y數(shù)控工作臺課程設(shè)計

1、本科生專業(yè)課程設(shè)計學(xué)生姓名:學(xué)號：專業(yè)名稱:班級：指導(dǎo)教師:2014年5月目錄任務(wù)書錯誤！未定義書簽。二、總體方案的確定錯誤!未定義書簽。三、機(jī)械傳動部件的計算與選型錯誤！未定義書簽四、工作臺機(jī)械裝配圖的繪制錯誤！未定義書簽五、工作臺控制系統(tǒng)的設(shè)計錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯誤!未定義書簽。附件1錯誤!未定義書簽。附件2錯誤!未定義書簽。附件3錯誤!未定義書簽。附件4錯誤!未定義書簽。任務(wù)書設(shè)計題目：X-Y數(shù)控工作臺機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一臺微機(jī)控制XY兩坐標(biāo)工作臺，供立式數(shù)控銳床使用。具體內(nèi)容如下：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計：通過計算，正確選擇傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)等，根據(jù)計算說明，繪

2、制機(jī)械系統(tǒng)裝配圖?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇正確的控制策略，設(shè)計合理的控制系統(tǒng)，并繪制控制系統(tǒng)電路圖。主要程序設(shè)計：在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計與控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計，列出程序清單。設(shè)計說明書撰寫。系統(tǒng)主要參數(shù)：立銳刀最大直徑d=20mm立銳刀齒數(shù)Z=3最大銳削寬度ae20mm最大背吃刀量ap10mm加工材料為碳素鋼或有色金屬X,丫方向的脈沖當(dāng)量xy0.01mm/pX,Y方向的定位精度均為士工作臺面尺寸為400mmx500mm（我們這個長度400以下），加工范圍為200mmx200mm工作臺空載最快移動速度Vxmaxvymax5000mm/min工作臺進(jìn)給最快移動速度vfxm

3、axIVymaxf350mm/min時間安排及任務(wù)：一、系統(tǒng)功能介紹、總體方案設(shè)計（1天）機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計的基本過程介紹；2.XY工作臺功能介紹；3.總體方案的確定二、單元功能模塊介紹和設(shè)計任務(wù)的落實（1天）三、詳細(xì)設(shè)計（8天）1.機(jī)械系統(tǒng)裝配圖設(shè)計；2.控制各部分原理圖的設(shè)計；3.主功能程序的編制、總體方案的確定1、機(jī)械傳動部件的選擇(1)導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計的X-Y工作臺是用來配套輕型的立式數(shù)控銖床，需要承載的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小(xy0.01mm/p),定位精度高(VxmaxfVymaxf350mm/min),因此，決定選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊

4、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機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，要滿足的脈沖當(dāng)量和士的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、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。選直線滾動導(dǎo)軌選滾動絲杠螺母副(3)減速裝置的選用選擇了步進(jìn)電動機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動部件折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，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)中決定采用無間隙齒輪傳動減速箱。(4)伺服電動機(jī)的選用任務(wù)書規(guī)定的

5、脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有2000mm/min。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機(jī)，如交流伺服電動機(jī)或直流伺服電動機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動機(jī)，如混合式步進(jìn)電動機(jī)，以降低成本，提高性價比。擬米用減速器伺服電機(jī)選步進(jìn)電機(jī)(5)檢測裝置的選用選用步進(jìn)電動機(jī)作為伺服電動機(jī)后，可選開環(huán)控制，也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給精度對于步進(jìn)電動機(jī)來說還是偏高的，為了確保電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步，決定采用半閉環(huán)控制，并在電動機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機(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)電動機(jī)的步距角相匹配?？?/p>

6、慮到X、Y兩個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)計工作量，兩個坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動機(jī)，以及檢測裝置擬采用相同的型號與規(guī)格。檢測裝置的選用：增量式旋轉(zhuǎn)X、Y編碼器2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(1)設(shè)計的X-Y工作臺準(zhǔn)備用在數(shù)控銳床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計成連續(xù)控制型。兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)連續(xù)控制型(2)對于步進(jìn)電動機(jī)的半閉環(huán)控制，選用CPU,應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的單片機(jī)選：AT89S52需要電路擴(kuò)展自行設(shè)計步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源人機(jī)接口驅(qū)動電路系統(tǒng)總體方案

7、圖(3)要設(shè)計一臺完整的控制系統(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。(4)選擇合適的驅(qū)動電源，與步進(jìn)電動機(jī)配套使用，我們將自行設(shè)計。三、機(jī)械傳動部件的計算與選型1、導(dǎo)軌上移動部件的重量估算G=900N按照下導(dǎo)軌上面移動部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計重量約為900No2、銖削力的計算設(shè)零件的加工方式為立式銳削，采用硬質(zhì)合金立銳刀，工件的材料為碳鋼。則由表2-1查得立銳時的銖削力計算公式為：表2-1硬質(zhì)合金銳刀銳削力的計算公式(單位N)3

8、16鐵刀類型工件材料銖削力公式面銳刀碳鋼F11278a；06f88d1.3a*90n0.18Zcezp灰鑄鐵lf八1.0工0.74,1.00.90Fc539aefzdapZ可鍛鑄鐵L4CCL1.110.75】1.31.00.20-7Fc4825aefzdanZcezp圓柱鐵刀碳鋼L0.8810.75】0.871.0-,Fc1000aefzda。Zcezp灰鑄鐵LLCC0.90.80J0.901.0rFc596aefzdaDZcezp三面刃銳刀LC80.9q0.80j1.11.10.1-7Fc2560aefzda。nZcezp兩面力銳刀碳鋼LC50.8£0.701.10.85Fc274

9、6aefzdapZ立銖刀F118a°.85f0.75d0.73/.0門0.13ZFc118a。fzda?nz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鐵刀齒數(shù);d銳刀直徑mm；n銳刀轉(zhuǎn)速r/min，見圖2-1。(2-1)0.850.750.731.00.13-,F118apf7dannZcezpA)b)圖2-1銳削用量說明若鐵刀直徑d=15mm，齒數(shù)Z=3,為了計算最大銖削力，在不對稱銖削情況下，取最大銖削寬度ae=15mm，背吃刀量ap=8,每齒進(jìn)給量fz=Z；銳刀轉(zhuǎn)速n=300r/min。則由公式2-1求得最大銳削Fc11

10、8200.850.10.75200.7381.03000.1331893N采用立鐵刀進(jìn)行圓柱銖削時，各銖削力之間的比值可由表2-2表2-2各銖削力之間比值銖削條件比值對稱銖削不對稱銖削逆銖順銖端銖削ae=d/mmfz=/)Ff/FcFe/FcFfn/Fc圓柱銖削ae=d/mmfz=/)Ff/FcFfn/FcFe/Fc圖2-3順銖與逆銖由表2-2，圖2-2和圖2-3,考慮逆銳情況，可估算出三個方向的銳削力分別為：Ff1.1Fc2082NcFe0.38Fc719NFfn0.25Fc473N圖2-3a為臥銳情況，現(xiàn)考慮立銳，貝U工作臺受到垂直方向的銳削力F=Fe=719N,受到水平方向的銳削力分別為

11、Ff和Ffn。今將水平方向較大的銳削力分配給工作臺的縱向(絲杠軸線方向)，則縱向銳削力Fx=Ff=2082N，徑向銳削力Fy=Ffn=473N。卮=719N&=2082NR=473N3、直線滾動導(dǎo)軌副的計算與選型(1)滑塊承受工作載荷Fmax的計算及導(dǎo)軌型號的選取工作載荷是影響直線滾動導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。X-Y工作臺米用水平布置，利用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔(dān)，貝U單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：1-GFmaxF(2-2)4其中，移動部件重量G=900N,外加載荷F=Fz=719N，代入式2-2得最大工作載荷導(dǎo)軌副的型號:

12、ZL系列的JSA-LG4理導(dǎo)軌長度為750mmG900FmaxF一7191169N1.169kN44查表3-41'3】48,根據(jù)工作載荷Fmax=,初選直線滾動導(dǎo)軌副的型號為ZL系列的JSA-LG45型，其額定動載荷Ca=,額定靜載荷C0a=o任務(wù)書規(guī)正工作臺面尺寸為400mmx500mm，加工氾圍為200mmx200mm,考慮工作仃程應(yīng)留有一定余量，查表3-35345,按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌長度為750mm.表3-35JSA型導(dǎo)軌長度系列導(dǎo)軌型號導(dǎo)軌長度系JSA-LG15280340400460520580640700760820940JSA-LG2034040052058064076

13、0820940100011201240JSA-LG2546064080010001240136014801600184019603000JSA-LG3552060084010001080124014801720220024403000JSA-LG4555065750850950125014501850205025503000JSA-LG5566078090010201260138015001980222027003000JSA-LG65820970112012701420157017202020232027703000(2)距離額定壽命L的計算上述選取的ZL系列JSA-LG45型導(dǎo)軌副的滾道硬

14、度為60HRC,工作溫度不超過100C,每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級，工作速度較低，載荷不大。查表表2-4硬度系數(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滾道硬度(HR。50555864fH表2-5溫度系數(shù)工作溫度/c<100100150150200200250fT表2-6接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù)12345fC表2-7精度系數(shù)精度等級2345fR1.表2-8載荷系數(shù)工況無外部沖擊或震動的低速場合，速度小于15m/min無明顯沖擊或振動的中速場合，速度為1560m/min有外部沖擊或振動的高速場合，速度大于60m/minfW122分別取硬度系數(shù)fH=、溫度系數(shù)

15、fT=、接觸系數(shù)fC=、精度系數(shù)fR=、載荷系數(shù)fW=，代入式2-3'3】46,得所選絲杠的距離壽命為180km。3IfHfTfCfRCa亡八/cc、L50(2-3)fWFmax31.01.000.810.942.5E“5：即L502.7610km1.51.169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算與選型（1）最大工作載荷Fm的計算在立銳時，工作臺受到進(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（與工作臺面垂直）Fz=719N。已知移動部件總重量G=900N

16、,按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，查表2-91*38,表2-9最大工作載荷Fm實驗計算公式及參考系數(shù)最大工作載荷：Fm2301N導(dǎo)軌類型實驗公式K1矩形導(dǎo)軌FmKFx(FzFyG)燕尾導(dǎo)軌FmKFx(Fz2FyG)三角形或綜合導(dǎo)軌FmKF、(FzG)0.8注：表中摩擦因數(shù)仕均為滑動導(dǎo)軌。對于貼塑導(dǎo)軌n=，滾動導(dǎo)軌11=。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為移動部件總重力，單位為N;K為顛覆力矩影響系數(shù)；n為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。取移動部件總重量G=900N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，查表2-9,取顛覆力矩影響系數(shù)K=,滾動導(dǎo)軌上的摩擦因素11=。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：、F

17、mKFx（FzFyG）1.120820.0057194739002301N（2）最大動載荷Fq的計算設(shè)工作臺在承受最大銳削力時的最快進(jìn)給速度v=350mm/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=5mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=v/Ph=70r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入比=60nT/106,得絲杠壽命系數(shù)Lo=63（單位為：106r）。查表2-10'3：139,取載荷系數(shù)fW=，滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)fH=,代入式2-4'3,38FqP'L0fWfHFm（2-4）即：FqV631.21.023019698N式中：Lo滾珠絲杠副的壽命，單位（106r）。

18、L0=60nT/106,（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)（A58HRC時，?。坏扔?5HRC時，取；等于時，?。坏扔?0HRC時，?。坏扔?5HRC時，取）；Fm滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為No表2-10滾珠絲杠載荷系數(shù)最大動載荷FQ=9698N運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)載荷系數(shù)fW平穩(wěn)或輕度沖擊中等沖擊較大沖擊或振動(3)初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查附件3表3-3139,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

19、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，精度等級取5級，額定動載荷為11921N,大于FQ,滿足要求。GD系列2505-4型滾珠絲杠副(4)傳動效率Y的計算將公稱直徑do=25mm，導(dǎo)程Ph=5mm，代入arctanPh/(d0),得絲杠螺旋升角338。將摩擦角10,代入tan/tan，得傳動效率95.9%。效率要求大于90%,該絲杠副合格。95.9%>90%,合格。(5)剛度的驗算1)X-Y工作臺上下兩層滾珠絲杠副的支承均米用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各米用一對推力角接觸球軸承，面對面組配，左、右支承的中心距離約為a=550mm;鋼的彈性模量E=

20、x105MPa；查附件3,得滾珠直徑Dw=，絲杠底徑d2=，絲杠截面積Sd；/4352.8mm2。絲杠的拉伸或壓縮變形量a1在總變形量中的比重較大，可按下式計算：BMi"411(2-5)ES2IE式中：Fm絲杠的最大工作載荷，單位為Na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=x105MPaS絲杠按底徑d2確定的截面積，單位為mm2M轉(zhuǎn)矩，單位為N-mm4,I絲杠按底徑d2確定的截面積慣性矩(Id2/64)，單位為mm4滾珠與螺紋滾道間的接粗變形量a22無預(yù)緊時20.0038-(2-6嚴(yán)D10Z有預(yù)緊時20.0013=m2(2-7)341式中Dw滾珠直徑，mmZe

21、滾珠總數(shù)量，ZE=Zx圈數(shù)x列數(shù)Z單圈滾珠數(shù)，Zd°/Dw(外循環(huán))，Zd°/Dw3(內(nèi)循環(huán))Fyj預(yù)緊力，單位N忽略式2-5中的第二項，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=凱Fma2301550八即1ma0.0171mmES2.1105352.82)根據(jù)公式Zd0/Dw3,求得單圈滾珠數(shù)Z=22;該型號絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)X列數(shù)為4X2,代入公式：Zz=ZX圈數(shù)X列數(shù)，得滾珠總數(shù)量L=176。絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力Fy戶Fm/3=767N。則由式2-7，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量a2F-230120.0013m0.00130.0015mm10pDwFY

22、JZ2/1010守3.1757671762/10因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實際變形量可減小一半，a2=03)將以上算出的a1和a2代入總120.01710.00050.0176mm17.6m。絲杠的有效行程為400mm，由表3-27'*35知，5級精度滾珠絲杠有效行程在315400mm時，行程偏差允許達(dá)到25卬m,可見絲杠剛度足夠。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)長桿，如果軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應(yīng)滿足：1fkEL3】42Fk“2Fm(2-8)342Ka式中Fk臨界載荷，單位Nfk絲杠支承系數(shù)，如表所示K壓桿穩(wěn)

23、定安全系數(shù)，一般取4,垂直安裝時取小值；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)13,42絲杠不會失穩(wěn)方式雙推-自由雙推-簡支雙推-雙推單推-單推fk241查表2-11，取fk=1；由絲杠底徑d2=,求得截面慣性矩：4_4一一Id/649910.44mm；壓桿穩(wěn)定系數(shù)K取3(絲杠臥式水平安裝)；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值550mm。代入式2-8，得臨界載荷Fl22611N,遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=2301N,故絲杠不會失穩(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)電動機(jī)減速箱的選用杠的導(dǎo)程Ph=5mm,初選步進(jìn)電動機(jī)的步

24、距角為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求，增大步進(jìn)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量折算到電動機(jī)軸上盡可能小，決定在步進(jìn)電動機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級減速，步進(jìn)電動機(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)計成雙片結(jié)構(gòu)，采用右圖所示的彈簧錯齒法消除側(cè)隙。已知工作臺的脈沖當(dāng)量a=p,滾珠絲計算減速器傳動比Ph0.75553603600.014步進(jìn)電機(jī)步距角p絲杠導(dǎo)程mmp工作臺運(yùn)動的脈沖當(dāng)量pmm=°,算得減速比:5-33傳動罪數(shù)選擇曲紋機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)按圖5-33,選一級齒輪傳動齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計傳遞功率工作臺進(jìn)給抗力工作臺移動速度/傳動鏈

25、效率機(jī)械傳動效率概略值（供參考）類型V帶傳動聯(lián)軸器傳動圓柱齒輪傳動一對滾動軸承絲杠螺母副符號Yv門cTgYb門s效率初選效率為傳遞功率1200-/0.987.14w1200其中nV工作臺1000i350587.5r/min54傳遞功率:可見，系統(tǒng)傳遞的功率很小，在要求不高時，以后各步的計算可省略。并采用經(jīng)驗法來設(shè)計各元部件。但為練習(xí)計算過程，本次設(shè)計采用分析計算來設(shè)計。傳遞功率（w）小齒輪轉(zhuǎn)速n1（r/min）傳動比一天運(yùn)轉(zhuǎn)時間（h）工作壽命（年）傳動效率轉(zhuǎn)向工況87.55/485不變平穩(wěn)齒輪傳動機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)小齒輪轉(zhuǎn)速: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），大齒輪材料為45

26、鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為45HRC硬度為220HBS小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hliml1130MPa（淬火處理）大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2550MPa安全系數(shù)SH和SF安全系數(shù)軟齒面硬囚面重要的傳動、滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪ShSf小齒輪轉(zhuǎn)速：n=min取安全系數(shù)SH1.1Hlim1Sh11301.11027.27MPaHlim2SH5501.1500MPa小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限Flim1240MPa大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限Flim2190MPa取Sf1.3fi240184.62MPaSf1.3F2-1190146.15MPaSf1.3按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計設(shè)齒輪按7級精度制造。取載荷系數(shù)，齒寬系

27、數(shù)a0.3,-3P7.1410-T955095500.164N?mn4163J232.335KTi5.|3351.10.1641000“仁a"1Y1|513.5mm一一5取z132；大齒輪齒數(shù)：z2iz1324042a213.5八一模數(shù)m0.375；按實際取m=z1z24032確定中心距aziz403232.422曜：b=aa0.332.49.72mm取b210mm;b110mm驗算輪齒彎曲強(qiáng)度齒形系數(shù)YF12.4;YF21.672KTiYfi21.30.16410002.4,睥“F12256.85MPaF1184.62bmzi50.340Y”2.4F2口-56.8581.7MPaF

28、2146.15YF11.67校驗結(jié)果：安全。齒輪的圓周速度dm3.140.34087.5v0.055m/s10m/s601000601000選用7級精度是安全的。中心距：a=校驗結(jié)果：安全6、步進(jìn)電動機(jī)的計算與選型(1)計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq已知：滾珠絲杠的公稱直徑do=25mm；總長l=580mm導(dǎo)程Ph=20mm；材料密度p=x10-3kg/cm3移動部件總重力G=900N；小齒輪寬度bi=10mm，直徑di=；大齒輪菟度b2=10mm，直徑d2=36mm；傳動比i=5/41)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量：434:dl7.85100.0250.58“5。2.。2Js17.510kg

29、?m1.75kg?cm3232小齒輪轉(zhuǎn)動慣量：d4l7.851030.028840.01522Jzi0.5310kg?m0.053kg?cm3232大齒輪轉(zhuǎn)動慣重：434:dl7.85100.0360.01c5c2c2Jz21.2910kg?m0.129kg?cm托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量：222.PhPhG0.5900八只皿/2JWm,0.582kg/cm22g29.8初選步進(jìn)電動機(jī)型號為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)動時步距角為。，從附件4表4-513】65查得該型號電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm=。則加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：1/,、,2小2J

30、eqJmJz1(Jz2JWJS)/i17.1kg.cm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量=小齒輪轉(zhuǎn)動慣量=大齒輪轉(zhuǎn)動慣量=托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量=步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量(2)計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq分快速空載啟動和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計算。快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1Teq1LmaxTfT°(2-9)式中：Tamax快速空載啟動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，NmTf移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，NmT0滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩,Nm12Jeqnm1TamaxJeq60ta(2-10)式中:出步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)

31、軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，£電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，rad/s2nm電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/minta電動機(jī)加速所用時間，s,一般在1s之間選取。（這里取Y齒輪組總效率，取Y=vmax20000.9500r/min3603600.01vmax空載最快移動速度，任務(wù)書指定為2000mm/min;a一步進(jìn)電機(jī)步距角，預(yù)選電動機(jī)為。a脈沖當(dāng)量，任務(wù)書指定為2-10得nm式中由式Tamax-42何110500N.m600.40.90.249Nm電動機(jī)轉(zhuǎn)速=500r/minTfF摩Ph(FzG)Ph2i2i0.00509000.0050.003Nm20.91.25(2-11)式中F摩一一導(dǎo)軌的摩擦力，Ph滾珠絲

32、杠導(dǎo)程，Y齒輪總效率，取Yi總的傳動比，i=nm/ns，其中nm為電動機(jī)轉(zhuǎn)速,卬一一導(dǎo)軌摩擦因數(shù)（滑動導(dǎo)軌?。〧z垂直方向的工作載荷，空載時ns為絲杠的轉(zhuǎn)速。，滾動導(dǎo)軌?。?；這里取Fz=0快速空載啟動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩=FwFcGc(2-12)式中:），滾動導(dǎo)軌?。?Fc,立銳時為Fz單位為N,空載時Fc=0；G運(yùn)動部件的總總量，單位為N卬一一導(dǎo)軌摩擦因數(shù)（滑動導(dǎo)軌取Fc垂直方向的工作載荷，車削時為T0FyjPh2i102(2-13)Fy滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷Y0滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取Y0>由于滾珠絲杠副的傳動效率很高，所以T0值一般很小，與

33、Tamax和Tf比起來，通?？梢院雎圆挥嫛Ｓ墒?-9得快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：式中Fm的1/3，單位為N;Teq1TamaxTfT°TamaxTf0.2490.0030.252Nm移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩=0(即忽略)快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2)最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2Teq2LTfTo(2-14)式中：Tf和To分別按式2-11和2-13計算。Tt折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩FfPh20820.005Tt1.326Nm(2-15)2i20.91.2

34、5式中Ff進(jìn)給方向最大工作載荷，單位No本設(shè)計對滾珠絲杠進(jìn)行計算的時候，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，移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：F摩Ph(FzG)Ph0.0057199000.005“Tf1.146Nm2i2i20.91.25則由式2-14得：Teq2TtTfT°TtTf2.472Nm綜上計算，得到加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：TeqmaxTeq1,Teq22.472Nm折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩最大工作負(fù)載狀態(tài)

35、下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=綜上計算，得到加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：(3)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。這里取安全系數(shù)K=4,則步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax4Teq42.4729.888Nm上述初選的步進(jìn)電動機(jī)型號為110BYG2502，由附件4表4-5查得該型號電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax20Nm?？梢姡瑵M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)最快工作速度時電動機(jī)輸出

36、轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給正工作臺最快加工進(jìn)給速度vmaxf350mm/min，脈沖當(dāng)量0.01mm/p,則電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率為：-Vmaxf350lcciifmaxf583Hz60600.01圖2-2110BYG2502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，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩TmaxJso宣舊£411_:1114要求。最快工作速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩滿足要求。"10IO2IO3104/7Hzf-,大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2_,滿足2)最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定工作臺最快空載移動速度vmax2000mm/min,則電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率為：Vmax2000fmaxmax3333Hz60600.01從圖2-2查得，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax-6Nm，大于快速空載啟動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1-,滿足要求。最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核滿足要求3)最快空載移