直線工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書說明書

課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)題目：直線工作臺(tái)設(shè)計(jì)畢業(yè)生姓名：專業(yè)：學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師：所屬系（部）：摘要直線工作臺(tái)作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使直線工作臺(tái)的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代直線工作臺(tái)－PLC控制直線工作臺(tái)的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造工藝過程自動(dòng)化的理想手段。用經(jīng)濟(jì)型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)直線工作臺(tái)，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高直線工作臺(tái)的自動(dòng)化程度，比較符合我國的國情。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型PLC控制系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，直線工作臺(tái)的經(jīng)濟(jì)型PLC控制化設(shè)計(jì)將迅速發(fā)展和普及。關(guān)鍵詞：直線工作臺(tái),PLC控制直線工作臺(tái),伺服進(jìn)給系統(tǒng),PLC控制目錄TOC\o"1-3"\f\h\u26648第1章緒論 ④穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。⑤、齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算減速器為一般機(jī)器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼、調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217～255HBS；大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169～217HBS傳動(dòng)比i=其中8表示步驅(qū)角；8P表示脈沖當(dāng)量i=所以，取Z1=30，Z2=99M=2mm，嚙合角為20°小齒輪齒寬為25mm；大齒輪齒寬為20mm。d1=mZ1=2×30=60d2=mZ2=2×99=198da1=m(Z1+2)=2×(30+2)=64da2=m(Z2+2)=2×(99+2)=202a=齒輪傳動(dòng)精度計(jì)算齒輪圓周速度VV=根據(jù)圓周速度和對(duì)噪音的要求確定齒輪精度等級(jí)及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FL⑥、傳動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量J1==0.04378(Kg.cm2)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JS=7.8×10-4×D4×L1=7.8×10-4×3.54×13.3=1.556(㎏.㎝2)齒輪的傳動(dòng)的慣量JZ1=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×64×2=2.02(㎏.㎝2)JZ2=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×（198㎜）2×2=239.76(㎏.㎝2)由于電機(jī)傳動(dòng)慣量很小，可以忽略不計(jì)，因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=(JS+JZ2）+JZ1+J1=(1.556+239.76）+2.022+0.04378=24.22(㎏.㎝2)⑦所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算nmax=Mamax==4.16(N.m)nt=43.79(r/min)Mat==0.4419(N.m)Mf=其中，f’=0.2η=0.8時(shí)Mf==0.029（N.m）M0==0.1386≈0.0139（N.m）Mt==2.19(kgf.cm)≈0.219（N.m）所以，快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩M=Mamax+Mf=Mo=4.16+0.029+0.0139=4.2079(N.m)阻力的所需力矩M切=Mat+Mf+Mo+Mt=0.4419+0.029+0.0139+0.219=0.6938(N.m)快速啟動(dòng)時(shí)所需力矩M快進(jìn)=Mf+Mo=0.029+0.0139=0.0429(N.m)即最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)即Mamax=4.2079(N.m)3.1.3.縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟(1)最大工作載荷計(jì)算滾珠絲杠上的工作載荷Fm(N)是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他阻力分力相關(guān)的摩擦力。由于原直線絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)工作臺(tái)的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式3-2計(jì)算工作載荷的大小。（3-2）1）進(jìn)給抗力分析進(jìn)給時(shí)的阻力抗力有Fx、Fy、Fz，主阻力力Fz與阻力速度方向一致，垂直向下，是計(jì)算工作臺(tái)主軸電機(jī)阻力功率的主要依據(jù)。且深抗力Fy與縱向進(jìn)給方向垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力Fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它?？v切時(shí)，工作臺(tái)的主阻力力Fz可以用下式計(jì)算：（3-3）=5360(N)由<<金屬阻力原理>>知:Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4(3-4)得Fx=1340(N)Fy=2144(N)因?yàn)榕_(tái)面裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，臺(tái)面受到的進(jìn)給抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，進(jìn)給作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給拖板上的載荷Fl、Fv和Fc與臺(tái)面所受到的進(jìn)給抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進(jìn)給拖板上的載荷可以按下式求出：拖板上的進(jìn)給方向載荷Fl=Fx=1340(N)拖板上的垂直方向載荷Fv=Fz=5360(N)拖板上的橫向載荷Fc=Fy=2144(N)因此，最大工作載荷=1.151340+0.04(5360+909.8)=1790.68(N)對(duì)于三角形導(dǎo)軌K=1.15，f′=0.03~0.05,選f′=0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向、橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.(2)最大動(dòng)載荷C的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷Ca選用，可用式3-5計(jì)算：C=，(3-5)L為工作壽命，單位為10r,L=60nt/10;n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n=;v為最大阻力力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3;L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得L。=12mm；fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)是有沖擊振動(dòng)，所以取fm=1.5。V縱向=1.59mm/r1400r/min=2226mm/minn縱向=v縱向1/2/L。=22261/2/12=92.75r/minL=60nt/10=6092.7515000/10=83.5則C==1.51790.68=11740(N)初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca不得小于最大動(dòng)載荷C:因此有Ca>C=11740N.另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2~3.初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。考慮到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為CD63×8-3.5-E型，主要參數(shù)為Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,λ=2o19′，圈數(shù)列數(shù)3.51(3)縱向滾珠絲杠的校核1)傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為=tgλ/tg(λ+φ)=tg2o19′/tg(2o19′+10′)=92%(3-6)2)剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。1_絲杠的拉壓變形量δ1δ1=FmL/EA(3-7)=1790.682280/20.610π(31.5)2=0.0064mm2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2采用有預(yù)緊的方式，因此用公式δ2=0.0013(3-8)==0.0028mm在這里=1/3Fm=1/31790.68=597NZ=πdm/Dw=3.1463/4.763=41.53ZΣ=41.533.51=145.36絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。3)壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為Fk=fzπEI/L（3-9）式中：E為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼E=20.610Mpa;I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面I=πd1/64（mm）(d1為絲杠的底徑)；L為絲杠的最大工作長(zhǎng)度（mm）;fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-1查得。表3.1：方式兩端端自由一端固定一端自由兩端固定兩端簡(jiǎn)支Fz0.252.04.01.0由=fzπEI/L且fz=2.0，E=20.610Mpa，I=πd1/64,L=2800mm為絲杠的長(zhǎng)度由于 I=πd1/64=π(63-5.953)/64=3.1457.047/64=517903mm=23.1420.610517903/(2800)=727959=727959/1857=392>>4所以絲杠很穩(wěn)定。3.1.4．橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟(1)型號(hào)選擇1)最大工作載荷計(jì)算由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k=1.4f′=0.05，F(xiàn)l為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷，F(xiàn)l=2144N，F(xiàn)v=5360N，F(xiàn)c=1340N，G=60kg，t=15000h，最大工作載荷：Fm=kFl+f′(Fv+2Fc+G)=1.42144+0.05(5360+21340+9.875)=3452.6N2)最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算v橫=1400r/min0.79mm/r=1106mm/minn橫絲=v橫1/2/L?？v=11061/2/5=110.6r/minL=60nt/10=1106110.615000/10=99.54C=fmFm=99.541.53352.6=23283.8N初選滾珠絲杠型號(hào)為:CD50×6-3.5-E其基本參數(shù)為Dw=3.969mm，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51(2)橫向滾珠絲杠的校核1)傳動(dòng)效率計(jì)算η=tgλ/tg(λ+φ)=tg2°11′/tg(2°11′+10′)=93%2)剛度驗(yàn)算1絲杠的拉壓變形量δ1=±FmL/EA=±3352.6320/20.610π252=±0.0026mm2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2=0.0013=0.0013=0.0099mm在這里Fyj===1118NZ=dm/Dw=3.1450/3.969=39.56ZΣ=39.563.51=138.48絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0026+0.0099=0.0125mm<0.015mm查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。3.2減速器箱體的設(shè)計(jì)一般直線工作臺(tái)PLC控制設(shè)計(jì)后，經(jīng)濟(jì)型PLC控制工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值，為了實(shí)現(xiàn)多脈沖當(dāng)量的任意選擇，我們可在步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠間加一個(gè)減速機(jī)構(gòu)，下面即是對(duì)減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程。由任務(wù)書中可知縱向和橫向的脈沖當(dāng)量分別為：縱向0.010.0080.005橫向0.0050.0040.0025為減少減速機(jī)構(gòu)的體積設(shè)定中心距A=(z1+z2)m/2=67.5其中m=1.5z1+z2=90(齒)則以橫向脈沖計(jì)算為例i=z1/z2=45/45時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.005mmi=z1/z2=40/50時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.004mmi=z1/z2=30/60時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.0025mm因此縱向與橫向的減速機(jī)構(gòu)可以相同，為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣。3.2.1．軸的計(jì)算：（縱向輸入軸）由公式：d≥=A（3-10）可初選軸的直徑由于T=5N.m,由于采用的是45號(hào)鋼，正火硬度[]為170-217HBS,扭曲疲勞極限-1=124，軸材料的許用切應(yīng)力為45MPa則對(duì)于縱向輸入軸：d輸入=（3-11）==8.2mm在這里，d為軸的直徑(mm),T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm）,[]為軸材料的許用切應(yīng)力（MPa）,則縱向輸入軸軸徑取18mm,輸出軸軸徑取25mm對(duì)于橫向輸入軸：d輸入=（3-12）==12mm橫向輸入軸軸徑可取18mm，輸出軸軸徑可取25mm。綜上可知：縱向與橫向可用一種減速機(jī)構(gòu)。軸材料為45號(hào)鋼，精度5級(jí)。3.2.2．減速器箱體尺寸a=67.5mm下箱體壁厚=0.025a+3≥8則=8上箱蓋壁厚=0.03a+3≥8則=8地角螺釘數(shù)目n由于a≤250mmn=4地角螺釘直徑df=0.036a+12取df=M8齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離2==8mm3.2.3．減速齒輪 第一對(duì)齒n45與n45嚙合計(jì)算公式為：=1.6d=0.5(D2+D1)L=(1.2~1.5)d一般取l=bC=0.2b但是不小于10R=0.5lN=0.5mnmn為模數(shù)。=（2.5~4）mn但是不小于8mm圖3-1齒輪結(jié)構(gòu)圖因此輸入軸齒輪d=18mm=1.6d=28.8mm=67.5-3-7.5=57mm=0.5(57+28.8)=42.9mm=3.75mmda=67.5mmd。=0.25（57-28.8）=7.05mm=1.2d=21.6mmc=0.221.6=4.32mmr=0.5=2.16mmn=0.51.5=0.75為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因D1=28.8〉d=18的原因會(huì)導(dǎo)致齒輪的剛度下降，采用圖3-2形狀，以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖B結(jié)構(gòu)。圖3-2齒輪結(jié)構(gòu)圖則由上列數(shù)據(jù)可知=21.6mmda=67.5mmd=18mmha=mn=1.5mmhf=1.2mn=1.8mm輸出軸用圖3-2結(jié)構(gòu)則由公式得d=25mm=1.6d=40mm=0.5(57+40)=48.5mm=2.51.5=3.75mmda=67.5mmd。=0.25(57-40)=4.25mm =1.225=30mmc=0.2b30=10mmr=0.5c=5mmn=0.51.5=0.75mm第二對(duì)齒n=40與n=50嚙合則輸出齒輪d=25mm=1.5d=40mm=da-2mn-2。=75-21.5-23.75=64.5=0.5(D2+D1)=0.5(64.5+40)=52.25=(2.5-4)=2.51.5=3.75da=Z=1.550=75=1.2d=1.225=30r=0.5c=5c=0.2b=10(不小于10)n=0.51.5=0.75輸入齒輪d=18ha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6da=2=1.540=60第三對(duì)齒n=30與n=60嚙合時(shí)，輸出齒輪d=25D1=1.6d=40Da=Z=601.5=90D2=Da-1.52-2。=90-3-7.5=79.5。=2.51.5=3.75D。=0.5(D2+D1)=0.5(40+79.5)=59.75d。=0.25(D2-D1)=(79.5-40)0.25=9.875=1.2d=1.225=30c=0.2b=0.230=10(不小于10)r=0.5c=5n=0.5mn=0.51.5=0.75輸入齒輪d=18ha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6da=Z=1.530=45齒輪精度按：GB10095-886級(jí)精度，其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效率和低噪音，傳動(dòng)效率為99%。減速器簡(jiǎn)圖圖3-3減速器簡(jiǎn)圖3.3軸承的選擇3.3.1．選型深溝球軸承GB276-82圖3-4深溝球軸承（1）減速器輸入端的軸承選擇：d=18mm，則其型號(hào)為：，深溝球軸承型號(hào)dDB額定動(dòng)負(fù)荷C額定靜負(fù)荷C。極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）1000803182651700N1050N19000r/min（2）減速器輸出端的軸承選擇：d=25mm則其型號(hào)為：，深溝球軸承型號(hào)dDB額定動(dòng)負(fù)荷C額定靜負(fù)荷C。極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）1000805253772900N2000N15000r/min3.3.2校核由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過60度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷Fa很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小。軸承合乎要求。3.4軸承蓋的設(shè)計(jì)3.4.1悶蓋計(jì)算公式：圖3-5悶蓋=D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán))（3-13）=+(2.5~3)d3=(0.85~0.9)Dd。=d3+（1~2）D≤100mm時(shí)n=4D>100mm時(shí)n=6m由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取3,d3為螺釘直徑.（1）D=26時(shí)的尺寸=n-d3-1則d3=2.5取M4的螺釘=26+2.52.5=32.25=32.25+32.5=39.25=0.9D=0.926=23.4m=3（2）D=37d3=2.5mm取M4的螺釘=37+6.25=43.25mm=43.25+7.5=50.75mm=0.937=33.3mmm=3mm3.4.2通蓋圖3-6通蓋=D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán))=D。+(2.5~3)d3=(0.85~0.9)Dd。=d3+（1~2）D≤100mm時(shí)n=4D>100mm時(shí)n=6m由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取3mm,d3為螺釘直徑.（1）D=6通蓋尺寸，內(nèi)加密封圈d3取M4螺釘 =32.5=39.75=23.4d=18m=3（2）D=37通蓋尺寸d3取M4螺釘=43.25=50.75=33.3d=25m=3選用型號(hào)7602025TVP的60゜推力角接觸軸承軸徑d=25mm外徑d=52mm寬度B=15mm球徑Dw=6.35mm球數(shù)Z=16動(dòng)載荷Ca=22000N靜載荷Coa=44000N預(yù)加載荷500N極限轉(zhuǎn)速2600r/min3.5.校核大部分滾動(dòng)軸承是由于疲勞點(diǎn)蝕而失效的。軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴(kuò)展跡象前院運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命（指的是兩個(gè)套圈間的相對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)或相對(duì)轉(zhuǎn)速）。同樣的一批軸承載相同工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，各軸承的實(shí)際壽命大不相同，最高和最低的可能相差數(shù)十倍。對(duì)一個(gè)具體軸承很難預(yù)知其確切壽命，但是一批軸承則服從一定的概率分布規(guī)律，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法處理數(shù)據(jù)可分析計(jì)算一定可靠度R或失效概率n下的軸承壽命。實(shí)際選擇軸承時(shí)常以基本額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。軸承的基本額定壽命是指90%可靠度，常用材料和加工質(zhì)量，常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號(hào)L10(r)或L10h(h)表示。不同可靠度，特殊軸承性能和運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)其壽命可對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正，稱為修正額定壽命。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將基本額定壽命一百萬轉(zhuǎn)（10r）時(shí)軸承所能承受的恒定載荷取為基本額定動(dòng)載荷C。也就是說，在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承可以工作10r而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效，其可靠度為90%?；绢~定動(dòng)載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強(qiáng)。徑向基本額定動(dòng)載荷Cr對(duì)向心軸承（角接觸軸承除外）是指徑向載荷，對(duì)角接觸軸承則是指引起軸承套圈間產(chǎn)生相對(duì)徑向位移時(shí)的載荷徑向分量。對(duì)推力軸承，軸向基本額定動(dòng)載荷Ca是指中心軸向載荷。(1)當(dāng)量載荷滾動(dòng)軸承若同時(shí)承受徑向和軸向聯(lián)合載荷，為了計(jì)算軸承壽命時(shí)在相同條件下比較，需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載荷。在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下，軸承壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。當(dāng)量動(dòng)載荷P的計(jì)算公式是：P=（3-14）表3.2軸承滾動(dòng)當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算的X,Y值軸承類型Fa/Core單向軸承雙列軸承Fa/Fr≤eFa/Fr>eFa/Fr≤eFa/Fr>eXYXYXYXY角接觸球軸承α=15°0.0150.38100.441.4711.650.722.390.0290.41.401.572.280.0580.431.301.462.110.0870.461.231.3820.120.471.191.341.930.170.501.121.261.820.290.551.021.141.660.440.561.001.121.630.580.561.001.121.63當(dāng)量動(dòng)載荷式中Fr為徑向載荷，N；Fa為軸向載荷，N；X，Y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，可由上表查出。上表中，e是一個(gè)判斷系數(shù)，它是適用于各種X,Y系數(shù)值的Fa/Fr極限值。試驗(yàn)證明，軸承Fa/Fr≤e或Fa/Fr>e時(shí)其X,Y值是不同的。單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng)Fa/Fr≤e時(shí)，Y=0,P=Fr,即軸向載荷對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷的影響可以不計(jì)。深溝球軸承和角接觸球軸承的e值隨Fa/Cor的增大而增大。Fa/Cor反映軸向載荷的相對(duì)大小，它通過接觸角的變化而影響e值。=0°的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當(dāng)量動(dòng)載荷Pr=Fr;而=90°的推力軸承只能承受軸向力，其當(dāng)量動(dòng)載荷Pa=Fa。由于機(jī)械工作時(shí)常具有振動(dòng)和沖擊，為此，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算：P=fd(XFr+Yfa)沖擊載荷系數(shù)fd由表3.3選取表3.3：載荷性質(zhì)機(jī)器舉例fd平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊電機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī)，汽輪機(jī)1.0~1.2中等沖擊車輛，直線工作臺(tái)，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)1.2~1.8強(qiáng)大沖擊破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，振動(dòng)篩，工程機(jī)械，石油鉆機(jī)1.8~3.0由于軸承載荷與縱向載荷之比：==0.25<e查表得：X=1,Y=0=1.2則：P=Fr=1.25360=6432N(2)基本額定壽命滾動(dòng)軸承的壽命隨載荷的增大而降低，壽命與載荷的關(guān)系曲線如圖，其曲線方程為：PL10=常數(shù)式中：P-當(dāng)量動(dòng)載荷，N;L10-基本壽命，常以10r為單位（當(dāng)壽命為一百轉(zhuǎn)時(shí)，L10=1）;-壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承=10/3。由手冊(cè)查得的基本額定動(dòng)載荷C是以L10=1，可靠度為90%為依據(jù)的。由此可列出當(dāng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為P時(shí)以轉(zhuǎn)數(shù)為單位的基本額定壽命L10為C1=PL10L10=10r若軸承工作轉(zhuǎn)速為nr/min,可求出以小時(shí)數(shù)為單位的基本額定壽命L10h==h應(yīng)取L10h≥Lh.L’h為軸承的預(yù)期壽命。通常參照機(jī)器大修期限決定軸承的預(yù)期使用壽命。若已知軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P和預(yù)期使用壽命L’h，則可按下式求得相應(yīng)的計(jì)算額定動(dòng)載荷C’,它與所選用軸承型號(hào)的C值必須滿足下式要求：C≥C=N(3-13)滾動(dòng)軸承預(yù)期使用壽命的薦用值使用條件預(yù)期使用壽命h不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備短期或間斷使用的機(jī)械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動(dòng)機(jī)械，農(nóng)用機(jī)械，裝配吊車，自動(dòng)送料裝置間斷使用的機(jī)械，中斷使用將引起嚴(yán)重后果，如發(fā)電站輔助設(shè)備，流水作業(yè)的傳動(dòng)裝置，帶式運(yùn)輸機(jī)，車間吊車每天8小時(shí)工作的機(jī)械，但經(jīng)常不是滿載荷使用，如電機(jī)，一般齒輪裝置，壓碎機(jī)，起重機(jī)和一般機(jī)械每天8小時(shí)工作，滿載荷使用，如直線工作臺(tái)，木材加工機(jī)械，工程機(jī)械，印刷機(jī)械，分離機(jī)，離心機(jī)24小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，如壓縮機(jī)，泵，電機(jī)，軋機(jī)齒輪裝置，紡織機(jī)械24小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用將引起嚴(yán)重后果，如纖維機(jī)械，造紙機(jī)械，電站主要設(shè)備，給排水設(shè)備，礦用泵，礦用通風(fēng)機(jī)300~30003000~80008000~1200010000~2500020000~3000040000~50000100000由上表查得為20000小時(shí)則額定動(dòng)載荷C’=N=3P=6432NL’h=20000h則C’=18000NC=22000N>C’此軸承合乎要求另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承，且載荷小于縱向，因此同理可驗(yàn)證其是合理的。第4章步進(jìn)電機(jī)的選擇4.1縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇4.1.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使直線工作臺(tái)執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量，它是衡量PLC控制直線工作臺(tái)加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。因此，脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)直線工作臺(tái)精度的要求來確定，直線絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖~0.005mm/脈沖。4.1.2步距角的選擇根據(jù)步距角初步選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表中查到步距角θb，三種不同脈沖分配方式對(duì)應(yīng)有兩種步距角。步距角θb及減速比i與脈沖當(dāng)量δp和絲杠導(dǎo)程L0有關(guān)。初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)合理選擇θb及i,并滿足：θb≤(δpi360)/L0（4-1）由上式可知：θb≤δpi360/L0=3600.011/10=0.36°初選電機(jī)型號(hào)為:90BYG5502具體參數(shù)如表4.1所示表4.1：縱向電機(jī)步距角相數(shù)驅(qū)動(dòng)電壓電流90BYG55020.36550V3A靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量5N.m2200≥3000040kg.cm4.5kg圖4-1電機(jī)簡(jiǎn)圖4.1.3矩頻特性：=J=J10(N.cm)由于：nmax=(r/min)則：Mka=J(N.cm)式中：J為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm）;ε為電機(jī)最大角加速度（rad/s）;nmax為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）;t為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s）;vmax為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）;δp為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；θb為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角[（o）步]，對(duì)于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為J=(kg.cm),對(duì)于鋼材，材料密度為7.810(kg.cm),則上式轉(zhuǎn)化為J=0.78DL10(kg.cm),式中：Mc為圓柱體質(zhì)量（kg）;D為圓柱體直徑（cm），JD為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由資料查出。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JsJs=Js/i，i為絲杠與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比由于i=1則:Js=0.78DL10=0.78(6.3)17010=208.9(kg.cm)(2)工作臺(tái)質(zhì)量折算工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量慣量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)量JG:JG=（）M(kg.cm),式中：L。為絲杠導(dǎo)程（cm）;M為工作臺(tái)質(zhì)量（kg）.由于L。=1cm,M=90kg則：JG=（）M=90=2.28(kg.cm)1）一對(duì)齒輪傳動(dòng)小齒輪裝置在電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不用折算，為J1.大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2折算到電機(jī)軸上為=J2()2）兩對(duì)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)總速比i=i1i2,二級(jí)分速比為i1=z2/z1和i2=z4/z3.于是，齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1,齒輪2和3裝在中間軸上，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要分別折算到電機(jī)軸上，分別為J2()和J3().齒輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要進(jìn)行二次折算或以總速比折算為：=J4()()（4-2）因此，可以得到這樣的結(jié)論：在電機(jī)軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不必折算，在其他軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算時(shí)除以該軸與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比平方。由于減速機(jī)構(gòu)為一對(duì)齒輪傳動(dòng)，且第一級(jí)i=1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：n=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mmS=27mm則:J45=0.786.7510=4.371kg.cmn=40,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J40,其分度圓直徑d=401.5=60mmS=27mm則:J40=0.78610=2.73kg.cmn=30,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J30,其分度圓直徑d=301.5=45mmS=27mm則:J30=0.784.510=0.964kg.cmn=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mmS=30mm則:J45=0.786.7510=4.9538kg.cmn=50,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J50,其分度圓直徑d=501.5=75mmS=30mm則:J50=0.787.510=7.548kg.cmn=60,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J60,其分度圓直徑d=601.5=90mmS=30mm則:J60=0.78910=15.66kg.cm兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:J輸入=0.781.81310=0.106kg.cm;L=130mmJ輸出=0.782.51310=0.396kg.cm;L=130mm查表得：JD=4kg.cm綜上可知：J=JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45（4-3）=252.302kg.cm又由于V=1.461600=2236mm/min則：Mka=252.30210=41.1N.cm(3)力矩的折算：1）Mkf空載摩擦力矩Mkf=（4-4）式中：G為運(yùn)動(dòng)部件的總重力（N）；f′為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；i為齒輪傳動(dòng)降速比；η為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取η=0.7~0.85；L。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。由于G=9010=900N,f=0.05,i=1,η=0.85則Mkf==8.4N.cm2）M。附加摩擦力矩M。=(1-η。)（4-5）式中：Fyj為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，即預(yù)緊力，一般取1/3Fm;Fm為進(jìn)給牽引力（N）,η。為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取η?！?.9得Fyj=1/3Fm=1/31728.8=576.3N又L。=10mm，η=0.95則M。==96.6N.cm則=++M。=41.1+8.4+96.6=140N.cm由于≤=λ則所選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍的經(jīng)表查得：λ=0.951則=1.67N.m<λ=0.955=4.75N.m所以所選步進(jìn)電機(jī)合乎要求4.1.4據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性計(jì)算加減速時(shí)間校核的快速性T=(fn-f0)（4-6）式中：T為加減速時(shí)間，Jr和Jl分別為轉(zhuǎn)子，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m）β為電機(jī)得步距角（°），Tcp,Tl為電機(jī)最大平均轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N.m）f。,fn為起始加速時(shí)，加速終了時(shí)的頻率（Hz）由于 Jr=0.410kg.mJl=0.0252kg.mβ=0.36°Tcp=5N.mTl=1.67N.mf0=2200Hzfn=30000Hz則T=(30000-2200)=1.2s<1.5s所以選此步進(jìn)電機(jī)能滿足要求。矩頻特性曲線4.2橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇4.2.1步距角的確定θb≤δpi360/L。(4-7）L。=6mm,i=1,δp=0.005θb≤0.3初選電機(jī)型號(hào)為:110BYG5602橫向電機(jī)步距角相數(shù)驅(qū)動(dòng)電壓電流110BYG56020.3580V3A靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量16N.m2500≥3500015kg.cm16kg圖4-2電機(jī)簡(jiǎn)圖4.2.2距頻特性(1)力矩的折算1)空載摩擦力矩Mkf=Gf′L。/2πηiG=6010=600Nf′=0.05L。=6mmη=0.8==3.5(N.cm)2)附加摩擦力矩M。=(1-η。)(N.cm)Fyj=1/3Fm=1/33433.6=1144.5NL。=6M。==115N.cm(2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算1)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=0.78DL10D=4cmL=26cmJs=0.78DL10=0.78(4)2610=5.19N.cm2)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG=M（4-8）L。=0.6cmM=60kgJG=M=60=0.54(kg.cm)(3)多脈沖減速裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算Z=30d=mz=1.530=45mmJ=0.78DL10=0.784.51.810=0.58kg.cmZ=40d=mz=1.540=60mmJ=0.78DL10=0.7861.810=1.82kg.cmZ=45d=mz=1.545=67.5mmJ=0.78DL10=0.786.751.810=2.92kg.cmZ=50d=mz=1.550=75mmJ=0.78DL10=0.787.51.810=4.44kg.cmZ=60d=mz=1.560=90mmJ=0.78DL10=0.7891.810=9.2kg.cm又由于J輸入=0.106kg.cmJ輸出=0.396kg.cmJD=15.8kg.cm則J=Js+JG+JJ=58kg.cmMka=J10vmax=0.781600=1248mm/mint=1.5sδp=0.005θb=0.3°Mka=50=7.257N.cmMkq=Mka+Mkf+M0=7.527+3.5+115=125.7N.cm又Mkq≤λMjmax步進(jìn)電機(jī)為五相十拍λ=0.95Mjmax=16N.mMkq=1.257N.m<0.9516=15.2N.m所以此步進(jìn)電機(jī)符合條件(4)上升時(shí)間校核t=(fn-f0)Jr=1.5810kg.mJl=5.810kg.mβ=0.3Tcp=16N.mTl=1.257N.mf0=2500Hzfn=35000Hzt=(35000-2500)=0.086s<1.5s合乎要求三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)率110BF00330.758067.84（80）1500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式重量外徑長(zhǎng)度軸徑700046.06(4.7)0.37三相六拍611016011參考價(jià)原型號(hào)350BFG090811（四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)率110BF00430.753044.9（50）500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式重量外徑長(zhǎng)度軸徑34.3(3.5)0.76三相六拍5.511011011參考價(jià)原型號(hào)350BFG09041111結(jié)論這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間相對(duì)于我們以前搞設(shè)計(jì)來說是非常非長(zhǎng)的。這次我課程設(shè)計(jì)的題目是：把工作臺(tái)設(shè)計(jì)成為經(jīng)濟(jì)型PLC控制工作臺(tái)。剛剛接受到這個(gè)題目的時(shí)候，感