專業(yè)課程設(shè)計(jì)-xy數(shù)控工作臺(tái)[1]

1、本科生專業(yè)課程設(shè)計(jì)（2011 屆）學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：專業(yè)名稱：班 級(jí)：指導(dǎo)教師：2010 年 11 月 20 h目錄任務(wù)書2二、總體方案的確定錯(cuò)誤！未定義書簽。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型錯(cuò)誤！未定義書簽。四、工作臺(tái)機(jī)械裝配圖的繪制錯(cuò)誤！未定義書簽。五、工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。附件1錯(cuò)誤！未定義書簽。附件2錯(cuò)誤！未定義書簽。附件3錯(cuò)誤！未定義書簽。附件4錯(cuò)誤！未定義書簽。任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：xy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)控銃床使用。具體內(nèi)容如下:1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：通過計(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)、

2、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?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇正確的控制策略，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，并繪 制控制系統(tǒng)電路圖。2、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)明書撰寫。系統(tǒng)主要參數(shù):1、2、立銃刀最大直徑d二20mm 立銃刀齒數(shù)z二33、最人銃削寬度q, = 20 mm4、最大背吃刀量a p = 10 mm5、加工材料為碳素鋼或有色金屬6、x, y方向的脈沖當(dāng)量心=3y =q.qmm/ p7、8、x, y方向的定位精度均為±0. 01mm工作臺(tái)而尺寸為400mmx500inin（我們這個(gè)長(zhǎng)

3、度400以下）,9、工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度vvmax = vvmax = 5000mm/ min 10、工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度vvniax f = vvmax f = 350 mm/ min時(shí)間安排及任務(wù)：一、系統(tǒng)功能介紹、總體方案設(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x-y工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銃床，需要承載的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小

4、(心=5v =0.0mm/p),定位精度高(= vvmax f = 350mm/min ),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)。(2)絲杠螺母副的選用伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn) 動(dòng),要滿足0.01 mm的脈沖當(dāng)量和土0. olnun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，有利于提高開發(fā)效率。(3)減速裝置的選用選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)利滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖為

5、量，放大電動(dòng)機(jī)的輸岀轉(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)中決定采川無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。(4)伺服電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0. oolnun,定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也有衛(wèi)此丄峑設(shè)辻丕必采一 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)，一如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成木,提髙性價(jià)比。(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，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給精度 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)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影

6、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?？紤]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 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)裝置擬采用相選直線滾動(dòng)導(dǎo) 軌副選滾動(dòng)絲杠螺 母副擬采用減速器伺服電機(jī)選步 進(jìn)電機(jī)檢測(cè)裝置的選 川：增量式旋轉(zhuǎn) 編碼器同的型號(hào)與規(guī)格c2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)的x-y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銃床上，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

7、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、 鍵盤與顯示電路、i/o接口電路、d/a轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。盂要電路擴(kuò)展自行設(shè)計(jì)步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源系統(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900nog二900n2、

8、銃削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銃削，采用硬質(zhì)合金立銃刀，工件的材料為碳鋼。則由表2-1 查得立銃吋的銃削力計(jì)算公式為：表21硬質(zhì)合金銃刀銃削力的計(jì)算公式（單位n）“銃刀類型工件材料銃削力公式面銃刀碳鋼fc = 11273afdi3ava9z灰鑄鐵fc =539町zwio.z可鍛鑄鐵f嚴(yán) 4825（ 丫嚴(yán)盯.述。j）.2°z圓柱銃刀碳鋼fc =1000a8f5d37alp°z灰鑄鐵fc =596曙£。.叨.9。4吃三面刃銃刀碳鋼好.=2560£分嚴(yán)0曠叮八吃兩面刃銃刀fc = 2746君7嚴(yán)廠七驚z立銃刀時(shí)巒嚴(yán)期中：為背吃刀量mm；比為側(cè)吃刀量mm；

9、fz為每齒進(jìn)給量mm/z； vf進(jìn)給速度mm/min； z銃刀齒數(shù)；d銃刀直徑mm； n銃刀轉(zhuǎn)速r/min,見圖21。fc=力嚴(yán)/嚴(yán)八厲加嚴(yán)吃（2-1）«）立饒 町圓ttttm c）綢鐵圖21銃削用量說(shuō)明若銃刀直徑d=15mm,齒數(shù)z=3,為了計(jì)算最大銃削力，在不對(duì)稱銃削情況下，取最大 銃削寬度ae=15mm,背吃刀量ap=8,每齒進(jìn)給量fz=0.1 mm/z；銃刀轉(zhuǎn)速n=300r/mino則由公 式2-1求得最大銃削力：fc =118x2o0-85 x0.1°75 x2o-0-73 x810x3oo013 x3«l893/v采用立銃刀進(jìn)行圓柱銃削時(shí)，各銃削力之間

10、的比值可由表2-2o表22各銃削力之間比值銃削條件比值對(duì)稱銃削不對(duì)稱銃削逆銃順銃端銃削ac=(0.40.8)d/mm fz=(0.1 -0.2)/(mm.z' *)ff / fc0.3 0.40.6 0.9050.3fe / fc0.85 0.950.45 0.700.9 1.0ffn / fe0.50 0.550.50 0.550.5 0.55圓柱銃削 ae=0.05 d/mm x(0.1 0.2)/(mm.zj)ff / fe1.0 1.20.8 0.9ffn /0.2 0.30.75 0.8fe / fc().35 0.40.325 0.4a）b）a）圓柱形銃刀饒削力b）面銃刀銃

11、削力圖2-2銃削力分析a）逆鐵b）順銃圖2-3順銃與逆銃由表2-2,圖2-2和圖2-3,考慮逆銃情況，可估算出三個(gè)方向的銃削力分別為:ff =1.1巴 u2082nfe =0.38/7 "9nffn =0.25巴 « 473/vfz=719nfx=2082nfy=473n圖23a為臥銃情況，現(xiàn)考慮立銃，則工作臺(tái)受到垂直方向的銃削力fz=fc=7i9n,受到水平 方向的銃削力分別為r和ffn0今將水平方向較大的銃削力分配給工作臺(tái)的縱向（絲杠軸線 方向），則縱向銃削力fx=ff=2082n,徑向銃削力fy=ffn=473no3、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f

12、“址的計(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-yi作臺(tái)采用水平布置，利用 雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]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)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：(2-2)其中，移動(dòng)部件重量g=900n,外加載荷f=fz=719n,代入式22得最大工作載荷專+ 1 羅+ 719 = 116969 綁導(dǎo)軌副的型 號(hào):zl系列的 jsa-lg45 型查表3-413148,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 jsa-lg45型，其額定動(dòng)載荷ca=7.94kn,額定靜載荷c（）a=9.5kn。任務(wù)

13、書規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為400mmx500mm,加工范圍為200mmx200mm,考慮工作行程 應(yīng)留有一定余量，查表335"，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌長(zhǎng)度為750mm.導(dǎo)軌長(zhǎng)度為導(dǎo)軌型號(hào)導(dǎo)軌長(zhǎng)度系jsa-lg15280340400460520580640700760820940jsa-lg20340400520580640760820940100011201240jsa-lg2546064080010001240136()1480160()1840i9603000jsa-lg3552()60084010001080124014801720220024403000jsa-lg455506575

14、()85()950125014501850205025503000jsa-lg5566078090010201260138015001980222027003000jsa-lg65820970112012701420157017202020232027703000表3-35 jsa型導(dǎo)軌長(zhǎng)度系列750mm（2）距離額定壽命l的計(jì)算上述選取的zl系列jsa-lg45型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60hrc,工作溫度不超過100°c,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2-4硬度系數(shù)滾道硬度（hrc）5()5558 640.530.81.0表2-6接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上

15、滑塊數(shù)12345fc1.000.810.720.660.61表2-7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15m/min無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的中速 場(chǎng)合，速度為15 60m/min有外部沖擊或振動(dòng)的高速 場(chǎng)合，速度大t* 60m/minfw1-1.51.5-22-3.5工作溫度/°c<100100-150150200200250fr1.000.900.730.60表2-5溫度系數(shù)距離壽命為 180km遠(yuǎn)大于 期望值50km, 故距離額定壽 命滿足要求分別取硬度系數(shù)fh=1.0.溫度系數(shù)ft=1.00.接觸系數(shù)址=

16、0.81、精度系數(shù)fr =0.9載荷系數(shù) fw=1.5,代入式2-3,得所選絲杠的距離壽命為180km.ffnfrfcfr caj w*max )x50(2-3)b|jl =x50« 2.76x10/?7(1.0x1.00x0.81x0.9x42.5 丫<1.5x1.169>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。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)算在立銃時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）fx=2082n,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=719no己

17、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2-9 （3138,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)軌類型實(shí)驗(yàn)公式k矩形導(dǎo)軌你怦+心+竹+6）1.10.15燕尾導(dǎo)軌你二 kf,+“r+2®+g)1.40.2最人工作載荷：fm =230 in三角形或綜合導(dǎo)軌代n心+g）1.150.15-0. 8注：表中摩擦因數(shù)u均為滑動(dòng)導(dǎo)軌。對(duì)于貼塑導(dǎo)軌u =（）.030.05,滾動(dòng)導(dǎo)軌u =0.003 0.005 o表中，fx為進(jìn)給方向載荷，fy為橫向載荷，fz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)；卩為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。取移動(dòng)部件總重量g

18、=900n,按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表2-9,取顛覆力矩影響系數(shù)k=l.l, 滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因素u =0.005o求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：、fm = kfx + mf； +fv+g） = l.lx 2082 + 0.005 x（719 + 473 + 900）« 2301/v（2）最大動(dòng)載荷fq的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銃削力時(shí)的最快進(jìn)給速度v=350mm/min,初選幺幺杠導(dǎo)程ph=5mm, 則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=v/ph=70i7mino取滾珠絲杠的使用壽命t=15000h,代入l（）=60nt/10&,得絲杠壽命系數(shù)5=63（單位為： 10%）。查表2-1013139,

19、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 m 38fq =fa 尸加（24）即：fq =v63xl.2xl.0x2301«9698式中：lo滾珠絲杠副的壽命，單位（106r）o lo=6ont/lo6,（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)（m58hrc時(shí)，取1.0；等于55hrc時(shí)，収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）；fni滾珠絲杠副的最

20、大工作載荷，單位為n。表2-10滾珠絲杠載荷系數(shù)最大動(dòng)載荷fq=9698n運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)載荷系數(shù)fw平穩(wěn)或輕度沖擊1.0 1.2中等沖擊1.2 1.5較大沖擊或振動(dòng)1.5-2.5（3）初選型號(hào)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律選擇濟(jì)寧博特精密 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 公稱直徑為25mm,導(dǎo)程為5mm,循環(huán)滾珠為4圈x2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n的計(jì)算將公稱直徑d0=25mm,導(dǎo)程ph=5mm,代入2 = arcuin乙

21、/（加（）,得絲杠螺旋升角2 = 3°38 將摩擦角 0 = 10', ra/7 = tana/tan（2 + ）,得傳動(dòng)效率 =95.9%。效率要求大于90%,該絲杠副合格。rj = 95.9% >90%,合格。（5）剛度的驗(yàn)算1）x-y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a=550mm；鋼的彈性 模量e=2.1xi0smpa；查附件3,得滾珠直徑dw二3.175mm,絲杠底徑d2=21.2mm,絲杠截 而積 s =加;/4 = 352.8/n/?/2。絲杠的拉伸或壓縮變形

22、量州在總變形量中的比重較大，可按下式計(jì)算：sfma±ma2（2-5）13'41es 2ttie式中：fm一絲杠的最大工作載荷，單位為na一一絲杠兩端支承間的距離，單位為mme絲杠材料的彈性模量，鋼的e=2.1x10smpas絲杠按底徑d2確定的截面積，單位為mn?m轉(zhuǎn)矩，單位為nmmi一絲杠按底徑ch確定的截面積慣性矩（/=加；/64）,單位為mm4滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量s21訂f y無(wú)預(yù)緊時(shí)=0.00383(2-6)“pl10zj有預(yù)緊時(shí)0.0013._匚 (2-7)r314110"、九 zf/10式中dw滾珠直徑，mmzl滾珠總數(shù)量，ze=zx圈數(shù)x列數(shù)z

23、單圈滾珠數(shù)，z = 7id（）/dw （外循環(huán)），z = （/0/dw）-3 （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=0.0i24mmrm f 口2301 x550-即厲一-<=00171"伽1 es 2.1x10x 352.82）根據(jù)公式z = （/0/z）w,）-3,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)x列數(shù)為4x2,代入公式：zx=zx圈數(shù)x列數(shù)，得滾珠總數(shù)量z. = 176o絲杠預(yù)緊吋，取軸向預(yù)緊力fyj=fn/3=767no則山式27,滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量§ 2絲杠剛度足

24、夠jtr m 1a -0 0013_川-0 00b«0 0015mm10z)ufr7z£/10103.175x767x1762/10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，62=0.0005mmo3）將以上算出的州和5代入5總=§ + 心=0.0171 + 0.0005 = 0.0116mm = 17.6pm。絲杠的有效行程為400mm,由表3-273135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25ixm,可見絲杠剛度足夠。（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)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)

25、象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷fk應(yīng)滿足：fk -仇卅嚴(yán)(2-8)3142aka2，n式中fk臨界載荷，單位nfk一一絲杠支承系數(shù)，如表所示k一一壓桿穩(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。方式雙推-自由雙推-簡(jiǎn)支雙推-雙推單推-單推fk0.25241査表2-11,取fk=l；由絲杠底徑d2= 16.2mm,求得截面慣性矩:表211絲杠支承系數(shù)"2/=加4/64匕991044加屛；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

26、杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用耍求。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-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)，釆 用右圖所示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。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-級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接

27、，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oaa934a34aa絲杠不會(huì)失穩(wěn)綜上所述，初選 的滾珠絲杠副 滿足使川要求（1）計(jì)算減速器傳動(dòng)比已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量s =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（1=0.9° ,算得減速比：aph _ 0.75x5 _ 5360° _ 360x0.01 " 40.75x5a -步進(jìn)電機(jī)步距角(°) 卩-絲杠導(dǎo)程mm )6, -工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的脈沖當(dāng)量(加)30201級(jí)4級(jí)ifct 15 26 *30 50245543200按圖5-33,選

28、一級(jí)齒輪傳動(dòng)(2) 齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)初選效率為0.98o傳遞功率：7.14w傳遞功率二工作臺(tái)進(jìn)給抗力x工作臺(tái)移動(dòng)速度/傳動(dòng)鏈效率機(jī)械傳動(dòng)效率概略值(供參考)類型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)nc效率0.94 0.970.97-0.9950.96 0.990.98-0.9950.90 0.957傳遞功率= i200x而/0.98 = 7.舟可見，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)的棊本參數(shù)傳遞功率（w）小齒輪轉(zhuǎn)速tii （r/min）傳動(dòng)比一天運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)間（h

29、）工作壽 命年）傳動(dòng)效率轉(zhuǎn)向工況3.5787.55/4850.975不變平穩(wěn)小齒倫轉(zhuǎn)速:n=87.5r/min其中小齒輪轉(zhuǎn)速:n = vxlooo.= 35ox5 =875r/minp54（4）選擇材料及確定許用應(yīng)力小齒輪材料選擇45鋼（表血淬火），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liml = 1130m< （淬火處理） 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 可恤2 = 550mpa安全系數(shù)s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sr1.0 1.11.1-1.21.3sf1.31.41.4-1.61.6-2.2取安

30、全系數(shù)s =1.1%=警=罟= 1027.27m<、h i】% =弋囂=詈=500聊齒形系數(shù)yfx = 2.4; yf2= 1.67% = 2皆=243;。嘗 1 器2.4 “a陰亠184.62 bm ©5x0.3 x405 二 j =56.85x 24 =81.7mptz<(rfj=146.151.67l幾校驗(yàn)結(jié)果：安全。校驗(yàn)結(jié)果：安全(7)齒輪的圓周速度7nlxnx34x0.3x40x87.5 z “ ，v 11一0.055加/$ <10加/$60x100060x1000選用7級(jí)精度是安全的。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)慣暈幾

31、己知：滾珠絲杠的公稱直徑do=25mm： 總長(zhǎng)1=58()nim導(dǎo)程 ph=20mm；材料密度 p =7.85x10'3kg/cm3移動(dòng)部件總重力g=900n；小齒輪寬度bi=10mm,直徑di=28.8mm；大齒輪寬度b?=10mm,直徑d2=36mm；傳動(dòng)比i=5/41)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：_ rrodl x7.85x103x0.0254x0,58. _ 亠 一一°滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)1 / s v 1 ()j 1、a c 32 一32丄/ j入丄u 代占"f 丄 / j代占 cni慣量=?小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣7兀pdu /r x 7.85 xlo3xo.o288

32、4x 0.011a_5；2 aaco,2j . = = 0.53xlo k2 in = 0.053檢 cmj32326大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：tipdu x7.85xl()3 x0.0364 xo.ol52 a9jt = = 1.29x10 'kg nr =029kg cnrz2 3232托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：z (仇丫3 丫 g(0.5丫 900/2jw = - = x= 0.582k(> / cm(2龍丿(2”丿g(2”丿9.8初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為h0byg2502,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4-5 131 6

33、5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 jm= ?。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：j eq =丿 m + 丿 zl +(厶2 +九 + 丿s"廠=17.1x777 2量=0.053kg.cm2大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣js-里=?托板折算到絲 杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣=0.582kg.cm2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量= 17kg.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)矩丁旳分快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。快速空載啟動(dòng)吋電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩丁叩teq =7lmax +7/ + 0(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，nmtf-一移動(dòng)部

34、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，nmto一一滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，nm1 27ij nni 1 t“j 臚一七汁<2-10) 6()/“ "式中：jcq步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.nr電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度,rad/s2nm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/minta一一電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間，s,-般在0.3is之間選取。（這里取0.4s）n齒輪組總效率，取n=0.9360/_ 2000x0.9 360x0.01=500r/min電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=500r/min式中vmax空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為2000mm/min;a 一一步進(jìn)電機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.

35、9。s脈沖當(dāng)量，任務(wù)書指定為001mm/p由式210得2ttx17 .ixioxsoo60x0.4x0.9n.m « 0.249n加快速空載啟動(dòng) 時(shí)折算到電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最 大加速轉(zhuǎn)矩 =0.249nmf腫“（巴+g）(2-12)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(2-11)0.005x(0 + 900)x0.005 “。彳曲2 x 0.9x1.25式中f摩導(dǎo)軌的摩擦力，nph一滾珠絲杠導(dǎo)程，mn齒輪總效率，取n =0.9i總的傳動(dòng)比，i=njnsf其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，m為絲杠的轉(zhuǎn)速。u 導(dǎo)軌摩擦因數(shù)（滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.15-0.18）,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.0

36、030.005）；這里取0.005fz一垂直方向的工作載荷，空載時(shí)fz=0式中：u導(dǎo)軌摩擦因數(shù)（滑動(dòng)導(dǎo)軌0.15-0.18）,滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.0030.005）；fc垂直方向的工作載荷，車削時(shí)為fc，立銃時(shí)為見單位為n,空載時(shí)斤=0；g運(yùn)動(dòng)部件的總總量，單位為n(2-13)式中f“一一滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷fm的1/3,單位為n；ho滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取h 00.9|±1于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，所以to值一般很小，與tamax和tf比起來(lái)，通常可以滾珠絲杠預(yù)緊忽略不計(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：g 胡皿 +弓 +% &quo

37、t;皿 +巧=0.249 + 0.003 = 0.2522vm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)矩丁叩teq2=tt+tf+t.(2-式中:tf和to分別按式211和213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)矩丁 涉 2082x0.005“*入“ 人、tt =« 1.326m?(2-15)2兀幣 2 x 0.9x1.25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，

38、已知沿 著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷fx=2802no由式211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)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：時(shí)折算到電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩t _尸摩人“(fz+g)c 0.005x(719 + 900)x0005 .血切 '2 龍帀2/rr/i2 x 0.9x1.25擦轉(zhuǎn)矩= 1.146nm則由式2-14得：最大工作負(fù)載 狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)丁說(shuō)+t嚴(yán) t嚴(yán)tf =2a12nm轉(zhuǎn)軸所承受的 負(fù)載轉(zhuǎn)矩綜上計(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：teq2=2.472nmteg=meqjj=2a12nm綜上計(jì)算，得到 加在步

39、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： 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)tc.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：>4=4x2.472 = 9.888上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為1i0byg2502,山附件4表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩rymax = 20nm.可見，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)書給定工作臺(tái)

40、最快加工進(jìn)給速度vmax f = 350mm/min ,脈沖當(dāng)量=0.01mm/p ,則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為：vmax f350mdx/ 6060x0.01i12-最快工作速度- 時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出4 '0iii *轉(zhuǎn)矩滿足要求。10102103104hz圖22 110byg2502步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行距頻特性曲線從圖2-2查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩tmaxt=18.6nm,大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩tcq2=2.472nm,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)書給泄工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度vmax = 2000/77/?/min ,則電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為：最快空載移動(dòng)f 一x _2000 一 3333小時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出/max 60/60x0.01°轉(zhuǎn)矩校核滿足從圖2-2查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩tniax=6nm,大于快