機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì)懸臂式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì)—懸臂式結(jié)構(gòu)1緒論點(diǎn)膠機(jī)在行業(yè)中的影響很廣。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方都需要用到點(diǎn)膠，比如集成電路、印刷電路板、彩色液晶屏、電子元器件（如繼電器、揚(yáng)聲器）、汽車(chē)部件等等。傳統(tǒng)的點(diǎn)膠是靠工人手工操作的。隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，手工點(diǎn)膠已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足工業(yè)上的要求。手工點(diǎn)膠具有操作復(fù)雜、速度慢、精確度低、容易出錯(cuò)，而且無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜圖形的操作，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化等缺點(diǎn)。市場(chǎng)上要求一種速度快，效率高，精度高的設(shè)備。因此就出現(xiàn)了全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人。在科技就是第一生產(chǎn)力的今天，全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)器人的出現(xiàn)為點(diǎn)膠行業(yè)帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和發(fā)展。人們?yōu)榱伺c點(diǎn)膠機(jī)器人簡(jiǎn)單方便地交流，把想法傳達(dá)給機(jī)器人，使機(jī)器人按照人的意志和點(diǎn)膠工藝的要求來(lái)運(yùn)動(dòng)，就發(fā)明了一種示教編程器系統(tǒng)。這種示教編程器可以很簡(jiǎn)易地控制點(diǎn)膠機(jī)器人，發(fā)送各種運(yùn)動(dòng)指令，執(zhí)行各種圖形的點(diǎn)膠。[14]1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前單液點(diǎn)膠機(jī)已經(jīng)做得很成熟，世界品牌主要是日本仲氏NLC、EFD和I&J、武藏MUSASHI等。國(guó)內(nèi)單液點(diǎn)膠機(jī)目前在通用性上做得可以，在普通的控制器和自動(dòng)化設(shè)備這塊技術(shù)比較成熟，然而在高精度要求還是有很大差距。雙組份的點(diǎn)膠機(jī)目前國(guó)外的機(jī)器挺多，技術(shù)也相對(duì)成熟，只是價(jià)位太高。國(guó)內(nèi)雙液點(diǎn)膠技術(shù)已經(jīng)走向成熟，國(guó)內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)知名品牌浙江湘瑞（XRui）勝翔自動(dòng)化、深圳世椿（SECOND-AUTO）、東莞賽恩斯(SES）、歐寶(Oupel)、特盈（TWINWIN)、騰盛（TENSUN)目前已經(jīng)有專(zhuān)業(yè)雙液設(shè)備存在,而且質(zhì)量穩(wěn)定,價(jià)格合適，很適合國(guó)內(nèi)用戶(hù)使用。1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，特別是近幾年機(jī)械工業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，給點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)帶來(lái)難得的發(fā)展機(jī)遇，點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中屬于應(yīng)用量大面廣的產(chǎn)品之一。據(jù)有關(guān)部門(mén)調(diào)查顯示，點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用在各主要行業(yè)分別是:建筑占、環(huán)保占、輕工占、冶金占、礦山占、船舶占、水泥占、電力占、地鐵和隧道占、紡織占、煤炭占、化工占、石油占、空分裝置占。然而，點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品尚未涉及或?qū)⒁婕暗念I(lǐng)域還有許多，即點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品的潛在市場(chǎng)。例如：煤矸石綜合利用、新型干法熟料技改項(xiàng)目、煙氣脫硫、垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)、高爐噴煤、改造溫室用點(diǎn)膠機(jī)等等。隨著電子膠水的普遍應(yīng)用，點(diǎn)膠設(shè)備的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛和多樣化。目前，單組份的點(diǎn)膠技術(shù)相對(duì)成熟，其發(fā)展方向是自動(dòng)化和高精度。在普通的點(diǎn)膠機(jī)，如一些點(diǎn)膠控制器，國(guó)內(nèi)的模仿技術(shù)已經(jīng)很成熟，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，價(jià)格一落千丈，甚至幾百的機(jī)器都已經(jīng)出現(xiàn)。但是國(guó)內(nèi)的點(diǎn)膠機(jī)普遍存在精度不高，打膠不夠穩(wěn)定現(xiàn)象，一些高科技行業(yè)，說(shuō)到選購(gòu)點(diǎn)膠機(jī)，肯定只能找世界品牌。所以，在高精度這塊，有待各位有志之士進(jìn)一步努力呀。當(dāng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，唯有質(zhì)量和服務(wù)能夠讓自己脫穎而出。在自動(dòng)化這塊，國(guó)內(nèi)的三軸平臺(tái)，圓周點(diǎn)膠機(jī)等等已經(jīng)有多年的發(fā)展歷史，如果只是普通的精度，那么使用國(guó)內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)和平臺(tái)就可以了。目前從事這些單組份設(shè)備的生產(chǎn)和研究的廠家也比較多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈，不過(guò)可以挖掘的空間還是十分之大。而對(duì)于雙組份的點(diǎn)膠設(shè)備，這可是一個(gè)遠(yuǎn)未成熟的領(lǐng)域：國(guó)際上稍微可以一點(diǎn)的點(diǎn)膠機(jī)，動(dòng)輒十幾萬(wàn)幾十萬(wàn)，讓許多廠家望而止步。而國(guó)內(nèi)目前的雙液機(jī)技術(shù)還有很大差距，價(jià)格稍微低些，然而產(chǎn)品質(zhì)量還有待進(jìn)一步改進(jìn)。隨著AB膠的日益廣泛使用，灌膠等等工藝的要求也會(huì)更高，雙液點(diǎn)膠機(jī)是點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)另外一個(gè)極具潛力的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。2設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)械部分機(jī)械部分分為X、Y、Z三個(gè)方向，每個(gè)方向都做直線運(yùn)動(dòng)，共有六個(gè)自由度。整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)采用懸臂式結(jié)構(gòu)，Y軸（前后）部分固定在工作臺(tái)上，Z軸（上下）部分與X軸（左右）部分連接，以懸臂式的形式連接在Y軸上。三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是由滾珠絲杠螺母副把電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成為直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，到達(dá)指定位置后，由點(diǎn)膠控制器控制點(diǎn)膠頭完成點(diǎn)膠動(dòng)作。其中X軸和Y軸方向上要求的運(yùn)動(dòng)范圍都為500mm，Z軸方向上沒(méi)有要求運(yùn)動(dòng)范圍，初步定為300mm。2.2電氣部分電機(jī)：選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制,并分別將脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和頻率轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的位移和移動(dòng)速度的執(zhí)行器。步進(jìn)電機(jī)的編程簡(jiǎn)單，易于控制，控制精度高且價(jià)格相對(duì)較低。要求的各軸定位精度為±0.5mm，步進(jìn)電機(jī)可以滿(mǎn)足，故選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比、轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制脈沖數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組通電順序便可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。其特點(diǎn)為：1.輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格和電動(dòng)機(jī)角位移成正比,電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一周后沒(méi)有累積誤差,因此具有良好的跟隨特性;2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以與驅(qū)動(dòng)器組成開(kāi)環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng),同時(shí)也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng);3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)和變速;4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié),在低速狀態(tài)下仍能獲得很大的轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有無(wú)累積誤差、跟蹤性能好等優(yōu)點(diǎn),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制主要采用開(kāi)環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的方式。在對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí),常常會(huì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)其進(jìn)行控制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用超大規(guī)模的硬件集成電路,具有高度的抗干擾性以及快速的響應(yīng)性,不易出現(xiàn)死機(jī)或丟步現(xiàn)象。使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī),可以不考慮各相的時(shí)序問(wèn)題(由驅(qū)動(dòng)器處理),只要考慮輸出脈沖的頻率(控制驅(qū)動(dòng)器CP端),以及步進(jìn)電機(jī)的方向。在使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí),往往需要較高頻率的脈沖。2.3控制部分選用可編程控制器（PLC）。根據(jù)要求，控制器要控制三個(gè)電機(jī)，PLC控制可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用性強(qiáng)，可以滿(mǎn)足要求。2.4傳動(dòng)部分選用滾珠絲杠傳動(dòng)。滾珠絲杠可以實(shí)現(xiàn)由圓周運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變，具有傳動(dòng)摩擦力矩小、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、傳動(dòng)精度高、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。又因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)的工作范圍是500×500mm滾珠絲杠可以滿(mǎn)足要求。3計(jì)算說(shuō)明3.1Z軸（上下）方向傳動(dòng)部件的選型與校核根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求，Z方向（上下）為=0.02mm/脈沖。z3.1.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（1）最大工作載荷F的計(jì)算最大工作載荷Fm是滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，已知移動(dòng)部件總重G=50N得到FM=70N。（2）F最大動(dòng)載荷的計(jì)算Q假設(shè)Z方向最快的進(jìn)給速度v=1m/min，并且初選絲杠基本導(dǎo)程P=4mm,h則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/P=250r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代h入L60nT/106，得滾珠絲杠副的壽命L=225（單位106r）。 0 0查表3-30，取載荷系數(shù)f=1.1，取硬度系數(shù)f=1.0，代入公式： W HFQ3L0fWfHFm（3-1）得到F=468NQ初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表3-31可知，選用2004-3型滾珠絲杠副，其公稱(chēng)直徑d。為20mm，基本導(dǎo)程P為4mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，h精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷Cn為5243N，滿(mǎn)足要求。傳動(dòng)效率的計(jì)算一般在0.8~0.9之間，摩擦角一般取10’。 將d=20mm，P=4mm，代入arctan[P/(d得到絲杠的螺)] 旋升角 0 hh 0=4°33′。將摩擦角=10′，代入tan/tan()，得傳動(dòng)效率=96.4%。剛度的驗(yàn)算1）絲杠的拉伸或者壓縮變形量在總變形量中占的比重較大。上、下支承中心距離約為600mm；剛的彈性模量E=2.1105MPa；查表3-31，得滾珠直徑D=2.381mm，d=17.1mm，則絲杠截面積Sd2/4=134.7mm2w 2 2絲杠的拉伸或壓縮變形量可按下式計(jì)算FaMa21ESm2IE（3-2）其中I為絲杠按底徑確定的截面慣性矩，單位為mm4。Id4/64 2 （“+”號(hào)用于拉伸，“-”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略。）。Fa1 ESm（3-3）綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1=1×10-5mm。2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算：無(wú)預(yù)緊時(shí)0.00331w810FZm2（3-4） 1 DF 0.0013 m 有預(yù)緊時(shí)2 103DwFYJZ2/10（3-5）其中，D為滾珠直徑，單位為mm;WZ為單圈滾珠數(shù)，Z(d/D)（外圈環(huán)），Z(d/D)3（內(nèi)圈 0 w 0 w環(huán)）；為滾珠總數(shù)量，=Z圈數(shù)列數(shù)；為預(yù)緊力，單位為N.當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)到軸向工作載荷的1/3時(shí)，值減小一2半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18，由于該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量Z=186=108。當(dāng)滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FF/333.3N。則=1.7×10-5mm,=1.4×10-6mm。YJ m 1 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，取=7×10-7mm。23）將以上算出的、代入 1 212（3-6）得變形總量=0.0184m。查表3-27可知，5級(jí)精度滾珠絲杠任意500mm～630mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允差為32m，由計(jì)算可得闊度為600mm的滾珠絲杠，總的變形量只有0.0184m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。（6）壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(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)的臨界載荷應(yīng)滿(mǎn)足：f2EI Fk F k Ka2 m（3-7）Fk——臨界載荷，單位為N;fk——絲杠支承系數(shù);K——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.5~4，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.查表3-34，由于其為垂直安裝故選雙推—雙推，則絲杠支承系數(shù)f=4有絲k杠底徑d=17.1mm，求得界面慣性矩Id4/641444.89mm4；壓桿穩(wěn)定安 2 2全系數(shù)K取3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離600mm取最大值。代入上式，得臨界載荷F692.5N，大于工作載荷F=0.5N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 k m綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿(mǎn)足使用要求。3.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的計(jì)算與選型初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，二相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為6Nm，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為0.75°。傳動(dòng)比i的確定已知電動(dòng)機(jī)的步距角=0.75°,脈沖當(dāng)量通常要小于定位精度，故Y脈沖當(dāng)量為取=0.01mm/脈沖。y則根據(jù)式Pih（3-8）360求得i=0.83。所以不需要減速機(jī)構(gòu)。3.1.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d=20mm，總長(zhǎng)l=600mm，導(dǎo)程P=4mm，材料密0 h度ρ=7.85103kg/cm3；移動(dòng)部件總重量G=100N。參照表4-1，可以算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：LR4滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.3kgcm2；s 2折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0084kgcm2。w初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，從表4-5查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=4kgcm2。m則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=J+（J+J）/i2=4.45kgcm2（3-9）eqmws步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通常考慮兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)（工作載荷為0），另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論：1）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Teq由式T=T +T+T可知，T包括三部分：eq amax f 0 eqT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，單位為N．m;amaxT移動(dòng)部件折算時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N.m;fT滾珠絲杠預(yù)警后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩,單位為N.m。0FP 因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式TYJ h(12)可知，T相對(duì)于 02i 0 0T和T很小，可以忽略不計(jì)。則有amax fT=T+T（3-10）eqamaxf2Jn 根據(jù)式T =J eqm，考慮縱向鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng) amax eq 60ta時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 2Jn 1T=Jeqm*（3-11）amaxeq60tan——對(duì)應(yīng)橫向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速;mt——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間.a m其中：vnmax（3-12）m3600v——Z向最快移動(dòng)速度，1200mm/min；max——Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，為0.75°；——Z向脈沖當(dāng)量，=0.01mm/脈沖.vm3600 m將以上各式帶入式nmax，算得n=250r/min。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需時(shí)間t=0.4s，Y向傳動(dòng)鏈總效 m a率=0.97；2Jn 1則由式T =J eqm*amax eq 60ta求得T =0.03NmamaxFP由式T摩h可知，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)矩為：f2i(FG)PTch（3-13）f2i——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.004;F——垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0；c——Y向傳動(dòng)總效率，取0.7.(FG)P則由式Tc h得：f 2iT=4.4×10-4Nmf最后由式，求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：T=T +T=0.03Nmeq amax f2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時(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)T來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩eq時(shí)，需要考慮到安全系數(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(mǎn)足：T4T=0.122Nm jmax eq對(duì)于前面預(yù)選的90BYG2602行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可知其最大靜轉(zhuǎn)矩T =6Nm，可見(jiàn)完全滿(mǎn)足式T4T的要求。jmax jmax eq（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核由最快工作進(jìn)給速度和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為vfmaxfmaxf60Y向最快移動(dòng)速度v =1200mm/min，脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖，由式maxfvf maxf求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率f=1200/（60*0.01）Hz=2000Hz。從maxf60 maxf90BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T =5Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.03Nm，滿(mǎn)足要求。maxf eq最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核由最快空載移動(dòng)速度和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，算出，再?gòu)木仡l特性曲線上找出其對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩，檢查是否大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。若是，則滿(mǎn)足要求；否則，需重新選擇電機(jī)。最快移動(dòng)速度v=1200mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率f=2000Hz。查 max max表的90BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出范圍。啟動(dòng)頻率的校核已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量J=4.45kgcm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量eqJ=4kgcm2，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率mf=1800Hz。則由式ffq可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻q L1Jeq/Jm率為： f fq =1238.4Hz。（3-14） L 1Jeq/Jm上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于1238.4Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，這里縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.2X軸（左右）方向傳動(dòng)部件的選型與校核3.2.1脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求，X方向的脈沖當(dāng)量為=0.02mm/脈沖。x3.2.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（1）最大工作載荷F的計(jì)算m最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，已知移動(dòng)部件總重G=500N;F=G*u=500*0.005=2.5N（2）F最荷的計(jì)算Q假設(shè)X方向最快的速度v=1.2m/min，初選絲杠基本導(dǎo)程P=4mm,則此時(shí)絲h杠轉(zhuǎn)速n=1200v/P=300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h(一般機(jī)電設(shè)備h取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速)，代入L60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)0L=270(單位106r)。0查表3-30，取載荷系數(shù)f=1.1，再取硬度系數(shù)f=1.0，w H代入公式：FQ3L0fWfHFm（3-15）得F=1777NQ初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表3-31，選用濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GD系列1604-3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16mm，基本導(dǎo)程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為4612N，大于F，故滿(mǎn)足要求。Q傳動(dòng)效率的計(jì)算一般在0.8~0.9之間，摩擦角一般取10’。將公稱(chēng)直徑d=16mm，基本導(dǎo)程P=4mm，代入 0 harctan[Ph/(d0)]（3-16）得絲杠螺旋升角=4°33將摩擦角’=10’，代入tan/tan()，得傳動(dòng)效率=96.4%。（5）剛度的驗(yàn)算1）絲杠的拉伸或者壓縮變形量在總變形量中占的比重較大。左、右支承中心距離約為800mm；剛的彈性模量E=2.1105MPa；查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-31，得滾珠直徑D=2.381mm，算得絲杠底徑d=13.1， w 2則絲杠截面積Sd22/4（3-17）得S=134.7mm2絲杠的拉伸或壓縮變形量1FaMa2m 1 ES2IE（3-18）其中I為絲杠按底徑確定的截面慣性矩，單位為。慣性矩Id4/64，其中“+”號(hào)用于拉伸，“-”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較小，2式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略。所以，F(xiàn)am 1 ES（3-19）綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=7×10-5mm。12）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算：無(wú)預(yù)緊時(shí)1F2 10.00383 10Zm（3-20）Dw為有預(yù)緊時(shí)F 0.0013 m 2 103DFZ2/10 wYJ （3-21）Dw——滾珠直徑，單位為mm;Z——單圈滾珠數(shù)，Z(d/D)（外圈環(huán)），Z(d/D)3（內(nèi)圈環(huán)）； 0 w 0 wZ——滾珠總數(shù)量，Z=Z圈數(shù)列數(shù)；FYJ——預(yù)緊力，單位為N.當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)到軸向工作載荷的1/3時(shí)，值減小一2半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量Z=186=108。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FG/3166.7N。則=5×10-5mm，=4.2×10-6mm。YJ 1 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，取=2.1×10-6mm。23）將以上算出的、代入 1 212（3-22）得變形總量=0.0521m。查表3-27可知，5級(jí)精度滾珠絲杠任意630mm~800mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許36m，而對(duì)于闊度為800mm的滾珠絲杠，總的變形量只有0.0521m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。（6）壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于細(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(mǎn)足：f2EI Fk F k Ka2 m （3-23）Fk——臨界載荷，單位為N;fk——絲杠支承系數(shù);K——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.5~4，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.查表3-34由于課題要求為雙推—雙推則絲杠支承系數(shù)f=4有絲杠底徑kd=13.1mm，求得界面慣性矩Id4/641444.89mm4；壓桿穩(wěn)定安全 2 2系數(shù)K取3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離800mm取最大值。代入上式，得臨界載荷F6233N，遠(yuǎn)大于工作載荷F=2.5N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 k m綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿(mǎn)足使用要求。先初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)90BYG2602，二相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，最大靜轉(zhuǎn)矩為6N.m，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為1.5°。3.2.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（1）滑塊承受工作載荷F的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取max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。本設(shè)計(jì)中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊全部承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：FmaxG/4F（3-24）其中，移動(dòng)部件重量G500N，外加載荷FF100N，帶入式（3-24），z得最大工作載荷F225N0.225kN。查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)max書(shū)》表3-41，根據(jù)工作載荷F0.225kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系max列的JSALG35型，其額定動(dòng)載荷C35.1kN，額定靜載荷C47.2kN。a 0a任務(wù)書(shū)規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為500mm×500mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為600mm。（2）距離額定壽命L的計(jì)算上述選取的KL系列JSALG35型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過(guò)100C，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《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-36~表3-40，分別取硬度系數(shù)f1.0、溫度系數(shù)f1.00、接觸系數(shù)f0.81、精度系數(shù)f0.9、載荷系數(shù)H T C Rf1.5，代入式（3-11）得距離壽命：WffffC3LHTfWCRFmaxa50（3-25）遠(yuǎn)大于100km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿(mǎn)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)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套無(wú)間隙齒輪減速箱。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《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》圖3-8所示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程P4mm，初選h步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=1.5。根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》式（3-12），算得減速比：iP3601.543600.0153h本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為60:36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒面淬硬后達(dá)55HRC。減速箱的中心距為60362mm48mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。3.2.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d=16mm，總長(zhǎng)l=800mm，導(dǎo)程P=4mm，材料密0 h度=7.85103kg/cm3；X向移動(dòng)部件總重量G=500N。參照表4-1，可以算的各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：LR4滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.4kgcm2；s 2折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.01kgcm2。w初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，從表4-5查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=4kgcm2。m則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=J+（J+J）/i2（3-26）eqmws得J=4.1kgcm2eq步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)（工作載荷為0），另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論：1）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Teq由式T=T +T+T可知，T包括三部分：eq amax f 0 eqT 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，單位為N．m;amaxT移動(dòng)部件折算時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N.m;fT滾珠絲杠預(yù)警后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩,單位為N.m.0FP 因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式TYJ h(12)可知，T相對(duì)于 02i 0 0T 和T很小，可以忽略不計(jì)。amax f TT Teq=amax+f（3-27）2Jn 根據(jù)式T =J eqm，考慮縱向鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng) amax eq 60ta時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 2Jn 1T=Jeqm（3-28）amaxeq60tan——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速;mt——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間.a m其中：vnmax（3-29）m3600v——X方向空載最快移動(dòng)速度，為2400mm/min；max——X方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩叫角，為1.5；——X方向脈沖當(dāng)量，=0.02mm/脈沖.vm3600 m將以上各式帶入式nmax，算得n=500r/min。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需時(shí)間t=0.4s，縱向傳動(dòng)鏈總效m a2Jn 1率=0.96；則由式T =J eqmamax eq 60ta求得T =0.056NmamaxFP由式T摩h可知，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)矩為：f2i(FG)PTch（3-30）f2i——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.004;F——垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0；c——縱向傳動(dòng)總效率，取0.7.(FcG)Ph得：則由式T f 2iT=0.001Nmf最后由式，求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：T=T +T=0.057Nmeq amax f2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時(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)T來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩eq時(shí)，需要考慮到安全系數(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(mǎn)足：T4T=0.228Nmjmax eq對(duì)于前面預(yù)選的90BYG2602行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩T =37Nm，可見(jiàn)完全滿(mǎn)足式T4T的要求。jmax jmax eq（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核X向最快工進(jìn)速度v =2400mm/min，脈沖當(dāng)量=0.02mm/脈沖，由式maxfvf maxf求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率f=2400/（60*0.02）Hz=2000Hz。從maxf60 maxf90BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T =5.0Nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.057Nm，滿(mǎn)足要求。maxf eq最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度v=2400mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率f=2000Hz。 max max查表得90BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出范圍。啟動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量J=4.1kgcm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量eqJ=4kgcm2，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率mff=1800Hz。則由式f q 可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)q L 1J/Jeq m頻率為：f f q （3-31）L 1J/Jeq m得=1264.9Hz。上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于1264.9Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，這里橫向進(jìn)給系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.3Y軸（前后）方向傳動(dòng)部件的選型與校核3.3.1脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求，Y方向（前后）為=0.01mm/脈沖。Y3.3.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（1）最大工作載荷Fm的計(jì)算最大工作載荷Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表3-29，由最大工作載荷Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，已知移動(dòng)部件總重G=1000N;F=G*u=1000*0.005=5N（2）F最大載荷的計(jì)算Q假設(shè)Y方向最快的速度v=1.2m/min，初選絲杠基本導(dǎo)程P=4mm,則此時(shí)絲h杠轉(zhuǎn)速n=1000v/P=300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h(一般機(jī)電設(shè)備h取T=15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速)，代入L60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)L=270 0 0（單位為106r）。查表3-30，取載荷系數(shù)f=1.1，再取硬度系數(shù)f=1.0，w H代入公式：FQ3L0fWfHFm（3-32）得F=3554.8NQ初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表3-31，選用濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GD系列1604-3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16mm，基本導(dǎo)程為4mm，循環(huán)滾珠為3圈2列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為4612N，大于F，滿(mǎn)足要求。Q傳動(dòng)效率的計(jì)算一般在0.8~0.9之間，摩擦角一般取10’。將d=16mm，P=4mm，代入 0 harctaPn[d/( )] （3-33）h 0得絲杠螺旋升角=4°33’將摩擦角=10’，代入tan/tan()，得傳動(dòng)效率=96.4%。剛度的驗(yàn)算1）絲杠的拉伸或者壓縮變形量在總變形量中占的比重較大。左、右支承中心距離約為800mm；剛的彈性模量E=2.1105MPa；查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-31，得滾珠直徑D=2.381mm，算得絲杠底徑d=13.1，則 w 2絲杠截面積Sd22/4（3-34）得S=134.7mm2絲杠的拉伸或壓縮變形量可按下式計(jì)算FaMa21ESm2IE（3-35）其中I為絲杠按底徑確定的截面慣性矩，單位為。慣性矩Id4/64，其中“+”號(hào)用于拉伸，“-”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩M一般較2小，式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略。所以，F(xiàn)a1 ESm（3-36）綜上求得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量=1.4×10-4mm。12）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算：無(wú)預(yù)緊時(shí)F2（3-37）10.00383Dw10Zm為有預(yù)緊時(shí) 0.0013 Fm （3-38）103DFZ2/10 w YJDw——滾珠直徑，單位為mm;Z——單圈滾珠數(shù)，Z(d/D)（外圈環(huán)），Z(d/D)3（內(nèi)圈環(huán)）； 0 w 0 w——滾珠總數(shù)量，=Z圈數(shù)列數(shù)；FYJ——預(yù)緊力，單位為N.當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)到軸向工作載荷的1/3時(shí)，值減小一2半左右。單圈滾珠數(shù)目Z=18；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為32=6圈，總滾珠總數(shù)量Z=186=108。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FG/3333.3N。則=7.9×10-5mm，=6.67×10-6mm。YJ 1 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，取=3.33×10-6mm。23）將以上算出的、代入 1 212（3-39）得變形總量=0.085m。由表3-27形成偏差和變動(dòng)量知，5級(jí)精度滾珠絲杠任意630mm~800mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許36m，而對(duì)于闊度為800mm的滾珠絲杠，總的變形量只有0.085m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。（6）壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(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(mǎn)足：f2EI Fk F k Ka2 m（3-40）Fk——臨界載荷，單位為N;fk——絲杠支承系數(shù);K——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.5~4，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.查表3-34由于課題要求為雙推—雙推則絲杠支承系數(shù)f=4有絲杠底徑kd=13.1mm，求得界面慣性矩Id4/6414444.89mm4；壓桿穩(wěn)定安全 2 2系數(shù)K取3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離800mm取最大值。代入上式，得臨界載荷F6233N，遠(yuǎn)大于工作載荷F=5N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 k m綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿(mǎn)足使用要求。3.3.3直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型（1）滑塊承受工作載荷F的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取max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。本設(shè)計(jì)中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊全部承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：FG/4F（3-41）max其中，移動(dòng)部件重量G1000N，外加載荷FF100N，帶入式（3-41），z得最大工作載荷F350N0.35kN。查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)max書(shū)》表3-41，根據(jù)工作載荷F0.35kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系max列的JSALG35型，其額定動(dòng)載荷C4612N，額定靜載荷C8779N。a 0a任務(wù)書(shū)規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為500×500mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為600mm。（2）距離額定壽命L的計(jì)算上述選取的KL系列JSALG35型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過(guò)100C，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《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-36~表3-40，分別取硬度系數(shù)f1.0、溫度系數(shù)f1.00、接觸系數(shù)f0.81、精度系數(shù)f0.9、載荷系數(shù)H T C Rf1.5，代入式（3-27）得距離壽命：WffffC3 LH T C R a50（3-42） f F W max1.01.00.810.937.94 L 5045446km 1.5 0.35遠(yuǎn)大于100km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用為了滿(mǎn)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)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套無(wú)間隙齒輪減速箱。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《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》圖3-8所示的彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程P4mm，初選h步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=1.5。根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》式（3-12），算得減速比：iP3601.543600.0153h本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-7型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為60:36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒面淬硬后達(dá)55HRC。減速箱的中心距為60362mm48mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。3.3.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（1）根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d=16mm，總長(zhǎng)l=800mm，導(dǎo)程P=4mm，材料密0 h度=7.85103kg/cm3；移動(dòng)部件總重量G=1000N。參照表4-1，可以算的各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：LR4滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.4kgcm2；s 2折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.01kgcm2。w初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，從表4-5查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=4kgcm2。m則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jeq=Jm+（Jw+Js）/i2（3-43）得Jeq=4.1kgcm2（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)（工作載荷為0），另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論：1）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Teq由式T=T +T+T可知，T包括三部分：eq amax f 0 eq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T ，單位為N．m;amax移動(dòng)不見(jiàn)折算時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩T，單位為N．m;f滾珠絲杠預(yù)警后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T，單位為N．m;0FP 因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式TYJ h(12)可知，T相對(duì)于 02i 0 0T 和T很小，可以忽略不計(jì)。則有amax fT=T+T（3-44）eqamaxf2Jn根據(jù)式T=Jeqm，考慮縱向鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng) amax eq 60ta時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 2Jn 1T=Jeqm（3-45）amaxeq60tan——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速。mt——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間。a m其中：vnmax（3-46）m3600vY方向空載最快移動(dòng)速度，為2400mm/min；maxY方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩叫角，為1.5°；Y方向脈沖當(dāng)量，=0.02mm/脈沖。vm3600 m將以上各式帶入式nmax，算得n=500r/min。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需時(shí)間t=0.4s，縱向傳動(dòng)鏈總效m a2Jn 1率=0.96；則由式T =J eqmamax eq 60ta求得T =0.056NmamaxFP由式T摩h可知，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)矩為：f2i(FcG)Ph（3-47）T f 2i——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.004F——垂直方向的工作負(fù)載，空載時(shí)取0；c——縱向傳動(dòng)總效率，取0.7(FG)P則由式Tc h得：f 2iT=0.002Nmf最后由式，求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：T=T +T=0.058Nm eq amax f2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時(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)T來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩eq時(shí)，需要考慮到安全系數(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(mǎn)足：T4T=0.232Nm jmax eq對(duì)于前面預(yù)選的130BYG3502行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩T =6Nm，可見(jiàn)完全滿(mǎn)足式T4T的要求。jmax jmax eq（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核Y向最快工進(jìn)速度v =2400mm/min，脈沖當(dāng)量=0.02mm/脈沖，由式maxfvf maxf求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率f=2400/（60*0.02）Hz=2000Hz。從maxf60 maxf90BYG2602的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T =5.0maxfNm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.058Nm，滿(mǎn)足要求。eq最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度v=2400mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率f=2000Hz。 max max查表的90BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出范圍。啟動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量J=4.1kgcm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量eqJ=4kgcm2，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率mff=1800Hz。則由式f q 可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)q L 1J/Jeq m頻率為：f f q （3-48） L 1Jeq/Jm得=1264.9Hz。上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于1264.9Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，這里橫向進(jìn)給系統(tǒng)選用90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。4電氣控制部分4.1控制要求控制X,Y,Z三軸的正反方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，點(diǎn)膠頭從原點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)程序設(shè)定的第一個(gè)點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)膠頭開(kāi)始出膠，并按照程序設(shè)定的路線走一個(gè)“凸”字形框，然后點(diǎn)膠頭回到初始位置。4.2設(shè)計(jì)方案操作方式設(shè)計(jì)為回原點(diǎn)、手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。X、Y、Z軸向直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)退可由手動(dòng)或自動(dòng)程序控制，調(diào)零動(dòng)作由手動(dòng)控制完成。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)由編程產(chǎn)生。采用計(jì)時(shí)與計(jì)數(shù)器命令來(lái)進(jìn)行控制。4.3PLC簡(jiǎn)介PLC（可編程邏輯控制器）是用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)和過(guò)程的可控網(wǎng)絡(luò)集線器。他們包含多個(gè)輸入輸出，輸入輸出是用晶體管和其它電路，模擬開(kāi)關(guān)和繼電器來(lái)控制設(shè)備的。PLC用軟件接口，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算器接口，專(zhuān)門(mén)的語(yǔ)言和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程?？删幊踢壿嬁刂破鱅/O通道規(guī)則包括所有的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)，擴(kuò)展能力和最大數(shù)量的通道。觸點(diǎn)數(shù)量是輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的總和。PLC可以指定這些值的任何可能的組合。擴(kuò)展單元可以被堆?；蚧ハ噙B接來(lái)增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個(gè)擴(kuò)展系統(tǒng)中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。PLC系統(tǒng)規(guī)則包括掃描時(shí)間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)。掃描時(shí)間是PLC需要的用來(lái)檢測(cè)輸入輸出模塊的時(shí)間。指令是用于PLC軟件（例如數(shù)學(xué)運(yùn)算）的標(biāo)準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。程序存儲(chǔ)是控制軟件的能力。用于可編程邏輯控制器的輸入設(shè)備包括DC，AC，中間繼電器，熱電偶，RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號(hào)輸入；輸出設(shè)備包括DC，AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖，晶體管，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件；PLC的編程設(shè)備包括控制面板，手柄和計(jì)算機(jī)。可編程邏輯控制器用各種軟件編程語(yǔ)言來(lái)控制。這些語(yǔ)言包括IEC61131-3，順序執(zhí)行表（SFC），動(dòng)作方塊圖（FBD），梯形圖（LD），結(jié)構(gòu)文本（ST），指令序列（IL），繼電器梯形圖（RIL），流程圖，C語(yǔ)言和Basic語(yǔ)言。IEC61131-3編程環(huán)境能支持五種語(yǔ)言，用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范，分別為SFC，F(xiàn)BD，LD，ST和IL。這便允許了多賣(mài)主兼容性和多種語(yǔ)言編程。SFC是一種圖表語(yǔ)言，它提供了編程順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。FBD用一種大的運(yùn)行庫(kù)，以圖表形式建立了一些復(fù)雜的過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)行可以與用戶(hù)交流和接口運(yùn)行相結(jié)合。LD是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語(yǔ)言。它在離散控制上與FBD是完全兼容的。ST是一種文本語(yǔ)言，用于復(fù)雜的數(shù)學(xué)過(guò)程和計(jì)算，不太適用于圖表語(yǔ)言。IL是與組合編碼相似的低級(jí)語(yǔ)言。它用在相對(duì)比較簡(jiǎn)單的邏輯指令。繼電器梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語(yǔ)言。梯形圖編程是設(shè)計(jì)成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語(yǔ)言，用于在一個(gè)控制器或應(yīng)用軟件中描述順序操作，它用于建立有標(biāo)準(zhǔn)組件的可循環(huán)使用的運(yùn)行庫(kù)。C語(yǔ)言是一種高級(jí)編程語(yǔ)言，適用于處理最復(fù)雜的計(jì)算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。它典型地在PC機(jī)上運(yùn)行調(diào)試。BASIC語(yǔ)言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接