性好 用几套相同的滚珠丝杠副同时驱动相同的部件或装置时，由于反应灵敏，无阻滞，无滑移，其启动的同时性，运行中的速度和位移等，都具有准确的一致性，这就是所谓同步性好。
（7）使用可靠，润滑简单，维修方便 在正常使用条件下通常只需要进行一般的润滑与防尘。在特殊使用场合，可在无润滑的状态下正常工作。
3.4.2滚珠丝杠螺母副类型选择
滚珠丝杠螺母副由专门工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以外购。滚珠丝杠副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数和圈数、预紧方式。钢珠在丝杠与螺母之间滚动是一个循环闭路。根据回珠方式，可分为两类：内循环，回珠器处在螺母之内；外循环，插管式回珠器位于螺母之外。
为了消除间隙和提高滚珠丝杠的刚度，可以预加载荷，是它在过盈的条件下工作，称为预紧。预紧后的刚度可提高大批为无预紧时的二倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杠在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杠副的饿额定动载有一定的比例关系常用的滚珠丝杠副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧。设计中选用了双螺母螺纹式预紧.
3.4.3滚珠丝杠副的安装
滚珠丝杠副所承受的是轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此滚珠丝杠副的轴向精度和刚度要求较高。此外滚珠丝杠副的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。设计中滚珠丝杆的两端布置结构形式如图3-3：

图3.3 滚珠丝杠副的安装

此形式是两端固定，两端均装有轴承固定，并经调整预紧。这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式要高约4倍无压杠稳定性问题，固有频率比一端固定的高，可预拉伸。
3.4.4滚珠丝杠副的保护
滚珠丝杠副如果在滚道上落入了藏物，或使用不净的润滑油，不仅会防碍滚珠的正常运转，而且使磨损急剧增加。因此有效地防护密封和保持润滑油的清洁显得十分必要。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒及折叠式防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这些防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。
3.4.5滚珠丝杠副的主要参数
（1）公称直径 公称直径即滚珠丝杠的名义直径，越大，承载能力和刚度越大。
（2）基本导程（螺距） 丝杠相对于螺母旋转rad时，螺母的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量的要求有关。
（3）精度等级 滚珠丝杠副按其使用范围及要求分为7个等级，即1，2，3，4，5，7，及10七个精度等级，1级等级最高，其余依次减低，一般选用4级~7级，数控机床及精密机械可选用2级~3级。滚珠丝杠副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的主要质量指标，选用时要予以注意。
3.4.6滚珠丝杠螺母副的设计计算
由设计的尺寸和材质选取可计算出Y向传动滚珠丝杠要带动重量为100×9.8=980N的重物做水平直线进给运动，则平均工作载荷Fm=1/3Mg=980/3=326N。丝杠工作长度L=150mm。平均转速nm=200r/min,使用寿命Lh=15000h。
3.4.7最大动负载C的计算及主要尺寸初选
（1）初算导程Ph
vmax—丝杠副最大移动速度，取8×102㎜/min；
nmax—丝杠副最大相对速度r/min，取200r/min。
滚珠丝杠副导程为
Ph≥vmax/ nmax （3.14）
=800/200 =4㎜
（2）当最动载荷Fm
滚珠丝杠最大轴向为Fa＝500；
FW—载荷性质系数，取为1；
ｆ—摩擦系数，取为0.04。
滚珠丝杠最大载荷为
Fmax=FW×Fa+f×G (3.15)
=1×500+0.04×5×9.8
=501.96N
滚珠丝杠最小载荷为摩擦为；
Fmin ＝f×G
＝0.04×5×9.8
＝1.96N
Fm =1/3（2 Fmax + Fmin） (3.16)
=1/3（2×501.96+1.96）
=335.29N
（3）额定动载荷计算Cam
Cam= (3.17)
=1×175(300/4) 1/3/(0.9×0.21) ＝6763.28
FW—载荷性质系数，取为I；
FA—精度系数，取为0.9；
FC—可靠性系数，取为0.21；
FE—预加载荷系数，取为4.5。
附加载荷为
Cam=FEFMAX