手自一體螺旋絲桿升降機

1、建筑大學課程 設 計設 計 題 目 手自一體螺旋絲桿升降機 學生姓名專業(yè)班級指導老師 學院院長 評 閱 人2015 年 11 月 20 日畢業(yè)設計真實性承諾及指導教師聲明學生畢業(yè)設計真實性承諾重聲明：本人所提交的畢業(yè)設計是在 指導教師指導下，獨立進行設計工作所取得的成果， 容真實可靠，不存在抄襲、造假等學術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的容外，本設計不 含其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的研究成果。對本設計做出具體貢獻的個人和集體，均已 在設計說明書以明確方式標明。如被發(fā)現(xiàn)設計中存在抄襲、造假等學術(shù)不端行為，本人愿 承擔相應的法律責任和一切后果。學生（ 簽名） ：日 期：指導教師關(guān)于學生畢業(yè)設計真實性

2、審核的聲明重聲明：本人已經(jīng)對學生 畢業(yè)設計所涉及的容進行了嚴格審核，確定其設計成果均由學生 在本人指導下取得，對他人成果的引用已經(jīng)明確說明引用的出處，如出現(xiàn)抄襲等學術(shù)不端 行為，本人愿負連帶責任。指導教師（簽名） ： 日 期：注：此聲明由指導教師和學生本人親筆簽名。摘要本次設計的題目是手自提一體螺旋絲桿升降機的設計，螺旋絲桿升降機是一種 常用的舉升舉升裝置。它主要包括驅(qū)動電機，減速機，傳動軸，絲桿螺母，滑塊滑 軌，升降平臺組成。工作時，利用升降機上的電機和減速器帶動絲桿驅(qū)動式裝置中 的絲桿作旋轉(zhuǎn)運動，從而使得螺母作直線運動，而平臺是固定在螺母上的，因此平 臺沿著滑軌上下運動。本次設計的絲桿升降

3、平臺可以以 10 米/分鐘的提升速度來提 升 100kg 的物品。在本設計中，對電機的選用，減速機的選用，傳動軸的設計校核， 以及絲桿滑塊導軌進行了詳細的設計計算，保證產(chǎn)品滿足使用要求。關(guān)鍵字：絲桿升降機 滾珠絲桿 滑塊導軌目錄摘要 1第一章 緒論 51.1 背景和意義 51.2 國外研究現(xiàn)狀 61.2.1 國外研究現(xiàn)狀 錯 誤 !未定義書簽。1.2.2 國發(fā)展現(xiàn)狀 錯 誤 !未定義書簽。1.3 本文研究的容 6第二章 螺旋絲桿升降機方案設計 82.1 任務分析2.2 方案確定錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。第三章 滾珠絲桿升降結(jié)構(gòu)設計錯. 誤 !未定義書簽3.1 設計參數(shù)確定 錯誤 !未

4、定義書簽。3.2 滾珠絲桿的設計計算及選擇 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 求絲杠的靜載荷 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 確定動載荷及其使用壽命 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 滾珠絲杠的選取 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 穩(wěn)定性計算 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 剛度驗算 錯誤 !未定義書簽。3.3 滾珠絲桿的設計計算及選擇 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 求絲杠的靜載荷 錯誤 !未定義書簽。3.2.1 確定動載荷及其使用壽命 錯誤 !未定義書簽。錯誤!未定義第四章 滑塊導軌的選擇計算書簽。4.1 滑塊導軌的介紹 204.2 滑塊導軌的選擇流程 204.3 導軌的負荷計算 204.4

5、滑塊導軌的選用 21第五章 電機減速機的選型計算錯. 誤 !未定義書簽5.1 相關(guān)計算錯誤 !未定義書簽。5.2 電機的選用錯誤 !未定義書簽。5.3 減速機選用錯誤 !未定義書簽。5.4 電機扭矩的校核錯誤 !未定義書簽。第六章 傳動軸的設計計算錯. 誤 !未定義書簽6.2 軸的校核 總結(jié) 錯誤 !未定義書簽。6.1 主軸的結(jié)構(gòu)設計與計算錯誤 !未定義書簽。 . 錯 誤 !未定義書簽。致 36參考文獻 錯 誤 !未定義書簽。第一章 緒論1.1 背景和意義現(xiàn)代科學技術(shù)不斷發(fā)展，極推動了不同學科的交叉與滲透。在機械工程領(lǐng)域， 由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透，從而使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)

6、、 產(chǎn)品、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)展了巨大變化，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)由“機械 電氣化”邁入了“機電一體化”的發(fā)展階段。自動托盤系統(tǒng)是一個比較復雜的機電一體化系統(tǒng)，它在現(xiàn)代倉儲物流，商品零 售等作業(yè)過程中正越來越多地取代傳統(tǒng)手工作業(yè)。它是集機械、電子、計算機等高 新技術(shù)于一體的。它廣泛應用于倉庫自動作業(yè)。在快餐店，藥店等零售業(yè)的運用也 日趨廣泛。在本題主要是設計自動托盤的機械部分設計，主要完成托盤的出架和入架的動 作。貨物先是通過某種動作到升降機上的，然后升降機運動到了要存放該紅貨物的 貨架前，如是進入到了該設計的疇。該課題就是研究升降機在貨架前以后的動作。 之后的動作是貨物的入架或出架動作，貨

7、物的入架是單片機得到信息后給電動機得 電正轉(zhuǎn)，使絲桿運動利用拔桿把升降機中的托盤推出并進入到要存放該貨物的貨架 中，當托盤完全進入貨架后，單片機給電動機一個信息使它停止正轉(zhuǎn)，到止托盤的 入架動作完成。其中托盤的出架動剛好相反，它是利用拔桿與托盤上的拉扣連接后 將其拉入升降機中完成動作。它們的連接是利用單片機給電磁鐵信息使它動作連接 拔桿與拉扣。該設計中用到了電磁鐵和接近開關(guān)，在托盤的入、出架時拔桿與托盤都是通邊 電磁鐵聯(lián)接為一體的，使托盤的出、入架更為精確高效。而在判斷電磁鐵該何時動 作使拔桿與拉扣連接是用到了接近開關(guān)，它為單片機反饋拔桿與拉扣之間距離的信 息，告知單片機現(xiàn)在可以連接拔桿與托盤

8、了。從而實現(xiàn)高效準確的托盤出、 入貨架本課題是自動托盤作業(yè)系統(tǒng)中出架與入架的機械實現(xiàn)部分。其設計目的是為了 實現(xiàn)倉庫存取的自動化作業(yè)，更深入地理解機電一體化系統(tǒng)的設計與工作過程。1.2國外研究現(xiàn)狀隨著國絲桿升降機水平的政策調(diào)整，出現(xiàn)了飛速發(fā)展的局面，及時了解絲桿 升降機相關(guān)行業(yè)的資訊就顯得特別重要， 下面我們來了解一下絲桿升降機發(fā)展趨勢、 前景：絲桿升降機與工程機械相關(guān)的基建項目主要是道路、 鐵路、城市公交、水利、 電力、航空等 6 方面的投資。對于升降機械來說，中小噸位的升降機械國制造企業(yè) 基本可以滿足，但是在作業(yè)性能、可靠性、吊裝的精準上參差不齊，不能滿足現(xiàn)代 施工、安裝、作業(yè)的需求。大型

9、輪式升降機在 04 年之前主要為進口，國基本沒有制 造商，徐重經(jīng)過近 7 年的不斷探索，已擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，從 130t-150t 相對 完善的大噸位全地面升降機系列。但是面對國家不同投資項目的需求，通用型的大 噸位升降機產(chǎn)品已不能完全滿足項目使用需求，要想全面占領(lǐng)國市場，必須從基建 項目特殊工況需求中出發(fā)，針對性開發(fā)大噸位輪式升降機市場。絲桿升降機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展輪式升降機產(chǎn)業(yè)如何將全球金融危機轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 又一機遇？企業(yè)如何將國家刺激政策轉(zhuǎn)化為企業(yè)發(fā)展的機遇？我們認為，第一、整 合技術(shù)資源進行產(chǎn)品系列的升級；第二、抓住國家 4 萬億投資的重大及熱點建設項 目，針對性開發(fā)、改進產(chǎn)品，適應建

10、設項目對輪式升降機的需求。針對于此，公司及時調(diào)整發(fā)展方向，主營絲桿升降機，蝸輪絲杠升降機，螺旋 絲杠升降機等多種產(chǎn)品。整合技術(shù)資源進行產(chǎn)品系列的升級 :面對當期用戶市場走向，針對國家重點投資建設項目對全系列升降機產(chǎn)品進 行了市場態(tài)勢分析，詳細劃分了各中噸位產(chǎn)品區(qū)間的作業(yè)應用圍，同時以為用戶提 供更大的起重作業(yè)性能、可靠性、吊裝的精準性為系列產(chǎn)品升級的指導思想，結(jié)合 公司已形成的智能控制技術(shù)、組合平衡重技術(shù)、整體優(yōu)化技術(shù)、單缸插銷技術(shù)以及 人性化設計等成熟技術(shù)，將前期積累的成熟技術(shù)應用在系列產(chǎn)品的升級中。絲桿升 降機解讀國家基礎建設的投資政策及投資流向，與升降機械相關(guān)的鐵路、公路、基 礎設施建設

11、中，中型起重設備需求量最大，安裝的速度、設備的出勤率、安裝的精 確度已成為施工單位購買設備的首要考慮條件。目前國市場通用升降機，基本為各 生產(chǎn)廠家不斷完善產(chǎn)品系列時期所推出的產(chǎn)品，相對忽視了對產(chǎn)品可靠性的改進， 對結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、 新技術(shù)的運用推廣為用戶帶來更大的使用性能， 創(chuàng)造更大的利潤空間， 造成產(chǎn)品與用戶市場的部分脫節(jié)。效果也都不太好。1.3 本文研究的主要容本課題要對螺旋絲桿升降機進行設計。其主要設計容為：1、螺旋絲桿升降機的方案設計；2、滾珠絲杠副的選擇與計算3、直線滾動導軌副的選擇計算；4、伺服電機的選擇計算；5、傳動軸的設計校核；6、螺旋絲桿升降機的零件圖及裝配圖；第二章 絲桿升降機方

12、案設計2.1 設計要求本次設計的是絲桿升降平臺，是利用電機帶動絲桿旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)平臺升降的一個設 備，實現(xiàn)的技術(shù)要求如下：（1）要把電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為載物升降平臺的直線運動。（2）載物品臺尺寸滿足： 1500mm 800mm。（3）最大升降重量（包括升降平臺）： 250kg。（4）最大升降速度 10米/ 分鐘。（5）升降臺行程 1700mm。（6）升降平臺在導軌上來回行使。（7）設備總體尺寸： 1890 10902380mm2.2 方案設計依據(jù)工作原理及技術(shù)要求，設備應包括驅(qū)動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，絲桿滑塊升降系 統(tǒng)組成?？傮w布局設計： 由于設備尺寸較大，所以采用四組滑塊支撐升降臺，左右兩個升降絲桿螺母

13、與 平臺螺栓連接，兩組絲桿同步升降帶動載物臺上下運動。為了節(jié)省空間，將動力傳 動結(jié)構(gòu)布置在設備上方。絲桿手動升降是通過直角減速機手輪帶動的。傳動系統(tǒng)設計 : 設備左右兩側(cè)升降絲桿必須同步運行，否則會卡住，因此絲桿的用一根傳動軸 帶動，考慮到所需要的扭矩較大，傳動結(jié)構(gòu)應包含減速裝置。由于電機傳動系統(tǒng)布 置在設備上方， 與絲桿軸心成垂直關(guān)系， 因此絲桿的驅(qū)動可以采用直角減速機帶動。 總的傳動路徑為：電機-減速機-傳動軸-直角減速機-絲桿螺母滑塊 -升降平臺上下 運動。由于設備需要較高的精度，采用伺服電機傳動；又提升重物所需扭矩較大， 因此采用減速機放大扭矩，且電機輸出軸與傳動軸垂直，因此在電機輸出

14、軸與傳動 軸之間采用了蝸輪蝸桿減速機減速機 。 為了防止平臺碰撞，在機架上下面設計了防 撞緩沖塊。綜合，設備結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2. 所示。圖 2.1a 絲桿升降機結(jié)構(gòu)圖1. 伺服電機 2. 蝸桿渦輪減速機 3. 滾珠絲桿 4. 螺母 5. 升降臺 6. 機架 7. 限位緩沖塊圖 2.1b 絲桿升降機結(jié)構(gòu)圖1. 傳動軸 2. 直角減速機 3. 手輪第三章 滾珠絲桿升降結(jié)構(gòu)設計3.1 設計參數(shù)的確定根據(jù)設計任務，取設計參數(shù)為：兩跟絲桿升降載物總重250KG,所以單根絲桿承重 125kg ，絲桿行程 1700mm，絲桿最大運行速度 167m/s, 加速度時間 t A 0.1s 定 位精度要求為 0.0

15、1mm。3.2 滾珠絲杠的設計計算及選擇3.2.1 滾珠絲杠副的支承形式支承應限制絲杠的軸向竄動 . 較短的絲杠或垂直安裝的絲杠 , 可以一端固定 , 一端無支承 . 水平安裝絲杠較長時 , 可以一端固定 , 一端游動 ; 對于精密和高精度 機床的滾珠絲杠副 , 為了提高絲杠的拉壓剛度 , 可以兩端固定 .為了補償熱膨脹和減少絲杠下垂 , 兩端固定絲杠時還可以進行預拉伸。一般情況下 , 應以固定端作為軸向定位基準 , 從固定端起計算絲桿杠副的長 度誤差. 此外,應盡可能固定端作為驅(qū)動端。考慮到本設計的結(jié)構(gòu)與要求,為了便于安裝且鋁合金機架本身剛度不是很大，采用兩端固定的支撐方式圖 3.2 滾珠絲

16、桿固定形式3.2.2 滾珠絲杠副的傳動特點1. 傳動效率高 效率高達 90%95%耗, 費的能量僅為滑動絲杠的 1/3 。2. 運動具有可逆性 即可將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動 , 又可將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運 動, 且逆?zhèn)鲃有蕩缀跖c正傳動效率相同。3. 系統(tǒng)剛度好 通過給螺母組件施加預壓來獲得較高的系統(tǒng)剛度 , 可滿足各種機 械傳動要求 ,無爬行現(xiàn)象 ,始終保持運動的平穩(wěn)性和靈敏性。4. 傳動精度高 經(jīng)過淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有和高的制造 精度,又由于摩擦小 ,絲桿副工作時溫升和熱變形小 ,容易獲得較高的傳動精度。5. 使用壽命長 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動運動 ,磨損極小 ,長期

17、使用后仍能保 持其精度 , 因而壽命長 , 且具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動絲杠高 56 倍。6. 不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠， 當運動停止后， 螺母將在重力作用下下滑， 故常需設置制動裝置。7. 制造工藝復雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、 表面粗糙度要求高， 制造成本由于滾珠絲杠副獨特的性能而受到極高的評價 ,因而已成為數(shù)控機床 , 精密機械, 各種省力機械設備及各種機電一體化產(chǎn)品中不可缺少的傳動機構(gòu)。3.2.3 絲杠的設計計算1. 單根絲杠載荷 :I） 當滾珠絲桿帶動載物升降臺快速進給上升時， 此時其受到載物臺重力， 加速度 帶來的慣性力，摩擦阻力合力一致，所需要的軸向力 F 升

18、最大。分析此時受力狀態(tài)， 絲桿受到阻力包括：載物臺重力 Gz=9.8*125kg=1225N； 滑塊阻力摩擦阻力 f ； 最大加速度慣性力 F 慣。即滾珠絲桿承受的總阻力 F升=GX+f+F 慣。由于滾珠滑塊摩擦阻力很小， 因此 f 忽略 不計算，只需求 F 慣。根據(jù)設計條件，載物臺快進速度為 10m/min,即 0.167m/s,其加 速度時間 t A 0.1s，則載物臺升降加速度a V 0.167 1.67m /s2（式 3.4 ）t A 0.1 s從而慣性力 F 慣 ma 125 1.67 208.75N （式3.5 ） 那么絲桿上升進給時最大軸向阻力 F升F升 GX f F慣=1225

19、 208.75 1434N （式3.6 ）II） 當滾珠絲桿快速進給下降時， 絲桿的最大加速度和快速上升時一直，只是方向相反，分析絲桿螺母受力 F降 ，根據(jù)受力平衡條件有GX -F降-f -F慣=0 ，即F降=1225-208.75 1016N（式3.7 ）2. 絲杠導程 Ph 設計空載時，工作臺最大速度 : Vmax=10m/min=10000mm/minVmaxn 10000/1000=10 m（初選絲桿轉(zhuǎn)速為1000r /min）因此選擇絲桿導程Ph=10mm3. 當量轉(zhuǎn)速 n絲桿當量轉(zhuǎn)速nm 計算nm n1 t1式 3.1 )n t 2 n t3100 n2 100 n3 100式中：

20、nmt1t 2n1 100 n2 100929Nnm當量轉(zhuǎn)速， r/min;ni 特定轉(zhuǎn)速， r/min; 1t010轉(zhuǎn)速為 n1所占時間百分比 ;本次設計，絲桿運行轉(zhuǎn)態(tài)有 : 空載運行，運行速度 20m/min，轉(zhuǎn)速 2000r/min,占時 50%:載物上升和下降均為 10m/min, 轉(zhuǎn)速 1000r/min,各 自占時 25%。則絲桿的當量轉(zhuǎn)速n3 t3 =2000 50 1000 25 1000 25 =1500r /min3 100 100 100 1004. 當量負荷絲桿當量負載 FmFm 3 F13 n1 ? t1 F23 n2 ? t2 L L ）（式 3.2 ）1 nm 1

21、00 2 nm 100式中F m當量負載， N;F i 特定負載， N;取空載時絲桿負重 60kg，即 588N;負載上升時 F升 1434N ；負載下降時F降 =1016N ，則Fm 3 F13 n1 ? t1 F23 n2 ? t2 L L =3 5883 2000 50 14343 1000 25 10163 1000 25 1 nm 100 2 nm 100 1500 100 1500 100 1500 1003.2.4 絲杠的初步選擇1. 絲桿直徑的選擇 絲桿為預緊方式，預壓力 p 計算如下p F bm 929 332N（式 3.4 ）2.8 2.8那么絲桿最大軸向負載 F aF a

22、=F bm p 929 332 1261N （式 3.5）假設絲桿預期壽命 Lh為 12000h，那么絲桿總回轉(zhuǎn)壽命 L8L Lh nav 60 12000 500 60 3.6 10 （revs（） 式3.7 ） 那么絲桿的動負載 C1/3LC F a 61509kg（f 式3.7）a 106又C C（式3.8 ）C- 絲桿的動額定負荷2. 初選絲桿從 HIWIN 滾珠絲桿選型目錄中挑選 FSW型螺母， FSW型螺母是法蘭 型，單螺母，回流管在螺帽。 FSW型螺母絲桿尺寸規(guī)格如表 3.2 所示。 根 據(jù)表 3.2 選取 FSW32-10B2型滾珠絲桿， 其公稱直徑 32mm，導程為 10mm

23、。 公稱直 d0=32mm絲 桿根徑 d1=29.3mm 鋼球直徑 dw=3.175mm，圈數(shù) =2.5 圈，動負載 C=1886kgf，靜負載 Co=5666kgf 剛度 kc=55kgf/ m。表 3.2FSW型滾珠絲桿尺寸表3. 絲桿螺紋長度 LuLu=工作臺最 大行程(1700)+ 螺母長度(60)+ 兩端余程 (25)=1700+60+852=1930mm4. 支承距離 L支承距離 LLu=1810mm，結(jié)合實際使用取 L=1970mm3.2.5 絲杠的校核計算 滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其 扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲桿副的

24、拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度 KS，絲桿副滾道的接觸剛度 KC，軸承的接觸剛度 Ka，螺母座的剛度 Kn，按不同支撐組合方式計算而定。4.2.1 臨界壓縮負荷驗證絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界 壓縮負荷按下列計算：Fcr2EIK1Fmax式中 E 材料的彈性模量 E 鋼=2.1X1011（N/m2）LO 最大受壓長度（ m）K1 安全系數(shù)，取 K1=1.3Fmax 最大軸向工作負荷（ N）f 1 絲桿支撐方式系數(shù)： f 1=15.1I= 絲桿最小截面慣性距（ m4）I64d264(do _1.2dw)式中 do是絲桿公稱直徑（ mm）dw-滾珠直徑

25、（ mm），絲桿螺紋不封閉長度 Lu=工作臺最大行程 +螺母長度 +兩端余量Lu=1930mm支撐距離 LO應該大于絲桿螺紋部分長度 Lu，選取 LO=1950mm代入上式計算得出 Fca=5.8X108N可見 FcaFmax，臨界壓縮負荷滿足要求。4.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗證ncr ，要求絲杠的最高滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速：ncr30LfCZ22 PEAI K2式中：A絲桿最小截面： A= d2243.14 34.32 *10-6 9.2 * 10 -4 m24d2絲杠徑，單位 mm ；材料密度 p=7.85*10 3(Kg/m)Lc臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為 m

26、m ，本設計中該值為Lc =148/2+300+(620-488)/2=440mmK2安全系數(shù)，可取 K2 =0.8絲杠支承系數(shù)，雙推 - 簡支方式時取 18.9經(jīng)過計算，得出 ncr= 6.3*104 r /min ，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。4.2.3 絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke 的計算公式K smin AE/ LK smaxAE/L式中 A 絲杠最小橫截面， Ad22(mm2) ；4螺母座剛度 KH=1000N/m。750mm當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中， L 植分別為 和 100mm。經(jīng)計算得：1/Ke 1/2KH

27、1/KC 1/ KsminWB ke rad/sm式中 K e 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 (N/ m)； KH螺母座的剛度 (N/ m)；KH=1000 N/m Kc絲杠副滾道的接觸剛度 (N/ m)； KS絲杠本身的拉壓剛度 (N/ m)； KB軸承的接觸剛度 (N/ m)。經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠大于 1500r/min ，能滿足要求第四章 滑塊導軌的選擇計算4.1.1 滑塊導軌的介紹一、滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成，如圖 4.1 所示：圖 4.1 滑塊導軌介紹當導軌與滑塊作相對運動時， 鋼球就沿著導軌上的經(jīng)過淬硬和精密 磨削加工而成的

28、四條滾道滾動， 在滑塊端部鋼球又通過返向裝置 （返向 器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。 返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊部。 二、特點 滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撉?，使?塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好， 即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔極短， 有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響 應速度和靈敏度。驅(qū)動功率大幅度下降， 只相當于普通機械的十分之一。 與 V 型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約 40倍。適應高速直 線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約 10 倍。能實現(xiàn)高定位精度和重 復定位精度。動摩擦

29、，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得： 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 成對使用導軌副時， 具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要 求，降低基礎件的機械制造成本與難度。 導軌副滾道截面采用合理比 值的圓弧溝槽， 接觸應力小， 承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大 大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 導軌采用表面硬化處簡化了機理，使導軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能械結(jié)構(gòu)的設計和制造。4.2 滾動直線導軌的選擇程序在設計選用滾動直線導軌時， 除應對其使用條件， 包括工作載荷、 精度要求、速度、工作行程、預期工作壽命進行研究外，還須對其剛

30、 度、摩擦特性及誤差平均、阻尼特性等綜合考慮，從而達到正確合理 的選用，以滿足主機技術(shù)性能的要求。4.3.3 X 向滑塊的負荷計算平臺采用四角工四組滑塊支撐， 由于負載不大， 預選選上銀產(chǎn)品中負 荷 EGH25SA 滑塊?；瑝K參數(shù)如圖 4.1 所示。圖 4.1EGH-SA 滑塊參數(shù)負載計算：根據(jù)直線傳動技術(shù)與設備選用手冊表 1-5 可得靜力和考慮慣性力作用下滑塊負載計算如表 4-1 所示表 4-1 垂直布置滑塊導軌靜力作用單個滑塊負荷的計算初步選取設計條件 : 平臺總重 250kg; 尺寸：長寬 =1500mm800mm； 滑軌跨距 c=250mm, 滑塊跨距 d=400mm；主軸箱重心作用點

31、到導軌面距 離 L=100mm，主軸箱滑板重心作用點到導軌面距離 h=50mm。根據(jù)表 4-1 計算滑塊負荷：F=1109.8=1078N；W=329.8=314N；h=50mmL=100mmc=250mmd=400mm計算滑塊受力參數(shù)如下：P1 : P4W.h F.l2c 2c314 50 1078 100247N（式 4 1）2 250 2 250Pt1 : Pt4W F 3144 4 410784348N3.3.4 導軌的選擇及校核1. 滑塊選取選定條件：1. 等效載荷 滑塊收到水平和垂直方向的兩個作用力， 根據(jù) THK產(chǎn)品選型計算 手冊，其等效載荷計算公式為P e Ps Pl 247

32、348 595 N （式4.2）2. 行程 根據(jù)設計結(jié)構(gòu)的要求，選定行程 Ls 1000mm3. 往復次數(shù) n1 2 （次/分）4. 壽命要求 假設機器壽命為 5 年，則導軌壽命為L 5 365 24 35000小時（ H）同時由于兩個滑塊裝在一個導軌上，因此接觸系數(shù) fc 0.81 10。5. 根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號C0Pe3-1)其中fs 靜態(tài)安全系數(shù)載荷系數(shù) （在無外部沖擊或振動、低速時取 1.5 ）C0 基本額定靜載荷Pe 最大載荷現(xiàn)設靜態(tài)安全系數(shù) fs 5則有C0 fs Pe 5 5953073( kgf )(3-2)fc0.81在正常運行時一般選取安全系數(shù)為5，根據(jù)上述情況，選取上

33、 銀 HG35CAC0 49.52KN ）的導軌。2. 壽命校核根據(jù)標準壽命計算公式 L 0.54 17500 9450（km）若使用 17500 小時，則總的移動距離為：L （ fT fH fc C ）3 50（3-3）fwP0其中fT 溫度系數(shù) （由手冊查得當導軌的工作溫度小于 100 C 時，其溫度系數(shù)取 1.0 ）fH 硬度系數(shù) （為了使直線運動系統(tǒng)達到最佳承載能力，需要保持導軌的硬度在 HRC58-62，由手冊查得 fH為 1.0）LC )3 50P0C 基本動載荷所以9450 (1 11.50.81 2C50)3 50解得C 3000kgf因此，選取的產(chǎn)品滿足使用要求第五章 電機減

34、速機的選型計算5.1 相關(guān)計算根據(jù)設計任務， Z 軸絲桿進給傳動路徑為：5.2 電機的選用 伺服電機蝸桿渦輪減速機傳動軸直角減速機滾珠絲桿滑臺。 伺服電機選擇主要根據(jù)：滿足功率要求以及滿足扭矩要求即可。首先計 算 Z 軸滑臺運行所需最大功率，根據(jù)使用要求，當 Z 軸絲桿處于最大速 度且阻力最大時此時功率 P 用 最大，此時有：P用=F maxV max 2F升V max=2 1434 0.17 488W（式5.2） 效率計算：取蝸桿渦輪減速機效率1=0.88；傳動軸兩端軸承支撐，效率2=0.99 =0.98 ；直角減速機效率 3=0.9；絲桿裝置傳動效率 4=0.96；則中 效率 = 1 2

35、3 4=0.88 0.98 0.9 0.96=0.7（4 式5.3 ） 則選用的電機所需功率P電= P =659W （式5.4）本次設計選用的伺服電機為松下伺服電機，松下伺服電機型號表如 3.3 所示。根據(jù)上面計算，考慮到忽略的阻力計算，安全系數(shù)綜合因 素，初選 1500W松下帶制動器伺服馬達 MDDK554。0該款電機額定功率為1500W，額定扭矩 2.41N.m, 自身慣量為18.2 10 4kg.m2 ，額定轉(zhuǎn)速為表 3.3 松下伺服馬達型號表3000r/min 。5.3 減速機選用本次設計減速機共有兩種， 一種是與電機直連的蝸桿渦輪減速機， 一 種是是與絲桿連接的直角減速機。 蝸桿渦輪

36、減速機主要用于將電機扭矩 放大滿足使用要求，直角減速機只用來將動力轉(zhuǎn)向希望效率越高越好。1. 直角減速機選擇2. 選用傘式齒輪減速機， 尋找相關(guān)資料日邦減速機 ZTH 型減速機比 較合適，圖 5.1 是其實物和參數(shù)表。圖 5.2 日邦 ZTH 減速機根據(jù)傳遞扭矩和轉(zhuǎn)速需要，選用減速比為 1：1的 ZT90直角減速機即可。2.蝸桿渦輪減速機選用傳動比計算：蝸桿渦輪所需減速比 i 蝸桿 =n電 = 3000 =3 ，根據(jù)傳動功率和傳 n 絲桿 1000動比需要，選擇 RV75 型蝸桿渦輪減速機。具體參數(shù)如圖 5.3所示：圖 5.3 RV 減速機5.4電機扭矩驗算5.4.1 負載慣量的計算Z 軸絲桿

37、升降系統(tǒng)慣量如圖 3.6 所示。1.Z 向絲桿傳動系統(tǒng)慣量計算主要包括絲桿慣量、平臺慣量、齒輪組慣量。參照圖3-6，先將絲桿和平臺的慣量折算到齒輪 4 軸上，然后在將絲桿滑臺折算慣量與其他齒輪組折算到電機 軸上。2.絲杠繞 II 軸的轉(zhuǎn)動慣量 J絲因為絲桿截面直徑不一樣，根據(jù)上面絲桿長度選擇，可以近似將絲桿總長折算為 平均直徑 30mm ，進行近似計算。1 mR22700mm ，J絲7.85103l (d20 )40.8 ( 0.203)4445 10 4kg ?m43.工作臺折算到 II 軸的轉(zhuǎn)動慣量J臺J臺 m( p )2 110 (5 10 3)2 2.79 10 4kg ?m2 式中p

38、為絲桿導程4.齒輪 4繞II 軸的轉(zhuǎn)動慣量 J齒41 2 1d0 4J 齒4mR l ( )2 221 3 0.098 4 4 47.85 103 0.039 ()40.028 10 4kg?m4225.絲桿平臺折算到電機軸慣量由對齒輪 4 的慣量計算可以知道，齒輪 4 的慣量相對于絲桿，平臺的慣量是很小的，因此 可以將齒輪 4，齒輪 3，齒輪 2 的轉(zhuǎn)動慣量忽略，只需將絲桿和平臺的慣量折算到電機軸以及齒 輪 1 的轉(zhuǎn)動慣量計算即可。將絲桿和平臺轉(zhuǎn)動慣量折算到 I 軸 電機軸的計算公式為：1 21 2 1 24 4JI ( )2JII ( )2(J絲 J臺)=( 3.75)2(5 10 4 2

39、.79 104) iti t 3.755=5.54 10 kg ? m(4 式 3.13 )式中，i t 電機軸與絲桿軸傳動比，為 3.75 ；6.齒輪 6繞II 軸的轉(zhuǎn)動慣量 J齒6J齒61mR22l (d20)47.85 1030.02 (0.039)42)3.56 10 5kg?m47.繞 I 軸的轉(zhuǎn)動慣量之和 J電5 5 5 2J電JIIJ齒65.54 10 5 3.56 10 5 9.1 10 5kg ?m23.2.2 負載轉(zhuǎn)矩的計算1.快速空載啟動時電動機所需力矩為MM amax M f M o( 式3.12) 2.最大切削負載時電機所需力矩 M切 Mat M f M0 Mt； 3

40、.快給速進時電機所需力矩 M進 M f M0式中 M amax空載時折算到電機軸上的加速力矩， N.m;M f 折算到電機軸上的摩擦力矩， N.m;M o 由于絲桿預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩， N.m;M at 切削時折算到電機軸上的力矩， N.m; M t 折算到電機軸上的切削負載力矩， N.m;4.快速空載力矩計算I) 根據(jù)使用特點， Z 軸電機所需最大力矩為裝置快速空載啟動時，此時有：Mamax J電n （式9.14 ）9.6T式中 n 電機轉(zhuǎn)速，取 3000r/ min;T 系統(tǒng)時間常數(shù)，取 0.1s ；9.1 10 3000M amax =0.095N.m （式 9.15 ）

41、9.6 0.1II）Mf=FOS 10 32 i式中F O導軌摩擦力，由上面計算知 F O為970N;S-絲桿螺距，取 5mm ； 傳動鏈總效率，由上面計算知=0.82；i 齒輪減速比，由上面計算知 i =3.75；則M f=FOS 103= 970 510 3=2.5 10 3=0.0025 N.m（式3.16 ）2 i2 3.14 0.82 3.75III）M o=F amaxS （1 2o） 103o 2 i o式中F amax最大軸向載荷，由上面計算知 F amax為2822N; S-絲桿螺距，取 5mm；傳動鏈總效率，由上面計算知=0.82；滾珠絲桿未預緊時的效率，一般取0.90，0

42、0這里由于絲桿預緊取=0.96；0則 M o=F amaxS23(1 ) 103=2882 5 2 3(1 0.962 ) 10 3=0.059N.m2 io2 3.14 0.82 3.75IV) M Mamax M fM o=0.0950.0025 0.059=0.156N.m( 式3.17)顯然0.156M M 額 0.64 N .m電機轉(zhuǎn)矩滿足要求第七章傳動軸的設計傳動軸的設計包括如下容：軸的材料選擇，軸徑的初步估算，軸的結(jié)構(gòu)設計， 按彎扭合成進行軸的強度校核，按疲勞強度進行軸的精確交合，軸的公差與配合的 確定，軸的工作圖的繪制。5.1 軸材料選定軸的材料用碳鋼及合金鋼，減速裝置的軸以

43、45 號鋼調(diào)質(zhì)處理應用最為廣泛，硬度217HB255HB ， B 650MPa ， s 360MPa ， 1 300MPa ， 1 155MPa 。5.2 傳動軸設計5.2.1 初步估算軸的最小直徑軸的直徑，可根據(jù)軸所傳遞的功率 P(kw) 及軸的轉(zhuǎn)速 n(r /min) ,按下式進行估算：式中： C與軸材料有關(guān)的系數(shù)，由機械設計表 16.2 查得，根據(jù)軸的材 料取 115。由上面計算知，傳動軸軸傳動功率 P=1.5KW ，轉(zhuǎn)速 n=80r/min 。代入(式 5.1)， 得d C 3 P 1153 3.2 109.56mmn 3.7該段軸由于和減速齒輪連接， 有一鍵槽，因此將計算值加大 5%

44、，dmin應為 115mm5.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設計確定軸各段的直徑圖 6.1 軸的結(jié)構(gòu)如圖 5.1 所示，軸的最小直徑大于 115mm，軸段 1、5 安裝兩個角接觸球軸承實 現(xiàn)固定, 然后安裝一隔套， 大 V帶輪，所以取軸段 1 直徑 D 1 =25mm， 長度 L1= 52mm;軸段 2 為擋肩，和軸承圈直徑差不多即可，取直徑 D2 為 29mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)長度 要求，取其長度 L2=16mm；軸段 3 為方形段，主要將扭矩傳到滾刷，取正方形邊長為 30mm，長度為 32mm。5.3 傳動軸校核主軸選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。5.3.1 計算支反力做出主軸受力簡圖如圖 5.2 所示圖 5.2 主軸受力圖B 處為皮帶輪安裝處， 收到皮帶拉力 F rB ，F(xiàn) rB 指向軸心，由上面計算知 F rB =693N ; C和 D 處安裝兩個角接觸球軸承，因為機構(gòu)沒有產(chǎn)生軸向力，所以兩個軸承只有垂 直面和水平面的徑向力