專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)-xy數(shù)控工作臺(tái)[]

1、本 科 生 專(zhuān) 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì)（ 2011 屆)學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2010年 11月 20日目 錄任 務(wù) 書(shū)2二、總體方案的確定3三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型5四、工作臺(tái)機(jī)械裝配圖的繪制17五、工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18參考文獻(xiàn)20附件121附件222附件323附件424任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目：X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一臺(tái)微機(jī)控制XY兩坐標(biāo)工作臺(tái),供立式數(shù)控銑床使用。具體內(nèi)容如下：1、 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過(guò)計(jì)算,正確選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，根據(jù)計(jì)算說(shuō)明，繪制機(jī)械系統(tǒng)裝配圖。2、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇正確的控制

2、策略,設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，并繪制控制系統(tǒng)電路圖.3、 主要程序設(shè)計(jì):在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)，列出程序清單。4、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。系統(tǒng)主要參數(shù)：1、 立銑刀最大直徑d=20mm2、 立銑刀齒數(shù)Z=33、 最大銑削寬度4、 最大背吃刀量5、 加工材料為碳素鋼或有色金屬6、 X，Y方向的脈沖當(dāng)量7、 X,Y方向的定位精度均為±0.01mm8、 工作臺(tái)面尺寸為400mm×500mm(我們這個(gè)長(zhǎng)度400以下），加工范圍為200mm×200mm9、 工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度10、 工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度時(shí)間安排及任務(wù):一、系統(tǒng)功能介紹、總

3、體方案設(shè)計(jì)(1天)1。 機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本過(guò)程介紹;2。 XY工作臺(tái)功能介紹；3. 總體方案的確定二、單元功能模塊介紹和設(shè)計(jì)任務(wù)的落實(shí)（1天）三、詳細(xì)設(shè)計(jì)(8天）1機(jī)械系統(tǒng)裝配圖設(shè)計(jì)；2控制各部分原理圖的設(shè)計(jì);3主功能程序的編制二、總體方案的確定1、機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇（1）導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)的XY工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銑床，需要承載的載荷不大，但脈沖當(dāng)量?。?，定位精度高（)，因此,決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn).選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副（2)絲杠螺母副的選用伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),要滿足0.01

4、mm的脈沖當(dāng)量和±0.01mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙，而且滾珠絲杠已經(jīng)系列化，選用非常方便，有利于提高開(kāi)發(fā)效率。選滾動(dòng)絲杠螺母副（3）減速裝置的選用 選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量,放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消除間隙機(jī)構(gòu)。為此，系統(tǒng)中決定采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。擬采用減速器（4）伺服電動(dòng)機(jī)的選用 任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0。001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只

5、有2000mm/min。因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),以降低成本，提高性?xún)r(jià)比。伺服電機(jī)選步進(jìn)電機(jī)（5)檢測(cè)裝置的選用選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開(kāi)環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書(shū)所給精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高的，為了確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制,并在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速.增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作

6、量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī),以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。檢測(cè)裝置的選用：增量式旋轉(zhuǎn)編碼器2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1)設(shè)計(jì)的XY工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。連續(xù)控制型(2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU,應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。單片機(jī)選：AT89S52(3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng),在選擇CPU之后,還需要擴(kuò)展程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、鍵盤(pán)與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口

7、電路等。需要電路擴(kuò)展（4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源，與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用，我們將自行設(shè)計(jì).自行設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器滾珠絲杠步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速器工作臺(tái)滾珠絲杠X方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Y方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)微型機(jī)機(jī)電接口驅(qū)動(dòng)電路人機(jī)接口圖2-1 系統(tǒng)總體方案結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總體方案圖三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型1、導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算 按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為900N. G=900N2、銑削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼.則由表2-1查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公

8、式為：表2-1 硬質(zhì)合金銑刀銑削力的計(jì)算公式（單位N)316銑刀類(lèi)型工件材料銑削力公式面銑刀碳鋼灰鑄鐵可鍛鑄鐵圓柱銑刀碳鋼灰鑄鐵三面刃銑刀碳鋼兩面刃銑刀立銑刀期中：ap為背吃刀量mm；ae為側(cè)吃刀量mm；fz為每齒進(jìn)給量mm/Z;vf進(jìn)給速度mm/min；Z銑刀齒數(shù)；d銑刀直徑mm；n銑刀轉(zhuǎn)速r/min,見(jiàn)圖2-1。 （21)圖2-1 銑削用量說(shuō)明若銑刀直徑d=15mm,齒數(shù)Z=3，為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱(chēng)銑削情況下，取最大銑削寬度ae=15mm，背吃刀量ap=8，每齒進(jìn)給量fz=0。1mm/Z；銑刀轉(zhuǎn)速n=300r/min。則由公式2-1求得最大銑削力：采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力

9、之間的比值可由表2-2。表22 各銑削力之間比值銑削條件比值對(duì)稱(chēng)銑削不對(duì)稱(chēng)銑削逆銑順銑端銑削ae=(0.40。8）d/mmfz=(0。10.2)/（mm.z1）)Ff / Fc0.30。40。60.90。150。3Fe / Fc0。850.950。450.700。91.0Ffn / Fc0.500。550.500.550.50.55圓柱銑削ae=0。05 d/mmfz=(0。10.2）/（mm。z-1）)Ff / Fc1。01。20.80。9Ffn / Fc0.20。30。750。8Fe / Fc0.350.40。3250。4圖22 銑削力分析圖2-3 順銑與逆銑由表2-2，圖2-2和圖2-3

10、，考慮逆銑情況，可估算出三個(gè)方向的銑削力分別為:圖2-3a為臥銑情況，現(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力Fz=Fe=719N,受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向（絲杠軸線方向），則縱向銑削力Fx=Ff=2082N，徑向銑削力Fy=Ffn=473N。Fz=719NFx=2082NFy=473N3、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（1）滑塊承受工作載荷Fmax的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素.X-Y工作臺(tái)采用水平布置，利用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊

11、所受的最大垂直方向載荷為: （22)其中，移動(dòng)部件重量G=900N,外加載荷F=FZ=719N，代入式22得最大工作載荷查表341【3】48,根據(jù)工作載荷Fmax=1。169kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為ZL系列的JSALG45型，其額定動(dòng)載荷Ca=7.94kN，額定靜載荷C0a=9。5kN。任務(wù)書(shū)規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為400mm×500mm，加工范圍為200mm×200mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表3-35345，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌長(zhǎng)度為750mm.表3-35 JSA型導(dǎo)軌長(zhǎng)度系列導(dǎo)軌型號(hào)導(dǎo)軌長(zhǎng)度系JSALG1528034040046052058064070076

12、0820940JSALG20340400520580640760820940100011201240JSALG2546064080010001240136014801600184019603000JSALG3552060084010001080124014801720220024403000JSA-LG4555065750850950125014501850205025503000JSALG5566078090010201260138015001980222027003000JSA-LG65820970112012701420157017202020232027703000導(dǎo)軌副的型號(hào):ZL系

13、列的 JSALG45型導(dǎo)軌長(zhǎng)度為750mm（2) 距離額定壽命L的計(jì)算上述選取的ZL系列JSALG45型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過(guò)100，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低,載荷不大。查表表24 硬度系數(shù)滾道硬度（HRC）50555864fH0.530.81.0表25 溫度系數(shù)工作溫度/100100150150200200250fT1。000。900.730。60表2-6 接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)12345fC1.000.810。720。660.61表27 精度系數(shù)精度等級(jí)2345fR1。1。00。90。9表28 載荷系數(shù)工況無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速場(chǎng)合,速度小于

14、15m/min無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的中速場(chǎng)合，速度為1560m/min有外部沖擊或振動(dòng)的高速場(chǎng)合，速度大于60m/minfW11.51.5223。5分別取硬度系數(shù)fH=1。0、溫度系數(shù)fT=1。00、接觸系數(shù)fC =0.81、精度系數(shù)fR =0。9、載荷系數(shù)fW =1.5，代入式23【3】46，得所選絲杠的距離壽命為180km. （2-3)即結(jié)論：所選導(dǎo)軌的距離壽命遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。距離壽命為180km遠(yuǎn)大于期望值50km,故距離額定壽命滿足要求4、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型（1)最大工作載荷Fm的計(jì)算在立銑時(shí),工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）Fx=2082N

15、，受到橫向的載荷(與絲杠軸線垂直)Fy=473N，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz=719N.已知移動(dòng)部件總重量G=900N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表29【3】38,表29 最大工作載荷Fm實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù)導(dǎo)軌類(lèi)型實(shí)驗(yàn)公式K矩形導(dǎo)軌1.10.15燕尾導(dǎo)軌1。40。2三角形或綜合導(dǎo)軌1。150.150。8注：表中摩擦因數(shù)均為滑動(dòng)導(dǎo)軌.對(duì)于貼塑導(dǎo)軌=0。030。05,滾動(dòng)導(dǎo)軌=0.0030.005。表中，F(xiàn)x為進(jìn)給方向載荷，F(xiàn)y為橫向載荷，F(xiàn)z為垂直載荷，單位均為N；G為移動(dòng)部件總重力,單位為N；K為顛覆力矩影響系數(shù)；為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。取移動(dòng)部件總重量G=900N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算

16、，查表29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1,滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因素=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：、最大工作載荷：（2）最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=350mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=70r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106,得絲杠壽命系數(shù)L0=63（單位為:106r)。查表210【3】39,取載荷系數(shù)fW=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí),取硬度系數(shù)fH=1.0，代入式2-4【3】38 (2-4）即:式中:L0-滾珠絲杠副的壽命，單位（106r）。L0=60nT/106，（

17、其中T為使用壽命，普通機(jī)械取T=500010000h，數(shù)控機(jī)床及一般機(jī)電設(shè)備取T=15000h;n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速);fW-載荷系數(shù)，由表2-10查得。fH硬度系數(shù)（58HRC時(shí),取1.0;等于55HRC時(shí)，取1。11;等于52。5HRC時(shí)，取1。35;等于50HRC時(shí)，取1.56；等于45HRC時(shí)，取2。40）；Fm-滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。表2-10 滾珠絲杠載荷系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)載荷系數(shù)fW平穩(wěn)或輕度沖擊1。01。2中等沖擊1。21.5較大沖擊或振動(dòng)1.52.5（3)初選型號(hào)最大動(dòng)載荷FQ=9698N 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程,查附件3表331【3】39，選擇濟(jì)寧博特

18、精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GD系列2505-4型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱(chēng)直徑為25mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為4圈×2列，精度等級(jí)取5級(jí),額定動(dòng)載荷為11921N，大于FQ,滿足要求。GD系列2505-4型滾珠絲杠副（4）傳動(dòng)效率的計(jì)算 將公稱(chēng)直徑d0=25mm，導(dǎo)程Ph=5mm,代入，得絲杠螺旋升角.將摩擦角,代入，得傳動(dòng)效率.效率要求大于90，該絲杠副合格。>90%，合格.（5）剛度的驗(yàn)算1）XY工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承,面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為a=550mm；鋼的彈性

19、模量E=2.1×105MPa；查附件3，得滾珠直徑DW=3。175mm，絲杠底徑d2=21.2mm，絲杠截面積。絲杠的拉伸或壓縮變形量1在總變形量中的比重較大，可按下式計(jì)算： (25)341式中：Fm絲杠的最大工作載荷,單位為N a絲杠兩端支承間的距離，單位為mm E-絲杠材料的彈性模量，鋼的E=2.1×105MPa S-絲杠按底徑d2確定的截面積,單位為mm2 M轉(zhuǎn)矩,單位為N·mm I-絲杠按底徑d2確定的截面積慣性矩（)，單位為mm4 滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量2 無(wú)預(yù)緊時(shí) （26）341 有預(yù)緊時(shí) (2-7）341式中 DW-滾珠直徑，mm Z滾珠總數(shù)量

20、，Z=Z×圈數(shù)×列數(shù) Z-單圈滾珠數(shù)，（外循環(huán)）,（內(nèi)循環(huán)） FYJ-預(yù)緊力，單位N忽略式2-5中的第二項(xiàng),算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=0。0124mm即 2）根據(jù)公式，求得單圈滾珠數(shù)Z=22；該型號(hào)絲杠為單螺母,滾珠的圈數(shù)×列數(shù)為4×2，代入公式：Z=Z×圈數(shù)×列數(shù),得滾珠總數(shù)量Z=176。絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3=767N。則由式2-7，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2 因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力,且為軸向負(fù)載的1/3,所以實(shí)際變形量可減小一半，2=0。0005mm。3）將以上算出的1和2代入。 絲杠的有

21、效行程為400mm,由表3-27【3】35知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。絲杠剛度足夠（6)壓桿穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠是屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)滿足: (2-8）【3】42式中 Fk臨界載荷，單位N fk-絲杠支承系數(shù),如表所示 K-壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2。54,垂直安裝時(shí)取小值； A滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm.表2-11 絲杠支承系數(shù)【3】42方式雙推-自由雙推簡(jiǎn)支雙推雙推單推-單推fk0.25241查表2-11，取fk=1；由絲杠底徑d2=16.2mm，求得截面

22、慣性矩：；壓桿穩(wěn)定系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝);滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值550mm。代入式28，得臨界載荷Fk22611N,遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=2301N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。絲杠不會(huì)失穩(wěn)綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。綜上所述,初選的滾珠絲杠副滿足使用要求5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能小，決定在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu),采用右圖所示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙.

23、(1) 計(jì)算減速器傳動(dòng)比 已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.01mm/P,滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=5mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0。9°，算得減速比： 按圖533，選一級(jí)齒輪傳動(dòng)(2) 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)效率概略值（供參考）類(lèi)型V帶傳動(dòng)聯(lián)軸器傳動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)一對(duì)滾動(dòng)軸承絲杠螺母副符號(hào)vcgbs效率0。940。970。970。9950。960.990。980。9950.900。95初選效率為0.98?？梢?jiàn)，系統(tǒng)傳遞的功率很小，在要求不高時(shí)，以后各步的計(jì)算可省略。并采用經(jīng)驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)各元部件。但為練習(xí)計(jì)算過(guò)程，本次設(shè)計(jì)采用分析計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)。(3) 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)傳遞功率(w)小齒輪轉(zhuǎn)速n1

24、（r/min）傳動(dòng)比一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（h)工作壽命(年）傳動(dòng)效率轉(zhuǎn)向工況3.575/4850。975不變平穩(wěn)其中小齒輪轉(zhuǎn)速：(4) 選擇材料及確定許用應(yīng)力小齒輪材料選擇45鋼(表面淬火），硬度為45HRC大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì))硬度為220HBS小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限（淬火處理)大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限安全系數(shù)和安全系數(shù)軟齒面硬齒面重要的傳動(dòng)、滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪1.01.11。11.21.31。31。41.41.61.62.2取安全系數(shù)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限取(5) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按7級(jí)精度制造。取載荷系數(shù)1.1，齒寬系數(shù),取;大齒輪齒數(shù):模數(shù)；按實(shí)際取

25、 m=0。9確定中心距齒寬： b=取(6) 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度齒形系數(shù) 校驗(yàn)結(jié)果：安全。(7) 齒輪的圓周速度選用7級(jí)精度是安全的。傳遞功率：7.14W小齒輪轉(zhuǎn)速:n=87。5r/min中心距：a=32.4校驗(yàn)結(jié)果：安全6、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型(1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d0=25mm; 總長(zhǎng)l=580mm 導(dǎo)程Ph=20mm; 材料密度=7.85×10-3kg/cm3移動(dòng)部件總重力G=900N;小齒輪寬度b1=10mm，直徑d1=28.8mm；大齒輪寬度b2=10mm，直徑d2=36mm；傳動(dòng)比i=5/41）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 小齒輪轉(zhuǎn)

26、動(dòng)慣量：大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG2502，為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為0。9°,從附件4表45【3】65查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=15kg。cm2.則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=1.75kg.cm2小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0。053kg。cm2大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0。129kg。cm2托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.582kg。cm2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=17。1kg。cm2(2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq分快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)

27、算. 快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1 （2-9）式中：Tamax快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，Nm Tf移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，Nm T0滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，Nm (2-10）式中: Jeq步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg.m2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，rad/s2 nm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min ta電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間，s,一般在0.31s之間選取.(這里取0.4s）-齒輪組總效率，取=0.9式中 vmax空載最快移動(dòng)速度,任務(wù)書(shū)指定為2000mm/min； 步進(jìn)電機(jī)步距角,預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.9° 脈沖當(dāng)

28、量,任務(wù)書(shū)指定為0。01mm/P由式210得 （2-11）式中 F摩導(dǎo)軌的摩擦力，N Ph-滾珠絲杠導(dǎo)程，m 齒輪總效率，取=0。9 i總的傳動(dòng)比，i=nm/ns，其中nm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，ns為絲杠的轉(zhuǎn)速。 -導(dǎo)軌摩擦因數(shù)(滑動(dòng)導(dǎo)軌取0。150。18）,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0。0030。005）;這里取0.005 Fz垂直方向的工作載荷，空載時(shí)Fz=0 （212）式中： -導(dǎo)軌摩擦因數(shù)（滑動(dòng)導(dǎo)軌取0。150.18）,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.0030。005)； Fc-垂直方向的工作載荷，車(chē)削時(shí)為Fc，立銑時(shí)為Fz單位為N，空載時(shí)Fc=0； G運(yùn)動(dòng)部件的總總量，單位為N (2-13）式中 FYJ滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般

29、取滾珠絲杠工作載荷Fm的1/3,單位為N；0滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取00.9 由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，所以T0值一般很小，與Tamax和Tf比起來(lái)，通?？梢院雎圆挥?jì)。由式29得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=500r/min快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩=0。249Nm移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩=0。003Nm滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩=0(即忽略）快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0。252Nm2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2 (214）式中:Tf和T0分別按式2-11和

30、2-13計(jì)算. Tt-折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 （2-15）式中 Ff-進(jìn)給方向最大工作載荷，單位N。本設(shè)計(jì)對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷Fx=2802N。由式2-11得：垂直方向承受最大工作負(fù)載（Fz=719N)情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：則由式2-14得:綜上計(jì)算，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=1。326Nm移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩=1.146Nm最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=2。472Nm綜上計(jì)算，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最

31、大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：2.472Nm(3)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn).因此，根據(jù)Teq選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BYG2502，由附件4表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩?？梢?jiàn)，滿足要求.步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩滿足要求。（4）步進(jìn)電機(jī)性能校核1）最快工作速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快加工進(jìn)給速度，脈沖當(dāng)量，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為： 圖22 110BYG2502步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行距頻

32、特性曲線從圖2-2查得，在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf=18。6Nm，大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=2.472Nm，滿足要求。最快工作速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足要求.2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度，則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為:從圖22查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=6Nm,大于快速空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=0。252Nm,滿足要求.最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核滿足要求3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與最快空載移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率可達(dá)10000Hz。查附件4表4-5可知110BYG2502電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核滿足要求4）啟動(dòng)頻率計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,